Trvanlivost je schopnost konstrukce odolávat vlivům

Transkript

1 Prof.Ing. Milan Holický, DrSc. Kloknerův ústav ČVUT Trvanlivost je schopnost konstrukce odolávat vlivům prostředí. Rozlišují se dva základní druhy vlivů: Fyzikální: Chemické: - abraze, otěr - sulfáty, sírany - náraz - chloridy -zvětšování objemu ledu - oxid uhličitý - pronikání, difuse -alkálie, zásady - kyseliny Koroze výztuže

2 Trvanlivost důležitou součástí návrhu, návrhová životnost až 100 let Kritická místa ošetřit proti vzniku trhlin, zbarvení, odlupování povrchových h vrstev. Spojité konstrukce lépe omezují zatékání a průnik solí do pilířů a opěr než prosté konstrukce. Doporučuje se nepoužívat styky, které je obtížné utěsnit, kontrolovat ta udržovat. Risiko korose je třeba minimalizovat. U prvků betonovaných na staveništi i zvětšit ě tloušťku krycí vrstvy o 10 mm. Pro opěry ě a stěnyě opěrné stěny, oblouky použít pokud možno prostý beton bez výztuže. Degradace konstrukcí vlivem zmrazovacích cyklů se uplatňuje zejména u rozsáhlých konstrukcí jako jsou povrchy vozovek u kterých se horní povrch nasytí vodou (například dešťovou). Při poklesu teploty pod bod mrazu voda zmrzne a způsobuje trhliny na povrchu betonu Opakované zmrazovací a rozmrazovací cykly mohou vyvolat postupnou degradaci konstrukce.

3 ph 6 5 ph dešťových srážek Karbonatace: Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O ph 12,5 5 ph < 9,0 Kritické ph 10,5 11,0 Koroze: 2Fe + 1,5 O 2 +HO 2 2FeO(OH) Objem 100% Objem 250 %

4 Kyselé zplodiny ovzduší jako je oxid uhličitý reaguje se zásaditými složkami betonu a může vést k neutralizaci povrchových vrstev. Tento proces postupně proniká dovnitř betonových těles. Průnik zplodin je přibližně úměrný odmocnině času t. Korose je složitý elekrochemický proces podobný jako v jednoduchých bateriích. Podél výztuže se vytvářejí anody i katody, neutralizovaný beton představuje elektrolyt umožňující vedení proudu. Zásaditý beton (ph 12,8) ocel ochraňuje, zprostředkuje pasivaci (ochranu) výztuže.

5

6

7 Jakost krycí vrstvy betonu je rozhodující Kritickou vlastností betonu je permeabilita betonu Tloušťka krycí vrstvy je doporučena v normách v závislosti na vnějších podmínkách, nikdy by však šknemela byt menší než největší jě průměr kameniva + 5 mm Čas Skutečnost Prostředí konstrukce vlivy: déšť, mráz, sole, atd. Odborná praxe Příloha B t start ne Mechanizmus přenosuř Modely *, zkoušky Příloha C ano DLS: t S =t start Účinky prostředí Koroze, rozklad Chemické látky - Příloha B Účinky - Příloha D ano t exposed ne Účinky zatížení (Poškození, snížená odolnost, změny vzhledu, atd.) Modely *, zkoušky Účinky zatížení S, odolnost R, criteria použitelnost S lim Trvanlivé prvky ano ano * koncepční nebo matematické Životnost Ztráta odolnosti ULS: S > R Ztráta použitelnosti SLS: S >S lim

8 Monotónní E(t) a R(t) R(t), E(t) ϕ R (x;t) μ R (t) ϕ R (x;t) μ E (t) ϕ E (x;t) ϕ E (x;t) t 0 t 1 t 2 Čas t Pravděpodobnost p f (t) = P(E(t) > R(t)) p 0 t 0 T D T S Čas t R(t) Opravy S(t) t 1 Čas t Zbytková (reziduální) životnost

9 Oprava poškozených hčástí Životnost Únosnost, ULS P{t S < t D } < P target P f (t) = P{R(t) S(t) < 0} < P target Použitelnost, SLS P f (t) = P{S lim S(t) < 0} < P target Mezní stavy trvanlivost DLS jako ULS nebo SLS

10 Informativní směrné ukazatele P a β= Φ Φ 1 (P) Mezní stav P target β target Odolnosti ~ 10-4 ~ 3,7 Použitelnosti 0,01 až 0,10 1,3 až 2,3 Trvanlivosti 0,05 až 0,20 0,8 až 1,6 d(t), c c d(t) t 0 t 1 t 50 Time t

11 Density Plot of carbonation depth - [EVO3] ) Relative frequency Lognormal Beta Normal n = 74 m d = mm s d = 373mm 3.73 a d = Carbonation depth d(t) [mm], t = 19.9 years Density Plots of Concrete Cover - ETUV Relative Frequency Lognormal Normal n = 106 m c = 22.7 mm s c = mm a c = 0.35 Beta distribution Concrete Cover c [mm]

12 P f P f (t)= P{E(t) < R(t)} 1 = ϕ ( x ) Φ ( x ) d x, β ( t ) = Φ ( P ( t )) ( t ) E ( t ) R ( t ) f ϕ E ( x ) Gamma, Gumbel, Shifted Lognormal ϕ R ( x ) Lognormal, Normal Hloubka karbon. Krycí vrstva x E(t) ( ) = A t 0.2, A: Gamma, LN: μ 4 to 6 mm/y 0.2 Α w Α 0.1 t^0.5 a A 0.2 t 0.5 R(t) = C, Beta, LN: μ C C nom (20to40mm w C 0.35 (a 0.35) r A,C a =0 0, b 3 μ C

13 Failure Probability p C<Θ At 02 f = P{ Θ 0.2 } C: Beta (20, 7, 0, 60) A: Gamma(5, 5*0.1*t ) C: LN (20, 7) r = A: LN(5, 5*0.1*t 0.1t 0.5 ) r = 0.0 0,20 r = , Time [years] Celková cena C tot = C 0 + ξcξ m + P f C f C 0 + ξc m + P f C f P f C f C 0 + ξc m ξ opt Rozhodující veličina ξ

14 C tot = C 0 + c C 1 + p f (t,c) C f Cost μ C + p f (μ C, t) C f, t = 50 years 100 C f = 100 C f = 200 f C 1 β / C f = C f = 1000 f pf ( t, μc) μ C β C f = μ C [mm] Rozlišují se fyzikální nebo chemické degradační d č procesy. 2. Důležitým ukazatel jakosti betonu je permeabilita a uspořádání pórů. 3. Korose je elektro-chemický proces. 4. Hloubka karbonatace a tloušťka krycí vrstvy jsou náhodné veličiny se značnou variabilitou. 5. Pravděpodobnostní zásady navrhování na trvanlivost jsou obsahem nové ISO Zbytková životnost závisí na předpokládaných opravách. 7. Ověřují se mezní stavy DLS, ULS a SLS. 8. Pravděpodobnostní optimalizace poskytuje racionální postupy 8. Pravděpodobnostní optimalizace poskytuje racionální postupy stanovení směrné pravděpodobnosti.

15 Čas Skutečnost Prostředí konstrukce vlivy: déšť, mráz, sole, atd. Odborná praxe Příloha B t start ne Mechanizmus přenosuř Modely *, zkoušky Příloha C ano DLS: t S =t start Účinky prostředí Koroze, rozklad Chemické látky - Příloha B Účinky - Příloha D ano t exposed ne Účinky zatížení (Poškození, snížená odolnost, změny vzhledu, atd.) Modely *, zkoušky Účinky zatížení S, odolnost R, criteria použitelnost S lim Trvanlivé prvky ano ano * koncepční nebo matematické Životnost Ztráta odolnosti ULS: S > R Ztráta použitelnosti SLS: S >S lim

16 Póry systému A jsou hůře propojeny (jsou oddělené), mají tedy menší permeabilitu než systém B. Zvýšení pevnosti a snížení í permeability lze dosáhnout snížením objemu kapilárních pórů a jj jejich propojení. pj

17 Concrete quality