wmt.

ШЖмхж

,    J*»

«НвмГ*

mâêi

:й

i ш§

:v:

ÉÏ»S

:Y

Й-

jî

ü;;:

.4

iMi

il

:pi

v.';

rV;.:

ШШ

Ml

,5

il

p;>:i

■Ш

B!

: V,',;

il

ЙШ

Ш-

У\

НИ

л ■■

!щшш

I Ш0ШШ

■ii

... :,

ННИННЯННРв

mmmmm

шшШШёёшшж

УШ

уЩ

i;,:.

.....

«к

УЖ

шзшШ

■■■■■■■■■■■■III

Happ»

Biblioteka Politechniki Krakowskiej

100000297714

mż. OK. mOKCELI тНКПСН0Ш5К1

IfĆT

IfĆT

ODCZYT W TOWARZYSTWIE POLITECHNICZNEM

DNIA 12 KWIETNIA 1911.

WE LWOWIE.

I. ZWIĄZKOWA DRUKARNIA WE LWOWIE, UL. LINDEGO 4.

1911.

nom

ODBITKA Z „CZASOPISMA TECHNICZNEGO“

5354 50

Z góry muszę zaznaczyć, że nie występuję jako bezwględny zwolennik takiego wzmacniania betonu, a tylko chciałbym zwrócić uwagę Panów na możliwość tej kombinacyi materyałów i wskazać pole zastosowania.

Mówiąc o wzmocnieniu betonu nie od rzeczy będzie wspomnieć, na ozem to wzmocnienie polega.

Otóż beton jest wytrzymały na ciśnienie, przyczem po upływie 28 dni wytrzymałość jego dosięga średnio VbP = 160 kg cm² — przy spół-czynniku odkształcenia Ebp = 150000 kgjcm². Natomiast na ciągnienie jest słaby i to średnio biorąc, dziesięć razy słabszy.

Wstawiając więc w warstwy ciągnione betonu inny materyał, który przyjmie na siebie natężenia ciągnące, zwiększymy wytrzymałość betonu, czyli go wzmocnimy. Jest to naturalnie możliwe tylko wtedy, jeżeli beton wykazuje dostateczną przyczepność do danego materyału wzmacniającego.

Największe zastosowanie znalazło dotychczas wzmacnianie betonu żelazem, jakkolwiek próbowano już używać i innych metali. Z żelaza najwięcej używa się żelaza zlewnego, a nadto, szczególnie w Ameryce, rozpowszechnione jest użycie stali.

O użyciu drzewa do wzmocnienia betonu, nie znalazłem do niedawna żadnej wzmianki w literaturze technicznej. Może to nawet dziwić wobec przyczepności betonu do drzewa, która najlepiej uwydatnia się przy oszalowaniach, gdy deski trudno oderwać od stwardniałego betonu.

Niemniej i duża wytrzymałość drzewa na ciągnienie, powinna była już zwrócić na drzewo

uwagę.

Wytrzymałość drzewa szpilkowego na ciągnienie osiąga średnio granicę Vdt=600 kg/cm², przy-czem spółczynnik odkształcenia wynosi 7^= 120 000 do 130000 kg jem².

Zestawienie zatem wytrzymałości tycb dwóch materyałów, z których drzewo jest czterokrotnie silniejsze na ciągnienie niż beton na ciśnienie, przy tym samym prawie spółczynniku odkształcenia, każe rozpatrzyć korzyści i niekorzyści wzmacniania betonu drzewem.

W jednym z ostatnich zeszytów londyńskiego czasopisma technicznego Engineering znalazłem krótką wzmiankę o doświadczeniach wykonanych na słupach z betonu wzmocnionego drzewem, a mianowicie inżynier angielski i przedsiębiorca p. Case przeprowadził szereg prób w miejskiem tochnicznem kolegium w Brighton w obecności zaproszonych inżynierów i dyrektora kolegium.

długich na

Doświadczenia robiono na belkach przekroju kwadratowego o boku 1P43cm 139-70 cm (rys. 1).

Belki wykonywano w zwyczajnych warunkach, więc w czasie i na miejscu budowy, a w czasie między ubiciem betonu a łamaniem trzymano belki na wolnem powietrzu.

Wzmocnienie składało się z czterech prętów drewnianych o przekroju prostokątnym każdy o powierzchni po 4-84 cm², ułożonych między sobą w odstępach po 635 cm. Pręty miały długość 13208 cm, więc na 3-81 cm po obu końcach były zasłonięte betonem.

