BÀI GIẢNG KẾT CẤU GẠCH ĐÁ

3/9/2009 19• Vữa liên kết các viên gạch lại với nhau hoặc cĩ thể gia cường thêm cốt thép làm cho khối xây trở nên vững chắc để cĩ thể chịu được tải trọng cũng như tác động của khí hậu..

Gạch, đá là lọai vật liệu xây dựng lâu đời nhất Kết cấu gạch

đá tồn tại từ thời kỳ sơ khai của lòai người Gạch bằng đất

sét đã có cách nay hơn 10.000 năm

www.galenfrysinger.com/egypt_pyramids_cheops.htm

3/9/2009 7

http://www.brantacan.co.uk/masonryarches.htm

3/9/2009 9

http://www.brantacan.co.uk/masonryarches.htm

Trong thế kỷ 20, nhiều công trình bằng kết cấu gạch đá đã

mọc lên ở Mỹ và Châu âu

18-Story, Zurich 16-Story, Grenchen 14-Story, Lucerne

11-Story, MI17-Story, Park Mayfair

3/9/2009 11

©Doug Abel, Leonard Masonry Inc

URM

Infill

Gạch đá có thể sử dụng như thành phần chính của kết cấu

(hình bên phải) Gạch đá cũng có thể được chèn vào khung

bằng thép hoặc BTCT Trong trường hợp này, khung chịu lực,

gạch đóng vai trò bao che Tuy nhiên gạch cũng tham gia bổ

sung về độ cứng, tần số dao động

www.doli.state.mn.us/pdf/bc_news04august.pdf

http://nsmp.wr.usgs.gov/data_sets/20010228_

1/images/Seattle/PicS-30.jpg

Gạch đá cũng có thể thành phần phi kết cấu, như trang trí

hoặc che phủ cho các đoạn tường khác Nếu động đất, các

lọai gạch ốp lát này có thể rơi vỡ gây nguy hiểm

3/9/2009 13

1 Linh họat dễ sử dụng (như kết cấu, màu sắc, và mẫu mã)

2 Gạch đá chịu nhiệt cao Điều này kết cấu gạch đá ít bị ảnh

hưởng bởi sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ

3 Lọai gạch truyền thống không cần phải tô, trát, sơn bảo vệ

Do vậy có thể giảm giá thành

4 Chịu lửa tốt (không bắt lửa)

5 Cách âm tốt (bề mặt gồ ghề, tính xốp cao)

1.1- Ưu điểm

1 Dễ bị ẩm (do nước, hơi nước

trong không khí, do mưa thấm).tất

cả các nguyên nhân này đều gây

ố màu, rêu mốc

2 Chu kỳ khô/ẩm tuần hòan

3 Khí hậu khắc nghiệt có thể là

nguyên nhân lão hóa bề mặt do

sự phá họai sương giá (đặc biệt

3/9/2009 15

2- Masonry Components

Brick unit

Mortar Joint

In general, masonry elements

are consisting of masonry

(Nowadays, there exist dry

joints) In the next slides we

will have a general idea

about materials that have

been used for fabricating

dimensions for units, and

Mác gạch: biểu thị cường độ khi

chịu nén hoặc chịu uốn

Giới hạn cường độ chịu kéo của

35 50

50

9 18

50 75

75

11 22

75 100

100

12 25

100 125

125

14 28

100 150

150

17 34

150 200

200

Nhỏ nhất cho 1 mẫu

Trung bình cho 5 mẫu

Nhỏ nhất cho 1 mẫu

- Quan hệ ứng suất-biến dạng của gạch đất sét gần như tuyến tính.

