Technická měření a diagnostika staveb 7. Diagnostika zděných konstrukcí Libor Žídek Jan Hurta 1 Vytvořeno za podpory projektu FRVŠ č. 2529/2009
Problematika starších zděných konstrukcí Materiálová charakteristika zdiva (dříve používané nepálené cihly) Složení zdiva (u masivních konstrukcí může být zdivo provedeno pouze v povrchové pohledové vrstvě, ve střední části konstrukce může být využito smíšeného zdiva - zbytků kamene, cihel prolitých maltou, maltové lože naneseno pouze na části cihelných prvků) Stavební zásahy z minulosti (objekt, nebo konstrukce mohla v minulých letech projít celou řadou rekonstrukcí a přestaveb, mohlo dojít ke změnám - šířka zdiva, zřízení, nebo zrušení otvoru) Vazba zdiva (v případě, že jednotlivé vrstvy nejsou navzájem provázány důsledkem je špatný přenos zatížení) 2
Nedostatečná prostorová tuhost zdiva (absence zajištění zdiva ve vodorovném směru, sanaci je možné provést pomocí ocelových táhel) Vlhkost zdiva (kromě snížení tepelně-izolačních schopností se vlhkost podílí na snížení únosnosti a urychlení degradačních procesů) Trvanlivost zdiva (vlivem střídavého zmrazování a rozmrazování, negativní vliv solí a následné porušení struktury cihel krystalizačními tlaky) Změny v užívání, nebo zatížení konstrukce Poruchy, především trhliny ve zdivu (obvodové stěny, sloupy, příčky u trhlin se sleduje šířka, délka a hloubka, nesmíme ale zapomenout na směr trhliny a její vztah k uspořádání cihelných prvků ve zdivu) 3
Pevnost v tlaku na vzorcích odebraných z konstrukce Postup stanovení pevnosti v tlaku zdících prvků je určen ČSN EN 772-1. Průměrná pevnost v tlaku se stanoví z předepsaného počtu celých cihel. Minimální počet je 6 ks, ale záleží na velikosti konstrukce. Norma připouští provádět tloušťky na reprezentativních tělesech, která jsou vyřezána z různých míst prvků (na kraji, ve středu konstrukce). Normalizovaná pevnost v tlaku se získá přepočtem zdících prvků na pevnost ve stavu přirozené vlhkosti (6±2 %) a vynásobí se součinitelem vlivu výšky a šířky tělesa. Normalizované zkušební těleso má rozměr 100 100 mm. 4
Součinitel vlivu výšky a šířky zdicích prvků Výška zdícího prvku (mm) 50 65 100 150 200 250 nebo větší Nejmenší vodorovný rozměr zdícího prvku (mm) 50 0,85 0,95 1,15 1,30 1,45 1,55 100 0,75 0,85 1,00 1,20 1,35 1,45 150 0,70 0,75 0,90 1,10 1,25 1,35 200 0,70 0,75 0,90 1,10 1,25 1,35 Poznámka: Lineární interpolace je povolena. 250 nebo větší - 0,65 0,75 0,95 1,10 1,15 5
Pevnost v tlaku na tělesech vyrobených z jádrových vývrtů U zděných konstrukcí s kvalitním maltovým ložem je obtížné vyjmout ze zdiva celé, nepoškozené vzorky cihel. Z tohoto důvodu je vhodné pro odběr vzorků využít jádrových vývrtů. Z jádrových vývrtů lze vyřezat reprezentativní vzorky. V praxi se využívají vývrty o průměru 50 mm. Při zkoušení jádrových vývrtů provedených vodorovným směrem se potýkáme s problémem, že směr zatěžování vzorku není totožný se směrem zatížení v konstrukci. 6
Z praxe lze doporučit provedení jádrového vývrtu o průměru větším než 75 mm do vazáku. U tohoto způsobu odběru je vhodné odebrat vývrt přes celou délku cihly. V takového vývrtu lze vyřezat pravidelné těleso o rozměru 50 50 290 mm, které je vhodné pro zkoušku pevnosti v tahu za ohybu, vzdálenost podpěr 200 mm. Po zlomení tělesa lze z rozlomeného vzorku vyřezat několik krychlí o hraně 50 mm a ověřit pevnost cihly v tlaku směru zatížení shodným se zatížením cihly v konstrukci. Větší počet zkušebních těles rozdílné vlastnosti v různé hloubce prvku, nebo zdiva. U povrchu konstrukce může být zdivo degradováno mechanické narušení, vlhkost, zmrazovací cykly. 7
