Zatěžovací zkoušky přesného zdiva Liapor

V evropských normách je již zdivo z přesných zdicích prvků zavedeno. Hodnoty statických charakteristik pro přesné zdivo ze všech materiálových variant zdicích prvků na maltu pro tenké spáry zde existují v plném rozsahu [2, 3].

Příspěvek popisuje metodiku a hodnocení zatěžovacích zkoušek přesného zdiva Liapor na maltu pro tenké spáry (dále TVM), které slouží jako podklad pro stanovení hodnot návrhových charakteristik zdiva podle soustavy českých i evropských norem.

 

Dle v současné době již zavedené definitivní evropské normy ČSN EN 1996-1-1 [2] se charakteristická hodnota pevnosti zdiva v tlaku f_k stanoví obecně podle následujícího vztahu, a to buď z výsledků zkoušek dle EN 1052-1 [6], nebo s využitím výsledků předchozích zkoušek:

 

f_k =  K . f_b ^{α .} f_m ^β [N/mm²] (2.1),

 

kde je:

f_b ... normalizovaná průměrná pevnost v tlaku zdicích prvků ve směru tlaku působícího na konstrukci, v N/mm²,

f_m ... pevnost malty pro zdění v tlaku, v N/mm²,

K ... konstanta, která se upraví dle [2],

α, β ... konstanty.

 

Omezení pro použití vztahu (2.1) musí být uvedena ve vztahu k hodnotám f_b a f_m, ke skupinám zdicích prvků dle [6] a k variačnímu koeficientu souboru výsledků zkoušek (vždy ≤ 25 %).

Pro jednovrstvé zdivo z přesných zdicích prvků z lehkého betonu (skupina 1) na maltu pro tenké spáry, které má spáry zcela vyplněny maltou a které je uspořádáno dle ustanovení [6], platí navíc tato upřesnění a omezení: tloušťka ložných spár se pohybuje 0,5 až 3 mm, variační součinitel zdicích prvků < 25%. Hodnoty veličin jsou pak následující:

● α = 0,85;

● β = 0;

● f_b ≤ 50 N/mm²;

● f_m ≤ 10 N/mm².

 

Vzorec (2.1) je tak transponován do podoby:

f_k =  K . f_b^0,85 [N/mm²] (2.2).

Normalizovaná pevnost zdicích prvků v tlaku f_b, uvažovaná při navrhování podle [2], je průměrnou pevností v tlaku (zkoušené série tvárnic) určenou zkouškami dle ČSN EN 772-1 [5], dále násobenou součinitelem vlivu rozměrů zdicího prvku δ podle přílohy A normy ČSN EN 772-1 [5]. V případě tvárnic Liapor byly pro hodnocení zdiva použity jako vstupní data následující parametry a hodnoty: skupina 1, δ = 1,15.

Metodika použitá v soustavě evropských norem umožňuje obecně, ve všech případech a pro jakoukoliv kombinaci pevnosti zdicích prvků a malty stanovit charakteristickou pevnost zdiva. Při vyhodnocení pak lze provést snadnou grafickou kontrolu pomocí funkčního grafu, resp. dopočítat (přepočítat) charakteristiky dle výsledků zkoušek na charakteristiky tabulkové, tj. charakteristiky pro třídy pevnosti zdicích prvků a malty. Úplnou soustavu návrhových hodnot pak obdržíme s použitím soustavy diferencovaných dílčích součinitelů spolehlivosti zdiva γ_M v závislosti na kategorii výroby prvků a kategorizaci provádění zdiva dle NA 2.1. normy [2].

Česká norma pro navrhování zděných konstrukcí ČSN 731101 [1] udává pouze tabelární hodnoty pro „starší“ typy zdiva, postupně doplňované o hodnoty nových technologií, odvozené z nově prováděných experimentů. Pro případ přesného zdiva z lehkého betonu srovnatelné hodnoty v této normě (i mimo ni) dosud zcela absentovaly.

Pro odvození návrhových pevností f_{d, ČSN} – ve smyslu výpočtových pevností podle ČSN 731101 [1]R_d =  f_{d, ČSN} – se použije obdobně jako u stanovení přetvárných charakteristik E koeficient α norem [1] a [8, 9] explicitně. Přitom se současně porovnávají celé bezpečnostní koncepty obou soustav norem (ČSN a ČSN EN) s cílem stanovení reálně spolehlivých hodnot tzv. globálních součinitelů spolehlivosti pro stanovení návrhových hodnot pevnosti v tlaku zkoušeného zdiva Liapor M na tenkovrstvou maltu.

Statickým zkouškám bylo podrobeno 6 nízkých zděných stěn pro stanovení pevnostních a přetvárných charakteristik zdiva z přesných tvárnic z liaporbetonu řady Liapor KM. Pracovalo se s tvárnicemi Liapor KM 247/240/248-12-1200, určenými pro zdivo tloušťky 240 mm.

Kritéria pro hodnocení posuzovaných vlastností přesných zdicích prvků jsou obecně uvedena v příslušných výrobkových specifikacích ČSN EN 771-3:2003/A1:2005 [4] a v návazném souboru zkušebních norem řady ČSN EN 772-XX, z nichž pro účely statických vyhodnocení pevnosti zdiva v tlaku je nejvýznamnější ČSN EN 772-1 [5]. Při závěrečném vyhodnocování se pracovalo s reálnými hodnotami pevnosti zdicích prvků v době zkoušky; vyhodnocené charakteristiky pro návrhový předpis tedy leží na straně bezpečnosti.

Pevnost malty pro tenké spáry v tlaku není dle evropských norem součástí výpočtových vztahů pro stanovení pevnosti zdiva na TVM; ani naše normy vůbec žádný vztah neuvádějí. Použitá malta byla přesto poměrně podrobně zkoušena, byla stanovena její objemová hmotnost, pevnost v tahu za ohybu a pevnost v tlaku. Nízké stěny byly zkoušeny ve stáří 28 dnů ± 1 den, pevnost malty byla stanovena rovněž v den zkoušky. Vyrovnanost zkoušených parametrů malty ukazovala na její dobrou kvalitu, jediné kritérium – pevnost v tlaku v rozmezí od 5 do 10 MPa – bylo splněno. Tloušťka při nanášení byla cca 3 mm, po vyzdění v průměru 2 mm, což leží v požadovaném rozmezí 0,5 až 3,0 mm.

Nízké zděné stěny z tvárnic Liapor M vyzděné na tenkovrstvou maltu byly při zkouškách na TZUS Brno zatěžovány jednak jednorázovým, rovnoměrně rozděleným a dostředně působícím zatížením v režimu podle ČSN EN 1052-1 [6] a dle ČSN 732061-1/2 v souladu s metodikou doc. Kloudy [7, 8, 9]. Pro oba případy zatěžování – monotónně stupňovitě vzrůstajícím zatížením dle [6] i pro zatěžování po stupních s odtížením vždy po dosažení dalšího zatěžovacího stupně na výchozí zatížení dle [7, 8, 9] – byly zaznamenávány údaje svislých deformetrů, byl pozorován a zaznamenáván vznik a rozvoj trhlin, úroveň posledního zatížení s měřenými hodnotami přetvoření před demontáží deformetrů a konečně vyhodnocena skutečná rychlost zatěžování a charakter porušování každé zkoušené nízké zděné stěny.

 

Významnou charakteristikou zdiva, vystihující jeho chování při působení zatížení, je tzv. pracovní diagram zdiva, popisující v grafické podobě závislost vzniklého napětí δ_y ve zdivu od působícího svislého zatížení na jeho svislém, příp. i vodorovném, poměrném přetvoření (ε_y, resp. ε_x ). Charakter pracovního diagramu je různý pro jednotlivé materiály či jejich kombinace, různý je při odlišných způsobech, rychlosti či druzích zatěžování.

