Zkoušky pevnosti cihel v tlaku: Metody a normy pro hodnocení zděných konstrukcí

Zkoušky pevnosti zdiva jsou klíčové, zejména pokud je uvažováno o přitížení zdiva. K přitížení může dojít změnou dispozice, například odstraněním části nosné zdi, kdy zatížení, které původně přenášela celá zeď, nově přenáší pouze zbylá část. Další situací je nástavba, kdy se na stávající objekt přistaví jedno či více podlaží.

Stanovení pevnosti zdicích prvků

Stanovení pevnosti zdicích prvků se provádí podle normy EN 772-1 "Zkušební metody pro zdicí prvky - Část 1: Stanovení pevnosti v tlaku". Výrobce musí deklarovat průměrnou pevnost prvků v tlaku. Touto pevností může být libovolná hodnota pevnosti, doporučuje se však používat třídy pevnosti v tlaku podle stávajícího klasifikačního systému. Kromě toho, v případě potřeby, musí výrobce deklarovat normalizovanou pevnost prvků v tlaku. Výrobce může kromě toho informovat, do jaké míry deklarovaná pevnost v tlaku prvků je v souladu s národním klasifikačním systémem.

Metody zkoušení pevnosti cihel v tlaku

Diagnostika cihelného zdiva zabudovaného v konstrukci není úplně jednoduchá. Je to dáno jednak značnou různorodostí zděných konstrukcí, u masivních konstrukcí heterogenitou zdiva (různé vlastnosti i skladba na povrchu a uvnitř) a v neposlední řadě dostupnými diagnostickými metodami. Cihelné zdivo je stavební hmotou výrazně kompozitní povahy, což s sebou přináší určitá pozitiva i negativa. Hodnocení zdiva jako celku v praxi naráží na řadu problémů - nejsme schopni stanovit zatěžovací schéma ani kritéria pro vyhodnocení zkoušek. Používané metody plochých lisů či zkoušení vyřezaných pilířů jsou příliš pracné a neprůkazné. Z toho důvodu se používá spíše postup, kdy zvlášť určíme pevnost v tlaku zdicích prvků (fb) a malty (fm) a vypočteme charakteristickou pevnost v tlaku zdiva (fk).

Pevnost v tlaku zdicích prvků se určuje podle ČSN EN 772-1+A1 jako průměrná pevnost v tlaku stanoveného počtu vzorků celých zdicích prvků. Minimální počet vzorků je šest, ale tento počet je v případě diagnostiky zděných konstrukcí třeba upravit dle velikosti konstrukce. Norma připouští rovněž zkoušet reprezentativní části zdicích prvků, např. vyrobených z jádrových vývrtů. Tato reprezentativní tělesa (např. krychle) se mají vyřezat z různých míst prvku (myšleno na okraji, uvnitř).

  • Zkouška pevnosti v tlaku celých zdicích prvků.
  • Zkouška na reprezentativních částech zdicích prvků.
  • Tvrdoměrné zkoušky:
    • Schmidtův tvrdoměr: Odrazové tvrdoměry patří mezi nejrozšířenější zkušební zařízení ve stavební praxi. Principielně je tento typ tvrdoměrů založen na zkoušení povrchové tvrdosti. Pracuje na principu odrazu pružného tělesa od tvrdého povrchu. Výsledkem zkoušky je hodnota odrazu zobrazená na přímkové stupnici tvrdoměru, charakterizující tvrdost zkoušeného materiálu, ze které se zpravidla určuje pevnost v tlaku zkoušeného materiálu. Odrazové tvrdoměry se mohou lišit energií rázu, pro zkoušení betonů se nejčastěji používají tvrdoměry s energií rázu 2,205 Nm, označované také jako typ N. Pro cihly byl vyvinut typ Schmidt LB. Pro účely zkoušení cihelných zdicích prvků bylo vytvořeno několik regresních vztahů na různých pracovištích. V rámci studie byla prokázána praktická využitelnost mechanického odrazového tvrdoměru s energií rázu 0,735 Nm (typ L), který odpovídá specifikaci ČSN EN 12504-2.