Způsob odběru jádrového vývrtu ze zděné konstrukce 8
Schéma odběru jádrového vývrtu ze zděné konstrukce 9
Vyřezané vzorky pro ověření pevnosti v tahu za ohybu a tlaku cihelného prvku 10
Pevnost v tlaku - nedestruktivně Zkušební metody vychází z metod používaných pro betony dle ČSN 73 1373 (Tvrdoměrné metody zkoušení betonu. Pro zkoušení cihel se používá Waitzmannův tvrdoměr a metoda odrazová Schmidtovo kladívko. 11
Waitzmannův tvrdoměr je upravené Poldi kladívko, které slouží pro zkoušení tvrdosti oceli. Vlastní tělo Waitzmanova tvrdoměru je ocelové razidlo se dvěmi kuličkami o průměru 10 a 20 mm. Menší kulička se zatlačuje do ocelového srovnávacího prvku. Větší kulička se při zkoušce opírá přes papírovou fólii o zkušební vzorek. Zkouška probíhá úderem kladiva do těla razníku. Pro vyhodnocení zkoušky se změří průměry vtisků na zkoušeném vzorku a srovnávacím prvku. Dle změřených průměrů je možné v přiložené tabulce odečíst pevnost v tlaku cihelného zdiva. Zkoušky lze provádět i v konstrukcích, kde nejsou cihly dobře zakotvené. Výsledky jsou vcelku objektivní, ale velmi pracné na vyhodnocení naměřených jednotlivých vtisků. 12
Pro zkoušky cihelných prvků se používá odrazový tvrdoměr typu LB. Rozdíl mezi tvrdoměrem Schmidt LB a L je výrazně menší poloměr kulové plochy razníku tvrdoměru LB. Kalibrační vztahy v normě jsou uvedeny pouze pro beton. Pro cihelné prvky je experimentálně vytvořeno několik kalibračních vztahů pro staré a nové cihly. Po zabroušení povrchu cihel se provede min. 5 ks, optimálně 8 až 10 ks zkoušek. Hodnoty platných měření se nesmí lišit o 20 % od průměrné hodnoty. Ostatní hodnoty jsou vyloučeny, minimální počet pro výpočet průměrné pevnosti je 5 zkoušek. 13
Je možné upřesnit korelační vztah mezi tvrdostí stanoveným odrazovým tvrdoměrem a pevností v tlaku na vzorcích odejmutých z konstrukce. Zkušební vzorky se před zkouškou upnou do lisu na cca 10 % předpokládané pevnosti. Pro tento typ zkoušky je vhodné získané výsledky srovnat s destruktivními zkouškami. Tvrdoměrné metody jsou vhodné pro cihly plné pálené, u voštinových cihel a děrovaných tvarovek nejsou vhodné. 14
Metody zjišťování pevnosti malty ve spárách Vrypové metody (na základě vhodných kalibračních vztahů). Metody lokálního porušení, hloubka navrtání na základě kalibračních vztahů. Na základě obsahu pojiva stanoveného z chemického rozboru. V případě dostatečně velké tloušťky ložných spár a dostatečné pevnosti malty lze pro zkoušku pevnosti v tlaku použít vzorky vyrobené ze spár. Zkouška se provádí dle ČSN EN 1015-11. 15
Rozhodujícím parametrem je tloušťka ložné spáry. U starších konstrukcí je tloušťka ložné spáry do 15 mm. Jednou z možností je vtlačování tělíska (indentoru) do maltového lože. Nejvhodnějším tvarem indentor je válcové tělísko s průměrem 4 mm s ryskami po 5 mm. Indentor je zatlačován do malty energií 1 J, to odpovídá úderu kladiva o hmotnosti 1 kg a vzdálenosti 100 mm. V odborné literatuře je uveden kalibrační vztah, ale vzhledem výraznému ovlivnění lidskou chybou se tato metodika často nepoužívá. 16
Schmidt PM Kyvadlový indentor pracuje s konstantní energií úderu. Úderník s razníkem o průměru 8 mm opisuje půlkruhovou dráhu a dopadá na povrch malty v ložné spáře a následně se odrazí. Z hodnoty odrazu lze odvodit pevnost malty. 17
