Calculul necesarului de materiale pentru structurile din beton armat
Calcularea necesarului de materiale pentru structurile din beton armat este o etapă crucială în planificarea și implementarea proiectelor de construcții. Calculele precise vor avea impact asupra eficienței costurilor, a achizițiilor la timp și a calității lucrărilor pe teren. Lipsa de materiale poate întârzia lucrările, în timp ce excesul de materiale riscă să crească costurile, să creeze deșeuri și să sporească spațiul de depozitare. Acest articol discută conceptele de bază, etapele de calcul și exemple de abordări comune pentru calcularea necesarului de materiale pentru elementele structurale din beton armat.
1. Componente materiale în beton armat
În general, structurile din beton armat sunt compuse din două grupe principale de materiale:
1. Beton: un amestec de ciment, agregate fine (nisip), agregate grosiere (pietriș/piatră concasată), apă și, dacă este necesar, adaosuri. Necesarul de beton se calculează de obicei în unități de volum (m³).
2. Oțel de armare: constă din armătură principală, armătură de forfecare (eșarje/spirale) și armătură de distribuție sau armătură de contracție. Necesarul de oțel se calculează în unități de greutate (kg sau tone) și lungime (m).
În plus, există materiale de susținere, cum ar fi cofrajele (lemn, placaj, forme de oțel), sârmă de îndoire, distanțieri și compus de întărire. Cu toate acestea, accentul principal al calculelor materialelor structurale din beton armat este de obicei volumul betonului și greutatea oțelului de armătură.
2. Principii de bază ale calculării volumului betonului
Calculele volumului betonului respectă în principiu formula volumului geometric pentru elementele structurale. Câteva elemente calculate în mod obișnuit sunt:
– Placă: Volum = lungime × lățime × grosime
– Grindă: Volum = lungime × lățime × înălțime (sau dimensiunile secțiunii transversale a grinzii)
– Coloană: Volum = aria secțiunii transversale × înălțimea
– Fundație de bază: Volum = lungime × lățime × grosime (sau formă trapezoidală/în trepte conform proiectului)
Odată ce volumul de beton este determinat, proiectanții adaugă de obicei un factor de pierdere sau o toleranță de teren. Cantitatea depinde de complexitatea lucrării și de metoda de turnare, dar este în general în jur de 2-5% pentru lucrări controlate și curate și poate fi mai mare dacă condițiile de teren nu sunt ideale.
Un scurt exemplu
De exemplu, o placă de podea cu dimensiunile de 10 m × 8 m și o grosime de 0,12 m:
– Volum = 10 × 8 × 0,12 = 9,6 m³
Dacă deșeurile reprezintă 3%:
– Volum proiectat = 9,6 × 1,03 = 9,888 m³ ≈ 9,89 m³
3. Conversia volumului de beton în necesarul de materiale (ciment, nisip, pietriș, apă)
Pe teren, betonul poate fi obținut în două moduri principale:
1. Beton gata preparat: cerințele sunt exprimate simplu în m³, în funcție de calitate (de exemplu, K-250, fc' 20 MPa și așa mai departe).
2. Beton preparat la fața locului (amestecat la fața locului): volumul de beton trebuie defalcat în necesarul de materiale.
Pentru amestecul de șantier, cerințele de materiale depind de designul amestecului. O abordare simplă utilizează adesea un tabel de compoziție per 1 m³ de beton. Ca ghid general (valorile pot varia în funcție de standarde, materiale și obiective de calitate), cerințele per 1 m³ de beton de calitate medie ar putea fi în următorul interval:
– Ciment: 300–400 kg
– Nisip: 0,45–0,55 m³
– Pietriș: 0,70–0,85 m³
– Apă: 160–210 litri
Datorită variației semnificative, este recomandat să se utilizeze o formulă de mixare a sarcinilor sau un design de mixare de laborator. Cu toate acestea, pentru estimările inițiale ale bugetului (RAB), se utilizează adesea o abordare tabelară.
Ilustrarea abordării
Dacă pentru 1 m³ de beton se folosesc 350 kg de ciment, 0,5 m³ de nisip, 0,8 m³ de pietriș și 180 litri de apă, atunci pentru 9,89 m³:
– Ciment = 9,89 × 350 = 3.461,5 kg ≈ 3,46 tone (≈ 69 zak la 50 kg)
– Nisip = 9,89 × 0,5 = 4,945 m³
– Pietriș = 9,89 × 0,8 = 7,912 m³
– Apă = 9,89 × 180 = 1.780,2 litri
Adăugați materiale reziduale, dacă este necesar, în special nisip și pietriș (de exemplu, 5-10%), din cauza manipulării și a pierderilor pe teren.
4. Calculul necesarului de oțel pentru beton
Spre deosebire de beton, care se bazează pe volum, oțelul de armătură se calculează din:
– numărul de tulpini,
– lungimea per tijă,
– diametrul armăturii,
– greutate pe metru (kg/m).
