Wytrzymałość muru na ściskanie

Czy wiesz, że mur z betonu komórkowego może mieć nośność większą, niż ten z ceramiki? Klasa elementów ściennych to tylko jeden z czynników decydujących o wytrzymałości ściany - zobacz, co jeszcze ma na nią wpływ.

Dawniej nazywana klasą, wytrzymałość na ściskanie elementów murowych to tylko jeden z czynników wpływających na nośność ściany - i co ciekawe, zależność ta nie zawsze jest wprost proporcjonalna. Z potencjalnie słabszego budulca też można postawić mocne mury. 

W kartach technicznych elementów murowych zawsze podana jest znormalizowana wytrzymałość na ściskanie f_b, wyrażona w MPa lub w N/mm². Dawniej nazywano ją klasą elementu. Określa ona obciążenia maksymalne dla danego bloczka czy pustaka: 

f_b = F / A [MPa],

gdzie:

• f_b - znormalizowana wytrzymałość na ściskanie elementu [MPa],
• F - siła ściskająca próbkę [N],
• A - pole powierzchni elementu [mm²]

Jeśli badany pustak o wymiarach podstawy 36,5 x 25 cm (czyli A = 91250 mm²), poddawany naporowi osiowo (ale nie punktowo!) przyłożonej siły, ulegnie uszkodzeniu pod obciążeniem większym niż 182,5 kN - oznacza to, że ma deklarowaną wartość f_b = 2 MPa.

Orientacyjna wytrzymałość na ściskanie elementów ściennych przeznaczonych na mury o grubości powyżej 15 cm:

Oczywiście im wartość f_b większa, tym mocniejszy jest materiał murowy. Nie oznacza to jednak, że mocniejszy będzie również cały mur. Na jego nośność wpływa bowiem jeszcze szereg pozostałych czynników, które należy uwzględnić w obliczeniach projektowych.

Kategoria elementów murowych

Teoretycznie kategorie są dwie. Do kategorii I zalicza się wyłącznie te bloczki i pustaki, których rzeczywista wytrzymałość na ściskanie nie różni się od deklarowanej o więcej niż 5%. Do kategorii II należą elementy pozostałe. W praktyce wszystkim obecnie produkowanym i powszechnie używanym materiałom przypisać można kategorię I (ale zawsze warto to sprawdzić w karcie technicznej).

Grupa elementów murowych

Określa procentową zawartość oraz wielkość drążeń w danym produkcie. Do grupy I zaliczają się te bloczki i pustaki, w których drążenia zajmują nie więcej niż 25% powierzchni, a dodatkowo objętość pojedynczego drążenia jest nie większa niż 12,5% objętości całego elementu. W grupie I znajdują się więc wszystkie bloczki z betonu komórkowego oraz część bloczków silikatowych i keramzytobetonowych - zależnie od udziału drążeń w ich strukturze. Pozostałe elementy silikatowe i keramzytobetonowe zaliczane są do grupy II, a wśród pustaków ceramicznych, ze względu na bardzo zróżnicowany układ i rodzaj drążeń, rozróżnia się aż cztery grupy. Elementy należące do grupy I zapewniają najbardziej jednorodny rozkład naprężeń w murze. Są też jedynym materiałem, który można poddać bezpośredniemu działaniu obciążeń skupionych (na przykład w miejscu oparcia nadproża). 

Dlaczego to ważne? Im niżej klasyfikowane są elementy, tym łatwiej ściana może ulec uszkodzeniu wskutek występujących w niej naprężeń. Dlatego w obliczeniach dla materiałów ściennych różnych grup przyjmuje się stosowne wartości współczynnika K (uzależnionego również od rodzaju zaprawy).

Zaprawa

Do murowania używa się zapraw zwykłych, zapraw lekkich oraz zapraw przeznaczonych do spoin cienkowarstwowych. Te ostatnie, ze względu na mały procentowy udział w strukturze muru, pomija się w obliczeniach nośności. Natomiast projektując ściany murowane na zaprawy tradycyjne (zwykłe i lekkie) należy we wzorach uwzględnić ich markę, czyli wytrzymałość na ściskanie f_m [MPa]. 

• zaprawa zwykła: f_m = 5-10 MPa
• zaprawa lekka (termoizolacyjna): f_m = 5 MPa

Istnieje też zależny od sposobu przygotowania zaprawy współczynnik bezpieczeństwa γ_M:

• mieszanka fabryczna (zwykła, lekka lub do cienkich spoin): γ_M = 1,7
• mieszanka przygotowywana według przepisu na budowie (dotyczy wyłącznie zapraw zwykłych): γ_M = 2,0

Trochę to niedzisiejsze, bo od lat już nie miesza się składników samodzielnie, tylko korzysta z gotowych mieszanek, ale jednak projektant nie może wykluczyć takiej ewentualności i zakładając zaprawę tradycyjną - powinien uwzględnić odpowiednio wyższą wartość współczynnika.  

W zależności od rodzaju zaprawy zmienia się też sposób, w jaki pracuje ściana i jak rozkładane są w niej naprężenia. Na tej podstawie, uwzględniając również grupę elementów murowych, w obliczeniach dobiera się odpowiednią wartość współczynnika K. 

Współczynnik K

Jego wartość jest uzależniona od grupy elementów murowych i od rodzaju zaprawy. Warto zwrócić przy tym uwagę na beton komórkowy - autoklawizowane bloczki z betonu komórkowego są przez projektantów niedoceniane ze względu na małą wytrzymałość na ściskanie. Tymczasem jest to jedyny materiał murowy o tak wysokim współczynniku K - co przekłada się na większą wytrzymałość muru na ściskanie.

Ściany murowane na zaprawę do cienkich spoin:

• bloczki z betonu komórkowego grupy I: K = 0,75
• bloczki silikatowe grupy I: K = 0,60
• bloczki silikatowe i pustaki ceramiczne grupy II: K = 0,45-0,50
• pustaki ceramiczne grupy III i IV: K = 0,35-0,45

Ściany murowane na zaprawę zwykłą:

• elementy grupy I: K = 0,45
• elementy grupy II: K = 0,40
• pustaki ceramiczne grupy III i IV: K = 0,30

Ściany murowane na zaprawę lekką:

• bloczki z betonu komórkowego: K = 0,40
• pustaki ceramiczne grupy II: K = 0,25
• pustaki ceramiczne grupy III i IV: K = 0,20

Obliczanie nośności muru

Dawniej, poza wszystkimi rozpisanymi wyżej czynnikami, projektant zmuszony był jeszcze zainteresować się klasą wykonania robót - klasę A miały tylko mury stawiane przez wyspecjalizowaną ekipę, klasę B pozostałe, czyli stawiane samodzielnie. Obecnie zawsze przyjmuje się klasę A, co ułatwia obliczenia.

Wytrzymałość charakterystyczną muru na ściskanie wyznacza się według ogólnego wzoru:

• ściany murowane na cienkie spoiny (poza pustakami ceramicznymi):
  f_k = K ^. (f_b)^0,85 [MPa]
• ściany z pustaków ceramicznych murowane na cienkie spoiny oraz wszystkie ściany murowane na zaprawę zwykłą lub lekką: 
  f_k = K ^. (f_b)^0,7 . (f_m)^0,3 [MPa] 

​Wytrzymałość obliczeniową - czyli tę, która interesuje projektanta - uzyskuje się uwzględniając jeszcze współczynnik bezpieczeństwa γ_M:

f_d = f_k / γ_M [MPa]

I dopiero ta wartość wytrzymałości muru na ściskanie jest miarodajna.

---

Przykład 1. Ściana z pustaków ceramicznych klasy 7,5 MPa, grupy III, murowanych na zaprawę lekką marki M5:

f_b = 7,5 MPa

f_m = 5 MPa

K = 0,20

γ_M = 1,7

f_k = 0,20 ^. (7,5)^0,7 . (5)^0,3 = 1,33 MPa

f_d = 1,33 / 1,7 = 0,78 MPa

Przykład 2. Ściana z pustaków ceramicznych tej samej klasy 7,5 MPa, ale grupy II i murowanych na zaprawę zwykłą marki M10:

f_b = 7,5 MPa

f_m = 10 MPa

K = 0,40

γ_M = 1,7

f_k = 0,40 ^. (7,5)^0,7 . (10)^0,3 = 3,27 MPa

f_d = 3,27 / 2,0 = 1,92 MPa

Wytrzymałość muru na ściskanie jest ponad dwukrotnie większa, chociaż zastosowano pustaki tej samej klasy.

Przykład 3. Ściana z bloczków z betonu komórkowego klasy 4 MPa, murowanych na cienkie spoiny:

f_b = 4,0 MPa

K = 0,75

γ_M = 1,7

f_k = 0,75 ^. (4,0)^0,85 = 2,44 MPa

f_d = 2,44 / 2,0 = 1,43 MPa

Porównując z przykładami 1 i 2 - pomimo prawie dwa razy mniejszej wytrzymałości na ściskanie elementów murowych, nośność ściany jest porównywalna, a nawet może być wyższa!

Przykład 4. Ściana z pustaków ceramicznych lub bloczków silikatowych klasy 15 MPa, grupy II, murowanych na zaprawę zwykłą marki M10:

f_b = 15 MPa

f_m = 10 MPa

K = 0,40

γ_M = 1,7

f_k = 0,40 ^. (15)^0,7 . (10)^0,3 = 5,31 MPa

f_d = 1,33 / 2,0 = 3,12 MPa

Przy zastosowaniu tradycyjnych materiałów i technik murarskich zależność między klasą elementu a nośnością muru staje się bardziej proporcjonalna - mocniejsze elementy oznaczają większą wytrzymałość całej ściany.

Data publikacji: 23 sierpnia 2018