Ověření pevnosti v tlaku pomocí metody lokálního porušení V praxi nejvíce používané ověření pevnosti upravených vrtaček. TZÚS upravená ruční vrtačka (Kučerova vrtačka). Metoda založena na vztahu pevnosti a odporu malty proti vnikání vrtáku, resp. hloubky navrtání. Průměr vrtáku u ruční vrtačky je 8 mm. Z důvodu oblíbenosti této metody, ale velké fyzické námahy byla vyvinuta elektrická aku vrtačka PZZ 01. Průměr vrtáku u PZZ 01 je 6 mm. Po nastavení předepsaného stupně otáček (dle zvoleného materiálu) je rychlost vrtání závislá na přítlaku, který je hlídám pružinou. 18
Pracovní postup: Očištění zdiva, především ložné spáry minimálně 20 mm od líce zdiva, cihelné zdivo se očistí. Výběr zkušebního místa v tlačené oblasti prvku. (ve vzdálenosti 50 mm od styčné spáry a následně od 40 mm od předchozího zkušebního místa). Nastavení stupnice do polohy 1 pro malty a stupeň 2 pro cihelné prvky. Hloubka navrtání se zaměří posuvným měřidlem. Zkušební místo je platné, pokud průměr ze tří hodnot se neliší o více než 30 %. Případně se provede nový vrt a nevyhovující se vyloučí. Pokud nový vrt nevyhovuje předepsanému doporučení, se zkušebním místem se neuvažuje. Informativní hodnoty pevnosti v tlaku míst se porovnají s kalibrační křivkou, nebo tabulkou, pro užitý stupeň 1 nebo 2. Pozor: Kalibrační vztahy jsou rozdílné pro ruční upravenou vrtačku a elektrickou PZZ 01. 19
20
21
Kalibrační vztah pro PZZ 01 pro malty (stupeň č. 1) Hloubka vrtu [mm] Pevnost v tlaku [MPa] Hloubka vrtu [mm] Pevnost v tlaku [MPa] Hloubka vrtu [mm] Pevnost v tlaku [MPa] Hloubka vrtu [mm] Pevnost v tlaku [MPa] 18 5,2 28 2,8 38 1,8 48 1,3 19 4,9 29 2,7 39 1,8 49 1,3 20 4,5 30 2,6 40 1,7 50 1,3 21 4,2 31 2,5 41 1,7 51 1,2 22 4,0 32 2,3 42 1,6 52 1,2 23 3,7 33 2,3 43 1,6 53 1,2 24 3,5 34 2,2 44 1,5 54 1,1 25 3,3 35 2,1 45 1,5 55 1,1 26 3,1 36 2,0 46 1,4 57 1,1 27 3,0 37 1,9 47 1,4 58 1,0 22
Kalibrační vztah pro PZZ 01 pro cihly (stupeň č. 2) Hloubka vrtu [mm] Pevnost v tlaku [MPa] Hloubka vrtu [mm] Pevnost v tlaku [MPa] Hloubka vrtu [mm] Pevnost v tlaku [MPa] 2 23,8 12 9,7 22 7,2 3 19,5 13 9,3 23 7,0 4 16,9 14 9,0 24 6,9 5 15,1 15 8,7 25 6,7 6 13,8 16 8,4 26 6,6 7 12,7 17 8,2 27 6,5 8 11,9 18 7,9 28 6,4 9 11,2 19 7,7 29 6,3 10 10,7 20 7,5 30 6,2 11 10,2 21 7,4 23
Ověření vlhkosti zdiva Elektrické odporové vlhkoměry. Vlhkoměry jsou určeny převážně pro dřevo, pro ostatní materiály je nutné zjištěné hodnoty korigovat pomocí kalibračních vztahů pro ověřovaný materiál. Odběr sekaných, nebo jádrových vzorků ze zdiva. Při odběru jádrových vzorků je pro stanovení vlhkosti nutné vzorky ponechat min. 24 hodin v prostředí místa odběru. Při odběru dochází k zahřívání vrtací korunky třením, zahřátí vzorku a ovlivnění výsledné vlhkosti. Po navrtání zdiva je vhodné prořezanou část na povrchu stěny utěsnit tenkou, ale souvislou vrstvou silikonu. Po 24 hodinách, kdy dojde k vyrovnání vlhkost ve zdivu i prořezaném vzorku, je možné silikonovou vrstvu odstranit a vzorek vylomit. Je nutné dbát na to, aby při odběru vzorku nedošlo k jeho ovlivnění vlhkosti. Ihned po odběru se musí vzorek vložit do suché hermeticky uzavřené nádoby. Při vážení se doporučuje vážit vzorek i s přepravní nádobou, aby se vyloučila chyba měření kondenzace vody na stěnách nádoby. Hmotnost suché nádoby od této zvážené hmotnosti odečíst. Vysušení vzorků se provádí při teplotě 105 C. Vlhkost se vypočítá jako podíl vody ve vzorku k vysušené hmotnosti vzorku. Výsledek 24 se uvádí v procentech.