Wykonawcy konstrukcji murowych oraz instalatorzy rzadko mają możliwość szczegółowego analizowania Eurokodów, czyli norm skierowanych do projektantów konstrukcji, dotyczących zasad wykonywania bruzd w ścianach.
Prowadzenie instalacji wewnątrz budynku często wymaga wykonania bruzd w ścianach, a czasem pod takie instalacje wykonuje się specjalne wnęki. Norma PN-EN 1996-1-1 [1] bruzdę definiuje jako otwarty kanał wykonany w murze, natomiast wnękę jako wgłębienie w licu ściany. Należy przez to rozumieć, że bruzdy mają głębokość i szerokość znacznie mniejszą od długości (fot. 1a), natomiast wnęki mają znaczną szerokość i głębokość, a przy tym małą długość (fot. 1b). Bruzdy i wnęki można wykonać zarówno podczas wznoszenia murów, jak i w wymurowanej ścianie, przy czym bruzdy najczęściej się wykonuje w gotowym murze, a wnęki już podczas wznoszenia ścian.
Zgodnie z zaleceniami Eurokodu 6 bruzdy i wnęki w ścianach można wykonywać jedynie w pewnych określonych przypadkach, a większość bruzd i wnęk wymaga obliczeniowego ich uwzględnienia przez projektanta konstrukcji, zazwyczaj poprzez lokalne zmniejszenie obliczeniowego przekroju ściany [2].
a)
b)
Fot. 1 Przykład: a) bruzdy, b) wnęki (fot. T. Rybarczyk)
Zasady wykonywania bruzd i wnęk według EC-6
Podstawową zasadą przyjętą w Eurokodzie 6 jest, aby bruzdy i wnęki nie pogarszały stateczności ściany. Bruzdy i wnęki nie powinny również przechodzić przez nadproża lub inne elementy konstrukcyjne wbudowane w ścianę ani być wykonywane w zbrojonych elementach konstrukcji murowych, jeśli nie zostały one w tych obszarach uwzględnione przez projektanta. Eurokod 6 dzieli bruzdy i wnęki w zależności od kierunku ich przebiegu.
Tabl. 1 Wymiary bruzd pionowych i wnęk pomijalnych w obliczeniach według PN-EN 1996-1-1 [1]
|
Grubość ściany |
Bruzdy i wnęki wykonywane |
Bruzdy i wnęki wykonywane |
||
|
maksymalna głębokość |
maksymalna szerokość |
minimalna wymagana grubość ściany [mm] |
maksymalna szerokość |
|
|
85–115 |
30 |
100 |
70 |
300 |
|
116–175 |
30 |
125 |
90 |
300 |
|
176–225 |
30 |
150 |
140 |
300 |
|
226–300 |
30 |
200 |
215 |
300 |
|
> 300 |
30 |
200 |
215 |
300 |
|
UWAGA 1. Maksymalna głębokość wnęki lub bruzdy powinna uwzględniać głębokość każdego otworu powstałego w trakcie wykonywania bruzdy lub wnęki. 2. Pionowe bruzdy, które nie sięgają dalej niż na 1/3 wysokości ściany ponad stropem, mogą mieć głębokość do 80 mm i szerokość do 120 mm, jeżeli grubość ściany wynosi nie mniej niż 225 mm. 3. Odległość w kierunku poziomym między sąsiednimi bruzdami lub od bruzdy do wnęki bądź otworu nie powinna być mniejsza niż 225 mm. 4. Odległość w kierunku poziomym między sąsiednimi wnękami niezależnie od tego, czy występują po jednej czy po obu stronach ściany lub od wnęki do otworu, nie powinna być mniejsza niż dwukrotna szerokość szerszej z dwóch wnęk. 5. Łączna szerokość pionowych bruzd i wnęk nie powinna przekraczać 0,13 długości ściany. |
||||
