Projektowanie i wykonawstwo konstrukcji murowych z silikató · wytrzymałościmuru na ściskaniewg...

2015-06-15

1

Projektowanie i wykonawstwo konstrukcji murowych z silikatów

Dr hab. inż. Łukasz Drobiec

WYDZIAŁ BUDOWNICTWA ● POLITECHNIKA ŚLĄSKA

KATEDRA KONSTRUKCJI BUDOWLANYCH

Seminarium szkoleniowe, Warszawa 10.12.2014 r.


Program

10:30 – 10:45 Powitanie uczestników przez przedstawicieli

stowarzyszenia.

10:45 – 11:30 Parametry wytrzymałościowe murów z silikatów w

świetle nowych badań i EC-6

11:30 – 12:15 Wpływ projektowania i wykonawstwa na jakość

murowanych ścian.

12:15 – 12:45 Przerwa kawowa.

12:45 – 13:30 Przykłady błędów projektowych.

13:30 – 14:00 Najczęstsze błędy wykonawcze popełniane na

budowach.

14:00 – 14:30 Sposoby napraw zarysowań ścian.

14:30 - 15:00 Podsumowanie i zakończenie seminarium.

2015-06-15

2

Część 1Parametry wytrzymałościowe murów

z silikatów w świetle nowych badań i EC-6


Podstawa opracowania

Umowa nr NB-243/RB-2/2009 wraz z aneksami.

Normy PN-EN 1996 1-3 (Eurokod 6).

Polskie wersje norm europejskich dotyczących badań

muru w różnych stanach obciążenia, silikatowych

elementów murowych oraz zaprawy.

2015-06-15

3


Cel i zakres pracy

Celem pracy jest określenie:

• parametrów mechanicznych elementów murowych

i zaprawy,

• wytrzymałości muru ściskanego (dr hab. Inż. Łukasz Drobiec),

ścinanego (dr inż. Radosław Jasiński) i zginanego (dr inż.

Adam Piekarczyk) wyznaczane według procedur normowych,

• szczegółowa analiza ścian murowanych z otworami

w skali naturalnej poddanych ściskaniu, ścinaniu ze

ściskaniem oraz zginaniu.


ELEMENTY MUROWE UŻYTE W BADANIACH

Element murowy nr Ia – N 18 250x180x220

Element murowy nr Ib – NP 18 250x180x220

2015-06-15

4


Element murowy nr II – 5 NFD P+W 258x180x220

Element murowy nr III – BP 18/24 249x180x240



Element murowy nr IVa – N18/500 505x180x220

Element murowy nr IVb – N18/255 255x180x220


2015-06-15

5


Element murowy nr V – U18L 250x220x180

Element murowy nr VI – SILKA E18 333x180x199



Element murowy nr VII – 6NFD 250x250x220

Element murowy nr VIII – T18 250x180x200


2015-06-15

6


Element murowy nr IX – 6 NFD w+w 255x250x220

Element murowy nr XI – ½ BSD 180 (P+W) 250x180x220



Element murowy nr XII – MT 18 300x180x185

Element murowy nr XIIIa – N24 250x240x220


2015-06-15

7


Element murowy nr XIIIb – BSD 180 500x180x220



Zaprawa do murowania na cienkie spoiny, zgodna z wymaganiami normy

PN-EN 998-2:2004/Ap1:2008 oraz o właściwościach deklarowanych przez

producenta:

Wielkość Wartość

Wytrzymałość na ściskanie fm = 12,5 N/mm2

Woda zarobowa ok. 6 litrów na 25 kg

Przyczepnośćpo 1 dniu fc;rep = 0,2 N/mm2 (wg NEN 6790)

po 28 dniach fc;rep = 0,4 N/mm2 (wg NEN 6790)

Czas przydatności stosowania minimum 2 godziny

Zaprawa – typ wg EC-6 zaprawa projektowana

Gęstość objętościowa minimum 1750 kg/m3

ZAPRAWA UŻYTA W BADANIACH

2015-06-15

8


BADANIA MATERIAŁOWE


BADANIA MATERIAŁOWE - zakres badań

Badania wytrzymałości na:

• ściskanie elementów murowych,

• ściskanie zaprawy,

• rozciąganie przy zginaniu zaprawy.

2015-06-15

9


Badania elementów murowych na ściskanie

Badania prowadzono zgodnie z normą

PN-EN 772-1:2001/Ap1:2002 Metody badań elementów

murowych. Część 1 Określenie wytrzymałości na

ściskanie.

Do badań pobierano losowo 6 elementów murowych

zgodnie z załącznikiem A do normy PN-EN 771-2:2006

Wymagania dotyczące elementów murowych. Część 2.

Elementy murowe silikatowe.


Z uwagi na spełnienie warunków płaskości

i równoległości powierzchni wspornych nie wymagały

one szlifowania.

Zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 772-

1:2001/Ap1:2002 usunięto wszelkie wpusty i wypusty

z powierzchni bocznych elementów murowych przez ich

odcięcie.


2015-06-15

10


Elementy murowe badano w

maszynie wytrzymałościowej

w takim tempie, aby od chwili

obciążenia próbki do jej

zniszczenia upłynęła

co najmniej jedna minuta.



Średnia wytrzymałość na ściskanie elementów murowych

Nr

Współczynnik

zmienności,

%

Wytrzymałość

średnia,

N/mm2

1a Ia 4,64 14,1

1b Ib 3,47 20,4

2 II 2,47 19,7

3 III 4,27 14,5

4a IVa 3,34 18,4

4b IVb 3,64 22,0

5 V 4,44 15,0

fB = 12,8 ÷ 22,9 N/mm2

2015-06-15

11


Średnia wytrzymałość na ściskanie elementów murowych

Nr

Współczynnik

zmienności,

%

Wytrzymałość

średnia,

N/mm2

6 VI 3,17 12,8

7 VII 4,64 18,1

8 VIII 3,13 22,9

9 IX 5,26 16,7

11 XI 2,64 17,7

12 XII 2,42 15,3

13 XIIIa 4,85 13,7

13B XIIIb 4,72 18,0

fB = 12,8 ÷ 22,9 N/mm2


Znormalizowana wytrzymałość na ściskanie

Wytrzymałość znormalizowaną fb obliczono na podstawie

załącznika A do normy PN-EN 772-1:2001/Ap1:2002

przyjmując:

• współczynnik z uwagi na warunki sezonowania

elementów murowych = 1,0,

• współczynnik kształtu δ zgodnie z tablicą A.1

PN-EN 772-1:2001/Ap1:2002 przez interpolację liniową po

wysokości i szerokości elementu murowego.

2015-06-15

12



Klasę wytrzymałości na ściskanie elementu murowego

określono na podstawie załącznika D do normy

PN-EN 771-2:2006 Wymagania dotyczące elementów

murowych. Część 2. Elementy murowe silikatowe.



Nr

Wytrzymałość

średnia,

N/mm2

Współczynnik

kształtu δ

Znormalizowana

wytrzymałość na

ściskanie fb,

N/mm2

Klasa

wytrzymałości

na ściskanie

1a Ia 14,1 1,23 17,3 15

1b Ib 20,4 1,23 25,1 25

2 II 19,7 1,23 24,2 20

3 III 14,5 1,13 16,4 15

4a IVa 18,4 1,23 22,6 20

4b IVb 22,0 1,23 27,1 25

5 V 15,0 1,23 18,5 15

2015-06-15

13



Nr

Wytrzymałość

średnia,

N/mm2

Współczynnik

kształtu δ

Znormalizowana

wytrzymałość

na ściskanie fb,

N/mm2

Klasa

wytrzymałości

na ściskanie

6 VI 12,8 1,19 15,2 15

7 VII 18,1 1,12 20,3 20

8 VIII 22,9 1,23 28,2 25

9 IX 16,7 1,12 18,7 15

11 XI 17,7 1,23 21,8 20

12 XII 15,3 1,15 17,6 15

13 XIIIa 13,7 1,13 15,5 15

13b XIIIb 18,0 1,23 22,1 20


Badania zaprawy

Badania wytrzymałości zaprawy wykonano łącznie na 6 próbkach

pobranych po 3 w dwóch terminach XI.2009 r.

i III.2010 r.

Przygotowanie próbek zaprawy i badania wytrzymałości na

ściskanie oraz na rozciąganie przy zginaniu prowadzono według

normy PN-EN 1015-11:2001/A1 Metody badań zapraw do murów.

Część 11: Określenie wytrzymałości na zginanie i ściskanie

stwardniałej zaprawy.

2015-06-15

14


Badania zaprawy

Badania wytrzymałości zaprawy na rozciąganie przy

zginaniu – 6 próbek.

Badania wytrzymałości zaprawy na ściskanie –

łącznie 12 próbek (połówki beleczek).


Badania zaprawy

Wyniki badań – wartości średnie wytrzymałości

Termin

wykonania

próbek

Wytrzymałość

na rozciąganie

przy zginaniu

Wytrzymałość na

ściskanie

fmt,mv

[N/mm2]

s

[N/mm2]

fm,mv

[N/mm2]

s

[N/mm2]

XI.2009r. 4,078 0,660 18,435 0,539

III.2010r. 4,289 0,188 18,040 0,522

2015-06-15

15


Badania zaprawy

Wyniki badań – jednorodność zaprawy

Przeprowadzono test statystyczny na równość odchyleń

standardowych wytrzymałości zaprawy

2121

2022

2011

21

11

2 nnnn

snsn

xxt

ix - wartości średnie w poszczególnych grupach,

in - liczebność grup,

0201 ss , - odchylenie standardowe średniej w danej grupie.


Badania zaprawy


Wytrzymałość na ściskanie

1791,t < 2281210050 ,t ;,

Wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu

4350,t < 776424050 ,t ;,

Wartości maksymalne statystyki t przy dwustronnym obszarze

odrzuceń

2015-06-15

16


Badania zaprawy


Nie ma podstaw do odrzucenia hipotezy o równości

odchyleń standardowych wytrzymałości zaprawy .

Możliwe jest operowanie wartościami średnimi

wytrzymałości zapraw wykonanych w dwóch różnych

terminach.


Badania zaprawy


Wytrzymałość

na rozciąganie przy zginaniu

Wytrzymałość

na ściskanie

fmt

[N/mm2]

odchylenie

standardowe

[N/mm2]

fm[N/mm2]

odchylenie

standardowe

[N/mm2]

4,18 0,45 18,24 0,52

Na podstawie normy PN-EN 998-2:2003 użytą zaprawę można zakwalifikować do klasy wytrzymałościowej M15o wytrzymałości na ściskanie fm = 15 N/mm2.

2015-06-15

17


BADANIA WYTRZYMAŁOŚCI

MURU NA ŚCISKANIE


Cel badańZasadniczym celem niniejszych badań było określenie, zgodnie z normą

PN-EN 1052-1:2000:

•Wytrzymałości murów na ściskanie,

•Wytrzymałości charakterystycznej murów fk,

•Modułu sprężystości murów,

•Przebiegu zależności naprężenie-odkształcenie (pionowe i poziome)

Celami pośrednimi była:

•obserwacja zachowania się elementów badawczych

•sposób zarysowania i zniszczenia elementów badawczych.

Dodatkowo przeprowadzono analizę wyników badań i na podstawie tych

wyników wyznaczono wartość współczynnika K potrzebnego do obliczania

wytrzymałości muru na ściskanie wg PN-EN 1991-1-1

2015-06-15

18


Modele badawcze

Badania przeprowadzano na elementach

próbnych wykonanych w warunkach

laboratoryjnych przez przedstawiciela

Zleceniodawców z bloczków silikatowych

dostarczonych przez Producentów.

Modele wykonano na zaprawie systemowej

do cienkich spoin.

Wymiary elementów próbnych ustalono

zgodnie z normą PN-EN 1052-1:2000

Metody badań murów. Określenie

wytrzymałości na ściskanie.


Modele badawcze

Ze wszystkich typów elementów murowych wykonano po 3 modele

uzyskując w ten sposób 15 serii po trzy elementy badawcze.

Elementy próbne wykonano z elementów murowych cechujących się bardzo

małymi odchyłkami wymiarów zewnętrznych. Dlatego nie było konieczne

stosowania wyrównywania powierzchni cienką warstwą zaprawy.

2015-06-15

19


Modele badawcze

Elementy próbne badano po minimum 28 dniach od

wymurowania.

Badanie prowadzono prasie hydraulicznej o zakresie 200 T.

Elementy próbne ustawiano między głowicami prasy

centralnie, bez mimośrodu.

Zapewniono pełny kontakt między górną i dolną

powierzchnią elementów, a powierzchniami głowic maszyny

wytrzymałościowej.

Podczas badań prowadzono pomiar siły ściskającej za

pomocą siłomierza o dokładności 0,001 kN oraz

przemieszczeń pionowych i poziomych przy użyciu czujników

indukcyjnych o dokładności 0,002 mm.

Wymiary bazy do pomiarów przemieszczeń muru ustalono

wg zaleceń zawartych w normie PN-EN 1052-1:2000

Modele badawcze

Widok

elementów

próbnych

każdej z

serii przed

badaniem

2015-06-15

20


Modele badawcze


Metodyka badań

Badania prowadzono przy wykorzystaniu automatycznego stanowiskapomiarowego. Pomiar przemieszeń i siły ściskającej prowadzono co 0,5 s.Prędkość obciążania dobierano, zgodnie z założeniami PN-EN 1052-1:2000, takaby maksymalna siła była osiągnięta po okresie 15-30 minut od chwilirozpoczęcia badań. Podczas badań rejestrowano również siłę, przy którejstwierdzono wystąpienie pierwszej rysy na elemencie próbnym.

2015-06-15

21


Wyniki badań

Nr serii

Naprężenie

rysujące,

N/mm2

Naprężenie

maksymalne,

N/mm2

Moduł

sprężystości,

N/mm2

Współczynnik

Poissona

CI 7,98 8,86 7627 0,17

CIa 15,04 16,41 9281 0,12

CII 11,00 11,76 7899 0,15

CIII 9,89 10,45 7144 0,23

CIVa 5,20 10,14 5569 -

CIV 11,15 12,36 5559 0,23

CV 11,68 12,58 6678 0,21

CVI 8,56 11,31 5228 0,16

CVII 8,00 11,55 6132 0,18

CVIII 11,67 12,54 8441 0,18

CIX 3,76 11,21 5633 0,16

CXI 9,39 11,29 7833 0,17

CXII 10,28 10,89 3857 0,19

CXIII 8,39 10,08 6937 0,23

CXIIIb 5,72 10,13 6575 -

Tablica 2. Uśrednione w ramach serii wyniki badań wytrzymałości na ściskanie elementów próbnych muru


Wyniki badań

0

2

4

6

8

10

12

14

-0,015 -0,01 -0,005 0 0,005 0,01 0,015 0,02

CVI-1V

CVI-1h

CVI-2v

CVI-2h

CVI-3v

CVI-3h

CVI-v

CVI-h

exey

sy, N/mm2

2015-06-15

22


Wyniki badań

Zniszczenie elementów próbnych przebiegało w zróżnicowany sposób.

Pierwsze rysy w większości elementów pojawiały się tuż przed

zniszczeniem modeli (tablica 1 i 2). Zarysowania przebiegały zarówno

przez spoiny jak i przez elementy murowe. Zaobserwowano wyraźny

wpływ układu drążeń na obraz zniszczenia modeli. Drążenia generowały

powstanie zarysowań wewnętrznych oraz odspojeń fragmentów muru.


Wyniki badań

Na rysunkach pokazano porównanie zależności naprężenie sy -

odkształcenie pionowe ey uśrednione w ramach każdej z serii, oraz

porównanie zależności naprężenie sy - odkształcenie poziome ex.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

-0,01 -0,009 -0,008 -0,007 -0,006 -0,005 -0,004 -0,003 -0,002 -0,001 0

CI

CIa

CIII

CIVa

CIV

CV

CVI

CVII

CVIII

CIX

CXI

CXII

CXIII

CXIIIb

ey

sy, N/mm2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

-0,001 0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008 0,009

CI

CIa

CIII

CIVb

CV

CVI

CVII

CVIII

CIX

CXI

CXII

CXIII

ey

sy, N/mm2

ey

sy, N/mm2

2015-06-15

23


Określenie charakterystycznej wytrzymałościmuru na ściskanie

W ramach każdej serii określono charakterystyczną wytrzymałość muru na

ściskanie. Określenie to przeprowadzono zgodnie z normą PN-EN 1052-

1:2000. Norma zakłada, że wytrzymałość charakterystyczną muru

przyjmuje się jako wartość mniejszą z wytrzymałości średniej z serii

podzielonej przez 1,2 lub wartości minimalnej wytrzymałości w danej serii:

gdzie:

f – średnia wytrzymałość muru na ściskanie w danej serii (tablica 2,

kolumna 3),

fi,min – najmniejsza wytrzymałość na ściskanie pojedynczego elementu

próbnego w danej serii, (tablica 1, kolumna 3),

min,

2,1min

i

k

f

f

f



Nr serii fk, N/mm2

CI 7,38

CIa 13,68

CII 9,80

CIII 8,71

CIVa 8,45

CIV 10,30

CV 10,49

CVI 9,42

CVII 9,63

CVIII 10,45

CIX 9,34

CXI 9,41

CXII 9,07

CXIII 8,40

CXIIIb 8,44

2015-06-15

24



0

2

4

6

8

10

12

14

16

CI

CIa

CII

CIII

CIVa

CIV

CV

CVI

CVII

CVIII

CIX

CXI

CXII

CXIII

CXIIIb

fk, N/mm2


Współczynnik K

Norma PN-EN 1996-1-1: Eurokod 6 charakterystyczną wytrzymałość na

ściskanie muru ze spoinami cienkimi, wykonanego z elementów murowych

silikatowych pozwala wyznaczać ze wzoru:

gdzie,

fb - znormalizowana średnia wytrzymałość elementu murowego na ściskanie,

K – współczynnik (wartość stała, K = 0,5).

Wyznaczenie współczynnika K wykonano stosując przekształcony wzór do

postaci:

85,0

bkfKf

85,0

b

k

f

fK

2015-06-15

25


Nr serii K

CI 0,65

CIa 0,88

CII 0,65

CIII 0,81

CIVa 0,60

CIV 0,62

CV 0,88

CVI 0,93

CVII 0,74

CVIII 0,61

CIX 0,78

CXI 0,69

CXII 0,79

CXIII 0,82

CXIIIb 0,61

Wartości współczynnika K uzyskane z badań



0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

CI

CIa

CII

CIII

CIVa

CIV

CV

CVI

CVII

CVIII

CIX

CXI

CXII

CXIII

CXIIIb

wsp

ółc

zyn

nik

K

Minimalna wartość współczynnika K wyniosła 0,6, maksymalna 0,93, a

wartość średnia to 0,74.

Minimalna wartość uzyskana z badań jest o 20% większa, wartość średnia

jest większa o 48%, natomiast wartość maksymalna jest większa o 86% od

wartości zamieszczonej w tablicy NA.5 EC-6.

2015-06-15

26



W Załącznikach Krajowych innych państw przyjęto różne wartości współczynnika

K, a w niektórych krajach różnicowano nawet wielkość potęgi przy

znormalizowanej średniej wytrzymałości elementu murowego na ściskanie.

Porównanie wytrzymałości charakterystycznych wyznaczonych na podstawie

Załączników Krajowych wybranych państw UE pokazano na rysunku

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 5 10 15 20 25 30 35 40

EC-6, Austria, Czechy, Estonia, Francja, Holandia, Słowacja, Węgry

Niemcy

Polska

fb , MPa

fk , MPa


Nowe wartości współczynnika K

Przed rokiem Stowarzyszenie Producentów Białych Materiałów Ściennych

„Białe murowanie” wystąpiło do Przewodniczącego KT 252 PKN dr inż. Romana

Gajownika z wnioskiem o zwiększenie współczynniki K, na podstawie wyników

prezentowanych badań.

We wrześniu 2014 r., wraz z poprawką Ap2 do EC-6

(PN-EN 1996-1-1+A1:2013-05/PA2)

zmieniono współczynnik K na 0,6

2015-06-15

27



Zwiększenie współczynnika K do wartości 0,6 powoduje jednak, że uzyskane

wartości charakterystycznej wytrzymałości na ściskanie muru będą w dalszym

ciągu jednymi z najniższych w UE (rysunek poniżej). Na więcej nie pozwalają

niestety wyniki badań.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 5 10 15 20 25 30 35 40

EC-6, Austria, Czechy, Estonia, Francja,

Holandia, Słowacja, Węgry

Niemcy

Polska

fb , MPa

fk , MPa



Przy projektowaniu i sprawdzaniu warunków ULS konstrukcji murowych istotna

jest obliczeniowa wytrzymałość muru na ściskanie. Zależy ona od

współczynnika bezpieczeństwa M, przyjmowanego w Załącznikach Krajowych

do PN-EN 1996-1-1:2010.

0

2

4

6

8

10

12

0 5 10 15 20 25 30 35 40

EC-6, Francja, Węgry

Austria, Czechy, Estonia, Słowacja

Holandia

UK

Niemcy

Polska

Polska (propozycja)

fb , MPa

fd , MPa

Obliczeniowe wytrzymałości murów na ściskanie wg Załączników Krajowych wybranych

państw UE przy przyjęciu najmniejszego współczynnika bezpieczeństwa M

2015-06-15

28



Obliczeniowe wytrzymałości murów na ściskanie wg Załączników Krajowych wybranych

państw UE przy przyjęciu największego współczynnika bezpieczeństwa M

0

2

4

6

8

10

12

0 5 10 15 20 25 30 35 40

EC-6, UK, Węgry

Austria, Czechy, Słowacja

Holandia

Francja

Niemcy

Polska

Polska (propozycja)

fb , MPa

fd , MPa

Projektowanie i wykonawstwo konstrukcji murowych z silikató · wytrzymałościmuru na ściskaniewg...

Documents

Transcript of Projektowanie i wykonawstwo konstrukcji murowych z silikató · wytrzymałościmuru na ściskaniewg...