Cihly se jako stavební materiál využívají již tisíce let. Způsob jejich výroby se časem proměnil, a tak nelze srovnávat dnešní a středověké cihly, principy však zůstaly stejné. Porovnávat je ale můžeme například podle pevnosti.
Není cihla jako cihla a při plánování stavby je to potřeba vzít na vědomí. V současnosti se setkáváme s různými klasifikacemi cihel na základě jejich fyzických a mechanických vlastností, například podle pevnosti v tlaku. Jedná se o zatížení, které může být vyvíjené na celou plochu cihly, aniž by se poškodila nebo dokonce praskla.
Deklarace a klasifikace pevnosti cihel
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.
Podle evropských norem pro tlakové zkoušky se cihly rozřazují do pevnostních tříd, které udávají nejnižší pevnost v tlaku v newtonech na milimetr čtvereční. V Česku se setkáte s označením PX, kdy X odpovídá číslu dané pevnostní třídy (například P10).
Čtěte také: Význam pevnosti cihel ve stavebnictví
Použití cihel podle pevnostních tříd
Při stavbě vyšších budov je vhodné s tímto číslem počítat, aby zdivo budovu uneslo. Čím je vyšší budova a těžší střecha, tím je potřeba použít cihly z vyšší pevnostní třídy.
Napříč celou budovou je však možné použít cihly z různých pevnostních tříd. Pokud stavíte šestipatrovou budovu, pro první tři podlaží použijete odolnější zdivo, kdežto na vrchní tři patra můžete použít zdivo jiné - pevností, typem i tloušťkou.
Kde se všude používají cihly různých pevnostních tříd? Pálené hliněné cihly, které mají pevnost v tlaku vyšší než 40 N/mm², jsou hojně využívané pro těžké stavby, jako jsou mosty, vícepodlažní a průmyslové budovy a další. Absorbují pouze okolo 5 % vody. Mezi 12-15 % vody pak nasají cihly s pevností v tlaku kolem 10 N/mm².
Pevnost cihly versus pevnost zděné stěny
Pevnost výsledného zdiva se však ne vždy odvíjí od pevnosti použitých cihel. Závisí také na tom, zda se při stavbě dosáhne správné vazby, tedy zda žebra cihel dosedají na sebe, či nikoliv.
Pevnost cihly nemusí vždy odpovídat pevnosti výsledného zdiva. Například, u broušené cihly plněné izolací z řady Porotherm T Profi je při pevnosti P8 díky masivním žebrům dosaženo vysoké únosnosti zdiva fk = 3,5 MPa, což odpovídá běžným cihelným blokům pevnosti P14.
Čtěte také: Prozkoumejte článek o cihlách HELUZ a jejich vlastnostech.
Nová cihla s vyšší pevností Porotherm TB Profi dosahuje při pevnosti cihly P12, dokonce pevnost zdiva vyzděného na maltu pro tenkovrstvé zdění fk = 5,0 MPa. To odpovídá u klasických tepelněizolačních cihelných bloků pevnosti P23. Proč je tomu tak? Moderní cihly mají subtilní keramická žebírka, která připomínají pavučinu. Při standardní vazbě zdiva nelze zaručit, že žebírko dosedne na žebírko. Naopak, často se stává, že žebírko dosedne na mezeru v cihle.
Vysoká pevnost a výborné tepelnětechnické vlastnosti v jednom
Donedávna se stavitelé museli rozhodovat mezi dostatečnou pevností materiálu a jeho tepelněizolačními vlastnostmi. Obecně platí: čím lepší tepelněizolační vlastnosti, tím nižší pevnost a obráceně.
Klíčovou vlastností stavebních materiálů u vícepodlažních budov, zejména u bytových domů, je únosnost zdiva, budovy však musí vyhovět i stále přísnějším tepelnětechnickým požadavkům. Současné moderní pálené materiály však dokážou splnit obě kritéria a při správném návrhu není výstavba budov s pěti či šesti podlažími nic neřešitelného.
