Wprowadzenie w Polsce europejskiej normy PN-EN-1992-1-1, określającej wymagania dotyczące projektowania konstrukcji żelbetowych, spowodowało zmiany w klasyfikacji stali zbrojeniowej. Zgodnie z zapisami starych Polskich Norm do projektowania konstrukcji o przynależności do danej klasy decydowała granica plastyczności stali, teraz zaś najważniejsza jest ciągliwość.
Faktycznie, wprowadzone zmiany odnoszą się nie tylko do zasad projektowania, ale również do materiałów stosowanych w konstrukcjach żelbetowych, a więc również do stali zbrojeniowej. Eurokod 2 definiuje nowy podział na klasy stali zbrojeniowej, wyróżniając klasę A – obejmującą stal o niskiej ciągliwości, klasę B – stal o średniej ciągliwości oraz klasę C – stal o wysokiej ciągliwości. Chciałabym podkreślić, że klasyfikacja stali zbrojeniowej wg Eurokodu 2 prowadzona jest na podstawie jednego z ważniejszych parametrów materiału – jego ciągliwości. Właściwość ta nie była do tej pory uwzględniana przy klasyfikacji i projektowaniu konstrukcji – dotychczasowa norma projektowania konstrukcji żelbetowych PN-B-03264:2002 definiowała klasy stali zbrojeniowej jedynie na podstawie jej charakterystycznej granicy plastyczności, od klasy A-0 do klasy A-IIIN. Konstruktor, wskazując w projekcie jedynie klasę wytrzymałościową stali wg tej starej normy, np. klasę A-IIIN, umożliwiał wykonawcy samodzielne dobieranie gatunku – jedynym wymaganiem była odpowiednia wartość granicy plastyczności.
W ten sposób inne właściwości zbrojenia, równie ważne ze względu na bezpieczeństwo konstrukcji, a przede wszystkim ciągliwość, były pomijane. Takie praktyki są zresztą bardzo powszechne również obecnie, ponieważ mniej niż połowa polskich konstruktorów projektuje zgodnie z Eurokodami – pozostali nadal używają starych Polskich Norm.
 

Czy wprowadzone przez Eurokod zmiany zasad klasyfikacji stali zbrojeniowej w jakikolwiek sposób ograniczają projektanta w wyborze gatunku materiału?
Zasady projektowania nie uległy znaczącej zmianie – nadal do obliczeń wykorzystuje się podstawową cechę stali zbrojeniowej, jaką jest granica plastyczności. Tu powstało wprawdzie ograniczenie – Eurokod 2 do zbrojenia konstrukcji dopuszcza jedynie stal o granicy plastyczności nie mniejszej niż 400 i nie większej niż 600 MPa – jednak, mając na uwadze, iż przeważnie jako zbrojenie główne projektanci od lat stosują stal o minimalnej granicy plastyczności 500 MPa, czyli klasy A-IIIN, nie jest ono bardzo znaczące. Dodatkowym warunkiem wprowadzonym przez Eurokod jest pełna spajalność stali – i tu pewna część projektantów będzie musiała zmienić nawyki i zaprzestać używania niespajalnych gatunków stali, np. 34GS. Jednakże, poza wymienionymi powyżej zmianami, Eurokod w zasadzie nic nie narzuca – wskazuje jedynie duże znaczenie innych cech stali zbrojeniowej, dotychczas pomijanych, np. ciągliwości. Nadal jednak projektant może dowolnie wybrać spośród oferty rynkowej lub wskazać jedynie wymaganą granicę plastyczności stali.
 

Jakie konsekwencje mogą nieść ze sobą takie praktyki projektowe?
Jestem przekonana, że wolny wybór gatunku stali zbrojeniowej, pozostawiony przez projektanta, który określa jedynie klasę wytrzymałościową stali, nie stanowi gwarancji użycia najlepszego wyrobu z dostępnych na rynku. Przykładowo wśród stali klasy A-IIIN dostępnej w Polsce znajdą się zarówno gatunki o wysokiej, średniej, jak i niskiej ciągliwości. Wiele razy udowodniono już duży wpływ wysokiej ciągliwości stali na bezpieczeństwo konstrukcji – polecam liczne publikacje CPJS opisujące badania konstrukcji prowadzone przez prof. dr. hab. inż. Włodzimierza Starosolskiego na Politechnice Śląskiej, w których teza ta poparta jest wieloma dowodami. Dobrym zwyczajem wydaje się być zatem stosowanie do zbrojenia konstrukcji stali o jak najwyższej ciągliwości, co konstruktor może zapewnić jedynie poprzez wskazanie odpowiedniego gatunku, lub przynajmniej dodatkowych parametrów ciągliwości. To całkiem rozsądne podejście, zwłaszcza iż obecnie w ofercie producentów jest stal doskonałej jakości, łącząca wysoką wytrzymałość z bardzo dobrą ciągliwością – co w przeszłości było prawie niemożliwe do osiągnięcia. Stal o minimalnej granicy plastyczności 500 MPa i wysokiej ciągliwości (spełniająca wymogi klasy C według Eurokodu 2) jest podstawowym wyrobem w ofercie polskich hut, a więc z jego dostępnością nie ma najmniejszych problemów.

