כח בשבירה (Breaking Strength) וחוזק בכפיפה (Modulus of Rupture)

הסעיף בתקן הבינלאומי הדן בנושא הוא 10545-4

Determination of modulus of rupture and breaking strength
הסעיף דן בחוזק האריח באמצעות בדיקת פרמטר השבירה.

 

מדד זה הינו בעל חשיבות עצומה בהחלטה לגבי האזורים בהם ניתן להשתמש באריחים שונים

אריחי קיר – נדרש חוזק שבירה נמוך בהיעדר משקל/ תנועה על גבי האריחים. 
אריחי ריצוף – נדרש חוזק שבירה גבוה משל הקירות כאשר גם כאן יש הבחנה בחוזק האריחים הנדרש כפונקציה של אזורי הליכה/ עבודה שונים, כגון:

  • ריצוף ביתי
  • ריצוף מקומות ציבוריים
  • ריצוף אזורים תעשייתיים ותנועה כבדה במיוחד (מלגזות, משאיות, רכב צבאי)

התקן דן בשני פרמטרים - כח שבירה וחוזק בכפיפה. המדדים הינם פונקציה של מספר גורמים

  1. שיטת הייצור של האריח
  2. ספיגות האריח
  3. עובי האריח

הפרמטרים השונים המוגדרים בתקן
המדדים המספריים להלן מתייחסים לאריחים שיוצרו בשיטת כבישה (Pressed) מסומן – B, ספיגות נמוכה מ – 0.5% (פורצלן).

1. כח במעמס  – Breaking Load - מוגדר F
כח במעמס משקף את העוצמה המופעלת על אריח שתביא לשבירתו. זהו מדד בניוטון N (מספר אבסולוטי).

2. כח שבירה – Breaking Strength - מוגדר S
כח המתקבל מהכפלת כח במעמס ביחס של המרחק בין נקודות הבדיקה ורוחב האריח:
אריחים בעובי 7.5 מ"מ < X – חוזק שבירה שלא יפחת מ – 1,300 ניוטון.
אריחים בעובי 7.5 מ"מ > X – חוזק שבירה שלא יפחת מ – 700 ניוטון. 

3. חוזק הכפיפה – Modulus of Rupture - מוגדר R
חוזק הכפיפה מבטא דרישה תפקודית של האריח (כח/ יח' שטח). המדידה נעשית ב - N/ mm².
חוזק הכפיפה, תחת ההגדרות הנ"ל, לא יפחת מ   -32hN/mm².

גם כאן, אנו רואים פערים ניכרים באיכויות המוצרים השונים בהיבט הפרמטר של חוזק בכפיפה בין אריחי פורצלן:

  • אריחי פורצלן מזוגגים – חוזק בכפיפה נע ברמות של 35-40hN/mm² (כ- 350-400 ק"ג/ סמ"ר).
  • אריחי פורצלן לא מזוגגים – חוזק בכפיפה נע ברמות של 37-54hN/mm² (כ- 370-540 ק"ג/ סמ"ר).

 

הנוסחאות לקביעת הנתונים

Modulus Of Rupture

        3*F*L          3* S       

R =   -------      =  ------      

        2*B*H²       2*H²       

     

Breaking Strength

        F*L         

S =  ------      

         B          

F - כח במעמס  מוגדר ב – N (ניוטון)  - זה הכח הדרוש לשבירת האריח(*)
S - כח שבירה מוגדר ב – N (ניוטון) - זה הכח הדרוש לשבירת האריח מוכפל ביחס L/B(*)
L - המרחק בין נקודות הבדיקה 
B - רוחב האריח (מ"מ)
H - עובי האריח (מ"מ)
R - חוזק הכפיפה מוגדר ב – N/mm²

(*) שרטוטים המתארים את הבדיקה: 

שרטוט 1: התנועה המותרת של המוטות

שרטוט 2: יישום המעמס על אריח

שרטוט 3: בדיקת חוזק- אריח ריבועי

שרטוט 4: בדיקת חוזק - אריח מלבני

 

משמעות הבדיקות ותיאור גרפי שלהן

אם נציב באופן שונה את הנוסחה הראשונה מלעיל נקבל:

       R*B*H²                     

F = ----------                    

       1.5*L                       

 

ניתן לתאר בצורה גראפית את הקשר בין הכח הדרוש לשבירת האריח (כח במעמס F) ובין שני מרכיבים חשובים מאוד:

  1. עובי האריח H
  2. חוזק הכפיפה R (שרמתו נגזרת באופן ישיר מאיכות החומר ממנו הוא מיוצר)

התיאורים הגרפיים נעשים בדרך של שינוי של פרמטר אחד כאשר שאר הנתונים במשוואה נשארים ללא שינוי.

