Gęstość stali – ile wynosi i jak ją wykorzystać do obliczenia wagi?
Gęstość stali węglowej i konstrukcyjnej wynosi 7850 kg/m³, czyli 7,85 g/cm³. Tę wartość przyjmują katalogi producentów i normy projektowe, dlatego jest punktem wyjścia do obliczania masy prętów, profili, płaskowników i blach (ArcelorMittal, katalog Sections and Merchant Bars).
W artykule wyjaśniamy, czym różni się gęstość od ciężaru właściwego, jak wypada stal na tle innych materiałów budowlanych i jak w kilka sekund policzyć wagę elementu stalowego.
Najważniejsze informacje z tego artykułu
- Gęstość stali konstrukcyjnej i zbrojeniowej to 7850 kg/m³, czyli 7,85 g/cm³ lub 7,85 t/m³.
- 1 m³ stali waży ok. 7,85 tony – ponad trzy razy więcej niż 1 m³ betonu, który waży ok. 2,4 tony.
- W obliczeniach konstrukcyjnych ciężar objętościowy stali przyjmuje się w przedziale 77–78,5 kN/m³.
- Stal nierdzewna jest nieco cięższa (ok. 7900–8000 kg/m³), a aluminium prawie trzy razy lżejsze (ok. 2700 kg/m³).
Jaka jest gęstość stali?
Dla stali niestopowych i niskostopowych, czyli tych, z których wykonuje się pręty zbrojeniowe, dwuteowniki, ceowniki, płaskowniki i większość blach, przyjmuje się gęstość 7850 kg/m³ (źródło: ArcelorMittal, katalog Sections and Merchant Bars).
To wartość umowna. Rzeczywista gęstość konkretnego wytopu może różnić się o ułamek procenta, bo zależy od składu chemicznego i struktury stali. W praktyce budowlanej i handlowej te różnice są pomijalne.
Ta sama liczba w innych jednostkach to 7,85 g/cm³, 7,85 kg/dm³ albo 7,85 t/m³.
Gęstość, ciężar właściwy i ciężar objętościowy – czym się różnią?
Gęstość opisuje masę jednostki objętości i podaje się ją w kg/m³. Odpowiada na pytanie, ile kilogramów waży metr sześcienny materiału.
Ciężar objętościowy (w starszej literaturze często nazywany ciężarem właściwym) to siła, z jaką ta masa działa na podłoże. Podaje się go w kN/m³, bo w obliczeniach konstrukcji liczy się obciążenie, a nie sama masa.
Po przemnożeniu gęstości 7850 kg/m³ przez przyspieszenie ziemskie otrzymujemy ok. 77 kN/m³. Norma dotycząca ciężarów materiałów budowlanych podaje dla stali zakres 77–78,5 kN/m³ (PN-EN 1991-1-1). Którą wartość przyjąć w obliczeniach, decyduje projektant konstrukcji.
Czy gęstość stali S235, S355 i stali zbrojeniowej jest taka sama?
Tak – w praktyce wszystkie te gatunki mają gęstość 7850 kg/m³. Stal S235 i S355 różnią się wytrzymałością, a nie masą, bo dodatki stopowe (głównie mangan) stanowią niewielki ułamek składu (PN-EN 10025-2).
To samo dotyczy stali zbrojeniowej B500SP. Na gęstości 7850 kg/m³ opiera się norma dla prętów zbrojeniowych – masa nominalna pręta to jego przekrój pomnożony przez tę gęstość (EN 10080).
Więcej o różnicach między gatunkami przeczytasz w artykułach gatunki stali – jak czytać oznaczenia? oraz stal S235 – właściwości i zastosowanie.