Norma [1] w punkcie 8.6.2 podaje wymagania, jakie spełnić mają pionowe bruzdy i wnęki, których obecności nie trzeba uwzględniać w obliczeniach. Norma rozróżnia pionowe bruzdy i wnęki wykonane w gotowym murze oraz pionowe bruzdy i wnęki wykonane w trakcie wznoszenia muru. W przypadku tych pierwszych, w zależności od grubości ściany, podano maksymalną głębokość i maksymalną szerokość bruzd lub wnęk. W przypadku wykonywania bruzd lub wnęk w trakcie wznoszenia muru norma podaje minimalną grubość, jaka powinna pozostać po wykonaniu bruzdy lub wnęki, oraz jej maksymalną szerokość. W tabl. 1 podano wymiary pionowych bruzd i wnęk pomijanych w obliczeniach. Maksymalna głębokość bruzdy lub wnęki wykonywanej w gotowym murze wynosi 30 mm i czasem nieco więcej w przypadku wykonywania jej podczas wznoszenia obiektu. W ścianach o grubości mniejszej niż 85 mm nie jest dopuszczalne wykonywanie bruzd bez obliczeniowego ich uwzględniania. W uwagach do tablicy podano dodatkowe wymagania. Warto zwrócić uwagę, że w murach o grubości co najmniej 22,5 cm norma zezwala na wykonywanie bruzd i wnęk o głębokości 80 mm, jeśli bruzda ta nie sięga wyżej niż do 1/3 wysokości ściany. Sumaryczna szerokość bruzd pionowych w ścianie nie może przekraczać 0,13 długości ściany. Zalecenia normy [1] dotyczące bruzd pionowych wykonywanych w gotowej ścianie zamieszczono na rys. 1.
Rys. 1 Pionowe bruzdy wykonane w gotowej ścianie, których nie trzeba uwzględniać w obliczeniach nośności konstrukcji
Jeśli pionowe bruzdy lub wnęki mają wymiary większe niż podane w tablicy, to trzeba je uwzględniać w obliczeniach konstrukcji. W praktyce oznacza to, że instalator nie powinien przekraczać wartości podanych w tej tablicy, gdyż w przeciwnym razie konieczne będzie wykonanie dodatkowych obliczeń przez projektanta.
Tabl. 2 Wymiary bruzd poziomych i ukośnych pomijalnych w obliczeniach
|
Grubość ściany |
Maksymalna głębokość [mm] |
|
|
Długość bez ograniczeń |
Długość ≤ 1250 |
|
|
85–115 |
0 |
0 |
|
116–175 |
0 |
15 |
|
176–225 |
10 |
20 |
|
226–300 |
15 |
25 |
|
> 300 |
20 |
30 |
|
UWAGA 1. Maksymalna głębokość bruzdy powinna uwzględniać głębokość każdego otworu
2. Odległość pozioma między końcem bruzdy a otworem powinna być nie mniejsza niż 500 mm. 4. W ścianach o grubości większej niż 150 mm z bruzdami wycinanymi maszynowo dopuszczalną głębokość bruzdy można zwiększyć o 10 mm. W ścianach o grubości większej niż 225 mm bruzdy wycinane maszynowo o głębokości do 10 mm można wykonywać z obu stron ściany. 5. Szerokość bruzdy nie powinna przekraczać połowy grubości ściany w miejscu bruzdy. |
||
W przypadku poziomych i ukośnych bruzd norma [1] w punkcie 8.6.3 zaleca, aby każda pozioma i ukośna bruzda znajdowała się między jedną ósmą wysokości ściany nad stropem względnie pod stropem. Całkowita głębokość, z uwzględnieniem głębokości każdego otworu powstałego w trakcie wykonywania bruzdy lub wnęki, powinna być mniejsza niż podana w tabl. 2, pod warunkiem że mimośród w obrębie bruzdy jest mniejszy niż t/3 (t grubość konstrukcyjnej części ściany). Warto również zwrócić uwagę na zapisy zamieszczone pod tabl. 2. Odległość poziomej lub ukośnej bruzdy od okna powinna wynosić minimum 0,5 m, a odległość pozioma między przyległymi bruzdami powinna być nie mniejsza niż dwukrotna długość bruzdy dłuższej. W ścianach o grubości do 115 mm nie wolno wykonywać bruzd poziomych i ukośnych, jeśli nie są one uwzględnione w obliczeniach, natomiast w ścianach o grubości 116–175 bruzdy nieuwzględniane obliczeniowo muszą mieć długość ograniczoną do 1,25 m. Na rys. 2 zamieszczono wymiary i usytuowanie bruzd dopuszczanych do wykonania bez uwzględnienia ich obecności w obliczeniach.