Jako wiązanie poprzeczne służyło 6 opasek żelaznych 12’7 mm szerokich, a 3⁻20mm grubych.

Opaski przytwierdzono do prętów drewnianych

fr-

11 4 3

К......6-35.......*

tu.....J

.........4$|

me

------139 70 -

-22 8Г

452-08-

98 гг.....—J

22 вв '

k.......Ш

......

<§ I'

ON 111

o o"

f—¹ • P

a⁻ P

CD

* Q-»

P-

°fô

ai tr

LO

Ci O

to

GO ^ CO

о о

g'S

o«

2j>

VCÆ ^

•5?

Beton składał się z 1 cz. cementu portlandzkiego, 4 cz. drobnego piasku, 1 cz. grubego piasku, 2 cz. szutru granitowego.

Drzewa do wzmocnienia użyto w kilku gatunkach jak mahoń, dąb, jasion, sosna.

Nadto łamano równocześnie jeden słup z betonu nie wzmocnionego, o takich samych wymiarach jak poprzednie i jeden z betonu wzmocnionego czterema prętami żelaznymi o średnicy ^"=8#5 mm czyli każdy o powierzchni po 0'bbcm¹.

Próby przeprowadzono na betonie bardzo młodym, bo 7 — 14-dniowym.

Przy obciążeniu osiowem wytrzymałość słupów okazała się następującą:

Słup wzmocniony prętami

dębowymi . sosnowymi . żelazem . bez wzmocniania .

Wytrzymałość w kg Icin'¹¹

45-3

Wyniki te zdają się wskazywać, że równą wytrzymałość słupów, można uzyskać tak przez wzmocnienie drzewem jak i żelazem.

Dalsze doświadczenia, ze słupami wzmocnionymi drzewem mają być jeszcze robione w Londynie w Kolegium zachodniem (The East London College).

Ustrój przyjęty przez inżyniera Case jest jak widzimy z rysunku 1 tylko niewolniczem naśladownictwem wzmocnienia betonu żelazem.

Nie liczy on się tutaj z kształtami, w jakich znajdujemy w handlu materyał drzewny. Na składach przeważnie mamy drzewo tarte w formie desek cieńszych lub grubszych. Przez przycinanie drzewa w pręty prostokątne lub dalej idąc w okrągłe, traciłoby się i na materyale i na pracy robotnika, i co najważniejsza na wy trzyma łości drzewa.

Zauważmy tylko pręt drewniany naprzykład jodłowy wycięty z deski. Im ten pręt będzie miał mniejsze wymiary, tern więcej włókien będzie ściętych ukośnie w pośrodku pręta, a tylko środkowe włókna przejdą bez przerwy od jednego do drugiego końca pręta i tylko tych wytrzymałość na ciągnienie i na ciśnienie może być wyzyskana. Inne włókna pracują tylko na ścinanie równolegle do włókien. Z tego powodu uważam, że odwrotnie aniżeli przy żelazie — większe przekroje drzewa tartego są wytrzymalsze, aniżeli mniejsze, że więc przystępując do wzmocnienia betonu drzewem, należy też używać większych przekrojów drzewa.

Dalej jeżeli chcemy otrzymać dźwigary z betonu wzmocnionego drzewem możliwie tanie, to musimy użyć ustroju jak najprostszego i drzewa takiego jak ono przychodzi w handlu, więc drzewa tartego.

Wreszcie czwarty warunek: musimy używać drzewa najtańszego, a zarazem wytrzymałego i sprężystego, a takiem jest drzewo szpilkowe.

Rozważając różne sposoby wzmacniania betonu, przychodzę do przekonania, że drzewem należy •wzmacniać beton tylko przeciw siłom ciągnącym. Natomiast wszelkie wiązania poprzeczne, które nie powinny zabierać wiele miejsca, będzie odpowiedniej robić z żelaza jak tego zresztą słusznie użyto przy doświadczeniach angielskich.

Temi kilkoma uwagami poprzedziłem przedstawienie dwóch zasadniczych przekrojów a mianowicie przekroju dźwigara zginanego według rys. 2 i przekroju słupa według rys. 3 i 4, w których łączy się łatwość konstrukcyi z wyzyskaniem materyałów.

Dla osądzenia, jaka może być wytrzymałość tych dźwigarów, podaję następujący szkic obliczenia :

Niech dźwigar ma wymiary jak na rysunku 6,

gdzie obok podany jest rozkład odkształceń w dowolnym przekroju RS, prostopadłym do osi dźwigara.

Bys. 2.

Bys. 3.

Rys. 4.

Jeżeli przyjmiemy dla wyznaczenia wytrzymałości tego dźwigara, podobnie jak dla betonu wzmocnionego żelazem tę chwilę, kiedy beton

R «ъ

Щ.....]

_:_л_

......-

V .i

"JC

Bys. 5.

ciągniony w dolnych warstwach już pękł, więc w dźwigarze pracuje beton tylko w górnych warstwach na ciśnienie, a w dolnych warstwach tylko drzewo na ciągnienie, to natężenia rozłożą się w przekroju RS, jak to wskazuje rysunek.

Przy takiem przyjęciu położenie obojętnej warstwy względem górnej krawędzi dźwigara wyznacza równanie

/■» z    г* (d—z)

i Bdv,Vb+\ G dv₂ Vd= JO    J (d—z—s)

0.

A ponieważ F&= bp x \li

vj

^xVlą +

f XV₂, więc

(d—z)

'^.G.\J₂.dv 2-0.

(d—z—s)

Jeżeli oznaczymy stosunek

Edt

= N.

dt i tO

B.z²=Ndt. G\(d — z)²— (d—z—s)²] A stąd położenie warstwy obojętnej

Еър

*-K¥]

+-

G.s l²

+ ^N<u~~{2ds)]    .

1)

B

Największy moment sił zewnętrznych, jaki zrównoważy się z wytrzymałością dźwigara znajdujemy znowu z równania:

(d-z)

Vd. G. dv₂.v%

(d—z—s)

a podstawiając jak wyżej wartości natężeń, to

м=

Jeżeli przyjmiemy natężenia w betonie jako miarę wytrzymałości dźwigara, a więc Vbp= ----- .Z

Eb Vb

i wstawimy to w poprzedni wzór ——=——, to

'Çd—zŸ—(d—z—s)

M=Vbp

Bz²

3 +N«.0.

t\> co

])•

2)

Równocześnie powstaje największe natężenie w drzewie :

Vdt= Vbp. Ndt ——

Z

Opierając się na tych wzorach wyznaczę wytrzymałość belki betonowej o wymiarach •§•§• (rysunek 6). Widzimy tutaj jako wzmocnienie dwa

—~s'

24

.    .    3)

ć/29

cń

S3

2?‘32

->;з *-■    -*ъ »-

Rys. 6.

dyle jodłowe po 12 cm szerokie a po 1‘Ъст grube, czyli бг=2 X 7-5 = 15 cm.

Wysokość użyteczna

d=29 cm.

Ponieważ dla betonu

Ebp —

150 000 kg jem²

dla drzewa

E,jt —

120000 kg/cm², to

Ndt

Edt

0-8

Еър

Spółczynnik Ndt Przyjniuję dla uproszczenia rachunku =1.

Zatem położenie warstwy obojętnej według wzoru 1)

Z=-

15x12

24

vm4

15.12

24

(2x29-

12)1

= 12-53 cm.

Jeżelibyśmy przyjęli dla betonu piątą pewność,

150

to natężenie dozwolone Vbp = ■

O

a stąd moment sił zewnętrznych według wzoru 2) 24. 12-53²

30 kg, cm².

M= 30

+ 15

(29—12-53)³—(29 —12 53—15)³

3.12-53

])-

=M—91200 kgcm.

Największe natężenie w drzewie, jakie równocześnie powstaje, wynosi według wzoru 3) 29-12-53

Frf<=30x

= 89-43 kg jem².

12-53

Oprócz powyższych natężeń ma jeszcze na wytrzymałość dźwigarów betonowych, wzmocnionych bardzo wielki wpływ siła niszcząca przyczepność między betonem a wzmocnieniem.

Siła ta na 1 cm² powierzchni wkładki drewnianej wynosi w moim dźwigarze w przybliżeniu:

U.J

= 0-7 kg jem¹

41/    4x91200

gdzie Q (siła poprzeczna) ==

= 1216 kg,

U (obwód wzmocnienia) = 78 cm²,

S (moment statyczny wzmocnienia = = 180 cm² X (29 —6 —12-53) = 1638

300

J (moment bezwładności przekroju dźwigara =

91200

X 12-53 = 88090.

Mówiąc o przyczepności betonu do drzewa, nie mogę pominąć jednej własności drzewa i to tej, która, jak mi się wydaje, obudzi u Panów najwięcej wątpliwości, czy właśnie z tego względu można używać drzewa do wzmocnienia betonu.

Otóż drzewo wstawione w świeży beton musi wciągać wodę, więc zwiększać swoją objętość. W miarę zaś, jak beton wysycha, musi i drzewo schnąć równocześnie i kurczyć się.

betonu ?

Pytanie więc, co się stanie z przyczepnością

Ja mam co do tej kwestyi zapatrywanie, że drzewo zsychając się, nie oderwie swoich włókien do betonu, tylko zrobi się niejako rzadsze w przekroju poprzecznym, ale poprzedni swój wymiar zachowa.

Moźnaby jednak z góry zabezpieczyć drzewo przed pęcznieniem, a to zapomocą impregnowania.

Do tego mogłyby służyć tylko te środki, które nie zawierają tłuszczów, ponieważ jak wiadomo, tłuszcze niszczą przyczepność betonu do drzewa.

Prawdopopobnie odpowiadałby temu celowi kreosot, tylko koszta są znaczne. Samo malowanie trzykrotne powierzchni kreosotem — co zabezpieczałoby przed pęcznieniem, kosztuje około 0'40 К na lw wkładki w moim przykładzie. Drugim środkiem impregnacyjnym, który byłby tańszy, a który przyczepności nie niszczy, byłoby malowanie wkładek szkłem wodnem.

Pozostaje mi jeszcze wykazać, o ile wkładki drewniane wzmacniają słupy betonowe.

Już wartość stosunku

Ebp

że drzewo wytrzymałości słupów właściwie nie zwiększy.

^dt 1, w-skazuje,

Wkładka drewniana wstawiona w słup przyjmuje na siebie tylko takie natężenie, jakieby miał beton w miejscu wkładki.

Całe zwiększenie wytrzymałości słupów betonowych pochodzi tylko od wiązań poprzecznych, które jak już wyżej wspomniałem, najodpowiedniejsze będą żelazne.

Wkładki drewniane pionowe służą w słupach tylko jako przytwierdzenie wiązań poprzecznych, wreszcie jako wzmocnienie przeciw siłom ścinającym w ostatnim okresie wytrzymałości słupa i ewentualnie jako wzmocnienie betonu na ciągnienie przy działaniu mimośrodkowem siły zewnętrznej .

Jednakże takie zadanie podrzędne jak wkładki drewniane, spełniają w słupie betonowym również i wkładki pionowe żelazne. Wpływ wzmocnienia pionowego słupów jak wykazały doświadczenia jest bardzo mały, tak że pionowe żelazo nigdy nie jest wyzyskane.

Z tego zestawienia wynika, że jest prawie rzeczą obojętną, z jakiego materyału damy w słupach wkładki pionowe.

To zapatrywanie zdają się potwierdzać wyżej podane wyniki doświadczeń inżyniera Case, według których przy wzmocnieniu drzewem jak i żelazem otrzymano tak podobne wytrzymałości.

Przyjmując więc dalej wzmocnienie pionowe tak drzewem jak żelazem za jednakiej prawie wartości i porównując cenę żelaza z ceną drzewa o jakie 90 razy niższą, to otrzymamy wypadki w których słupy betonowe wzmocnione drzewem, mogą skutecznie spółzawodniczyć nawet ze słupami betonowymi wzmocnionymi żelazem.

Spółzawodnićtwo to jest tern więcej możliwe z poruszoną wyżej zmianą objętości drzewa pod wpływem wilgoci, może także tylko w bardzo małym stopniu wpływać na wytrzymałość słupa.

Zastanówmy się teraz, jaki byłby stosunek kosztów dźwigarów betonowych do dźwigarów drewnianych. Za podstawę przyjmę dźwigar betonowy powyżej obliczony, który niech ma rozpiętość podporową 3 00 m.

= 6-00 „

Koszt wykonania tego dźwigara będzie wynosił w przybliżeniu, licząc lm³ betonu po 35 koron, więc beton (0-32x0-24-0'15x0-12)x3'0x35 = 6-20 К drzewo 2 X 7,5/₁₂ X 3-00m po 1 00 К

12-20 К

Z wytrzymałości dźwigara betonowego wypada na zniesienie ciężaru własnego, który wynosi : [(0-32 X 0-24—0 15 X 012) x 2200 A# +

+ 0-15 X 0-12 x 700 kg] x 3-0 -426 kg.