A zatem jakie dokładnie zapisy w projekcie zagwarantują zastosowanie w konstrukcji najlepszych wyrobów do zbrojenia?
Projektant, poza wskazaniem klasy wytrzymałości, czyli np. minimalnej granicy plastyczności 500 MPa, powinien podać preferowany, lub wręcz wymagany, gatunek stali zbrojeniowej, cechujący się wysoką ciągliwością. Na polskim rynku najpowszechniejszym gatunkiem spełniającym te dwa warunki jest gatunek B500SP, sprzedawany jako stal ze znakiem jakości EPSTAL. Można w projekcie wskazać gatunek lub wręcz tylko nazwę EPSTAL Innym podejściem jest podanie wymaganych cech stali – poza minimalną granicą plastyczności 500 MPa wskazuje się wymagane procentowe wydłużenie pod największym obciążeniem 8% oraz stosunek charakterystycznej wytrzymałości na rozciąganie do charakterystycznej granicy plastyczności, który musi zawierać się w granicach od 1,15 do 1,35.

Jak już Pani wspomniała, dobre parametry wytrzymałościowe stali zbrojeniowej są bardzo pożądane, ale niewystarczające.Poza wysoką odpornością na naprężenia rozciągające istnieje także potrzeba plastyczności konstrukcji. Dlaczego ciągliwość stali zbrojeniowej jest tak ważna w bezpieczeństwie konstrukcji żelbetowych?
Ciągliwość stali zbrojeniowej ma ogromny wpływ na bezpieczeństwo konstrukcji w stanie awaryjnym, po przekroczeniu dopuszczalnych wartości obciążeń oraz w sytuacji wystąpienia obciążeń wyjątkowych, nieprzewidzianych przez projektanta, wywołanych np. zderzeniem z pojazdem lub wybuchem gazu w budynku. W takich przypadkach niezwykle ważne jest zapobieganie kruchemu zniszczeniu konstrukcji i zapewnienie możliwości jej uplastycznienia. Jeżeli element zbrojony jest stalą o niskiej lub nawet średniej ciągliwości, może ulec zniszczeniu przy niewielkich odkształceniach, co w praktyce oznacza brak wyraźnych sygnałów ostrzegających przed katastrofą. Ten sam element zbrojony stalą o wysokiej ciągliwości dozna dużych odkształceń – ugięć i zarysowań, które będą sygnalizować o awarii i tym samym umożliwią ewakuację i wszczęcie działań naprawczych, zapobiegających katastrofie. Poza tym stal o wysokiej ciągliwości zapewnia duży zapas nośności w stosunku do obciążeń projektowych i umożliwia redystrybucję momentów zginających, czego niestety nie mamy w przypadku stali klasy A czy B.

W przypadku jakiego typu konstrukcji szczególnie zaleca się zbrojenie stalą o wysokiej ciągliwości?
Nie ulega wątpliwości, że wszystkie konstrukcje powinny być maksymalnie bezpieczne. Dla zachowania najwyższego poziomu bezpieczeństwa, a także dla spokojnego snu konstruktora, zalecałabym stosowanie tego typu stali we wszystkich projektowanych obiektach żelbetowych. Bezwzględnie jednak powinno się wybierać stal plastyczną do obiektów narażonych na działanie obciążeń dynamicznych, np. mostów posadowionych na terenach górniczych i sejsmicznych, ustrojów płytowo-słupowych, obiektów szczególnie odpowiedzialnych, wieżowców. Wszędzie tam, gdzie ważne jest zapewnienie bezpieczeństwa użytkowników również w przypadku ewentualnego przeciążenia konstrukcji. Takie podejście ma już zresztą odzwierciedlenie w oficjalnych zaleceniach. Przykładem jest GDDKiA, która w wydanych w 2013 roku Wzorcowych Dokumentach Kontraktowych (WDK) systemów „Projektuj i buduj”, a dokładnie w Ogólnych Specyfikacjach Technicznych obiektów inżynierskich, będących częścią WDK, do zbrojenia obiektów inżynierskich zaleca stosowanie stali o wysokiej ciągliwości, odpornej na obciążenia dynamiczne, cykliczne i zmęczeniowe, np. gatunek B500SP.

Jakie jeszcze cechy stali zbrojeniowej, poza ciągliwością, są według Pani warte uwzględnienia przy wyborze stali do zbrojenia konstrukcji?
Chciałabym podkreślić duże znaczenie stabilności procesu produkcji oraz wiarygodności podawanych przez producenta parametrów i charakteru ich rozkładu. Należy bowiem pamiętać o różnicy pomiędzy określanymi w normach metalurgicznych właściwościami wytrzymałościowo-odkształceniowymi, np. granicą plastyczności Re, a charakterystycznymi wartościami podawanymi przez normy budowlane, np. fyk. Otóż granica plastyczności Re odnosi się do charakterystycznych wartości określanych na podstawie poziomu jakości podczas długoterminowej produkcji, natomiast fyk jest charakterystyczną granicą plastyczności określaną na podstawie właściwości danego pręta. Innymi słowy projektant oczekuje, iż każdy pręt w konstrukcji będzie spełniał wymagania minimalne, gdy tymczasem producent, zgodnie z obowiązującymi go normami metalurgicznymi, gwarantuje spełnienie tych wymagań dla dużej grupy wyrobów w ujęciu statystycznym. Nie istnieje bezpośredni związek pomiędzy Re i fyk, chociaż w praktyce te wartości przyjmuje się jako tożsame. Wymagania norm budowlanych można uznać za spełnione, gdy proces produkcji stali jest stabilny, nie odnotowuje się dużych odchyleń od wartości średnich i nieregularnych skoków oraz gdy producent zachowuje duży margines bezpieczeństwa. Niewielu jednak producentów decyduje się na publikowanie informacji na ten temat. Centrum Promocji Jakości Stali podaje dane tego typu dotyczące stali EPSTAL, corocznie je aktualizując.

Stal EPSTAL jest obecnie bardzo popularna i coraz chętniej wybierana przez polskich projektantów konstrukcji. Dlaczego warto ją stosować? Czym się wyróżnia? Jakie są jej zalety?
Stal EPSTAL istnieje na polskim rynku już od10 lat i cieszy się wciąż rosnąca popularnością. Przede wszystkim jest to doskonale rozpoznawalna polska marka wyrobów stali zbrojeniowej, przez projektantów i wykonawców kojarzona z wysoką jakością i wiarygodnością. Na pierwszym miejscu wśród jej największych zalet postawiłabym wysoką ciągliwość połączoną z wytrzymałością klasy „500”, a następnie, dzięki napisowi EPSTAL, który jest nawalcowany na każdym pręcie, znacznie lepszą identyfikację w porównaniu do innych gatunków stali żebrowanych, co ma niebagatelne znaczenie, zwłaszcza dla firm wykonawczych. Ponadto, o czym wspominałam wcześniej, w przypadku stali EPSTAL projektant, dzięki publikacjom CPJS, może zobaczyć, jaki charakter mają rozkłady najważniejszych parametrów wytrzymałościowo-odkształceniowych oraz jaki jest margines bezpieczeństwa i wartości średnie. To buduje większe zaufanie. Dla wykonawców ważna będzie duża podatność stali EPSTAL na zginanie z odginaniem. Pozostaje oczywiście wiele innych ważnych właściwości tej stali, jak wysoka odporność na obciążenia dynamiczne, pełna spajalność i dobra przyczepność do betonu.

Zalety stali EPSTAL:

• Wysoka ciągliwość – minimalne wydłużenie 8%, stosunek ftk/fyk 1,15-1,35 (klasa C według Eurokodu 2)
• Wysoka wytrzymałość – minimalna granica plastyczności 500 MPa (klasa A-IIIN według Polskich Norm)
• Odporność na obciążenia dynamiczne – zmęczeniowe i cykliczne
• Pełna spajalność – spawalność i zgrzewalność we wszystkich średnicach
• Dobra przyczepność do betonu – zapewniona przez wysokie pole powierzchni żeber i dodatkowo potwierdzona badaniami pull-out
• Łatwiejsza identyfikacja – poprzez unikalny wzór użebrowania oraz napis EPSTAL nawalcowany na prętach
• Podatność na zginanie z odginaniem – badania kontrolne na każdej partii wyprodukowanego materiału
• Gwarancja stabilności procesu produkcji – monitoring wyników zakładowej kontroli produkcji

Tytuł Kreator Budownictwa Roku 2014

otrzymała również firma
Centrum Promocji Jakości Stali Sp. z o.o.
al. Niepodległości 69
02-626 Warszawa
tel. 22 322 76 32
www.cpjs.pl