Společnost Wienerberger přichází na trh s novinkou - tepelněizolační cihlou s vyšší pevností Porotherm TB Profi. Cihelné tvarovky typu THERM sice nedosahují nejlepších hodnot ani v pevnosti, ani v prostupu tepla, ale v kombinaci obou vlastností (což je pro uživatele stavby velice důležité) jsou mezi stavebními materiály nejlepší. Díky pevnosti tvarovek jsou cihlové zdi dostatečně únosné, spolehlivě masivní a odolné proti zubu času.
Stanovení pevnosti cihel a zdiva
Stanovení pevnosti zdicích prvků se provádí podle EN 772-1 Zkušební metody pro zdicí prvky - Část 1: Stanovení pevnosti v tlaku.
Čtěte také: Více o pevnosti betonu
Provedením zkoušky pevnosti v tlaku na vzorcích kondicionovaných pod vodou lze též stanovit škodlivost cicvárů při jejich výskytu ve zdicích prvcích. Stanovení škodlivosti hrudek je důležité pro dlouhodobou trvanlivost konstrukce.
Diagnostika historických zděných konstrukcí
V historických stavbách byly pro nosné konstrukce používány pálené cihly plné vyzděné na maltu. Při opravách historických staveb a jejich následném statickém zajištění je třeba znát pevnostní charakteristiky materiálů zdiva.
Pevnosti cihel plných lze zjišťovat jednak na vzorcích materiálů odebraných z konstrukcí, jednak s využitím nedestruktivních zkušebních metod. Při destruktivních zkouškách na vzorcích vyjmutých z konstrukce dochází k narušení konstrukce při odběru celých cihel.
Při zjišťování pevnosti na malých vzorcích vyjmutých ze zdiva (výřezy z cihel či jádrové vývrty o průměru 50 mm) je problém v tom, že neexistují dostatečně přesné přepočítací koeficienty pro přepočet pevnosti v tlaku zjištěné na malých vzorcích vyjmutých ze zdiva a pevností v tlaku celého výrobku.
Pro zkoušení nedestruktivními metodami je třeba mít k dispozici kalibrační vztah mezi parametrem z nedestruktivního zkoušení a pevností.
Diagnostika historických zděných konstrukcí je řešena pomocí jednotlivých zkoušek. Důležitými zkouškami pro zhodnocení je stanovení rozměrů cihly, objemová hmotnost, nasákavost, pevnost v tlaku stanovená pomocí destruktivních i nedestruktivních zkoušek, pevnost v tahu za ohybu a také pevnost malty. U jednotlivých zkoušek je podrobně popsán postup jejího provádění.
Vlastnosti cihel
Cihla by měla mít obdélníkový tvar, pravidelný povrch a červenou barvu. Její velikost by měla odpovídat zadaným rozměrům, které se dost liší podle jednotlivých zemí i kontinentů. Měla by být řádně vypálená. To lze zjistit tak, že se dvě cihly drží volně, jedna v každé ruce, a udeří se do nich. Ostrý kovový zvuk znamená dobré vypálení, zatímco tupý úder by znamenal neúplné vypálení.
Dobrá stavební cihla by neměla absorbovat více než 15 % své suché hmotnosti vody. Absorpce by v žádném případě neměla překročit 20 procent. Kvalitní stavební cihla by měla mít požadovanou pevnost v tlaku, která by měla být 15-80 MPa. Přibližnou zkouškou pevnosti cihly je nechat ji volně spadnout z výšky asi jednoho metru na tvrdou podlahu. Cihla by se neměla rozbít. Cihla by měla být dostatečně tvrdá, aby se nedala poškrábat nehtem. Dobrá cihla má jednotnou barvu a strukturu po celém těle. To lze zkontrolovat tak, že vezmete cihlu z partie a rozlomíte ji na dvě části.
Důležité vlastnosti cihel
- Tvar: Standardní tvar ideální cihly je skutečně obdélníkový. Má definované rozměry a ostré hrany. Povrch cihel je pravidelný a rovný. Cihly pro speciální účely však mohou být buď broušené, nebo vyráběné v různých jiných tvarech.
