B30 không phải C30: so sánh cấp bê tông TCVN và EC

Có một thói quen ở những kỹ sư làm việc với cả hai hệ tiêu chuẩn, và nó âm thầm gây tốn kém. Đứng trước một bản vẽ Việt Nam ghi bê tông B30 và một bài tính cần chạy theo Eurocode, người ta dễ bị cám dỗ gõ vào C30/37 rồi làm tiếp. Con số trùng nhau. Chắc hẳn đó là ý nghĩa của chúng.

Không phải vậy. B30 và C30/37 mô tả hai loại bê tông khác nhau, và khoảng cách đủ lớn để gây hậu quả.

Hai hệ tiêu chuẩn gọi tên hai loại mẫu thử khác nhau

Cả hai tiêu chuẩn đều định nghĩa bê tông bằng một cường độ đặc trưng, tức giá trị mà 95 phần trăm kết quả thí nghiệm sẽ vượt qua. Điều khác nhau là cái gì được đem đi thí nghiệm.

Eurocode 2 gọi tên cấp bê tông bằng một cặp số: C30/37 nghĩa là cường độ đặc trưng 30 MPa đo trên mẫu trụ, và 37 MPa đo trên mẫu lập phương. Cả hai con số cùng mô tả một loại bê tông. Giá trị mẫu trụ thấp hơn vì mẫu trụ mảnh hơn và bàn nén kiềm chế nó ít hơn, nên nó phá hoại ở ứng suất biểu kiến thấp hơn.

TCVN 5574 gọi tên cấp bê tông bằng một chữ cái và một con số. B30 là cường độ đặc trưng 30 MPa đo trên mẫu lập phương.

Vậy phép quy đổi hiện ra ngay khi ta nói thành lời. B30 là mẫu lập phương 30 MPa. Cấp Eurocode có mẫu lập phương 30 MPa là C25/30, không phải C30/37. Quy đổi theo con số đã âm thầm tráo vào một loại bê tông mạnh hơn khoảng một cấp rưỡi.

Cái giá phải trả, tính theo cường độ tính toán

Cường độ chịu nén tính toán mới là thứ thực sự đi vào phép tính. Trong Eurocode, nó được suy ra tại chỗ dùng:

$$f_{cd} = \frac{\alpha_{cc} f_{ck}}{\gamma_c} = \frac{f_{ck}}{1.5}$$

TCVN không làm vậy. Nó công bố thẳng cường độ tính toán $R_b$ trong bảng, với phần an toàn vật liệu đã nằm sẵn bên trong. Đặt hai bên cạnh nhau, khớp theo cường độ mẫu lập phương chứ không theo con số:

Khi khớp đúng cách, hai tiêu chuẩn thống nhất trong khoảng sai lệch 2 tới 9 phần trăm trên toàn dải, với TCVN luôn rộng rãi hơn một chút. Đó là mức rất sát đối với hai bộ tiêu chuẩn có nguồn gốc hoàn toàn tách biệt, và điều đó đáng để yên tâm: vật lý nền tảng là như nhau và cả hai ban soạn thảo đều hiệu chỉnh theo nó.

Bây giờ đến cách quy đổi theo con số. B30 có cường độ tính toán 17,0 MPa. C30/37 có $f_{cd} = 30/1.5 = 20.0$ MPa. Thay cái này bằng cái kia là tự trao cho mình nhiều hơn 17,6 phần trăm cường độ bê tông so với những gì đặc tả kỹ thuật cho phép, theo chiều bất lợi về an toàn, trên mọi phép kiểm tra chịu nén trong mô hình.

Với một cột do bê tông chi phối, đó là gần hết phần dự trữ thiết kế.

Cốt thép lại kể một câu chuyện ngược lại

Làm đúng phép so sánh đó với cốt thép thì một điều bất ngờ hiện ra. TCVN công bố cả cường độ tiêu chuẩn $R_{s,ser}$ lẫn cường độ tính toán $R_s$:

Eurocode 2 dùng $\gamma_s = 1.15$ cho cốt thép. Hệ số ngầm định của TCVN là 1,14 tới 1,15 ở mọi cấp.

Hai tiêu chuẩn vẫn luôn áp dụng cùng một hệ số riêng phần cho cốt thép. Chúng chỉ trình bày khác nhau: Eurocode bắt bạn chia, còn TCVN chia sẵn rồi in ra kết quả. CB500-V với 435 MPa và B500 với $500/1.15 = 434.8$ MPa, xét về mọi mặt thực dụng, là cùng một vật liệu với cùng mức an toàn.

Riêng nhận xét đó đã đặt lại toàn bộ khung so sánh. Hai tiêu chuẩn không bất đồng về độ tin cậy. Chúng khác nhau về cách trình bày, và về hình dạng một loại mẫu thử.

Khác biệt về cách trình bày gây khó ở đâu

Vì TCVN trao cho bạn một con số đã nhân hệ số sẵn, hệ số an toàn trở nên vô hình tại chỗ dùng. Ba hệ quả kéo theo.