Pro postup vyhodnocení experimentálně zjištěných (měřených) hodnot souřadnic závislosti napětí v tlaku na poměrném přetvoření ve svislém směru jsou směrodatné kapitoly Moduly přetvárnosti a Pracovní diagram zdiva normy ČSN 731101 [1], určující závislost poměrného přetvoření zdiva ε (bez účinků dotvarování) na velikosti napětí δ vztahem pro součinitel přetvárnosti zdiva α = 1000. Po úpravě lze výraz napsat jako jednoparametrický:

 

ε = – (1,1/ α) . ln[1 – (δ/1,1 f_ms)] (3.1).

 

Obecně platí, že hodnota součinitele přetvárnosti α pro vyšetřovaný druh zdiva se určí z hodnot souřadnic [δ; ε] pracovního diagramu tak, aby křivka dle výše uvedeného vztahu pro ε  co nejlépe vystihovala průběh diagramu napětí – poměrné přetvoření.

Dalším parametrem, popisujícím přetvárné vlastnosti zdiva, je jeho modul pružnosti, resp. modul přetvárnosti E. Metodiky pro jeho stanovení jsou dle ČSN a EN poněkud odlišné co do způsobu zatěžování i úrovně zatížení při vyhodnocení, takže zjištěné hodnoty E podle obou norem nejsou zcela identické, stejně tak jako součinitel přetvárnosti α dle ČSN a součinitele K _ε dle EN (má i jiný smysl).

Přetvárné chování každého měřeného vzorku bylo vždy hodnoceno komplexně již od samotného počátku, tj. co do rovnoměrnosti přetváření ve všech měřených místech, co do pravidelného a korektního zatěžování apod. V oblasti přetvárných vlastností zdiva je evropská normalizace poměrně skoupá. Vše, co je pro krátkodobé jednorázové tlakové zatížení udáno v ČSN EN 1996-1-1 [2] jako závazné, lze napsat takto:

Krátkodobý sečnový modul pružnosti E je nutné určit zkouškami podle EN 1052-1 [6], tj. pro tlak, který se rovná jedné třetině síly na mezi porušení zkušebního vzorku.

Vyhodnocení modulu pružnosti se dle EN 1052-1 [6] provádí pro hladinu zatížení 1/3, což je odlišné od vyhodnocení dle ČSN [8, 9], které se provádí pro hladinu zatížení 0,30, navíc při jiném způsobu zatěžování. U evropské zkoušky jde tedy o počáteční sečnový modul pružnosti, u české o počáteční modul přetvárnosti z celkových deformací ze zkoušky.

 

Celoplošně aplikovaná malta pro tenké spáry vy-kázala při zkoušce zdiva vlastnosti charakterizo-vané regresní rovnicí přímky:

y = 0,7625x + 0,4125

 

se spolehlivostí R² = 0,8208. 

Dosažené výsledky jsou o něco lepší než hodnoty povolované k užití normou ČSN EN 1996-1-1 (0,30 MPa pro počáteční pevnost ve smyku). Zkouška je dokumentována na obrázku 5. 

 

Na základě provedených a vyhodnocených zkoušek nízkých zděných stěn z přesných tvárnic Liapor M v tl. 240 mm na maltu pro tenké spáry byla stanovena základní soustava návrhových parametrů pro stanovení výpočtové pevnosti v tlaku dle ČSN 731101 (viz tabulka 1) a dle ČSN EN 1996-1-1 (viz tabulka 3).

Porovnáním s tabulkou 2E.3 změny 5 k ČSN 731101 [1], zpracované doc. Kloudou na základě rozsáhlého experimentálního ověření [11], je zřejmá statická výhodnost zdiva Liapor M na maltu pro tenké spáry oproti zdivu na obyčejnou maltu v rozmezí pevnostních tříd M 2,5 až M 20 (krajní hodnoty, viz tabulka 2).

Co se týká pevnosti zdiva v tlaku, lze konstatovat, že hodnoty vypočtené podle evropského předpisu pro zjednodušené výpočetní metody dle normy ČSN EN 1996-3 [3] se od hodnot stanovených podle podrobného předpisu dle [2] prakticky téměř neliší. Obojí proto byly použity pro porovnání s výsledky zkoušek a pro další rozbory. Při aplikaci zjednodušených výpočtů lze použít zvýrazněných políček v tabulkách pro příslušné zdivo z přesných zdicích prvků z lehkého betonu, uvedených v Národní příloze normy [2], kterou zpracoval doc. Klouda.

Na základě provedených a vyhodnocených zkoušek nízkých zděných stěn z přesných tvárnic Liapor M v tl. 240 mm na maltu pro tenké spáry byly získány experimentální závislosti napětí a svislých poměrných přetvoření těchto nízkých stěn, mj. byly stanoveny i hodnoty modulů pružnosti (přetvárnosti) a odvozeny hodnoty součinitele přetvárnosti zdiva α (viz tabulka 4).

S použitím těchto hodnot získaných teoretickým výpočtem z měřených parametrů přetvoření, zpracovaných do normalizovaných pracovních diagramů a následně metodou nejmenších čtverců, tedy stejně jako se aplikovalo při zpracování [11] změn normy [1] pro nové zdicí technologie, vychází i příslušné hodnoty tečnových modulů pružnosti (přetvárnosti) E_t0 dle [1]. Součinitel přetvárnosti byl při dobré shodě s vyjádřením pevnosti (R_d) vyjádřen ještě z normových vztahů ve všech souvislostech norem [1, 8, 9] a tyto hodnoty α_ČSN se ukazují jako reálné pro použití ve výpočtech podle [1]. Výsledná výpočtová hodnota součinitele přetvárnosti α pro hodnocené zdivo Liapor M na TVM maltu je navržena α = 1200 pro navrhování dle ČSN 73 1101.

Návrhová hodnota součinitele přetvárnosti hodnoceného zdiva Liapor M na TVM je pro výpočty dle ČSN EN 1996-1-1 stanovena hodnotou K_ε = 1000.

Všeobecně lze konstatovat (na základě již provedených vlastních i zahraničních experimentů), že přesné zdivo, provedené zpravidla ze zdicích prvků s tloušťkou rovnou tloušťce stěny, má výrazně lineárnější průběh pracovního diagramu a rovněž charakter jeho porušování je často kvazikřehký, někdy i téměř křehký.

První trhlinky na povrchu zdicích prvků vznikaly ve zkušebních tělesech zděných na maltu pro tenké spáry prakticky až na hladině zatížení blízké mezi porušení (cca 90 % únosnosti) při zkouškách dle ČSN EN 1996-1 [2] a také u zkoušek dle ČSN 73 1101 [1] (cca 86 % únosnosti). Charakter přetváření byl pravidelný, bez vzniku trhlin, porušení bylo klasické, napříč průřezem stěny. Toto chování svědčí o optimálním působení tenkovrstvé malty v ložných spárách zkoušeného zdiva. Získané pevnosti jsou o něco vyšší než uvádí Eurokód, lze tedy na straně bezpečnosti využívat všech jeho ustanovení pro stanovení návrhových charakteristik pro tento typ zdiva. Podíl „trvalých přetvoření“ u zkoušek dle [1, 7] zde činil při poslední měřené úrovni 0,7f_tst [26–28 %] celkového přetvoření, což lze rovněž hodnotit velice kladně. Závěr: Aplikace TVM u zdiva z Liaporu je velmi efektivní.

foto archiv autorů

 

Materiál byl publikován také v časopise Stavebnictví.

 

11) Klouda, J. K.: Vyhodnocení výsledků zatěžovacích zkoušek nízkých zděných stěn ze zdicích prvků z lehkého betonu z Liaporu na maltu obyčejnou a lehkou. Souhrnná zpráva jako podklad pro Změnu 5 k ČSN 73 1101. AB CONTTMAIN International, inovační centrum Brno, 1999.