Rys. 2 Poziome i ukośne bruzdy wykonane w gotowej ścianie, których nie trzeba uwzględniać w obliczeniach nośności konstrukcji
Gdy ograniczenia podane w tabl. 2 są przekroczone, należy zgodnie z EC-6 sprawdzać nośność obliczeniową na obciążenia pionowe, ścinanie i zginanie, biorąc pod uwagę zredukowane pole przekroju muru.
Sposób wykonania bruzd
W zależności od twardości zastosowanych elementów murowych bruzdy lub wnęki wykonuje się ręcznie lub mechanicznie. W miękkich materiałach (beton komórkowy) bruzdy najczęściej wykonuje się ręcznym rylcem bruzdownikiem (fot. 2) [3]. W materiałach twardszych (ceramika, silikat) można wykorzystać do tego wiertarkę z dłutem. W twardych materiałach zaleca się jednakże wykonywanie bruzd mechaniczną bruzdownicą. Niektórzy producenci elementów murowych kształtują drążenia tych elementów w taki sposób, aby łatwo było je wykorzystać na kanały do prowadzenia instalacji. Elementy takie mają wówczas na powierzchni licowej bruzdę, której poszerzenie umożliwia dostęp do drążeń i ich wykorzystanie w celu prowadzenia instalacji. Wykorzystanie tych udogodnień wymaga jednak znacznego reżimu wykonawczego – kanały na instalacje będą poprawnie funkcjonować jedynie w przypadku właściwego przewiązania elementów murowych w kolejnych warstwach muru.
W krajowej normie pomostowej PN-B-03002:2007 [4] zalecono, aby w ścianach o grubości mniejszej niż 225 mm wykonywać bruzdy za pomocą pił tarczowych, dzięki czemu uniknąć można niebezpiecznej destrukcji pionowo drążonych elementów murowych i zwiększyć precyzję wykonywania bruzd.
Fot. 2 Wykonanie bruzdy rylcem (fot. T. Rybarczyk)
Wpływ bruzd na nośność ścian
Wpływ bruzd na nośność ścian jest zazwyczaj znaczny. Na świecie od kilku lat prowadzi się badania laboratoryjne wpływu bruzd na parametry mechaniczne ścian. Badania prowadzone przez Fishera [5], Kirtschiga [6] oraz Mojsilovića [7] opisano szczegółowo w pracy [2]. Badaniom poddawano mury z bloczków ceramicznych i silikatowych. W przypadku bruzd o głębokości 38 mm, wykonanych w murach z pustaków ceramicznych o grubościach 102,5 mm, 178 mm i 215 mm, [5] wykazano redukcję nośności muru do 30%.
W obszernych badaniach Kirtschiga [6], wykonanych w murach silikatowych o różnych wysokościach i szerokościach ze zróżnicowanymi bruzdami, stwierdzono wyraźną redukcję nośności muru na ściskanie w stosunku do nośności wyznaczonych na elementach porównawczych. Redukcja nośności ścian była proporcjonalna do redukcji pola powierzchni muru spowodowanego obecnością bruzd i wnęk. W przypadku pionowych bruzd nieprzebiegających przez całą wysokość muru obserwowano dodatkową blisko 15-procentową redukcję nośności spowodowaną koncentracją naprężeń na końcach bruzd. Zdecydowane pogorszenie nośności uzyskano również w przypadku stosowania poziomych bruzd zlokalizowanych w połowie wysokości ścian.