      Zkoušky se provádějí na celých výrobcích. Cihly se uloží do zkušebního lisu a zatíží se zatížením odpovídajícím 10 % pevnosti v tlaku - viz ČSN 73 1373. Výsledkem měření je soubor hodnot odrazů na zkoušeném výrobku. Ze souboru jednotlivých hodnot parametru nedestruktivního zkoušení Rzi na výrobku se vypočítá průměrná hodnota odrazu na výrobku RI. Pro soubor hodnot Rzi na výrobku se vypočítají horní a spodní mez, která je ±13 % od střední hodnoty a hodnoty Ri, které leží mimo tento interval, se vyloučí. Ze zbývajících hodnot se znovu vypočítá střední hodnota.

      Čtěte také: Zjistěte, jak probíhá stavebně technické posouzení

      Pro zpracování kalibračního vztahu pro predikci pevnosti v tlaku vápenopískových cihel byla pro každé zkušební těleso stanovena hodnota ukazatele nedestruktivního zkoušení Ri a jí příslušející pevnost v tlaku σpd,i. Využitelnost kalibračních vztahů je hodnocena na základě hodnoty korelačního koeficientu r, který charakterizuje těsnost korelace mezi pevností a hodnotou odrazu. Zjištěný koeficient korelace pevnosti v tlaku na úrovni r = 0,951 lze charakterizovat pro nedestruktivní nepřímou metodu jako výborný a prakticky dostatečně spolehlivě použitelný.

    • Kučerova vrtačka (PZZ01/KV-3): Pro zkoušky pevnosti zdiva je nutné odhalit část zdiva, odstraní se omítka v ploše čtverce o straně cca 0,3-0,4 m. Odhalené zdivo se očistí. Zdivo se prohlédne, posoudí se kvalita skladby, přítomnost prasklin či trhlin a do cihel a malty v ložných spárách se provedou vrty speciálním přístrojem PZZ01. Metoda je založena především na statistice. Zkoušky se provedou na určitém počtu míst, výsledky zkoušek z jednotlivých míst se následně statisticky vyhodnotí. Minimální počet platných zkoušek pro vyhodnocení je 5. Metoda je nedestruktivní, resp. částečně destruktivní a zkoušky se provádí pomocí speciální upravené ruční příklepové vrtačky PZZ 01, dle metodiky TAZUS, vypracované Ing. Václavem Kučerou. Tento způsob zjišťování pevnosti je vhodný pro maltu a plné cihly. Pokud je stavební materiál jiný (přírodní kámen, dutinové cihly, ytong apod.), je nutné vyjmout celý zdící prvek a zkoušku pevnosti provést v laboratoři na lisu. Způsob zkoušení malty se nemění. Hlavní výhodou této metody je, že je tímto přístrojem možné stanovit rovněž pevnost malty v tlaku. Další její výhodou je fakt, že povrch zkušebních vzorků není potřeba upravovat obroušením. To je významné právě u památkových objektů.
  • Odběr celých zdicích prvků: V případě kamenného zdiva je možné pomocí přístroje PZZ01 zjistit pevnost malty, pevnost kamene je možné zjistit pomocí odběru zdicích prvků (kamenů ze zdiva) destruktivními zkouškami v laboratoři (na lisu). U betonových konstrukcí je možné provést odběr jádrových vývrtů pro zkoušky pevnosti betonu v tlaku v laboratoři v kombinaci s větším množstvím nedestruktivních zkoušek pomocí Schmidtova tvrdoměrného kladívka. V kombinaci dostatečného množství destruktivních a nedestruktivních zkoušek je výsledná zjištěná a vyhodnocená pevnost betonu brána jako pevnost krychelná (charakteristická hodnota). Orientační zjištění pevnosti betonu je možné provést pouze pomocí Schmidtova tvrdoměrného kladívka (nedestruktivně), nicméně tato hodnota pevnosti betonu v tlaku není zaručená.

