Càlcul dels requisits de materials per a estructures de formigó armat
El càlcul dels requisits de materials per a les estructures de formigó armat és un pas crucial en la planificació i implementació de projectes de construcció. Uns càlculs precisos tindran un impacte en l'eficiència dels costos, l'adquisició puntual i la qualitat del treball sobre el terreny. L'escassetat de materials pot endarrerir la feina, mentre que l'excés de material pot augmentar els costos, crear residus i augmentar l'emmagatzematge. Aquest article tracta els conceptes bàsics, els passos de càlcul i exemples d'enfocaments comuns per calcular els requisits de materials per a elements estructurals de formigó armat.
1. Components materials en formigó armat
En general, les estructures de formigó armat es componen de dos grups principals de materials:
1. Formigó: una barreja de ciment, àrid fi (sorra), àrid gruixut (grava/pedra triturada), aigua i, si cal, additius. Els requisits de formigó se solen calcular en unitats de volum (m³).
2. Acer d'armadura: consta d'armadura principal, armadura de cisallament (estreps/espirals) i armadura de distribució o armadura de retracció. Els requisits d'acer es calculen en unitats de pes (kg o tones) i longitud (m).
A més, hi ha materials de suport com ara encofrats (fusta, contraplacat, encofrats d'acer), malla metàl·lica, separadors i compost de curat. Tanmateix, l'objectiu principal dels càlculs de materials estructurals de formigó armat sol ser el volum de formigó i el pes de l'acer d'armadura.
2. Principis bàsics del càlcul del volum de formigó
Els càlculs de volum de formigó segueixen bàsicament la fórmula del volum geomètric per a elements estructurals. Alguns elements comuns que es calculen són:
– Llosa: Volum = longitud × amplada × gruix
– Biga: Volum = longitud × amplada × alçada (o dimensions de la secció transversal de la biga)
– Columna: Volum = àrea de la secció transversal × alçada
– Fonamentació: Volum = longitud × amplada × gruix (o forma trapezoïdal/esglaonada segons el disseny)
Un cop determinat el volum de formigó, els planificadors solen afegir un factor de residus o tolerància de camp. La quantitat depèn de la complexitat de la feina i del mètode de fosa, però generalment és d'entre el 2 i el 5% per a un treball net i controlat, i pot ser més alta si les condicions del lloc no són ideals.
Un breu exemple
Per exemple, una llosa de terra de 10 m × 8 m amb un gruix de 0,12 m:
– Volum = 10 × 8 × 0,12 = 9,6 m³
Si els residus són del 3%:
– Volum de disseny = 9,6 × 1,03 = 9,888 m³ ≈ 9,89 m³
3. Convertir el volum de formigó en requisits de materials (ciment, sorra, grava, aigua)
Al camp, el formigó es pot obtenir de dues maneres principals:
1. Formigó prefabricat: els requisits s'indiquen simplement en m³ segons la qualitat (per exemple, K-250, fc' 20 MPa, etc.).
2. Formigó barrejat in situ (mesclat in situ): cal desglossar el volum de formigó en les necessitats de materials.
Per a la barreja in situ, els requisits de materials depenen del disseny de la barreja. Un enfocament senzill sovint utilitza una taula de composició per 1 m³ de formigó. Com a guia general (els valors poden variar segons els estàndards, els materials i els objectius de qualitat), els requisits per 1 m³ de formigó de grau mitjà poden estar en el rang següent:
– Ciment: 300–400 kg
– Sorra: 0,45–0,55 m³
– Grava: 0,70–0,85 m³
– Aigua: 160–210 litres
A causa de la variació significativa, és millor utilitzar una fórmula de combinació de treballs o un disseny de combinació de laboratori. Tanmateix, per a les estimacions de pressupost inicial (RAB), sovint s'utilitza un enfocament tabular.
Il·lustració de l'enfocament
Si per 1 m³ de formigó s'utilitzen 350 kg de ciment, 0,5 m³ de sorra, 0,8 m³ de grava i 180 litres d'aigua, aleshores per 9,89 m³:
– Ciment = 9,89 × 350 = 3.461,5 kg ≈ 3,46 tones (≈ 69 zak a 50 kg)
– Sorra = 9,89 × 0,5 = 4,945 m³
– Grava = 9,89 × 0,8 = 7,912 m³
– Aigua = 9,89 × 180 = 1.780,2 litres
Afegiu material de rebuig si cal, especialment sorra i grava (per exemple, un 5-10%) a causa de la manipulació i les pèrdues al camp.
4. Càlcul dels requisits d'acer d'armadura
A diferència del formigó, que es basa en el volum, l'acer d'armadura es calcula a partir de:
– nombre de tiges,
– longitud per vareta,
– diàmetre de reforç,
– pes per metre (kg/m).
