Trvanlivost betonových konstrukcí. Prof. Ing. Jaroslav Procházka, CSc. ČVUT - stavební fakulta katedra betonových konstrukcí

Transkript

1 Trvanlivost betonových konstrukcí Prof. Ing. Jaroslav Procházka, CSc. ČVUT - stavební fakulta katedra betonových konstrukcí 1

2 Osnova přednášky Požadavky na betonové konstrukce Trvanlivost materiálu a konstrukce Životnost konstrukce Ověřování požadavků na trvanlivost 2

3 Betonové konstrukce -trvanlivost Návrh - koncepce(volba konstrukce, využití materiálu s ohledem na jeho vlastnosti) - materiály(vysokohodnotný beton, ochrana výztuže proti korozi, nekovové výztuže) Výstavba - kontrola provádění(beton, krycí vrstvy, ošetřování) - technologie provádění(samozhutnitelný beton atd.) 3

4 Údržba - pravidelné prohlídky - běžné opravy Změny v průběhu životnosti stavby - prodloužení životnosti(oprava, modernizace) třeba stanovit zbytkovou životnost konstrukce Odstranění stavby - ekonomické důvody dluh životnímu prostředí, demontovatelné konstrukce - konec životnosti recyklace materiálu 4

5 Hospodárnost - šetření se zdroji surovin - životní prostředí emise, úspora energie Materiál - úspora materiálu - kvalita - trvanlivost - cena vývoj: prvky z kvalitního materiálu menších rozměrů Vývoj trvale udržitelné konstrukce 5

6 Požadavky na betonové konstrukce 6

7 Trvanlivost schopnost konstrukce (její součásti) -při působení vlivů prostředí nebo v důsledku procesu vlastního stárnutí plnit během stanovené doby a plánované údržbě návrhové požadavky na funkční způsobilost, bezpečnost a uživatelskou pohodu

8 Požadavky na trvanlivost Konstrukce se musí koncipovat, navrhovat, provádět, provozovat, kontrolovat, udržovat a opravovat tak, -aby byla po dobu její návrhové živostnosti, za předvídaných stavů prostředí a s dostatečnou spolehlivostí zachována její požadovaná funkční způsobilost, bezpečnost a uživatelská pohodapro zamýšlené použití konstrukce

9 Životnost - časový interval po který konstrukce (nebo její součást) plní návrhové požadavky na funkční způsobilost, bezpečnost a uživatelskou pohodu bez větších oprav Oprava uvedení do přijatelného stavu, obnovením nebo výměnou poškozených nebo degradujících částí. Porucha ztráta schopnosti konstrukce (nebo její součásti) plnit stanovenou funkci.

10 Metody ověřování požadavků na trvanlivost Základní požadavky na trvanlivost: Životnost konstrukce v rocích má splňovat podmínku čá ž, nebo životnost popsaná matematickou pravděpodobnostní funkcí návrhová životnost Při chránění součásti proti činitelům (např. krycí vrstva výztuže) lze vyjádřit vztahem = + čas zahájení degradace životnost po zahájení degradace

11 Návrhová životnost- Návrhová životnost specifikovaná doba, po kterou konstrukci (její součást) používat pro zamýšlený účel bez potřeby větší opravy -deterministická veličina stanovená mezi odběratelem a příslušným úřadem; typické kategorie návrhových životností uvedeny v ISO 2394:1998 tab. 1, popř. v EN 1990 (tabulka 2.1)

12

13 Predikovaná životnost-, Životnost ser v letech, může být popsána matematickou pravděpodobnostní funkcí pomocí které lze stanovit charakteristickou hodnotu životnosti tser,k jako 50% kvantil životnosti Predikovanou životnost ser,p lze stanovit ze vztahu ser,p= tser,k/!ser kde!ser je součinitel spolehlivosti;!ser 1,0;!serlze uvažovat přibližnou hodnotou 1,5 platí tser,p td

14 Životnost Návrhová životnost-doba zamýšleného používání konstrukce až do jejího nepřípustného narušení. Funkční životnost-doba používání konstrukce až do jejího funkčního zastarání vyvolaného změněnými požadavky. Ekonomická životnost-doba používání konstrukce až do doby, kdy je ekonomicky výhodnější její nahrazení než její provozování. 14

15 Životnost a trvanlivost Návrhová životnost -zamýšlená doba po kterou konstrukce, nebo její část, má být používána pro zamýšlený účel při předpokládané údržběbez zásadnějších nezbytných oprav Zbytková životnost -degradace vlastností konstrukce v důsledku zatížení, objemových změn, koroze - dochází ke snížení životnosti v čase Trvanlivá konstrukce-po dobu návrhové životnosti musí splňovat požadavky z hlediska únosnosti, stability, použitelnosti a trvanlivosti 15

16 Metody ověřování životnosti Základní požadavek na trvanlivost se musí ověřit jedním z těchto způsobů: - přímé ověření životnosti - ověření mezních stavů

