Zarysowania i spękania to najczęstsze uszkodzenia ścian murowych. Przyczyny ich powstawania wg [2] mogą być związane z:
– podłożem i sposobem posadowienia (niejednorodność podłoża, nierównomierne obciążenie gruntu, utrata stateczności podłoża, ruchy podłoża w gruntach wysadzinowych, szkody górnicze, zmiana warunków wodnych w gruncie),
– przeciążeniem (wywołanym wadliwym projektowaniem, wykonaniem, modernizacją lub zmianą funkcji obiektu),
– czynnikami termicznymi (nierównomierna praca materiałów o różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej w miejscu ich połączenia, nierównomierne nagrzewanie się fragmentów konstrukcji),
– skurczem i pęcznienie,
– wpływami dynamicznymi i wyjątkowymi (wstrząsy górnicze, drgania wzbudzane przez ruch pojazdów i maszyn przemysłowych, wstrząsy wywołane robotami budowlanymi – wbijanie pali, zagłębianie ścianek szczelnych).
Uszkodzenia wywołane są zazwyczaj kilkoma, wzajemnie powiązanymi przyczynami i mogą doprowadzić do obniżenia wartości użytkowej budowli, a nawet do jej awarii.
Metody naprawy zarysowanego muru
Często usuwanie przyczyn wywołujących zarysowania i spękania jest nieopłacalne lub niemożliwe. Aby usunąć lub zniwelować skutki zarysowania i spękania murów można:
– zmienić sztywność budynku przez zastosowanie wieńców, gorsetów lub dylatacji,
– ingerować w schemat statyczny pracy konstrukcji wywołując korzystniejsze przekazywanie sił na poszczególne elementy,
– wykonać przemurowania uszkodzonych fragmentów ścian,
– wykonać iniekcje powstałych rys,
– zastosować tynki zbrojone,
– zamontować stężenia murów w postaci ściągów i belek stalowych,
– stosować obejmy stalowe i żelbetowe w przypadku zarysowania filarków,
– zbroić spoiny zarysowanych fragmentów muru prętami stalowymi [2].
Naprawa za pomocą zbrojenia
Zarysowane i spękane ściany murowe wzmacnia się między innymi przez zbrojenie spoin prętami stalowymi na zaprawie cementowej, przy czym ich średnica nie powinna przekraczać 10 mm ze względu na szerokość spoin i maksymalne wykorzystanie nośności pręta, wynikającej z przyczepności zaprawy oraz obwodu i długości pręta. Przed wzmocnieniem elementu wypełnia się zaprawą cementową wszystkie rysy i spękania, następnie usuwa tynk z obu stron ściany (co najmniej na 50 cm z obu stron pęknięcia lub rysy), usuwa zaprawę ze spoin na głębokość 2–3 cm (co najmniej z 2–3) spoin powyżej i poniżej rysy).
Po dokładnym oczyszczeniu spoin i powierzchni ściany z resztek zaprawy i po zmyciu ich wodą spoiny wypełnia się zaprawą cementową co najmniej marki M-7 i wciska w nią pręty stalowe odpowiedniej długości (rys. 1). Pręty daje się nie rzadziej niż co 3 spoinę. Po wciśnięciu prętów uzupełnia się zaprawę w spoinach, a po jej związaniu ścianę tynkuje się [1].
Spękane ściany można również zbroić prętami o konstrukcji spiralnej ze stali nierdzewnej jak to jest stosowane w systemie wzmocnień firmy Helifix [3]. Specyficzna konstrukcja prętów zapewnia dużą wytrzymałość na rozciąganie ściany i jednocześnie dużą odkształcalność pozwalającą na znaczne przemieszczenia konstrukcji. Pręty te o średnicy 4,5 mm do 8 mm i długości 7 m, mogą być stosowane jako zbrojenie podłużne ścian. Wysoka wytrzymałość stali oraz unikatowy kształt zbrojenia w połączeniu z odpowiednim zaczynem zapewnia bardzo efektywny rodzaj wzmocnienia, przenoszący naprężenia rozciągające w murze przy jednoczesnej znacznej odkształcalności konstrukcji. Staje się ona przez to mało wrażliwa na dalsze ewentualne przemieszczenia.