4.1 Pes de l'armadura per metre
Normalment es considera que la gravetat específica de l'acer és de 7.850 kg/m³. A la pràctica, el pes aproximat de l'armadura per metre es pot calcular mitjançant la fórmula següent:
Pes (kg/m²) = 0,006165 × d²
d en mm.
Exemple:
– D10: 0,006165 × 10² = 0,6165 kg/m²
– D13: 0,006165 × 13² = 1,042 kg/m²
– D16: 0,006165 × 16² = 1,579 kg/m²
– D19: 0,006165 × 19² = 2,224 kg/m²
Aquest valor s'acosta a la taula estàndard que fan servir habitualment els estimadors.
4.2 Passos per calcular els requisits de reforç
1. Identifiqueu la imatge estructural: diàmetre, nombre, espaiament i longitud de l'ancoratge o de l'empalmament de solapament.
2. Calculeu la longitud neta de reforç en funció de les dimensions de l'element i després sumeu:
– longitud de l'ham (ham), si n'hi ha,
– longitud de distribució,
– longitud de la superposició de les juntes,
– addicional per a la flexió.
3. Calcula la longitud total = nombre de varetes × longitud per vareta.
4. Conversió a pes = longitud total × pes per metre.
5. Afegiu residus (generalment entre un 3 i un 7%) per a retalls i restes.
Exemple de concepte per a un bloc
Per exemple, una biga de 6 m de llargada té un armat principal inferior continu de 4D16. Suposem que cada barra requereix 0,4 m addicionals de desenvolupament a cada extrem (això només és a títol il·lustratiu; els valors reals estan subjectes als requisits de disseny).
– Longitud per vareta = 6 + 0,4 + 0,4 = 6,8 m
– Longitud total = 4 × 6,8 = 27,2 m
– Pes D16 = 1,579 kg/m²
– Pes total = 27,2 × 1,579 = 42,95 kg
Per als estreps, el càlcul sol ser:
– determinar el nombre d'estreps = (longitud efectiva / espaiat) + 1,
– calcular la longitud d'1 estrep = circumferència de la xarxa + ganxos addicionals,
– multiplicar i després convertir per pes per metre.
5. Factors que sovint s'obliden en l'estimació
Per calcular amb més precisió les necessitats de materials, cal tenir en compte els factors següents:
1. El gruix del recobriment de formigó afecta les dimensions lliures dels estreps i la longitud efectiva de l'armadura.
2. La longitud de les unions de distribució i solapament pot augmentar significativament el consum d'acer, especialment per a elements llargs.
3. Diferències en la longitud estàndard de la barra de fàbrica (normalment 12 m). Tallar una barra de 12 m dóna lloc a ferralla que no sempre és aprofitable.
4. Canvis en el disseny del camp (dibuix de taller), com ara desplaçament d'obertures, canvis en els detalls de connexió o la necessitat de reforç addicional.
5. La qualitat de l'encofrat i del mètode de colada afecta els residus de formigó (vessaments, fuites, etc.).
6. Tipus d'armadura (llisa/roscada) i condicions de flexió que afecten els detalls de la longitud del ganxo.
6. Mètodes pràctics: recapitulació i programa de flexió de barres (BBS)
Per a projectes més estructurats, els requisits de reforç es calculen mitjançant el Tauler de Flexió de Barres (BBS), que és una llista de reforços que conté:
– codi de barres,
– forma,
– diàmetre,
– longitud de tall,
- quantitat,
– longitud total,
– pes total.
Amb BBS, l'adquisició d'acer esdevé més precisa, facilitant la fabricació i reduint els residus. Per al formigó, els recapitulats de volum per element (columnes, bigues, lloses, escales) normalment es compilen per planta o per zona de colada per alinear-se amb la seqüència de colada.
7. Conclusió
El càlcul dels requisits de materials per a estructures de formigó armat es basa essencialment en dos factors: el volum de formigó i el pes de l'acer d'armadura. El volum de formigó es calcula a partir dels elements geomètrics i s'hi afegeix un factor de residu raonable. Mentrestant, els requisits d'armadura es calculen a partir de dibuixos estructurals detallats (nombre, diàmetre, espaiament i detalls de ganxo i connexió) i després es converteixen en pes utilitzant el pes per metre. Per augmentar la precisió i minimitzar el residu, es recomana molt l'ús de BBS per a l'armadura i els recaptaments de volum per zona de fosa. En les etapes inicials, les estimacions aproximades poden utilitzar un enfocament tabular, però a mesura que s'acosta la implementació, els càlculs han de fer referència als dibuixos de treball finals i als detalls de planificació per garantir una adquisició de materials més precisa, un projecte més eficient i mantenir la qualitat estructural.