Gęstość stali na tle innych materiałów
Porównanie z innymi materiałami pomaga zrozumieć, dlaczego stal stosuje się tam, gdzie liczy się duża wytrzymałość na małym przekroju, a nie niska masa.
| Materiał | Gęstość [kg/m³] | Gęstość [g/cm³] | Źródło |
|---|---|---|---|
| Stal konstrukcyjna (S235, S355) | 7850 | 7,85 | ArcelorMittal |
| Stal zbrojeniowa (B500SP) | 7850 | 7,85 | EN 10080 |
| Stal nierdzewna 1.4301 (AISI 304) | ok. 7900 | ok. 7,9 | PN-EN 10088-1 |
| Stal kwasoodporna 1.4404 (AISI 316L) | ok. 8000 | ok. 8,0 | PN-EN 10088-1 |
| Aluminium | ok. 2700 | ok. 2,7 | PN-EN 1991-1-1 |
| Beton zwykły | ok. 2400 | ok. 2,4 | PN-EN 1991-1-1 |
| Żelbet | ok. 2500 | ok. 2,5 | PN-EN 1991-1-1 |
Stal nierdzewna jest cięższa od zwykłej o ok. 1–2%, bo zawiera duże ilości chromu i niklu (PN-EN 10088-1). Aluminium jest prawie trzykrotnie lżejsze, ale też ok. trzykrotnie mniej sztywne – moduł sprężystości stali to ok. 210 GPa (PN-EN 1993-1-1), a aluminium ok. 70 GPa.
Ile waży 1 m³ stali?
Metr sześcienny stali waży ok. 7850 kg, czyli prawie 8 ton. Rzadko jednak kupuje się stal „na metry sześcienne” – znacznie przydatniejsze są przeliczenia na metr bieżący pręta, metr kwadratowy blachy czy metr profilu.
| Element | Obliczenie | Masa |
|---|---|---|
| 1 m³ stali | 1 m³ × 7850 kg/m³ | 7850 kg |
| 1 m² blachy o grubości 1 mm | 0,001 m³ × 7850 kg/m³ | 7,85 kg |
| 1 m² blachy o grubości 10 mm | 0,01 m³ × 7850 kg/m³ | 78,5 kg |
| 1 m pręta fi 12 | π × 0,012² / 4 × 7850 | 0,888 kg |
| 1 m płaskownika 50 × 5 mm | 0,05 × 0,005 × 7850 | 1,96 kg |
Prosta zasada, którą warto zapamiętać: każdy milimetr grubości blachy to 7,85 kg na metr kwadratowy. Blacha 3 mm waży więc ok. 23,55 kg/m², a blacha 5 mm ok. 39,25 kg/m².
Jak obliczyć wagę elementu stalowego z gęstości?
Wystarczy policzyć objętość elementu i pomnożyć ją przez 7850 kg/m³. Wszystkie wymiary trzeba najpierw zamienić na metry.
Pręt okrągły lub zbrojeniowy: masa 1 m = π × d² / 4 × 7850. Dla pręta fi 12 (d = 0,012 m) wychodzi 0,888 kg/m, więc sztanga o długości 12 m waży ok. 10,65 kg.
Szybsza wersja tego wzoru, stosowana w praktyce: masa 1 m pręta w kg to średnica w milimetrach do kwadratu podzielona przez 162,2. Dla fi 12 to 144 / 162,2 ≈ 0,888 kg/m.
Płaskownik: masa 1 m = szerokość × grubość × 7850. Płaskownik 40 × 4 mm waży 0,04 × 0,004 × 7850 = ok. 1,26 kg/m.
Blacha: masa arkusza = długość × szerokość × grubość × 7850. Arkusz 1250 × 2500 mm o grubości 3 mm to 3,125 m² × 23,55 kg/m² = ok. 73,6 kg.
Dwuteowniki, ceowniki i teowniki mają skomplikowany przekrój, dlatego ich masę odczytuje się z tabel producentów, gdzie podano ją w kilogramach na metr (źródło: ArcelorMittal, katalog Sections and Merchant Bars).
Gotowe zestawienie dla wszystkich średnic prętów znajdziesz we wpisie ile ważą pręty zbrojeniowe? Tabela wagowa dla każdej średnicy.
Dlaczego rzeczywista waga stali różni się od obliczonej?
Obliczenia z gęstości dają masę teoretyczną, liczoną dla idealnego przekroju. Rzeczywisty wyrób ma tolerancje wymiarowe dopuszczone przez normy.
Dla prętów zbrojeniowych norma dopuszcza odchyłkę masy od wartości nominalnej o ±6,0% dla średnic do 8 mm i ±4,5% dla średnic powyżej 8 mm (EN 10080). Dlatego waga na fakturze może nieznacznie różnić się od wyniku z tabeli – i nie świadczy to o błędzie dostawcy.
Podobnie jest z blachami i profilami. Każda norma wyrobu określa dopuszczalne odchyłki grubości, szerokości i masy, a do tego dochodzi warstwa zgorzeliny na powierzchni wyrobów walcowanych na gorąco.
Najczęściej zadawane pytania
Ile waży 1 m³ stali?
Około 7850 kg, czyli 7,85 tony. To wartość dla stali konstrukcyjnych i zbrojeniowych.
Jaka jest gęstość stali w g/cm³?
7,85 g/cm³. To ta sama wartość co 7850 kg/m³, zapisana w innych jednostkach.
Czy stal nierdzewna jest cięższa od zwykłej?
Tak, ale minimalnie. Gęstość stali nierdzewnej 1.4301 to ok. 7900 kg/m³, a kwasoodpornej 1.4404 ok. 8000 kg/m³ (PN-EN 10088-1). Przy obliczaniu masy różnica wynosi 1–2%.
Jaki ciężar objętościowy stali przyjąć do obliczeń konstrukcyjnych?
Norma podaje zakres 77–78,5 kN/m³ (PN-EN 1991-1-1). Wartość do konkretnego projektu wybiera projektant konstrukcji.
Ile razy stal jest cięższa od aluminium?
Mniej więcej 2,9 raza – 7850 kg/m³ wobec ok. 2700 kg/m³ dla aluminium.
Podsumowanie
Gęstość 7850 kg/m³ to jedna z najważniejszych liczb w pracy ze stalą. Dzięki niej sprawdzisz masę zamówienia, zaplanujesz transport i skontrolujesz dostawę na budowę.
Jeśli potrzebujesz prętów zbrojeniowych, sprawdź ofertę w kategorii pręty zbrojeniowe lub wyślij zapytanie – odpowiadamy z wyceną w ciągu jednego dnia. Szerszy przegląd wiedzy o stali znajdziesz w naszym kompendium o stali.
Bibliografia
[1] ArcelorMittal, Sections and Merchant Bars – katalog wyrobów, wyd. 2023, https://sections.arcelormittal.com/repository2/Sections/Sections_MB_ArcelorMittal_FR_EN_DE_V2023-5.pdf
[2] PN-EN 1991-1-1 Eurokod 1: Oddziaływania na konstrukcje – Część 1-1: Ciężar objętościowy, ciężar własny, obciążenia użytkowe w budynkach, Polski Komitet Normalizacyjny
[3] PN-EN 1993-1-1 Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych – Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków, Polski Komitet Normalizacyjny
[4] EN 10080:2005 Steel for the reinforcement of concrete – Weldable reinforcing steel – General, https://regbar.com/wp-content/uploads/2019/09/BS-EN-10080-2005-Steel-for-the-reinforcement-of-concrete-Weldable-reinforcing-steel-General.pdf
[5] PN-EN 10088-1 Stale odporne na korozję – Część 1: Wykaz stali odpornych na korozję, Polski Komitet Normalizacyjny
[6] PN-EN 10025-2 Wyroby walcowane na gorąco ze stali konstrukcyjnych – Część 2: Warunki techniczne dostawy stali konstrukcyjnych niestopowych, Polski Komitet Normalizacyjny