- Môđun đàn hồi của gạch đất sét ép dẻo E g =(1  2)  10 5 kG/cm 2

10

%

Độ rỗng

36 MPa Cường độ chịu nén 1909045 mm

47

%

Độ rỗng

20 MPa Cường độ chịu nén 1909090 mm

Trọng lượng thể tích 2 VẬT LIỆU

2.2 GẠCH

Tham khảo một

số đặc trưng củagạch Đồng Nai

3/9/2009 19

• Vữa liên kết các viên gạch lại với nhau hoặc cĩ thể gia

cường thêm cốt thép làm cho khối xây trở nên vững chắc để

cĩ thể chịu được tải trọng cũng như tác động của khí hậu

• Nĩ làm cho sức chịu tải ở các viên gạch đồng đều

• Cĩ thể điều chỉnh kích thước khối xây do gạch khơng đồng

-Liên kết các viên gạch, viên đá tạo thành khối xây có khả năng chịu lực.

-Truyền và phân phối ứng suất trong khối xây từ viên gạch đá này đến viên

gạch đá khác.

-Lấp kín các khe hở trong khối xây.

b.Yêu cầu

-Có cường độ,tính bền vững cần thiết.

-Tính linh động (dễ rải thành lớp mỏng, đặc, đều  tăng hiệu suất lao động),

độ sệt (4  10 cm tùy tùy loại khối xây), bảo đảm dễ xây

-Khả năng giữ nước để tránh sự khô nhanh gây co ngót và nứt.

3/9/2009 21

2.3.1- Các lọai vữa

Lọai vữa đầu tiên mà lòai người sử dụng đó là hỗn hợp bùn/mật

mía/ sa khóang và cát để lấp đầy các kẽ hở giữa các viên đá

với Ngày nay, thành phần cơ bản của vữa là ximăng, cát (có

thể có thêm phụ gia giãn nở) để kết dính và chèn vào các khe

hở Có 3 lọai cơ bản: Portland cement-lime mortar; masonry

cement mortar; and mortar cement mortar Hai lọai đầu được sử

dụng rộng rãi, lọai thứ 3 mới được giới thiệu gần đây

Có sự khác nhau về tỷ lệ cement, sa khóang và cát Được trộn

tay hoặc máy

a- Cement-Lime Mortar

b- Masonry-Cement Mortar

Được đóng gói bao gồm cement (Portland, pozzolan, or

slag-xỉ), chất làm mềm dẻo, bọt khí (air content 18–20%), chất

chống thấm, và cuối cùng là bột đá vôi như là chất chèn lấp

mạch vữa

Tương tự như là masonry-cement nhưng ít không khí hơn

(12-14%) và có cường độ chịu kéo cao hơn

b- Mortar-Cement Mortar

3/9/2009 23

Đặc tính của vữa

Theo ASTM vữa cĩ 3 đặc tính quan trọng:

1- độ sụt (Tính dễ thi cơng): Sử dụng cone tiêu chuẩn cĩ

đường kính 4’’ in đầm 25 nhát trong thời gian 15 giây Độ sụt

được xác định bằng đo đường kính gia tăng của vữa/4’’ x

100%

2- Sự ngăn nước bốc hơi: Là đặc tính của vữa ngăn cản sự

mất nước trong hỗn hợp do bởi thấm vào gạch hay bốc hơi

vào khơng khí Nĩ được đo trong phịng thí nghiệm

3- Làm tăng cường độ chịu nén: đây là đặc tính quan trọng

nhất vì nĩ ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu nén của khối

xây

2 VẬT LIỆU

2.3.2 PHÂN LỌAI VỮA

d.Một số cách phân loại khác

+ Theo trọng lượng thể tích: vữa nặng (  >1500 kG/m 3 ),

vữa nhẹ (  <1500 kG/m 3 ) + Theo công dụng: vữa xây, vữa trát hoàn thiện, vữa chèn mối nối… So

với vữa xây thì vữa trát có một số yêu cầu khác: nhão hơn, khả năng

giữ nước tốt hơn, cát mịn hơn,

c.Phân loại theo thành phần

+Vữa ximăng (XM+cát+nước): khô cứng nhanh, cường độ cao, nhưng

dòn (khó thi công).

+Vữa bata, hay vữa tam hợp (XM+cát+vôi nước): có tính dẻo, thời gian

khô cứng vừa phải, được dùng nhiều nhất.