Bạn khó thay đổi nó. Eurocode cho phép dùng $\gamma_c$ giảm với tổ hợp đặc biệt, hoặc tăng với cấu kiện mà chất lượng thi công đáng ngờ, bởi hệ số là một số hạng riêng. Trong TCVN, điều chỉnh tương đương nghĩa là chọn một giá trị tra bảng khác hoặc áp dụng hệ số điều kiện làm việc, đó là một thao tác tư duy khác.

Việc thẩm tra trông khác đi. Bài tính theo Eurocode phơi bày phần an toàn một cách tường minh và có thể soát từng hệ số. Bài tính theo TCVN đưa ra một cường độ tính toán và mặc định người thẩm tra biết nó từ đâu ra. Không bên nào kém an toàn hơn. Nhưng người thẩm tra quen một hệ mà đọc hệ kia sẽ đi tìm hệ số ở sai chỗ, và có thể kết luận nhầm rằng chúng bị thiếu.

Trộn lẫn hai hệ là thực sự nguy hiểm. Lấy $R_b$ từ TCVN rồi áp $\gamma_c$ của Eurocode vào là tính trùng hệ số an toàn của bê tông. Lấy $f_{ck}$ từ Eurocode rồi dùng như thể nó là $R_b$ là tính thiếu nghiêm trọng. Cả hai lỗi đều dễ mắc trong một file Excel thừa kế từ người khác, và không lỗi nào cho ra con số trông sai rõ ràng.

Cái gì thực sự chuyển được giữa hai hệ

Cơ học chuyển được hoàn toàn. Cân bằng, tương thích biến dạng, giả thiết tiết diện phẳng, hình dạng biểu đồ tương tác, lý do một cột mảnh phá hoại trước khi thép chảy: không điều nào trong đó thuộc về một tiêu chuẩn cụ thể. Một tiết diện đã nứt làm việc y hệt nhau ở Hà Nội và ở Berlin.

Các con số hoàn toàn không chuyển được. Ký hiệu cấp độ bền, hệ số riêng phần, hệ số tổ hợp, quy định cốt thép tối thiểu, yêu cầu lớp bảo vệ, giới hạn độ võng và quy tắc cấu tạo đều được hiệu chỉnh theo cả gói. Các con số của mỗi tiêu chuẩn chỉ an toàn khi đi cùng những con số khác của chính tiêu chuẩn đó.

Kinh nghiệm phán đoán chuyển được nhưng phải cẩn thận. Trực giác của kỹ sư về một chiều dày sàn hợp lý hay một kích thước cột khả dĩ được xây từ kinh nghiệm trong một hệ, và phần lớn dùng được ở hệ kia, vì thực chất đó là trực giác về nhịp và tải. Nhưng vài lần đầu vẫn nên kiểm tra lại thay vì tin ngay.

Vài nguyên tắc thực hành khi làm việc với cả hai

• Ghi rõ tiêu chuẩn thiết kế trên bản vẽ, ở đầu bài tính, và trong mô hình. Một bài tính không nêu tên tiêu chuẩn là bài tính không thẩm tra được.

• Quy đổi đặc tả kỹ thuật, không quy đổi con số. Nếu chủ đầu tư hỏi tương đương Eurocode của B30, câu trả lời trung thực là C25/30, suy ra qua cường độ mẫu lập phương.

• Đừng bao giờ áp hệ số riêng phần của tiêu chuẩn này lên cường độ của tiêu chuẩn kia. Nếu con số đã nhân hệ số sẵn thì để nguyên như vậy.

• Khi đối chiếu một thiết kế TCVN bằng công cụ Eurocode, hãy chờ đợi kết quả Eurocode thiên về an toàn hơn một chút ở phần bê tông. Chênh lệch 2 tới 9 phần trăm là hai tiêu chuẩn đang thống nhất, không phải một sai sót.

• Nếu chênh lệch ra 15 phần trăm trở lên thì dừng lại. Đã có thứ gì đó bị quy đổi theo con số.

Điểm rút ra

• B30 là mẫu lập phương 30 MPa. C30/37 là mẫu trụ 30 MPa. Cấp Eurocode có mẫu lập phương 30 MPa là C25/30.

• Khớp theo cường độ mẫu lập phương, cường độ bê tông tính toán của TCVN và EC2 chênh nhau 2 tới 9 phần trăm trên dải B20 tới B50.

• Khớp theo con số, quy B30 sang C30/37 làm cường độ tính toán tăng khống 17,6 phần trăm theo chiều bất lợi.

• Hệ số riêng phần ngầm định cho cốt thép của TCVN là 1,14 tới 1,15 ở mọi cấp. Eurocode dùng 1,15. Chúng như nhau.

• TCVN nhân hệ số sẵn rồi công bố; Eurocode công bố giá trị tiêu chuẩn và bắt bạn tự nhân. Cùng độ tin cậy, khác cách ghi sổ.

• Trộn hai hệ sẽ tính trùng hoặc bỏ sót phần an toàn vật liệu, và kết quả không bao giờ trông sai một cách lộ liễu.

• Cơ học thì mang đi được. Các con số thì không.

#tcvn #eurocode #betong #vatlieu #tieuchuanthietke #tcvn5574