 

א. כח במעמס מול עובי האריח
היחס הינו יחס מעריכי (ריבועי) כלומר עם הכפלת עובי האריח, עולה כח המעמס פי 4 (2²), לדוגמה: המעבר מעובי של 6 מ"מ ( F=600) לעובי 12 מ"מ מתבטא ב- F=2400.

  

ב. כח במעמס מול חוזק הכפיפה
היחס הינו יחס לינארי. ולכן עם הכפלת הכח במעמס, יוכפל כח השבירה.לדוגמה: המעבר בין חוזק כפיפה R=500  (כF=150) לרמה של R=1000, מתבטא ב- F=300.

  

המסקנות המעשיות 

  1. חוזק הכפיפה של האריח (R) הינו פונקציה של איכות החומר ממנו עשוי האריח. לפיכך בהחלט ייתכן מצב לפיו אריח מחומר מסוים יהיה בעל חוזק כפיפה גבוה של אריח אחר גם אם עוביו נמוך מעובי האריח האחר.
  2. כאשר מדובר באריח מסוג מסויים, ייצור האריח בעובי גבוה יותר יגרור עלייה בכח המעמס (הכח הדרוש לשבירת אריח – F) באופן ריבועי.
  3. השקעה באריח בעל איכות חומר גבוהה מגדילה את כח המעמס (F) ביחס לינארי.
  4. המשמעות של סעיפים 2 + 3 הינה (בדרך כלל) שכדאי לייצר אריחים עבים יותר באיכות חומר בסיסית מאשר להשקיע באריחים באיכות חומר גבוהה כיון שבמקרה הראשון (סעיף 2) השינוי בכח המעמס הינו ריבועי בעוד במקרה השני (סעיף 3) השינוי בכח המעמס הינו לינארי.
  5. השפעת גודל האריחים 
    1. אריחים מרובעים 
    • אין משמעות רבה לגודל האריח בהקשר של הכח במעמס . אם ננתח את המשוואה נראה כי במונה מופיע רוחב האריח (B) ואילו במכנה מופיע המרחק בין בסיס נקודות הבדיקה (L)
    • באריח בגודל 60*60: B=60 ואילו L=58
    • באריח בגודל 30*30: B=30  ואילו L=28
         2. אריחים מלבניים
    • על פי כללי הבדיקה, מניחים את האריח לאורכו כלומר, במקרה של אריח 60X30 למשל, אנו נקבל:
      באריח בגודל 60X30: B=30 ואילו L=58  לפיכך כח המעמס הינו מחצית מזהשל אריח בגודל 60X60
  6. כח המעמס (F) גבוה יותר במציאות מאשר על פי הנוסחה התיאורטית. זאת כיון שהאריחים מונחים על גבי משטח רחב יותר מה שגורם להתפשטות המאמצים על פני שטח גדול יותר. זה נכון בתנאי שהתשתית עליה הונחו האריחים יושמה באופן נאות.

 

נספח - תוצאות בדיקת אריח

ניתוח התוצאות להלן- CCB- Test Report No. 6036/11
  

 סעיף בבדיקה

בדיקה  1

בדיקה 2 

בדיקה 3 

בדיקה 4 

בדיקה 5 

בדיקה 6 

בדיקה 7 

סה"כ 

כח במעמס (F) ניוטון N

2,241

2,251 

2,238 

2,316 

 2,282

 2,228

2,263 

15,819 

מרחק בין הבסיסים(L) ס"מ

58

58

58

58

58

58

58

 

רוחב האריח (B*)  ס"מ

60.4

60.4

60.4

60.4

60.4

60.4

60.4

 

כח שבירה(S) ניוטון N 

2,152

2,162 

2,149 

2,224 

2,191 

2,139 

2,173 

15,190 

עובי האריח (H) מ"מ

9.3

9.2 

9.3

9.3

  9.3

9.3

9.2

 

חוזק כפיפה (M.O.R) ניוטון/ממ² -(N/mm²)

37.3

38.3 

37.3 

38.6 

38.0 

37.1 

38.5 

2

 

ממוצעי הבדיקה  
כח במעמס - ממוצע - F - ניוטון N 2,260.
כח שבירה - ממוצע - S  - ניוטון 2,160 N.
חוזק כפיפה - ממוצע- M.O.R - ניוטון/ממ² - N/mm² 37.9.

(*) האריח חתוך ולכן המידה הקובעת היא 60.4 ולא המידה הנומינלית הראשונית של 61.5. 

מוטות
עומס
בדיקת חוזק - אריח ריבועי
בדיקת חוזק - אריח מלבני
ניתוח תוצאות בדיקה

לקביעת פגישה עם מומחה ללא התחייבות