4.1 Greutatea armăturii pe metru
Greutatea specifică a oțelului este de obicei considerată a fi de 7.850 kg/m³. În practică, greutatea aproximativă a armăturii pe metru poate fi calculată folosind următoarea formulă:
Greutate (kg/m²) = 0,006165 × d²
d în mm.
Exemplu:
– 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
Această valoare este apropiată de tabelul standard utilizat în mod obișnuit de estimatori.
4.2 Pași pentru calcularea necesarului de armătură
1. Identificați imaginea structurală: diametrul, numărul, spațierea și lungimea ancorajului sau a îmbinării prin suprapunere.
2. Calculați lungimea netă a armăturii pe baza dimensiunilor elementului, apoi adăugați:
– lungimea cârligului (a cârligului), dacă există,
– lungimea distribuției,
– lungimea suprapunerii îmbinării,
– suplimentar pentru îndoire.
3. Calculați lungimea totală = numărul de tije × lungimea per tijă.
4. Conversia în greutate = lungime totală × greutate pe metru.
5. Adăugați deșeuri (în general 3–7%) pentru butași și resturi.
Exemplu de concept pentru un bloc
De exemplu, o grindă lungă de 6 m are o armătură principală inferioară continuă 4D16. Presupunem că fiecare bară necesită o dezvoltare suplimentară de 0,4 m la fiecare capăt (aceasta este doar cu titlu ilustrativ; valorile reale sunt supuse cerințelor de proiectare).
– Lungimea per tijă = 6 + 0,4 + 0,4 = 6,8 m
– Lungime totală = 4 × 6,8 = 27,2 m
– Greutate D16 = 1,579 kg/m²
– Greutate totală = 27,2 × 1,579 = 42,95 kg
Pentru etrieri, calculul este de obicei:
– se determină numărul de etriere = (lungimea efectivă / distanța dintre ele) + 1,
– se calculează lungimea unui etrier = circumferința plasei + cârligele suplimentare,
– înmulțiți, apoi convertiți în funcție de greutatea pe metru.
5. Factori care sunt adesea uitați în estimare
Pentru a calcula mai precis necesarul de materiale, trebuie luați în considerare următorii factori:
1. Grosimea acoperirii cu beton afectează dimensiunile net ale etrierelor și lungimea efectivă a armăturii.
2. Lungimea îmbinărilor de distribuție și a îmbinărilor suprapuse poate crește semnificativ consumul de oțel, în special pentru elementele lungi.
3. Diferențe față de lungimea standard din fabrică a barei (de obicei 12 m). Tăierea dintr-o bară de 12 m are ca rezultat deșeuri care nu sunt întotdeauna utilizabile.
4. Modificări ale proiectului de teren (desen de atelier), cum ar fi deplasarea deschiderilor, modificări ale detaliilor conexiunilor sau necesitatea unor armături suplimentare.
5. Calitatea cofrajului și a metodei de turnare afectează deșeurile de beton (scurgeri, scurgeri etc.).
6. Tipul de armătură (simplă/filetată) și condițiile de încovoiere care afectează detaliile lungimii cârligului.
6. Metode practice: recapitulare și program de îndoire a barelor (BBS)
Pentru proiecte mai structurate, necesarul de armătură se calculează folosind Programul de îndoire a barelor (BBS), care este o listă de armătură ce conține:
– cod de bare,
– formă,
– diametru,
– lungimea de tăiere,
- sumă,
– lungimea totală,
– greutate totală.
Cu BBS, achiziționarea oțelului devine mai precisă, facilitând fabricația și reducând deșeurile. Pentru beton, recapitulările volumetrice per element (stâlpi, grinzi, plăci, scări) sunt de obicei compilate per etaj sau per zonă de turnare pentru a se alinia cu secvența de turnare.
7. Închidere
Calculul necesarului de materiale pentru structurile din beton armat se bazează în esență pe doi factori: volumul betonului și greutatea oțelului de armătură. Volumul betonului se calculează din elementele geometrice și se adaugă un factor de deșeu rezonabil. Între timp, necesarul de armătură se calculează din desene structurale detaliate (număr, diametru, spațiere și detalii despre cârlige și conexiuni) și apoi se convertește în greutate folosind greutatea pe metru. Pentru a crește precizia și a minimiza deșeurile, se recomandă insistent utilizarea BBS pentru armătură și recapitulări de volum per zonă de turnare. În etapele inițiale, estimările aproximative pot utiliza o abordare tabelară, dar pe măsură ce se apropie implementarea, calculele trebuie să se refere la desenele de lucru finale și la detaliile de planificare pentru a asigura o achiziție mai precisă a materialelor, un proiect mai eficient și pentru a menține calitatea structurală.
