Vysoké učení technické v Brně Fakulta stavební Ústav stavebního zkušebnictví CI 57 Moderní stavební materiály

Transkript

1 Vysoké učení technické v Brně Fakulta stavební Ústav stavebního zkušebnictví CI 57 Moderní stavební materiály STAVEBNĚ TECHNICKÉ PRŮZKUMY DIAGNOSTIKA STAVEB ZATĚŽOVACÍ ZKOUŠKY 1

2 1. Úvod, terminologie Spolehlivost Poškození Degradace Prohlídka Průzkum Monitoring - vlastnost věci sloužit účelu, pro který byla zhotovena - nepříznivá změna stavu konstrukce, která může ovlivnit její funkční způsobilost - proces v čase způsobený převážně následujícími vlivy: - přirozenými chem., fyzik. nebo biolog. účinky - opakovaným zatížením (únava) - opotřebovaností v důsledku způsobu užívání - nesprávným provozem nebo údržbou - NDT šetření v místě stavby - shromažďování a hodnocení informací na základě prohlídky, přezkoumání dokumentace, zatěžovacích zkoušek, odběrů vzorků a dalších zkoušek - časté nebo souvislé dlouhodobé pozorování či měření stavu konstrukce či zatížení 2

3 1. Úvod, terminologie Patologie stavebních konstrukcí Disciplína zaměřená na poznávání příčinných souvislostí vzniku, rozvoje a řetězení vad a poruch a jejich následků na kvalitu stavebních objektů (funkčnost, bezpečnost, spolehlivost, životnost). Metodické členění vad a poruch a určení příčin jejich vzniku za účelem prevence. Etiologie vad a poruch Část patologie zaměřená na zjišťování a stanovení příčin a podmínek vzniku vady a poruchy. Příčiny vzniku mohou být vnitřní nebo vyvolané vnějším účinkem. Diagnostika staveb Technický obor zaměřený na metody zjišťování vad a poruch objektů. Je prostředkem pro získání podkladů a objektivních informací o aktuálním stavebně technickém stavu konstrukce. 3

4 1. Úvod, terminologie Vada Nevhodný návrh Nevhodné provedení Nedostatečná údržba - skrytý nedostatek v konstrukci způsobený nevhodným návrhem, provedením, nedostatečnou údržbou - chyba projektu - nerespektování projektu - technologická nekázeň - zabudování nejakostních materiálů a staviv - snížení životnosti!!! Vada nemusí vždy znamenat menší únosnost nebo použitelnost konstrukce!!! Porucha - souhrn fyzikálních, chemických nebo jiných procesů, které narušují únosnost, použitelnost nebo trvanlivost staveb.!!! PORUCHA je následkem VADY!!! Výjimkou jsou nepředpokládané vlivy na stavební objekt živelné a jiné katastrofy. 4

5 2. Hodnocení konstrukcí Průzkumy jsou součástí HODNOCENÍ STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ = činností pro ověření spolehlivosti existující konstrukce z hlediska jejich budoucího použití Metodický postup hodnocení vad a poruch ČSN Navrhování a posuzování stavebních konstrukcí při přestavbách (platnost ukončena k ) ČSN ISO Zásady navrhování konstrukcí - Hodnocení existujících konstrukcí (vydána ) Komplexní diagnostika objektu: Vždy spolupráce diagnostika, statika, geotechnika, případně dalších specialistů (historie, geodézie, apod.) 5

6 2. Hodnocení konstrukcí Metodický postup hodnocení vad a poruch ČSN ISO a) Stanovení účelu diagnostiky konstrukce b) Předběžný stavebně technický průzkum: 1) vyhledání a studium dostupné dokumentace a dalších údajů 2) předběžná vizuální prohlídka vzdušných líců (místní šetření) 3) rozhodnutí o okamžitých opatřeních 4) doporučení pro podrobné hodnocení (vypracování metodiky podrobného stavebně technického a statického průzkumu) c) Podrobný stavebně technický průzkum 1) podrobné vyhledání a prověření dokumentace, 2) podrobná defektoskopická prohlídka vzdušných líců i vizuálně nepřístupných částí nosných konstrukcí (otevření sond, endoskopická defektoskopie) 3) zjištění geometrických tvarů a skutečných rozměrů konstrukce 6