+Vữa không có ximăng (vữa vôi, vữa đất sét, vữa thạch cao ).

3/9/2009 25

e.Cường độ và biến dạng của vữa

+ Cường độ chịu nén của vữa: thí nghiệm nén mẫu lập phương có cạnh

7,07cm trong điều kiện tiêu chuẩn Khuôn đúc có thể là khuôn thép có

đáy ứng với nền không hút nước, hoặc khuôn thép không đáy (đáy lót

bằng giấy ẩm) ứng với nền hút nước trong thực tế xây dựng.

+ Vữa mác trung bình: 10, 25 Vữa mác cao: 50, 75, 100, 150, 200.

+ Vữa có biến dạng rất khác nhau, tùy mác vữa, thành phần và cấp phối,

tính chất của tải trọng (có biến dạng từ biến).

f Chọn cấp phối vữa xây

+ VỮA XIMĂNG-VÔI

- Lượng ximăng (kG) ứng với 1m 3 cát: 1000

7 ,

v x R

R

Q 

- Lượng vơi tơi (lit) ứng với 1m3 cát: D = 170 (1  0,002Qx)

- Lượng nước: tùy độ sụt yêu cầu, thường N/X = 1,3  1,6

f Chọn cấp phối vữa xây

+ VỮA XIMĂNG-VÔI

Ghi chú cơng thức trên:

-Cát hạt trung bình và lớn, độ ẩm 13% Nếu cát nhỏ thì tăng lượng ximăng.

-Trọng lượng thể tích của ximăng mác 30  60 MPa là 1100 kG/m 3

-Rv, Rx_mác vữa, mác ximăng

biểu diễn theo thể tích ximăng : vơi : cát = 1:V:C

Cấp phối vữa hỗn hợp ximăng-vơi 1:V;C (theo thể tích)

1 : 2,4 : 16

1 : 1,2 : 9

1 : 0,5 : 5 300

1 : 2,4 : 16

1 : 1,5 : 11

1 : 0,7 : 6,5

1 : 0,2 : 3,5 400

10 25

50 100

3/9/2009 27

Thường khơng tính mà tra bảng cĩ sẵn (theo kinh nghiệm) So với vữa tam

hợp thì lượng ximăng trong vữa ximăng tăng hơn một chút Cấp phối (theo

thể tích) X/C = 1/ 3  1/6 tùy mác.

+ VỮA XIMĂNG

2 VẬT LIỆU

2.3 VỮA

f Chọn cấp phối vữa xây

f Tham khảo bảng tra sẵn cấp phối vữa

Nguồn: tổng cơng ty ximăng Việt Nam, tiêu chuẩn TCVN 6260 : 1997

Ximăng PCB 30, cát cĩ mơđun

độ lớn ML>2

2 VẬT LIỆU

Ximăng PCB 30, cát

cĩ mơđun

độ lớn ML=1,5  2

Ximăng PCB 30,

cát cĩ mơđun độ lớn ML>2

Tham khảo bảng tra sẵn cấp phối vữa

Ximăng

PCB 30, cát

cĩ mơđun

độ lớn

3/9/2009 29

Ximăng PCB 40, cát cĩ mơđun

độ lớn ML>2

Ximăng PCB 40, cát cĩ mơđun độ lớn ML=1,5  2

Ximăng PCB 40,

cát cĩ mơđun độ lớn ML>2

Gạch đất sét là lọai kết hợp bùn hoặc đất sét và nước được

vơ khuơn ép thành Bây giờ đã được cơ giới hĩa

2.4.1- Khối xây gạch đất sét nung

2.4 KHỐI XÂY GẠCH ĐÁ

Gạch bê tông (Concrete masonry units –CMU) được làm từ xi

măng cường độ cao Tuy nhiên viên gạch này gây khó khăn

khi xây vì nó rất nặng Ngày nay, chúng được tạo ra từ

ximăng Portland, cát và cốt liệu

2.4.2- Gạch bê tông

3/9/2009 33

3- Gạch được làm từ cát, sa khóang và nước trộn với bùn và để

khô trong không khí…

2.4.3- Gạch silicate (Calcium Silicate Units)