- Velikost: Velikost cihel používaných ve stavebnictví se v jednotlivých zemích a na různých místech téže země liší. WF - Waalformat - mezinárodně standardizovaná jednotka pro lícové cihly; 1 WF = cihla o rozměrech 210 x 100 x 50 mm. V České republice je tímto rozměrem 29 x 14 x 6,5 cm.
- Barva: Nejběžnější barva stavebních cihel spadá do třídy červená. Může se lišit od sytě červené přes světle červenou až po fialovou.
- Hustota: Hustota cihel neboli hmotnost na jednotku objemu závisí především na druhu použité hlíny a způsobu tvarování cihel (měkké bláto, tuhé bláto, tvrdě lisované atd.). V případě standardních cihel se hustota pohybuje od 1600 kg/m3 do 1900 kg/m3.
- Pevnost v tlaku: Je to nejdůležitější vlastnost cihel, zejména pokud se používají v nosných stěnách. Pevnost v tlaku cihel závisí na složení hlíny a stupni vypálení. Speciální výrobky dosahují pevnosti v tlaku 30-40 MPa, nejrozšířenější tvarovky typu THERM jsou standardně dodávány s pevnostmi 8, 10 a 15 MPa.
- Pevnost v ohybu: Cihly se často používají v situacích, kdy je v budově možné zatížení v ohybu. Jako takové by měly mít dostatečnou pevnost proti příčnému zatížení.
Únosnost pilířů a stěn a vliv vlhkosti na pevnost cihel
Únosnost hliněných konstrukcí staveb se dosud výpočtem neprokazuje pro nedostatek znalostí o chování hliněných těles pod zatížením. Přesto u nás najdeme i stavby vícepodlažní, např. třípodlažní sušárnu chmele v Odrlicích. Životnost těchto staveb je 100 až 300 let v závislosti na kvalitě provedení.
Hlavním nepřítelem je zemní vlhkost a přetížení stavby. Teprve v posledních 15 letech se hliněné stavby začínají opravovat. V současné době se hliněný materiál používá především na omítky, na stavbu příček a obezdívek a na výplňové konstrukce zděné nebo dusané.
Proč se nestaví nosné hliněné konstrukce, když mají v naší zemi tak dlouhou tradici a jejich životnost je prokázaná? Vedou k tomu dva důvody. První důvod je finanční. Hliněná cihla je těžká a nedají se z ní vyrábět velké bloky. Malé rozměry cihel zvyšují pracnost při zdění, tím vzrůstá délka výstavby i cena stavby, protože už i v naší zemi začíná být lidská práce drahá.
Dalším a hlavním důvodem je nedostatek norem pro jejich navrhování. Na rozdíl od některých evropských zemí, kde kontinuita hliněné výstavby nebyla přerušena jako v naší zemi, u nás o hliněném stavivu není v současných normách ani zmínka.
Nedostatek informací o tomto materiálu se dohání řadou zkoušek, nejčastěji v laboratořích vysokých škol, kde se hliněný stavební materiál a výrobky z něj stávají předmětem studentských prací diplomových a doktorských. Tak byla provedena řada zkoušek pevnosti cihel, malty a dusané hlíny včetně tepelných a sorpčních vlastností.
Těmito zkouškami se ověřilo, že hliněné stavivo se chová obdobně jako každé jiné stavivo, od kterého se liší hlavně výslednými hodnotami. Mimo běžně zkoumané se však liší od ostatních staviv specifickými vlastnostmi, které ho staví do popředí. Je to jeho práce s vlhkostí v ovzduší, nepatrná energetická spotřeba při výrobě, snadný návrat do přírody po dožití stavby, práce se škodlivinami v ovzduší, prostupnost geomagnetického pole.
Experimentální zkoušky hliněných cihel
Sdružení hliněného stavitelství (dále SHS) od svého vzniku vyvíjí snahu přispět k poznání vlastností hliněného staviva, aby nedocházelo k jeho aplikaci formou pokus - omyl. Za tím účelem pořádá v rámci evropské spolupráce kurzy hliněného stavění pod názvem „Poznej hlínu“.
Experimentální šetření probíhalo původně jako grant VUT v Brně, později po založení sdružení pod hlavičkou SHS. Přestože první experimenty probíhaly před 20 lety, byly to první zatěžovací zkoušky u nás, kdy byly šetřeny nejenom hliněné vzorky, ale i celé pilíře, při dalších zkouškách před 10 lety byla šetřena únosnost krátkých stěn.
Zkoušky byly prováděny v době, kdy jsme se potřebovali rozhodnout, zda vlastnosti hliněného staviva jsou dostatečné pro užití v současných stavbách. Bez větších znalostí jsme ověřovali řadu jeho možností. Zkoušeli jsme vliv různých příměsí na pevnost cihel, ověřovali jsme kvalitu dvou ručních lisů (typ Kopic a Hugo) a porovnávali ji s ruční výrobou cihel. Ve spolupráci s Ing. Habartou z FAST VUT v Brně jsme porovnávali únosnost pilířů vyzděných z těchto cihel s jejich pevností.
Podstatným výsledkem bylo zjištění, že se hliněný materiál při zatížení chová jako každý jiný stavební materiál. Zatěžovací zkoušky ukázaly, že pevnost pilířů se proti pevnosti cihel, ze kterých byla provedeny, snížila 1,9-5,2×, což byla mnohem příznivější hodnota než údaje v literatuře, kterou jsme tehdy měli k dispozici, kde byla uváděna mezi 7-12×. Tyto hodnoty nedávaly velkou naději na únosnost hliněných konstrukcí obecně, když pevnosti cihel se pohybují nejčastěji mezi 3 a 6 MPa.
Zkoušky probíhaly v roce povodní. Pro rozšíření znalostí o hliněných cihlách ve vztahu k vodě byly provedeny zkoušky rychlosti vysychání hliněných cihel nových i starých, které byly odebrány ze stávajícího domu, a zkoušky pevností cihel ze zaplavených domů. Vzorky cihel byly odebrány ze tří rozbořených domů na předměstí Kroměříže v zaplaveném území po opadnutí vody. Z každého domu byly dle možností odebrány cihly suché i mokré. Po vysušení ve vnitřním prostředí laboratoře pak byly podrobeny pevnostním zkouškám. Časové průběhy vysychání jednotlivých druhů cihel byly odlišné u cihel nových a starých.
Zkoušky hliněných cihel a krátkých stěn proběhly v roce 2008 na pracovišti FAST VUT v rámci řešení projektu SHS „Hlína dnes“. Pro zkoušky byly použity cihly před výpalem z cihelny Bořinov, zdicí malta byla vyrobena z pytlované směsi Standard (výrobce Hliněný dům s.r.o.).
V rámci experimentálního šetření byly mimo jiné provedeny zkoušky pevnosti cihel, zdící malty a dvou typů krátkých stěn. Průměrné rozměry zdících prvků (cihel plných nepálených) byly 62,4×137,3×281,8 mm. Průměrná hmotnost cihly 4,89 kg, objemová hmotnost 2028 kg.m−3. Průměrná pevnost cihel v tlaku byla 6,50 N.mm−2, v tahu ohybem 2,49 N.mm−2.
Pevnost malty byla zkoušena na trámečcích 40×40×160 mm. Průměrná pevnost malty v tlaku byla zjištěna 1,55 MPa, v tahu ohybem 0,43 MPa.
Hmotnostní vlhkost krátkých stěn byla stanovena na vzorcích odebraných z měření zkušebních těles, ihned po jejich zkoušce pevnosti v tlaku. Vlhkost se stanovila dle ČSN EN 772-1 [2], jako procentuální podíl hmotnosti vody obsažené ve vlhkém vzorku ku hmotnosti téhož vzorku ve vysušeném stavu.