7 2. Hodnocení konstrukcí Metodický postup hodnocení vad a poruch ČSN ISO ) stanovení reálného statického schématu konstrukčního systému 5) stanovení parametrů kvality materiálů nosné konstrukce 6) zatěžovací zkouška stropní konstrukce 7) dlouhodobé sledování časově závislého průběhu procesu propagace vad a poruch konstrukce d) Výsledky diagnostiky konstrukce: 1) závěrečná hodnotící zpráva aktuálního stavebně technického a statického stavu konstrukce 2) identifikace příčin poruch a vad konstrukce 3) návrh variantních koncepčních konstrukčních řešení pro opatření ČSN ISO 13822, čl Předběžná prohlídka Kvalitativní zatřídění stavu konstrukce podle poškození žádné menší mírné závažné destrukční neznámé 7

8 2. Hodnocení konstrukcí Kvalitativní hodnotící stupně dle ČSN ISO běžné opotřebení dobrá bezpečnost, dobrá jakost 2 závada dobrá bezpečnost, zhoršená jakost 3 nevýznamná porucha podstatnější snížení bezpečnosti, velmi mírné zhoršení jakosti 4 významná porucha podstatnější snížení bezpečnosti i jakosti, není bezprostřední ohrožení 5 havarijní porucha bezpečnost je vážně bezprostředně ohrožena stejně jako jakost 8

9 2. Hodnocení konstrukcí Schéma postupu dle ČSN ISO vstupní údaje, bezpečné podklady první prohlídka hrozí bezprostřední zřícení? ANO statické posouzení zpracování údajů z první prohlídky ANO konstrukce je spolehlivá? NE je možné zjistit další údaje? NE ANO údaje z další prohlídky další prohlídka statické posouzení zpracování údajů z další prohlídky ANO konstrukce je spolehlivá? konstrukce je spolehlivá a stavbu je možno užívat NE možno získat další údaje? NE konstrukce je nespolehlivá, stavbu nebo ohrožený prostor nutno vyklidit nebo zabezpečit 9

10 3. Základy Postup při diagnostice základů: 1) spolupráce s geologem a geotechnikem 2) pokud podmínky umožňují, provést kopanou sondu k základové spáře 3) tvar a geometrie základu, stanovení materiálových charakteristik 4) geologický vrt (stanovení parametrů zemin) 10

11 3. Základy PIT zkoušky, integrita pilot - kontrola integrity pilot a podzemních stěn ultrazvukem - měření je provedeno souběžným vytahováním dvou sond (vysílač a přijímač) přes kalibrované vodící kladky. - při pohybu sond v pilotě se průběžně kontroluje jejich poloha a kvalita signálu. Data jsou ukládána v pravidelných časových intervalech lze zjistit nelze zjistit - hloubku paty piloty - trhliny v betonu - pracovní spáry - výraznou změnu profilu - náhlé změny v podloží - výrazné změny materiálu - zakřivení piloty - špatné krytí výztuže - nevyčištěná pata piloty - postupné změny profilu - Postupné změny v podloží - malé odlišnosti materiálu 11

12 3. Základy PIT zkoušky, integrita pilot 12

13 4. Nosné konstrukce Cíle diagnostického průzkumu nosných konstrukcí - identifikovat konstrukční systém reálného provedení statické schéma - ověřit skladbu a kvalitu materiálů nosné konstrukce - identifikovat skladbu podlahového souvrství - identifikovat skladbu podhledů - posoudit příčiny vad a poruch (podlaha, NK, podhled) Diagnostické metody - vizuální prohlídka vzdušných líců - akustická trasovací metoda - radiografická nebo magnetická kontrola vyztužení - endoskopická vizuální defektoskopie - semidestruktivní metody - ultrazvuková metoda stanovení tloušťky ocelových prvků - zatěžovací zkoušky 13

14 Akustická trasovací metoda Principem metody je odposlech akustické odezvy zkoušeného souvrství při poklepu tvrdým předmětem. Poklep se vede na vzdušný líc konstrukce. Akustická odezva je pak následující: - zvonivá - dunivá - křaplavá Úderník Kovová koule 50 mm. Přechodový člen Uchycení úderníku k madlu. Madlo Teleskopická tyč. 14

15 Využití akustické trasovací metody Diagnostika z horního líce stropní konstrukce: - posouzení soudržnosti nášlapných vrstev podlah Diagnostika z dolního líce stropní konstrukce: - posouzení soudržnosti všech materiálů podhledových omítek a přídržnosti k materiálu nosné konstrukce (celoplošné kontaktní omítky) - identifikace zavěšeného podhledu (starší typy vylehčených podhledů, sádrokarton, dřevěné podbití s rákosovou omítkou, atp.) - identifikace polohy, počtu a směru pnutí nosných prvků konstrukce 15

16 Endoskopická vizuální defektoskopie Efektivní metoda pro diagnostiku a defektoskopické prohlídky především v následujících případech: - inspekční prohlídka dolního líce nosných prvků stropní konstrukce nad stávajícím podhledem (prohlídky bočních stěn trámů a dolního líce desky resp. záklopu v mezitrámových a mezižeberních prostorách) - inspekční prohlídka vnitřních dutin keramických stropních vložek a desek. - inspekční prohlídka vnitřních částí dutinových železobetonových nebo předpjatých prefabrikátů. - zaměření geometrických parametrů konstrukčních prvků v nepřístupných částech stropního systému. 16

17 Endoskopické systémy PEVNÉ (RIGITNÍ) OHEBNÉ (FLEXIBILNÍ) Boroskopy Fibroskopy Videoskopy Přenos obrazu klasická optika vláknová optika CCD čip Výhody systému teplotní odolnost optika flexibilita dálkové ovládání konce výměnné objektivy flexibilita dálkové ovládání konce výměnné objektivy max. délka až 50 m přímá digitalizace měření reálných rozměrů integrace světelného zdroj automatické řízení intenzity osvětlení 17

18 Endoskopická vizuální defektoskopie - BOROSKOP ) hrot inspekční (pevné trubice) se zabudovaným optickým hranolem umožňujícím nastavení úhlu pohledu 2) koncovka s hledím a manipulátory (zoom, zaostření, úhel pohledu, otáčení inspekční trubice okolo podélné osy) 3) světlovodný kabel 4) světelný zdroj 18

19 Endoskopická vizuální defektoskopie - VIDEOSKOP ) inspekční sonda 2) integrovaný displej 3) ovládací sekce 4) řídící jednotka se zdrojem 19

20 Odběr vzorků pro stanovení materiálových parametrů Zděné konstrukce - odběr jádrových vývrtů (tloušťka stěny, vazba zdiva, kvalita materiálů) - NDT zkoušky zdiva (stanovení únosnosti zdiva) Betonové konstrukce - odběr jádrových vývrtů (tloušťka stěny, struktura betonu, kvalita) - NDT zkoušky pevnosti betonu - NDT zkoušky homogenity - profometrické a radiografické kontroly vyztužení Ocelové konstrukce - odběr vzorků pro laboratorní tahové zkoušky oceli - ultrazvuková a radiografická kontrola spojů a svarů, tloušťky profilů - geometrie jednotlivých prvků (vazníky atd.) 20

21 Jádrové vývrty ČSN EN Zkoušení betonu v konstrukcích Část 1: Vývrty Odběr, vyšetření, a zkoušení v tlaku Vývrty získané jádrovým vrtákem jsou pečlivě vyšetřeny, upraveny zabroušením nebo koncováním a zkoušeny v tlaku normovým postupem. Odběr vývrtu - vždy značný zásah do konstrukce. Před vlastním provedením vývrtů je nezbytné plně zvážit účel zkoušení a hodnocení výsledných údajů Umístění vývrtů Průměr vývrtů - volí v návaznosti na konstrukční důsledky - odebrat z míst největšího tlakového namáhání - přednostně z míst, kde je minimum výztuže - ne v blízkosti spár nebo hran betonových prvků - co nejmenší, minimální zásah do konstrukce - co největší kvůli struktuře betonu - pokud je velikost maximálního zrna kameniva (nikoliv frakce!) větší než 1/3 průměru vývrtu, má to značný vliv na pevnost. 21

22 Jádrové vývrty 22

23 Komplexní diagnostika ŽB trámové konstrukce (strop Hennebique) 23

24 Komplexní diagnostika zavěšené ŽB konstrukce 24

25 Komplexní diagnostika zavěšené ŽB konstrukce - stáří cca 120 let - zatížitelnost 500 kg/m 2 - výztuž ISTEG 25

26 Zatěžovací zkouška stropní konstrukce ČSN Zatěžovací zkoušky stavebních konstrukcí (společná ustanovení) (duben 1994) Konstrukce pozemních staveb - zatěžovací zkoušky stropních konstrukcí - zatěžovací zkoušky střešních konstrukcí - zatěžovací zkoušky nezabudovaných konstrukčních dílců Laboratorní zkoušky - zatěžovací zkoušky modelů mostních konstrukcí - zatěžovací zkoušky modelů stropních konstrukcí a stropních dílců - zvláštní druhy zatěžovacích zkoušek 26