Fot. 3 Nieuwzględniona w obliczeniach pozioma i pionowa bruzda w murze między oknami(fot. Ł. Drobiec)
Mojsilović przeprowadził badania 21 ścian z pustaków ceramicznych o grubości 150–170 mm, wysokości 1,20 m i szerokości 1,20 m, w których wycięto poziome, pionowe i ukośne bruzdy [7]. Głębokość bruzd wynosiła 45–50 mm, natomiast szerokość była równa 35 mm. Wykonane w ścianach bruzdy spowodowały wyraźne obniżenie wartości naprężeń niszczących i były zależne od orientacji wykonanych bruzd. W przypadku bruzd ukośnych obniżenie wytrzymałości wynosiło od 18,9 do 35,1%. Znaczny spadek maksymalnych naprężeń obserwowano również w badaniach próbek z poziomymi bruzdami, redukcja wynosiła wówczas od 13,8 do 25,0%. Nieoczekiwany znaczny spadek nośności o 18,8% i 21,5% stwierdzono także w modelach z pionowymi bruzdami.
Fot. 4 Nieuwzględniona w obliczeniach bruzda w ścianie wypełniającej o grubości 80 mm (fot. Ł. Drobiec)
Typowe błędy podczas wykonywania bruzd
Najczęstsze błędy związane są z wykonywaniem bruzd o wymiarach przekraczających wartości dopuszczalne podane w tabl. 1 i 2, bez wykonywania stosownych obliczeń ścian [8]. Na rys. 3–5 pokazano przykłady nieodpowiednich bruzd.
Fot. 5 Nieuwzględniona w obliczeniach pionowa bruzda przy otworze (fot. Ł. Drobiec)
Podsumowanie
Wykonywane bruzd i wnęk w murowanych ścianach jest konieczne i niezbędne. Należy jednak pamiętać, że bruzdy wpływają istotnie na parametry mechaniczne muru. Eurokod 6 podaje graniczne dopuszczalne wymiary bruzd pionowych oraz poziomych i ukośnych, których wykonanie nie powoduje konieczności uwzględniania ich wpływu na nośność ścian. Przekroczenie tych dopuszczalnych wartości wymaga przeprowadzenia obliczeń statyczno-wytrzymałościowych uwzględniających zmniejszenie pola przekroju ściany przez bruzdy i wnęki. Wykonanie bruzd i wnęk w murze wpływa również na pogorszenie się parametrów izolacyjności termicznej i akustycznej ścian.
dr hab. inż. Łukasz Drobiec
Politechnika Śląska
Literatura
1. PN-EN 1996-1-1+A1:2013-05P Eurokod 6. Projektowanie konstrukcji murowych. Część 1-1: reguły ogólne dla zbrojonych i niezbrojonych konstrukcji murowych.
2. Ł. Drobiec, R. Jasiński, A. Piekarczyk, Konstrukcje murowe według Eurokodu 6 i norm związanych, tom 1, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2013.
3. A. Kazimierowicz, T. Rybarczyk, Bruzdy w betonie komórkowym, „Murator” nr 10/2015.
4. PN-B-03002:2007 Konstrukcje murowe niezbrojone. Projektowanie i obliczanie.
5. K. Fischer, The effects of chasing on the compressive strength of brickwork. Proceedings of The 3rd International Brick/Block Masonry Conference, Essen, Germany, 1973.
6. K. Kirtschig, W.R. Metje, Influence of chases and recesses on the strength of masonry. Proceedings of British Masonry Society, nr 2/1988.
7. N. Mojsilović, Masonry elements with chases: Behaviour under compression, „Construction and Building Materials”, vol. 25, 2011.
8. Ł. Drobiec, Najczęstsze błędy popełniane na etapie wykonawstwa konstrukcji murowych, „Inżynier Budownictwa” nr 3/2015.