Zkoušky pevnosti v tlaku a v tahu za ohybu byly prováděny na třech vzorcích z každé vlhkosti. Rozdělení se provedlo tak, aby se měřily pevnosti v jednotlivých stupních vlhkosti od 0% vlhkosti až po výrobní 21% vlhkost, i když hliněné cihly s vysokou vlhkostí přes 10 % nespadají do stavebních látek. Vysušovalo se přirozeným odpařováním vody stejně jak procházejí hliněné cihly při výrobě v cihelně. Po stanovení stupně vlhkosti váhový úbytkem bylo k rovnoměrné distribuci po celém vzorku použito neprodyšného zabalení do polypropylenové folie po dobu 7 dnů.
Recenzent doc. Ing. Jaroslav Solař, Ph.D., VŠB TU Ostrava, zdůrazňuje, že výsledky experimentálního šetření mohou být přínosné pro odborníky zabývající se problematikou hliněných staveb. Velmi zajímavá jsou zjištění týkající se poměrně vysokých pevností u cihel z nepálené hlíny v tlaku. Tuto skutečnost prakticky potvrzuje existence staveb s nosnými stěnami z nepálených cihel (tzv. vepřovic). Přínosné je také zjištění vlivu hmotnostní vlhkosti cihel na jejich pevnost v tlaku a v tahu za ohybu.
Orientační tabulka pro návrh vícepodlažních budov (dle Eurokódu 6)
Projektanti i stavební firmy často uvažují o tom, kolik pater je schopné unést cihelné zdivo. Pro rychlou orientaci při návrhu vícepodlažních budov slouží následující tabulky (zde sloučená a zjednodušená verze z původních tabulek 1-3), které byly vypracovány podle Eurokódu 6 za předpokladu, že:
- Světlá výška podlaží je max. 2,75 m.
- Stropní i střešní konstrukce uložená na stěnách má rozpon maximálně 6 m (při střešní konstrukci se uvažuje tuhá stropní deska s lehkou střešní skladbou).
- Otvory ve stěně tvoří pouze 40 % celkové délky stěny (pokud nejsou otvory rovnoměrně rozmístěny, je nutné posoudit zvýšení zatížení u nejužšího pilíře s největší zatěžovací šířkou).
- Objekt se nachází v I.-II. nebo I.-IV. sněhové oblasti (dle konkrétních podmínek).
- Hmotnost střešní konstrukce včetně skladby střechy je maximálně 4,3 kN/m², 5,0 kN/m² nebo 5,5 kN/m² (dle konkrétních podmínek).
- Hmotnost stropních konstrukcí včetně skladeb podlah je maximálně 6,0 kN/m², 7,0 kN/m² nebo 7,2 kN/m² (dle konkrétních podmínek).
- Hmotnost příček uvažována plošným zatížením 0,8 kN/m² nebo 1,5 kN/m² (dle konkrétních podmínek).
Z tabulek lze vyčíst, jaké je doporučené zdivo pro daný počet podlaží. Pozn.: Tabulky jsou vypracovány podle Eurokódu 6: Navrhování zděných konstrukcí - Část 3: Zjednodušené metody výpočtu nevyztužených zděných konstrukcí ČSN EN 1996-3. Pro použití této normy je definováno omezení maximální výškou budovy 20 m nad úrovní terénu, proto tabulka končí v úrovni 6. podlaží.
| Počet podlaží | Doporučené zdivo (příklad) | Pevnostní třída (min.) |
|---|---|---|
| 1-3 | Porotherm 38 T Profi P8 | P8 |
| 4 | Porotherm 44 T Profi Dryfix | P10 |
| 5 | Porotherm 44 TB Profi | P12 |
| 6 | Porotherm 50 TB Profi | P14 |
Při návrhu obvodového zdiva lze například kombinovat různé tloušťky zdiva při různé výšce budovy. To znamená, že pokud je pro pětipodlažní budovu zapotřebí použít Porotherm 44 TB Profi - P12, pro poslední tři podlaží dle téže tabulky mohu použít zdivo jako pro třípodlažní budovu, tj. Porotherm 38 T Profi P8 či dokonce Porotherm 44 T Profi Dryfix.
tags: #pevnost #cihly #v #tlaku