27 Zatěžovací zkouška stropní konstrukce Spolehlivost zkoušené konstrukce - podmínky spolehlivosti při prováděné zatěžovací zkoušce musí odpovídat spolehlivosti stanovené výpočtem dle příslušných norem pro provádění dílčí součinitele je nutno stanovit v souladu s příslušnými normami pro navrhování Oprávnění ke zkouškám - odborná způsobilost a kvalifikace provádějících pracovníků - příslušné kalibrace používaných přístrojů - akreditace příslušných typů zkoušek (terénní, laboratorní apod.) Bezpečnostní opatření - obecně platná směrnice BOZP - zkoušky in-situ na staveništi dále dle pokynů stavby - laboratorní zkoušky dle příslušných laboratorních řádů a směrnic 27

28 Zatěžovací zkouška stropní konstrukce Účel zatěžovacích zkoušek - posoudit spolehlivost konstrukce - souvislost s příslušnými předpisy - pochybnosti o shodě provedení a návrhu konstrukce - ověření výpočtových modelů - jejich nedostatečná výstižnost - chyby ve výpočtových modelech - posoudit spolehlivost stávající konstrukce Druhy zatěžovacích zkoušek Z hlediska způsobu vyhodnocení dělíme na: - zatěžovací zkoušky prováděné do dosažení meze únosnosti - zatěžovací zkoušky prováděné bez dosažení meze únosnosti Z hlediska účelu dělíme na: - průkazní (ověření spolehlivosti před zahájením výroby) - kontrolní (ověření v průběhu nebo po dokončení výroby) - ostatní (diagnostika, výzkum atd.) 28

29 Zatěžovací zkouška stropní konstrukce Program zkoušky obsahující: - stanovení účelu a rozsahu zatěžovací zkoušky - údaje o skutečném stavu předmětné konstrukce (geometrie, materiály, provedení stavby atd.) - požadavky na konstrukci z hlediska MS únosnosti a MS použitelnosti - druh a intenzita zatížení - rozdělení celkového zatížení do dílčích zatěžovacích stupňů - délka působení jednotlivých stupňů zatížení - definování jednotlivých měřených veličin - druh a typ použitých snímačů - způsob rozmístění na konstrukci - údaje o přístrojích pro snímání veličin včetně vyhodnocovacích jednotek - stanovení hodnocení výsledků zatěžovací zkoušky - metodika a způsob výběru zkoušených konstrukcí - specifikace platnosti zatěžovací zkoušky - předpokládaný harmonogram provádění zatěžovací zkoušky 29

30 Zatěžovací zkouška stropní konstrukce Nepřímé měření deformací - geodetické měření - měřící lať (nejjednodušší a nejméně přesný nástroj pro snímání deformací) - niveleta (přesnější metoda, avšak závislá na vzdálenosti přístroje od měřené konstrukce) - osazení libovolného počtu měřících bodů na sledované konstrukci - nemožnost kontinuálního snímání hodnot - použití zejména u mostních a silničních konstrukcí Klasický průhyboměr Metra Frič - snímač spojen s měřenou konstrukcí přímo vodícím lankem (ocel. Lanko; invarový drát) - mechanický odečet hodnot deformace na analogovém číselném úchylkoměru - měřící rozsah 30 mm s citlivostí 0,1 mm - lze i v dnešní době využívat zejména pro dlouhodobé sledování deformací od průhybů nosných konstrukcí 30

31 Zatěžovací zkouška stropní konstrukce Elektrické snímače deformací - potenciometr - stejný princip měření jako klasický průhyboměr - možnost kontinuálního snímání hodnot - rozsah měření až 120 mm; citlivost 0,01 mm - osazení do stativu Indukčnostní snímač dráhy - použití pro sledování pohybu v trhlinách - přetvoření materiálu Strunový tenzometr - použití pro sledování pohybu v trhlinách - přetvoření materiálu Odporový tenzometr - přetvoření materiálu 31

32 zatížení Zatěžovací zkouška stropní konstrukce 13 b 13 G s + V d G s + V s 3 4 G s čas Gs - provozní hodnota stálého zatížení (bod 1) Vs - provozní hodnota nahodilého zatížení (bod 3) Vd - extrémní hodnota nahodilého zatížení (bod 5) Zatížení v bodech 9, 13 a dále se vždy zvýší o cca % oproti předcházející hodnotě vycházející ze zatěžovacího kroku 5 (Gs + Vd) 32

33 Zatěžovací zkouška stropní konstrukce Při zatěžovací zkoušce do dosažení meze únosnosti je konstrukce z hlediska MSÚ spolehlivá: - experimentální hodnota únosnosti je větší než hodnota výpočtová násobena součinitelem bezpečnosti exp - Při zatížení na hodnotu G s + V d a odlehčení na hodnotu G s (body 6 a 8 v postupu) musí být poměr mezi celkovou a trvalou deformací menší než 1 - pokud je poměr trvalé/celkové deformace větší nežli 1 a menší než 2 1 lze zkoušku opakovat s tím, že poměr trvalé/celkové deformace 2 může být maximálně polovina 1 Při zatěžovací zkoušce do dosažení únosnosti je konstrukce z hlediska MSP spolehlivá: - experimentální hodnota přetvárného účinku od zatížení odpovídajícímu provoznímu nahodilému zatížení, se neliší od teoretického přetvárného téhož účinku o více než - experimentální hodnota přetvárného účinku od zatížení odpovídající provoznímu nahodilému je menší než část mezní hodnoty přetvoření v normách pro navrhování 33

34 Zatěžovací zkouška stropní konstrukce Při zatěžovací zkoušce do dosažení meze únosnosti je konstrukce z hlediska MSÚ spolehlivá: - Součinitel spolehlivosti zkoušení: - pro prvky porušené ohybem exp = 1,6 - pro prvky porušené tlakem a smykem exp = 1,4 - Součinitel 1 : - pro konstrukce ze železového betonu λ 1 = 0,30 0,1 - pro konstrukce z předpjatého betonu λ 1 = 0,25 0,1 V d V d +V s V d V d +V s - Součinitel - pro konstrukce ze železového betonu = 0,40 - pro konstrukce z předpjatého betonu = 0,30 34

35 Zatěžovací zkouška stropní konstrukce 35

36 Zatěžovací zkouška stropní konstrukce 36

37 Zatěžovací zkouška stropní konstrukce deformace prvku vyhodnocení popis měřeného místa ZATÍŽENÍ stálé ZATÍŽENÍ nahodilé provozni ZATÍŽENÍ nahodilé extrémní ODTÍŽENÍ stálé trvalá deformace celková deformace poměr trvalé a celkové deformace součinitel 1 hodnocení (kritérium) S r S tot S r / S tot 1 S r / S tot < 1 [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [-] [-] [-] snímač ANO snímač ANO snímač ANO snímač ANO snímač ANO snímač ANO 37

38 Zatěžovací zkouška stropní konstrukce 38

39 Zatěžovací zkouška stropní konstrukce 39

40 Zatěžovací zkoušky modelů Důvody ekonomické a obtížnost zkoušek hotových konstrukcí vede k uspořádání studijní zatěžovací zkoušky fyzikálního modelu konstrukce. Modelování se řídí zákony modelové podobnosti, z nichž je pro různé druhy modelů stavebních konstrukcí možno uvést: - podobnost geometrickou charakterizovanou konstantou geometrické podobnosti určující jednotný geometrický vztah mezi rozměry konstrukce L a modelu l, a L l 1 1 L l fyzikální podobnost materiálů (E, ) určující plochy konstrukčních prvků modelu za podmínky dodržení platnosti Navierovy hypotézy a Hookova zákona. Z této podmínky určujeme měřítko sil tak, aby nebyla poškozena mez úměrnosti materiálu modelu (např. volíme makromolekulární látky, sádru, pryž apod.). 40

41 Zatěžovací zkoušky modelů 41

42 Zatěžovací zkoušky modelů 42

43 Zatěžovací zkoušky modelů 43

44 Zatěžovací zkoušky modelů 44

45 Zatěžovací zkoušky modelů Napětí v betonu y se znázorněnými trhlinami Napětí v betonu y s trhlinami 45

46 Zatěžovací zkoušky modelů 46