Moment ciężaru własnego

426 x 300 — 15975 kgcm.

Pozostaje moment użyteczny

Жр—91200—15975=75225 kgcm.

Dźwigar drewniany ¹⁸/₂₀, który ma prawie ten sam moment użyteczny, kosztowałby licząc po 3-0 К za m. bież. około 9⁻0 K.

Co do ceny, to dźwigar drewniany przedstawia się o 25°/₀ korzystniej niż betonowy — co zresztą było z góry do przewidzenia.

Patrzmy jednak nietylko na wytrzymałość i cenę budowli lecz i na trwałość.

Niema materyału bardziej narażonego na zniszczenie jak drzewo.

Zgnilizna, grzyb, robactwo i ogień, to czwórka wrogów budowli drewnianych. Nie rzadko przyłącza się do tego osłabienie przekroju drzewa wskutek uderzeń.

Impregnowanie chroni drzewo przed grzybem i gniciem nie dłużej jak 16 lat, jak wykazują doświadczenia z progami kolejowymi.

S. 61

Natomiast nie ulega wątpliwości, że beton ochroniłby drzewo we wszystkich tych wypadkach przed zniszczeniem.

Wzmacnianie betonu drzewem ma też kilka praktycznych korzyści. Jedna z takich, która może mieć nawet duże zastosowanie zwłaszcza przy słupach, byłaby, że zapomocą krótkich wkładek drewnianych ze sobą łączonych możnaby uzyskać dowolne wysokości. To samo odnosi się i do dźwigarów zginanych. I tutaj przez łączenie krótkich wkładek można uzyskać dźwigary, które nawet w porównaniu z drzewem mogą być tańsze.

Wreszcie nie można też zapoznawać łatwości konstrukcyi, jak układanie wkładek, ubijanie betonu i przytwierdzanie wiązań poprzecznych. Dalej łatwe jest tutaj wykonanie oszalowania, które przy dużych wymiarach wkładek i tęgości drzewa można zawieszać wprost na wkładkach.

Biorąc pod uwagę wywody tutaj przytoczone, przychodzę do następujących wniosków. Użycie betonu wzmocnionego drzewem może być bardzo odpowiednie do budowli tymczasowych, które mają trwać bądźto dłużej niż trzy lata, bądź też narażone są na zniszczenie pożarem.

Naturalnie nadaje się ten materyał tylko do konstrukcyi o małych rozpiętościach a zostających pod działaniem małych sił.

Tu więc zaliczyłbym wszystkie budynki wiejskie, jak lepianki chłopskie, stajnie, szopy, stodoły. Dalej baraki wojskowe i domy letnie o ścianach ryglowych.

Drobne budynki przemysłowe jak np. młyny, pomocnicze budowle wodne jak np. ściany młynówek.

Możnaby z tego materyału wykonywać całe mostki na drogach gminnych II klasy, jak niemniej filary i przyczółki wszystkich mostów drewnianych.

rv

Mógłby to być też znakomity materyał na ogrodzenia, słupy z tablicami ostrzegawczemi, słupy telegraficzne itp.

Weźmijcie Szanowni Panowie pod uwagę, jakie masy drzewa zażywa się u nas na te budowle, a równocześnie uprzytomniacie sobie te tysiące kilogramów żelaza, które się do nas sprowadza i stosuje tam, gdzie drzewo zupełnieby wystarczało, gdyby nie niebezpieczeństwo pożaru i tymi względami powodowani wybaczcie mi, że pozwoliłem sobie zabrać dzisiejszy wieczór.

Miałem tutaj na myśli zwrócić uwagę — jak to na początku wspomniałem — że taka kombi-nacya materyałów jest możliwa, a zarazem zachęcić do doświadczeń, do których poparcia i zapoczątkowania najodpowiedniejsze byłoby nasze Towarzystwo Politechniczne.

е-'Эб

WYDZIAŁY POLITECHNICZNE KRAKÓW

BIBLIOTEKA GŁÓWNA

. inw.

Kdn., Czapskich 4 — 678. 1. XII. 52. 10.000

ï-iâbasà

,r;,yVH

'Çs,

*x

J .■

' » <’ л;.

Biblioteka Politechniki Krakowskiej

100000297714

■>

Biblioteka Politechniki Krakowskiej

1-30162

Biblioteka Politechniki Krakowskiej

00000297714