Stanovení pevnosti malty

Pevnost malty lze stanovit různými způsoby - nedestruktivními metodami, jako jsou tvrdoměrné zkoušky, dále odběrem zkušebních vzorků nebo také chemickým rozborem. Podle ČSN EN 1015-11 lze také pevnost malty stanovit na zkušebních trámcích o rozměrech 160 × 40 × 40 mm, případně na tělesech vyrobených z odebraných vzorků malty. Pevnost malty v tlaku na stávajících konstrukcích se však v praxi určuje zpravidla upravenou vrtačkou, mezi odbornou veřejností nazývanou „Kučerova vrtačka“. Původně se jednalo o upravenou ruční vrtačku. Následně byla vyvinuta elektrická „Kučerova vrtačka“ s označením PZZ 01, ta se však v praxi příliš neujala.

Zkoušky pevnosti cihel a malty v tlaku se vyhodnocují dle metodického předpisu TAZUS, dle ČSN 73 0038 „Navrhování a posuzování konstrukcí při přestavbách“, dále dle ČSN 73 1101 „Navrhování zděných konstrukcí" a ČSN EN 998-2 "Specifikace malt pro zdivo" Část 2: Malty pro zdění.

Praktické příklady zkoušek pevnosti zdiva

Zkoušky pevnosti zdiva HELUZ SUPE®THERM

HELUZ cihlářský průmysl v.o.s. provedl v roce 2006 zkoušky pevnosti zdiva vyrobeného z broušených cihel SUPE®THERM SB se dvěma druhy malt pro tenké spáry: maltou pro zdění na tenkou spáru SB a maltou pro zdění na celoplošnou tenkou spáru SB C.

Malta pro zdění na tenkou spáru SB

Malta pro zdění na tenkou spáru SB je továrně vyráběná malta s deklarovanou pevností M5. Zkoušky pevnosti v tlaku u této malty podle EN 1015-11 prokázaly průměrnou pevnost v tlaku značně větší, než je deklarovaná hodnota. Malta pro zdění na tenkou spáru SB se nanáší na cihly s pomocí válce, který maltu nanese pouze na úzké zbroušené plošky žeber zdicího prvku, přičemž dutiny zůstávají volné.

Čtěte také: vliv liniových staveb na ekologii a veřejné zdraví

Malta pro zdění na celoplošnou tenkou spáru SB C

Malta pro zdění na celoplošnou tenkou spáru SB C je továrně vyráběná malta s deklarovanou pevností M5. Zkoušky pevnosti v tlaku u této malty podle EN 1015-11 prokázaly průměrnou pevnost v tlaku rovněž značně větší, než je deklarovaná hodnota. Malta se nanáší na ložnou spáru pomocí odlišného zařízení. Malta pro zdění na celoplošnou tenkou spáru SB C má při ukládání hustší konzistenci a po uložení vytvoří souvislou vrstvu stejné tloušťky. Vrstva malty tak zakryje i dutiny ve zdicím prvku.

Provedení zkoušek a výsledky

Zkoušky pevnosti v tlaku podle ÖNORM EN 1052-1 byly provedeny v Rakousku ve zkušebně Stavebně-technického institutu (BTI) v Linci. Pro zkoušky byly použity zdicí prvky SUPE®THERM 44 STI SB, poskytnuté firmou HELUZ cihlářský průmysl v.o.s. Ze zdicích prvků bylo vyzděno 6 zkušebních těles s maltou pro zdění na tenkou spáru SB a 6 zkušebních těles s maltou pro zdění na celoplošnou tenkou spáru SB C výše popsaným postupem. V každé druhé vrstvě byly použity poloviční zdicí prvky pro zachování správné vazby zdiva. Zdicí prvky byly před nanesením malty řádně navlhčeny vodou, ale nebyly vodou nasyceny. Jednotlivá zkušební tělesa byla vyzděna na dřevěné desky, poslední vrstva byla zakryta plastikovou fólií a 12 mm tlustou deskou ze sádrokartonu pro eliminaci vlivu případných drobných nerovností.