Badania numeryczne
Opisane metody naprawy nie precyzują warunków doboru średnicy prętów (podane są tylko wartości graniczne wynikające z grubości spoiny poziomej) jak i długości ich zakotwienia po obu stronach rysy.
W celu rozpoznania pracy naprawianego muru wykonano obliczenia numeryczne fragmentu poddanego poziomemu rozciąganiu (rys. 2). Obliczenia przeprowadzono przy pomocy programu Robot, stosując mikromodelowanie uproszczone. Poszczególne komórki muru (cegły i spoiny) modelowano jako tarcze izotropowe pracujące w płaskim stanie naprężenia. Stosowano prostokątne, izoparametryczne elementy ośmiowęzłowe. Przyjęto dla cegły E = 2500 MPa i m = 0,11, a dla zaprawy E = 550 MPa i m = 0,20. W obliczeniach zmieniano długość zakotwienia Lz zbrojenia i jego średnicę f. Wyniki obliczeń przedstawiono na rysunkach 3 i 4.
Jak widać z rys. 3 ze wzrostem długości zakotwienia Lz, niezależnie od średnicy prętów, następuje zmniejszenie koncentracji naprężeń smax/sśr w murze w pionowym przekroju A-A usytuowanym na końcach prętów. Dla wartości Lz » 100 cm stosunek ten przyjmuje w przybliżeniu wartość 1,3. Przy mniejszej długości zakotwienia koncentracja naprężeń jest szczególnie niekorzystna, ze względu na możliwość powstania wtórnych rys pionowych w murze zaraz poza obszarem wzmocnionym. Z rys. 3 wynika, że minimalna, bezpieczna długość zakotwienia Lz powinna w przybliżeniu wynosić co najmniej 100 cm niezależnie od średnicy prętów.
Stosunek naprężeń stycznych tmax/tśr w poziomym przekroju w miejscu kontaktu między prętem a zaprawą zwiększa się ze wzrostem długości Lz. Dla prętów o mniejszej średnicy występuje większa koncentracja naprężeń stycznych w pobliżu istniejącej rysy (rys. 4), co może spowodować wystąpienie rys ukośnych w murze lub utratę przyczepności między prętami i zaprawą.
Z rysunków 3 i 4 wynika, że zwiększanie długości zakotwienia wpływa korzystnie na koncentracje naprężeń rozciągających w murze i niekorzystnie na koncentracje naprężeń stycznych w miejscu kontaktu prętów z zaprawą. Przy ocenie przydatności zastosowania zbrojenia do napraw zarysowanych konstrukcji murowych autorzy proponują rozważyć następujące warunki:
gdzie:
Φ – średnica pręta,
σ – poziome naprężenia rozciągające w murze,
h – odległość między prętami,
t – grubość muru,
fd – wytrzymałość obliczeniowa stali,
gdzie:
Lz – długość zakotwienia pręta po jednej stronie rysy (rys. 1),
gdzie:
Φ, h, t – jak we wzorze (1),
Lz – jak we wzorze (2),
ua – obwód pręta,
R – wytrzymałość na wyrywanie (w zależności od rodzaju pręta).
Wnioski
W przypadku napraw zarysowanych ścian murowych za pomocą zbrojenia, jego minimalna długość zakotwienia po każdej stronie rysy nie powinna być krótsza niż Lz = 100 cm. Przy większych wartościach Lz, niezależnie od średnicy prętów, następuje redukcja naprężeń rozciągających w murze na końcu wzmacnianego obszaru i zmniejsza się prawdopodobieństwo wystąpienia pionowych rys wtórnych. Stosowanie prętów o mniejszej średnicy zwiększa koncentrację naprężeń stycznych na kontakcie pręta z zaprawą w pobliżu istniejącej rysy, co może powodować powstawanie rys ukośnych w tym miejscu.
Literatura
[1] Zaleski S.: Remonty budynków mieszkalnych. Poradnik. Arkady, Warszawa, 1997.
[2] Małyszko L. Orłowicz R.: Konstrukcje murowe zarysowanie i naprawy. Wydawnictwo Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie. Olsztyn, 2000.
[3] Katalog firmy HELIFIX. Systemy naprawy i wzmacniania konstrukcji murowych. Standardy naprawy. Budosprzęt, Bytom, 1999.
dr inż. Jacek Kindracki, Sławomir Leleń
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie