material.

しかし、最大の弱点については触れていません

But, I didn't mention its greatest weakness.

しかし、最大の弱点については触れていません

Hey I'm Grady and this is Practical Engineering.

こんには、私はグレイディです こちらは実践工学（Practical Engineering）です

On Today's episode, we're continuing the series on concrete with a discussion of reinforcement.

本日のエピソードでは、コンクリートについての シリーズの続きで、補強の話をします

This video is sponsored by Skillshare - more on that later.

この動画のスポンサーはSkillshareです 詳細は後程

To understand concrete's greatest weakness, first we need to know a little bit about mechanics

コンクリートの最大の弱点を理解するためには、 まず、材料力学を少し知っておく必要があります

of materials which is the fancy way of saying “How Materials Behave Under Stress.”

高等な言い方をすると "応力（ストレス）下での材料の挙動 "となります

Stress, in this case, is not referring to anxiety or existential dread but rather the

この場合の応力（ストレス）とは、 不安や恐怖ではなく、材料の内部的な力を指します

internal forces of the material.

この場合の応力（ストレス）とは、 不安や恐怖ではなく、材料の内部的な力を指します

There are three fundamental types of stress: compression (pushing together), tension (pulling

応力には３つの基本的な種類があります 圧縮（押し合う）、引張（引き離す）、

apart), and shear (sliding along a line or plane).

そして、せん断（線や面に沿って滑る）です

And, not all materials can resist each type of stress equally.

そして、すべての材料が各種類の応力に 等しく抵抗できるわけではありません

It turns out that concrete is very strong in compression but very weak in tension.

コンクリートは圧縮には非常に強いが、 張力には非常に弱いです

But, you don't have to take my word for it.

でも、私の言葉を鵜呑みにしないで、

Here's a demonstration:

デモをお見せしましょう

These two concrete cylinders were cast from the exact same batch, and we'll see how

この２本のコンクリートシリンダーは 全く同じバッチから打設されたもので、

much load they can withstand before failure.

破壊する前までに どれだけの荷重に耐えられるか見てみましょう

First, the compressive test.

最初は圧縮テストです

(Hand pump gag).

圧縮下では、シリンダーは約1,000ポンド （450キロ）の荷重で破損しました

Under compression the cylinder broke at a load of about 1000 lb (that's 450 kilo).

コンクリートにしては、かなり低いです 混ぜる時に水が多すぎたかも知れません

For concrete, that's pretty low because I included a lot of water in this mix.

引張強度をテストするための装置は、 それほど洗練されていないため、

The reason is my rig to test the tensile strength isn't quite as sophisticated.

サンプルにアイボルトを埋め込み、 仕事場のラフターに吊るします

I cast some eye bolts into this sample, and now I'm hanging it from the rafters in the

このバケツに砂利を入れたのですが、サンプルを 破壊するほどの重さではありませんでした

shop.

そこで、もう1つダンベルを追加して、 限界を超えるようにしました

I filled up this bucket with gravel, but it wasn't quite enough weight to fail the sample.

このバケツの重さは約80ポンド（36キロ） しかなく、圧縮強度の10％未満でした

So, I added another dumbell to push it over the edge.

言いたいことは、コンクリートでロープを 作ってはいけないということです

The weight of this bucket was only about 80 lbs or 36 kilos - that's less than 10% of

引張応力の弱点を解決できなければ、 コンクリートから構造部材を作るべきではありません

the compressive strength.

なぜなら、構造部材に圧縮応力だけが かかる状況はほとんどないからです

All this to say, you shouldn't make a rope out of concrete.

なぜなら、構造部材に圧縮応力だけが かかる状況はほとんどないからです

In fact, without some way to fix this weakness to tensile stress, you shouldn't make any

実際に、ほとんどすべての構造物に さまざまな応力がかかります

kind of structural member out of concrete, because rarely does a structural member experience

これは伝統的な梁と明らかに異なります

just compression.

この伝統的な梁は、私のガレージにある 純粋なコンクリートから自作したものです

In reality, almost all structures experience a mixture of stresses.

この梁に力を加えると、内部応力が発生します

That's no more apparent than in a classic beam.

梁の上部には圧縮応力が発生し、

This particular classic beam is homemade by me out of pure concrete here in my garage.

そして、梁の下部には引張応力が発生します

Applying a force on this beam causes internal stresses to develop, and here's what they

このコンクリート梁のどこが破壊するかは、

look like: the top of the beam experiences compressive stress.

荷重を増やしていけば推測できます

And the bottom of the beam experiences tensile stress.

それは瞬時に起こりますが、 梁の下部にクラックがみられて、

You can probably guess where the failure is going to occur on this concrete beam as I

ここでは引張応力が最大になり、 梁が破壊するまで上に伝播していきます

continue to increase the load.

これが示していることは、コンクリートそれ自体では、 良い構造材料を作れないということです

It happens almost instantly, but you can see that the crack forms on the bottom of the

それ自体では抵抗できない引張力の源が多すぎます

beam, where tensile stress is highest, and propagates upward until the beam fails.

そのため、ほとんどの場面で 補強を加えて強度を向上させています

You see what I'm getting at here: concrete, on its own, does not make a good structural

コンクリートを補強することで複合材料となり、 コンクリートは圧縮応力に対する強度を、

material.

補強は引張応力に対する強度を提供します

There are just too many sources of tension that it can't resist by itself.

そして、コンクリートに使用される補強材の中で 最も一般的なのが異形棒鋼（いけいぼうこう）で、

So, in most situations, we add reinforcement to improve its strength.

より一般的には鉄筋として知られています

Reinforcement within concrete creates a composite material, with the concrete providing strength

コンクリート下部に鋼鉄のネジ棒を ２本埋め込んで、新しい梁を作ってみました

against compressive stress while the reinforcement provides strength against tensile stress.

これらのネジ棒は、通常の鉄筋における 変形した山のような役割を果たし、

And, the most common type of reinforcement used in concrete is deformed steel, more commonly

コンクリートと鋼鉄の間に いくつかのグリップを作ります

known as rebar.

プレスして最初に気づくことは、 この梁が前の梁より、はるかに強いことです

I made a new beam with a couple of steel threaded rods cast into the lower portion of the concrete.

すでに補強してないサンプルを 破壊した力を上回っています

These threads should act just like the deformed ridges in normal rebar to create some grip

しかし、２つ目に気づくのは、 破壊の発生が少し遅いことです

between the concrete and steel.

梁が破壊する前にクラックが形成され、 伝播していくのがわかります

Under the press, the first thing you notice is that this beam is much stronger than the

これは実にコンクリートを鋼鉄で補強する際に 非常に重要な部分なのです

previous one.

破壊のタイプが変わります 何の前触れや警告もなく破壊する脆性モードから、

We're already well above the force that failed the unreinforced sample.

強度が完全に失われる前にクラックの 発生を見れる延性モードに変わるのです

But the second thing you notice is that the failure happens a little bit slower.

強度が完全に失われる前にクラックの 発生を見れる延性モードに変わるのです

You can easily see the crack forming and propagating before the beam fails.

これは、潜在的な大惨事を認識し、 それが発生する前に対処する機会を与えてくれます

This is actually a very important part of reinforcing concrete with steel.

鉄筋はほとんどの補強の場面で効果を発揮します

It changes the type of failure from a brittle mode, where there's no warning that anything

比較的安く、 テストもしっかりされており、知見もある

is wrong, to a ductile mode, where you see the cracks forming before a complete loss

しかし、いくつかのデメリットがあり、大きな デメリットの１つは受動的な補強ということです

of strength.

鋼鉄は応力で伸びるので、鉄筋が伸びる機会が あるまでは、張力への抵抗は開始されません

This gives you a chance to recognize a potential catastrophe and hopefully address it before

鋼鉄は応力で伸びるので、鉄筋が伸びる機会が あるまでは、張力への抵抗は開始されません

it occurs.

これは、鉄筋が部材の引張応力を吸収する前に、 コンクリートにクラックが発生することを意味します

Rebar works great for most reinforcement situations.

これは、鉄筋が部材の引張応力を吸収する前に、 コンクリートにクラックが発生することを意味します

It's relatively cheap, well-tested, and understood.

コンクリートのクラックは必ずしも悪いことではなく、 結局のところ、私達は唯一コンクリートには、

But it does have a few disadvantages, one of major one being that it is a passive reinforcement.