Při zkouškách byly měřeny a stanoveny průměrné pevnosti, svislé deformace pro stanovení krátkodobého (sečnového) modulu pružnosti a navíc svislé i příčné deformace při cyklickém zatěžování pro stanovení cyklického E-modulu a součinitele příčné deformace. Na základě výsledků zkoušek a jejich zpracování rakouským stavebně-technickým institutem byly vypočteny výpočtové pevnosti zdiva a součinitele přetvárnosti podle ČSN 731101 a charakteristické pevnosti a součinitele KE.

Výsledky vyhodnocení tak prokázaly u zdiva na maltu pro zdění na celoplošnou tenkou spáru SB C výrazně lepší výsledky, než u malty pro zdění na tenkou spáru SB. Zkoušky prokázaly dobrou shodu charakteristické pevnosti stanovené zkouškou s pevností stanovenou podle vzorce z normy [2] jen u malty pro zdění na tenkou spáru SB. Pro zdivo, kde byla použita malta pro zdění na celoplošnou tenkou spáru SB C, musel být odvozen vzorec nový, přesněji řečeno musela být upravena konstanta K (uváděná v normě [2] v tabulce 1). Tuto úpravu by bylo po provedení doplňujících zkoušek v Česku zřejmě vhodné doplnit do české Národní přílohy k normě [2].

Výhody použití malty pro zdění na celoplošnou tenkou spáru SB C

Pro navrhování a realizace malta pro zdění na celoplošnou tenkou spáru SB C umožňuje „zeštíhlení” nosných obvodových i vnitřních pilířů z broušených zdicích prvků až o 30 %. Další výhodou při použití malty pro zdění na celoplošnou tenkou spáru SB C je docílení poměrně vysoké charakteristické pevnosti zdiva i se zdicími prvky nižších pevnostních tříd, které bylo možno dosáhnout pouze s cihlami o pevností třídě P15. Tím se otevírají možnosti využití vysoce tepelně-izolačních cihel, které díky svému vysokému vylehčení mají nižší pevnosti v tlaku, ve vícepodlažních stavbách.

Čtěte také: Podkroví: kombinace palubek a cihel

Celkové hodnocení zdiva

Při hodnocení zdiva je zapotřebí zohlednit další vlastnosti mající vliv na únosnost celé konstrukce. Na základě těchto vlastností se vypočte návrhová pevnost zdiva v tlaku (fd).

Stavebně technický průzkum a sondy

V rámci stavebně technického průzkumu se provádějí sondy k vodorovným nosným konstrukcím. Sondy se většinou provádějí skrz podlahové vrstvy shora, tak se zároveň zjistí i skladba podlahy. V případě, že není možné provést sondu shora, je možné provést sondu zdola. Sondy, především ke stropní konstrukci dřevěné trámové, jsou relativně rozsáhlé cca 0,5 x 1,5 m. Ostatní sondy bývají menší. U vodorovných nosných konstrukcí se zjišťuje jejich druh (stropní klenby, dřevěné trámové stropy, železobetonové stropy, atd.), jejich stav a dimenze. Tyto zjištěné skutečnosti dále slouží jako podklad pro statika při výpočtu únosnosti stropní konstrukce a pro případný návrh zvýšení únosnosti (např. při změně účelu stavby). V případě dřevěných trámových stropů prohlíží sondy zároveň mykolog, který stanoví stav dřevěných prvků (napadení dřevokazným hmyzem či houbami) a zároveň navrhne ochranná opatření. V některých případech není nutné znát parametry nosné stropní konstrukce, ale je potřeba zjistit skladbu podlah kvůli celkové mocnosti vrstev. Tyto sondy jsou maximálně do velikosti cca 0,5 x 0,5 m. Sondy se po průzkumu většinou ponechávají otevřené, nicméně je samozřejmě možné místo sondy zpětně upravit dle dohody s objednatelem.

