Nie wiesz? Pytaj! Wiesz? Pomóż!

Wytrzymałość muru na ściskanie

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 fb, wyrażona w MPa lub w N/mm2. Dawniej nazywano ją klasą elementu. Określa ona obciążenia maksymalne dla danego bloczka czy pustaka: 

fb = F / A [MPa],

gdzie:
  • fb - 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 fb = 2 MPa.

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

Oczywiście im wartość fb 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 fm [MPa]. 

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

Istnieje też zależny od sposobu przygotowania zaprawy współczynnik bezpieczeństwa γM:

  • mieszanka fabryczna (zwykła, lekka lub do cienkich spoin): γM = 1,7
  • mieszanka przygotowywana według przepisu na budowie (dotyczy wyłącznie zapraw zwykłych): γM = 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):
    fk = K . (fb)0,85 [MPa]
  • ściany z pustaków ceramicznych murowane na cienkie spoiny oraz wszystkie ściany murowane na zaprawę zwykłą lub lekką: 
    fk = K . (fb)0,7 . (fm)0,3 [MPa] 

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

fd = fk / γM [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:

fb = 7,5 MPa
fm = 5 MPa
K = 0,20
γM = 1,7
fk = 0,20 . (7,5)0,7 . (5)0,3 = 1,33 MPa

fd = 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:

fb = 7,5 MPa
fm = 10 MPa
K = 0,40
γM = 1,7
fk = 0,40 . (7,5)0,7 . (10)0,3 = 3,27 MPa

fd = 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:

fb = 4,0 MPa
K = 0,75
γM = 1,7
fk = 0,75 . (4,0)0,85 = 2,44 MPa

fd = 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:

fb = 15 MPa
fm = 10 MPa
K = 0,40
γM = 1,7
fk = 0,40 . (15)0,7 . (10)0,3 = 5,31 MPa

fd = 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.

Zobacz także

O klasie palności materiałów decyduje równiez to, czy wydzielają dym i płonące krople (fot. Pixabay)SZCZYPTA TEORII

Klasyfikacja ogniowa materiałów

Najogólniej materiały budowlane dzieli się na niepalne i palne. W zależności od wyników badań ich właściwości nadaje się im odpowiednią klasę ogniową i opisuje określonymi symbolami. Zobacz, co oznaczają one w praktyce.
Włókna zbrojeniowe poprawiają parametry betonu (fot. BAUTECH, SIATPOL, KMR)SZCZYPTA TEORII

Zbrojenie rozproszone

Włókna dodawane do betonu poprawiają jego wytrzymałość i eliminują powstawanie rys skurczowych. Dlaczego miałyby być zarezerwowane tylko dla przemysłu? Na rynku jest już wiele rozwiązań na potrzeby budownictwa indywidualnego.
Stal musi mieć właściwości odpowiednie dla przeznaczenia (fot. KMR)SZCZYPTA TEORII

Gatunki stali zbrojeniowej

W Polsce dopuszczone są do stosowania dwie normy - europejska i krajowa. Wprowadza to chaos w nazewnictwie, trudno powiązać ofertę handlową z projektem. Jak kupić dobrą stal?