圧縮力に抵抗することだけを求めています それを、クラックでうまく機能させることができます

Steel lengthens with stress, so rebar can't start working to help resist tension until

しかし、クラックや受動的な鉄筋からくる 過剰なたわみを避けたい場合もあります

it's had a chance to stretch out.

しかし、クラックや受動的な鉄筋からくる 過剰なたわみを避けたい場合もあります

Often that means that the concrete has to crack before the rebar can take up any of

そのような場合には、能動的な補強を 検討することができます。それは、

the tensile stress of the member.

プレストレストコンクリートとして知られています

Cracking of concrete isn't necessarily bad - after all, we're only asking the concrete

プレストレストとは「コンクリートを打設する 前に補強材に応力を加える」という意味です

to resist compressive forces, which it can do just fine with cracks.

その方法の１つは、コンクリートを打設する際に、 鋼鉄の緊張補強材に張力をかける方法です

But there are some cases where you want to avoid cracks or the excessive deflection that

コンクリートが硬化すると、張力は内部に残り、 補強材との摩擦によってコンクリートに、

can come from passive rebar.

圧縮応力を伝達します

For those cases, you might consider going to an active reinforcement, also known as

ほとんどのコンクリート橋梁は、 このようにプレストレストが施されています

prestressed concrete.

この梁の下にある補強材を確認してみてください

Prestressing means applying a stress to the reinforcement before the concrete is placed

プレストレスするもう１つの方法は、 ポストテンションと呼ばれています

into service.

この方法では、コンクリートが硬化した後に 補強材の応力を導入します

One way to do this is to put tension on the steel reinforcement tendons as the concrete

次のサンプルでは、コンクリートに プラスチックのスリーブを埋め込んでみました

is cast.

これらのスリーブの中で鋼棒は スムーズにスライドさせることができます

Once the concrete cures, the tension will remain inside, transferring a compressive

梁が硬化したら、 鋼棒をナットを締めてテンションをかけます

stress to the concrete through friction with the reinforcement.

プレスの下では、この梁は 従来の補強梁よりは強くはありませんでしたが 、

Most concrete bridge beams are prestressed in this way.

クラックが入るまで、より多くの圧力が必要でした

Check out all that reinforcement in the bottom of this beam.

それほど劇的な結果ではありませんでしたが、 これは、実際の鋼棒が破壊したのではなく、

Another way to prestress reinforcement is called post-tensioning.

最初にナットのネジ山が破損したからです

In this method, the stress in the reinforcement is developed after the concrete has cured.

これらのデモが、コンクリートのほとんどの用途で なぜ補強が必要かの理解に役立つことを願っています

For this next sample, I cast plastic sleeves into the concrete.

これは、引張強度を追加し、 破壊モードを脆性から延性に変えるためでした

The steel rods can slide smoothly in these sleeves.

これは、引張強度を追加し、 破壊モードを脆性から延性に変えるためでした

Once the beam cured, I tightened nuts onto the rods to tension them.

前回の動画と同じように、非常に複雑で 細かいトピックの表面をかい摘んでいるだけです

Under the press, this beam wasn't any stronger than the conventionally reinforced beam, but

多くの技術者が、キャリアのすべてを補強された コンクリート構造物の研究と設計に捧げています

it did take more pressure before the cracks formed.

でも、コンクリートで遊ぶのが楽しくて、 面白いと思ってもらえればと思います

Also, this one wasn't quite as dramatic because instead of failing the actual steel

これからもコンクリートについての シリーズを続けていきたいと思っています

rods, it was the threads on the nuts that failed first.

質問があれば下のコメント欄に投稿してください

I hope these demonstrations helped show why reinforcement is necessary in most applications

次の動画で答えられるかもしれません

of concrete - to add tensile strength and to change the failure mode from brittle to

ご視聴ありがとうございました 感想を聞かせてください！

ductile.

この動画のスポンサーであるSkillshareに感謝します

Just like the last video, I'm just scratching the surface of a very complicated and detailed

この動画を制作するほとんど全てのステップは、 オンラインのチュートリアルと動画を通じて、

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私が学んだことです

Many engineers spend their entire career studying and designing reinforced concrete structures.

そして、そのコンテンツの質がどれだけ バラエティに富んでいるかは誰もが知っています

But, I'm having some fun playing with concrete and I hope you are finding it interesting.

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