25/01/2023
https://m.facebook.com/story.php?story_fbid=148978454615176&id=100085090658548&mibextid=Nif5oz
מה הופך פלדה להיות חומר מנצח בבנייה?
פלדה היא אחד המרכיבים הנפוצים והשימושיים ביותר בתעשיות רבות, והיא משמשת לייצור רכיבים במוצרים רבים. ממכוניות ,כלי עבודה, מוצרי פרזול ועד מחטים ומסמרים. בענף הבנייה יש לפלדה 2 שימושים עיקריים – מבני פלדה ומבני בטון. מבני פלדה לרוב ישתמשו בפרופילים שונים, ומבני בטון יהיו מחוזקים באמצעות מוטות פלדה עגולים מצולעים שטמונים בבטון, בתעשייה נהוג לקרוא להם פשוט – ברזל. השימוש במונח ברזל הוא טבעי, מכיוון שפלדה היא סגסוגת העשויה משני מרכיבים עיקריים - פחמן וברזל. אופציה נוספת לשימוש במילה ברזל בבטון מזוין נובעת כנראה מהצורך להבדיל בין פרופילים מפלדה לבין מוטות הפלדה.
לפלדה תכונות חשובות ורבות שהופכות אותה למרכיב שימושי ונפוץ. התכונות הכי מהותיות שלה, שהפכו אותה לאחת המתכות השימושיות ביותר בענף הבנייה הן - המחיר, האלסטיות והחוזק.
המחיר -
לעומת מתכות אחרות כמו זהב וטיטניום, הברזל היא מתכת נפוצה בטבע. למעשה, ברזל הוא היסוד העיקרי בהרכב כדור הארץ, מבחינת מסה, והרביעי בהרכב קרום כדור הארץ. וזה הופך אותה לנגישה וזולה ביחס למתכות אחרות, וזאת על אף שתהליך ההפקה של הפלדה נחשב לתהליך מסובך.
האלסטיות -
כאשר מותחים כל חומר, לאחר הפעלת כח מסוים נמוך או גבוה, הוא יכשל, משמע יקרע, יקרוס, ישבר, יתפרק ועוד מילים שאנחנו לא רוצים לפגוש בענף הבנייה. כאשר מותחים פלדה היא תעבור כמה שלבים. השלב הראשון יהיה השלב האלסטי. אלסטיות (או גמישות) זו היכולת של חומר להתארך בעת מתיחתו ולחזור למצבו המקורי לאחר הפסקת פעולת המתיחה, לדוגמה גומייה - שניתן למתוח אותה לפי כמה מאורכה ההתחלתי וברגע שמשחררים היא חוזרת לאורכה המקורי. היכולות האלסטיות הגבוהות של פלדה מנוצלות היטב בתכנון מבנים מכיוון שהן מאפשרות את הדינמיות הנחוצה למבנים ברגע שמופעל עליהם כוחות חיצוניים, כמו רוחות, שינויים אקלים ותנודות תת קרקעיות. הגולדן ברידג' בסן פרנסיסקו לדוגמה מתארך בכחמישה מטרים בין התקופה הקרה ביותר לתקופה החמה ביותר, והפלדה שמרכיבה אותו היא זאת שמאפשרת לו לעשות את זה מבלי להיקרע. בהקשר הזה, מה שהופך את הבטון והברזל לצוות מנצח הוא שלשניהם יש את אותן תכונות התארכות והתכווצות בעת שינוי טמפרטורה, מה שמבטיח עמידות של מבנים ואורך חיים ארוך למרות שינוי טמפרטורות.
הפלסטיות-
השלב השני, לאחר השלב האלסטי הוא השלב הפלסטי, שזהו מצב בו חומר לא יכול כבר לחזור לאורך המקורי שלו, לדוגמה פלסטלינה - שניתן למתוח אותה, אך היא לעולם לא תחזור לאורך המקורי שלה.
הנקודה שבה הפלדה עוברת מחומר אלסטי לחומר פלסטי נקראת נקודת הנזילה, ובעצם זו הנקודה המירבית שאליה מותר למתוח את הפלדה כדי לא להגיע לכשל. המעבר ממצב אלסטי למצב פלסטי חשוב, מכיוון שבדרך כלל הוא מאפשר להבחין בכשל של החומר לפני שהפלדה מגיעה למצב הבעייתי של קריעה שזהו כמובן השלב האחרון. שלב הקריעה, השבר, הכשל, זה שלב שבו המתיחה גורמת לחומר להיכשל, ובמקרה של הפלדה היא תיקרע ותהפוך לשני חלקים מנותקים זה מזה.
החוזק -
אז איך כל זה קשור לחוזק? חוזק זה בעצם הגדרה שנובעת מהתנהגות של חומר ביחס להשפעות חיצוניות שמופעלות עליו. בשימוש היומיומי, ככל שהחומר פחות מושפע מכוחות חיצוניים הוא יותר חזק. בשימוש המקצועי, מפרקים חוזק לסוגים שונים, חוזק מתיחה (כמו שתיארנו לפני כן) וחוזק לחיצה הם סוגי חוזק נפוצים בתכנון מבנים. נחזור לדוגמה של הגומייה כדי להבין מהו חוזק מתיחה - בעת הפעלת כח קטן ביותר על גומייה ניתן לגרום לה להתארך מאוד ביחס לאורכה המקורי. בפלדה, הכוח שצריך להפעיל בכדי גרום לה להתארך הוא גבוה מאוד (קחו חוט תיל ותנסו למתוח אותו עם היד – לא אפשרי נכון?). במילים אחרות, כמות האנרגיה שצריך להשקיע כדי לגרום לחומר להשתנות גדול יותר ולכן חוזק המתיחה של פלדה הוא גבוה.
בסופו של דבר, פלדה זהו חומר מאוד חשוב ועיקרי בפיתוח רכיבים רבים המשמשים אותנו באופן יום יומי. הסיבות העיקריות, לשימוש בחומר זה, הן העלות הנמוכה יחסית של החומר והתכונות הפיזיקליות שלו - אלסטיות וחוזק - שמאפשרות לנו להבטיח כי המוצרים שנפיק באמצעותו ישמרו על תכונותיהם בעת פעולת כוחות גדולים והשפעות אקלים. גם היכולת של הפלדה לעבור ממצב אלסטי למצב פלסטי, לפני שהיא נקרעת, תורם לתועלת שלה. יתר על כן, אחד היתרונות בשילוב בטון ופלדה זה הדמיון בתכונות שלהם בזמן שינויי טמפרטורה, ויכולת זו היא שהופכת את שניהם לצוות מנצח.
לפיכך, הפלדה היא מרכיב עיקרי בענף הבניה, שתרמה להתפתחותה וליכולת ליצור את המבנים המורכבים ביותר שקיימים בעולם.
כתב: רוני שחר RSE הנדסת מבנים
#ברזלבניין
#הזמנותברזל