17 Přímé ověření životnosti: určení návrhové životnosti a stanovení predikovaní životnosti,' pro směrnou spolehlivost s uvážením návrhové spolehlivosti - pro predikci životnosti založené na zkušenostech a zkoušení: =,' -pro odhad životnosti založeném na pravděpodobnostním ověřování s ohledem na MS např. metodu dílčích součinitelů,( /) =,' ; ) 1,0 ) je kalibrovaný dílčí součinitel podle ISO 2394

18 Ověření na základě mezních stavů: Základní požadavek pro MSÚ pro libovolný čas t během návrhové životnosti je dán podmínkou R(t) S(t) kde R(t)je odolnost nosné součásti v čase t S(t) účinek zatížení (např. vnitřní síla nebo napětí) v libovolném čase t

19 Podmínka MSÚ je splněna, jestliže v libovolném čase t během návrhové životnosti td se ověří platnost podmínky: ' * (t) = P {R(t)-S(t) 0} ' +,,-./ Ptar,MSÚ- směrná pravděpodobnost poruchy v MSÚ R - odolnost, S účinek zatížení Pf pravděpodobnost porušení tser,p- predikovaná životnost

20 Vztah karbonatace a tloušťky krycí vrstvy s ohledem na porušení koroze výztuže

21 Základní požadavek pro MSPpro libovolný čas t během návrhové životnosti je dán podmínkou Slim>S(t) kde Slimje mez použitelnosti S(t) účinek zatížení (např. napětí nebo deformace) v libovolném čase t

22 JP1 Podmínka MSP je splněna, jestliže v libovolném čase t během návrhové životnosti td se ověří platnost podmínky: ' * (t) = P {Slim-S(t) < 0} ' +,,-.0 Ptar,MSÚ- směrná pravděpodobnost poruchy v MSP MSÚ: Rjiž dále nepřesahuje S MSP: Slim již dále nepřesahuje S Model pro predikovanou životnost s uvážením opravných opatření

23 Snímek 22 JP1 Jaroslav Procházka;

24 Základní koncepce ověřování trvanlivosti Pro ověřování konstrukcí s ohledem na trvanlivost se doporučuje použít koncepci mezních stavů U konstrukce nebo jej součásti je třeba znát: - prostředí konstrukce - mechanismy přenosu - zatížení vlivem prostředí a jeho účinky na konstrukci s možným následným porušením konstrukce nebo její součásti

25 Prostředí konstrukce zahrnuje vlivy jako jsou ovzduší, déšť, teplota, škodlivé látky atd., které produkují činitele, které mohou ovlivnit trvanlivost konstrukcí. Tyto vlivy mohou probíhat vně nebo uvnitř konstrukce. Mechanismy přenosu podporují nebo zabraňují přenosu vlivu prostředí do činitelů, které způsobují zatížení vlivem prostředí vně nebo uvnitř součástí nosného systému. Modelování degradačních procesů vyžaduje znalost mechanismů přenosu a zatížení vlivem prostředí. Vlhkost a/nebo škodlivé látky nejdůležitější činitelé způsobující předčasnou degradaci.

26 Zatížení vlivem prostředí způsobuje korozi materiálu nebo změnu objemu. Jedná se o chemické, elektrochemické nebo mechanické zatížení s vlivem na degradaci nebo deformaci materiálu. Zatížení vlivem prostředí, kromě mechanického zatížení, je důsledkem očekávaných činitelů, jakými jsou vlhkost, oxidace a teplota, chemické a elektrochemické a fyzikální vlastnosti materiálů. Zatížení vlivem prostředí může způsobit korozi oceli; sírany, alkalická reakce, smršťování nebo mrazové cykly mohou vést ke ztrátě vlastností materiálu. Účinky zatížení zahrnují poškození, ztrátu odolnosti, nepřijatelný vzhled nebo deformace vlivem degradace materiálů (trhliny, rozpínání, rozpad).

27 Mezní stavy: Mezní stavy únosnosti degradace materiálů vedoucí k poruše vlivem ztráty odolnosti (únosnost konstrukce je rovna nebo větší než vnitřní síla) Mezní stavy použitelnosti pro degradaci materiálů jsou definovány: a) lokální porušení (včetně trhlin) nebo změna vzhledu, která ovlivňuje funkci nebo vzhled nosných součástí b) relativní posunutí, která ovlivňují funkci nebo vzhled nosných součástí Iniciační mezní stav definován jako čas zahájení degradace součásti - tinit

28 Mezní stavy s ohledem na trvanlivost ČSN ISO 13823

29 Doplňující literatura: ČSN ISO Obecné zásady navrhování konstrukcí s ohledem na trvanlivost prosinec 2014 ČSN Doplňující pokyny pro ověřování konstrukcí na trvanlivost při zatížení prostředím prosinec 2014

30 Děkuji za pozornost 29