2.4.5- Gạch – đá (Stone Masonry Units)

Là lọai gạch đầu tiên, được con người đẽo gọt từ các

lọai đá tự nhiên

3/9/2009 35

_

bêtông M35 bêtông M75

và M50

bêtông

M  100

8 Bêtông đá hộc

vữa số hiệu 4 vữa số hiệu

25 và 10

vữa số hiệu

 50 _

7 Khối xây bằng đá hộc

vữa đất sét vữa vôi

_ _

6, Khối xây bằng gạch mộc

vữa bất kỳ _

_ vữa số hiệu

 25

5.Khối lớn (blốc) bằng gạch

hoặc đá

(rung hoặc không rung )

vữa bất kỳ _

_ _

4 Như trên, M4

vữa bất kỳ vữa bất kỳ

_ _

2 Như trên, M35 và 25

_ _

vữa số hiệu 4

vữa số hiệu

 10

1.Khối xây đặc bằng gạch

hoặc đá số hiệu M 50

IV III

II I

Nhóm khối xây Loại khối xây

PHÂN NHÓM KHỐI XÂY KHÔNG CÓ CỐT THÉP

(bảng 23, TCVN 5573-1991)

Chương 2 TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA KHỐI XÂY

 Ngay cả khi khối xây chịu tải trọng nén phân bố đều trên toàn bộ tiết

diện thì trạng thái ứng suất trong các viên gạch đá và vữa cũng rất phức

tạp Chúng đồng thời chịu nén lệch tâm , nén cục bộ , uốn , cắt và kéo

 Nguyên nhân: sự không đồng nhất của các lớp vữa và gạch đá, sự khác

nhau về tính chất biến dạng của vữa và gạch đá.

+ trộn vữa không đều (chỗ nhiều cát, chỗ nhiều chất kết dính), hiện tượng co

ngót không đều của vữa, trình độ xây…  mạch vữa có những chỗ khác nhau về ứng

suất, biến dạng  trong viên gạch xuất hiện momen uốn, lực cắt, nén cục bộ.

+khi chịu nén, khối xây vừa có biến dạng dọc, vừa có biến dạng ngang, trong đó

biến dạng ngang của vữa lớn hơn của gạch Lực dính và ma sát giữa gạch và vữa

ngăn cản một phần dạng ngang của vữa  xuất hiện ứng suất kéo trong gạch và ứng

suất nén trong vữa Ứùng suất kéo này cộng với ứng suất kéo khi viên gạch chịu uốn

có thể vượt quá giới hạn cường độ chịu kéo của gạch (rất nhỏ)  nứt gạch Ngoài ra,

tính chất biến dạng của bản thân các viên gạch đá cũng khác nhau

2.1 TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT TRONG KHỐI XÂY KHI CHỊU NÉN

3/9/2009 37

2.1 TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT TRONG KHỐI XÂY KHI CHỊU NÉN

Trạng thái ứng suất của gạch đá và vữa trong khối xây chịu nén

1_nén; 2_kéo; 3_uốn;

4_cắt; 5_nén cục bộ

9 10

11 -

50

11 13

14 15

75

13 15

17 18

100

25 50

75 100

Số hiệu vữa Số hiệu gạch

Bảng cường độ chịu nén tính toán (kG/cm 2 )

của khối xây gạch các loại có chiều cao mỗi lớp

50  150 mm (chưa nhân với m)

30 33

35 36

200

40 43

45 47

300

50 53

55 58

400

60 64

67 69

500

25 50

75 100

Số hiệu vữa Số hiệu bêtông

hoặc đá

Bảng cường độ chịu nén tính toán (kG/cm 2 ) của khối

xây bằng viên bêtông hoặc đá có qui cách, chiều cao

mỗi hàng 200 300 mm (chưa nhân với m)

c v

c

g

c

R 2

R b

a 1

CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA KHỐI XÂY

Chất lượng gạch, chất lượng vữa, trình độ thi công, điều kiện làm việc, …  cường độ

khối xây luôn nhỏ hơn cường độ của bản thân gạch đá.

 Cường độ và loại gạch đá.

 Cường độ và loại vữa.

 Tuổi của khối xây và thời gian tác dụng của tải trọng.

 Phương pháp thi công và chất lượng khối xây.

trình độ thợ xây khác nhau  chất lượng khối xây khác nhau, cường độ

khối xây có thể chênh nhau 1,4  1,5 lần (với cùng mác gạch và vữa).

 Bề dày mạch vữa ngang, hình dáng viên gạch

_Bề dày mạch vữa tiêu chuẩn là 10-12mm Khi dùng vữa có tính biến dạng

lớn (vữa vôi) thì chiều dày mạch vữa nên lấy nhỏ đi.

_Gạch có hình dạng đều đặn, đúng qui cách thì cường độ khối xây sẽ cao

hơn so với loại gạch cong vênh, bề mặt lồi lõm.

3/9/2009 41

3.2 CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA KHỐI XÂY

3 TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA KHỐI XÂY

CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỦA KH.XÂY

 Độ linh động của vữa và mức độ lấp đầy mạch vữa đứng.

_Tăng độ linh động bằng cách tăng tỷ lệ N/X  vữa dễ lấp đầy các mạch

đứng và các chỗ lồi lõm  tăng năng suất lao động, tăng cường độ khối

xây Tăng N/X không làm giảm cường độ khối xây vì khi xây gạch sẽ nhanh

chóng hút hết phần nước thừa quá khả năng giữ nước của vữa.

_Mạch đứng được lấp đầy sẽ cản trở biến dạng ngang của mạch, giảm tập

trung ứng suất trong mạch  tăng cường độ khối xây

 Tác dụng lặp lại của tải trọng.

Tải trọng thay đổi trị số lặp đi lặp lại nhiều lần làm khối xây nhanh

chóng bị phá hoại.

Sức hấp thụ đầu tiên (initial rate of absorption (IRA)) để đo sự

hút nước của gạch khi tiếp xúc với vữa IRA = trọng lượng

nước hấp thụ (gam) bởi 1 viên gạch/1 phút/ 30 in2 Gạch cĩ

IRA > 30 phải được nhúng nước trước khi xây Một cách tính

IRA đơn giản như sau: Nhỏ 20 giọt nước lên bề mặt ¼ diện

tích gặch Nếu thấy sau 1.5 phút mà nước chưa bị hút hết thì

gạch này khơng cần nhúng nước trước khi xây

3/9/2009 43

3 TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA KHỐI XÂY

3.3 CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN CỤC BỘ CỦA KHỐI XÂY

Giới hạn cường độ của phần khối xây chịu nén cục bộ (R c

cb ) lớn hơn giới hạn cường độ của khối xây khi bị nén đều (R c ) vì phần khối xây

không chịu nén hoặc chịu nén ít sẽ cản trở biến dạng ngang của phần

chịu nén cục bộ.

c c cb

c

F

F

R 3  2 F cb _diện tích phần chịu nén cục bộ

F _diện tích tính toán, lấy theo hướng dẫn

2.4 CƯỜNG ĐỘ CHỊU KÉO DỌC TRỤC CỦA KHỐI XÂY

KÉO KHÔNG GIẰNG

 Lực kéo vuông góc với mạch vữa ngang.

 Sự phá hoại xảy ra theo mặt tiếp xúc giữa gạch và vữa hoặc theo mặt cắt qua mạch vữa Chỉ khi nào cường độ gạch quá kém mới xảy ra mặt cắt phá hoại qua gạch.

 Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của khối xây: bằng lực dính pháp tuyến giữa gạch và vữa; hoặc cường độ chịu kéo của mạch vữa.

3/9/2009 45

2.4 CƯỜNG ĐỘ CHỊU KÉO DỌC TRỤC CỦA KHỐI XÂY

KÉO CÓ GIẰNG

 Lực kéo song song với mạch vữa ngang.

 Sự phá hoại xảy ra theo tiết diện cài răng lược, hoặc tiết diện bậc

thang, cũng có khi phá hoại theo tiết diện đi qua các mạch vữa đứng

và các viên gạch.

 Lực kéo do khả năng chống cắt của mạch vữa ngang chịu  lực

dính tiếp tuyến giữa gạch và vữa.

Trong xây dựng, không được dùng trường hợp kéo không giằng.

2.5 CƯỜNG ĐỘ CHỊU UỐN CỦA KHỐI XÂY

c ku

R

c k

R

Sự phá hoại bắt đầu từ vùng kéo Cường độ chịu kéo khi uốn thường lớn

hơn 1,5 lần cường độ chịu kéo.

3/9/2009 47

2.6 CƯỜNG ĐỘ CHỊU CẮT CỦA KHỐI XÂY

Cắt theo tiết diện không giằng:

lực cắt song song với mạch vữa giữa các hàng xây.

Cắt theo tiết diện có giằng :

lực cắt vuông góc với mạch vữa giữa các hàng xây.

Tiết diện không giằng Tiết diện giằng

0

 f R

Rc c  d 

(=Lực dính tiếp tuyến + lực ma sát)

cg c

R 

(= cường độ chịu cắt của gạch đá)

0,8 1,2

kéo chính R kc

1,6 1,1

2,5 1,6

kéo khi uốn R ku

-Khối xây có qui cách

-Khối xây không có qui cách

1,1 0,8

1,6 1,2

kéo dọc trục R k

-Khối xây có qui cách

-Khối xây không có qui cách

25

 50

Số hiệu (mác) vữa Loại cường độ

Cường độ tính toán R k , R ku , R kc(kG/cm 2) theo tiết diện

giằng của khối xây,khi bị phá hoại theo mạch vữa

ngang hay đứng

3 Cường độ tính tĩan của khối xây

3/9/2009 49

4 5,5 6,5

8 10

Cắt R c

1,6 2,0

2,5 3,0 4,0

kéo khi uốn R ku và kéo chính R kc

1,0 1,3

1,8 2,0 2,5

kéo dọc trục R k

50 75

100 150 200

trị số R theo kG/cm 2 khi mác gạch đá Loại cường độ

Cường độ tính toán R k , R kc , R ku ,R c của khối xây gạch đá có hình dáng qui

cách khi tính toán khối xây theo tiết diện giằng cắt qua gạch đá

1,6 2,4

Cắt theo tiết diện giằng đối khối xây đá hộc

1,1 1,6

Cắt theo tiết diện không giằng đối với mọi loại khối xây

25

 50

Số hiệu (mác)vữa

Trạng thái

Cường độ tính toán chịu cắt R c(kG/cm 2) của khối xây, khi bị phá hoại theo

mạch vữa ngang hay đứng

4 BIẾN DẠNG CỦA KHỐI XÂY KHI CHỊU NÉN

 Khối xây là vật liệu đàn hồi dẻo, quan hệ ứng suất-biến dạng của

khối xây là đường cong.

 Khối xây được cấu tạo từ vữa và gạch đá, mà :

+Vữa có quan hệ ứng suất-biến dạng là đường cong

+Gạch đá có quan hệ ứng suất-biến dạng gần như đường thẳng

 đường cong (  _  ) của khối xây là do tính chất của vữa quyết định.

Môđun biến dạng của khối xây :

E0là môđun biến dạng ban đầu của khối xây, E0=  R c

 là đặc trưng đàn hồi của khối xây:

 khối xây gạch đất sét nung, số hiệu vữa  25 thì  =1000

khối xây đá hộc, gạch bêtông ximăng, số hiệu vữa  25 thì  = 1500

d tg E

  0

0 0 , 5 0 , 8 1

, 1

R E