U svislých nosných konstrukcí není ze zaměření známá jejich skutečná skladba a materiál. V některých případech může být u nosné stěny předstěna nebo nenosná přizdívka, která mocnost stěny zdánlivě navyšuje. Zjištění skutečné mocnosti a materiálu nosných konstrukcí je důležité pro statické výpočty. Z toho důvodu se v některých případech provádějí sondy i do svislých nosných konstrukcí. Sondy do svislých nosných konstrukcí se provádí pro zjištění jejich materiálového řešení a skladby pro potřeby např. demolice, tepelně technických výpočtů apod. V případě sondy jako podklad pro tepelně technické výpočty se zjistí se druh použitého tepelného izolantu a jeho mocnost a všechny další vrstvy. U zděných (konstrukce z plných cihel) nosných konstrukcí je možné dále zjišťovat pevnost zdících prvků (pevnost malty a cihel).

Průzkum vlhkosti a salinity

Průzkum vlhkosti se může provádět destruktivním nebo nedestruktivním způsobem. Při destruktivním způsobu se odebírají vzorky zdiva pomocí elektrického vrtacího kladiva a sekáče. Vlhkost v odebraných vzorcích se zjišťuje v laboratoři gravimetricky (hmotnostní metodou). Nedestruktivní průzkum vlhkosti zdiva, ale zejména omítek a potěrů, se provádí s využitím elektrických měřicích přístrojů. Přednostně se mají používat přístroje založené na principu měření elektrické kapacity, neboť jimi zjištěné výsledky nejsou ovlivňovány vodivými elektrolyty ve zdivu. Dosah běžně dostupných komerčních přístrojů je však poměrně malý, cca 2-4 cm. Při použití všech nedestruktivních metod je třeba výsledky porovnávat s obsahy vlhkosti zjištěnými hmotnostní analýzou v odebraných vzorcích.

V návrhu normy ČSN P 73 0610 z r. 2000 je uvedena klasifikace vlhkosti zdiva, vyvolaná účinky zemní vlhkosti, srážkové vody a kondenzující vlhkosti. Tato klasifikace se má vztahovat na konstrukce staveb určených pro pobyt osob, vyzděných z cihel pálených, vápenopískových nebo z kamenů, u nichž se předpokládá nasákavost vyšší než 10 % hmotnostních. Zmíněné hodnocení je poněkud zavádějící, odpovídá materiálům s nasákavostí cca 20 % (např. klasickým páleným cihlám nebo vápenné maltě).

Průzkum salinity je zaměřen na druhy a obsah solí tvořících výkvěty - především chloridy, sírany a dusičnany. Pro objektivní analýzu se používají metody hmotnostní, titrační, iontová chromatografie a spektrometrie.

Tabulka: Klasifikace vlhkosti zdiva (dle ČSN P 73 0610)

Stupeň vlhkosti Obsah vlhkosti (% hmot.) Vliv na konstrukci a interiér
Nízká < 5 % Optimální stav, bez negativních vlivů.
Zvýšená 5 % - 10 % Mírné riziko, doporučeno sledování.
Střední 10 % - 20 % Zřetelné známky vlhkosti, možné poškození omítky a interiéru.
Vysoká 20 % - 30 % Vážné poškození konstrukce, rozsáhlé výkvěty, riziko plísní.
Extrémní > 30 % Kritický stav, nutná okamžitá sanace.

Poznámka: Tato klasifikace se vztahuje na materiály s nasákavostí vyšší než 10 % hmotnostních, např. pálené cihly, vápenopískové cihly a vápenné malty.

tags: #zkouška #pevnosti #cihly #v #tlaku

Oblíbené příspěvky: