2012 SANACE A REKONSTRUKCE

3/2012

SANACE A REKONSTRUKCE

SPOLEČNOSTI A SVAZY PODPORUJÍCÍ ČASOPIS

CO NAJDETE V TOMTO ČÍSLE

SVAZ VÝROBCŮ CEMENTU ČR K Cementárně 1261, 153 00 Praha 5 tel.: 257 811 797, fax: 257 811 798 e-mail: [email protected] www.svcement.cz

12 /

3/

TRANSFORMACE PONORKOVÉ ZÁKLADNY VE FRANCOUZSKÉM SAINT-NAZAIRE

NOVÁ VĚŽ VE VĚŽI JINDŘIŠSKÉ

KONVERZE PRŮMYSLOVÉHO OBJEKTU OCTÁRNY NA POLYFUNKČNÍ DŮM

SVAZ VÝROBCŮ BETONU ČR Na Zámecké 9, 140 00 Praha 4 tel.: 246 030 153 e-mail: [email protected] www.svb.cz

SDRUŽENÍ PRO SANACE BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ Sirotkova 54a, 616 00 Brno tel.: 541 421 188, fax: 541 421 180 mobil: 602 737 657 e-mail: [email protected] www.sanace-ssbk.cz, www.ssbk.cz

ČESKÁ BETONÁŘSKÁ SPOLEČNOST ČSSI Samcova 1, 110 00 Praha 1 tel.: 222 316 173 fax: 222 311 261 e-mail: [email protected] www.cbsbeton.eu

ZESÍLENÍ BETONOVÉ KONSTRUKCE – ANALÝZA, VARIANTY NÁVRHU A REALIZACE

17 /

70 /

/8

/ 20

PROJEKT REKONSTRUKCE MOSTU TAI PING

HOLANDSKÝ WORKSHOP „SUPERBETON“ ANEB KDYŽ ARCHITEKTI SPOLEČNĚ S BETONÁŘI TESTUJÍ NOVÝ TYP BETONU

ŽELEZOBETON V INDUSTRIÁLU

/ 28

OBSAH

❚

CONTENT

ROČNÍK: dvanáctý ČÍSLO: 3/2012 (vyšlo dne 15. 6. 2012) VYCHÁZÍ DVOUMĚSÍČNĚ VYDÁVÁ BETON TKS, S. R. O., PRO: Svaz výrobců cementu ČR Svaz výrobců betonu ČR Českou betonářskou společnost ČSSI Sdružení pro sanace betonových konstrukcí

Ú V O DNÍ K Václav Pumpr

/2

S TAV E B NÍ KO NST R U K C E

Jan Hamouz, Lukáš Vráblík

NOVÁ VĚŽ VE VĚŽI JINDŘIŠSKÉ

Josef Podzimek, Jiří Vrzal, Lucie Dolfi

/3

KONVERZE PRŮMYSLOVÉHO OBJEKTU OCTÁRNY NA POLYFUNKČNÍ DŮM

Milena Kubiszová, Ondřej Volný

/8

TRANSFORMACE PONORKOVÉ ZÁKLADNY VE FRANCOUZSKÉM SAINT-NAZAIRE / 12 PROJEKT REKONSTRUKCE MOSTU TAI PING

/ 58

ZOHLEDNĚNÍ TRVANLIVOSTI PŘI HODNOCENÍ KVALITY POVRCHOVÉ VRSTVY BETONU

Pavel Reiterman, Zlata Kadlecová, Karel Kolář, Martin Keppert, Jiří Adámek, Ondřej Holčapek

/ 62

VLIV GUMOVÉHO GRANULÁTU NA ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI SAMONIVELAČNÍCH CEMENTOVÝCH POTĚRŮ Karel Nosek, Stanislav Unčík / 67

/ 17

ZESÍLENÍ BETONOVÉ KONSTRUKCE – ANALÝZA, VARIANTY NÁVRHU A REALIZACE

Petr Štěpánek, Petr Šimůnek, Ivana Laníková

VYDAVATELSTVÍ ŘÍDÍ: Ing. Michal Števula, Ph.D. ŠÉFREDAKTORKA: Ing. Jana Margoldová, CSc. PRODUKCE: Ing. Lucie Šimečková

POSUDEK CHLADÍCÍ VĚŽE JADERNÉ ELEKTRÁRNY MOCHOVCE DLE NOVĚ PLATNÝCH EVROPSKÝCH NOREM A JEJÍ STABILITNÍ ANALÝZA

/ 20

S O F T WAR E GRAFICKÝ NÁVRH: 3P, spol. s r. o. Pod bání 8, 180 00 Praha 8

INFORMAČNÍ SYSTÉM PRO PODPORU OPRAVY KARLOVA MOSTU

Jiří Vildt, Jan Zeman, Jiří Šejnoha, Vladimír Tvrzník

/ 74

N ORM Y • J A KO ST • C E RT I F I K A C E

Stanislava Rollová

/ 25

H IS TO R I E Tomáš Šenberger

TISK: Libertas, a. s. Drtinova 10, 150 00 Praha 5

VADY A PORUCHY BETONOVÝCH PODLAH ANEB KDYŽ SE NEDAŘÍ… ČÁST 2. PORUCHY NÁŠLAPNÉ VRSTVY BETONOVÝCH PODLAH

Jarmila Novotná

ŽELEZOBETON V INDUSTRIÁLU

/ 77

/ 28

A K T U A L I TY MATE R I Á LY A T E CH N O L OG I E PŘÍMĚSI DŘÍVE A NYNÍ, ČÁST 3

Alain Štěrba

OHLÉDNUTÍ ZA SYMPOZIEM SANACE 2012

/ 27

GRAND PRIX ARCHITEKTŮ 2012

/ 41

ADRESA VYDAVATELSTVÍ A REDAKCE: Beton TKS, s. r. o. Na Zámecké 9, 140 00 Praha 4 www.betontks.cz REDAKCE, OBJEDNÁVKY PŘEDPLATNÉHO A INZERCE: mob.: 604 237 681, 602 839 429 (tel. linka 224 812 906 zrušena) e-mail: [email protected] [email protected]

/ 34

ODVĚTRÁNÍ SOKLOVÉ ČÁSTI VLHKÝCH BUDOV POUŽITÍM SYSTÉMU BETONOVÝCH TVAROVEK

RECENZE

Jiří Pazderka, Radek Zigler

/ 40

/ 47, 57

HOLANDSKÝ WORKSHOP „SUPERBETON“ ANEB KDYŽ ARCHITEKTI SPOLEČNĚ S BETONÁŘI TESTUJÍ NOVÝ TYP BETONU

VĚD A A VÝZ KUM

Jitka Prokopičová

/ 70

VLIV MRAZUVZDORNOSTI BETONU NA JEHO POVRCHOVÉ ÚPRAVY

SEMINÁŘE, KONFERENCE A SYMPOZIA

/ 80

Jiří Dohnálek

/ 44

POUŽITÍ STRUNOVÝCH TENZOMETRŮ PRO ZATĚŽOVACÍ ZKOUŠKY MOSTŮ

Miloš Zich, Jan Koláček, Petr Daněk

/ 48

ÚČINKY KORÓZIE VÝSTUŽE NA SPOĽAHLIVOSŤ BETÓNOVÝCH KONŠTRUKCIÍ

Juraj Bilčík, Ivan Hollý 3/2012

ILUSTRACE NA TÉTO STRANĚ: Mgr. A. Marcel Turic SAZBA: 3P, spol. s r. o. Pod bání 8, 180 00 Praha 8

P O R U C H Y B E TON OVÝ C H K ON S TR U KC Í

ENVIRONMENTÁLNÍ PROHLÁŠENÍ O VÝROBKU – ČESKÝ CEMENT

REDAKČNÍ RADA: Doc. Ing. Vladimír Benko, PhD., Doc. Ing. Jiří Dohnálek, CSc., Ing. Jan Gemrich, Prof. Ing. Petr Hájek, CSc. (předseda), Prof. Ing. Leonard Hobst, CSc. (místopředseda), Ing. Jan Hrozek, Ing. Jan Hutečka, Ing. arch. Jitka Jadrníčková, Ing. Zdeněk Jeřábek, CSc., Ing. Milan Kalný, Doc. Ing. Jiří Kolísko, Ph.D., Ing. arch. Patrik Kotas, Ing. Pavel Lebr, Ing. Milada Mazurová, Doc. Ing. Martin Moravčík, Ph.D., Ing. Hana Némethová, Ing. Milena Paříková, Petr Škoda, Ing. arch. Jiří Šrámek, Ing. Vlastimil Šrůma, CSc., MBA, Prof. Ing. RNDr. Petr Štěpánek, CSc., Ing. Michal Števula, Ph.D., Ing. Vladimír Veselý, Prof. Ing. Jan L. Vítek, CSc.

❚

/ 53

F IR E MN Í PR E Z E N TAC E Betosan / 19 Construsoft / 33 Podlahy a povrchové úpravy / 39 ve stavebnictví 2012 Ing. Software Dlubal / 43 Asociace českých betonářů / 75 Holcim / 3. strana obálky SVC / 4. strana obálky

technologie • konstrukce • sanace • BETON

ROČNÍ PŘEDPLATNÉ: 540 Kč (+ poštovné a balné 6 x 30 = 180 Kč), cena bez DPH; 21 EUR (+ poštovné a balné 7,20 EUR), cena bez DPH; 270,- Kč pro studenty (včetně poštovného, cena bez DPH) Vydávání povoleno Ministerstvem kultury ČR pod číslem MK ČR E-11157 ISSN 1213-3116 Podávání novinových zásilek povoleno Českou poštou, s. p., OZ Střední Čechy, Praha 1, čj. 704/2000 ze dne 23. 11. 2000 Za původnost příspěvků odpovídají autoři. Označené příspěvky byly lektorovány. FOTO NA TITULNÍ STRANĚ: Nákladové nádraží Žižkov (viz článek str. 28), foto: Lukáš Beran BETON TKS je přímým nástupcem časopisů Beton a zdivo a Sanace.

1

ÚVODNÍK

❚

EDITORIAL

VÁŽENÍ PŘÁTELÉ, v loňském roce jsem byl požádán o rozhovor. Tématem rozhovoru pro měsíčník věnovaný stavebním materiálům (který, s dovolením, nebudu jmenovat) měly být sanační materiály. Rozhovor jsem přislíbil (jak jinak, kdo z nás není trochu ješitný, že…), problém však nastal hned v úvodu, kdy jsem byl dotázán, co očekávám v oboru sanačních hmot nového v nejbližší budoucnosti. A já nevěděl. Otázka mne zaskočila, přitom byla zcela logická a legitimní. V každém oboru, který se rozvíjí, by měl člověk, který se v něm pohybuje, alespoň tušit, kam se obor ubírá. A měl by toho vědět o daném oboru samozřejmě více i v jiných ohledech. Obor sanací staveb, betonové či železobetonové nevyjímaje, bývá přirovnáván k medicíně. Přirovnání nabízející mnoho paralel. Považte sami, laskavý zkušený praktický lékař (stavební diagnostik) přistupuje vybaven diagnostickými pomůckami k churavému místu (komínu, nádrži….), odebere vzorek krve (betonu, cihly…), správně a rychle rozeznává chorobu (ostatně má k dispozici úplnou anamnézu pacienta!?) a následuje bezproblémová léčba, která pacientovi uleví a vrátí ho do (pracovního či jiného) plnohodnotného života. Přirovnání zajisté lákavé. Škoda, že toto přirovnání není zakončeno i tím, že účet za úspěšnou léčbu je zaslán na příslušnou SZP (Stavební zdravotní pojišťovnu) a může do ordinace další pacient. Kolik objektů (pacientů) bylo v příslušném období sanováno (léčeno), s jakou poruchou (chorobou), co bylo k zásahu použito (jaká byla medikace choroby), jaká technologie (operační technika), kolik to stálo peněz a hlavně a zejména, jak byla léčba úspěšná, kolik pacientů (stavebních objektů) se zotavilo a na jak dlouho? To by bylo nesporně zajímavé, zda pacienty trápí převážně trhliny, nedostatečná mrazuvzdornost, alkalické rozpínání nebo koroze výztužných vložek v důsledku karbonatace nebo jsou to vrásky a celková ochablost pleti u pohledového betonu. A zda zabraly více hmoty na bázi polymercementové, nebo jiné, zda nátěry je lepší ordinovat akrylátové, nebo silikon-akrylátové, zda nanofilery jsou tím spásným řešením nebo ne? V tuzemské odborné literatuře věnované sanacím, a obávám se, že nejen v tuzemské, budete informace podobného charakteru hledat obtížně. Dozvíte se bez problémů (a to i z denního tisku), kolik lidí prodělalo v loňském roce infarkt, snadno zjistíte, jak byli léčeni a s jakým výsledkem, možná s trochu větší námahou budete zjišťovat, co to stálo. Nic podobného z odborného tisku směrem k sanacím nezjistíte. Kolik bylo léčeno stavebních objektů, na co stonaly, čím byly léčeny a hlavně s jakým výsledkem. Jaké nové hmoty se testují, kde není léčba dostatečně úspěšná atd. Jistě nejsou sanace v tomto ohledu výjimkou, oborů, kde se podobné informace neshromažďují a nepublikují je celá řada. Ale absence těchto informací (chcete-li zpětné vazby) logicky brání rychlejšímu rozvoji jakéhokoli oboru. Kdyby bez takových základních informací měla být rozvíjena např. právě zmiňovaná medicína, asi bychom dodnes přikládali nahřáté baňky a pouštěli žilou. Že přeháním? Možná, trochu… 2

Přirovnání oboru sanací k medicíně je samozřejmě poněkud zavádějící. A tak toho raději nechám. Ale přesto ještě jedna podobnost se nabízí. Asi se shodneme, že je vyloučeno, aby všechno dopadlo skvěle, aby v oboru neexistovaly reklamace, aby stávající materiály se pouze jednoznačně osvědčovaly, nebylo na nich, co zlepšovat, co vyvíjet, sanačník (chcete-li operatér) netoužil technologický postup zjednodušit, zefektivnit, aby se nikdy nespletl, atd. Tak to samozřejmě není a být nemůže. Ne každá operace se zdaří, jsou lékaři lepší i horší, zrovna tak celé zdravotní ústavy. Pokud se nemýlím, chystá se, anebo byl již publikován, žebříček nejlepších zdravotních zařízení ve státě. U stavebních firem je to bezpochyby stejné, ostatně o výsledku sanačního zásahu rozhoduje primárně právě lidský činitel. A přesto se o takových případech nedočtete (se smutnými mediálními výjimkami typu dálnice na Ostravu, kde se mimochodem díky skvělé práci médií dozvíte všechno možné i nemožné, ale pravdu, co se stalo, určitě ne...). Čím to? S neúspěchy se dobrovolně chlubí málokdo, není to marketingově šťastný postup. A sanace jsou, ať se nám to líbí nebo ne, na rozdíl od medicíny, jednoznačně komerční obor. Ale platí a platit bude, že i chybami a neúspěchy se člověk učí. Sanace jsou v mnohém ohledu právě otázkou zkušeností (i negativních), prakticky (mnohdy těžce a draho) nabytých poznatků, chcete-li know-how, i v tom se jistě podobají řadě medicínských oborů. Jsem velmi často dotazován, a to nejen v rámci odborných kvalifikačních kurzů pořádaných pod záštitou SSBK, např. na to, jaké hmoty jsou nejlepší, co mají dotyční použít, chtějí-li řešit konkrétní problém? Snažím se vždy tyto otázky (pokládané nejčastěji o přestávce mezi čtyřma očima při cestě na...) přenést do celého auditoria. Kolektivní debata nad konkrétním problémem zpravidla ukáže, že zkušeností, ať již dobrých či nedobrých, je mezi účastníky školení v sále dost. Lidé pohybující se v sanacích a okolo nich jsou svou povahou lidé přirozeně zvídaví, kteří se o obor aktivně zajímají, i to je moje dlouholetá zkušenost. Bylo by proto pro obor sanací jako takový (a nejen pro v úvodu zmiňovaný vývoj hmot) zdravé a prospěšné referovat i o negativních zkušenostech. Nebo alespoň se pokusit statisticky obor mapovat. Kdo by to měl dělat, v jaké formě? Přiznám se otevřeně, že nevím. Asi by bylo přirozené, kdyby takové informace shromažďovali velcí státní či polostátní investoři (např. ŘSD, ČD nebo MPO). Nebo vysoké školy, mohl by to být námět na bakalářskou či diplomovou práci. Dlouhodobé srovnávací studie, proč ne? Anebo by to mohlo a mělo být samotné SSBK. V době informačních technologií, kdy se lze z webu dočíst téměř cokoli (např. na stránkách TripAdvisoru si můžete prověřit názory na kvalitu ubytování po celém světě, na webu se spontánně řada lidí vyjadřuje k receptům na pečené brambory atd.), by možná postupné budování takové (pochopitelně anonymní?!) „ankety“ na webu SSBK stálo za pokus. Kdo ví? Třeba by to celý obor posunulo, byť o malý kousek, kupředu. Příjemné čtení.

BETON • technologie • konstrukce • sanace

Václav Pumpr

❚

3/2012

S TAV E B N Í K O N S T R U K C E

❚

STRUCTURES

NOVÁ VĚŽ VE VĚŽI JINDŘIŠSKÉ ❚ NEW TOWER IN JINDŘIŠSKÁ TOWER Josef Podzimek, Jiří Vrzal, Lucie Dolfi Příspěvek

přibližuje

rekonstrukci

pražské

Jindřišské věže realizované před deseti lety. Vzhledem k náročným požadavkům hlavně z hlediska ochrany historické podstaty Jindřišské věže a také požárně bezpečnostním a hygienickým podmínkám se jedná o „věž ve věži“ – nezávislou železobetonovou skeletovou konstrukci založenou na vlastní nově vybudované základové desce. I přes značné komplikace v průběhu realizace vestavby, z důvodu velice omezeného prostoru pro zařízení staveniště a obtížnou vnitrostaveništní dopravu materiálu a manipulaci s ním uvnitř věže, se podařilo díky nadšení nájemce vdechnout nový život středověké zvonici. ❚ This article shows reconstruction of Jindřišská Tower in Prague completed 10 years ago. Considering the exacting demands of preservation of the historical essence of the Jindřišská Tower and at the same time fire safety and hygienic regulations it was necessary to build a “tower in a Tower” – an independent reinforced concrete skeleton structure, based on its own, newly built slab foundation. Despite significant difficulties caused by very limited space for

zvy. A tou Jindřišská věž dozajista byla. Prokázalo se to nejenom ve složitém statickém výpočtu štíhlého dvanáctipodlažního „mrakodrapu“ nabitého moderními technologiemi, který se dle požadavku památkářů nesměl dotýkat původního zdiva. Nejdříve jsme tento požadavek vůbec nepochopili. První úvaha byla betonové stropní desky zaříznout do zdiva (obr. 5b). Památkáři ale zařízli nás. Další návrh byl ukotvit stropy do ocelových kotev zavrtaných do starého zdiva. Zamítnuto památkáři. Pak jsme chtěli samonosnou konstrukci vytvořit z ocelových nosníků. Zamítnuto požárníky. Zbýval železobetonový skelet. Předpokládal jsem, že bednění nosných sloupů bude přiléhat ke zdivu. Zamítnuto památkáři. Nosné železobetonové sloupy musí být odsunuty od starého zdiva tak, aby se mezi sloup a zdivo dala vsunout ruka. Schváleno všemi zúčastněnými stranami. Obrazně řečeno, kdyby obr uchopil Jindřišskou věž a vyzvednul ji do oblak, tak by na místě zůstala stát nová železobetonová věž.

fitting in a construction site and very difficult transfer of material within the construction site and manipulating with the material inside the tower, thanks to thetenant, new life was instilled into the medival bell tower.

Když se mě někdo zeptá, proč se tolik věnuji zvonici kostela sv. Jindřicha a sv. Kunhuty, odpovídám otázkou: „Víte, jaký je rozdíl mezi malým chlapcem a dospělým mužem? Pouze v ceně hraček.“ Tak lze jednoznačně charakterizovat můj vztah k této unikátní středověké nejvyšší volně stojící zvonici v Praze, kterou Pražané nazývají Jindřišskou věží. Upozornil mě na ni Petr Švestka, který dostal od Pražského arcibiskupství za úkol sehnat pro tuto věž nové využití. Naštěstí jsem se to dozvěděl včas a na začátku byla pouze tři slova: „Já ji chci“. Ke spolupráci jsem přizval mého syna Martina Podzimka a dobrodružství začalo. Na doporučení památkářky Olgy Ambrožové jsme svěřili architektonický projekt Ing. arch. Jiřímu Vrzalovi, prováděcí projekt Prof. Františku Čihákovi. Rozhodnutí to bylo víc než dobré, ba výtečné. Pan architekt se při svém návrhu poklonil tomuto středověkému stavebnímu skvostu a nechal vyniknout jeho „duši“. Františka jsem znal jako vynikajícího statika a praktika, který měl rád ve svém stavařském řemesle vý3/2012

❚

ARCHITEKTONICKÝ ZÁMĚR A KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ

Přístup k řešení vestavby do Jindřišské věže vycházel především z respektování podmínek a požadavků památkové péče. Podstatnou podmínkou zástupců památkové péče podmiňující realizaci vestavby do Jindřišské věže bylo nenarušení původního vnitřního líce dříku věže, které ve svém důsledku vedlo k řešení vestavby formou autonomní, vložené samostatné skeletové železobetonové lité konstrukce založené na vlastní nové základové desce vybudované v souvislosti s nově prohloubeným technickým suterénem. Sloupy a stropní konstrukce se původního zdiva dříku věže dotýkají pouze přes dilatační a separační vložky. Nosné stropní konstrukce jsou tvořeny křížem vyztuženými železobetonovými deskami se skrytými hlavicemi a skrytými průvlaky. Výtahová šachta tvoří tuhé jádro vestavby. Výškové pozice jednotlivých podlaží musely mimo jiných požadavků respektovat také polohy stávajících okenních otvorů na dříku věže tak, aby byly v souladu s prostorovým a dispozičním řešením vestavby a pozici zvonového patra se zvonovou stolicí a nejvyššího podlaží s vyhlídkou. Nové schodiště s mezipodestami nava-


1 Obr. 1 Jindřišská věž ❚ Fig. 1 Jindřišská Tower

zuje na úrovni patrových podest na stanice evakuačního výtahu. Dispoziční řešení vestavby do Jindřišské věže je z důvodů specifických prostorových možností vnitřního objemu jejího dříku koncipováno na vertikální ose. Prostory s různými účely užívání – recepce, Whiskeria s kavárnou, Whisky koutek, galerijní prostor, stálé expozice Muzeum pražských věží a Pocta Jindřišské věži, výstavní prostor – jsou řazeny nad sebou až k původnímu zvonovému patru zachovanému včetně zvonové stolice se zvonem, v kterém se nachází Restaurant Zvonice, a nad ním situovaným vyhlídkovým patrem s nárožními věžicemi, které umožňují jedinečné výhledy na pražské panorama. Navrženým dispozičním řešením s novým komunikačním jádrem byl porušen původní téměř čtvercový půdorys interiéru Jindřišské věže. Proto, aby bylo zachováno vnímání vnitřního prostoru věže i po vestavbě jako prostor centrální a aby byla co nejvíce zachová3


❚

STRUCTURES

2

3

Obr. 2 Původní výkresová dokumentace ❚ Fig. 2 Original drawings Obr. 3 Po mohutné smršti 19. 1. 1801, která přelomila vrcholovou vížku, byla Jindřišská věž osmdesát let provizorně zakryta; její podobu zachytil Vincence Morstadt na své kresbě z roku 1826 ❚ Fig. 3 After a big storm on January 19, 1801, the spire was broken. The Tower was then provisionally covered for 80 years; drawing of Vincenc Morstadt, 1826 Obr. 4 Nejstarší známá fotografie Jindřišské věže (1880), kterou do její současné podoby uvedl arch. Josef Mocker v roce 1879 ❚ Fig. 4 The oldest known picture of Jindřišská Tower (1880), adapted to its current shape by architect Josef Mocker in 1879

na původní atmosféra stavby, byly nově budované železobetonové stropy navrženy s úhlopříčnými liniovými vlysy, jež definují mírné vzepětí stropní desky s vrcholem v geometrickém středu vnitřního líce stropu (obr. 12). Tímto způsobem byla podpořena prostorová iluze, která způsobuje vnímání nově vytvořených prostor v jednotlivých patrech vestavby do věže více jako prostory centrální. Nové vložené schodiště je vyneseno na mírně vyosených středových železobetonových schodnicích, na něž jsou osazeny desky schodišťových stupňů bez podstupnic. Konstrukce nového schodiště, které je nedílnou součástí vestavby, je charakteristická svými průhledy (obr. 14). Protože předposlední podlaží vestavby do Jindřišské věže, užívané jako varna a zázemí pro prostory restaurace umístěné ve dvou nižších podlažích, bylo vloženo do věže v úrovni nad zvonovým patrem a nemělo tudíž konstrukční souvislost s vloženou nosnou železobetonovou konstrukcí vlastní vestavby, bylo nutné toto podlaží zavěsit na táhla opatřená protipožární ochranou. 4

Tím bylo dosaženo splnění všech podmínek jak z hlediska ochrany historické podstaty Jindřišské věže, tak i podmínky požárně bezpečnostní a hygienické. P R Ů B Ě H V Ý S TAV B Y

Projekt byl vypracován bez geologického průzkumu s předpokladem, že věž byla založena v dostatečné hloubce na štěrkopískovém podloží. Jaké bylo naše překvapení, když jsme základovou spáru odkryli v hloubce 2 m v téměř tekoucích píscích. Nastalo zděšení, zvláště když mi můj celoživotní odborný i lidský vzor Ing. Libor Záruba řekl: „To víš, i velká věc se může převrhnout“. Odsekl jsem mu: „Libore, vždyť právě Ty jsi mě vždycky učil, že v technice neexistují slova – nejde to“. Usmál se a odvětil: „Vždyť neříkám, že se to musí převrhnout, ale mohlo by“. Před očima se mi objevila šikmá věž, tentokrát v Praze a ne v italské Pise. Vyhledal jsem Františka Čiháka, vypustili jsme jedno podzemní podlaží, zesílili základovou desku téměř na 1 m a za osobního dozoru pana profesora pokračovala práce. Největší tíhu stavby nesl na sobě Martin Podzimek, který zde fungoval ve čtyřech pozicích – investor, stavbyvedoucí, budoucí provozovatel i spolumajitel firmy Jindřišská věž, s. r. o. Samostatnou firmu jsme museli založit, aby nám banka půjčila na stavbu. Pro dokreslení celé akce, bankovní dům v průběhu stavby zbankrotoval a my v tom uvízli. Ale vestavba nové věže do věže Jindřišské pokračovala. Kdo nestavěl dvanáctipodlažní věžák ve „futrálu“, který nemá žádnou zeď svislou a žádný úhel není pravý, neuvěří, jak těch pár kubických metrů obestavěného prostoru dá zabrat. Nebylo mož-

4

né použít běžnou stavební mechanizaci a bylo nutno se spolehnout na ruční práci. Betonáři utekli od armovacích prací, neboť nebylo kam a jak posunovat výztuž. Nakonec se armatura stropů realizovala za osobní pomoci pana profesora Čiháka a inženýra Martina Podzimka. Téměř k havárii došlo při betonování desky nad restaurací v 9. podlaží, kdy povolilo bednění. Betonáři utekli a jenom duchapřítomností Martina Podzimka nedošlo k zasypání desátého nejstaršího pražského zvonu sv. Marie betonovou směsí. Tento strop je dalším stavebním unikátem. Je zavěšen na ocelových táhlech, která jsou ukotvena do příčných nosníků položených na původní římse v 10. podlaží. Tato konstrukce tvoří podlahu moderně vybavené kuchyně pro luxusní restauraci Zvonice, která je situována do 7. a 8. podlaží (obr. 13). Byla to pro nás veliká stavařská škola. Splnili jsme zadání památkářů, požárníků i Pražského arcibiskupství. Dokázali jsme vdechnout nový život středověké zvonici. Vznikla tak opravdu dvanáctipodlažní samostatná věž uložená v původní věži. Jde o unikát, který dle našich informací nemá v Evropě a snad i na světě obdobu. KROV ARCH. MOCKERA SE ZVONKOHROU

Ale ještě jeden unikát se nachází v Jindřišské věži. Je jím původní krov arch. Josefa Mockera, dokončený v roce 1879, který si díky pochopení požárníků můžete prohlédnout v původní nezakryté kráse. Je to nádherná tesařská práce, k jejíž realizaci stačil jediný výkres velikosti asi 1,5 x 1 m, který jsem měl


❚

3/2012

❚


STRUCTURES

6 Obr. 5 Výkresová dokumentace: a) axonometrie nezávislého železobetonového skeletu; půdorysy jsou z počáteční studie – desky kotvené do původního zdiva: b) prodejna v 2. NP, c) restaurace v 7. NP, d) vyhlídka v 10. NP ❚ Fig. 5 Drawings: a) axonometric projection of independent reinforced concrete skeleton; ground plans from initial study – slabs anchored to the original masonry: b) shop in 1st above-ground floor, c) restaurant in 6th above-ground floor, d) lookout in 9th ground-above floor Obr. 6 Grafické výstupy statického výpočtu desky a stropu ve 4. NP nové věže ❚ Fig. 6 Graphic outputs of structural analysis of the ceiling slab on the 3rd floor of the new tower

5a 5b

osobně v ruce v archivu Kanceláře prezidenta republiky. Pro mne, jako stavaře, to byl šok. Představoval jsem si, jak by asi vypadal současný projekt a spisová agenda ke stavebnímu povolení. V tomto krovu je další rarita. Je zde umístěna zvonkohra od zvonaře Petra Rudolfa Manouška. Zvonkohra je koncipována pro vnitřní poslech, aby dle „ochránců přírody“ nebylo ovzduší znečištěno hlukem. Vznikl tak unikát, který také ve světě nemá konkurenci. Zvonkohra je osazena deseti zvony, které nesou jména původních zvonů, kterých bylo postupně také deset, i když zvonová stolice byla osazena vždy pouze čtyřmi zvony. Zvon Jan Martin z roku 1571 je nezvěstný, sv. Jindřich pukl v roce 1804, Jindřich Josef František z r. 1804 byl rekvírován za 1. světové války, Dominik z r. 1707 pukl v roce 1816, Dominik II. z roku 1816 pukl v roce 1850, Dominik III. z roku 1850 rekvírován za 1. světo5c

vé války, Kristus Král z roku 1927 rekvírován za 2. světové války, Václav z roku 1927 rekvírován za 2. světové války, Jindřich z roku 1927 rekvírován za 2. světové války. Zůstal pouze jeden původní nejstarší zvon sv. Marie od Bartoloměje z Nového Města, odlitý v roce 1518, který po restaurování Petrem Rudolfem Manouškem můžete obdivovat v luxusní restauraci v 7. a 8. patře. Je zajímavé, že na tento 10. nejstarší pražský zvon si nedovolili sáhnout ani za 1., ani za 2. světové války. Je na něm latinský nápis „Zvoním jen ve výjimečných případech“. Proto jsem zakázal na něj zvonit s výjimkou dvou případů – když by osobně Jindřiškou věž navštívil papež a dal nám rozhřešení, a za druhé, až bude potřeba přivolat blanické rytíře na pomoc české rozhádané politické scéně. Když naši Jindřišskou věž navštívil Kardinál Dominik Duka, zvažoval, zda ta doba již nenadešla. 5d Y\KOtGND

SDWUR]YRQLFH

PH]DQLQSURGHMQD

1

1

1

4 3

3

2

0

3/2012

❚

1

2

3

3

50,0 qm 10,2 qm 3,5 qm

1 - plocha zvonice VFKRGLãWČ 3 - výtah

31,5 qm 10,2 qm 3,5 qm 0,9 qm

1 - prodejna VFKRGLãWČ 3 - výtah NXFKVNĜtĖ

2

4

5

0

1

2


2

1 - krov VFKRGLãWČ 3 - výtah 3

4

5

10,2 qm 3,5 qm 0

1

2

3

4

5

5


❚

STRUCTURES 7

8

9a

9b

10a

10b

11

6


❚

3/2012


❚

STRUCTURES

12

13

14

Obr. 7 Zemní práce v suterénu ❚ Fig. 7 Earthwork in the basement Obr. 8 Bez trvalé spolupráce tesařůhorolezců by nebyla výstavba nové věže reálná ❚ Fig. 8 Without permanent cooperation with carpenters – rock climbers, building of the new tower would not be possible Obr. 9a, b Armování stropních desek a jejich betonáž byla velmi obtížná ❚ Fig. 9a, b Reinforcing and concreting of the ceiling slabs was very difficult Obr. 10a, b Betonáž pomocí mobilních čerpadel ❚ Fig. 10a, b Concreting with mobile pumps Obr. 11 Montáž podlahy 9. podlaží zavěšené na ocelovém rámu ❚ Fig. 11 Fitting of the suspending floor of the 8th floor from a steel frame Obr. 12 Výstavní prostory, v rozích nosné sloupy nezávislé železobetonové konstrukce ❚ Fig. 12 Exhibition hall, columns of reinforced concrete structure Obr. 13 Moderní kuchyně zavěšená na ocelových táhlech ❚ Fig. 13 Modern kitchen suspended on steel tie bar Obr. 14 Železobetonové schodiště ❚ Fig. 14 Reinforced concrete staircase

Investor Projektant Prováděcí firma Dokončení realizace

3/2012

Jindřišská věž, s. r. o. Prof. František Čihák, CSc. Podzimek a synové, s. r. o., Strojírny Podzimek, s. r. o., P+S, a. s. 12. prosinec 2002

❚

Zatím věříme, nezvoníme a těšíme se na oslavy desátého výročí znovuzrození Jindřišské věže, která byla slavnostně otevřena 12. 12. 2002 ve 12. h ve 12. podlaží 120 dní po kulminaci katastrofální povodně na Vltavě v Praze. Z ÁV Ě R

Realizovaná vestavba do Jindřišské věže je svou koncepcí založenou na respektování principů památkové ochrany historicky cenných staveb ojedinělým příkladem řešení, které umožnilo nové využití dříve zcela zanedbané a opuštěné věže, a tím přispělo k zachování a zpřístupnění zajímavé historické stavby, jež je v historickém kontextu nedílnou a charakteristickou součástí centrální části Pražské památkové rezervace. Konstrukce spoluvytvářející interiér vestavby do Jindřišské věže byly navrženy tak, aby použité materiály působily harmonicky ve vztahu ke dřevěným a kamenným konstrukcím původní stavby věže. Proto bylo použito kartáčované dřevo, měď, přírodní keramika, kovářsky zpracované železo a beton. Tvarování jednotlivých detailů využívá tradičních technologií opracování těch-


to materiálů při respektování přirozených vlastností každého z nich. Tvarové řešení detailů však nevychází z historizujících forem, ale je založeno na soudobém pojetí a jeho harmonickém zapojení do původního historického kontextu Jindřišské věže. Původní stavební součásti věže byly v duchu požadavků zástupců památkové péče zachovány, restaurovány a staly se součástí nově utvořeného prostorového konceptu. Ing. Josef Podzimek Lucie Dolfi oba: Jindřišská věž, s. r. o. Na Pankráci 53, Praha 4 e-mail: [email protected] www.jindrisskavez.cz Ing. arch. Jiří Vrzal Architekton, s. r. o. Jeremenkova 88, Praha 4 e-mail: [email protected] www.architekton.cz Fotografie: publikace Stověžatá Praha, J. Podzimek a kol., vyd. Jindřišská věž, s. r. o., 2003

7


❚

STRUCTURES

KONVERZE PRŮMYSLOVÉHO OBJEKTU OCTÁRNY NA POLYFUNKČNÍ DŮM ❚ CONVERSION OF INDUSTRIAL BUILDING INTO A MULTIFUNCTIONAL HOUSE

Milena Kubiszová, Ondřej Volný Článek popisuje rekonstrukci původního objektu továrny na výrobu octa a hořčice. Cílem rekonstrukce bylo v maximální možné míře zachovat charakter industriální stavby – železobetonového sloupového systému s vyzdívanými stěnami. V současné době se v objektu nachází wellness centrum, fitness centrum, penzion a prodejna. V druhé etapě je plánováno využití dalších prostor. ❚ This article describes remodelling of a former vinegar and mustard manufacture. The aim of this reconstruction was to preserve the industrial character of the building – reinforced concrete pillar system with brick murals – to a maximum possible level. At the moment there is a wellness and fitness centre, bed and breakfast and a small shop. Further utilisation of the industrial space is planned for second phase.

Rekonstruovaný objekt se nachází na hranici městské památkové zóny Kutné Hory, na nároží ulic Štefánikova a Krupičkova. Jedná se o původní objekt továrny na výrobu octa a hořčice, která byla postavena v roce 1920 dle návrhu Tomáše Pražáka a Pavla Moravce. Fasáda do ulice Štefánikova nese prvky kubismu, vnitřní fasády do dvora zůstaly po celou dobu existence neomítnuté kvůli snadnějšímu prostupu výparů z výroby. Stavba je kombinací vyzdívaných obvodových stěn a železobetonového sloupového systému spřaženého železobetonovými trámovými stropními deskami. Vlivem betonáže do poddimenzovaného bednění došlo k lehkému vybočení skeletu. Po znárodnění a následném ukončení výroby octa sloužil dům mnoha účelům a prošel několika přestavbami. Nedostatek citlivosti a průběžných investic způsobil postupné chátrání objektu a ve finále havarijní technický stav, který vyžadoval generální rekonstrukci. Rekonstrukce objektu probíhající ve dvou etapách umožnila rekonverzi na polyfunkční dům. V první etapě došlo k celkové rekonstrukci areálu, fasád a interiéru dvou nadzemních pater a k projektové přípravě přízemí a suterénu. Druhá etapa se bude týkat dalších částí interiéru.

Obr. 1 Nárožní vila s hlavní hmotou továrny po rekonstrukci v roce 2010 ❚ Fig. 1 Corner villa with the main volume of the manufacture after reconstruction in 2010 Obr. 2 Stav objektu před započetím rekonstrukce v roce 2009 Fig. 2 The vinegar factory before beginning of reconstruction

❚

Obr. 3 Stav po demolici přízemního křídla skladů a odstranění nevyhovujících stropních konstrukcí horních pater ❚ Fig. 3 After demolition of the ground floor storage wing and unsatisfactory upper storeys ceiling frameworks removal 1

2

3

POPIS OBJEKTU

Objekt se skládá ze tří částí a tvoří komplex tvaru písmene U. V hlavní trojpodlažní budově původní výrobní haly tvaru „L“ je wellness centrum a střešní terasa s venkovní saunou ve 3. NP a fitness centrum v 2. NP. Na ni navazuje nárožní vila, původně administrativní zázemí továrny a bydlení majitele, která dnes slouží jako penzion, byt správce a půdní byt. Navazující přízemní objekt, který sloužil jako sklady, byl demolován. V původní stopě vznikla novostavba prodejny. Ve druhé etapě rekonstrukce interiéru hlavní budovy má dojít ke zprovoznění restaurace v 1. NP, baru v 1. PP a vinného sklepu v 1. PP nárožní vily. 8


❚

3/2012

S TAV E B N Í K O N S T R U K C E 4a

❚

STRUCTURES

1m

12 pĤdní byt 15 technologie 16 sprchy 17 šatna 18 wc 19 sprcha 20 procedĤra - whirlpool 21 procedĤra - pára 22 procedĤra - neoqi 23 procedĤra - kneippĤv chodník 24 odpoþívárna 25 terasa 26 venkovní sauna

26 6

25

3NP

24

15 15 12

17

16 6

17 1 7 18 1 8

16

19 9

23 3

17 22 2

18 18

21

15 5

5a

15 20

5b

3NP

1 recepce

4b

2 fitness/cardio 3 cycling/joga/fit-box/aerobic 4 kavárna 5 procedĤra - masáže 3

6 procedĤra - infra box 7 procedĤra - solarium 8 wc 1m

9 dČtský koutek 10 šatna personal 11 technologie 12 pĤdní byt 13 pokoj 14 terasa

3

10 10

9

8

8

11

7 6

4 14

13 3

1

5

Obr. 4 Výkresová dokumentace: a) 3. NP, b) 2. NP, c) řez ❚ Fig. 4 Drawings: a) 2nd above-ground floor, b) 1st above-ground floor, c) cross section

12 1 2 2

13

Obr. 5 a) Budoucí fitness hala po odstranění omítek, b) průběh rekonstrukce – obnažený železobetonový skelet haly ❚ Fig. 5 a) Future fitness hall after removing plasters, b) course of reconstruction – uncovered reinforced concrete frame of the hall

13 1

2NP

4c

Obr. 6 Wellness, a) původní stav před odstraněním nevyhovující stropní konstrukce, b) nový strop z předpjatých železobetonových panelů Spiroll, obvodové zdivo zbavené omítky ❚ Fig. 6 Wellness, a) original state before removal of ceiling structure, b) new ceiling from prestressed reinforced concrete Spiroll panels, perimeter murals without plaster

ěEZ PODÉLNÝ

6a

3/2012

❚

6b


9


❚

STRUCTURES

REKONSTRUKCE

I přes komplikované dispoziční úpravy bylo naším cílem do maximální možné míry zachovat charakter industriální stavby. Celým návrhem rekonstrukce se stále prolíná myšlenka na jedinečnost původní stavby. Nové zásahy se nesnaží překrýt starší vrstvy, ale naopak jejich kvalitu a syrovost podpořit, vtáhnout do současnosti. Otevřené halové prostory se svými odhalenými nosnými železobetonovými konstrukcemi zůstaly zachovány v prostoru fitnesscentra a restaurace. Spolu s očištěným cihlovým zdivem jsou dominantními prvky utvářejícími charakter interiéru. V prostoru tělocvičny ve 2. NP byl novému záměru nevyhovující původní železobetonový trojtrakt vybourán. Nový strop nad touto částí je z předpjatých panelů Spiroll. V návaznosti na syrovou úpravu stávajících železobetonových konstrukcí byly tyto nové stropy ponechány odhalené bez dalších povrchových úprav. Strop nad 3. NP byl díky dlouhotrvajícímu zatékání v havarijním stavu. Původní nízký dvojtrakt byl také nahrazen předpjatými panely, což umožnilo lépe zorganizovat nově navrženou dispozici wellness. Stropy jsou v exponovaných částech tentokrát vymalovány sněhově bílou barvou, splývají tak se stěnami a podlahou stejné barvy. Do celkově bílého ústředního prostoru se vpíjejí jednotlivé barevně pojaté wellnes atrakce. Ve výsledku stávající pohledové železobetonové konstrukce byly tryskáním nejprve zbaveny hrubých nátěrů a omítek. Olámané hrany, tvary prvků a jejich obnažená výztuž byly následně zaplombovány cementovou pastou. Tyto lokální opravy jsou přirozeně viditelné a podporují hrubé vzezření nosných prvků. Drolení a prašnost nosné konstrukce byla zastavena nástřikem organokřemičitým sanačním prostředkem – Porosilem Z30. Spáry v opískovaném cihlovém zdivu byly přepucovány cementovou směsí, která byla rozetřena i po exponovaných plochách. Touto úpravou došlo ke ztlumení výrazného cihlového tónu do jemnější šedorůžové korespondující s betony 7a

i bílou výmalbou, která nechává železobetonové konstrukce v halových prostorách vyniknout. Z ÁV Ě R

Záměrem konverze objektu bylo nalezení nové funkční náplně a její střízlivé stavební formy nedevastující původní kvality objektu. Těchto kvalit naopak využívá, zapojuje je do utvářeného interiéru, nestydí se šrámy a stáří poodhalit. Tato cesta také vedla k finančním úsporám. Nebyly zbytečně prováděny navyklé postupy, demolovány prvky, jejichž originalita by byla nenávratně nahrazena nákladným, přitom tuctovým řešením v možnostech soudobé produkce. Tovární objekt se v horních patrech proměnil ve sportovní volnočasové zařízení, které má být podpořeno gastronomickým zařízením v přízemí objektu. Zatím tato fáze nebyla zrealizována. Prostory přízemí bývalé továrny čekají na novou náplň – restauraci s venkovní terasou, vinné sklepy v suterénu. Přízemí a dvůr tak zatím nenabyl zamýšlenou živost. Investor Autoři SP, spolupráce Dodavatel stavební části Projekt Realizace Zastavěná plocha Užitná plocha Obestavěný prostor

Centrum Štefánikova, s. r. o. Skvadra – Ing. arch. Ondřej Volný, Ing. arch. MgA Milena Kubiszová Ing. Lukáš Semerad /Arplan Wigast 2000, s. r. o., řízené subdodávky investora 2008 až 2009 2009 až 2010 808 m2 2 000 m2 10 000 m3

Fotografie: Daniela Dostálková Ing. arch. MgA Milena Kubiszová Ing. arch. Ondřej Volný oba: Skvadra Pod Kaštany 7, 160 00 Praha 6 e-mail: [email protected], www.skvadra.cz 7b

Obr. 7 Schodiště, a) odstranění omítek, b) detail schodišťových nosníků po otryskání ❚ Fig. 7 Staircase, a) removal of plasters, b) detail of staircase beams after jetting Obr. 8 Současný stav po rekonstrukci, a) fitness hala, b) hlavní schodiště, c) recepce s posezením ve 2.NP mezi křídlem fitness a tělocvičnou, d) šatny s denním osvětlením ve 3. NP, e) tělocvična, spinningová hala ❚ Fig. 9 Current state after reconstruction, a) fitness, b) staircase, c) reception, d) locker rooms with daylight in 2st above-ground floor, e) gym and spinning hall

10


❚

3/2012


❚

STRUCTURES

8

8a

8b

8c

3/2012

❚


8d

8e

11


❚

STRUCTURES

TRANSFORMACE PONORKOVÉ ZÁKLADNY VE FRANCOUZSKÉM SAINT-NAZAIRE ❚ TRANSFORMATION OF SUBMARINE BASE IN SAINT-NAZAIRE, FRANCE

Surová, impozantní konstrukce ponorkové základny byla postavena během druhé světové války ve francouzském přístavu Saint-Nazaire. Nedávno byla část této tajemné upomínky na válku zrekonstruována a našla nové využití. Stala se místem pro centrum nově vznikajících forem umění a současnou hudbu. ❚

Raw, imposing construction of a submarine base, was built during WWII

in the port of Saint-Nazaire, France. One part of this mystery remembrance of the war has been reconstructed recently and has found its new function. It has become a centre of newly emerging forms of art and current music.

1

HISTORIE

O B N O VA VÁ L K O U Z N I Č E N É H O M Ě S TA

Město Saint-Nazaire bylo založeno v 19. století a od té doby zde vyrůstaly doky, přístavní hráze, natahovaly se jeřáby, svítily majáky a sklady... Před druhou světovou válkou byl přístav, který byl srdcem centra města, jedním z největších přístavů na atlantském pobřeží Francie. Vedly odtud transatlantické trasy do Jižní Ameriky. V červnu 1940 během bitvy o Francii přišla do Saint-Nazaire německá armáda. Přístav byl okamžitě využíván pro ponorkové operace. V říjnu sem dorazila mise z „Organisation Todt“ (německá státní polovojenská organizace pro realizaci veřejných prací, zejména pro stavbu silnic a výstavbu opevnění) a zkoumala možnosti postavení betonové ponorkové základny schopné odolat bombovým útokům z Anglie. Stavba byla schválena, část původních doků a budov byla zbourána a pod vedením inženýra Probsta začaly v únoru 1941 stavební práce. Doky 6, 7 a 8 byly dokončeny v červnu téhož roku, poté okamžitě následovala stavba doků 9 až 14 a od února do června 1942 zbývajících doků 1 až 5. Práce byly zakončeny stavbou věže. Základna a řada bunkrů pro německé námořnictvo byly umístěny přímo v ústí řeky Loiry, zhruba jeden kilometr od dnešního centra města. Projektanti stavby prokázali, že rozumějí svému řemeslu. Německá ponorková základna, která byla hlavním cílem spojeneckých bombardérů, odolala téměř padesáti bombovým útokům. Spojenci nebyli schopni základnu zničit, a proto bylo v roce 1943 rozhodnuto učinit město neobyvatelným a ztížit tak bojovou činnost v přístavu. Nálety však měly za následek stovky mrtvých civilních obyvatel a zničení téměř 85 % města. Nejhorší nálet byl 28. února 1943, kdy byla zničena téměř polovina města. Když bylo město v roce 1945 osvobozeno, francouzské námořnictvo převzalo základnu a používalo ji pro opravu válečných lodí a obchodních plavidel až do roku 1948. Poté byla využívána obchodními společnostmi a staviteli lodí pro stavbu minolovek pro francouzské námořnictvo (1953 až 1955).

Poválečná obnova města začala v roce 1949 v části města daleko od přístavu pod vedením architekta Noël Le Maresquier. Téměř neponičená základna však zůstala mohutnou bariérou oddělující město od přístavu a nebyla součástí poválečné obnovy. Přístav si musel počkat až do poloviny osmdesátých let, kdy proběhla rekonstrukce čtvrti Petit-Maroc, bylo vybudováno Ecomuzeum, zakotvena ponorka Espadon (vyřazená ponorka francouzského námořnictva). Začaly se zde pořádat významné hudební slavnosti a světelné show (v roce 1991 „světelný umělec“ Yann Kersalé uspořádal v průmyslovém přístavu světelnou show „Nuit des Docks“ [4]). Postupně dochází k obnově spojení mezi obyvateli města a přístavem. Přišel čas na usmíření. To je cílem projektu Ville-Port.

12

PROJEKT „VILLE-PORT“

Urbanistický projekt „Ville-Port“, s jehož realizací se začalo v roce 1994, spočívá v obnově plochy o velikosti 15 ha situované jen několik stovek metrů od centra města a pláže a je rozdělen na několik částí: • rekultivace ponorkové základny, • rozvoj obchodních a volnočasových aktivit v okolí základny, • stavba turistického a kulturního zařízení Escal‘Atlantic – netradiční muzeum transatlantické plavby, • výstavba veřejného a soukromého bydlení a kanceláří, • rekonstrukce veřejných prostranství mezi Maison du Peuple a ponorkovou základnou. V první fázi byly pod vedením barcelonského architekta Manuela de Solà Morales zpřístupněny tři kobky ve středu základny a střecha byla vybavena rampou umožňující vstup veřejnosti. Následoval projekt Alvéole 14 a v současnosti je v různých částech přístavu realizováno několik dalších projektů, které budou mít rozličné využití (rezidenční, komerční a kulturní).


❚

3/2012


Paris

Rennes

❚

STRUCTURES

2

Le Mans Orléans Angers Nantes

Tours

Saint-Nazaire

La Rochelle

Saint-Nazaire

3a

Obr. 2 Dobový záběr z ponorkové základny ❚ Fig 2 Period view from the submarine base 3b

Obr. 1 Přístav Saint-Nazaire s ponorkovou základnou Fig. 1 Port of Saint-Nazaire with the submarine base

❚

Obr. 3 Ponorková základna, a) situace (oranžově označena „ulice“ propojující rekonstruované kobky 12 až 14), b) axonometrie ❚ Fig. 3 Submarine base a) layout (orange “street” connecting the reconstructed cells 12 – 14, b) axonometric projection

4a

3/2012

❚

4b

Obr. 4 Kobka 14, a) příčný řez, b) podélný řez ❚ Fig. 4 Cell 14, a) cross section, b) longitudinal section


13


❚

STRUCTURES 5a

Obr. 5 VIP, a) jeviště, b) balkon a auditorium pro diváky Fig. 5 VIP, a) stage, b) balcony and audience Obr. 6

LIFE

❚

Fig. 6

5b

❚

LIFE

Obr. 7 Ulice, téměř 400 Led svítidel zavěšených ze stropu v pravidelném rastru vytváří „světelný koberec“, a) pohled do kobky 12, b) zvukové studio ❚ Fig. 7 The street, almost 400 LED lights suspending from the ceiling in a regular grid creates a “light carpet”, a) view into cell 12, b) sound studio Obr. 8 Radar, a) kryt radaru na berlínském letišti Tempelhof (2000), b) umístění krytu radaru na střechu základny po jeho demontáži a opětovné montáži (27. ledna 2007) ❚ Fig. 8 Radar, a) cover of the radar at Tempelhof Airport, Berlin (2000), b) placing of the radar cover onto the submarine base roof after its dismantling and re-assembling (January 27, 2007) Obr. 9

Střecha základny

❚

Fig. 9

Roof of the base

6

7a

14


❚

3/2012


❚

STRUCTURES

P O N O R K O VÁ Z Á K L A D N A

Rozměr základny je enormní: délka 300 m, šířka 130 m a výška 15 až 19 m. Střecha je z betonu a její tloušťka je 4 až 9 m. Na ploše 39 000 m2 je beton o cca objemu 313 000 m3. Na stavbě se podílelo více než 4 600 dělníků. Základna je rozdělena na čtrnáct kobek (alvéoles), z nichž osm bylo navrženo jako suché doky a šest jako vodní přístav. Kobky jsou uvnitř spojeny křižující „ulicí“ vybavenou kolejemi, které byly používány pro dopravu strojních částí. Zbourat základnu bylo nemožné. Bylo nepravděpodobné, že by francouzští inženýři uspěli tam, kde selhaly tisíce tun spojeneckých bomb. Ponorková základna tak zůstává jediným přeživším spojením s historií města Saint-Nazaire, které Vám může napomoci porozumět postupnému vývoji města. Zástupci radnice rozhodli o opětovném spojení města s nábřežím. Město chce, aby se základna stala novou spojnicí s přístavem, už ne bariérou. Návrh rekonstrukce byl silně ovlivněn neustávající, a často protichůdnou, debatou o tom, jak by měla být připomenuta památka účasti Francie na 2. světové válce.

8a 8b

P R O J E K T A LV É O L E 1 4

Spíše než se pokoušet stavbu základny skrýt nebo změnit, architekti z ateliéru LIN se rozhodli ponechat jí její hrubý exteriér. Stavba tak velkých rozměrů se pro ně stala ohromnou výzvou. Základna nebyla postavena pro lidi, ale pro stroje a pro válku. Lidé byli pouze součástí mechanického procesu a byli druhořadí. Obtížným cílem pro architekty proto bylo předělat prostor tak, aby byl přátelský pro lidi, ale současně mu ponechat i jeho původní formu. 9

Surová, působivá konstrukce ponorkové základny je přeměněna s minimálním zásahem, povznášejícím tajemnou atmosféru kobek bunkru. Kobky jsou přístupné z vnějšku pouze několika vstupy a rovněž je umožněn vstup na střechu. Nenásilná povaha této transformace je v ostrém kontrastu s ohromujícím monolitickým charakterem stávajícího místa. Základna je připravená pro nové využití a svou výjimečností je jistě zajímavá pro nové uživatele. Projekt, který nese název Alvéole 14, se týká rekonstrukce kobek 12 až 14 a je rozdělen na čtyři části: Mezinárodní centrum nových uměleckých forem (Lieu International des Formes Emergentes – LIFE) – pro experimentování, vývoj a prezentaci nových uměleckých forem. Jedná se o „Monoprostor“ v minimalistickém slohu, který je připraven přizpůsobit se rozličným uměleckým formám. Halu je možné otevřít velkou zasunovací bránou do přístavu. Nové kulturní zařízení bylo otevřeno na jaře 2007.

7b

3/2012

❚


15


❚

STRUCTURES

10

VIP (Scène de Musiques Actuelles) je auditoriem pro 600 diváků. Je zde také bar, balkon, archiv a nahrávací studia spolu s kancelářemi. VIP je koncertní sál „současné hudby“. Každoročně je zde pořádáno více než třicet koncertů – rock, pop, metal, světová hudba, elektro, reggae, blues, hip-hop, šansony… – na kterých hostuje více než osmdesát kapel a přijde na třináct tisíc návštěvníků. Ulice přetíná celý bunkr a vytváří spojení mezi jednotlivými kobkami. Světelný koberec, který je tvořen více než 400 LED lampami zavěšenými ze stropu ulice v pravidelném rastru, zjevně napomáhá navigaci a současně je ukázkou citlivosti rekonstrukce. Je prvkem propojujícím jednotlivé prostory vytvořené v projektu „Ville-Port I“ (muzeum „Escal´ Atlantic“, kobky 8 až 11) s novým projektem v kobce 14 a odkrývá možnosti pro nové využití tak, jak prochází bunkrem. Střecha, na které je umístěn kryt antény radaru a venkovní plošina. Kryt antény radaru je kopulovitá konstrukce, která byla používána jako kryt operační radarové jednotky na berlínském letišti Tempelhof v letech 1984 až 2003. Hliníkový rám je tvořen 298 trojúhelníky, každý pokrytý průhlednou membránou. V červenci 2004 byl kryt snesen ze své původní pozice na vrcholu letištní věže za pomoci 120 m vysokého jeřábu a následně byl rozložen na základní trojúhelníkové prvky. Po převozu do Saint-Nazaire byl na místě znovu sestaven a pomocí mobilního jeřábu umístěn na střechu bunkru. Z ÁV Ě R

Alvéole 14 je velmi zajímavým příkladem, jak lze znovu oživit průmyslová nábřeží měst a začlenit je jako jejich součást, což je v ostrém kontrastu s prázdnotou některých městských továren. Vliv rekonstrukce byl minimalizován, aby bylo možné zachovat tajemnou atmosféru konstrukce. Bunkr je skutečně ambivalentní: v jednu chvíli je bariérou i centrem dění. Oživením střechy díky lokálnímu vizuálnímu bodu a jejím zpřístupněním má potenciál stát se jedním z nejdůležitějších veřejných míst města. Architekti vytvořili velice flexibilní prostor, do kterého za16

Obr. 10 Alvéole 14 ve scenérii přístavu Saint-Nazaire ❚ Fig. 10 Alvéole 14 in the port of Saint-Nazare

Architektonický návrh Project manager Soutěž Dokončení stavby Plocha Cena

LIN, Finn Geipel and Giulia Andi Hans-Michael Földeak březen 2003 duben 2007 2 3 300 m2 (Alvéole 14), 2 270 m (veřejný prostor) 5,9 mil EUR (Alvéole 14), 1,2 mil EUR (veřejný prostor)

Zdroje: [1] Podklady z architektonického ateliéru LIN, Finn Geipel + Giulia Andi, Architects Urbanists [2] http://www.mairie-saintnazaire.fr [3] http://www.designbuild-network.com: Alvéole 14: The Art of War [4] www.ykersale.com

členili akustické panely vytvářející působivý zvuk. Představení, na které byl pozván německý umělec a skladatel Carsten Nicolai, bylo zvukovou zkouškou. Hudba dosahovala o půlnoci 120 dB a byla nejen otestováním zvukových kvalit nově navržených prostor, ale hlavně zkouškou dobré vůle místních obyvatel. Vzhledem k přítomnosti starosty si nikdo nestěžoval… Alvéole 14 je působivou renovací a její rozsah pravděpodobně zastínil všechny další pokusy o znovuoživení konstrukce postavené během temného období nedávné evropské historie. Architektům se podařilo transformovat Alvéole 14 do kulturního centra 21. století. Základna se stala aktivní součástí Saint-Nazaire a část historie byla městu navrácena zpět. Fotografie: Architektonický ateliér LIN, Finn Geipel + Giulia Andi, Architects Urbanists Redakce děkuji architektonickému ateliéru LIN za poskytnuté podklady. Připravila Lucie Šimečková


❚

3/2012


1a

❚

STRUCTURES

1b

PROJEKT REKONSTRUKCE MOSTU TAI PING BRIDGE RENOVATION PROJECT

❚

TAI PING

Projekt Tai Ping Bridge, spočívající v rekonstrukci a povrchové úpravě tři sta

H I S T O R I E M Í S TA

let starého mostu v čínské provincii Guizhou, byl vedený studenty a profeso-

Poprvé byl na tomto místě postaven kamenný most za dynastie Qing, cca okolo roku 1700. Další vývoj mostu je schematicky znázorněn na obr. 2. Most situovaný ve středu vesnice se stal centrem, kde se vesničané shromažďovali a bylo zde i hlavní tržiště. V očích tamních obyvatel se jedná o místní ikonu. Důležitost mostu poněkud zastínila stavba nedale-

ry z hongkongské univerzity, trval dva roky a byl součástí udržitelného rozvoje čínských vesnic. Třebaže prvotním úkolem byla oprava poškozeného oblouku, důležitější otázkou bylo, jak revitalizovat kdysi tak důležité a historické místo. Po rekonstrukci se revitalizace podařila a most se opět stal veřejným místem. ❚ The Tai Ping Bridge Project was focused on reconstruction and surface treatment of a three-hundred-years old bridge in Chinese province Guizhou. The project, led by students and professors from Hong Kong University, last two years and was aimed at sustainable development of Chinese villages. Although the primary task was to repair the broken span, there was a more important question: how to revitalize once so important and historical place. After reconstruction it become clear that the revitalization has been successful and the bridge became a public place again. 2

Obr. 1 Tai Ping Bridge, a) původní stav, b) stav po rekonstrukci ❚ Fig. 1 Tai Ping Bridge, a) original state, b) after reconstruction Obr. 2 Schematický vývoj mostu of the bridge

❚

Fig. 2

Obr. 3 Schematický průběh rekonstrukce reconstruction

❚

Scheme of development Fig. 3

Scheme of the

3

1700 Qing Dynasty

1900

1950

2005

3/2012

❚


17


4

❚

STRUCTURES

5

6

ké hlavní komunikace. Navíc, protože nebyla prováděna žádná údržba, byl při povodních v roce 2005 jeden mostní oblouk zcela zničen. H L AV N Í C Í L E P Ř E S TAV B Y

Rekonstrukce a úpravy stávajícího kamenného mostu měly následující hlavní cíle: • zachovat architektonickou hodnotu místa, • stabilizovat stávající most, • nahradit přerušený mostní oblouk novým, • provést novou povrchovou úpravu celé mostní konstrukce, • revitalizovat místo. VLASTNÍ REKONSTRUKCE

Průběh rekonstrukce je schematicky znázorněn na obr. 3. Nejprve bylo nezbytné zajistit stabilitu mostní konstrukce – byla zmapována poloha trhlin, které byly poté zainjektovány (obr. 4). Během dvou měsíců období sucha bylo postaveno dřevěné bednění mostního oblouku (obr. 5). Pro spodní líc mostního oblouku byly použity betonové prefabrikáty, kon-

strukce mostu pak byla doplněna kameny z původního oblouku (obr. 6). Na celém mostu byla položena nová hydroizolace. Betonové prefabrikáty, vyrobené v nedaleké továrně, je možné rozdělit do čtyř skupin: • konstrukční prvky – pro mostní oblouk, • dlažební prvky, • prvky pro osázení zelení, • prvky sloužící pro posezení (obr. 7a, b). Trojúhelníkové formy byly zvoleny proto, že umožnily spojovat prvky různé velikosti v rozsáhlejší plochy (obr. 8). Otvory různých velikostí byly vytvořeny za použití běžných trubek PVC. Studenti, dobrovolníci a vesničané nakonec osázeli most kombinací darovaných rostlin a rostlin rostoucích divoce v okolních horách (obr. 9). Z mostu se podařilo znovu vytvořit životaschopné veřejné místo, které má řadu využití. Celý projekt byl postaven za 25 000 USD. PROJEKTOVÝ TÝM

Na projektu se podíleli učitelé a studenti Univerzity v Hong Kongu (HKU) a Chongqing University (CQU). Na Fakultě ar7a

18

7b


❚

3/2012


8

STRUCTURES

9

chitektuty na HKU vznikl Community Project Workshop (CPW), který poskytuje návrhy a konzultační servis vládním i nevládním organizacím a účastní se neziskových projektů vyžadujících meziodvětvové expertízy od všech vědních oborů fakulty: Architektura, Krajinná architektura, Nemovitosti a konstrukce, Urbanistické plánování a návrhy. Spolupracuje také s dalšími fakultami v rámci Univerzity a v případě potřeby i s externími odborníky. Týmy CPW jsou složeny z řad zaměstnanců fakulty, externích odborníků, univerzitních studentů a poslanců. AR AWARDS FOR EMERGING ARCHITECTURE

Mosty získávají již po léta ocenění v soutěži AR Awards for Emerging Architecture. Ať již je oceňováno jejich konstrukční nebo výrazové vylepšení (Miro Rivera‘s pedestrian bridge, vítěz 2006), nebo sociální a ekonomická spojení (Li Xiaodong‘s Bridge School, vítěz 2009), vždy přitahují pozornost poroty. Most Tai Ping nebyl výjimkou, ačkoliv v tomto případě určitý čas trvala debata, která vyvstala v souvislosti s použitím hruPoužité zdroje: [1] http://www.arch.cuhk.edu.hk [3] http://fac.arch.hku.hk/cpw/ [2] http://www.architecturalreviewawards.com

3/2012

❚

❚

bých betonových prefabrikovaných prvků na historicky cenné kamenné konstrukci poměrně dlouho. Nakonec, jak jinak, celkový příběh mostu zvítězil, porota souhlasila a projekt mostu získal v roce 2010 ocenění. Redakce děkuje za poskytnuté materiály a fotografie Fakultě architektury Univerzity v Hong Kongu. Připravila Lucie Šimečková

Obr. 4 Stabilizace mostu zainjektováním trhlin of the bridge by cracks’ injecting Obr. 5 span

❚

Bednění mostního oblouku

Fig. 5

❚

Fig. 4

Stabilization

Formwork of the bridge

Obr. 6 Doplnění mostního oblouku betonovými prefabrikáty a recyklovanými kameny z původní stavby ❚ Fig. 6 Bridge span completing with concrete prefab elements and recycled stones from the original construction Obr. 7 Betonové prefabrikáty, a) schematické znázornění tvaru a funkce jednotlivých prvků, b) pro stavbu bylo použito 10 470 kusů ❚ Fig. 7 Concrete components, a) scheme of the shape and function of the individual parts, b) 10470 pieces were used for the construction ❚

Obr. 8

Dláždění povrchu

Obr. 9

Závěrečné osázení zelení


Fig. 8 ❚

Paving of the surface Fig. 9

Final verdure planting

19


❚

STRUCTURES

ZESÍLENÍ BETONOVÉ KONSTRUKCE – ANALÝZA, VARIANTY NÁVRHU A REALIZACE ❚ STRENGTHENING OF A CONCRETE STRUCTURE – ANALYSIS, ALTERNATIVE DESIGN AND REALIZATION Petr Štěpánek, Petr Šimůnek, Ivana Laníková

Preliminary designed alternatives were compared according to technical and economical aspects. The selected variety (steel bandages with

V rámci rekonstrukce a dostavby areálu vyso-

additional external prestressing) is described in

ké školy v Olomouci byly zjištěny nedostatečné

this paper in more detail.

pevnosti betonu nosné konstrukce objektu, jehož výstavba probíhala v 50. letech minulého století. Na základě výsledků stavebního průzkumu byly navrženy tři varianty statických opatření: ocelová bandáž doplněná vnějším předpětím, ocelová bandáž doplněná tuhou ocelovou výztuží nebo přídavná železobetonová konstrukce ze stříkaného betonu. Varianty byly porovnány z technického i ekonomického hlediska. Článek popisuje vybranou variantu – ocelovou bandáž doplněnou vnějším předpětím. ❚ During the reconstruction and completion of the University in Olomouc built in the 1950s, it was discovered that the concrete used in the load-bearing structure was of insufficient strength. Based on the results of the structure surveying, three structural repair measure possibilities were designed, namely: steel bandages with additional external prestressing, steel bandages supplemented with rigid steel reinforcement, additional reinforced concrete structure made from sprayed concrete.

Objekt vysoké školy v Olomouci byl vystavěn v letech 1955 až 1960. Architektonický návrh vycházel z ateliéru Jiřího Krohy ve spolupráci s ateliérem Václava Roštlapila z let 1950 až 1952 (obr. 1). Je součástí komplexu budov, jehož jednotlivé objekty jsou odděleny dilatačními spárami. Vlastní řešená část je tvořena železobetonovým skeletem – sloupy a průvlaky, které prochází obousměrně v rastru tvořeným sloupy a deskami uloženými na průvlacích. Poměrně rozsáhlá a členitá konstrukce (obr. 2, 7 a 8) je založená na železobetonových patkách a pasech v různých výškových úrovních. Objekt má čtyři nadzemní podlaží: v 1. NP (a sníženém 1. NP) je technické zázemí, dílny, sklady apod., v 2. NP v úrovni hlavního vstupu do objektu je foyer, šatny, respirium a stupňovitá vel-

ká aula na výšku dvou podlaží se zázemím, v 3. NP je balkón foyeru a dvě malé posluchárny ve sklonu, v průčelí budovy pak učebny a kanceláře. V 4. NP je půdní prostor a strojovna výtahu; střešní konstrukce je nad foyerem tvořena dřevěným krovem a nad malými posluchárnami a aulou kovovým krovem s vazníky, jejichž dolní pásnice zároveň vynášejí strop – desky Hurdis uložené do ocelových nosníků. Prostor nad otevřeným foyer je zastropen kopulí (provedena obdobným způsobem jako monierka) se světlíkem, která je vynášena šikmými nosníky s táhly. S TAV E B N Í P R Ů Z K U M

V letech 1996 až 2011 bylo v objektu provedeno několik dílčích kontrol stavu konstrukce, při kterých byla zjištěna nízká pevnost betonu nosných konstrukcí (C4/5, C8/10 apod.). V souvislosti s plánovanou rekonstrukcí 1. NP (a dalším rozšiřováním areálu) byl v první polovině roku 2011 proveden ve dvou etapách podrobný staveb-

Obr. 1

Hlavní vstup do objektu

Obr. 2 floor)

Foyer (2. a 3. NP)

❚

❚

Fig. 1

Frontal view

Fig. 2 Hallway (1st and 2nd above-ground

Obr. 3 Půdorys objektu; třídy pevnosti betonu jednotlivých prvků ❚ Fig. 3 Structure layout; strength classes of concrete members Obr. 4 Stav sloupu po odstranění omítky a nesoudržných částí a nanesení antikorozní ochrany výztuže ❚ Fig. 4 Condition of a typical column (following the removal of plaster and incoherent parts and coating corrosion-proof agent) Obr. 5 Stav průvlaků po odstranění omítky a nanesení antikorozní ochrany výztuže ❚ Fig. 5 Condition of a typical girder (after removal of plaster and coating corrosion-proof agent) Obr. 6 Nedostatečná krycí betonová vrstva výztuže desky, stav po odstranění omítky a izolačních desek ❚ Fig. 6 Slabs – insufficient concrete cover (after removal of insulating slabs and plaster)

1

2

20


❚

3/2012


3

4

5

6

ní průzkum nosné železobetonové konstrukce: sloupů v 1. NP (následně také částečně v 2., 3. a 4. NP) a stropní konstrukce nad 1. NP. První etapa zahrnovala prostor 1. NP a prostor strojovny výtahu v 3. NP a 4. NP. Celkem bylo odebráno patnáct jádrových vývrtů Ø 100 mm z nosných sloupů, deset jádrových vývrtů Ø 75 mm z průvlaků a osm jádrových vývrtů Ø 50 mm ze stropních desek. Druhá etapa zahrnovala prostory 1. NP z důvodu ověření pevností ve střední části konstrukce a dále vybrané (výrazněji zatížené) sloupy v 2. a 3. NP. Průzkumem zjištěná pevnost betonu sloupů se pohybuje v rozmezí C3/3,5 až C9/12,5, průvlaků C6/7,5 až C9/12,5 a stropních desek C12/15. Projektová třída betonu byla B170 (C10/13,5). Vzhledem ke značnému rozptylu zjištěných pevností v rámci konstrukce byly při statickém přepočtu a posuzování prvků uvažovány v jednotlivých částech konstrukce rozdílné pevnosti betonu (obr. 3). Výztuž byla použita hladká, dle projektu ocel 10370 s návrhovou pevností 180 MPa. Výkresová dokumentace statické části je dochována v nekompletní podobě. Množství a umístění výztu3/2012

❚

že bylo na vybraných sloupech a průvlacích ověřováno a víceméně odpovídá (odchylka cca ± 20 %) projektové dokumentaci. V nosné konstrukci nebyly vizuální kontrolou zjištěny závažné statické poruchy (deformace nebo trhliny), při postupném odstraňování omítek ovšem došlo k odhalení lokálních poruch, vlasových trhlin a nedostatků v kvalitě použitého betonu, resp. uložení výztuže (obr. 4, 5 a 6). N ÁV R H S A N A C E

Z výsledků průzkumů vyplývá, že jak u sloupů, tak u průvlaků v rámci 1. NP (a některých sloupů 2. NP) je beton s velmi nízkou pevností v tlaku (od C3/3,5 do C9/12,5), kterou norma pro navrhování betonových konstrukcí vůbec neuvažuje [3] (uvedena je nejnižší pevnostní třída až C12/15). I při uvážení tak nízkých hodnot pevnosti betonu řada sloupů nesplní požadavky [3] na mezní stav únosnosti (obr. 10), problém je také se zaručením další životnosti, resp. dostatečné trvanlivosti. Proto je u všech sloupů a průvlaků na úrovni 1. NP navržena ocelová bandáž. V celém rozsahu objektu je nedostatečné množství výztuže v oblastech záporných momentů u průvlaků. Většinou


❚

STRUCTURES

se jedná pouze o podélnou výztuž tvořenou prodlouženými částmi smykové výztuže (ohyby). Přitom výztuž v některých polích není schopna převzít případné namáhání z podpor – v případě, že by se uvažovala redistribuce. V okrajových částech průvlaků je doplněna pouze konstrukční výztuží stykovanou právě ve styčnících – chybí rovné nosné vložky. Je tedy možno souhrnně konstatovat, že průvlaky na mnoha místech nevyhovují na přenesení ohybových momentů ani po redistribuci (a následné redukci) ohybových momentů; průzkumem zjištěné množství výztuže v oblastech kladných momentů je nedostatečné. Proto bylo potřeba provést také zesílení vodorovných průvlaků. Byly navrženy tři varianty sanace nosné konstrukce: • ocelová bandáž sloupů, ocelová bandáž průvlaků a zesílení průvlaků ocelovými profily uloženými na bandáži sloupů, • ocelová bandáž sloupů, ocelová bandáž průvlaků a zesílení průvlaků externím předpětím pomocí monostrandů, • přídavná železobetonová konstrukce ze stříkaného betonu. U každé z variant se uvažovalo i se zajištěním trhlinami narušeného zdiva skle21


❚

STRUCTURES

7

8

9

Interakční diagram sloupu (8ø20) 3000 2537,430075 2452,518117

Normálová síla [kN]

2500 2000 1319,13 1500

1202,79 1000 1105,70071 1149,139846 500 0 0

50

100

150 200 Moment [kNm]

250

300

Kombinace pro maximální normálovou sílu Kombinace pro maximální moment Únosnost sloupu s bandáží Únosnost sloupu bez bandáže

10

11

12

22


❚

3/2012

❚


něnou FRP (Fiber Reinforced Polymers) výztuží kotvenou do drážek, která má srovnatelné vlastnosti s ocelovými nerezovými výztužemi používanými k obdobným účelům, ale její aplikace vychází ekonomicky výhodněji. Na základě ekonomických (množství oceli použité na sanaci), statických a technických aspektů (co nejmenší další přitížení konstrukce) byla zvolena varianta s použitím bandáže a dodatečným externím předpětím většiny průvlaků. Některé průvlaky budou zajištěny podepřením ocelovými nosníky, resp. u masivních a málo zatížených průvlaků je uvažováno pouze s bandáží. Pro statické posouzení byl vytvořen prostorový výpočtový model nosné konstrukce objektu a řešen MKP (obr. 7 a 8). Pevnost betonu desek je dostatečná (C12/15). Nicméně při ověřování únosnosti bylo zjištěno, že u desek s rozpětím 3,6 x 6,4 (6,3) m je nedostatečné vyztužení (v obou směrech ø 10 po 200 mm). Proto bylo navrženo podepření nevyhovujících desek ocelovými profily. Ostatní desky převážně čtvercového tvaru (s rozponem 3,6 x 3,6 m) z hlediska mezního stavu porušení ohybovým momentem vyhoví (6 ø 10 mm na 1 m šířky).

BANDÁŽ SLOUPŮ A PRŮVLAKŮ

Nosné ocelové profily bandáže sloupů byly navrženy s ohledem na aktuální deformační stav sloupů při provádění bandáže, napjatost v bandáži byla určena na základě deformační rezervy stávajícího železobetonového sloupu. Schéma provedení bandáže je na obr. 9, 11 a 12. Vnesení příčného napětí do sloupu je zajištěno postupným zahříváním pásků bandáže o teplotu cca 100 °C (oproti teplotě nenahřátých částí bandáže; kontrola teploty termokřídou) a přivařením k rohovým úhelníkům. Vzhledem k nízké pevnosti betonu průvlaků bylo nutné provést také bandáž většiny průvlaků, a to po dokončení bandáží sloupů. Bandáž průvlaků je vždy uložena na bandáž sloupů ve stycích sloupů a průvlaků (je zajištěn přenos části zatížení z průvlaků do bandáže sloupů). Při posuzování sloupů s bandáží se vycházelo z napjatostního stavu sloupu, který odpovídá zatížení při provádění bandáže. Do únosnosti sloupu s bandáží (obr. 10) byla započítaná únosnost jen těch rohových úhelníků, které se nacházejí v tlačené oblasti sloupu: • pro danou excentricitu zatížení v případě posouzení kombinací zatížení pro maximální normálovou sílu a/

STRUCTURES

nebo maximální momenty v jednom či druhém směru (odděleně), obr. 10, • pro danou normálovou sílu v případě posouzení kombinace, která vyvodí největší interakci momentů v navzájem kolmých směrech dle vztahu normy [3]: a

a

© MEdy ¹ © MEdz ¹ º f1 , ª º ªª « MRdz » « MRdy º»

kde MEdz, MEdy je návrhový moment k příslušné ose včetně účinků druhého řádu, MRdz, MRdy je ohybová únostnost k příslušné ose a a je exponent závislý na tvaru průřezu, návrhové hodnotě normálové síly a únostnosti. ZESÍLENÍ VODOROVNÝCH PRVKŮ EXTERNÍM PŘEDPĚTÍ

Hodnoty předpínacích sil a geometrie vedení lan (umístění deviátorů, kotev atd.) byly určeny tak, aby byly částečně vyrovnány ohybové momenty a posouvající síly v průvlacích od části stálého zatížení (obr. 13 a 14). Byla použita lana Monostrand HDPE 1670/1860 ø 12,7 mm nebo HDPE 1670/1860 ø 15,2 mm. Horní deviátory jsou tvořeny ocelovým plechem ohnutým do tvaru části válcové plochy o poloměru 400 mm,

Obr. 7 Výpočtový model nosné konstrukce objektu ❚ Fig. 7 FEM computing model of the load-bearing structure

13

Obr. 8 Výpočtový model nosné konstrukce objektu – prutové prvky řešeného 1. NP ❚ Fig. 8 FEM computing model of the load-bearing structure – beams and columns within the ground floor Obr. 9 Způsob provedení ocelové bandáže diagram of a steel bandage

❚

Fig. 9

Schematic

Obr. 10 Interakční diagram sloupu bez bandáže a s bandáží ❚ Fig. 10 Column interaction diagram (without and with bandage) Obr. 11 Nahřívání pásku bandáže – preheating Obr. 12 Provedení bandáže sloupu application

❚

Fig. 11 ❚

Fig. 12

Bandage application Bandage

Obr. 13 Část půdorysného schématu vedení předpínacích lan Fig. 13 External unbonded tendon trajectories – part of the ground plan

❚

Obr. 14 Trajektorie vedení externí nesoudržné předpínací výztuže ❚ Fig. 14 External unbonded tendon trajectories 14

3/2012

❚


23


❚

STRUCTURES

17 Obr. 15 Překotvení u vnitřního průvlaku ❚ Fig. 15 Detail of one of the anchorages – inner girder Obr. 16 Kotva v obvodovém průvlaku ❚ Fig. 16 Detail of the anchor in the peripheral girder Obr. 17 Kotva v blízkosti dilatační spáry ❚ Fig. 17 Detail of the anchor – girder close to shrinkage joint

15

16

Literatura: [1] ČSN ISO 13822 Zásady navrhování konstrukcí – Hodnocení existujících konstrukcí [2] ČSN EN 12504-1 Zkoušení betonu v konstrukcích – Část 1: Vývrty – odběr, vyšetření a zkoušení v tlaku [3] ČSN EN 1992-1-1 Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí – Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby

který je osazen do maltového lože. Vedení lana je zajištěno přivařenými pruty z hladké oceli po krajích plechu. Deviátory jsou umístěny po stranách sloupů. Dolní deviátory jsou tvořeny svařencem, lano je vedeno přes plech také o poloměru 400 mm, který je prostřednictvím dvou kusů I profilů přivařen přímo na úhelníky bandáže průvlaků. Vzhledem k průběhu vnitřních sil od zatížení stálého a užitného (rovnoměrná spojitá zatížení) je vhodné umístit v polích dva deviátory; bylo použito u průvlaků větších rozpětí (cca 6 m). U průvlaků kratších rozpětí (tj. 3,6 m) musel být umístěn jeden deviátor uprostřed pole. V opačném případě by bylo vzhledem k malému rozpětí pole a výškovému převýšení vedení lana v poli a nad podporou (velké úhlové změny trasování kabelu) nutno poloměry zakřivení plechů deviátoru zmenšit, aby nedošlo k zalomení kabelu o hranu deviátoru. U delších průvlaků jsou vedena lana po stranách průvlaku. U kratších nosníků, kde je potřebné předpětí menší, je lano vedeno pouze po jedné straně nosníku. Z důvodu přenesení krouticího momentu v místě přivařeného dolního deviátoru jsou zhuštěny svislé třmeny bandáže průvlaku. Lana jsou vedena 50 mm od líce sloupů (průřez 450 x 450 mm) a protože šířky průvlaků jsou rozdílné (od 300 24

do 450 mm), byly vodící plechy dolních deviátorů umístěny tak, aby vedení lana zůstalo ve svislé rovině a průvlaky nebyly namáhány dalším momentem ve vodorovné rovině. Kotvení lan je provedeno většinou v obvodových průvlacích, neprůběžná lana pak ve vnitřních průvlacích ve výšce navazující železobetonové desky; pouze v místech výškových změn stropní konstrukce bylo nutné navrhnout překotvení lan (obr. 15, 16 a 17). Předpínací síly na jedno lano jsou v rozmezí 70 kN u lan zesilujících kratší průvlaky a až 100 kN u lan zesilujících nosníky delších rozpětí – tato lana budou předpínaná ve dvou fázích tak, aby nedošlo při napínání (kdy jsou odstraněny podlahy) ke vzniku opačných momentů než od zatížení, které by porušily konstrukci vznikem kolmých trhlin. Proto druhá fáze napínání proběhne až po zhotovení podlah.

ném návrhu sanace jej lze i nadále dlouhodobě a bezpečně využívat. Ekonomické a technické srovnání jednotlivých alternativ sanace umožnilo nalézt optimální řešení, které zajistí dostatečnou spolehlivost a trvanlivost sanované konstrukce. Prezentované výsledky byly získány za finančního přispění MPO ČR projektu FR TI4 159 „Light structures – progresivní konstrukce z moderních kompozitních materiálů“ a za finančního přispění GA ČR projektu P104/10/2153 „Kompozitní konstrukce na bázi vysokohodnotných silikátů a dřeva – environmentální optimalizace a experimentální ověření“. Prof. RNDr. Ing. Petr Štěpánek, CSc. e-mail: [email protected], [email protected] Ing. Petr Šimůnek, Ph.D. e-mail: [email protected]

Z ÁV Ě R

Ing. Laníková Ivana, Ph.D.

Jinak zachovalá a po architektonické stránce krásná budova musí být nákladně sanována z důvodu použití nekvalitního betonu, který vykazuje nedostatečnou pevnost. I přes zjištěné nízké pevnosti betonu není nutné objekt odstranit (jak by tomu bylo např. v případě použití betonu s hlinitanovým cementem), po vhod-

e-mail: [email protected] Všichni tři: Fakulta stavební VUT v Brně Ústav betonových a zděných konstrukcí Veveří 95, 602 00 Brno a BESTEX, spol. s r. o. Křenová 42, 602 00 Brno


❚

3/2012

NORMY • JAKOST • CERTIFIKACE

❚

STANDARDS • QUALITY • CERTIFICATION

ENVIRONMENTÁLNÍ PROHLÁŠENÍ O VÝROBKU – ČESKÝ CEMENT ❚ ENVIRONMENTAL PRODUCT DECLARATION – CZECH CEMENT Stanislava Rollová

CEM I - Portlandský cement

První sektorové environmentální prohlášení o výrobku v České republice

CEM II - Portlandský struskový cement, Portlandský s vápencem D3RUWODQGVNìVPğVQì

pro stavební materiál bylo vytvořeno pro „Český cement“. Článek se věnuje

8%

1%

CEM III - Vysokopecní cement

posouzení životního cyklu cementu. ❚ The first sectorial environmental

&(096PğVQìFHPHQW

product declaration in the Czech Republic for the construction material was created for the „Czech cement.“ The article deals with life cycle

49%

assessment of cement. 42%

ČESKÝ CEMENT

Svaz výrobců cementu, který sdružuje výrobce cementu v ČR, se rozhodl v roce 2010 vytvořit první studii posouzení životního cyklu (LCA – Life Cycle Assessment) cementu pro získání informací o dopadech životního cyklu cementu na životní prostředí jako podklad pro sektorové environmentální prohlášení o výrobku (EPD – Environmental Product Declaration). 97 % celkové domácí výroby cementu je v České republice rozděleno mezi čtyři výrobce – Českomoravský cement, a. s., nástupnická společnost (závody Mokrá a Radotín), Holcim (Česko), a. s., (Prachovice), Lafarge Cement, a. s., (Čížkovice) a Cement Hranice, a. s. Všechny v současnosti provozované cementářské pece jsou konstruovány pro suchý systém výpalu slinku s vícestupňovým výměníkem, případně ještě doplněným předkalcinátorem. Tento systém je energeticky i environmentálně progresivní a patří k nejlepším dostupným technikám (BAT – Best Available Techniques) pro výpal slinku. Cementárny v ČR patří k evropské špičce, a to jak z hlediska úrovně řízení a technologie, tak z hlediska životního prostředí. E N V I R O N M E N TÁ L N Í P R O H L Á Š E N Í O V Ý R O B K U

Environmentální prohlášení o výrobku umožňuje zákazníkovi porovnávat environmentální profil výrobku na základě životního cyklu. EPD je dobrovolným, tržně orientovaným nástrojem ochrany životního prostředí. Poskytuje kvantifikované environmentální údaje používající předem stanovené parametry a tam, kde je to relevantní, také doplňkové environmentální informace. Cílem EPD je povzbudit poptávku a nabídku takových výrobků, které představují menší zatížení pro životní prostředí, a to prostřednictvím sdělování ověřitelných, přesných a nezavádějících informací. Pro zajištění celosvětové srovnatelnosti je v ČR upraveno normou ČSN ISO 14025. Ekologicky orientované EPD poskytuje nový tržní rozměr, jak informovat o environmentální vlastnosti výrobku, což přináší řadu výhod, jak pro výrobce vytvářejícího si EPD, tak pro ty, kteří využívají informace, které EPD poskytuje. EPD je registrovaná ochranná známka, která může být používána k propagaci environmentálních vlastností výrobku. Zatím je EPD založeno na principu dobrovolnosti. Vývoj však ukazuje, že v minulosti některé původně dobrovolné nástroje, jako např. ISO 14001 nebo EMAS, jsou dnes neodmyslitelnou součástí řízení společností, které takto dávají najevo svůj postoj k ochraně životního prostředí. POSOUZENÍ ŽIVOTNÍHO CYKLU

Před nezávislým přezkoumáním EPD a jeho následným vydáním musí být nejprve vypracována studie posouzení LCA. 3/2012

❚

1 Obr. 1 Vyráběné druhy cementu v ČR v období 2005 až 2007 ❚ Fig. 1 Cement produced in the CR in 2005–2007

Posuzování životního cyklu je systematický proces vyhodnocování potenciálních dopadů produktu na životní prostředí, při kterém jsou brány v úvahu všechny fáze životního cyklu od získávání surovin až po konečné odložení odpadu do země (tzv. „od kolébky po hrob“). Uvažovány jsou emise do všech složek životního prostředí během výroby, užívání i odstraňování produktu. Zahrnovány jsou rovněž příspěvky procesů získávání surovin, výroby materiálů a energie, pomocných procesů. Zpracovávané údaje v rámci LCA jsou přepočítány na výsledky indikátorů kategorií – globální oteplování, poškozování ozonové vrstvy, acidifikace, eutrofizace a tvorba fotooxidantů. Tyto kategorie dopadů z výstupů pak slouží k porovnávání environmentálních obrazů posuzovaných systémů. LCA tak poskytuje ucelený pohled na výrobek a umožňuje porovnání systémů zajišťujících stejnou funkci. Teprve popsání celého procesu mnohdy napoví výrobci, kudy vede cesta ke snižování ekologické zátěže a zároveň ukáže vhodný směr optimalizace výrobního procesu. Metoda LCA má pevně danou strukturu a provádí se podle mezinárodních norem řady ČSN EN ISO 14040. Prvním krokem v cestě k EPD přes LCA je zavedení pravidel produktových kategorií (PCR – Product Category Rules). Jedná se o sestavu pravidel požadavků a směrnic pro vývoj EPD pro danou produktovou kategorii. Pravidla jsou zveřejněna na internetových stránkách www.environdec.com. LCA CEMENTU

V souladu s PCR nezahrnuje LCA cementu uživatelskou fázi, ani konec životnosti, neboť cement je používán jako stavební materiál pro různé aplikace, může tedy plnit různé funkce. Deklarovaná jednotka je 1 000 kg vyprodukovaného cementu. Pro zpracování celého dokumentu bylo zvoleno časové období 2005 až 2007 (obr. 1). Důvodem pro volbu uvedeného období je jednoznačná povinnost výrobců z konkurenčních důvodů neposkytovat obecně vnitřní údaje dříve než po uplynutí 3 let.


25


❚


100%

700

90%

600

80%

500

[kg/1 t cementu]

70% Balení cementu 60% Mletí cementu 50%

Výpal slínku

40%

Příprava surovin. moučky

30%

Těžba vápence

400 300 200

20%

0

10%

-100

0% Globální Poškozování Acidifikace oteplování ozon. vrstvy

Příprava surovinové moučky

100

Těžba vápence

Mletí cementu

Výpal slínku

Skladování cementu

-200

Tvorba Eutrofizace fotooxidantů

2

Sběr dat byl prováděn postupně podle poznávání procesu a jeho složitosti. V rámci výroby cementu jsou trvale a pečlivě sledovány a uchovávány datové podklady o všech materiálových a energetických vstupech a výstupech, včetně dat environmentálních. Při získávání údajů od výrobců cementu je třeba konstatovat, že zvyklosti a technické potřeby sledování údajů jsou v LCA strukturně jinak orientovány. Data byla sbírána samostatně pouze pro účely této studie přímo z technologického a environmentálního procesu a nejsou součástí žádné (výroční, environmentální) zprávy jednotlivých podniků. Výpočet výsledků inventarizační analýzy byl proveden tzv. Boustead Modelem verze 5.11 na základě shromážděných a zpracovaných údajů, přepočítaných na deklarovanou jednotku. Výstupy jsou prezentovány v kategoriích spotřeby energie, paliv, surovin a vody, emisí do ovzduší a do vody a produkce odpadů.

3

4

DISKUZE VÝSLEDKŮ

Studie LCA cementu prokázala nejvyšší environmentální zátěž ve fázi výpalu slinku. Vstupy se týkají zejména spotřeby energie a vápence. Graf (obr. 2) ukazuje příspěvek jednotlivých fází životního cyklu cementu ke kategoriím dopadu. Příspěvek fáze výpal slinku je s výjimkou kategorie dopadu poškozování ozónové vrstvy výrazný ve všech dalších kategoriích, zejména v kategorii dopadu globální oteplování a tvorba fotooxidantů. Přínosem pro životní prostředí je spotřeba průmyslového odpadu v procesu výroby slinku jako alternativního paliva a druhotných surovin, což přispívá zachování přírodních zdrojů, snížení emisí a CO2 a odstranění odpadů. Největší množství odpadu produkuje fáze těžby surovin včetně energetických, jako je např. uhlí (obr. 3). V případě vápence se

Obr. 2 Příspěvky jednotlivých fází životního cyklu ke kategoriím dopadu ❚ Fig. 2 Stages of the life cycle which contribute to impact categories Obr. 3 Graf produkce odpadu of cement Obr. 4 Mezinárodní EPD značka EPD logotype

❚

Fig. 3 ❚

Obr. 5 Ověření EPD „Český cement“ EPD Czech cement

26

Waste during life cycle

Fig. 4 ❚

International

Fig. 5

Verification

5

Literatura: [1] ČSN ISO 14025 – Environmentální značky a prohlášení – Environmentální prohlášení typu III – Zásady a postupy; ÚNMZ, Praha, 2006 [2] ČSN EN ISO 14040 – Environmentální management – Posuzování životního cyklu – Zásady a osnova; ÚNMZ, Praha, 2006 [3] Tichá M.: Výroba a využití cementu podle LCA – posuzování životního cyklu; závěrečná zpráva, zpracoval MT Konzult pro SVC ČR prostřednictvím VUM Praha, s. r. o., Děčín, 2010 [4] Tichá M.: Studie posuzování životního cyklu cementu; závěrečná zpráva, zpracoval MT Konzult pro SVC ČR prostřednictvím VUM Praha, s. r. o., Děčín, 2011


❚

3/2012


❚

jedná především o skrývku, vrácenou zpět do lomu. Fáze přípravy surovinové moučky a výpal slinku využívá průmyslové odpady, které by měly být teoreticky uloženy na skládku. Odpadní materiály z průmyslu se naopak používají jako alternativní palivo nebo druhotné suroviny. Cementářský průmysl není producentem průmyslového odpadu, z výroby cementu nevzniká odpad, jako je např. popel, s jehož ukládáním mohou vznikat při spalování v tradičních spalovnách potíže. Při výrobě cementu se trvale zpracovává i značné množství granulované strusky z hutí, která by jinak tvořila haldy nevyužitého odpadu. Obdobná situace je při využívání železitých a hlinitých prachů, které představují významnou součást cementářské suroviny a znamenají snížení energetické náročnosti na výpal slinku. Výrobci cementu dokážou rovněž využít i materiály odpadající z průmyslových procesů, např. elektrárenský a teplárenský popílek nebo odpadní energosádrovec z odsiřovacích procesů či rovněž jinak nevyužitelný chemosádrovec. Pro výrobu cementu již není používán přírodní těžený sádrovec. Při výrobě cementu není spalován jakýkoliv odpad, ale speciálně připravené alternativní palivo, které je využito po energetické i materiálové stránce. Přesná receptura, kontrola složení vstupních surovin a paliv, dokonalé řízení procesu výpalu při teplotách nad 1 650 °C a sorpce pecního systému s nadřazeným emisním monitoringem dovolují využívat výrobek – palivo s dvojí certifikací, tj. výrobkovou i emisní, a tím odstraňují pochybnosti o spoluspalování odpadů.


OHLÉDNUTÍ ZA SYMPOZIEM SANACE 2012 Ve dnech 24. a 25. května 2012 se uskutečnil již 22. ročník sympozia Sanace, které letos pořádalo Sdružení pro sanace betonových konstrukcí nově společně s Fakultou stavební – Admas (výzkumné centrum) VUT v Brně. Poprvé také došlo k přesunu místa konání z tradiční Rotundy pavilonu A do sálů Kongresového centra na Brněnském výstavišti. Součástí sympozia byla opět doprovodná výstava. Na slavnostním zahájení, které se konalo v předvečer sympozia v galerii Domu umění v centru Brna, byla předána ocenění v oboru sanace betonových konstrukcí: titulem Významná osobnost v oboru sanace betonových konstrukcí byl oceněn Ing. Jan Perla; ocenění Sanační dílo roku 2011 získala společnost Sasta CZ, a. s., za realizaci Sanace železobetonové věže dolu Kukla v Oslavanech (článek připravujeme pro Beton TKS 5/2012, pozn. redakce); ocenění Sanační materiál roku 2011 získala společnost MC – Bauchemie, s. r. o., za MRT-System + malty ombran MHP-SP a ombran CPS. V druhé části slavnostního večera vystoupil vokální quintet Vox tet z Jihlavy.

Z ÁV Ě R

První studii LCA zpracoval Výzkumný ústav maltovin Praha, s. r. o., v roce 2010 (z toho vyplývá stanovení sledovaného období 2005 až 2007). Studie LCA je určena pro vnitřní potřeby Svazu výrobců cementu a příslušné certifikační orgány, plné znění studie není určeno pro veřejnost. Na základě vyhodnocených získaných údajů bylo možné přistoupit k ověření EPD. Ve stejné době však v EU došlo ke změně PCR pro cement a studii LCA bylo nutné přepracovat dle nových pravidel. Poté Certifikační orgán pro ověřování EPD Výzkumný ústav pozemních staveb – Certifikační společnost, s. r. o., posoudil environmentální prohlášení a vydal jeho ověření (obr. 5). Environmentální prohlášení o produktu „Český cement“ je zveřejněno v databázi EPD v České republice na webu CENIA, české informační agentury životního prostředí. Platnost prohlášení je tři roky. V případě zájmu výrobců cementu se uvažuje o přípravě EPD jak pro jednotlivé podniky, tak případně druhy cementu, na něž by se dalo navázat EPD konkrétního betonového výrobku, které by mohlo pokrýt celý životní cyklus „od kolébky do hrobu“. Zároveň probíhá na evropské úrovni příprava EPD Evropského cementu. EPD betonu zpracované na základě EPD cementu může být zajímavé pro betonářské společnosti, projektanty budov a inženýrských staveb, kterým porovnání životních cyklů různých stavebních materiálů může pomoci při výběru materiálů (dřevo, kov, beton,…). EPD poskytuje také odpověď na otázku, proč realizovat stavbu z místních zdrojů oproti dovezeným materiálům s hlubokou ekologickou stopou.

1

V úvodu sympozia zaznělo sedm vyzvaných přednášek předních odborníků z oblasti sanací betonových konstrukcí z ČR, Ukrajiny, Francie, Německa a Ruska. Následoval odborný program rozdělený do šesti bloků: Statická spolehlivost objektů a aplikace principů trvale udržitelného rozvoje, Vady a poruchy betonových konstrukcí, kvalita a trvanlivost sanací; Technické, ekonomické, legislativní a ekologické aspekty sanací betonových konstrukcí; Sanace geotechnických konstrukcí, Pokročilé materiály a technologie pro sanace betonu; Stavební průzkum, diagnostika, projektování, monitoring a Sanace a zesilování betonových konstrukcí – metody – technologické postupy – příklady. Sympozium poskytlo prostor pro předvedení úspěšných realizací, výměnu zkušeností a předávání nových vědomostí. Také je to vždy příležitost setkat se s odborníky z oboru a diskutovat své názory. Byly zde také odborné veřejnosti představeny „Technické podmínky pro sanace betonových konstrukcí III“, které připravil autorský kolektiv ve složení R. Drochytka, J. Dohnálek, J. Bydžovský, V. Pumpr, A. Dufka a P. Dohnálek. 2

Ing. Stanislava Rollová Výzkumný ústav maltovin Praha, s. r. o. e-mail: [email protected]

Obr. 1 Slavnostní zahajovací večer v Domě umění, Ing. Jan Perla (druhý zprava) přijímá ocenění Významná osobnost roku 2011 Obr. 2 Titulní stránka publikace Technické podmínky pro sanace betonových konstrukcí III

tel.: 257 810 797

3/2012

❚


27

HISTORIE

❚

HISTORY

ŽELEZOBETON V INDUSTRIÁLU ❚ REINFORCED CONCRETE IN INDUSTRY Tomáš Šenberger Železobetonové skeletové konstrukce se na začátku 20. století realizovaly nejprve na industriálních budovách, a teprve později se rozšířily i do dalších typologických odvětví. I po sto letech existence jsou tyto stavby funkční, krásně a zasluhují si naši pozornost. ❚ In the beginning of the 20th century reinforced concrete frame structures were only used in industrial buildings; only later these constructions spread into other fields. Even after 100 years of their existence these buildings are still functional, beautiful and worth our interest.

První budovou, kterou François Hennebique realizoval v roce 1895 podle vlastního patentu, byla šestipodlažní přádelna v severofrancouzském městě Tourcoing. Že byl železobetonový monolitický skelet poprvé použitý na industriální budově, mělo nezpochybnitelnou logiku. Přádelny se v té době stavěly již více jak sto let a jejich stavební historie byla spojená především s hledáním optimálního materiálu pro nosné konstrukce.

1

2

ANGLICKÉ PŘÁDELNY

První přádelny vznikly v Anglii, na úsvitu průmyslové doby ve druhé polovině 18. století, jako výslednice požadavků na budovu pro rozvíjející se textilní průmysl. Potřeba univerzální podlažní plochy pro umístění pravidelně se měnícího strojního vybavení, nutnost rozvodů mechanické energie od jednoho motoru (nejčastěji vodního kola) k jednotlivým strojům a zajištění dostatku světla a vzduchu pro zaměstnance vyústily v návrh vícepodlažní budovy s volnou dispozicí, přerušenou jen několika řadami sloupů a s vertikálními komunikacemi vytlačenými na okraj půdorysu. Angličtí vynálezci (nutno dodat, že v té době především strojaři) dali světu vícepodlažní skeletovou budovu, která se staví – a ne jen pro potřeby průmyslu – v téměř nezměněných parametrech dodnes. První modelová přádelna, která předznamenala pozdější vývoj, byla manufaktura Johna a Thomase Lombe, postavená v Derby v letech 1718 až 1722. Šestipodlažní zděný hranol s pravidelnými řadami malých oken byl vyplněný vnitřním dřevěným skeletem. Dřevo, jako materiál pro nosnou konstrukci, mělo ale řadu nedostatků, především s ohledem na odolnost proti ohni. Zpracování textilních vláken (bavlny, hedvábí, lnu, vlny…) sebou neslo i zvýšené riziko požárů, a tak požadavek na použití nespalné nosné konstrukce byl velmi aktuální. Použití litiny pro stavební účely (první litinový most přes řeku Severn v Coalbrookdale, T. F. Pritchard a A. Darby, 1779) otevřelo cestu dalšímu vývoji. Vynálezci strojů a inovátoři průmyslové revoluce použili technologii pro výrobu a spojování strojních dílů i na výrobu nosné stavební konstrukce. Zděná obálka přádelen byla zachována – především pro její masivnost a stabilitu, ale dřevěný skelet byl nahrazen litinovými sloupy a průvlaky, vyplněnými cihelnými klenbami stropů. Zpracování detailů a spojů jednotlivých dílů litinové konstrukce odpovídalo zkušenostem z konstruování strojů. Za první budovu s úplným vnitřním kovovým skeletem je považována pětipodlažní přádelna lnu (Flax Mill) Marshall, Benyon a Bage, navržená Charlesem Bagem a postavená v Ditheringtonu, Shrewsbury v roce 1797. Čtyřtraktový skelet podpírají litinové sloupy křížového půdorysu (obr. 1). 28

Obr. 1

Flax Mill, 1797

❚

Fig. 1

Flax Mill, 1797

Obr. 2 Přádelna La Cité v Mulhouse, 1900 ❚ Fig. 2 Spinning factory La Cité in Mulhouse, 1900 ❚

Obr. 3 Přádelna F. Schmitt, Semily F. Schmitt, Semily

Fig. 3

Spinning factory

Obr. 4 Přádelna J. Liebiega, Velké Hamry, 1907 factory J. Liebieg, Velké Hamry, 1907 Obr. 5 Nákladové nádraží Žižkov Žižkov

❚

Obr. 6 Typová Baťova etážovka,1926 Baťa's multistorey building, 1926

Fig. 5 ❚

❚

Fig. 4

Spinning

Cargo railway station

Fig. 6

Classic sample of


❚

3/2012

HISTORIE

3

HISTORY

4

Do podoby typu, používaného minimálně následujících třicet let, posunuli vnitřní litinový skelet vynálezci M. Boulton a J. Watt, kteří v roce 1801 postavili přádelnu Philip a Lee v Salfordu. Konstrukční trojtrakt sestával z dutých litinových sloupů o průřezu 230 mm a litinových trámů tvaru I, proměnné výšky. Konstrukci stropů doplňovaly cihelné klenby, vložené mezi trámy. Kovové konstrukce na dalších sto let ovládly skelety přádelen, ale i dalších výrobních nebo skladových budov vyžadujících univerzální a variabilní dispozice. Druhá polovina 19. století sice přinesla nahrazení litiny válcovanými profily (u nás Vítkovice 1836, Kladno 1855) a vodní kola byla nahrazena parními stroji, ale konstrukční princip etážových výrobních staveb se výrazně nezměnil. ŽELEZOBETONOVÉ SKELETY KONSTRUKCÍ VÝROBNÍCH BUDOV

Až teprve železobeton vnesl do konstrukcí těchto výrobních budov nový rozměr. Konstrukce byla nejen nespalná, ale také ohnivzdorná a navíc odolná chemikáliím, což zvláště při zpracování textilu byla významná vlastnost. A tak ještě do konce 19. století bylo ve Francii postaveno několik přádelen s betonovou konstrukcí. Vedle již zmíněné přádelny bavlny pro Charlese Sixe v Tourcoing, to byla i obdobná stavba pro bratry Barroisovy v Lille z roku 1896. Švýcarský stavební podnikatel Eduard Züblin postavil v roce 1900 podle Henne-

5

3/2012

❚

biqnova patentu přádelnu „La Cité“ v Mulhouse na západě Francie. Přádelna měla tři podlaží, plocha hlavních dílen byla 42,4 x 41,6 m a větší z modulů sloupů byly 6,8 a 7,2 m (obr. 2). Díky stabilitě a tuhosti železobetonové konstrukce byla již u těchto raných realizací vypuštěna masivní nosná obvodová stěna a sloupy se dostaly i do průčelí. Poměr plochy obvodové stěny a oken se výrazně změnil – tradiční stěna s okny byla nahrazena abstraktní geometrií skla a nosné konstrukce. (Zavěšenou skleněnou fasádu, zcela oddělenou od nosné konstrukce, má ale až o třicet let mladší jiná železobetonová továrna, tabáčka Van Nelle v Rotterdamu z roku 1930 od J. A. Brinkmanna, L. C. van der Vlugta a M. Stama). Na území Rakousko-Uherska a tedy i do Čech a na Moravu dorazily první realizace přádelen se železobetonovou konstrukcí již v prvním desetiletí 20. století (viz články L. Berana a P. Vorlíka v Beton TKS 3/2005, 1/2007, 1/2008, pozn. redakce). Nejprve se železobeton objevoval v podobě stropních desek podepřených válcovanými nosníky a nýtovanými sloupy – např. v přádelně bavlny firmy Friedrich Mattausch & syn v Benešově nad Ploučnicí z roku 1902, nebo v přádelně Honoré De Lisera v Kvíčku u Slaného z roku 1903, obě vyprojektované švýcarskou kanceláří Séquin & Knobel. Později byly železobetonové konstrukce použity již jako kompletní skelety, s mimořádně subtilními sloupy, průvlaky a trámy, často i bez náběhů, jako v „nové“ přízemní tkalcovně v přádelně a tkalcovně bavlny Franz Schmitt

6

❚


29

HISTORIE

❚

HISTORY

v Semilech (obr. 3), nebo jako v jedné z prvních betonových přádelen v Rakousko-Uhersku, v přádelně bavlny Johanna Liebiega ve Velkých Hamrech z roku 1907 (obr. 4). Do první světové války bylo těchto vícepodlažních budov u nás postaveno velké množství. Projekty a realizace prováděly především firmy specializované na železobetonové konstrukce, z nejznámějších např. Eduard Ast nebo Bruno Bauer (viz Beton TKS 6/2010, pozn. redakce). Teprve mezi válkami se ale betonové konstrukce rozšířily i do dalších průmyslových odvětví a do dalších typologií. Vynález plochostropé konstrukce s hřibovými hlavicemi sloupů Roberta Maillarta použitý poprvé v curyšském skladišti v roce 1910 umožnil využít železobeton i na extrémně zatížené konstrukce skladových budov. V Praze jsou to např. Veřejné skladiště v Holešovicích (F. Bartoš, 1928), Ústřední skladiště ministerstva pošt a telegrafů ve Vysočanech (J. Kalous, 1932) nebo Nákladové nádraží Žižkov (K. Caivas, V. Weiss, 1935) všechny realizované firmou Skorkovský (obr. 5).

Do historie architektury se ale nejvíce zapsaly až realizace Baťových výrobních etážovek ve Zlíně. Železobetonový skelet kruhových sloupů v modulu 6,15 x 6,15 m, použitý na osvědčeném půdorysu výrobní etážové budovy, byl jako univerzální konstrukce přenesený i na sklady, administrativu a hotel (obr. 6). Automobilky Zjevné výhody železobetonu využili na začátku 20. století i tvůrci vznikajícího amerického automobilového průmyslu. Pro slavný Fordův model T navrhl Albert Kahn neméně slavnou továrnu v Highland Park v Detroitu, která byla otevřena v roce 1909. Čtyř a šestipodlažní výrobní objekty měly železobetonový skelet s velkými rozpony v rozměrných podlažích a kromě novátorské organizace výroby a inovativní montážní linky přinesly i moderní architektonický výraz, který výrazně posunul estetické standardy architektury strojové doby.

7a

7b

7c

7e

7d

30


❚

3/2012

HISTORIE

Ředitelé turinské automobilky Fiat inspirováni několika návštěvami v Americe se rozhodli pro výstavbu podobné továrny v „americkém“ stylu v areálu Lingotto na jihu města. Návrhem byl v roce 1916 pověřen Giacomo Matté Trucco s řadou spolupracovníků, továrna byla ale kompletně dokončena až po válce, v roce 1926. Gigantická stavba na modulové osnově 6 x 6 m má pět podlaží a délku hlavního bloku víc jak 500 m. Čtyři dvory rozdělují centrální blok na dvě křídla, každé o hloubce 24 m. Výroba automobilu probíhala kontinuálně od lisovny na jednom konci budovy, přes montáže v hlavním bloku až k lakovně na druhém konci. Po dvou spirálových rampách vyjížděly automobily na zkušební dráhu umístěnou na střeše. Železobetonové skelety včetně uniformních fasád jsou provedeny se strojovou pravidelností, atypické konstrukce spirálových ramp ale nezapřou kreativitu italských designérů (obr. 7). Automobilka se záhy stala symbolem industriální Itálie, byla zmiňována v pracích architektů (Le Courbusier) a jako ikona moderní architektury zaznamenána na mnoha fotografiích.

❚

HISTORY

ře adaptovatelné a to jak z pohledu vlastní koncepce stavby, tak i použité nosné konstrukce. Výrobní etážové budovy, koncipované jako univerzální a flexibilní, jsou jasnými favority. Při použití železobetonového skeletu navíc odpadají obtížně řešitelné otázky o únosnosti konstrukcí (často kladené v souvislosti např. s litinou) a požární odolnosti stavby. Díky kvalitě konstrukcí nejsou na nich ani po sto letech mnohdy těžkého provozu zaznamenány výrazné závady nebo poškození. Nezanedbatelnou roli při rozhodování o dalším osudu stavby hraje i složitá likvidace vlastní železobetonové konstrukce. I u nás se v průběhu posledních deseti let podařilo zachránit několik industriálních etážových budov s vnitřním betonovým skeletem. Výhodou těchto konverzí je poměrně snadná adaptace a s tím související i výše stavebních nákladů. Projekty nového využití pak mohou být strukturovány podle potřeby do různě nákladných akcí v závislosti na volbě nového programu.

Konverze závodu Fiat Lingotto Konec průmyslové éry dopadl v 70. a 80. letech 20. století na celý evropský průmysl a továrny industriálního období postupně ztrácely svoji funkci. Stejný osud postihl i závod Fiat Lingotto, kde byla výroba ukončena v roce 1982. Sami majitelé ale navrhli možnost nového využití továrny a tak již v roce 1984 uspořádali výstavu a následnou konferenci, kde dvacet vybraných, světově uznávaných architektů představilo možnosti nového využití budovy. Architekt Renzo Piano navrhl konverzi původní továrny na multifunkční centrum, jehož realizace probíhala v několika etapách až do začátku 21. století. Originální železobetonový skelet byl konzervován a také dvě hlavní průčelí továrny byla zachovaná v původní struktuře. Nově vložené funkce – především díky zcela univerzálnímu konstrukčnímu systému – představují mix od školy, přes hotely až k obchodům, konferenčnímu centru, výstavním prostorám a galerii (obr. 7b až e). Složitá urbanistická situace na okraji města v kontaktu se železničními brownfields byla radikálně změněna díky investicím v souvislosti se Zimními olympijskými hrami v Turině v roce 2006. A D A P TA C E P R O 2 1 . S T O L E T Í

Záchrana původních industriálních budov formou přestavby k novému účelu je prověřená na stovkách realizací po celém světě. Největší potenciál je ale v budovách, které jsou dob-

8a 8b

Obr. 7 Lingotto, a) původní stav z roku 1928, b) konverze v roce 2002, c) pasáž, d, e) rampa ❚ Fig. 7 Lingotto, a) original state,1928, b) conversion, 2002, c) passage, d, e) ramp Obr. 8 Pletárna J. Kouřimský, 1916, a) uliční pohled, b) interiér ❚ Fig. 8 Knitting factory J. Kouřimský, 1916, a) view from the street, b) interior

3/2012

❚


31

HISTORIE

❚

HISTORY 9a

Obr. 9 Akciový parní mlýn, sklad mouky, 1911, a) exteriér, b) běžné podlaží, c) restaurace ❚ Fig. 9 Steam mill, flour storage, 1911, a) exterior, b) common floor, c) restaurant

Pletárnu J. Kouřimský v Pelhřimově postavil v roce 1916 Bruno Bauer, na obchodní centrum byla v roce 2008 přestavěna podle projektu Ateliéru Velc (obr. 8a, b). Díky minimálním stavebním zásahům zůstala budova autentická včetně možnosti nepřerušeného vnímání vnitřních prostorů. Možnost kontaktu nových uživatelů s původní, nezměněnou, konstrukcí je jeden ze základních efektů těchto architektonických postupů. V bytech, navržených v bývalé textilní továrně Moravan (Grebner, s. r. o., a Šenbergerová, Šenberger-architekti, 2005), zůstaly průvlaky s náběhy a trámy viditelné, jako hlavní doklad o původní funkci domu (obr. 10a, b). I v náročnějších rekonstrukcích je ale uplatnění konstrukce v interiéru základem úspěchu. Při konverzi Akciového parního mlýna v Praze-Holešovicích ponechali autoři

Obr. 10 Moravan Brno, a) interiér, b) uliční pohled ❚ Fig. 10 Moravan Brno, a) interior, b) view from the street

10a

32

9b

10b


❚

3/2012

HISTORIE 9c

❚

HISTORY

Literatura a zdroje: [1] Richards J. M.: The Funkcional Tradition in Early Industrial Buildings, London 1958 [2] Pevsner N.: A History of Building Types, London 1976 [3] Haas F.: Architektura 20. století, Praha 1980 [4] Beran L.: Domy pro stroje, in: ERA, 2/2010, s. 54–59 [5] Lingotto Anno duemiladue, Umberto Allemandi & C., Torino 2002 [6] Boerner F.: Fabrikgebäude und Lagerhäuser, in: Emperger, Friedrich von (ed.), Handbuch für Eisenbetonbau IV/2, Berlin 1909, s. 248–264 [7] Renz K.: Philipp Jakob Manz (1861-1936) Industriearchitekt und Unternehmer, Universität Stuttgart 2003 [8] Ford Detroit: http://www.verticalurbanfactory.org/ OVERVIEW/index.html [9] Registr stavebních děl VCPD FA ČVUT v Praze, https://registr.cvut.cz/rsd/index.php

(D. R. Chisholm, V. A. Máslo/CMC Architekts, 2009) betonovou konstrukci moučného skladiště (E. Ast, 1911) jako hlavní dominantu vnitřních prostorů nejen v restauraci v přízemí, ale i v horních, nedělených podlažích. Vzhledem k očekávanému využití pro administrativní účely je to i praktické (obr. 9a až c). ZÁCHRANA NEBO LIKVIDACE

právě jedním z neopakovatelných příkladů úžasné železobetonové konstrukce sloupů s hřibovými hlavicemi. Článek vznikl v rámci řešení projektu DF12P01OVV040 Hodnocení bezpečnosti a životnosti staveb industriálního dědictví podporovaného Ministerstvem kultury ČR. Fotografie: 2 – NTK, 3, 5 – Lukáš Beran, 9b, c – Tomáš Med

Mnoho dalších skvělých industriálních budov, které ztratily původní funkci, ale ještě čeká verdikt: záchrana nebo likvidace. Z aktuálních diskusí je to i osud Nákladového nádraží Žižkov, funkcionalistické skladové budovy z roku 1935, které je

Prof. Ing. arch. Tomáš Šenberger Fakulta stavební ČVUT v Praze, Katedra architektury e-mail: [email protected]

A TRIMBLE COMPANY

MODERNÍ NÁSTROJ PROJEKTOVÁNÍ ŽELEZOBETONOVÝCH KONSTRUKCÍ VE 3D

TEKLA STRUCTURES W kompletní výrobní dokumentace W automaticky generované výkresy, včetně výztuží W propojení modelu se statickými programy W možnost plánování a řízení stavby Seznamte se s programem TEKLA STRUCTURES, kontaktujte nás a získejte zdarma testovací verzi.

www.construsoft.cz 3/2012

❚


33

M AT E R I Á LY A T E C H N O L O G I E

❚

MATERIALS AND TECHNOLOGY

PŘÍMĚSI DŘÍVE A NYNÍ, ČÁST 3 AND NOW, PART 3

❚

ADDITIVES BEFORE

Pokračování článku o současných a možných budoucích přínosech využívání příměsí. Předchozí dvě části článku byly uveřejněny v Beton TKS 6/2011 a 2/2012. Tato část je zaměřena hlavně na příměsi, jejichž střední rozměr je menší než 100 μm, a hlavně na příměsi, které jsou označovány jako chemicky inertní. Bude ukázáno, že použití těchto příměsí může mít kladný vliv na zpracovatelnost (tekutost) a pevnost betonu i při konstantní hodnotě ekvivalentního vodního součinitele.

❚

Tab. 3 Parametry složek betonů uvedených v Tab. 4 [91] Tab. 3 Concrete components parameters in tab. 4 [91]

Alain Štěrba

❚

Third part

Složka Křemičitý úlet Cement CEM I 52,5R HS-NA Křemenná moučka Q2 Křemenná moučka Q3 Písek 0,125/0,5

Měrný povrch dle Blaina [m2/kg] 20 000 453 359 127 10

Střední velikost Hutnost zrna (Packungsdichte) [mm] [% obj.] 0,3 46,3 12 51,6 42 48,6 100 48,6 320 45

of the article focused on current and future benefits when using additives. The two previous parts of the article were published in Beton TKS 6/2011 and 2/2012. This part is aimed mainly to additives, where the medium size is smaller than 100 μm and of these on additives, which we identify as

POTENCIÁLNÍ PŘÍNOSY „MIKRONOVÝCH“ PŘÍMĚSÍ

Použití příměsí, jejichž střední rozměr je menší než 100 μm, může mít kladný vliv na zpracovatelnost (tekutost) a pevnost betonu, dokonce i při konstantní hodnotě ekvivalentního vodního součinitele. O uvedených možnostech svědčí hlavně publikace [91, 92, 93, 94, 95, 96, 97]. Velmi podnětný je hlavně rozsáhlý článek [91] Michaela Schmidta a Carstena Geisenhanslückeho, zaměřený především na samozhutnitelné a ultravysokopevnostní betony. Tento příspěvek je navíc důležitou ukázkou skutečnosti, že i uznávaná a dobře propracovaná teorie může praxi pouze iniciovat, že pro její realizaci je rozhodující empirie, zpravidla s nezbytností velkého množství a rozsahu zkoušek. V prvé části příspěvku [91] se autoři podrobně zabývají především vlivem jemných zrn (směrně do 0,125 mm). Jejich vhodnost je dána především následujícími třemi faktory: měrným povrchem, náchylností k aglomeraci a hutností. Teoreticky a experimentálně se autoři zaměřují především na hutnost (Packungsdichte). Při zkouškách hutnosti směsi cementu CEM I 32,5 a příměsí dala největší hutnost křemenná moučka Q1, která měla měrný povrch 1 800 m2/kg a střední velikost zrna 3 μm. Autoři dále zdůrazňují důležitost zastoupení širokého zrnění: od křemičitého úletu, po cement, další sledované příměsi a písek. Zdůrazňují a kvantifikují odstupy mezi středními hodnotami jednotlivých složek, největší mezi křemičitým úletem a cementem (v publikovaném „Bild 11“ je uveden 83násobek, u materiálů použitých v dále uvedených zkouškách je to přibližně polovina uvedené hodnoty). Významnější než teoretická část jsou v [91] publikované výsledky zkoušek malt a betonů. Ve funkci pojiva jsou použity složky charakterizované vlastnostmi uvedenými v tab. 3. Pokud jde o příměsi, jsou to kromě křemičitého úletu dvě frakce křemenné moučky, která je zpravidla označována jako inertní. Při zkouškách betonů byla kromě písku 0,125/0,5 použita čedičová drť 2/8 (i zde tu jde o dosti významnou přetržku mezi jednotlivými složkami). Údaje o složení sedmi zkoušených malt a betonů jsou uvedeny v tab. 4, v které jsou v zájmu prováděných rozborů uvedeny i četné charakteristiky složení a výsledky zkoušek konzistence a pevnosti. Uvedená data umožňují učinit následující závěry a uvést i některé domněnky: 34

Dmax = 0,5 mm

230

Dmax = 8 mm

210 190 170 150 0,22

0,24 0,26 Vodní součinitel (w+0,6.pl)/c

0,28

7 Obr. 7 Neobvyklá závislost (nezávislost) pevnosti betonů v tlaku na vodním součiniteli – viz tab. 4 a [91] ❚ Fig. 7 Unusual dependence (independence) of compressive strength of concrete on the water-cement ratio – see tab. 4 and [91]

Pevnost v tlaku [MPa]

level of equal water cement ratio.

Dmax = 0,5 mm

230

Dmax = 8 mm

210 190 170 150 130

150

170

190

Přidaná voda [kg/m3] 8 Obr. 8 Závislost pevnosti betonů v tlaku na obsahu přidané vody – viz tab. 4 a [91] ❚ Fig. 8 Dependence of compressive strength of concrete on the amount of added water – see tab. 4 and [91]

Dmax = 0,5 mm

Dmax = 8 mm

230 Pevnost v tlaku [MPa]

impact on processing (fluidity) and strength of concrete also by constant

Pevnost betonu v tlaku [MPa]

chemically inert. We will show that use of such additives can have positive

210 190 170 150 40

50 60 70 Podíl cementu v pojivu [%]

80

9 Obr. 9 Závislost pevnosti betonů v tlaku na podílu cementu v pojivu [%] – viz tab. 4 a [91] ❚ Fig. 9 Dependence of compressive strength of concrete on the portion of cement in the binding agent – see tab. 4 and [91]


❚

3/2012

M AT E R I Á LY A T E C H N O L O G I E Tab. 4 Tab. 4

❚


Složení a charakteristiky betonů s inertními příměsmi použitými při zkouškách dle [91] a jejich vliv na užitné vlastnosti betonů ❚ Composition and features of concrete with innert additives used while testing according to [91], and their influence on utility features of concrete

Označení betonu Konstantní parametry: Dmax Ekvivalentní vodní součinitel w/(c+s) Ocelové drátky Složení betonů [kg/m3]: CEM I 52,5 R HS – NA (c) Křemičitý úlet (s) Křemenná moučka Q2 (Q2) Křemenná moučka Q3 (Q3) Písek 0,125/0,5 (p) Čedič 2/8 (d) Superplastifikátor (sp) Přidaná voda (w) Ocelové drátky Součet *) Ukazatelé složení: s/c *) Podíl cementu v pojivu [%] *) 1) Podíl příměsí v pojivu [%] *) 2) Dávkování křem. úletu [%] *) 3) Hmotn. vodopojivový součinitel *) 4) Objem. vodopojivový součinitel 5) Podíl pevných zrn do 0,125 mm *) 6) Objem pojivové kaše [m3] *) 7) Vodní součinitel (w+0,6.sp)/c Hutnost zrn do 0,125 mm [% obj.] Vlastnosti čerstvého a ztvrdlého betonu: Rozlití [mm] Pevnost v tlaku [MPa] 8) *) hodnoty vypočtené z údajů v článku [91] 1) 100.c/(c+s+Q2+Q3) 2) 100.(s+Q2+Q3) / (c+s+Q2+Q3) 3) 100.sp/(c+s+Q2+Q3) 4) (w+0,6.sp) / (c+s+Q2+Q3)

M1

M1Q

❚

B1

0,5 mm v blízkosti 0,18 2,5 % – 192 kg/m3

B1Q

B2Q

B3Q

8 mm v blízkosti 0,2 2,5 % – 192 kg/m3

900 225 0 0 1 016 0 28,2 185 192 2 546

733 230 183 0 1 008 0 28,6 161 192 2 536

832 135 207 0 975 0 29,4 166 192 2 536

800 200 0 0 440 870 25 165 192 2 692

630 197 158 0 433 867 24,7 151 192 2 653

723 118 181 0 425 850 25,6 157 192 2 672

580 177 325 131 354 711 30,4 141 194 2 643

0,25 80,0 20,0 2,5 0,18 0,51 0,53 0,60 1,35 60,6

0,31 64,0 36,0 2,5 0,16 0,44 0,53 0,59 1,25 61,5

0,16 70,9 29,0 2,5 0,16 0,45 0,55 0,59 2,16 57,6

0,25 80,0 20,0 2,5 0,18 0,52 0,43 0,53 1,455 60,6

0,31 64,0 36,0 2,5 0,17 0,47 0,43 0,52 1,435 61,5

0,16 70,7 29,0 2,5 0,17 0,49 0,44 0,53 2,425 62,5

0,31 47,8 52,2 2,5 0,13 0,36 0,53 0,60 1,574 59,2

500 155

550 195

650 189

500 183

550 205

650 194

650 225

Pevnost v tlaku není závislá na ekvivalentním vodním součiniteli. Plánované hodnoty ekvivalentního vodního součinitele (0,18 u malt a 0,2 u betonů) byly přitom s dostatečnou přesností dodrženy. Uvedené hodnocení není zaviněno ani nedodržením požadované konzistence. Naopak: nejvyšší pevnosti v tlaku (malty M2Q a betonu B3Q) byly dosaženy při hodnotách rozlití 650 mm, která je o 150 mm větší než u referenčních směsí bez příměsi křemenných mouček. Tím spíše neroste pevnost v tlaku se snížením vodního součinitele. Podle obr. 7 by bylo možno dokonce soudit, že růst vodního součinitele ovlivňuje pevnost betonů (nikoliv malt) dokonce kladně. Podobně jako u dříve uvedené nezávislosti pevnosti na ekvivalentním vodním součiniteli je třeba brát v úvahu, že ve všech případech byly obsahy cementu dostatečné, spíše nadbytečné. Možný důvod neobvyklého zjištění: důsledkem hydratace velkého obsahu použitého cementu CEM I není jen tvorba žádoucích hydrosilikátů vápenatých, ale i vznik nežádoucího hydroxidu vápenatého (portlanditu) a jeho vázání na použité příměsi. Podle obr. 8 je pevnost zkoušených malt a betonů nepřímo závislá na obsahu vody a to nezávisle na všech ostatních faktorech (nepatrně větší pevnosti malt lze přisoudit kontaktní zóně mezi maltou a zrny hrubého kameniva). Vzhledem k malému počtu zkoušek a pro dále uvedené vlivy nelze uvedený poznatek zevšeobecňovat. V prvé řadě je třeba opět vzít v úvahu, že u všech zkoušených receptur byly velmi vysoké obsahy cementu (u směsí bez křemenné 3/2012

M2Q

5)

objem vody /objem zrn do 0,125 mm (s+Q2+Q3)/(c+s+Q2+Q3+p+d) c/3 150+s/2 200+(Q2+Q3)/2 700+w/1 000+sp/1 100 8) po 2denním proteplování při 90 °C a ve stáří 7 dní, na válcích 150/300 mm 6) 7)

moučky asi nadbytečné). Též je třeba vzít v úvahu neobvyklý způsob ošetřování (viz poznámka 8) v tab. 4). Podle obr. 9 klesá pevnost zkoušených malt a betonů v závislosti na růstu podílu cementu v pojivu: čím větší podíl cementu v pojivu, tím menší pevnost v tlaku. I zde je třeba vzít v úvahu výhrady předchozího odstavce a uvedený poznatek zatím nezevšeobecňovat. Uvedenými zkouškami nebyl prokázán vliv hutnosti směsi zrn do 0,125 (Pakungsdichte) – viz šedivě označený řádek tab. 4. Takto je částečně negována součást teoretické části publikace [91]. O malé účelnosti zkoušek hutnosti jednotlivých složek svědčí jejich malá odlišnost. Podle tab. 3 je hutnost všech složek pojiva (zrn do 0,125 mm) v oboru mezi 46,3 % (křemičitý úlet) a 51,6 % (cement). Obě příměsi Q2 a Q3 mají hutnost 48,6 %. Hutnost jejich směsí (tab. 4) je velmi významně větší: mezi 57,6 % a 62,5 % a to bez závislosti na pevnosti zkoušených malt a betonů. Při všech uvedených i dalších možných výhradách bude účelné brát uvedené poznatky v úvahu, zvláště v případě vysokohodnotných betonů s vysokými obsahy cementu. V každém případě bude účelné se podrobněji zabývat vodonáročností a to v širším slova smyslu, než jde o vodonáročnost dle EN 196, tedy vodonáročnost cementu a příměsi dle článku 3.1.63 ČSN EN 206-1 (2008). S tímto cílem je zaměřena následující kapitola věnovaná zkušebním postupům při optimalizaci složení betonu. Dále je třeba vzít v úvahu i problematičnost inertnosti křemenné moučky. Obecně, dokonce i v dosti nové (2010) publikaci [96], je křemenná


35


❚


moučka uváděna jako příklad inertní příměsi. Na druhé straně existují i starší práce, ve kterých je inertnost této moučky zpochybňována, např. v článku Schiessla a Menga [97]. Velmi podrobně se ve své doktorské práci uvedené problematice a vlivu příměsí všeobecně věnuje Fontana [98]; o závažnosti a rozsahu jeho práce svědčí 156 literárních odkazů (navíc odkazy na normy a předpisy). ZKUŠEBNÍ POSTUPY PRO ZKOUŠKY OPTIMALIZACE SLOŽENÍ BETONU

Zaměření námětů Výše uvedené rozbory mohou sloužit jako vodítko pro zkoušky prováděné s cílem najít takové složení betonu, při kterém budou optimálně využity dostupné příměsi a přísady. Následující text se proto netýká zkoušek, jejichž cílem je kontrola vlastností složek betonů nebo kontroly shody malt a betonů. Pro zjednodušení se následující text nezabývá provzdušněnými betony. Následující poznámky budou zaměřeny na nadkritický obor (viz část 1), v kterém je použito takové množství pojiva, při kterém se dosahuje požadované zpracovatelnosti (třeba i samozhutnitelnosti) bez nadbytečného obsahu vody, a tím i bez nepřípustného odlučování vody. Další podmínkou je i dostatečný obsah cementu v pojivu. Z uvedeného zaměření vyplývá i obezřetnější sledování hlavních vlastností příměsí, především jejich vodonáročnosti. Na rozdíl od podkritického oboru, v kterém na vodonáročnosti složek pojiva prakticky nezáleží, je třeba ve sledovaných případech najít takovou kombinaci cementu, příměsí a přísad, při které bude dosaženo minimální vodonáročnosti. Na rozdíl od dosavadní praxe je třeba se při uvedeném cíli v prvé řadě zaměřit na zkušební postupy, v kterých bude spolu s vodou využita i vhodná plánovaná přísada (superplastifikační, plastifikační, retardační apod.); zkoušky se samotnou vodou nepřípustně znevýhodňují jemnozrnné, proto i vodonáročné, příměsi. Naopak může použití samotné vody případně zvýhodnit příměsi se sklonem k aglomeraci. Dále je neúčelné volit jako konstantní parametr vodní součinitel (případně ekvivalentní vodní součinitel nebo vodopojivový součinitel). Podstatně účelnější je zaměření na celkový obsah vody (čl. 3.1.32 ČSN 206-1) a to i za předpokladu neprůkaznosti výše komentovaného obrázku 8. Vycházet z konstantních ekvivalentních vodních součinitelů je účelné jen u takových zkoušek, jako jsou např. zkoušky k ověření vlastností nově vyráběných cementů ve vztahu k normově předepsaným mezním hodnotám ekvivalentního vodního součinitele. Příkladem nevhodného vycházení z konstantních hodnot vodního součinitele je jinak velmi cenná publikace [95] zaměřená na vliv granulometrie a reaktivitu cementu a příměsí. Ve vztahu k projednávané problematice je tato publikace přínosná tím, že alespoň na jednom příkladu (Bild 4) ukázala, jak rozdílný (kvalitativně rozdílný) je vliv jemnosti vápencové moučky při použití a nepoužití superplastifikační přísady. Náměty a jejich zdůvodnění Proti dřívějším dobám, kdy se při optimalizaci složení betonu zpravidla rozhodovalo jen o volbě druhu cementu a nejvhodnější skladbě kameniva, je třeba v současnosti brát v úvahu navíc volbu a obsah příměsi (u UHPC několika příměsí) a přísad. Teoreticky nejvhodnějším postupem je plánovaný po36

kus. Tato metoda, která je využívaná hlavně chemiky, byla kdysi použita [99] i pro ověření vlivu vlastností a obsahu (vody, cementu) složek na užitné vlastnosti betonu (zpracovatelnost, pevnost v tlaku). I při maximálním možném omezení sledovaných faktorů (použit centrální složený plán druhého řádu faktoriálního pokusu typu 26 zkrácený na polovinu) byl uvedený pokus dosti náročný; vyžadoval provedení 49 zkušebních sérií. Při zařazení přísad a příměsí by náročnost významně vzrostla. Snadnější cestou nebývá ani řešení s omezeným plánováním. Např. velmi přínosné řešení optimálního složení UHPC si podle P. Duranda [100] vyžádalo provedení 145 zkušebních sérií. Z výše uvedených důvodů může být účelné provádět po technickém a ekonomickém průzkumu a výběru složek dále uvedené postupné řešení. Uvedené platí hlavně v případě optimalizace složení betonů s větším počtem kombinací složek pojiva. Před prováděním hlavních zkoušek je účelné nejdříve optimalizovat složení pojivové kaše se všemi zrny do 0,125 mm (podíl zrn písku pod 0,125 mm lze stanovit odhadnutou konstantní hodnotou). Plánovanou konstantní hodnotou je požadovaná konzistence (se snahou získat hodnoty odpovídající kladné i záporné přípustné odchylce konzistence je proto třeba počítat alespoň se zdvojnásobením počtu zkoušek proti počtu receptur při dodržení její plánované hodnoty). Hlavním výsledkem zkoušky je obsah vody potřebný pro uvažovaný způsob hutnění nebo pro samozhutnitelnost. Vyrobenou kaši (maltu) lze případně využít k výrobě malých vzorků pro zkoušení pevnosti. Uvedené připadá v úvahu např. v případě problematicky inertních příměsí (vápencové nebo křemenné moučky). Podrobnější zkoušky se pak provádějí hlavně s recepturami, které při zkouškách pojivové kaše vynikaly nízkou „vodonáročností“ (v širším slova smyslu než podle ČSN EN 196-3). Výhodou uvedeného postupu je především možnost provádět velký počet zkoušek pouze na malých vzorcích. (Uvedené platí i pro alternativní postup, při kterém se místo samotné pojivové kaše zkouší malta s jemnozrnným pískem). Malé vzorky nejsou výhodné pouze pro menší spotřebu materiálu. Jejich výhodou je i snazší plnění požadavku na použití složek naprosto stálých vlastností. Nároky na pevnost betonu jsou v současnosti plněny bez větších problémů. Mnohem náročnější je zkušební činnost zaměřená na vlastnosti betonu, které ovlivňují provozuschopnost a trvanlivost konstrukce. Vyhledávací zkoušky zaměřené na vlastnosti pojivové (nebo jemnozrnné maltové) kaše proto mohou rozsah velmi náročných zkoušek podstatně snížit, zvláště při účelnosti velkého rozsahu optimalizační činnosti. Protože přínosy některých příměsí se uplatní pouze v kombinaci s dalšími složkami (též s přísadami s plastifikačním, dispergačním a/nebo retardačním účinkem), umožní provádění navržených zkoušek „vodonáročnosti“ omezit podrobnější zkoušení jednotlivých složek. HODNOCENÍ PŘÍMĚSÍ POUŽITÍM K-HODNOTY

Široká problematika k-hodnoty je v této době řešena novou Technickou zprávou CEN/TC 104/SC1 N717 [101], zpracovanou v rámci prací na revizi prEN 206 [102]. Specifikace stanovených k-hodnot je uvedena v tab. 5, zpracované po-


❚

3/2012

M AT E R I Á LY A T E C H N O L O G I E Tab. 5 Návrh normativních k-hodnot v připravované novelizaci EN 206-1 [101] EN 206-1 [101] in preparation

Příměs Popílek p dle EN 450-1 Křemičitý úlet s dle EN 132-63-1 Vysokopecní moučka vm dle EN 15167-1 *) hmotnostní podíly k obsahu cementu c **) doporučená (nenormativní) hodnota

Druhy cementu c povolené EN 197-1 CEM I CEM II CEM I a CEM II (kromě CEM II/A-D) CEM I a CEM II/A

Normative k-values proposal for the amended

2 pro (v/c)eq <= 0,45 1 pro (v/c)eq >= 0,45

2 pro (v/c)eq <= 0,45

Přípustnost cementů s cementářskými příměsmi Podobnou funkci jako příměsi mají i obdobné hlavní a vedlejší složky cementu. Výše zmíněný článek Müllera [103], zaměřený na přípravu aktuálních betonářských předpisů, obsahuje proto i základní údaje o použitelnosti cementů v revidované prEN 206 (označení EN 206-1 nebude použito pro připravované zahrnutí dosavadních ustanovení EN 206-9 do připravované EN 206). Obecně se opět stanovuje použitelnost cementů dle normy EN 197-1, v jejímž novém vydání [104] jsou obsaženy mimo jiné i síranovzdorné cementy. V odůvodněných případech bude možno použít i cementy dle EN 14216 (nízké hydratační teplo) a dle EN 15743 (struskosíranový cement). Příloha F uvedené euroverze prEN 206 obsahuje proti nyní platné euroverzi i ustanovení z národní německé normy DIN 1045-2 týkající se použitelnosti cementů CEM II. Pro zahrnutí těchto ustanovení DIN 1045-2 do současně platné ČSN EN 206-1 [36] se pro ČR z hlediska Přílohy F tedy mnoho nezmění. Při aplikaci prEN 206 v ČR a ve vztahu k vhodnosti cementů by však měla být revidována ta národní ustanovení v čl. 5.1.2, která se týkají použitelnosti cementů v konstrukcích z předpjatého betonu s nechráněnou předpjatou výztuží. Podle tohoto článku vyhovují pro uvedený účel jen cementy CEM I a CEM II/A-S (ten jen s nárokem na náročnou průkazní zkoušku). V prEN 206 je vyjmenováno šest podmínek, ke kterým se přihlíží při volbě druhu cementu. Použití pro předpjatý beton mezi nimi není (nebylo ani dříve). Uvedená normativně formální námitka je zde uváděna hlavně proto, aby nebylo nutno, až na následující dvě výjimky, uvádět mnoho dalších věcných argumentů.

0,6

**)

Max. započítatelné podíly *) p/c = 0,33 p/c = 0,25

0,4

N O R M O VA N É A Ú Č E L N É V Y U Ž Í VÁ N Í C E M E N T Ů S C E M E N TÁ Ř S K Ý M I P Ř Í M Ě S M I

❚

Tab. 5


Normativní k-hodnoty pro vlivy prostředí X0, XD, XA, XM XC, XF

dle nového článku Müllera [103]. Uvedené hodnoty jsou platné jak pro zápočty obsahu uvedených příměsí do ekvivalentního vodního součinitele, tak i pro výpočty s cílem posoudit dodržení předepsaných minimálních obsahů cementu. Podle uvedené publikace, ve které je odlišně než dosud specifikována k-hodnota křemičitého úletu při vlivech prostředí XC a XF, platí uvedené k-hodnoty jak pro posuzování pevnosti, tak i pro posuzování odolnosti proti vlivům prostředí. Uvedené řešení, které s cílem usnadnit kontrolu shody plně nevyjadřuje vlivy příměsi na odolnost betonu, může být i nadále nahrazováno ekvivalentní koncepcí posouzení vlastností betonu (equivalent concrete performance concept, ECPC), nově navíc i ekvivalentní koncepcí efektivnosti kombinací (equivalent performance of combinations concept, EPCC). S cílem omezit nároky na dlouhodobé zkoušky trvanlivosti má tato další koncepce EPCC umožnit využití místních zkušenosti.

3/2012

❚

❚

s/c = 0,11 vm/c = 1

Prvou je ověřená vhodnost mnoha jiných cementů než CEM I a CEM II/A-S pro vysokopevnostní a vysokohodnotné betony; při zkouškách 145 receptur [100] betonů UHPC daly dokonce nejlepší výsledky betony s ternárními cementy. Dále je třeba vzít v úvahu, že pro konstrukce z předpjatého betonu lze používat normami stanovené příměsi. Tím spíše nemůže být na závadu použití obdobných příměsí při výrobě cementu. Výhody využívání cementů obsahujících více hlavních složek Používání cementů s cementářskými příměsmi je v některých případech výhodnější než používání příměsí ve výrobnách betonu. (Výhody použití příměsí v betonárnách jsou uvedeny v dále uvedené kapitole). Některé důvody a příklady: Homogenita pojivového produktu je v cementárnách zajištěna buď společným mletím, nebo, nově, i samostatným mletím hůře melitelné složky (např. vysopecní strusky) nebo lépe než slinek melitelné hlavní nebo vedlejší složky (např. vápence) a následující homogenizací. Některé betonárny nemají pro speciální příměsi potřebné skladovací, přepravní a dávkovací zařízení. Uvedené se týká hlavně submikronových příměsí, mimo jiné velmi jemných druhů křemičitého úletu. Z výše uvedeného důvodu mohou být velmi účelně používány některé speciální cementy, např. dříve uvedené [85, 86, 87] špičkové cementy. Nově je vyráběn i fotokatalytický cement [105] obsahující takové nanočástice TiO2, které svou samočistící funkcí brání znečišťování bílého nebo jiného pohledového betonu. V H O D N O S T P O U Ž Í VÁ N Í P Ř Í M Ě S Í V B E T O N Á R N Á C H , H L AV N Ě V E V Ý R O B N Á C H T R A N S P O R T B E T O N U

Používání příměsí má dlouhou tradici i na našem území [106]. Nejhromadněji byla např. příměs popílku využívána při výstavbě vodního díla Orlík [107], kde bylo v létech 1956 až 1961 vyrobeno celkem 923 000 m3 popílkového betonu; hlavním cílem bylo omezit rychlost vývinu hydratačního tepla. Vlivem pozdější módy „jednosložkových“ cementů se sice používání příměsí silně omezilo. K jejich širšímu využívání došlo až kolem roku 2000. Převážně z ekonomických důvodů to byl nejprve a v nejširší míře popílek. Později byla k dispozici i mletá vysokopecní struska a její směsi [16, 78, 79]. Pro úplnost jsou dále uvedeny i hlavní neekonomické (technické a kvalitativní) důvody pro použití příměsí v betonárnách. Při nízkých požadavcích na pevnost a při současných cementech s vysokou normalizovanou pevností jsou potřebné obsahy cementu často podstatně menší, než je rozmezí Cr mezi podkritickým a nadkritickým obsahem pojiva, viz část 1 tohoto příspěvku [109]. Při podkritickém obsahu cementu a u dobře zpracovatelných betonů pak však nejsou


37


❚


dosahovány potřebné vlastnosti čerstvého betonu (čerpatelnost, samozhutnitelnost, nerozměšování – hlavně při betonování pod vodou). Vlivem zvýšené náchylnosti k odlučování vody jsou nedostatečným obsahem pojiva nepříznivě ovlivněny i užitné vlastnosti ztvrdlého betonu. Vlivem migrace odlučující se vody je především znehodnocována jakost kontaktní zóny (zvláště na styku s hrubými zrny kameniva) a to se všemi negativními důsledky na vodonepropustnost a odolnost proti vlivům prostředí. Uvedený negativní vliv se netýká pouze samotného betonu; snižuje se i soudržnost betonu s výztuží a funkce ochrany ocelové výztuže proti korozi. Dostatečný podíl pojivových zrn (tím případně i příměsí) je i nutnou podmínkou jakostní výroby pohledových betonů [110]. Hrubě směrné hodnoty minimálních hodnot obsahů cementu (rozmezí Cr), při kterých není třeba zvětšovat obsah pojiva použitím příměsí, jsou uvedeny v tab. 6 a to v závislosti na požadovaných vlastnostech čerstvého a ztvrdlého betonu (čerpatelnost, samozhutnitelnost, nepropustnost) a na použitém kamenivu. Literatura: [91] Schmidt M., Geisenhanslücke C.: Optimierung der Zusammensetzung des Feinkorns von Ultra-Hochleistungsund von selbstverdichtendem Beton (Optimalizace složení jemných zrn vysokohodnotných a samozhutnitelných betonů), beton 5/2005 [92] Schmidt M., Bornemann R.: The Role of Powders in Concrete (Úloha mouček v betonu), 6th Int. Symp. on High Strenght/ High Performance Concrete, 2002 [93] Brameshuber W.: Betonzusatzstoffe für sehr leistungsfähige Betone – Einsatzmöglichkeiten in der Fertigteilindustrie (Příměsi do betonu pro velmi vysokohodnotné betony – Možnosti využití v prefabrikaci); Kongressunterlagen 53. BetonTage, 10. – 12. 2. 2009, Neu-Ulm [94] Möser B., Pfeifer C., Heinz D., Gerlicher T., Mechtcherine V., Dudziak L.: Untersuchungen zur Verarbeitbarkeit und Gefügeentwicklung von UHPC, Einfluss von Zusatzstoffen und Nachbehandlung auf die Gefügestruktur ultrahochfester Betone (Výzkumy zpracovatelnosti a tvorby struktury UHPC, Vliv příměsí a ošetřování na tvorbu struktury vysokopevnostních betonů); Cement International 8(2010) Nr. 6 [95] Reschke T., Siebel E., Thielen G.: Einfluss der Granulometrie und Reaktivität von Zement und Zusatzstoffen auf die Festigkeits- und Gefügeentwicklung von Mörtel und Beton. (Vliv granulometrie a reaktivity cementu a příměsí na pevnost a strukturu malty a betonu); publikace VDZ (Verband Deutscher Zeitschriftverleger), Berlin, 2000 [96] Baustofftechnische Daten nach DIN EN 206-1 und DIN 1045, 2010, 22. Auflage www.cemex.denac [97] Schiessl P., Meng B.: Grenzen der Anwendbarkeit von Puzzolanen in Beton (Meze použitelnosti pucolánů v betonu); Forschungsbericht 405, Institut für Baustoffforschung, RWTH Aachen, 1996 [98] Fontana P.: Einfluss der Mischungszasammensetzung auf die frühen autogenen Verformungen der Bindemittelmatrix von Hochleistungsbetonen (Vliv složení směsi na počáteční autogenní přetvoření vysokohodnotných betonů); doktorská práce (Fakultät Architektur, Bauingenieurwesen und Umweltwissenschaften der Technischen Universität CaroloWilhelmina), 2006/2007 [99] Štěrba A., Doktor A.: Plánovaný pokus k ověření vlivu vlastností složek betonové směsi; Stavební výzkum, 1980/1 [100] Durand B.: Processus itératif d´élaboration dún mélange de béton de poudre réactive dle plus 200 MPa a láide de ciments ternaires (Postup výroby reaktivní práškové betonové směsi s pevností nad 200 MPa za použití ternárních cementů),

38

Pro obvyklý nedostatek lehkého nejdrobnějšího kameniva lze vhodnou příměsí (především popílkem) snížit objemovou hmotnost lehkých betonů. Příměs lze využít i s cílem prodloužit dobu dobré zpracovatelnosti betonu. (V současnosti je však zpravidla výhodnější vhodně zvolená přísada.) Použitím příměsi lze bez nároku na speciální zdící cement zajistit i výrobu zdících malt (v případné kombinaci s provzdušněním nebo napěněním). Příměs se i nadále uplatňuje při potřebě omezit rychlost vývinu hydratačního tepla. Podobně jako u lehkých betonů bývá toto použití účelné i v případech, kdy k dosažení potřebných vlastností betonu jsou nutné větší obsahy cementu, než je výše specifikované rozmezí. Použitím obecně využívané příměsi (především popílku) se proto u většiny betonáren umožní pracovat pouze s jedním druhem cementu. (V případě mimořádné potřeby použít speciální cement se v tomto případě uvolní jedno z používaných provozních sil; zásobní sila zůstávají k dispozici jen pro běžně používaný cement).

[101]

[102] [103] [104] [105] [106] [107]

[108] [109] [110] [111]

[112]

[113]

[114]

[115] [116]

Huitiéme édition des Journées scientifiques du Regroupement Francophone pour Recherche et la Formation sur le Béton (RF)2B, Montréal, Canada, 5-6 juillet 2007 CEN Technical Report CEN/TS 104/SC1 N717: Use of k-value concept, equivalent concrete performance concept and equivalent performance of combinations concept, stand 26.10.2011 (Technická zpráva CEN/TS 104/SC1 N717 Použití konceptu k-hodnoty, ekvivalentní koncepce posouzení vlastností betonu a ekvivalentní koncepce efektivnosti kombinací, stav k 26.11.2011) prEN 206 : 2012:E Concrete – Specification, performance, production and conformity (March 2012) Müller Ch.: Aktuelle Regelwerke für Beton (Aktuální betonářské směrnice); beton 03/2012 ČSN EN 197-1 Cement – Cást 1: Složení, specifikace a kritéria shody cementů pro obecné použití; duben 2012 Folli A.: Inovativní fotokatalytický cement obsahující nanočástice TiO2; Beton TKS 6/2011 Bezděk J., Arbes J.: Popílkové betony; SNTL Praha, 1975 Zobal O., Padevět P., Bittnar Z.: Orlická přehrada – Beton s příměsí popílku po 50 letech; 18. Konf. Betonářské dny (2011) Žaloudek I., Šafrata J.: Rozšíření výroby samozhutnitelných betonů v TBG Severní Morava; 15. Betonářské dny 2008 Štěrba A.: Příměsi dříve a nyní – Část 1; Beton TKS 6/2011 Mazurová M.: Poznámka k nové rubrice Pohledový beton (5/2011); Beton TKS 1/2012 Hochentwickelte Zusatzmittel helfen, früher unlösbare Aufgaben zu meistern (Výkonné přísady pomáhají zvládat dříve neřešitelné úlohy), beton 04/2012 Rickert J.: Zemente mit mehreren Hauptstandteilen – Wechselwirkukngen mit PCE-Fliessmitteln (Cementy s více hlavními složkami – Vzájemné působení se superplastifikátory PCE); 56. BetonTage Neu-Ulm (8. 2. 2012) Höveling H.: Robustheit von selbstverdichtendem Beton (Robustnost samozhutnitelného betonu), doktor. dizertace na Universität Hannover, 2006 Melichar T., Procházka D.: Studium vlivu jemnozrnných příměsí z alternativních zdrojů na fyzikálně-mechanické parametry HSC; Beton TKS 6/2011 Ondráček M.: Vliv různého množství příměsí na vlastnosti UHSC; 18. Konference Betonářské dny (2011) Špak M., Halaša I., Šuster M., Vojtechovský O.: Informácie o používaní popolčeka do betónu; BetónRacio Trnava, 2012


❚

3/2012


❚


Tab. 6 Směrné hodnoty minimálních hodnot obsahů cementu (rozmezí Cr), při jejichž nedodržení je třeba zvětšit obsah pojiva použitím příměsí; jejich závislost na požadovaných vlastnostech čerstvého a ztvrdlého betonu a na použitém kamenivu ❚ Tab. 6 Guiding figures of minimum values of cement content (range Cr ); when not kept, it is necessary to increase the amount of the binding agent using additives. Dependence of the guiding figures on required features of fresh and hardened concrete and on the aggregate used

Dmax [mm] kameniva 4 8 16 22 32 Směrné obsahy cementu na rozmezí Cr [kg/m3] *): Crt pro těžené hrubé kamenivo / Crd pro drcené hrubé kamenivo 390 340 / 360 310 / 325 300 / 315 285 / 300 Bez zvláštních požadavků Čerpatelnost, pohledovost, vodonepropustnost 430 370 / 390 340 / 360 320 / 340 310 / 330 Samozhutnitelnost **) 620 530 / 560 490 / 520 470 / 500 450 / 480 *) Uvedené směrné hodnoty neplatí pro betony s nízkými vodními součiniteli vodním součiniteli, při kterých nedochází k odlučování vody **) Při použití stabilizační přísady jsou směrné hodnoty Cr znatelně menší [108] Požadavky

Z ÁV Ě R E Č N É P O Z N Á M K Y

Při vhodných podmínkách se příměsi osvědčily i v dobách, kdy nebyly k dispozici současné výkonné přísady. Zmíněná analýza [107] padesát let starého popílkového betonu z přehrady Orlík např. ukázala, že částečná náhrada cementu popílkem nepřináší dlouhodobá rizika. V tomto příspěvku bylo mnohokrát zdůrazněno, že rozhodující vliv na rozšíření oblasti použití příměsí, betonářských i cementářských, mají novodobé přísady. Z průběhu jejich vývoje můžeme navíc předpokládat, že tyto přísady budou dále zdokonalovány. Svědčí o tom i publikovaný rozhovor [111] s vedoucím pracovníkem významné organizace stavební chemie Dr. T. Krauchem. Ten kromě potvrzení ústupu ligninsulfonátových a melaminsulfonátových přísad zdůraznil výjimečné vlastnosti nově vyvíjených a zaváděných přísad. V prvé řadě jde o účinné superplastifikátory, které zabezpečují dlouhé doby dobré zpracovatelnosti betonů i za podmínek s teplotami až 50 °C. Dalším novým produktem je bezchloridový urychlovač tvrdnutí X-Seed 100 (Be), který při teplotě 20 °C umožňuje rychlost tvrdnutí dosahovanou jinak při teplotách 40 až 50 °C. Uvedeným cílem použití této přísady je i rozšířit oblast využívání příměsí jako je popílek a vysokopecní struska, a tím zlepšit bilanci CO2. Uvedená přísada je zajímavá i obsahem nanozrn krystalů CSH; jejich hlavním vlivem je funkce nukleí (zárodků), které svým rozměrem navíc ovlivňují, podobně jako nanopříměsi, i hutnost kontaktní zóny. Vlivu PCE přísad na využitelnost cementů s více hlavními složkami se nově věnuje Rickert [112].

3/2012

❚

Využití nově zaváděných složek vyžaduje rozsáhlou vyhledávací a optimalizační činnost v oboru technologie betonu. Tato činnost probíhá velmi intenzivně. Svědčí o tom mnohé publikace. Dále budou uvedeny jen některé z nich. O hloubce a pečlivosti výzkumu vlivu popílků, vápencové moučky, mikrosiliky a nanosiliky na robustnost samozhutnitelných betonů svědčí doktorská dizertace Hövelinga [113]. Možnosti rozšíření sortimentu příměsí z alternativních zdrojů se věnují např. Melichar a Procházka [114] a Ondráček [115]. Pro rozšíření nových zkušeností jsou přínosem i souhrnné informační zprávy, např. zcela nová [116]. Vlivem dokonalejších přísad a jimi umožněnému širšímu využívání příměsí se z šedého fádního třísložkového betonu stává sofistikovaný pětisložkový (s případnými vlákny šestisložkový) materiál náročný na výběr a kontrolu složek a na optimalizaci jeho složení. Podobně, jako je tomu v jiných odvětvích, se tak díky robustnějšímu čerstvému betonu usnadňuje následný proces výroby a díky odolnému a trvanlivému ztvrdlému betonu omezuje rozsah nutných oprav a prodlužuje provozní životnost konečného díla. Autor děkuje za podklady a spolupráci, především ZAPA beton, a. s., dále BASF Stavební hmoty, s. r. o, BetónRacio, s. r. o., Trnava, a Stachema Kolín, s. r. o.


Ing. Alain Štěrba e-mail: [email protected]

39


❚


ODVĚTRÁVÁNÍ SOKLOVÉ ČÁSTI VLHKÝCH BUDOV POUŽITÍM SYSTÉMU BETONOVÝCH TVAROVEK ❚ VENTING OF SOCLE PART OF MOIST BUILDING BASED ON CONCRETE BLOCKS Jiří Pazderka, Radek Zigler Článek představuje nový sanační systém pro odvětrávání soklové části zdiva vlhkých budov, jehož podstatou je sestava speciálních tvarovek ve tvaru písmene C vyrobených z betonu s krystalizační příměsí. Tvarovky jsou opřeny svými konci o stěnu objektu po jejím obvodu a jejich

roizolační clony pomocí zarážení ocelových nerezových profilovaných plechů do ložné spáry ve zdivu. Méně častou možností je potom postupné probourávání zdiva (po záběrech), kdy je za současné výměny soklového zdiva možné položit novou dodatečnou hydroizolační vrstvu z povlakové hydroizolace.

vnitřní prostor tvoří provětrávanou vzduchovou dutinu pro odpar vlhkosti ze zdiva nebo základu objektu. ❚ The paper describes a new venting system for a socle part of moist building masonry based on system of C-shaped blocks from concrete with crystalline admixture. The concrete blocks are situated along the building perimeter and their internal space creates a venting void for moisture vaporization from masonry or foundations.

Problematika sanace vlhkého zdiva starších budov zatížených vzlínající vlhkostí patří mezi aktuální témata současného stavebnictví. Existuje mnoho metod a sanačních postupů, kterými je možné zamezit vzlínání vlhkosti z podzákladí pórovým systémem zdiva. Mezi nejúčinnější a nejrozšířenější metody sanace vlhkého zdiva patří tzv. „mechanické metody“, jejichž principem je vytvoření dodatečné vodorovné hydroizolační vrstvy ve zdivu, která zabrání dalšímu vzlínání vlhkosti do vyšších poloh. Dodatečnou hydroizolační clonu je možné vytvořit např. prořezáním vodorovné spáry ve zdivu – typicky pomocí elektrické řetězové pily, popřípadě lanové pily apod. – do které je následně vložena vhodná povlaková hydroizolace nebo hydroizolační desky. Další možností je metoda založená na principu vytvoření hyd-

N E V Ý H O D Y D O D AT E Č N É H Y D R O I Z O L A C E Z D I VA

Společným problémem všech „mechanických metod“, tj. metod, jejichž principem je provedení dodatečné hydroizolace ve zdivu, je riziko zvýšení vlhkosti zdiva pod novou hydroizolační vrstvou. Vlhkost, která již nemůže dále vzlínat do vyšších poloh zdiva, se akumuluje pod vloženou povlakovou hydroizolací nebo pod zaraženými plechy a může tak způsobit urychlení degradačních procesů ve zdivu. V určitých případech tedy existuje riziko, že po provedení dodatečné hydroizolační clony dojde ke zhoršení fyzikálně-mechanických parametrů zdiva pod clonou, tj. ke snížení pevnosti zdiva v tlaku, zvýšení součinitele tepelné vodivosti, vzrůstu obsahu solí apod. Dalším problémem vlhkého zdiva může být i jeho biologická degradace, která může v konečném důsledku přispět k urychlení zhoršení fyzikálně-mechanických parametrů zdiva. Proto je důležité zajistit dostatečný odpar vlhkosti ze zdiva v místě pod dodatečně provedenou hydroizolační vrstvou tak, aby nedocházelo k výše zmíněným degradačním procesům. V současnosti je však tato problematika často podceňována a díky to-

mu se obvykle v rámci sanace zdiva nenavrhují žádná efektivní doplňující konstrukční opatření, která by zajistila odpar vlhkosti ze zdiva v místě pod dodatečnou hydroizolací. Časté řešení pomocí přiložené nopové fólie nelze v žádném případě považovat za účinný způsob odvětrání zdiva, neboť v úzké vzduchové dutině vytvořené nopy (obvykle tloušťky 10 až 15 mm) není možné uvažovat s proudícím vzduchem, který by dokázal efektivně odnímat vlhkost ze zdiva. Jediné skutečně účinné konstrukční opatření, které (v případě správného návrhu) zajistí dostatečný odpar vlhkosti ze soklové partie zdiva, spočívá v realizaci tzv. provětrávaného soklu. Provětrávaný sokl se obvykle navrhuje v případech, kdy je dodatečná hydroziolace ve zdivu provedena nad úrovní přilehlého terénu tak, aby mezi terénem a hydroizolací zbyla dostatečně velká plocha zdiva, zajišťující účinný odpar vlhkosti (v případech, kdy je dodatečná hydroizolace provedena pod úrovní terénu, je třeba odvětrání zdiva nebo základu pod hydroizolací zajistit jinak, např. pomocí podzemních předstěn nebo tzv. provětrávaných štol). Provětrávané sokly bývají v současnosti realizovány jako skládaný systém, jehož základ tvoří ocelový nebo dřevěný rošt připevněný ke zdivu. Na rošt jsou osazeny soklové desky různého materiálového provedení – kamenné, cementotřískové, keramické nebo případně plechové tvarovky. Společným rysem všech těchto provětrávaných soklů je poměrně vysoká prac-

1

40


2

❚

3/2012


nost – montáž roštu na předem upravený povrch zdiva, osazování soklových desek, a zároveň také nemalá cena, která obvykle závisí na materiálu soklových desek. Další náklady představuje realizace přechodové lišty mezi navazujícím povrchem zdiva (nad soklem) a soklem, která musí zajistit odvod vzduchu z dutiny a zároveň musí být provedena tak, aby nedocházelo k degradaci navazujícího povrchu fasády vlivem odstřikující dešťové vody. V některých případech lze také oprávněně pochybovat o trvanlivosti skládaných soklů, a to zejména v případě použití dřevěného roštu v kombinaci s cementotřískovými deskami. B E T O N Y S K RY S TA L I Z A Č N Í PŘÍMĚSÍ

Krystalizační hydroizolační systémy patří v současné době mezi progresivní hydroizolační materiály, s jejichž použitím se u různých druhů staveb setkáváme stále častěji. Jednotlivé metody aplikace a funkční principy působení krystalizačních materiálů byly popsány v článku [2], tento článek se bude dále zabývat pouze krystalizačními příměsmi. Aplikace krystalizačního materiálu v podobě příměsi do betonové směsi je využitelná pouze pro nové betonové konstrukce (na rozdíl od krystalizačních nátěrů), avšak v určitých případech lze i krystalizační příměsi využít pro sanaci starších konstrukcí (betonových i zděných) ve formě přídavné vrstvy (cementová malta + příměs) natorkretované na povrch sanované konstrukce. Krystalizační příměs je jednosložkový materiál na bázi portlandského cementu, dodávaný v práškovitém stavu, který se přimíchává do záměsové vody ve váhovém množství odpovídajícím cca 1,5 % hmotnosti cementu. Krystalizační příměsi obvykle obsa-

❚


Obr. 1 Schematické znázornění transportu vlhkosti ve zdivu s dodatečnou hydroizolací ❚ Fig. 1 Schematic illustration of moisture transmission in masonry with additional waterproof layer Obr. 2 Příklad provedení skládaného provětrávaného soklu (současný stav – vizualizace) ❚ Fig. 2 Sample of the composite venting socle (current situation – visual model) Obr. 3 Schéma soklové tvarovky ❚ Fig. 3 Sketch of the concrete block

3

hují méně křemičitých částí než krystalizační materiály určené pro aplikaci formou nátěru, lze je tedy označit za jakousi „čistší“ formu krystalizačního materiálu. V případě navrhování betonových konstrukcí, které jsou ve styku s vodou, je klíčovým parametrem hloubka průsaku tlakové vody v konstrukci, měřená metodikou [4]. Na základě výsledků experimentálních měření hloubky průsaku tlakovou vodou metodikou [4], které byly publikovány v článku [3], lze z pohledu požadavků uvedených v [5] konstatovat, že z hlediska vodonepropustnosti jsou betony s krystalizační příměsí vhodným materiálem pro konstrukce ve styku s vodou, včetně vody tlakové. V případě použití krys-

talizačního betonu pro tvarovky umístěné v soklové části budovy však není ani tak důležitá hodnota hloubky průsaku tlakové vody v konstrukci, ale spíše skutečnost, že díky vodonepropustné struktuře betonu s krystalizační příměsí má jakákoliv konstrukce z tohoto materiálu podstatně vyšší trvanlivost než konstrukce z betonu běžných pevností bez přísad. Trvanlivost betonu s krystalizační příměsí je zajištěna jeho mikrostrukturou, vzniklou v důsledku chemického procesu, tzv. sekundární krystalizace, která v pórovém systému betonu proběhne za přítomnosti krystalizační příměsi a zároveň dostatečného množství vody v pórech. Pokračování na straně 42

GRAND PRIX ARCHITEKTŮ 2012 Hlavní cenu Grand Prix architektů 2012 v kategorii Rekonstrukce získala Revitalizace Bastionu u Božích muk v Horské ulici v Praze 2. Autory jsou Ing. arch Miroslav Cikán a Ing. arch. Pavla Melková z MCA atelier, s. r. o., jejichž návrh revitalizace zvítězil ve veřejné soutěži vypsané městskou částí Praha 2 v roce 2007. Hodnocení poroty: Revitalizace Bastionu u Božích muk je zdařilá a je cenným příkladem kultivovaného a citlivého obnovení, až znovuzrození zapomenutého prostoru dlouho zanedbávané lokality. Splňuje bohatě kritéria vícera kategorií – rekonstrukce, krajinné architektury, zahradní tvorby, drobné architektury, interiéru a městského mobiliáru. Na stávajícím pozemku byl navržen objekt malé kavárny s galerií pro odpočinek a pořádání společenských aktivit. Klidná dispozice vytvořených objektů implementovaných do fortifikačního charakteru místa přirozeně komunikuje s upraveným terénem. Stoupání chodníku a rampy podporuje vnímání nádherných výhledů na město, nabízí duši pocit otevřenosti a lehkosti. Je vskutku pozitivním příkladem implementace veřejného prostoru do stávajících struktur města.

3/2012

❚


41

M AT E R I Á LY A T E C H N O L O G I E 4

❚

MATERIALS AND TECHNOLOGY 5

SYSTÉM PRO ODVĚTRÁNÍ SOKLOVÉ ČÁSTI BUDOV

Nedostatky současných skládaných provětrávaných soklů jsou do značné míry odstraněny novým systémem pro odvětrávání soklové části zdiva, který byl v prosinci 2011 zaregistrován jako užitný vzor [1]. Základní filozofií návrhu systému je jednoduchost při provádění a zároveň trvanlivost provětrávaného soklu v prostředí s vysokou vlhkostí (jedná se tedy o novou konstrukčně-materiálovou variantu řešení provětrávaných soklů). Konstrukční podstatou systému je sestavení propojených speciálních betonových prvků ve tvaru písmene „C“, umístěných svými konci ke stěně objektu po jejím obvodu. Vnitřní prostor tvarovek tvoří kontinuální provětrávanou vzduchovou dutinu pro odpar vlhkosti ze zdiva a/nebo základu objektu. Tvarovky jsou ve své spodní části opatřeny nasávacím otvorem, v horní části výdechovým otvorem. Ve spodním krátkém ramenu písmena C je odvodňovací otvor (obr. 3). Tvarovky vyrobené z betonu s krystalizační příměsí, který má vodonepropustnou mikrostrukturu, jsou vel-

6

mi trvanlivé, bez ohledu na zatížení vodou a vlhkostí, ke kterému bude v dané části stavby opakovaně docházet. Soklové tvarovky kolem budovy mohou být zatíženy několika zdroji vlhkosti – zemní vlhkostí, vlhkostí přestupující do tvarovky ze zdiva, odstřikující dešťovou vodou, deštěm hnaným větrem, vodou stékající po fasádě, vodou z tajícího sněhu a vodní parou difundující provětrávanou dutinou (při určitých vnějších tepelně-vlhkostních podmínkách může krátkodobě docházet ke kondenzaci vodní páry na vnitřním povrchu tvarovky). V případě aplikace soklových tvarovek na objekt s dodatečně provedenou horizontální hydroizolací ve zdivu (což je situace, pro kterou jsou tvarovky primárně určeny) lze předpokládat, že dotace vlhkosti ze stavby směrem k tvarovkám bude ještě zvýšená díky akumulaci vlhkosti ve zdivu pod dodatečnou hydroizolační vrstvou. Základním principem tzv. vzduchoizolačních metod, mezi které patří i prezentovaný provětrávaný sokl, je přestup vlhkosti z konstrukce prostřednictvím difuze vodní páry do vzduchu,

jehož relativní vlhkost tímto procesem vzrůstá. Aby nedošlo k plnému nasycení vzduchu (kdy vzduch již nemůže přijímat od konstrukce další vlhkost) je nutné, aby vzduch kolem konstrukce kontinuálně proudil. Dostatečná intenzita proudění vzduchu je v případě navrhovaného řešení zajištěna nasávacím otvorem ve spodní části betonové tvarovky a výdechovým otvorem v horní části tvarovky (obr. 4). Nasávací otvor je umístěn v dostatečné výšce nad povrchem terénu tak, aby bylo zamezeno vnikání vody stékající po povrchu terénu do provětrávané dutiny. Proti vniknutí hmyzu a drobného ptactva do prostoru provětrávané dutiny, kde by mohlo dojít k zahnízdění, je do nasávacího otvoru i odvětrávacího otvoru osazena plastová chránička ve tvaru otvoru se síťkou. Nasávací otvor i výdechový otvor mají svou spodní hranu zkosenu směrem dolu od zdiva a/nebo základu objektu, aby nedocházelo k zatékání dešťové vody do provětrávané dutiny. V případě, že by i přesto došlo k zatečení určitého množství vody do prostoru provětrávané dutiny, je soklová tvarovka vybavena odvod-

7

42


❚

3/2012

M AT E R I Á LY A T E C H N O L O G I E Obr. 4 Řez provětrávaným soklem (nepodsklepená budova) ❚ Fig. 4 Cross cut of venting socle (basementless building) Obr. 5 Možnosti uspořádání soklových tvarovek ❚ Fig. 5 Examples of concrete blocks arrangement Obr. 6 Příklad řešení soklu na rohu budovy ❚ Fig. 6 Socle arrangement at the corner of the building Obr. 7 Příklad řešení soklu v koutu budovy ❚ Fig. 7 Socle arrangement in the nook of the building

ňovacím otvorem ve své spodní části, který vodu odvede do přilehlého štěrkového násypu. Pro zajištění upevnění na požadovaném místě je tvarovka ve své horní části opatřena úchytem z páskové oceli pro připojení ke zdivu. Kromě „běžných“ soklových tvarovek je systém doplněn rohovou tvarovkou se skosenou svislou hranou, tj. půdorysně o 45o tak, aby bylo možné provětrávaný sokl provést nepřerušeně podél celého obvodu budovy. Tvarovky je možné opatřit systémem pero-drážka na bočních stranách, pro zajištění spolupůsobení tvarovek v případě předpokládaného zvýšeného mechanického namáhání, např. náraz automobilu při parkování apod. V závislosti na konkrétním sanovaném objektu, resp. míře vlhkosti sanovaných konstrukcí, je možné soklovou tvarovku doplnit v řadě tvarovkami bez nasávacích a odvětrávacích otvorů (obr. 5). Nevýhodou systému může být v případě vyšší výšky soklu (nad 0,5 m) velká hmotnost betonových tvarovek a z toho vyplývající omezení při osazování (potřeba většího počtu pracovníků pro manipulaci s tvarovkami nebo nutnost využití zvedací techniky). U vyšších soklů lze navrhnout tvarovky užší, čímž dojde ke snížení jejich hmotnosti na přijatelnou úroveň, avšak zároveň to bude znamenat vyšší pracnost (větší počet tvarovek na 1 bm). Z estetického hlediska je možné celý sokl jakkoliv přizpůsobit požadavkům architekta nebo zákazníka, neboť efektivita provětrávání v dutině ani trvanlivost tvarovek není ovlivněna druhem povrchové úpravy betonu. Je možné použít jakýkoliv způsob úpravy povrchu tvarovek (barevný nátěr, probarvený beton, pohledový beton, ce3/2012

❚

❚


Literatura: [1] Pazderka J., Zigler R.: Systém pro odvětrávání soklové části zdiva, užitný vzor č. 22986, Úřad průmyslového vlastnictví, Praha 2011 [2] Pazderka J.: Účinnost sanačních postupů založených na krystalizačních materiálech, Beton TKS 2/2009, s. 16–19, Praha 2009 [3] Pazderka J.: Vliv krystalizačních příměsí na pevnost betonu v tlaku, Beton TKS 3/2010, s. 60–63, Praha 2010 [4] ČSN EN 12390-8 – Zkoušení ztvrdlého betonu – Část 8: Hloubka průsaku tlakovou vodou, ČNI, Praha 2001 [5] ČSN EN 206-1 Beton – Část 1: Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda, Změna Z3, ČNI, Praha 2001, 2008

mentová stěrka, strukturovaný povrch apod.). Omezujícím faktorem je pouze použití v případě památkově chráněných objektů, neboť je zřejmé, že betonový charakter soklu není v souladu s architektonickým výrazem historické stavby (např. barokního kostela apod.).

RSTAB

RFEM

my progra e š a n ušejte icence Vyzko jčení l ů p a z tné Bezpla

RSTAB 7 Program pro výpočet prutových konstrukcí

Z ÁV Ě R

Základní výhodou popsaného systému provětrávaného soklu na bázi tvarovek z betonu s krystalizační příměsí je vysoká trvanlivost a nižší pracnost v porovnání s roštovými systémy. Lze tedy předpokládat také nižší cenu za 1 bm oproti roštovým systémům, danou nižší pracnosti, levnějším materiálem apod. Cílem článku bylo také upozornit na podceňovanou problematiku akumulace vlhkosti pod dodatečně provedenou horizontální hydroizolací ve zdivu. Prezentovaný systém provětrávaného soklu je jednou z možností, jak lze tento problém efektivně řešit.

RFEM Program pro výpočet prostorových konstrukcí metodou konečných prvků

Článek byl vytvořen za podpory výzkumného záměru MSM 6840770001 – Spolehlivost,

Podpora nových evropských norem

optimalizace a trvanlivost stavebních materiálů

Různé národní přílohy

a konstrukcí.

Cena programu již od 33 450 Kč Česká verze včetně manuálů

Text článku byl posouzen odborným lektorem.

Bezplatná B ezpllattná á st studentská tudent d tská ká verze Ing. Jiří Pazderka, Ph.D. e-mail: [email protected]

Demoverze zdarma ke stažení

tel.: 224 354 708

www.dlubal.cz

Ing. Radek Zigler, Ph.D.

Ing. Software Dlubal s.r.o. Anglická 28, 120 00 Praha 2 Tel.: +420 221 590 196 Fax: +420 222 519 218 www.dlubal.cz [email protected]

e-mail: [email protected] tel.: 224 355 403 oba: Fakulta stavební ČVUT v Praze Katedra konstrukcí pozemních staveb


Inzerce 71.7x259 spad CZ (Beton)_02.indd 1

43

23.3.2011

VĚDA A VÝZKUM

❚

SCIENCE AND RESEARCH

VLIV MRAZUVZDORNOSTI BETONU NA JEHO POVRCHOVÉ ÚPRAVY ❚ INFLUENCE OF CONCRETE FREEZE-THAW RESISTANCE ON ITS SURFACE FINISHES Jiří Dohnálek Mrazuvzdornost betonu je rozhodujícím parametrem, který ovlivňuje trvanlivost jeho povrchových úprav včetně prováděných sanačních zásahů. V příspěvku jsou uvedeny příklady, kdy nevhodně zvolená povrchová úprava nebo neprověřená mrazuvzdornost podkladního betonu vedly k závažným poruchám. ❚ Freeze-thaw resistance of concrete is the crucial factor, which influences durability of its surface finishes, including performed repair works. The article provides examples where incorrectly selected surface finish or untested freeze-thaw resistance of substrate concrete lead to serious defects.

Mrazová degradace betonu i všech cementem pojených materiálů je dominantním degradačním procesem, který ve středoevropských podmínkách rozhoduje o trvanlivosti betonových a železobetonových konstrukčních prvků. V posledních čtyřiceti letech byla mrazuvzdornosti věnována mimořádná pozornost, a to jak po teoretické, tak praktické stránce. Dokladem toho je množství odborných publikací, které se snaží vysvětlit princip mrazové degradace i popsat vliv nejrůznějších technologických opatření na zvýšení mrazuvzdornosti betonu. Neméně četné jsou publikace zaměřené na testování mrazuvzdornosti, a to nejrůznějšími metodami či metodikami. Přesto projektanti věnují problematice mrazuvzdornosti stále nedostatečnou pozornost a ne vždy si uvědomují všechny souvislosti, které s mrazovou degradací betonu souvisí. Velkým přínosem je definice stupně agresivního prostředí podle ČSN EN 206-1, která umožňuje explicitní specifikaci mrazuvzdornosti betonu s ohledem na vnější expoziční podmínky. V minulosti byla problematika mrazuvzdornosti vnímána s ještě menší intenzitou. Jen v některých projektech byla specifikována mrazuvzdornost počtem zmrazovacích cyklů (např. T 100 podle ČSN 73 1322). V převážné části hydrotechnických staveb i dalších konstrukcí, exponovaných ve vnějším prostředí, však mrazuvzdornost nebyla explicitně zmiňována ani požadována a ve specifikacích betonu kromě třídy byly častěji uváděny spíše požadavky vodotěsnosti. N Á Z O RY N A M E C H A N I S M U S D E G R A D A Č N Í C H PROCESŮ, SOUVISEJÍCÍCH S MRAZUVZDORNOSTÍ

Názory na mrazuvzdornost betonu se přes rozsáhlé experimentální práce i teoretické studie stále významně liší. Popsat jednoznačně mechanismus mrazové degradace tedy není prakticky možné [1 až 13]. Nejjednodušší představa, že tahová napětí, vyvolávající poškození struktury betonu, vznikají v důsledku přechodu vody v led a zvětšení jejího objemu o cca 9 %, je velmi nepřesná. Ve skutečnosti je pórový systém betonu mimořádně komplikovaný a je tvořen složitým systémem gelových kapilárních i vzduchových makropórů, které jsou i u vlhkého betonu či betonu v exteriéru různým způsobem nasyceny vodou. Při poklesu teploty pak tato voda přechází v led při různých teplotách v závislosti na fyzikálně-chemických parametrech mikrostruktury. Experimentální práce prokázaly, že v některých typech pórů nepřechází voda v led ani při hlubokých záporných teplotách v intervalu -30 až -40 °C. Převážně se tedy soudí, že poškození je vyvoláno hydrau44

lickým tlakem vody, která je do kapilár vytlačována postupně se tvořícím ledem. V okamžiku, kdy tento vnitřní hydraulický přetlak překoná tahovou pevnost cementové matrice, dojde k poruchám. Nelze však pominout ani teorie, odkazující na rozdílnou teplotní roztažnost kameniva, cementové matrice a ledu. Tyto fyzikálně-chemické procesy jsou výrazně komplikovány a zesilovány přítomností rozmrazovacích prostředků, tedy především chloridu sodného. Za této situace se mohou uplatňovat i krystalické tlaky těchto solí. Současně v přítomnosti rozmrazovacích látek může být zvýrazňován napěťový gradient, související s různou intenzitou a rychlostí promrzání povrchových vrstev. I když teoretické vysvětlení mrazové degradace je relativně složité a nejednotné, pozitivní skutečností je okolnost, že máme k dispozici jednoduchá technologická opatření, kterými můžeme mrazuvzdornost betonu zajistit. Běžně se používá speciální provzdušnění betonu, tedy provzdušnění, které vnese do struktury cementové matrice póry malého průměru, rovnoměrně rozptýlené v této matrici. Pozitivní efekt tohoto provzdušnění pravděpodobně souvisí s tím, že led vzniká primárně v kapilárních pórech, přičemž vytlačuje dosud nezamrzlou vodu přilehlými kapilárami k nejbližším vzduchovým pórům, vneseným provzdušněním. To eliminuje nárůst výše naznačených hydraulických tlaků. Teoreticky nejjednodušší obranou proti mrazové degradaci je však expozice betonu v suchém nebo chráněném prostředí. To je však požadavek ve venkovních podmínkách jen obtížně či zcela výjimečně splnitelný. ZKOUŠENÍ MRAZUVZDORNOSTI

Mrazuvzdornost betonu je parametrem, u kterého zcela selhává vizuální empirické, resp. intuitivní hodnocení betonu. Na základě vzhledu povrchu nebo struktury betonu lze obvykle alespoň přibližně odhadnout kvalitu betonu např. z hlediska pevnosti v tlaku. Vizuálně zhodnotit mrazuvzdornost betonu je však zcela vyloučené. Proto se zkoušení mrazuvzdornosti dlouhodobě věnuje zvýšená pozornost. Vysoká četnost používaných zkušebních metod však mnohdy situaci spíše komplikuje. Historicky byla u nás mrazuvzdornost zkoušena především podle ČSN 73 1322 „Stanovení mrazuvzdornosti betonu“ 1968, Z1 2003. Zkouška se provádí na betonových zkušebních hranolech o velikosti 100 x 100 x 400 mm, nasycených čistou vodou, zmrazovaných na teplotu -15 až -20 °C po dobu 4 h a rozmrazovaných vodou při teplotě +15 až +22 °C po dobu 2 h. Počet zkušebních cyklů je 50, 100 a 150. Po každé etapě se zmrazované a referenční (nezmrazované) vzorky zkouší na pevnost v tahu za ohybu a počítá se součinitel mrazuvzdornosti jako poměr průměrné hodnoty pevnosti v tahu za ohybu zmrazovaných a nezmrazovaných trámců. V případě, že je tento součinitel nižší než 0,75, je beton charakterizován jako nemrazuvzdorný. Významnou nevýhodou této metody je okolnost, že u řady moderních cementem pojených systémů vychází součinitel vyšší než 1, tzn., že v průběhu zkoušky může pevnost betonu i stoupat! Současně i modelová podobnost této zkoušky s realitou je


❚

3/2012

VĚDA A VÝZKUM

velmi problematická. Běžné konstrukční prvky jsou v našich podmínkách obvykle prochlazeny pouze v povrchových oblastech, takže interpretovat výsledek jako snížení mechanických vlastností betonu v celém průřezu prvků s dopadem na statiku objektu je velmi nepřesné. Proto se dnes pro hodnocení mrazuvzdornosti používá spíše ČSN 73 1326 „Stanovení odolnosti povrchu cementového betonu proti působení vody a chemických rozmrazovacích látek (1984), která podstatně lépe postihuje skutečné mrazové zatížení betonových konstrukčních prvků. Postup dle této normy exponuje testovaný povrch betonu v tříprocentním roztoku NaCl, a to při teplotách +20 až -15 °C (metoda A) a +5 až -18 °C (metoda C). Měřeným parametrem je hmotnost odpadu, který se odděluje od testovaného povrchu v důsledku mrazové degradace. Standardními zkušebními tělesy jsou krychle o hraně 150 mm nebo válce o průměru 150 mm. Pro hodnocení konstrukcí v rámci diagnostických prací lze však použít prakticky tělesa jakéhokoliv tvaru a rozměru. Zjištěný odpad se přepočítává na m2. Standardně se povrch zatěžuje celkem 75 cykly, přičemž po 25 cyklech je zkouška automaticky přerušena tak, aby mohl být zjištěn odpad. Největší předností této metody jsou dlouhodobé zkušenosti s požadovanými kritérii. Obvykle za mrazuvzdorný beton bývá považován ten, jehož plošný odpad po 75 zmrazovacích cyklech je menší než 1 000, případně 1 200 g/m2. V literatuře najdeme řadu dalších zkušebních metod, např. tzv. Slabtest (referenční metoda ČSN P CEN/TS 12 390-9). Jedná se o komplikovanou, přístrojově náročnou zkušební metodu, pro kterou však nejsou k dispozici prakticky žádná věrohodná kvalitová kritéria. Podobné výhrady se týkají i dalších zkušebních metodik, jako např. metody CF, resp. CDF. Pro zkoušení mrazuvzdornosti tedy není rozhodující pouze samotná zkušební metodika, ale zejména existence ověřených kritérií pro hodnocení výsledků. Právě tato okolnost dlouhodobě v našich podmínkách favorizuje ČSN 73 1326, která se zároveň zaměřuje na fyzikálně jednoznačný a inženýrsky cenný a využitelný parametr, tedy degradaci povrchových vrstev betonového konstrukčního prvku. VLIV MRAZOVÉ DEGRADACE NA FUNKČNÍ VLASTNOSTI BETONOVÝCH PRVKŮ A KONSTRUKCÍ

Z povahy mrazového zatížení betonových a železobetonových konstrukcí vyplývá, že tento degradační mechanismus až na výjimky neohrožuje statickou spolehlivost konstrukcí. Celoobjemové snížení mechanických vlastností v důsledku mrazového zatížení je zcela výjimečné a s haváriemi tohoto typu se prakticky nesetkáváme. Naopak typickým projevem poruch je: • rozpad povrchových vrstev, jehož důsledkem je závažné porušení vzhledu konstrukce, • ovlivnění průřezových parametrů konstrukčního prvku,

1

3/2012

❚


• degradace krycí vrstvy betonu nad výztuží, která znehodno-

cuje bariérové vlastnosti této vrstvy, které jsou nezbytné pro dlouhodobou stabilizaci korozního stavu výztuže. Všechny tyto okolnosti mají rozhodující vliv na funkčnost zejména cementobetonových silničních krytů, mostních objektů, ale i jakýchkoliv dalších prvků či povrchových úprav, situovaných v exteriéru. Jen okrajově je vnímán problém mrazuvzdornosti betonu ve vztahu k sanacím železobetonové konstrukce. Přitom vliv mrazuvzdornosti betonového povrchu (podkladu) na jeho „sanovatelnost“ je velmi významný a rozhodující. V dalším textu je uvedeno několik příkladů, které naznačují, že jakékoliv podcenění informací o mrazuvzdornosti sanované betonové konstrukce či povrchové úpravy má mimořádně nepříznivé důsledky pro jeho vzhled i dlouhodobou funkčnost sanačního zásahu. M R A Z U V Z D O R N O S T P O V R C H O V Ý C H Ú P R AV

Jednou z povrchových úprav, které jsou stále častěji navrhovány do exteriéru, je klasické teraco. Jedná se o materiál, zhotovovaný několik století. Jeho obliba u nás gradovala v 20. a 30. letech minulého století. Nástup „zprůmyslněného“ stavebnictví v 50. až 80. letech minulého století tuto technologii téměř eliminoval s ohledem na její pracnost a rukodělnou náročnost. Naopak po roce 1990 má její užití stále stoupající tendenci. I když se správně provedeným teracem jsou velmi dobré zkušenosti v interiéru, jeho exteriérová aplikace není zcela samozřejmá. Jedná se o cementem pojený materiál, který je vystaven klimatickému působení a musí tedy splňovat standardní požadavky mrazuvzdornosti. Pokud bychom materiál testovali podle výše zmíněné klasické ČSN 73 1322, tedy zjišťovali pevnost v tahu za ohybu po 50, 100, či 150 zmrazovacích cyklech, budou výsledky relativně uspokojivé. Pokud však použijeme pro hodnocení ČSN 73 1326, zjišťujeme, že zejména při expozici v tříprocentním roztoku chloridu sodného dochází u obvyklých receptur k totálnímu rozpadu (obr. 1). Pokud je vzorek exponován pouze ve vodě, je mrazový rozpad méně intenzivní a odpady jsou obvykle na úrovni cca 10 x nižší. I když po 50 zmrazovacích cyklech i v tomto případě je patrná povrchová degradace, vzorek zůstává celistvý a vzhledově akceptovatelný (obr. 2). Z toho vyplývá, že pokud použijeme běžnou teracovou směs, např. pro povrchovou úpravu novodobé repliky staršího mostu, musíme aspekty mrazuvzdornosti teraca i podkladního betonu zohledObr. 1 Stav teraca po padesáti zmrazovacích cyklech v tříprocentním roztoku NaCl ❚ Fig. 1 State of terrazzo after fifty freeze-thaw cycles in three percent NaCl solution Obr. 2 Stav teraca po padesáti zmrazovacích cyklech ve vodě Fig. 2 State of terrazzo after fifty freeze-thaw cycles in water

❚

2

❚


45

VĚDA A VÝZKUM

❚


4

3

nit jak v projektových požadavcích, tak i při vlastním provádění. Současně je zřejmé, že pokud bude povrch trvale vystaven vodním roztokům či aerosolům s obsahem soli, bude nezbytné povrch např. hydrofobizovat či provádět jeho údržbu, která vstup chloridových iontů do struktury v maximální možné míře omezí. V případě nevhodně složené směsi však bude docházet k rozpadu i při expozici povrchových teracových vrstev v běžné vodě. Na obr. 3 a 4 je záběr světlé teracové vrstvy, fixované na novém betonovém podkladu. Prvky jsou součástí zahradní architektury a po čtyřleté venkovní expozici dochází k postupnému povrchovému rozpadu teraca (obr. 5 a 6). Zastavit tento proces je v dané situaci prakticky nemožné. V tomto konkrétním případě je nepříjemnou okolností i skutečnost, že podkladní beton, původně specifikovaný jako mrazuvzdorný, byl následně zaměněn za beton shodné třídy, avšak bez zaručení mrazuvzdornosti. I tato okolnost přispívá k zrychlenému chátrání teracových vrstev, protože dochází k jejich delaminaci od podkladu.

5

REPROFILACE BETONOVÝCH A ŽELEZOBETONOVÝCH KONSTRUKCÍ

I v případě sanace, která je prioritně reprezentována lokální či celoplošnou reprofilací, mají aspekty mrazuvzdornosti pro úspěšnost sanačního zásahu zcela zásadní charakter. I když se pro reprofilační materiály v Evropských normách i ve všech dostupných technických podmínkách požaduje jejich mrazuvzdornost, není zcela běžné jejich hodnocení postupem podle ČSN 73 1326, která jako jediná může postihnout dlouhodobé změny jejich povrchu. Zcela se však opomíjí, a to zejména při provádění diagnostických prací, identifikace mrazuvzdornosti staršího betonového podkladu. Diagnostika obvykle pečlivě hodnotí pevnost betonu v tlaku, případně jeho tahové pevnosti (pevnost v tahu povrchových vrstev). I když tyto parametry jsou vyhovující, v případě, že beton není mrazuvzdorný, bude dlouhodobá stabilita adhezně kotvené reprofilace jen velmi problematická. Prověření mrazuvzdornosti podkladního betonu podle ČSN 73 1326 je proto zásadním a nepominutelným podkladem pro kompetentní návrh sanace. V případě, že podklad je nemrazuvzdorný, je nezbytné reprofilační vrstvy kotvit mechanicky, a to např. aplikací subtilní antikorozně chráněné výztužné síťky, případně dalších podobných systémů na bázi např. čedičových vláken. Na obr. 7 je demonstrován stav pečlivě sanovaných železobetonových konstrukcí velmi kvalitními reprofilačními materiály, avšak bez ohledu na mrazuvzdornost podkladu. Vzhledem 46

6 Obr. 3 Teraco, situované v parku po čtyřech letech Fig. 3 Terrazzo, situated in a park, after four years

❚

Obr. 4 Celkový pohled na parkové prvky, opatřené povrchovou úpravou světlým teracem ❚ Fig. 4 Overall view of park components, with applied surface finish by light terrazzo Obr. 5 Podkladní beton a teracová vrstva z parku po dvaceti pěti zmrazovacích cyklech ve vodě ❚ Fig. 5 Substrate concrete and terrazzo layer from the park, after twenty-five freeze-thaw cycles in water Obr. 6 Celoplošná reprofilace stěn jímek záchytné vany po čtyřleté expozici ve venkovním prostředí ❚ Fig. 6 Area-wide re-profiling of walls of the arresting reservoir, after four year exposure to exterior environment Obr. 7a, b Delaminace celoplošné povrchové reprofilace na stěnách čistírny odpadních vod ❚ Fig. 7a, b Delamination of area-wide re-profiling on walls of the sewage treatment plant

k tomu, že ve většině exteriérových aplikací nelze zabránit vstupu srážkové či spodní vody do železobetonového prvku, vytvoří reprofilace částečnou difúzní bariéru. To vede k postupnému zvyšování vlhkosti povrchových vrstev podkladních betonů. Tato okolnost pak výrazně zesiluje mrazovou degradaci. Ke ztrátě adheze pak stačí porušení velmi tenké povr-


❚

3/2012

VĚDA A VÝZKUM Literatura: [1] Powers T. C.: A Working Hypothesis for Further Studies of Frost Resistance of Concrete. Journal of the American Concrete Institute 16 (1945) No. 4, S. 245–272 [2] Fagerlund G.: The Critical Degree of Saturation Method Assessing the Freeze-Thaw Resistance of Concrete. Materials and Structures 10 (1977), s. 217–229 [3] Setzer M. J.: Einfluß des Wassergehalts auf die Eigenschaften des erhärteten Betons. Schriftenreihe Deutscher Ausschuß für Stahlbeton, H. 280, s. 43–117, Ernst & Sohn, Berlin 1977 [4] Stark J., Wicht B.: Dauerhaftigkeit von Beton. Schriften der Hochschule für Architektur und Bauwesen Weimar, Fakultät Bauingenieurwesen, H. 100., F.A. Finger-Institut, Weimar 1995 [5] Grübl P.: Über die Rolle des Eises im Gefüge zementgebundener Baustoffe, beton 31 (1981) H. 2, s. 54–58 [6] Fagerlund G.: Determination of Pore-Size Distribution From Freezing-Point Depression. Materials and Structures 7 (1973), s. 215-224

7a

chové vrstvy podkladního betonu. Následná delaminace se začne projevovat nejprve lokálně, postupně však obvykle vede k celoplošnému selhání sanačního zásahu. C E L K O V É Z ÁV Ě RY

Mrazuvzdornost betonu je velmi podstatným fyzikálním parametrem, který je potřeba zohledňovat nejen při návrhu nových betonových a železobetonových konstrukcí, ale velmi pečlivě prověřovat i při sanaci konstrukcí starších. Zkušenosti ukazují, že zejména v oblasti hydrotechnických staveb jsou provedené

❚


[7] Werse H.-P.: Prüfung des Frost-Tausalzwiderstandes des Betons von Brückenkappen. Betonwerk + Fertigteil-Technik (1976) H. 1, s. 24–28 sowie H.2, s. 93–96 [8] Stockhausen N., Dorner H., Zach B., Setzer M. J.: Untersuchungen von Gefriervorgängen in Zementstein mit Hilfe der DTA. Cement and Concrete Research (1979) Vol. 9, s. 783–794 [9] Blümel O., Springenschmid, R.: Grundlagen und Praxis der Herstellung und Überwachung von Luftporenbeton. Zement und Beton (1969) H. 47, s. 19–25 [10] Walz K., Springenschmid R.: Betonstraßen und Tausalzeinwirkung. Beton 12 (1962) H. 11, s. 507–512 [11] Würth E.: Beanspruchung des Betons bei Tausalzanwendung. Betonwerk + Fertigteil Technik (1977) H. 11, s. 542–548 [12] Harnik A. B., Rösli A.: Temperaturschock beim Auftauen von vereistem Beton mit Tausalz. Schweizerische Bauzeitung 93 (1975) H. 46, s. 735–739 [13] Wilk W., Dobrolubov G.: Temperaturschock und Eigenspannung in Beton unter Frost-Tausalzeinwirkung. Betonstraßen (1982) Nr. 129, s. 2–16

7b

betony většinou zcela nemrazuvzdorné a sanační zásah, realizovaný bez zohlednění této situace, může následně vést k nepříjemným poruchám a reklamacím. Hodnocení mrazuvzdornosti betonu musí tedy být při rekonstrukcích a sanacích většinou nedílnou součástí diagnostických prací. Doc. Ing. Jiří Dohnálek, CSc. Betonconsult, s. r. o. tel.: 602 324 116, e-mail: [email protected] www.dohnalek.org

DECORATIVE & INNOVATIVE USE OF CONCRETE Graham F. True V protikladu s široce rozšířeným přesvědčením, že beton je šedivý a nudný, představuje nová kniha z vydavatelství Whittles Publishing dlouhou řadu příkladů použití betonu v nosných konstrukcích ale také jako designového materiálu, kdy je jeho užití skutečně inovativní (HSC, UHSC, CSCC, LWC ad), zajímavé a atraktivní. V historickém přehledu je vybráno nejen několik ikonických staveb světově známých architektů (A. Perret, F. L. Wright, R. Schindler, Le Corbusier, B. Lubetkin, O. Arup, P. L. Nervi, O. Niemeyer ad.), ale čtenář je seznamován i s jejich méně známými díly, která si však také zaslouží jeho pozornost. Na površích betonových staveb jsou ukázány různé techniky a postupy, které jsou užívány k dosažení požadované struktury materiálu a barvy, nebo pro formování či změnu vzhledu povrchu betonu dle nových požadavků uživatele stavby.

3/2012

❚


Kniha demonstruje pozoruhodný potenciál betonu ať už v popsaných technikách barvení a úprav betonových ploch nebo v nekonečných variacích kombinací architektonického návrhu s dobrým inženýrským a technologickým projektem a pečlivou realizací stavby (A. Hernandez, L. Snozzi, M. Botta, E. Ushida, S. Calatrava, T. Ando, Z. Hadid ad.). Ve všech představených příkladech je beton nositelem architektonického a výtvarného výrazu vytvořeného v kontextu působení místa stavby. V závěru knihy je uvedena rozsáhlá Bibliografie a užitečný Index. Vydalo Whittles Publishing 2012 www.whittlespublishing.com ISBN: 978-1904445-48-7 308 stran, tuhá vazba, 175 x 246 mm

47

VĚDA A VÝZKUM

❚


POUŽITÍ STRUNOVÝCH TENZOMETRŮ PRO ZATĚŽOVACÍ ZKOUŠKY MOSTŮ ❚ USAGE OF STRAIN GAUGES FOR LOADING TESTS OF BRIDGES Miloš Zich, Jan Koláček, Petr Daněk V loňském 4. čísle časopisu Beton TKS [1] byla představena koncepce dlouhodobého sledování tří mostů na dálnici D47 Ostrava Hrušov– –Bohumín. V navazujícím příspěvku jsou prezentovány hodnoty poměr-

odporová čidla. Bylo tak možné velmi dobře sledovat změny teploty betonu během provádění zkoušky a z toho případně stanovit jejich vliv na namáhání mostu. Výsledky a zkušenosti získané měřením strunovými tenzometry během zatěžovacích zkoušek jsou pro jednotlivé mosty uváděny dále.

ného přetvoření betonu naměřené během zatěžovacích zkoušek mostů. Je uvedeno srovnání naměřených a vypočtených hodnot. ❚ This paper

MOST PŘES ODRU A ANTOŠOVICKÁ JEZERA

follows the paper published in the fourth volume of this journal last year

Statická zatěžovací zkouška mostu probíhala ve dvou dnech. Dne 27. října 2007 proběhla zkouška zavěšené části mostu (ZS4 a ZS5). V zatěžovacím stavu ZS4 bylo použito čtrnáct vozidel Tatra o váze 25 t. Vozidla byla umístěna v hlavním poli o rozpětí 105 m, symetricky po sedmi na levém i pravém mostě (obr. 1). V zatěžovacím stavu ZS5 bylo použito dvanáct vozidel Tatra umístěných jen na levém mostě hlavního pole (obr. 2). Následující den se uskutečnila zkouška estakádní část mostu (ZS1, ZS2, ZS3). V zatěžovacím stavu ZS1 bylo použito šest vozidel symetricky umístěných v 9. poli pravého mostu. V ZS3 bylo použito šest vozidel symetricky umístěných v 3. poli levého mostu a v ZS2 šest vozidel nesymetricky umístěné v 9. poli pravého mostu. Vlastní průběh zatěžovací zkoušky, rozmístění vozidel na mostě, stanovení jejich hmotnosti, sledování průhybů nosné konstrukce mostu, výchylky pylonu apod. navrhla a případně i prováděla firma Pontex [6]. Měření poměrného přetvoření (FAST VUT v Brně) při zatěžování hlavního pole mostu probíhalo pomocí čtyř záznamových ústředen DataTaker. Dvě ústředny byly zapojeny kontinuálně (řezy A a B levého mostu) s intervalem záznamu jedné minuty. Další dvě sloužily pro sběr okamžitých dat z ostatních měřických řezů (vždy před nájezdem, po nájezdu, ustálení deformací a odjetí vozidel). Měření v řezech E, F v 9. poli estakádní části proběhlo pomocí průběžného záznamu dvou ústředen. Z množství naměřených dat je v rámci tohoto článku uveden časový průběh poměrného přetvoření betonu v nejvíce namáhaném řezu B levého mostu. Obr. 3 dokumentuje změnu přetvoření v průběhu zkoušky od dvou zatěžovacích stavů (symetrický na levém i pravém mostě a nesymetrický s vozidly pouze na levém mostě). Je patrný postupný nájezd vozidel, ustálení zatížení a jejich odjezd. Zřejmá je i nižší naměřená hodnota přetvoření u nesymetrického stavu. Hodnoty „okamžitých“ změn poměrného přetvoření v příčných řezech A a B jsou zakresleny v obr. 4 až 7 černě pl-

[1], where the concept of a long-term monitoring of three bridges on the highway D47 Ostrava Hrušov–Bohumín was described. Now we present the values of concrete strains measured during the loading tests of those bridges. Measured and calculated values are compared.

V článku [1] byla uvedena celková koncepce sledování mostních konstrukcí postavených na dálnici D47 v letech 2004 až 2007. Jednalo se o sledování následujících konstrukcí: • Most s označením SO201 přes řeku Odru a Antošovická jezera (spojitý monolitický dvojkomorový nosník výšky 2,2 m o čtrnácti polích 24,5 + 2 x 33 + 36 + 105 + 56,6 + 39,4 + 6 x 39 + 27,5 m s hlavními poli zavěšenými na ocelobetonovém pylonu [2]). • Most SO233 přes řeku Ostravici (spojitý nosník o čtyřech polích 66,7 + 100,3 + 70 + 54 m s nosnou konstrukcí tvořící ocelové koryto proměnné výšky 2,2 až 4,5 m spřažené s příčně předepnutou mostovkou, v podélném směru je nosník předepnut volnými kabely [3]). • Most SO202 přes řeku Odru (spřažený ocelo-betonový trámový most o pěti polích 40 + 50,5 + 84,5 + 50,5 + 40 m s horní příčně předpjatou mostovkou [4]). Projekt a realizace sledování byla prováděna Ústavem betonových a zděných konstrukcí FAST VUT v Brně ve spolupráci s projektantem mostů firmou Stráský, Hustý a partneři, s. r. o., Brno a dodavateli jednotlivých staveb. V rámci sledování byly v průběhu výstavby mostů zabetonovány do průřezů strunové tenzometry TES/5.5/T od firmy Gage Technique. Popis umístění tenzometrů je blíže uveden v [1] a [5]. Tenzometry jsou využívány nejen pro dlouhodobé sledování, ale byly vždy využity i pro sledování namáhání konstrukce během statických zatěžovacích zkoušek. Tato měření sloužila jako doplňková k měření deformací (většinou průhybů) mostů. U tenzometrů jsou zabudovaná i teplotní 1

2

48


❚

3/2012

VĚDA A VÝZKUM 3

120

4.ZS - symetrický stav

100

❚


4

5.ZS - nesymetrický

poměrné přetvoření [μm/m]

80 60

BL1 BL2 BL3 BL4 BL5 BL6 BL7 BL8

40 20 0 -20 -40

5

-60 7:12

9:36

12:00

14:24

16:48

19:12

čas [h]

ně. Hodnoty poměrného přetvoření v hlavním poli mostu byly vyhodnoceny ve spolupráci s projektantem mostu firmou Stráský, Hustý a partneři Brno. Do obr. 4 až 7 je červeně doplněno porovnání s průběhem poměrného přetvoření, které bylo stanoveno pomocí deskostěnového výpočetního modelu (obr. 8). Z hodnot změn přetvoření je též možné usuzovat na změny napjatosti v betonu. Výsledky Porovnáním výsledků výpočtu a provedeného měření bylo možno konstatovat, že konstrukce prokázala větší tuhost statického systému (cca o 15 %), než bylo uvažováno ve výpočtovém modelu projektanta. To bylo ve shodě s naměřenými deformacemi mostu [6]. Výsledky statického modelu ukazují na rovnoměrnější rozdělení napětí (přetvoření) v horní desce oproti reálně změřeným. V řezu A (u podpěry 5) je patrný větší rozdíl naměřených a vypočtených hodnot ve spodní desce. To je způsobeno nepřesností modelování zesílené spodní desky pomocí deskostěnových prvků v blízkosti příčníků. Trvalé změny hodnot poměrného přetvoření po provedení zatěžovací zkoušky jsou velmi malé (okolo 1 až 2 μm/m); na hranici přesnosti měření strunovými tenzometry. Hodnoty přetvoření celkově ukazují na správnost výpočtových předpokladů zatěžovací zkoušky s tím, že se konstrukce při zatěžovací zkoušce chovala v souladu s předpoklady projektu [2]. Všechny hodnoty přetvoření ukazují staticky předpokládaný průběh přetvoření (napětí). To je důležitý závěr i z hlediska dlouhodobého sledování. Byla tak ověřena funkčnost tenzometrů pro okamžitá zatížení a je tedy předpoklad jejich správné funkce i pro dlouhodobá měření.

6

Obr. 1 ZS4 symetrické zatížení – zavěšená část mostu ❚ Fig. 1 LC4 symmetrical load – cable-stayed part of the bridge

8

7

Obr. 2 ZS5 nesymetrické zatížení levého mostu – zavěšená část mostu ❚ Fig. 2 LC5 unsymmetrical load of the left bridge – cable-stayed part of the bridge Obr. 3 Průběh poměrného přetvoření betonu v čase – řezu B, levý most ❚ Fig. 3 Time course of concrete strain – section B, the left bridge Obr. 4 Poměrná přetvoření betonu [μm/m] – řez A, ZS4 Fig. 4 Concrete strain [μm/m] – section A, LC4

❚

Obr. 5 Poměrná přetvoření betonu [μm/m] – řez B, ZS4 ❚ Fig. 5 Concrete strain [μm/m] – section B, LC4 Obr. 6 Poměrná přetvoření betonu [μm/m] – řez A, ZS5 Fig. 6 Concrete strain [μm/m] – section A, LC5

❚

Obr. 7 Poměrná přetvoření betonu [μm/m] – řez B, ZS5 ❚ Fig. 7 Concrete strain [μm/m] – section B, LC5 Obr. 8

Výpočtový model

3/2012

❚

❚

Fig. 8

Analysis model


49

VĚDA A VÝZKUM

❚


Obr. 9 Postavení vozidel v podélném směru mostu ❚ Fig. 9 Positioning of trucks in the longitudinal direction of the bridge

9

Obr. 10 Průběh poměrného přetvoření betonu v čase – řez A, střed pole ❚ Fig. 10 Time course of concrete strain – section A, mid of span Obr. 11 Průběh poměrného přetvoření betonu v časeřez B, podpora ❚ Fig. 11 Time course of concrete strain – section B, support Obr. 12 Průběh poměrného přetvoření betonu [μm/m] – řez A, střed pole ❚ Fig. 12 Concrete strain [μm/m] – section A, mid of span Obr. 13 Průběh poměrného přetvoření betonu [μm/m] – řez B, podpora ❚ Fig. 13 Concrete strain [μm/m] – section B, support 10

11

10,0

40,0

Najetí

30,0 20,0

-10,0



0,0

-20,0 -30,0 -40,0

Odjetí vozidel

Odj etí vozidel

A1 A2

-50,0

A3

-70,0 16:19

A5 16:48

17:16

17:45

18:14

18:43

0,0 -10,0 -20,0

Najetí vozidel

B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8

-30,0

-50,0 Dolní deska -60,0 17:16 17:31

19:12

17:45

18:00

18:14

18:28

18:43

čas [h]

čas [h]

12

M O S T P Ř E S O S T R AV I C I

Dne 6. září 2007 se uskutečnilo měření poměrného přetvoření betonu během statické zatěžovací zkoušky pravého mostu. Měření poměrného přetvoření betonu byla prováděna jako doprovodná měření k měření průhybů mostu, které s celou zkouškou zajišťovala firma Inset. Měření bylo realizováno pro zatěžovací stav ZS1, tj. pro symetrické postavení vozidel (9 x 25 t – tři řady vozidel Tatra po třech) vyvozující maximální ohybový moment v hlavním poli mostu (obr. 9). V průběhu měření bylo sledováno přetvoření betonu hlavního pole mostu v horní a dolní desce řezu B (u podpory) a v horní desce řezu A (v poli). Průběh poměrného přetvoření betonu na jednotlivých čidlech je uveden na obr. 10 až 11. V grafech je zřetelný počátek měření, bohužel již na zatíženém mostě (zhotovitel zkoušky nerespektoval požadavky na současný začátek měření strunovými tenzometry), jeho odtížení (stanovení výchozího stavu), opětovné najetí vozidel, ustálení (cca 30 min) a následné odtížení mostu. K vyhodnocení chování byl použit prutový výpočtový model mostu [3]. Z výpočtového modelu byly stanoveny vnitřní síly v místě měřických řezů. Ze stanovených vnitřních sil byl pro jednotlivá čidla proveden výpočet okamžité změny poměrného přetvoření. V obr. 12 a 13 je v příčném směru mostu provedeno srovnání naměřených a vypočtených změn poměrného přetvoření. Výsledky ukazují na velmi dobrou shodu měření a výpočtu, zejména na čidlech u podpory v horní desce (obr. 13). Nerovnoměrnost v dolní desce je způsobena prostorovým namáháním v místě ložiska. V poli (obr. 12) je v horní desce naměřená nerovnoměrnost způsobená lokálním roznosem osamělých sil od kol jednotlivých vozidel. Roznos není pochopitelně v prutovém modelu vystihnut. Lomený průběh červené čáry (výpočet) po šířce desek je dán rozdílnou 50

Odjetí vozidel

10,0

-40,0

A4 -60,0

Horní deska

13


❚

3/2012

18:57

VĚDA A VÝZKUM Obr. 14 Sestava aut – 1. zatěžovací stav pro extrémní kladný podélný moment (3 x 4 vozidel) ❚ Fig. 14 Location of trucks – 1st loading case for the extreme positive longitudinal moment (3 x 4 trucks)

❚


14

Obr. 15 Sestava aut – 2. zatěžovací stav pro kroucení (2 x 5 vozidel) ❚ Fig. 15 Location of trucks – 2nd loading case for the torsion (2 x 5 trucks) Obr. 16 Průběh změny poměrného přetvoření betonu – čidla v horní desce ❚ Fig. 16 Development of concrete strain – gauges in the top slab Obr. 17 Průběh změny poměrného přetvoření betonu – čidla v dolní desce ❚ Fig. 17 Development of concrete strain – gauge in the bottom slab Obr. 18 Pohled zespodu na horní desku v místě podpory, zvýrazněná příčná trhlina v desce ❚ Fig. 18 Bottom view on the top slab in the position of support, highlighted transverse crack in the slab 16

15 100

1.ZS odjezd

80


nájezd vozidel

2.ZS

60 40

3.ZS

20 0 -20

AL1 AL2 AL3

-40 -60 13:12

14:24

15:36

16:48

18:00

19:12

čas [h]

17

18


20 1.ZS

10

2.ZS

3.ZS

0 -10 -20 -30

nájezd vozidel

-40 -50

AL6 AL7 AL8

-60 0,55

odjezd 0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

čas [h]

výškovou úrovní jednotlivých čidel vzhledem k těžišti průřezu. Přesnější výsledky by mohly být získány např. pomocí deskostěnového modelu. Uskutečnění měření tenzometry během zatěžovací zkoušky umožnilo ověřit roznos zatížení do průřezu. Zejména v horní desce v řezu B, kde se neprojevují lokální účinky zatížení vozidel, ani není měření ovlivněno lokálními poruchami okolo ložiska, se zatížení rozneslo do desky rovnoměrně po celé šířce. Ukázala se tak dobrá přesnost prutového modelu, která postačovala pro ověření napjatosti mostu v rozhodujících řezech. MOST PŘES ODRU

Dne 25. října 2007 se uskutečnila zatěžovací zkouška levého mostu ve třech zatěžovacích stavech: ZS1 pro vyvození extrémního kladného momentu v hlavním poli mostu pomocí 3 x čtyř vozidel Tatra (obr. 14), ZS2 pro vyvození extrémního krouticího momentu s 2 x pěti vozidly na vnější straně 3/2012

❚

vozovky (obr. 15) a ZS3 vyvozující extrémní záporný moment nad podporou P3 (2 x dvě + 2 x dvě vozidla umístěná nad podporou vzdálenější od měřických řezů). Pro všechny stavy bylo provedeno měření poměrného přetvoření betonu v horní i spodní desce (řez A) u podpory a v horní desce v poli (řez B), [1]. Průběh změny poměrného přetvoření od zatížení vozidly při zatěžovací zkoušce v čase je uveden pro horní desku na obr. 16 a pro dolní desku na obr. 17. U ZS1 je horní deska v místě měřického řezu tažená a dolní tlačená. V horní desce (obr. 16) je zřejmé, že všechna čidla po najetí vozidel ukazují tahové přírůstky, u čidla AL2 a AL3 od určité úrovně namáhání tah (cca 20 μm/m) přestane růst, průběh přetvoření se otočí (na nulové hodnoty a mírně do tlaku). To si lze vysvětlit vznikem trhliny v betonu v místě obou tenzometrů a následným přerozdělením vnitřních sil. Po odjetí vozidel se již hodnoty přetvoření na čidlech A2 a A3 nevrátily na původní hodnotu. Zůstala na nich naměřená trvalá deformace.


51

VĚDA A VÝZKUM

❚


Na obr. 18 jsou dokumentovány příčné trhliny v horní desce. Jedná se o pohled na spodní povrch desky. Trhliny se vyskytují pravidelně ve vzdálenosti cca po 300 mm. V podélném směru se jedná o železobetonovou desku (tedy bez tlakových rezerv od předpětí), vznik trhlin je tak možné vysvětlit překročením tahové pevnosti betonu. S tím bylo pochopitelně již uvažováno v projektu stavby. Zbývající zatěžovací stavy vykazují logicky hodnoty přetvoření menší. Pochopitelně se objevuje otázka, nakolik je toto měření po vzniku trhlin v horní desce důvěryhodné. Trhliny zcela jasně výsledky měření ovlivní. Hodnota přetvoření v horní desce se u žádného stavu nikdy po odjetí vozidel nevrátila na hodnotu před najetím vozidel. Kromě vlivu vzniku trhlin je to částečně možno přisoudit i změně teploty během zatěžovací zkoušky. Bylo slunečno, zatěžovací zkouška probíhala relativně dlouho, teplota v horní desce se zvedla za dobu trvání zkoušky o 3,5 °C. Poměrná přetvoření v dolní desce by dle předpokladů z prutového výpočtového modelu měla být od všech zatěžovacích stavů tlaková. Čidla AL6 a AL8 tlakové namáhání skutečně vykazují (obr. 16). U druhého stavu (nesymetrické postavení vozidel blíže k vnějšímu nosníku) je čidlo AL6 i logicky namáhané více než AL8. Čidlo AL7 ale ukazuje tahové namáhání, byť relativně malé. Je umístěno uprostřed dolní desky a relativně blízko vykrojení spodní desky, a tak tyto průběhy lze vysvětlit prostorovým roznosem zatížení v dolní desce. Po provedení zatěžovací zkoušky lze konstatovat, že naměřené hodnoty u podpory v horní desce jsou výrazně ovlivněny vznikem trhlin a jejich srovnání s běžnými projekčními výpočtovými modely obtížné. Pro vyšetřování např. dlouhodobých účinků je proto možné brát v úvahu jen čidla ve spodní desce (AL6 a AL8 sledující tlakové namáháním od dlouhodobého zatížení).

Ukázalo se, že pro vystižení sledování chování železobetonové mostovky (s předpokládaným vznikem trhlin) bylo lépe použít tenzometry s delší základnou, např. optovláknové, nebo umístit tenzometry na ocelovou část. Měření strunovými tenzometry při zatěžovacích zkouškách umožňují ověřit roznos zatížení, je ale vždy nutné chápat je jako doprovodná měření k měřením průhybů mostů. U zatěžovacích zkoušek je třeba důsledně sledovat změnu teploty samotné konstrukce, nestačí jen sledovat změnu teploty vzduchu. Případná nerovnoměrná změna teploty konstrukce má nemalý vliv na chování mostu a ovlivní tak negativně výsledky měření. Výsledky průběhů přetvoření od zatěžovací zkoušky ukazují na možnou chybu měření v důsledku dopravy na mostě, neboť pro dlouhodobá měření tenzometry se často nedá při vlastním provádění měření plně vyloučit na mostě provoz.

Z ÁV Ě R

Poděkování:

Provedená měření pomocí zabetonovaných strunových tenzometrů během zatěžovacích zkoušek mostů ukázala u dvou sledovaných mostů na dobrou shodu naměřených a vypočtených hodnot poměrného přetvoření betonu. Potvrdil se i soulad měření strunovými tenzometry a měření průhybů mostu. U třetího mostu se rozumná shoda přetvoření prokázat nepodařila, i když most bezpečně vyhověl stanoveným kritériím pro průhyb mostu. Bylo ověřeno, že výpočty mohou být v uspokojivém souladu s měřením za předpokladu, že v konstrukci nevznikají významné tahové trhliny. Vzniknou-li trhliny, je srovnání výpočtů a měření poměrného přetvoření značně obtížné. U měření poměrného přetvoření betonu strunovými tenzometry není možné očekávat shodu naměřených a vypočtených hodnot v řádu jednotek procent. Jsou-li rozdíly v řádu desítek procent, je možné to považovat za velmi dobrou shodu. Měření je totiž ovlivněno řadou chyb, zejména v oblasti teplotní kompenzace. Navíc je to měření lokální, kde se sčítají vlivy jak příčného směru, tak podélného. Srovnání hodnot je ovlivněno i výstižností použitého výpočtového modelu (prutový, deskostěnový, brickový apod.). Provádění měření pomocí tenzometrů při zatěžovací zkoušce je důležité i z hlediska věrohodnosti dlouhodobého měření. Ověřuje se tím zároveň i funkčnost tenzometrů. Nelze-li totiž jednoznačně vysvětlit naměřené hodnoty od jasně definovaného okamžitého zatížení, nelze pak vysvětlit ani měření dlouhodobá.

Autoři děkují za podporu sledování mostů Ředitelství silnic a dálnic.

52

Literatura: [1] Zich M.: Koncepce dlouhodobého sledování mostů na dálnici D47, Beton TKS 4/2011, str. 80–86, ISSN 1213-3116 [2] Konečný L., Novák R., Romportl T., Stráský J.: Projekt zavěšeného mostu přes řeku Odru, sborník konference Mosty 2007, Brno 2007 [3] Stráský J., Hustý I., Choleva J.: Composite Bridges of the Freewary D47 and D1, Stucture concrete in Czech Republic 2002–2005, 2nd fib Congress, Naples 2006 [4] Stráský J., Smejkal D., Pachl R., Vítek T.: Most přes Odru na stavbě dálnice D47091/2, sborník konference Betonářské dny 2006, ISBN 80-903807-2-7, Hradec Králové [5] Zich M.: Projekty sledování jejich realizace a analýza dlouhodobého chování betonových konstrukcí, habilitační práce, FAST VUT v Brně, 2011 [6] Komanec P., Zich M.: Zatěžovací zkoušky zavěšených mostních konstrukcí, sborník konference Mosty 2008, str. 211–218, Brno, ISBN 978-80-86604-35-0

Prezentované výsledky byly dále získány za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím MPO ČR v rámci projektu FI-IM5/128 „Progresivní konstrukce z vysokohodnotného betonu“ a za finančního přispění MŠMT ČR, projekt 1M0579, v rámci činnosti výzkumného centra CIDEAS.

Ing. Miloš Zich, Ph.D. tel.: 541 147 860, e-mail [email protected] Ing. Jan Koláček tel.: 541 147 870, e-mail [email protected] oba: FAST VUT v Brně Ústav betonových a zděných konstrukcí Veveří 95, 662 37 Brno

Ing. Petr Daněk, Ph.D. FAST VUT v Brně Ústav stavebního zkušebnictví Veveří 95, 662 37 Brno tel.: 541 147 492, e-mail [email protected]


❚

3/2012

VĚDA A VÝZKUM

❚


ÚČINKY KORÓZIE VÝSTUŽE NA SPOĽAHLIVOSŤ BETÓNOVÝCH KONŠTRUKCIÍ ❚ EFFECT OF REINFORCEMENT CORROSION ON RELIABILITY OF CONCRETE STRUCTURES Juraj Bilčík, Ivan Hollý V príspevku sa životnosť modeluje ako pasívne, resp. aktívne štádium korózie výstuže a rozlišujú sa poruchy z hľadiska medzných stavov používateľnosti a únosnosti. Uvádzajú sa rovnice na stanovenie pravdepodobnosti karbonatáciou betónu iniciovanej depasivácie výstuže a rozvoja trhlín v dôsledku jej korózie. V priebehu korózie sa prejavujú ďalšie poruchy, ako plošné alebo lokálne zmenšenie prierezovej plochy výstuže, odpadávanie krycej vrstvy a redukcia súdržnosti. ❚ In the paper the service life is modelled as the initiation and propagation of reinforcement corrosion; serviceability and structural failures are distinguished. The equations of probability of failure for carbonation and crack opening due to reinforcement corrosion are presented. The major failures generated by the corrosion process are general or local reduction of cross-sectional area of reinforcement, spalling of cover layer and reduction of bond strength.

Navrhovanie betónových stavieb sa sústreďuje predovšetkým na účinky priameho zaťaženia pre odolnosť a používateľnosť konštrukcií. V súvislosti s používaním nových technológií (napr. biele vane), požiadavkami na predĺženie životnosti a zvýšenou agresívnosťou prostredia sa v posledných rokoch stále častejšie zohľadňujú aj účinky nepriameho, mimoriadneho a environmentálneho zaťaženia. Dlhodobý účinok environmentálneho zaťaženia (fyzikálne, chemické a biologické účinky prostredia) spôsobuje degradáciu betónu a výstuže. Navrhovanie na medzné stavy trvanlivosti podľa STN ISO 13823 [1] vyžaduje realistické a dostatočne presne definované environmentálne zaťaženia, materiálové vlastnosti a degradačné modely. Takýto holistický prístup k navrhovaniu a hodnoteniu betónových konštrukcií je vhodné použiť predovšetkým na zvlášť významné stavby infraštruktúry, nakoľko sa väčšinou jedná o železobetónové konštrukcie so zvýšenou životnosťou a veľkým pomerom medzi plochou vystavenou obklopujúcemu prostrediu a prierezovými rozmermi. Jednou z dominantných príčin straty spoľahlivosti betónových konštrukcií je korózia výstuže, ktorá vyvoláva poruchy spojené s medznými stavmi používateľnosti (MSP) a v ďalšom priebehu aj medznými stavmi únosnosti (MSÚ). Napriek skutočnosti, že sa problematike manažérstva, prognózovania a hodnotenia betónových konštrukcií venovali viaceré európske vedecké projekty, napr. DuraCrete [2], LIFECON [3], chýbajú všeobecne akceptované pravdepodobnostné modely degradácie pre aktívne štádium korózie výstuže a postupy na stanovenie zostatkovej životnosti. Eurokódy zabezpečujú trvanlivosť na základe normatívneho návrhu (prescriptive design). V EC 2 [4] účinky environmentálneho zaťaženia predstavujú stupne agresívnosti prostredia a odolnosť konštrukcie zaisťujú konštrukčné a technologické opatrenia. Takúto zjednodušenú koncepciu zodpovedajúcu strednej hodnote návrhovej životnosti 50 rokov, nie je možné použiť na modelovanie degradácie, kde ako zaťaženie, tak aj odolnosť konštrukcie, sú časovo závislé veličiny s určitým rozptylom. Technologické požiadavky uvedené v EN 206-1 [5] sa zakladajú na skúsenostiach. Inžiniersky návrh na trvanlivosť, t.j. výpočtové overenie doby životnosti sa nepredpokladá. Tak sa môže stať, že návrh 3/2012

❚

na životnosť 10, resp. 100 rokov je nehospodárny, resp. nevyhovujúci. Ďalším nedostatkom normatívneho návrhu je, že projektant nepozná pravdepodobnosť, s akou je návrhová hodnota prekročená, alebo podhodnotená a ani mieru bezpečnosti medzi odolnosťou betónu a účinkami prostredia (ďalej definovaná ako β.σG). Tieto pojmy sa v praxi bežne nepoužívajú, aj keď STN EN 1990 [6] zaviedla manažérstvo spoľahlivosti stavieb s využitím pravdepodobnostných metód, zohľadňujúcich náhodný charakter parametrov zaťaženia a odolnosti. Použitím výkonnostného návrhu (performance based design) je možné uvedené nedostatky odstrániť. Vzhľadom na jeho komplexnosť nájde využitie najmä pri stavbách s mimoriadnym prevádzkovým alebo národohospodárskym významom. Výkonnostný návrh výrazne mení úlohu projektanta, ktorý musí pri návrhu konštrukcie poznať a zohľadniť viaceré vlastnosti prostredia a betónu s ich štatistickými parametrami. Obe uvedené koncepcie na zabezpečenie trvanlivosti predstavujú z metodického hľadiska extrémne prípady, medzi ktorými nájdu uplatnenie aj iné metódy. V nasledujúcich rokoch možno predpokladať, že v národných i medzinárodných predpisoch bude normatívny návrh doplnený výkonnostnými testami použitých materiálov alebo nahradený metódou globálneho súčiniteľa bezpečnosti [7]. SPOĽAHLIVOSŤ KONŠTRUKCIE

Konštrukciu možno považovať za spoľahlivú, ak jej odolnosť ( R ) a účinky zaťaženia ( E ) spĺňajú podmienku R ≥ E alebo ak funkcia medzného stavu G = R – E ≥ 0 (obr. 1). Odolnosť konštrukcie R a účinky zaťaženia E sú náhodne premenné. Pri navrhovaní a hodnotení konštrukcií sa musia zohľadniť náhodnosti a neistoty vstupných parametrov. Na tento účel sa používajú rôzne pravdepodobnostné metódy. Eurokódy požadujú po celú dobu životnosti stavieb dodržanie požadovanej úrovne spoľahlivosti, v závislosti od tried následkov poruchy (CC1 až CC3), ku ktorým sú priradené triedy spoľahlivosti (RC1 až RC3). Miera spoľahlivosti sa vyjadruje pravdepodobnosťou dosiahnutia medzného stavu Pf (pravdepodobnosť poruchy) alebo indexom spoľahlivosti β. Smerodajná ochylka σG vyjadruje náhodnú premenlivosť funkcie medzného stavu G. Miera bezpečnosti β.σG je teda závislá na požadovanej hodnote indexu spoľahlivosti a náhodnej variabilite funkcie medzného stavu [8]. Odporúčané cieľové hodnoty indexu spoľahlivosti β pre navrhovanie nových konštrukcií sú uvedené v tab. 1. Miera spoľahlivosti nie je v čase konštantná hodnota. Na obr. 2 je schematicky znázornené zmenšovanie spoľahlivosti (zväčšovanie pravdepodobnosti poruchy) spôsobené nárastom účinkov zaťaženia E(t) a poklesom odolnosti konštrukcie R(t) počas jej životnosti. Keďže odolnosť aj účinky zaťaženia podliehajú rozptylom, ako to naznačujú krivky rozdelenia, musia byť ich fyzikálne modely dané pravdepodobnostnou funkciou. S vekom konštrukcie narastajúci prienik oboch kriviek rozdelenia predstavuje zvýšenú pravdepodobnosť poruchy Pf. Keďže Pf je funkciou času, tak aj hodnota indexu spoľahlivosti β je závislá od času.


53

fE (e) fR (r)


Úþinky zaĢaåenia (E), odolnosĢ (R)

❚

VĚDA A VÝZKUM

E- efekt zaĢaåenia fE (e)

ıE ȕ.ı G R- odolnosĢ konštrukcie kĮ.ıE

0

ȝE fG (g)

ıR kĮ.ı

Ek Rk

fR (r)

ȝR

E(t)

Pf

e, r

ýas (t)

2

Pf ıG

R(t)

G=R-E

Pf 0 ȝ = ȕ.ı = ȝ - ȝ ȝG G G R E

g

Obr. 1 Funkcia medzného stavu G, pravdepodobnosť poruchy Pf a index spoľahlivosti β ❚ Fig. 1 Limit state function G, probability of failure Pf and reliability index β Obr. 2 Vzťah medzi spoľahlivosťou a životnosťou [7] ❚ Fig. 2 Relationship between reliability and service life [7]

1

Plne pravdepodobnostné modely pre karbonatáciou betónu alebo difúziou chloridových iónov iniciovanú koróziu vý-

stuže uvádza Model Code SLD 2006 [11] i Model Code 2010 [9]. V tomto prípade sa nejedná o klasický medzný stav, jeho dosiahnutie nevyvolá obmedzenie používateľnosti alebo únosnosti. Ide o náhradný medzný stav, ktorý predchádza MSP. Pre takto pomerne konzervatívne definovaný medzný stav možno pripustiť menšiu mieru spoľahlivosti Pf = od 10-1 až 10-2 (β = 1,28 až 2,32) [9]. Poruchy vyvolané dlhodobými účinkami environmentálneho zaťaženia vo forme: širokých trhlín, odpadnutnia krycej vrstvy, redukcie kotvenia výstuže alebo veľkej straty prierezovej plochy výstuže, môžu zapríčiniť dosiahnutie MSÚ. Z hľadiska korózie výstuže možno životnosť betónových konštrukcií rozdeliť na pasívne a aktívne štádium (obr. 3). Počas pasívneho štádia prenikajú oxid uhličitý CO2, resp. chloridové ióny Cl¯ smerom k výstuži. Pasívne štádium je ukončené, ak povrch výstuže je depasivovaný karbonatáciou betónu alebo difúziou chloridov. Aktívne štádium je obdobie, počas ktorého prebieha korózie výstuže, jeho hlavným parametrom je rýchlosť korózie Vcorr. Rýchlosť korózie nie je počas aktívneho štádia konštantná. Ako najvýznamnejšie parametre rýchlosti korózie boli identifikované: odolnosť betónu, galvanické účinky, obsah chloridov a vlhkosť/teplota betónu. Odolnosť betónu je hlavný parameter ovplyvňujúci rýchlosť korózie depasivovanej výstuže, je závislá od zloženia a vlhkosti betónu. DuraCrete projekt [2] uvádza pre karbonatáciou betónu iniciovanú koróziu výstuže strednú rýchlosť Vcorr hodnotu 0,002 pre zakryté, resp. 0,005 mm/rok pre nezakryté vonkajšie povrchy betónu. Tieto hodnoty predstavujú pre prút s priemerom 8 mm ročne 1 až 2,5% stratu prierezovej plochy. Pre väčšie priemery prútov sú hodnoty straty adekvátne menšie. Pri navrhovaní betónových konštrukcií bolo doteraz aktívne štádium väčšinou zanedbávané. Tento postup je oprávnený pri rýchlom priebehu korózie, keď aktívne, v porovnaní

Tab. 1 Odporúčané cieľové hodnoty β pre navrhovanie [9] ❚ Tab. 1 Recommended target reliability indices β for to be designed structures [9]

Tab. 2 Cieľové indexy spoľahlivosti β na hodnotenie existujúcich konštrukcií [9] ❚ Tab. 2 Target reliability indices β for verification of existing structures [9]

Pravdepodobnosť poruchy Pf má byť menšia ako cieľová pravdepodobnosť poruchy Ptarget, čo možno zapísať v tvare Pf(t) = P {R(t) – E(t) < 0} < Ptarget.

(1)

Spoľahlivosť existujúcich konštrukcií môže byť nižšia vzhľadom na presnejšie hodnoty vstupných parametrov zaťaženia i odolnosti a vyššie náklady na zvýšenie ich spoľahlivosti, ako u nových konštrukcií. Pri existujúcich konštrukciách sa môžu použiť nižšie cieľové úrovne spoľahlivosti, ak sa dajú zdôvodniť na základe druhu a významu konštrukcie, možných následkov poruchy a spoločensko-ekonomických kritérií (Príloha F ISO 13822 [10]). V tab. 2 sú uvedené navrhované cieľové indexy spoľahlivosti pre existujúce konštrukcie na špecifikované referenčné doby. Pokles odolnosti konštrukcie v čase je spôsobený viacerými degradačnými procesmi. V ďalšom sa analyzuje účinok karbonatáciou betónu iniciovanej korózie výstuže na spoľahlivosť konštrukcie. K O R Ó Z I A V Ý S T U Ž E I N I C I O VA N Á K A R B O N ATÁ C I O U BETÓNU

Proces degradácie betónových konštrukcií koróziou výstuže je charakterizovaný rôznymi štádiami porušenia. Poruchy môžu byť spojené s dosiahnutím niektorého z medzných stavov. Karbonatáciou betónu spôsobená depasivácia výstuže znamená stav, pri ktorom karbonatácia dosiahne povrch výstuže. Výpočet pravdepodobnosti depasivácie výstuže iniciovanú karbonatáciou betónu je založený na rovnici (2), v ktorej sa porovnáva hrúbka betónovej krycej vrstvy a s hĺbkou karbonatácie xc(t) v sledovanom čase t Pf,i(t) = P{a − xc(t) ≤ 0} ≤ Ptarget .

Trieda spoľahlivosti RC3 RC2 RC1

54

(2)

Medzné stavy únosnosti Medzné stavy používateľnosti Referenčná doba 1 rok 50 rokov 1 rok 50 rokov 5,1 4,3 4,7 3,8 3 1,5 4,1 3,1

Medzné stavy Medzné stavy používateľnosti Medzné stavy únosnosti

Cieľový index spoľahlivosti β

Referenčná doba [roky]

1,5

Zvyšková životnosť

3,1 až 3,8 3,4 až 4,1 4,1 až 4,7

50 15 1


❚

3/2012

Korózia výstuåe

VĚDA A VÝZKUM

❚

cx

Poruchy MSÚ: MSÚ 1 MSÚ 2 MSÚ 3 Poruchy MSP: MSP 1 MSP 2 MSP 3

ø ıt

T

cy

RH

ø

ıc

O2 Depasivácia

CO2, Cl¯

ýas Pasívne štádium


ıc

Aktívne štádium äivotnosĢ

3

cy

ıt

4 Obr. 3 Vplyv korózie výstuže na poruchy počas životnosti konštrukcie ❚ Fig. 3 Effect of reinforcement corrosion on failures during service life of the structure

s pasívnym štádiom, je relatívne krátke alebo, ak sa pri hodnotení konštrukcie netoleruje žiadna forma korózie výstuže. Keďže na mnohých existujúcich betónových konštrukciách sa viac alebo menej prejavuje korózia výstuže, treba aktívne štádium zahrnúť do výpočtu zvyškovej životnosti. Na obr. 3 sú znázornené poruchy počas aktívneho štádia korózie výstuže: • MSP 1: depasivácia výstuže, začiatok korózie výstuže, • MSP 2: zmenšenie prierezovej plochy výstuže, • MSP 3: vznik trhlín na povrchu betónu, • MSÚ 1: výrazné zmenšenie prierezovej plochy výstuže a súdržnosti, • MSÚ 2: odpadnutie krycej vrstvy, • MSÚ 3: prekročenie cieľovej hodnoty pravdepodobnosti poruchy. VZNIK TRHLÍN V BETÓNE

Používateľnosť a trvanlivosť betónových konštrukcií môže byť nepriaznivo ovplyvnená prítomnosťou trhlín. Pri ich návrhu treba kontrolovať, aby šírka trhlín nedosiahla väčšie hodnoty, ako pripúšťa EC2 pre dané prostredie. Počas korózie výstuže vznikajú rôzne korózne produkty, ktoré v závislosti od hustoty a chemického zloženia majú 4 až 6násobne väčší objem ako pôvodný kov. Zväčšovanie objemu má za následok, že na rozhraní medzi betónom a výstužou narastajú radiálne tlakové napätia σc, ktoré generujú tangenciálne ťahové napätia σt (obr. 4). Ak sú tieto väčšie ako pevnosť betónu v ťahu fct, dochádza k vzniku trhlín pozdĺž výstuže. Pravdepodobnosť poruchy v dôsledku vzniku trhlín Pf,c(t) spôsobených koróziou výstuže možno vyjadriť rovnicou: Pf,c(t) = P {σt(t) ≥ fct } < Plim .

(3)

Model Code 2010 [9] uvádza na výpočet pravdepodobnosti vzniku trhlín od korózie výstuže vzťah: Pf,c(t) = P {Δr(R)- Δr(E)(tSL) < 0} < Plim ,

(4)

kde Δr(R) je nárast polomeru výstuže potrebný na vznik trhlín; Δr(E)(tSL) nárast polomeru výstuže v dôsledku tvorby koróznych produktov; tSL návrhová životnosť. Okrem posúdenia vzniku trhlín treba pre medzné stavy používateľnosti a trvanlivosti urobiť aj kontrolu ich šírky. Pravdepodobnosť, že šírka trhlín bude väčšia, ako prípustná, možno podľa [12] vypočítať: 3/2012

❚

Obr. 4 Napätie vyvolané expanznými účinkami koróznych produktov: σc – radiálne tlakové napätie, σt – tangenciálne ťahové napätie ❚ Fig. 4 Stresses induced by expansive corrosion products: σc – radial compressive stress, σt – circumferential tensile stress

Tab. 3 Porovnanie minimálnych koróznych úbytkov na vznik trhlín a odpadávania krycej vrstvy ❚ Tab. 3 Comparison of the minimum required corrosion rate for cracking and spalling

Pomer hrúbky krytia a priemeru výstuže

Potrebný korózny úbytok [mm] na vznik trhlín odpadnutie krycej vrstvy

0,5

0,006

0,08

1 2 3

0,011 0,022 0,033

0,17 0,33 0,5

Pf,w(tSL) = P {wcr – wa(tSL) <0} < Plim ,

(5)

kde wcr je kritická šírka trhlín v betóne a wa aktuálna šírka trhlín. Vznik trhlín v smere korodujúcej výstuže bol skúmaný experimentálne i analyticky [3]. Výsledky preukázali, že vzťah medzi stratou prierezovej plochy výstuže a vznikom pozdĺžnych trhlín závisí od veľkého množstva činiteľov. O D PA D N U T I E B E T Ó N O V E J K RY C E J V R S T V Y

V laboratórnych aj terénnych podmienkach boli sledované činitele, ktoré ovplyvňujú proces odpadávania betónovej krycej vrstvy. Na základe týchto pozorovaní bolo konštatované, že odpadávanie krycej vrstvy ovplyvňujú najmä [13]: • výstuž: hrúbka krycej vrstvy, priemer výstuže a vzájomná vzdialenosť výstuže, poloha výstuže v priereze (rohový prút, krajný prút,..), spôsob vystuženia a typ výstuže, • korózia: druh korózie (plošná alebo jamkovitá), aktuálny korózny úbytok, rýchlosť korózie, dĺžka a plocha korodujúcej časti výstuže, typ koróznych produktov, • expozícia: vlhkosť betónu, teplota (oslnenie), teplotné cykly, cykly vysúšania a zmáčania, vietor, namáhanie mrazom, • betón: kvalita betónu (zloženie, pomer w/c, pórový a kapilárny systém), mechanické vlastnosti (pevnosť v ťahu, modul pružnosti), existencia trhlín, • iné: vibrácie (napr. od dopravy), vynútené napätie od objemových zmien.


55

VĚDA A VÝZKUM

❚


D b c 100%

VzQiNSR]GĎåQych trhlíQ

d

d

c - krytie s - vzdialHQRVĢ medzi prútmi b - šírka trKOLQy

s2 SúdUåQRVĢ

s1

d - priemer YêVWXåH D - štUNDRGpDGQXWHj krycej vrVtvy

KRrózia 5

6

Pre posúdenie rizika odpadávania krycej vrstvy treba okrem vyššie uvedených činiteľov zohľadniť aj špecifické faktory závislé od konkrétnej konštrukcie. Tab. 3 obsahuje porovnanie minimálnych radiálnych prírastkov korózie na vznik trhlín a odpadnutie betónu. V porovnaní so vznikom trhlín v krycej vrstve, na odpadávanie krycej vrstvy sú potrebné približne 15krát vyššie korózne úbytky. Viaceré práce skúmali vplyv geometrických a koróznych parametrov na riziko odpadnutia betónovej krycej vrstvy. Bolo zistené, že pokiaľ osová vzdialenosť medzi prútmi s je väčšia ako 6násobok priemeru výstuže d, nedochádza k interakcii jednotlivých trhlín a odpadávanie betónu prebieha približne pod uhlom 45°. V prípade, že vzdialenosť medzi prútmi je menšia ako 6d, trhlina prechádza rovinou výstuží (obr. 5).

Obr. 5 Geometrické parametre ovplyvňujúce odpadnutie krycej vrstvy [13] ❚ Fig. 5 Geometric parameters affecting the spalling of concrete cover [13] Obr. 6 Schematické znázornenie vplyvu korózie výstuže na súdržnosť [14] ❚ Fig. 6 Schematic illustration of bond strength variation with reinforcement corrosion [14]

Korózia výstuže v betóne prebieha v zásade ako rovnomerná (plošná) alebo jamkovitá. Plošná korózia je spájaná s karbonatáciou betónu, jamkovitá s chloridmi iniciovanou koróziou. Zvyšková (reziduálna) prierezová plocha výstuže Ares pri plošnej korózií sa vypočíta [3] ako Ares = A0 – Acorr = π (db – 2p(t))2 /4 ,

(7) 2

S T R ATA S Ú D R Ž N O S T I

Súdržnosť je základnou podmienkou pre spolupôsobenie betónu a betonárskej výstuže v železobetónových konštrukciách. Korózia výstuže, vznik a rozvoj trhlín v betónovej krycej vrstve zmenšujú medzné napätie v súdržnosti. Vplyv korózie výstuže na zmenu súdržnosti bol sledovaný pri skúškach hladkej aj rebierkovej výstuže. Začiatok korózie vedie spočiatku k miernemu zvýšeniu súdržnosti. Nárastom koróznych produktov, a s tým spojeným vznikom a rozvojom trhlín, dochádza k výraznému zmenšovaniu súdržnosti (obr. 6). K poklesu pod východiskovú hodnotu dochádza až po vzniku viditeľných pozdĺžnych trhlín. Pri hodnotení zvyškovej odolnosti betónových konštrukcií možno preto predpokladať dobrú súdržnosť, ak sa na povrchu neprejavili trhliny od korózie výstuže. Pre konštrukcie bez priečnej výstuže predstavuje zmenšenie súdržnosti väčšie ohrozenie odolnosti, ako strata prierezovej plochy hlavnej výstuže. Po vzniku viditeľných trhlín môže, v závislosti od stupňa vystuženia priečnou výstužou, nastať výrazné zmenšenie súdržnosti. Ak pomer plochy priečnej výstuže k ploche hlavnej výstuže ρtr je v kotevnej dĺžke vyšší ako 0,25 (minimálna hodnota požadovaná podľa EC2), možno pevnosť v súdržnosti vypočítať [14]: fb = 4,75 – 4,64p(t) ,

(6)

kde p(t) je hĺbka korózie výstuže [mm]. Rovnica dáva hodnoty súdržnosti pre všetky hodnoty korózneho úbytku, ak sa zohľadní aktuálna prierezová plocha priečnej výstuže.

kde A0 je pôvodná prierezová plocha [mm ]; Acorr strata prierezovej plochy [mm2]; db pôvodný priemer výstuže [mm] a p(t) hĺbka korózie [mm]. Vplyv straty prierezovej plochy výstuže na odolnosť železobetónových prvkov je zrejmá. Menej známa je skutočnosť, že jamkovitá korózia vyvoláva aj zmenšenie medze klzu, resp. pevnosti a ťažnosti ocele. Pokles uvedených vlastností betonárskej výstuže sa v súčasnosti vyjadruje empirickými vzťahmi, v závislosti od strát prierezovej plochy. Pre medzu klzu korodujúcej výstuže fy možno použiť vzorec [3] fy = (1 – αy Acorr) fy0 ,

(8)

kde Acorr je strata prierezovej plochy výstuže [%]; Acorr = 0 až 25 %; αy redukčný súčiniteľ [-]; αy = 0,01 až 0,016; fy0 medza klzu nekorodujúcej výstuže [MPa]. Ako veľmi redukuje korózia silu vo výstuži, pri napätí na medzi klzu, možno znázorniť na príklade výstuže s 10% stratou prierezovej plochy Fy = 0,9 A0 (1 – 0,015 . 10) fy0 = 0,765 A0 fy0 .

(9)

Účinok straty prierezovej plochy na zvyškovú odolnosť staticky určitých konštrukcií sa zisťuje obvyklými výpočtovými postupmi, s uvážením zmenšenej prierezovej plochy výstuže a medze klzu. Ak sa pri návrhu staticky neurčitej konštrukcie počíta aj s plastickými deformáciami, pokles ťažnosti korodujúcej výstuže obmedzí redistribúciu momentov v plastickom kĺbe. Podobne treba redukovať aj medzu klzu hlavnej výstuže v tlačených prvkoch, ak pre stratu prierezovej plochy alebo odpadnutie krycej vrstvy, strmienky prestanú účinne brániť ich vybočenie.

S T R ATA O D O L N O S T I K O N Š T R U K C I E

Formálne sa za ukončenie životnosti považuje okamih, keď konštrukcia nespĺňa požadovanú úroveň spoľahlivosti, vyjadrenú pravdepodobnosťou poruchy Pf alebo indexom spoľahlivosti β. 56

Z ÁV E RY

V minulosti často zanedbávané dlhodobé účinky environmentálneho zaťaženia majú významný vplyv na spoľahlivosť betónových konštrukcií, najmä na inžinierske konštrukcie


❚

3/2012

VĚDA A VÝZKUM Literatúra: [1] ISO 13823 (2008): General principles on design of structures for durability. 2008, pp. 46 [2] DuraCrete – Final Technical Report (2000): Probabilistic Performance based Durability Design of Concrete Structures. pp. 138 [3] Lay S., Schießl P.: LIFECON DELIVERABLE D 3.2: Probabilistic service life models for reinforced concrete structures. (2003), pp. 169 [4] STN EN 1992-1-1 (2006): Eurokód 2 Navrhovanie betónových konštrukcií. Časť 1-1 : Všeobecné pravidlá a pravidlá pre budovy. 200 str. [5] STN EN 206-1 (2002): Betón. Časť 1: Špecifikácia, vlastnosti, výroba a zhoda. 70 str. [6] STN EN 1990 (2009): Eurokód. Zásady navrhovania. 68 str. [7] Müller H. S., Vogel M.: Lebensdauerbemessung im Betonbau. Beton- und Stahlbetonbau 6/2011, S. 394-402 [8] Červenka V., Teplý B., Vítek J. L.: Nová modelová norma fib 2010. Beton TKS 5/2010, str. 3-6 [9] fib bulletin 55 (2010): Model Code 2010. First complete draft. Volume 2. pp. 288 [10] STN ISO 13822 (2010): Zásady navrhovania konštrukcií. Hodnotenie existujúcich konštrukcií. 72 str. [11] fib bulletin 34 (2006): Model Code for Service Life Design. pp. 110 [12] Vořechovská D., Teplý B., Chromá M.: Probabilistic Assessment of Concrete Structure Durability under Reinforcement Corrosion Attack. Journal of Performance of Constructed Facilities. ASCE. 11&12/2010, pp. 571-579 [13] Hunkeler F., Mühlan B. & Ungricht H.: Risiko von Betonabplatzungen infolge Bewehrungskorrosion. TFB, Wildegg 2006, 89 S. [14] fib bulletin 10 (2000): Bond of reinforcement in concrete. pp. 427

s predĺženou životnosťou a/alebo vystavené vlhkému obklopujúcemu prostrediu. Kým pre karbonatáciou betónu a difúziou chloridov iniciovanú depasiváciu výstuže sú známe všeobecne akceptované plne pravdepodobnostné modely, tak pre aktívne štádium sú k dispozícií iba deterministické modely degradácie. Rozptyl vlastností betónu a ich reakcie na environmentálne zaťaženia si vyžadujú aj pre aktívne štádium pravdepodobnostné modely. Pravdepodobnostné metódy a modely sa budú v budúcnosti vo zvýšenej miere uplatňovať pri navrhovaní i hodnotení betónových konštrukcií. Táto problematika bude aj v nasledujúcich rokoch v centre pozornosti výskumu, ale z hľadiska dlhodobého rozvoja betónových konštrukcií je aktuálna aj pre projektantov.

❚


MEZIVÁLEČNÉ GARÁŽE V ČECHÁCH Petr Vorlík „Automobil změnil svět. Prvoplánované konstatování, ale ve své prostotě pravdivé. Změnil pojetí času, prostoru, osobní svobody. Akceleroval globalizaci i průmyslovou revoluci. Vtiskl nesmazatelnou stopu do struktury měst a krajiny. A zásadně ovlivnil i východiska moderní architektury… Kniha si klade za cíl odhalit nadčasové styčné plochy životního stylu, technologie a stavební kultury, detailněji zmapovat historii prvopočátků garážování v Čechách, a především uchopit dosud neprávem opomíjené a podceňované téma jako významný civilizační fenomén, pádnou výpověď o ambicích doby, společnosti, ale i nově se rodící „automobilové“ kultury.“ Tolik ukázka z předmluvy ke knize Petra Vorlíka Meziválečné garáže v Čechách s podtitulem Zrod nového typologického druhu a proměny stavební kultury, kterou vydalo Výzkumné centrum průmyslového dědictví a Fakulta architektury ČVUT v Praze v roce 2011. Kniha podrobně mapuje vznik a vývoj automobilismu a jeho otisk v osnově osídlení, především pak parkování a garážování automobilů. To je velice přehledně rozdělené na jednotlivé kapitoly, které se věnují parkování v improvizovaných, dočasných a přenosných garážích, izolovaných rodinných domech, nájemních obytných domech v městské zástavbě, polyfunkčních palácích, administrativních a veřejných budovách, hotelích a nájemných hromadných garážích. Kapitola Garáže v literatuře a tisku je důležitou součástí pro uchopení dynamiky prosazování garáží v našem prostředí. Mimořádně zajímavý doklad vývoje v oblasti garážní i automobilové techniky představuje kapitola s ukázkami stavebních předpisů a především porovnání jejich proměn v průběhu času. V knize je velké množství zajímavých fotografií spolu s výkresovou dokumentací jak realizovaných staveb, tak i soutěžních projektů. Nezbytnou součástí je celá řada citací z dobového tisku, nařízení, předpisů, vyhlášek, technických zpráv ze soutěží... Rozhodně se nejedná o beletrii, ale o velmi pečlivě a vyčerpávajícím způsobem zpracované zajímavé téma, které jistě osloví jak čtenáře z řad odborné veřejnosti tak i motoristických nadšenců, kteří mají zájem o historii svých „miláčků“ a vše s nimi související. Vydalo Výzkumné centrum průmyslového dědictví

Príspevok vznikol za podpory výskumného projektu VEGA č.1/0784/12

a Fakulta architektury ČVUT v Praze 2011

„Holistické navrhovanie a overovanie betónových konštrukcií“.

ISBN: 978-80-01-04924-2 135 stran, měkká vazba, 189 x 239 mm

Prof. Ing. Juraj Bilčík, PhD.

Obr. 1a, b

Václav Antonín Beneš - Grandgaráže Flora v Praze-Žižkově

e-mail: [email protected] tel.: +421 259 274 546

1a

1b

Ing. Ivan Hollý e-mail: [email protected] tel.: +421 259 274 295 oba: Katedra betónových konštrukcií a mostov Stavebná fakulta STU Bratislava Radlinského 11, 813 68 Bratislava

3/2012

❚


57

VĚDA A VÝZKUM

❚


POSUDEK CHLADÍCÍ VĚŽE JADERNÉ ELEKTRÁRNY MOCHOVCE DLE NOVĚ PLATNÝCH EVROPSKÝCH NOREM A JEJÍ STABILITNÍ ANALÝZA ❚ ASSESSMENT OF A COOLING TOWER IN NUCLEAR POWER PLANT MOCHOVCE ACCORDING TO THE NEW EUROPEAN STANDARDS AND ITS STABILITY ANALYSIS Jan Hamouz, Lukáš Vráblík Posudky konstrukcí dle nově platných norem EC jsou v mnoha ohledech přísnější, než tomu bylo v případě dnes již neplatných Českých státních norem. Cílem příspěvku je posoudit konstrukci realizovanou před 25 lety dle nových evropských norem. Vzhledem k štíhlosti konstrukce je provedena i její stabilitní analýza. ❚ Assessments of structures according to new Eurocodes are in many respects more severe than it was the case applying the now invalid Czech state standards. The main intention of this paper is to assess – according to new European standards –

nečných 150 mm. Stojky mají průřez tvaru pravidelného osmiúhelníku o vnějším průměru 0,65 m, jejich délka je 10,8 m. Funkcí chladící věže obecně je ochlazovat vodu posledního, zpravidla třetího, okruhu elektrárny. Ohřátá voda je pomocí speciálních trysek rozstřikována uvnitř věže a letící kapky jsou protisměrně proudícím vzduchem ochlazovány. Ochlazená voda padá do bazénu, z kterého je vedena zpět do kondenzátoru, kde znovu ochlazuje páru sekundárního okruhu.

a structure that was built 25 years ago. Due to the slenderness rate of the structure its stability analysis was also made.

Chladící věže jsou typickým příkladem betonových skořepinových konstrukcí, tedy konstrukcí vyznačujících se velmi malou tloušťkou. Právě vzhledem k malé tloušťce hraje u těchto staveb zásadní roli trvanlivost betonu, zejména s ohledem na ochranu výztuže před korozí. V současné době platné evropské normy zpřísňují požadavky na kvalitu betonu i na ochranu výztuže před korozí dle prostředí, v kterém se konstrukce nachází. Nabízí se tak otázka, zda by dříve realizované konstrukce chladících věží vyhověly i nově platným normám EC. Další otázkou je stabilita takto štíhlé konstrukce a vliv případných imperfekcí na pokles součinitele kritického zatížení. K posouzení byla vybrána chladící věž elektrárny Mochovce na Slovensku. Vzhledem k umístění stavby je posudek proveden podle slovenských Národních dodatků. P O P I S P O S U Z O VA N É KONSTRUKCE A JEJÍ FUNKCE

Jaderná elektrárna Mochovce se nachází mezi městy Nitra a Levice na jihu Slovenské republiky. Chladící věže s přirozeným tahem mají tvar rotačního hyperboloidu a jejich projektovaný výkon je 38 000 m3/hod. Výška věží je 125 m, průměr v patě je 85,5 m, v hrdle potom 56 m. Tloušťka skořepiny je proměnná. V místě styku se stojkami dosahuje 600 mm, s výškou věže se tloušťka snižuje až na ko58

KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ S TÁVA J Í C Í K O N S T R U K C E A J E H O P O R O V N Á N Í S P O Ž A D AV K Y E C 2

Materiály Veškerá výztuž je vyrobena z oceli 10 335 J. Jedná se tedy o žebírkovou ocel s mezí kluzu fyk = 325 MPa. Beton použitý v konstrukci je třídy B250 dle ČSN 73 2001-70 (zde znamená Československá státní norma). Ta odpovídá dnes platné třídě C16/20. Posuzovaná kvalita betonu byla uvažována podle projektové dokumentace, nebyla ověřena zkouškami. Vzhledem k tomu, že chladící věž je konstrukce vystavená střídavě suchému a vlhkému prostředí, jedná se o stupeň vlivu prostředí z hlediska karbonatace betonu XC4. Nahlédneme-li do tabulky „Indikativní pevnostní třídy“ v Příloze E normy STN EN 1992-1-1 [4] je patrné, že minimální pevnostní třída betonu pro tento stupeň vlivu prostředí je C30/37. Požadovaná kvalita betonu je tedy o tři třídy vyšší než kvalita betonu použitého. Již v rámci použitých materiálů tedy konstrukce nevyhovuje požadavkům Eurokódu. Betonová krycí vrstva Jako značný nedostatek původních výkresů výztuže, které byly pro posouzení konstrukce k dispozici [1], se jeví absence údajů o tloušťce krycí vrstvy betonu. Z tohoto důvodu musela být projektovaná krycí vrstva určena odečtením z výkresu. Projektované krytí bylo zjištěno cprov = 20 mm. Minimální krycí

vrstva je pro třídu konstrukce S3 a stupeň vlivu prostředí XC4 rovna cmin = 25 mm. Vzhledem k tomu, že v tomto případě není možno uplatnit snížení přídavku na návrhovou odchylku Δcdev je požadovaná tloušťka nominální krycí vrstvy podle [4]: cnom = cmin + Δcdev = 25 + 10 = = 35 [mm] (1) Je patrné, že stávající betonová krycí vrstva nevyhovuje požadavkům STN EN 1992-1-1. Vyztužení konstrukce, ověření konstrukčních zásad Plášť věže je vyztužen svislou a vodorovnou výztuží u obou povrchů, přičemž na větším rameni působí výztuž vodorovná. Stupeň vyztužení se zmenšuje s výškou konstrukce pro oba směry výztuže. Použité průměry vložek jsou 8, 10 a 12 mm. Požadavky Eurokódu 2 pro minimální a maximální plochu výztuže, minimální a maximální vzdálenost prutů výztuže a kotevní délky výztuže konstrukce splňuje. Z AT Í Ž E N Í K O N S T R U K C E DLE EUROKÓDU 1

Na konstrukci je při prováděné analýze zjednodušeně uvažováno pouze zatížení vlastní tíhou, větrem a nerovnoměrnou složkou teploty. Zatížení vlastní tíhou Zatížení vlastní tíhou je automaticky generováno ve výpočetním programu Scia Engineer 2010.1, objemová tíha železobetonu je uvažována γc = 25 kNm-3. Zatížení větrem Pro určení zatížení větrem byla konstrukce věže rozdělena po obvodě na svislá pásma A-Z a po výšce na vodorovná pásma 1-10 (obr. 1). Průniky těchto pásem vytvářejí jednotlivá pole, pro která bylo určeno zatížení větrem. Velikost plošného zatížení závisí na výšce pole nad terénem, na poloměru věže v daném místě a na úhlu φ, který svírá průmět nor-


❚

3/2012

VĚDA A VÝZKUM

❚

SCIENCE AND RESEARCH Obr. 1 Rozdělení konstrukce na pásma pro určení zatížení větrem ❚ Fig. 1 Division of the construction into parts to determine wind load Obr. 2 Zatížení větrem po obvodě věže ❚ Fig. 2 Wind load on the stock perimeter Obr. 3 Model zatížení větrem ve Scia Engineer ❚ Fig. 3 Modelling the wind load in Scia Engineer sw

1

2

3

mály daného pole do vodorovné roviny se směrem větru. Funkce závislosti zatížení větrem na úhlu φ a její aplikace na FEM model ukazují obr. 2 a 3. Zatížení teplotou Při určení zatížení teplotou bylo postupováno podle kapitoly 7 příslušné normy, která popisuje, mimo jiné, teplotní změny u chladících věží. Hodnoty minimálních a maximálních teplot vzduchu ve stínu byly získány ze slovenské Národní mapy izoterem. Maximální teplota ve stínu v letním období je pro dané území rovna Tmax = 40 °C. Minimální teplota v zimě je Tmin = – 29 °C. V letním období byl navíc zohledněn účinek slunečního záření a teplota při vnějším povrchu byla určena: Tout = Tmax + T4 = 40 + 30 = = 70 [°C]

(2)

Provozní teploty uvnitř věže byly získány z výzkumu JE Temelín. V létě je vnitřní teplota rovna průměrně Tin,s = 30 °C, v zimě Tin,w = 23 °C. V létě je tedy rozdíl teplot mezi 3/2012

❚

vnitřním a vnějším povrchem pláště ΔTs = Tout–Tin,s = 70 – 30 = 40 [°C], v zimě potom ΔTw = |Tmin| + Tin,w = 29 + 23 = 52 [°C]. Při posouzení konstrukce se musí uvažovat rovnoměrná změna teploty konstrukce a lineárně proměnná změna teploty mezi vnějším a vnitřním povrchem pláště věže. Zatížení konstrukce rovnoměrnou změnou teploty nevyvolává díky její rotační symetrii a způsobu podepření – uvažovanému kloubovému spojení pláště se stojkami věže – žádné namáhání konstrukce. Při určování kombinací zatížení byla tedy uvažována pouze lineárně proměnná rozdílová složka teploty ve skořepině. Jsou uvažovány dvě kombinace zatížení: a) Vlastní tíha + Zatížení větrem + Nerovnoměrné ochlazení b) Vlastní tíha + Zatížení větrem + Nerovnoměrné oteplení Vzhledem k většímu rozdílu teplot vně a uvnitř věže v zimním období je pro posudek konstrukce vybrána kombinace a).


POSTUP URČENÍ VNITŘNÍCH SIL A POSOUZENÍ KONSTRUKCE Z HLEDISKA MSÚ

Nejexponovanější části konstrukce jsou posuzovány jako prvky namáhané kombinací normálové síly a ohybového momentu, přičemž posuzované průřezy mají šířku 1 m, jejich výška pak odpovídá tloušťce skořepiny dle konkrétního místa posudku. Nejprve je nutno určit nejnepříznivější kombinaci N + M, a to ve svislém i vodorovném směru. Toho je dosaženo vyhledáním největších normálových napětí při vnitřním a vnějším povrchu pláště ve svislém a vodorovném směru. Dále je určeno, jaký je příčinek jednotlivých zatěžovacích stavů k těmto extrémním napětím a dle toho jsou určeny součinitele zatížení. V případě vlastní tíhy závisí součinitel zatížení na jejím účinku – příznivý nebo nepříznivý. Poté jsou určeny návrhové hodnoty vnitřních sil a provedeny posudky jednotlivých průřezů pomocí interakčního diagramu. Jako příklad je uveden posudek svislého pásu skořepi59

❚

VĚDA A VÝZKUM


Přitom hrají zcela zásadní roli imperfekce, a to jak materiálové, tak především geometrické. Již malá odchylka skutečného tvaru střednicové plochy od jejího tvaru ideálního může vyvolat velké změny velikostí vnitřních sil a deformací. Druhá část tohoto příspěvku se soustředí na posouzení stability chladící věže a na vliv možných geometrických imperfekcí na pokles součinitele kritického zatížení.

4

ny namáhaného tlakem a ohybovým momentem. Účinky smykových napětí v této konstrukci skořepinového charakteru nebylo třeba posuzovat. Z interakčního diagramu na obr. 5 je patrné, že průřez není schopen návrhové vnitřní síly přenést a konstrukce z hlediska mezního stavu únosnosti podle STN EN 1992-1-1 nevyhovuje. S TA B I L I T N Í A N A LÝ Z A KONSTRUKCE

Skořepiny jsou štíhlé konstrukce, u kterých na rozdíl od masivních konstrukčních prvků vyvstává závažný problém – možné vybočení vlivem projevů geometrické nelinearity. U těchto konstrukcí může dojít k selhání nejen dosažením mezní únosnosti, ale také kolapsem, který se – v tomto případě ne zcela přesně, ale v návrhové praxi obvykle – označuje jako ztráta stability.

Zatížení konstrukce a výpočet V případě stabilitního výpočtu jsou vytvořeny dvě kombinace zatížení. První kombinace S1 obsahuje pouze zatížení vlastní tíhou konstrukce, druhá kombinace S2 obsahuje zatížení vlastní tíhou a větrem. Je použit geometricky nelineární výpočet a charakteristické hodnoty zatížení. Výpočet je proveden v programu SCIA Engineer 2010.1. Jelikož nám v tomto případě jde především o stabilitu vlastní skořepiny, jsou stojky věže nahrazeny klouby s možným posunem v radiálním směru. Součinitele kritického zatížení a tvary deformované konstrukce Součinitel kritického zatížení je poměr kritické a působící síly – udává, kolikrát můžeme zvětšit dané zatížení na konstrukci, než dojde v jejím kritickém místě ke ztrátě stability. Pro kombinaci S1 vychází tento součinitel λS1 = 12,87, pro kombinaci S2 potom λS2 = 10,12. Tvary vybočení pro jednotlivé kombinace jsou naznačeny na obr. 7. Vzhledem k tomu, že λ přesahuje hodnotu 10, můžeme považovat konstrukci za odolnou proti ztrátě stability. Ovšem při výpočtu stability včetně stojek již součinitele vycházejí λS1′ = 5,92 a λS2′ = 3,04. Je tedy patrné, že kritickým místem z hlediska ztráty stability jsou

Vliv geometrických imperfekcí na pokles součinitele kritického zatížení V případě u takto štíhlé a zároveň rozměrné konstrukce hraje zásadní roli technologická kázeň a přesnost výroby. Chyby ve tvaru bednění a při betonáži konstrukce mají významný vliv na výsledné průběhy vnitřních sil a deformací. Při posuzování vlivu počátečních imperfekcí na stabilitu skořepiny je uvažováno s realizací pláště věže v nejnepříznivějším možném tvaru, tj. v prvním tvaru vybočení. Přitom je zadána maximální počáteční imperfekce w0. Pro přemístění bodu potom platí: w nl " w0

1 , N 1 Ncr

(3)

kde wnl je absolutní přemístění sledovaného uzlu, w0 je počáteční imperfekce v uzlu, N je působící zatížení, Ncr je kritické zatížení. Součinitel kritického zatížení je tedy možno určit ze vztahu: Ncr w nl 1 " λ " " (4) w w nl w0 N 1 0 w nl S narůstající počáteční imperfekcí dochází k poměrně razantnímu poklesu součinitele kritického zatížení. Průběh závislosti součinitele λ na počáteční imperfekci odpovídá hyperbole. Pokud by konstrukce byla vybetonována v prvním tvaru vybočení s maximální imperfekcí rovnající se deformaci, při které již dochází ke ztrátě stability w0,max (jmenovatel ve vzorci (4) by nabyl nulové hodnoty), došlo by ke zří-

6 2500 Mezní křivka

Normálová síla [kN]

2000 Posuzované kombinace

1500 1000 500 0 -20

0

20

40

60

80

Součinitel kritického zatížení λ [-]

5

právě štíhlé stojky věže. Při těchto hodnotách součinitele λ již dochází k významnému zvětšování vnitřních sil a deformací vlivem nelineárního chování konstrukce.

λ max

1

-500

w0,max

Ohybový moment [kNm]

Počáteční imperfekce [-]

60


❚

3/2012

VĚDA A VÝZKUM

❚


Obr. 4 Příklad izolinií vnitřních sil – ohybové momenty ve svislém směru od zatížení větrem ❚ Fig. 4 Example of isolines of inner forces – bending moments in the vertical direction due to wind load Obr. 5 Interakční diagram vybraného pásu skořepiny ❚ Fig. 5 Moment-force relationship of selected strip of the shell Obr. 6 Graf závislosti součinitele λ na počáteční imperfekci ❚ Fig. 6 Dependence of λ coefficient on initial imperfection Obr. 7 Tvary vybočení pro stabilitní kombinace S1 a S2 ❚ Fig. 7 Shapes of deviation for stability combinations S1 and S2

Literatura: [1] Rychtařík, Henzl, Franěk: Realizační dokumentace chladící věže Mochovce, Armabeton Praha, prosinec 1986 [2] STN EN 1991-1-4: Zaťaženia konštrukcií – Časť 1-4: Všeobecné zaťaženia. Zaťaženie vetrom, SUTN, 2007 [3] STN EN 1992-1-5: Zaťaženia konštrukcií – Časť 1-5: Všeobecné zaťaženia – Zaťaženia účinkami teploty, SUTN, 2008 [4] STN EN 1992-1-1: Navrhovanie betónových konštrukcií – Časť 1-1: Všeobecné pravidlá a pravidlá pre budovy, SUTN, 2006

cení konstrukce bezprostředně po aktivaci vlastní tíhy. Tento případ představuje na grafu průsečík hyperboly a funkce λ = 1. Výše uvedená úvaha však odpovídá pouze situaci, kdy by byla skořepina opravdu realizována v prvním tvaru vybočení a materiálová nelinearita není součástí výpočtu. To je samozřejmě v praxi velmi nepravděpodobné a tudíž by případné chyby v realizované geometrii skořepiny neměly takový vliv. Přesto lze říci, že i malá (řádově milimetrová) odchylka od ideálního tvaru způsobí významný pokles součinitele kritického zatížení. Z ÁV Ě R

Stávající konstrukce chladící věže JE Mochovce na Slovensku nevyhovuje evropským normám již konstrukčním řešením. Nesplňuje požadavky na minimální třídu betonu ani na požadovanou krycí vrstvu, což plyne ze zpřísněných podmínek Eurokódu 2 na trvanlivost betonových konstrukcí. Dále bylo 3/2012

❚

7a

7b

prokázáno, že mezní únosnost pláště je nedostačující pro přenesení návrhových vnitřních sil a konstrukce je tak nevyhovující i ze statického hlediska. Je však nutno dodat, že hodnoty uvažovaných zatížení, určených dle Eurokódu 1, jsou podstatně vyšší než hodnoty zatížení, vypočtených na základě dnes již neplatných ČSN (Československých státních norem). Provedená stabilitní analýza prokázala, že samotná skořepina není náchylná ke ztrátě stability (λ > 10). To ovšem platí pouze pro perfektně provedenou konstrukci. Při počátečních imperfekcích hodnota součinitele λ klesá a začíná docházet k dramatickému nárůstu vnitřních sil a deformací. Celá konstrukce včetně stojek je nebezpečně štíhlá (λ = 3), a proto je třeba při návrhu takovéto stavby věnovat zvýšenou pozornost její stabilitní analýze. Na druhou stranu se jedná o mnohokrát staticky neurčitou konstrukci a je tedy umožněna mnohonásobná redistribuce vnitřních


sil. Vliv počátečních imperfekcí na stabilitu skořepinových konstrukcí obecně bude předmětem dalších studií. Příspěvek vznikl za finanční podpory Ministerstva průmyslu a obchodu v rámci výzkumného projektu TIP FR-TI3/531 „Zvýšení trvanlivosti betonových konstrukcí vystavených extrémním zatížením“ a v rámci řešení grantového projektu č. TA 01031920 udělených Technologickou agenturou České republiky. Text článku byl posouzen odborným lektorem.

Ing. Jan Hamouz e-mail: [email protected] Doc. Ing. Lukáš Vráblík, Ph.D. e-mail: [email protected] oba: Fakulta stavební ČVUTv Praze Katedra betonových a zděných konstrukcí Thákurova 7, 166 29 Praha 6 tel.: 224 354 365

61

VĚDA A VÝZKUM

❚


ZOHLEDNĚNÍ TRVANLIVOSTI PŘI HODNOCENÍ KVALITY POVRCHOVÉ VRSTVY BETONU ❚ CONSIDERING DURABILITY AT QUALITY EVALUATION OF CONCRETE SURFACE LAYER Pavel Reiterman, Zlata Kadlecová, Karel Kolář, Martin Keppert, Jiří Adámek, Ondřej Holčapek V příspěvku jsou představeny vybrané experimentální metody pro hodnocení kvality povrchové vrstvy betonu zaměřené na sledování propustnosti betonu, neboť permeabilita betonu je vlastnost ovlivňující trvanlivost betonu. Popsané metody jsou doplněny experimentálními výsledky a dalšími tradičními zkouškami. ❚ The paper presents selected experimental methods of evaluation quality of surface layer of concrete aimed at concrete permeability monitoring, as concrete permeability is a property uniquely affecting durability of concrete. These methods are complemented by experimental results and other traditional tests.

Vznik a povaha povrchové vrstvy jsou dány technologií výroby betonových prvků, kdy při hutnění pomocí vibračního zařízení dochází ke stoupání vzduchových bublin směrem vzhůru. Tím se beton zbavuje vzduchových bublin, zároveň však dochází ke koncentraci jemných částí při stěnách bednění. Hrubé kamenivo se vlivem své geometrie nedostane celou svou plochou k bednění ani k rohům [1]. Proto má několikacentimetrová vrstva betonu u jeho povrchu zcela jiné vlastnosti než ostatní hmota. Tento proces se nazývá stěnový efekt. Charakteristickou vlastností povrchové vrstvy je menší obsah hrubého kameniva a naopak zvýšené množství cementového kamene, který je tvořen jemnými frakcemi kameniva a hydratovaným cementem. Velmi důležitou vlastností je především zvýšený obsah pórů oproti vnitřní vrstvě. Takto vzniklá povrchová vrstva mající tloušťku od 20 do 50 mm vykazuje zcela odlišné, a to zpravidla horší, vlastnosti než okolní materiál. Na základě dosavadních zkušeností a informací je rozdíl např. u nasákavostí běžně i 10 %, záleží však na řadě dalších faktorů. Proto je třeba kvalitě povrchové vrstvy věnovat zvýšenou pozornost. Každá dutinka a trhlina znamená snížení krycí vrstvy oceli a urychlení procesu její koroze, který je spojen i s vizuální degradací celé stavby. Působením okolního prostředí na povrchové vrstvy betonu dochází k řadě fyzikálně-chemických změn. Pro účely přípravy pohledových prvků jsou důležité změny, které jsou zaznamenatelné lidským okem, snižující estetické parametry materiálu a projevující se na jeho povrchu [2]. K materiálovým, a v některých případech následně i vizuálním, změnám dochází převážně vlivem vnějšího prostředí, při kterém nastává jeho více či méně intenzivní interakce se složkami daného materiálu. Intenzita tohoto působení závisí jak na chemických, tak i fyzikálních podmínkách jako jsou koncentrace působícího média, teplota, tlak, rychlost proudění apod. Příčiny vzniku degradačních procesů lze v zásadě rozdělit na tyto skupiny: • fyzikální vlivy (střídání teplot a vlhkosti, působení mrazu, slunečního, popř. UV záření z jiného zdroje, koroze I. druhu tzv. hladovou vodou), • chemické vlivy (působení korozních médií, jako např. kyselé deště, karbonatace, korozní procesy II. a III. druhu), • chemicko-fyzikální vlivy (působení vody, rozmrazovacích prostředků, koroze za napětí apod.). Veškeré zmíněné degradační procesy úzce souvisí s kvali62

tou povrchové vrstvy a pórového systému použitého betonu. Jelikož povrchová vrstva je nejexponovanějším, a tím i nejzatíženějším místem konstrukce, nedochází k rovnoměrné distribuci napětí po celém průřezu. Napětí jsou soustředěna na nejslabší místa, podél trhlinek a pórů. Většinou se jedná o tahová napětí, která, když převýší pevnost materiálu v tahu, vedou ke vzniku trhlinek, jež se stávají původcem dalších vizuálních problémů. Takovéto porušení vytváří nové přístupové cesty pro další agresivní média, která se podílejí na postupné degradaci materiálu. Jedná se o rozsáhlý proces chemicko-fyzikálních dějů, proto nelze jednotlivé degradační procesy od sebe oddělit, probíhají vždy současně. Prostup agresivních plynných nebo kapalných látek z okolního prostředí závisí mimo jiné i na stavu pórové struktury, která se vytváří vlivem mnoha různých faktorů. U stejného typu betonu tak můžou její vlastnosti značně kolísat. Propustnost vrstvy ovlivňuje mnoho aspektů – výběr použitých složek, návrh složení čerstvého betonu, uložení v bednění, způsob hutnění a jeho ošetřování v počátku a během tuhnutí [3]. Vliv povrchové struktury spočívá v tom, že vzhled fasádního prvku, zejména jeho jas, se bude měnit v závislosti na struktuře povrchu a stupni hydratace. Jinak řečeno, opatřím-li dokonale hladkou plochu barevnou úpravou a stejně upravím plochu strukturovanou, bude se strukturovaná plocha jevit tmavší a to tím více, čím je použitý odstín sytější. Důvodem je vyšší absorpce záření na strukturované ploše. Nebezpečí například spočívá v opatření strukturní plochy odstínem, který byl vybrán podle vzorkovníku, jenž je ve většině případů hladký. Dodavatel při přípravě odstínu kontroluje jeho správnost většinou na hladké ploše. Může se tedy stát, že odstín nátěru je správně dodán, ale po aplikaci na objektu se jeví tmavší. S různou barevností povrchu a dalšími barevnými defekty je problém v případě, pokud vyžadujeme jednotný odstín na celé ploše, tedy téměř vždy. Tuto nepříjemnost nelze odstranit ani řízenou prefabrikovanou výrobou, neboť při produkci velkého množství prvků je sice možné se předzásobit a předejít tak komplikacím s různými výrobními šaržemi jednotlivých složek, ale prvky jsou vždy vyráběny za různých klimatických podmínek. Je již dlouho obecně známo, že při betonáži za nižších teplot dosahují výsledné povrchy mnohem sytější a jasnější odstín, což je způsobeno pomalejší hydratací a následnou jemnější krystalickou strukturou. Náchylnost k defektům na pohledových prvcích lze poměrně snadno potlačit vhodnou volbou a aplikací separačního prostředku nebo strukturováním a členěním povrchu na menší díly. Asi nejstarším a nejjednodušším způsobem jak zlepšit kvalitu povrchu je správné ošetřovaní betonu. Tento způsob je v praxi často spojen se značnými problémy [4]. V dnešní době však díky kvalitním surovinám ze stavební chemie dosahujeme v oblasti pohledových betonů výborných výsledků. Chceme-li při návrhu betonových konstrukcí zohlednit i trvanlivostní parametry, je nutné rozlišovat transport plynných a kapalných médií. V následujících kapitolách budou představeny použité metody měření pro hodnocení kvality povrchové vrstvy z pohledu jejích transportních parametrů.


❚

3/2012

VĚDA A VÝZKUM

1a

TORRENT PERMEABILITY TESTER (TPT)

Přístroj pracuje na principu vytvoření vakua v betonu vyvozeného vakuovou pumpou a měří se průtok vzduchu z povrchové vrstvy betonu přes dvoukomorovou buňku daný snižováním hodnoty vakua pro stanovenou hodnotu. Měření se zastaví, až se vyrovná tlak mezi vnější a vnitřní komorou vakuové buňky. Z naměřeného času a změny tlaku vzduchu proudícího do střední komůrky se vypočte hodnota součinitele propustnosti pro vzduch kT [10-16 m2]. Výpočet průchodu média pórovou strukturou válce pod vnitřní komůrkou sondy je značně složitý proces a počítá se podle Poiseuilleho vztahu (1). r

Q"

U )p U r 4 )p r 2 y 2 ydy " µ 2M ) l 0 8M ) l

,

(1)

kde r je poloměr [m], η dynamická viskozita [kg m-1s-1], Δp změna tlaku [Pa], Δl změna délky [m]. Značnou výhodou TPT je, že se celý proces výpočtu součinitele propustnosti k T a hloubky průniku vakua děje softwarově. Přístroj naměřené hodnoty změn tlaku a objemy vzduchu vyhodnocuje automaticky a na displeji je po ukončení měření možné odečíst naměřené hodnoty. Proces jednoho měření trvá nejdéle 12 min, rychlost pochopitelně závisí na kvalitě betonu. Pro vytvoření vakua slouží vakuová pumpa, která využívá napětí 230 V. Vnitřní a vnější vakuové pumpy, regulátor tlaku a indikační přístroj vybavený LCD tvoří zbývající součásti. Třída kvality krycích vrstev betonu z hlediska trvanlivosti se stanovuje pomocí tabulky dané výrobcem (tab. 1). Tato metoda je výhodná pro měření přímo na stavbě, neboť samotné zařízení je tvořeno vakuovou pumpou, vakuovou buňkou, regulátorem tlaku a monitorem. Drobnou nevýhodou měření propustnosti je ovlivnění výsledků povrchovou vlhkostí. Nutno upozornit, že tato metoda používá jako měřící médium vzduch, proto poskytuje přímou informaci o propustnosti s ohledem na atak agresivních médií rozpuštěných v okolní atmosféře. Zkoušek propustnosti je celá řada, ovšem většina z nich je založena na principu Darcyho zákona.

❚


1b Obr. 1 Germann Water Permeation Test [8], a) schéma, b) zkušební zařízení ❚ Fig. 1 Germann Water Permeation Test [8], a) scheme, b) test device Tab. 1 Hodnocení kvality krycí vrstvy dle kT concrete surface layer quality

Kvalita krycí vrstvy Velmi špatná Špatná Střední Dobrá Velmi dobrá

Index 5 4 3 2 1

❚

Tab. 1

Evaluation of

kT [10-16 m2] > 10 1 – 10 0,1 – 1 0,01 – 0,1 < 0,01

odpovídají i měřené veličiny. Z doby průtoku vody danou plochou, ze zvoleného tlaku vody a objemu zatvrdlého cementového tmele k celkovému objemu betonu se pak z Darcyho zákona vypočítá součinitel propustnosti betonu. Z této veličiny se posléze určí součinitel vnitřní propustnosti ki [m2]. Tato veličina závisí na rozdílu vstupního a výstupního tlaku kapaliny, její dynamické viskozitě, hustotě a tíhovém zrychlení [5]. Hodnota vnitřní propustnosti povrchové vrstvy je v řadě standardů evropských zemí považována za základní hodnotící kritérium pro posouzení trvanlivosti stavebních betonů. Např. německá norma DIN 1045 pro betonové konstrukce za trvanlivé betony považuje ty, jejichž vnitřní propustnost povrchové vrstvy ki je menší než 1.10-16 m2. Princip měření spočívá v připevnění a utěsnění kruhové tlakové komůrky na zkušební těleso, do komůrky se napustí destilovaná voda a povrch betonu se nechá 5 min smáčet. Poté se uzavře napouštěcí ventil, otočením horního prstence se vytváří tlak od 0,25 do 2,5 bar. Ve stěně komůrky je vedle tlakoměru zabudován mikrometrický šroub s připojeným kolíkem, který se zatlačuje zašroubováním do komory a udržuje tak stálý tlak v komoře s kapalinou. Objem vody vsáklé za definovanou dobu do betonu je nahrazen objemem zasunovaného kolíku. Jakmile se kolík celým objemem zasune do vody a sníží se původní tlak vody pod 0,2 bar, zkouška končí. Je zřejmé, že platí přímá úměra mezi dobou potřebnou pro provedení testu a propustností struktury zkoušeného betonu. Při zkoušce samotné musíme provést vývrty pro pevnou fixaci kotev přístroje k povrchu zkušebního vzorku.

G E R M A N N W AT E R P E R M E AT I O N T E S T ( G W T )

Přístroj pro stanovení propustnosti povrchových vrstev stavebních materiálů pracuje na principu měření rychlosti průtoku tlakové vody strukturou povrchové vrstvy v čase (obr. 1). Jedná se tedy o tok kapaliny v nasyceném prostředí, čemuž 3/2012

❚

I N I T I A L S U R FA C E A B S O R P T I O N T E S T ( I S AT )

Následující permeační metoda, využívající jako měřící médium také destilovanou vodu, velmi dobře postihuje počáteční resp. krátkodobou nasákavost povrchu, která je v reál-


63

VĚDA A VÝZKUM

❚


2

3

Tab. 2 Složení zkušebních směsí of concrete mixtures

Zkušební směs Složky Cement CEM I 42,5 R Mokrá písek 0-4 mm, Dobříň Kamenivo: drť 4-8 mm, Zbraslav drť 8-16 mm, Zbraslav Plastifikátor (Sika 1035) Voda

❚

I [kg/m3] 350 785 350 650 0 186

Tab. 3 Vlastnosti zkušebních směsí of concrete mixtures

Zkušební směs Objemová hmotnost [kg/m3] Krychelná pevnost po 28 dnech [MPa]

Tab. 2

❚

Composition

II [kg/m3] 394 882 394 731 0 208

Tab. 3

Tab. 4 Výsledky měření metodami TPT a GWT of the measurement by TPT and GWT

III [kg/m3] 400 930 315 600 3 180

IV [kg/m3] 400 930 315 600 2 180

Tab. 4

TPT Směs

I II III IV

Results

GWT

Součinitel Hloubka Kvalita Povrchová Povrchová Je beton propustnosti vniknutí povrchové propustnost vlhkost trvanlivý? kT*10-16 vakua vrstvy ki [mm] [1-5] [m2] [ano/ne] [%] [m2] 2,8 0,09 20 2 – dobrá 1,606E-15 NE 2,5 0,434 33,3 3 – střední 1,777E-15 NE 4 0,021 8,7 2 – dobrá 2,272E-15 NE 3,2 0,015 4 2 – dobrá 2,277E-15 NE

Pozn.: za trvanlivý beton lze dle DIN 1045 považovat pouze v případě, že k1 < 1·10-16 m2

Properties

I 2 325

II 2 330

III 2 310

IV 2 320

46,7

43,8

67,8

60,5

p " at n ,

Obr. 2

Schéma zkoušky ISAT

❚

Fig. 2

ISAT scheme

Obr. 3 Schéma zařízení pro měření hydraulické vodivosti ❚ Fig. 3 Scheme of device for the measurement of hydraulic conductivity Obr. 4 a) Rozmístění prováděných zkoušek, b) betonový blok po všech zkouškách ❚ Fig. 4 a) Scheme of test location, b) concrete block after testing

ných podmínkách nejčastější. K dalším výhodám patří relativní jednoduchost zkušebního zařízení. Na zkušební vzorky nejprve pevně připevníme průhlednou komůrku, přes kterou působí voda pod tlakem 0,02 bar (2 kPa) (obr. 2). Po vzájemném kontaktu vody a suchého povrchu zkoušeného vzorku betonu je voda systémem pórů dopravována hlouběji do struktury vzorku. Hybnou silou pro tento děj jsou z fyzikálního hlediska kapilární síly. Pro kvantitativní vyjádření množství absorbované vody slouží kapilární trubice se stupnicí. Měření provádíme v časovém intervalu 10, 30, 60 a 120 min. Výsledné naměřené hodnoty vyjadřujeme v ml m-2 s-1. Tato hodnota pak slouží k porovnání množství absorbované vody pro různá měření rozdílných vzorků. Levitt odvodil následující matematický vztah (2), který vystihuje podstatu zkoušky: (2) -2 -1

kde p je počáteční povrchová absorbce [ml m s ], t čas od začátku zkoušky [s], a konstanta [-], n parametr nabývající hodnot od 0,3 do 0,7 závisející na stupni zaplavovacího nebo vyplavovacího mechanismu [-].

50 mm. Vzorek musí být před vlastním měřením nasycen kapalinou, v tomto případě destilovanou vodou. Během měření pak protéká vzorkem ve směru podélné osy voda jako „vedená“ kapalina. Aby byl zajištěn její jednosměrný tok a bylo zabráněno obtékání vzorku, je vzorek utěsněn rukávem z nitrilového kaučuku. Potřebný těsnící tlak vně rukávu je zajištěn pomocí tlakové lahve s dusíkem (plná láhev 20 MPa) a prostřednictvím zásobníku tlaku a destilované vody je tlak přiveden do těsnícího prostoru Hasslerovy komory. Konstantní nastavený průtok kapaliny transportované vzorkem je zajišťován chromatografickým čerpadlem, schopným poskytnout kapalině tlak až 40 MPa. Měření je prováděno tak, že se nastaví požadovaný průtok kapaliny a měří se tlak (resp. tlakový spád na vzorku) potřebný k jeho dosažení. Směrnicí této závislosti je právě hydraulická vodivost (3). Více měřených bodů závislosti samozřejmě poskytuje lepší výsledek. Rovnice vychází z předpokladu, že ve vzorku platí Darcyho zákon a závislost průtoku na tlaku prochází počátkem. Obdobná metoda pro stanovení hydraulické vodivosti stavebních materiálů není v Evropě standardizována, známa je pouze americká armádní norma [12]. Více o použité metodě měření viz [15].

VYSOKOTLAKÝ PERMEAMETR

K experimentálnímu stanovení hydraulické vodivosti byla použita metoda založená na přímém využití definičního vztahu (3). Měření bylo prováděno na zařízení vyrobeném firmou CNE Technology (obr. 3). Konstrukce tohoto zařízení vychází z práce [11]. Hlavní součástí je ocelová Hasslerova komora. V ní je umístěn válcový vzorek (vývrt) o průměru 1,5‘‘ a délce 64

❚

k"

Q l Wg , ) p U d2 4

(3)

kde Q objemový průtok kapaliny vzorkem [m3s-1], d průměr kapiláry [m], ρ hustota kapaliny [kg m-3], g gravitační zrychlení [m s-2], Δp tlakový spád na vzorku [Pa].


❚

3/2012

VĚDA A VÝZKUM Tab. 5 Výsledky měření metodami ISAT, Schmidtova kladívka a odtrhových pevností ❚ Tab. 5 Results of the measurement by ISAT, Schmidt hammer and pull-off test

Povrchová Směs vlhkost [%] I 2,6 II 2,4 III 4 IV 3,2

5s

30 s

ISAT 60 s

10 min

30 min

0,98 1,46 0,16 0,28

0,91 1,32 0,13 0,27

0,27 0,23 0,09 0,17

0,16 0,15 0,05 0,12

60 min

0,12 0,11 0,03 0,07

S R O V N Á N Í E X P E R I M E N TÁ L N Í C H V Ý S L E D K Ů

Popsanou metodou byla změřena hydraulická vodivost čtyř pohledových betonů tab. 2. Vzhledem k tomu, že jejich hydraulická vodivost byla nízká, byl experiment na hranici použitelnosti dané metody. Tlakový spád potřebný pro navození ustáleného toku kapaliny vzorkem se i při minimálním nastavitelném průtoku (0,02 ml/min) blížil maximálnímu těsnícímu tlaku, který dosahoval hodnoty 15 MPa. Při použití vyššího těsnícího tlaku docházelo k praskání vzorků kvůli překročení jejich pevnosti v příčném tahu. Proto nebyla bohužel změřena závislost průtoku na tlakovém spádu, ale měření bylo prováděno tzv. jednobodově. Byl měřen tlakový spád při průtoku 0,02 ml/min a z těchto hodnot byla vypočtena hydraulická vodivost podle (3) (tab. 4). Je zřejmé, že všechny studované betony jsou, z hlediska hydraulické vodivosti, srovnatelné. Změřené, poměrně nízké, hodnoty řádu 10-11 m/s (odpovídající permeabilita 10-18 m2) vyhovují požadavkům na „trvanlivý beton“ podle klasifikace RILEM [14]. Uvedené hodnoty, vzhledem k popsanému pohybu na hranici použitelnosti metody, není možné brát jako absolutně fyzikálně správné, nicméně indikují velkou podobnost a dostatečnou trvanlivost zkoušených pohledových betonů. 4a

3/2012

SCIENCE AND RESEARCH Tab. 6 Výsledky měření vysokotlakým permeametrem ❚ Tab. 6 Results of the hydraulic conductivity measurement

[ml/m2/s] 1,08 1,56 0,24 0,36

❚

Schmidt

Odtrhová pevnost

[MPa]

[MPa]

39 34 39 38

3,1 2,2 3,2 2,9

I II III IV

k [m/s] 0,8 . 10-11 1,2 . 10-11 1,2 . 10-11 1,2 . 10-11

Předmětem diskuze může být, zda-li je použitá metoda, nebo dokonce hydraulická vodivost jako parametr, vhodná k odhadu trvanlivosti pohledových betonů. Popsaná zkouška neindikuje rozdíly mezi jednotlivými pohledovými betony a neumožňuje tedy popsat vliv složení směsi a vodního součinitele na trvanlivost, což by jistě byl žádoucí výstup z provedených experimentů. Naproti tomu metody TPT, GWT a ISAT se ukazují jako velice vhodné, neboť na základě jejich výstupů lze rozeznat mezi jednotlivými recepturami i povrchovými úpravami citelné rozdíly. Dílčí výsledky z měření jednotlivých zkušebních ploch jsou uvedeny v tabulkách 4, 5 a 6. Zkoušky propustnosti byly doplněny také měřením drsnosti povrchu užitím laserové konfokální mikroskopie. Předpokladem bylo, že u povrchů s vyšší drsností dojde vlivem většího skutečného povrchu k větší adsorpci zkušebního média, tato skutečnost měla být nejlépe patrná především na krátkodobých nasákavostech. Právě nasákavost je v souvislosti s trvanlivostí betonu velmi často skloňované téma, neboť tato poměrně jednoduchá zkouška je výborným ukazatelem odolnosti povrchu právě vůči vnějším klimatickým vlivům. 4b

❚


65

VĚDA A VÝZKUM

❚


Literatura: [1] Dubský N., Kolísko J., Klečka T.: Vizuální a optické změny povrchů prvků z hmot na cementové bázi, Sborník 3. konference Speciální betony, Praha 2005 [2] Kolísko J., Klečka T., Kolář K.: Netradiční pohledový beton fasády dostavby Smíchovké synagogy, Sborník 5. konference Speciální betony, Praha 2007 [3] Rieger P., Štěrba A.: Složení a výroba pohledového betonu, Beton 6/2004 [4] Černý J., Koudelka M.: Praktické aspekty koloristiky, Sborník semináře STOP: Barva a její vnímání v památkové péči, Praha, 2000 [5] Matoušek M., Drochytka R.: Atmosférická koroze betonu, ISBN 80-902558-0-9, Praha 1998, IKAS ČKAIT, 171 s. [6] Reiterman P., Kolář K., Klečka T., Kolísko J.: Application of confocal laser scanning microscope system In: Proceeding of the 2nd conference on experimental and computational method for directed design and assessment of functional properties of building materials in honour of the 50th birthday of R. Cerny. Prague: Czech Technical University, 2008, vol. 1, p. 95–105. ISBN 978-80-01-04184-0 [7] Adámek J., Juránková A.: Detection of imperfection in concrete structure from durability viewpoint. XVI. international conference MCM – Mechanics of composite materials. Latvia. 2010. p. 20–20 [8] Adámek J., Juránková V., Kadlecová Z., Stehlík M.: Three NDT methods for the assesment of concrete permeability as a measure of durability. In Nondestructive testing of materials and structures. Istanbul, Turecko, Springer in RILEM Bookseries. 2012. p. 732–738. ISBN 978-94-007-0722-1 [9] Adámek J., Juránková V., Kucharczyková B.: Fibre concrete and its air permeability, příspěvek na konferenci Proceedings of 5th international conference Fibre concrete 2009, ISBN 978-80-01-04381-3, CTU Prague, Praha, 2009 [10] ASTM C 1202-97: Standard test method for electrical indication of concrete’s ability to resist chloride ion penetration, American society for testing and materials, 1997 [11] Green K. M., Hoff W. D., Carter M. A., Wilson M. A., Hyatt J. P.: A high pressure permeameter for the measurement of liquid conductivity of porous construction materials. Review of scientific instruments, 1999, Vol. 70, pp. 3397–3401 [12] CRD C 163-92: Test method for water permeability of concrete using triaxial cell, U.S. Army corps of engineers standards, 1992 [13] Keppert M., Vytlačilová V., Reiterman P., Dvorský T., Černý R.: Vodotěsnost a permeabilita vysokohodnotného betonu. Stavební obzor, 2010, Vol. 19, pp. 145–148 [14] RILEM Report 12: Performance criteria for concrete durability. Ed. by J. Kropp and H. K. Hilsdorf, E. and F. N. Spon, 1995 [15] Keppert M., Reiterman P.: Hydraulická vodivost pohledových betonů: 7. konference speciální betony – sborník konference. Praha: Sekurkon, 2010, s. 51-57. ISBN 978-80-86604-50-3

té je pak omezení transportu vody a vlhkosti mající význam při ochraně výztuže vůči korozi. Mnoho předních odborníků se shoduje na důležitosti sledování „pokožky“ betonu, jakožto nejzatíženějšího místa konstrukce vlivem vnějšího prostředí. Proto byla do hodnocení kvality povrchové vrstvy zahrnuta především měření predikující trvanlivost betonu. Aby byly výsledky zkoušek mezi sebou srovnatelné, musí mít betonový povrch stejnou povrchovou vlhkost. Kromě vysokotlakého permeametru, kdy byla měřena hydraulická vodivost, všechny představené metody se ukázaly vhodnými pro hodnocení kvality povrchových vrstev. V případě porézních stavebních materiálů je hydraulická vodivost jedním z parametrů, jež ovlivňují jejich chování v konstrukcích; závisí na ní vodotěsnost a zprostředkovaně i odolnost vůči působení mrazu, solím a dalším degradačním procesům, neboli trvanlivost. Hydraulická vodivost, permeabilita a sorpce představují, v případě betonu, fyzikálně definovanou alternativu k výsledkům zkoušky vodotěsnosti na vodotlačné stolici. Na tomto místě je třeba upozornit, že ve stavební praxi a výzkumu se pojem permeabilita používá dosti volně (pro různé zkoušky); vždy je třeba výsledky prezentovat zároveň s metodou a podmínkami experimentu. Je zřejmé, že jeden materiál bude mít dramaticky jinou permeabilitu pro vzduch, pro vodu a nebo „permeabilitu“ pro chloridové ionty, uváděnou v Coulombech [15]. Experimentální měření propustnosti povrchové vrstvy betonových kvádrů ukázalo, že součinitel vzduchové propustnosti k T i součinitel povrchové propustnosti ki jsou výraznými kritérii pro hodnocení povrchu betonu. Zkoušené byly betony vyšších tříd, které pro obdobná měření nejsou příliš obvyklé, ale tyto směsi byly navrženy tak, aby reflektovaly u nás běžně vyráběné betonové směsi. Naměřená data poukazují na to, že složení betonové směsi výrazným způsobem ovlivňuje vlastnosti povrchové vrstvy betonu a zároveň se výsledky těchto zkoušek stanou podkladem pro vytvoření korelačních závislostí propustnosti betonu a metodik pro hodnocení betonu z hlediska jeho trvanlivosti. Tento příspěvek vznikl za podpory projektu GAČR P105/12/G059. Text článku byl posouzen odborným lektorem. Ing. Pavel Reiterman e-mail: [email protected] Doc. Ing. Karel Kolář, CSc.

Z ÁV Ě R

e-mail: [email protected]

V souvislosti se zavedením nové normové soustavy nabyla problematika trvanlivosti betonu na významu. Působením agresivních médií koncentrovaných ve vnějším prostředí dochází k rozvoji celé řady korozních mechanismů. Většina stavebních konstrukcí je před působením nepříznivých podmínek chráněna dalšími typy konstrukcí. U pohledových betonů je však tato ochranná vrstva tvořena pouze vlastním materiálem. Vzhledem k faktu, že degradační procesy betonu jsou děje dlouhodobé a agresivní látky působí v nízkých koncentracích, je velmi obtížné takové působení popsat a kvantifikovat vzniklý degradační jev na základě zkoušky v laboratoři. Trvanlivost závisí nejen na kvalitě povrchové vrstvy, ale i na charakteru pórové struktury, která tvoří skutečně určující parametr, protože ovlivňuje rychlost, kterou pronikají agresivní látky plynné či kapalné z vnějšího prostředí do vnitřní struktury betonu, a tím i rychlost degradace daného materiálu a jeho trvanlivost. Velmi důleži66

Ing. Ondřej Holčapek e-mail: ondrej.holcapek@ fsv.cvut.cz všichni tři: Fakulta stavební ČVUT v Praze Experimentální centrum Ing. Martin Keppert, Ph.D. Fakulta stavební ČVUT v Praze Katedra materiálového inženýrství a chemie e-mail: [email protected] Ing. Zlata Kadlecová e-mail: [email protected] prof. Ing. Jiří Adámek, CSc. e-mail: [email protected] oba: Fakulta stavební VUT v Brně, Ústav stavebního zkušebnictví


❚

3/2012

❚

VĚDA A VÝZKUM


VLIV GUMOVÉHO GRANULÁTU NA ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI SAMONIVELAČNÍCH CEMENTOVÝCH POTĚRŮ ❚ EFFECT OF RUBBER GRANULATE TO THE BASIC PROPERTIES OF SELF-LEVELLING SCREED Karel Nosek, Stanislav Unčík Příspěvek se zaobírá ověřením možnosti využití odpadního gumového granulátu jako částečné náhrady plniva pro výrobu polymercementových hmot. Jsou zde uvedeny výsledky, které byly dosaženy s jeho aplikací při vývoji nového samonivelačního cementového potěru. ❚ The paper deals with possibilities of utilising waste rubber granulate as a partial replacement of fine aggregate for the production of polymer-cement composites. Here we present results, achieved during the development of new self-levelling floor screeds.

V posledních letech se stal udržitelný vývoj stavebních materiálů v celosvětovém stavebnictví problémem s rostoucí důležitostí v souvislosti s vyčerpatelností přírodních zdrojů a nutností ochrany životního prostředí. Negativní vliv stále rostoucího množství odpadů na životní prostředí, ale rovněž ekonomické důvody vedou ke snaze o druhotné využití odpadních surovin. Stavebnictví zatěžuje životní prostředí při výrobě stavebních hmot, zejména těžbou přírodních surovin, spotřebou energie při výrobě a produkcí emisí CO2 při tepelném rozkladu vápence a dolomitu, ale na druhou stranu také poskytuje významný prostor pro využití průmyslových odpadů při výrobě stavebních materiálů a dílců. Jedním z nich je gumový granulát. Gumový granulát představuje odpadní produkt, připravený drcením a granulací plášťů ojetých pneumatik, pro který se v EU vžila zkratka ELT (End of Life Tyre). Tohoto odpadu se vyprodukuje poměrně velké množství. Podle různých údajů vzniklo např. v roce 2004 v České republice 13 000 až 38 000 t ELT. Gumový granulát se vyrábí v několika frakcích podle potřeb technologií, v kterých se používá. Spektrum jeho použití je poměrně široké, např. sportovní povrchy, podlahové povrchy, doplňky konstrukcí dopravních staveb na snížení dopravního hluku a omezení průmyslových vibrací, nebo jako jedna ze složek do gumárenských směsí. Cílem této práce bylo ověřit možnost využití odpadního gumového granulátu jako částečné náhrady plniva pro výrobu polymercementových hmot. Jako referenční hmota byl vybrán samonivelační cementový potěr AlfaFORM SCE. P O U Ž I T É M AT E R I Á LY

V referenčním materiálu a taktéž v modifikovaných směsích byl použit portlandský cement CEM I 42,5 R z cementárny Hranice. Chemické složení cementu se uvádí v tab. 1. Počátek tuhnutí cementu je 130 min, doba tuhnutí 210 min, měrTab. 1

Chemické složení cementů a plniv

Cement CEM I 42,5R Hlinitanový Křemenný písek Vápenec Carolith

3/2012

❚

SiO2 [%] 56,8 6 98,5 0,06

CaO [%] 1,8 39,8 55,2

❚

Tab. 1

MgO [%] 1,3 1,5 0,65

ná hmotnost 3 120 kg.m-3, měrný povrch 360 m2.kg-1, pevnost v tlaku po 28 dnech 49,7 MPa. Dále byl použit hlinitanový cement Fondu od francouzského výrobce s označením Lafarge Aluminates. Jeho chemické složení se uvádí v tab. 1. Cement má počátek tuhnutí 120 min, dobu tuhnutí 240 min, měrnou hmotnost 2 065 kg.m-3, měrný povrch 400 m2.kg-1, pevnost v tlaku po 6 h 20 MPa a po 24 h 33,8 MPa. V samonivelačních směsích byl použit syntetický anhydrit ve formě jemného šedého prášku. Obsahoval minimálně 90 % CaSO4, maximálně 1 % chemicky vázané vody a maximálně 7 % nečistot. Jako plnivo byl použit křemenný písek a mleté vápence. Základní vlastnosti písku: měrná hmotnost 2 650 kg.m-3, sypná hmotnost volně sypaná 1 370 kg.m-3, setřesená 1 580 kg.m-3, nasákavost 23,4 %. Jeho chemické složení je uvedeno v tab. 1, zrnitost v tab. 2. Dominantním minerálem písku je křemen. Na optimalizaci zrnitosti plniva byly použity tři frakce mletého vápence: Carolith 0,2–0,5, Carolith 0–0,2 a Omyacarb. Zrnitost mletých vápenců je uvádena v tab. 2. Jedná se o vysoce čisté vápence s dominantním minerálem kalcitem. Výrobce referenčního materiálu používá na zlepšení vlastností potěru směs aditiv, obsahující redispergovatelný kopolymer etylenvinylacetát, ether celulózy (stabilizátor) a odpěňovač. Tato směs byla použita i v případě modifikovaných směsí. Gumový granulát z opotřebovaných pneumatik byl frakce 0–0,4 mm, jeho sypná hmotnost volně sypaná byla 370 kg.m-3, setřesená 411 kg.m-3.

❚

Tab. 2 Zrnitost jednotlivých složek plniva aggregate components

Kontrolní síto [mm] 2 1 0,5 0,25 0,125 0,09 0,063 0,045 pod 0,045

Tab. 2

Grading of

Celkový propad [%] Carolith Carolith (0,2-0,5 mm) (0-0,2 mm) 100 100 95,2 100 71,8 100 52,5 100 27,1 56,8 7,2 31,3 0,1 21,6 0,01 4,2 0 0

Křemenný písek 100 100 99,1 56,3 6,6 0,8 0,2 0,1 0

Omyacarb 40/VA 100 100 100 98,9 65,2 17,1 7,1 1 0

Chemical composition of cements and aggregate components

Al2O3 [%] 28,9 37 0,18 0,09

Fe2O3 [%] 6,2 18,5 0,95 0,12

SO3 [%] 0,2 0,4 0,8


TiO2 [%] 2 4 0,21 0,01

K2O [%] 1,8

Na2O [%] 0,3 0,4

0,02

-

MnO [%] 0,03 0,01

Cl[%] 0,1 -

67

❚

VĚDA A VÝZKUM Tab. 3


Složení referenční a nově navržených směsí

Označení směsi Ref. SCE 1/5 GG 2/5 GG 3/3 GG 4/3 GG Tab. 4

Směs cementů

Křem. písek

360 360 360 360 360

172,8 172,8 172,8 172,8

Vybrané výsledky

❚

Tab. 4

Objemová hmotnost Označení směsi [kg.m-3] Ref. SCE 1/5 GG 2/5 GG 3/3 GG 4/3 GG

1 870 1 800 1 810 1 830 1 840

❚

Tab. 3

Composition of designed mixtures

Složení směsi na 1000 g [g] Carolith Omyacarb Carolith Anhydrit (0,2-0,5 mm) 40/VA (0-0,2 mm) 576 30 230,4 86,4 57,6 30 230,4 115,2 28,8 30 230,4 97,9 57,6 30 230,4 115,2 40,3 30

34 34 34 34 34

Gumový granulát 28.8 28.8 17.3 17.3

Voda 245 245 245 245 245

Selected results


Pevnost v tahu za ohybu [MPa]

20,7 15,8 15,9 20,3 20,5

6,3 5,5 5,3 6,8 6,8

Složení směsí Složení směsí vycházelo ze složení referenčního materiálu – cementového potěru AlfaFORM SCE. Tento materiál obsahuje směs cementů (portlandský cement CEM I 42,5 R Hranice a hlinitanový cement od Lafarge), směs plniv, anhydrit a směs aditiv. Rámcové složení referenčního materiálu je uvedeno v tab. 3. Podrobnější informace o poměrech míchaní cementů, plniv a aditiv jsou předmětem obchodního tajemství výrobce referenčního materiálu. V rámci výzkumu byl referenční materiál modifikován přídavkem gumového granulátu a taktéž bylo modifikováno původní plnivo mletými vápenci Carolith a Omyacarb. Ostatní složky, tj. cementy, křemenní písek, anhydrit a aditiva zůstaly beze změn v porovnání s referenčním materiálem. Dávka gumového granulátu byla 3 a 5 % z hmotnosti plniva. Složení modifikovaných směsí je uvedeno v tab. 3. P Ř Í P R AVA P O T Ě R Ů A P R O VÁ D Ě N É Z K O U Š K Y

Směsi byly připraveny v normové laboratorní míchačce. Po skončení míchání se stanovila konzistence čerstvých malt zkouškou rozlivu pomocí výtokového poháru objemu 100 ml s průměrem výtokového otvoru 8 mm. Výška výtoku byla 150 mm. Rozliv se stanovil jako průměr vzniklého koláče. Rozlití potěrů dosahovalo hodnoty v rozsahu 216 až 220 mm. Následně se ze směsí připravily zkušební vzorky pro zkoušky základních fyzikálně-mechanických vlastností. Na trámcových vzorkách byla stanovena: • objemová hmotnost podle ČSN EN 13 872, • pevnost v tahu za ohybu podle ČSN EN 13 892-2, • pevnost v tlaku podle ČSN EN 13 892-2. Tyto vlastnosti byly stanoveny při standardních podmínkách ve stáří vzorku 28 dní a taktéž po uložení vzorku při vyšší teplotě – 14 dní ve standardních podmínkách, 14 dní při teplotě 70 °C a 1 den při standardních podmínkách. Pro stanovení přídržnosti byly potěrové směsi naneseny na betonový podklad a byly ošetřovány standardním postupem 28 dní. Zkouška přídržnosti byla provedena podle ČSN EN 13 892-8. Přídržnost byla stanovena také po ošetřování při teplotě 70 °C (obdobně jako při pevnostních charakteristikách). 68

Aditiva

Pevnost v tahu Přídržnost Pevnost v tlaku za ohybu po uložení Počáteční přídržnost po uložení při vyšší po uložení při vyšší při vyšší teplotě [MPa] teplotě teplotě [MPa] [MPa] [MPa] 17,4 6,7 1,53 0,58 16,1 5,4 1,36 0,44 15,8 5,3 1,41 0,45 20,8 7 1,45 0,61 20,6 6,8 1,44 0,58

Na stanovení smrštění během tvrdnutí byla vyrobena trámcová zkušební tělesa o rozměrech 40 x 10 x 160 mm. Na 24 h staré vzorky byly osazeny měřící hroty ve vzdálenosti 100 mm a bylo provedeno výchozí měření, další měření následovala ve stáří 2, 3, 7, 14, 21, 28 a 56 dnů. Měření každé vlastnosti bylo realizováno na třech zkušebních vzorcích. Výsledky zkoušek Dosažené výsledky jsou uvedeny v tab. 4 a graficky znázorněny na obr. 1 až 4. Dle očekávání vedla aplikace gumového granulátu ke snížení objemové hmotnosti samonivelačního potěru. Byl taktéž zaznamenán pokles pevnosti v tlaku. Při náhradě plniva gumovým granulátem v množství 3 % je tento pokles zanedbatelný, při dávce 5 % je už znatelný. V případě pevnosti v tahu za ohybu došlo při nižší dávce granulátu (3 %) dokonce k nárůstu pevnosti v porovnání s referenčním materiálem. Zvýšení dávky granulátu na 5 % se již projevilo snížením i pevnosti v tahu za ohybu. Ošetřování materiálů při vyšší teplotě (70 °C) nemělo výrazný vliv na jejich pevnostní charakteristiky. V zásadě se projevily stejné tendence jako při standardním ošetřování. V případě pevnosti v tlaku vykazovaly směsi s granulátem dokonce mírný nárůst pevnosti v porovnání se standardním ošetřováním, zatímco referenční materiál zaznamenal pokles pevnosti. V případě pevnosti v tahu za ohybu byl zaznamenán mírný nárůst téměř u všech směsí. Přídržnost samonivelačních potěrů byla rovněž ovlivňována gumovým granulátem obdobně jako pevnost v tlaku. S narůstáním dávky granulátu se přídržnost snižovala. Na přídržnost potěrů měl výrazný vliv způsob ošetřování. V případě ošetřování při vyšší teplotě došlo k podstatnému snížení přídržnosti (obr. 3). Náhrada části plniva gumovým granulátem měla pozitivní vliv na smršťování samonivelačních potěrů. Nejvyšší hodnoty smršťování po 56 dnech vykazoval referenční materiál. Nově navržené směsi s obsahem gumového granulátu měly smršťování nižší.


❚

3/2012

VĚDA A VÝZKUM

G

3

3

3/

4/

G

G

5 2/

G

G G

G G 5 1/

Označení směsí

1

Z ÁV Ě R

Při použití odpadního gumového granulátu bylo dosaženo zajímavých výsledků z hlediska vlivu na změnu vlastností samonivelačních cementových potěrů. Bylo zjištěno a prokázáno mírné zlepšení mechanických vlastností jako je pevnost v tlaku a také v tahu za ohybu u směsí s nižším obsahem (3 %) odpadního gumového granulátu, jako částečné náhrady plniva, oproti referenční směsi. Zvýšení dávky granulátu (5 %) již vedlo k mírnému snížení pevnosti v tlaku a taktéž pevnosti v tahu za ohybu. Hodnoty přídržnosti směsí s obsahem gumového granulátu byly mírně nižší ve srovnání s referenčním materiálem, a to jak při normálním uložení, tak i při uložení při vyšší teplotě. Toto snížení přídržnosti je však relativně malé. Dosažené hodnoty přídržnosti jsou dostatečné pro daný účel použití materiálu. I v případě přídržností se prokázala jako vhodnější nižší dávka gumového granulátu (3 %), při které byly dosaženy vyšší hodnoty. Rozdílné dávkovaní jemných materiálů (mletých vápenců) se na dosažených výsledcích prakticky neprojevilo. Vlastnosti materiálů s rozdílnými poměry Carolithu (0–0,2 mm) a Omyacarbu 40/VA byly prakticky stejné. Podobné výsledky prezentuje i A. Benazzouk a kol. [3] ve svém článku z roku 2007, který popisuje snížení mechanických vlastností s vyšším přídavkem gumového granulátu, snížení objemových hmotností a z toho plynoucí vhodnost použití těchto směsí pro lehčené konstrukce.

G

G

G

G

3

3

4/

3/

1/

2/

5

5

G

G

G

G

8 7 6 5 4 3 2 1 0 Re f. SC E

Pevnost v ohybu [MPa]

Pevnost v ohybu [MPa]

Označení směsí

2

G 4/ 3

G

G 3/ 3

G

G 2/ 5

G 1/ 5

G

G

2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Re f. SC E

Přídržnost [MPa]

Přídržnost [MPa]

Označení směsí Počáteční přídržnost

3

Přídržnost po uložení při vyšší teplotě

Příspěvek vznikl za podpory výzkumného záměru MSM 0021630511

0,020 -0,020

s názvem: „Progresivní stavební materiály s využitím druhotných surovin

-0,060

a jejich vliv na životnost konstrukcí“.

-0,100

[mm]

Smrštění směsí


Literatura: [1] Ohama Y.: Polymer-based Admixtures, Cement and Concrete Composites 1998, 20: 189–212 [2] Ohama Y.: The Past, Present and Future of Concrete-Polymer Composites: A Life’s Work, Proceedings of ICPIC 2007. XII. Intenational Congress on Polymers in Concrete, 1sted. Chuncheon, Korea: Kangwon National University, 2007, ISBN 89-960-0450-2, p. 969–979 [3] Benazzouk A., Douzane O., Langlet T., Mezreb K., Roucoult J. M., Queńeudec M.: Physico-mechanical properties and water absorption of cement composite containing shredded rubber wastes, Cement & Concrete Composites 29, (2007), p. 732–740

30 27 24 21 18 15 12 9 6 3 0 Re f. SC E



❚

-0,140

Text článku byl posouzen odborným lektorem.

-0,180 -0,220 -0,260

Ing. Karel Nosek 56.den

28.den

14.den

7.den

3.den

1.den

-0,300

Dny měření 1/5 GG

2/5 GG

3/3 GG

VUT v Brně, Fakulta stavební, UTHD Veveří 95, 602 00 Brno e-mail: [email protected]

4/3 GG

Ref. SCE

4

Doc. Ing. Stanislav Unčík, PhD. Stavebná fakulta STU, KMTI ❚

Obr. 1

Pevnost v tlaku

Obr. 2

Pevnost v tahu za ohybu

Obr. 3 Přídržnost

❚

Fig. 1

Compressive strength ❚

Fig. 2

❚

e-mail: [email protected]

Fig. 3 Adhesion

Obr. 4 Smršťování samonivelačních cementových potěrů Fig. 4 Shrinkage of self-levelling screeds

3/2012

Radlinského 11, Bratislava

Flexural strength ❚


69

AKTUALITY

❚

TOPICAL SUBJECTS

HOLANDSKÝ WORKSHOP „SUPERBETON“ ANEB KDYŽ ARCHITEKTI SPOLEČNĚ S BETONÁŘI TESTUJÍ NOVÝ TYP BETONU Jitka Prokopičová Spolupráce mezi architekty a výrobci betonu, kterou se podařilo zrealizovat v rámci holandského workshopu Superbeton, přinesla řadu zajímavých nápadů na použití ultravysokopevnostního betonu. Architekti měli příležitost důkladně se seznámit se všemi možnostmi a výhodami zvoleného materiálu.

Ve svých projektech architekti rádi používají nová netradiční řešení. Bohužel však mají málo příležitostí a času podílet se na testování nových materiálů. Neznají dostatečně nové materiály, neví, jak široké jsou možnosti jejich použití, jak se budou chovat za určitých podmínek, jaké jsou příslušné normy apod. To vše znají výrobci, ale ti často zase nevědí, co architekti od daného materiálu přesně očekávají, aby mohli realizovat svoje představy. Je potřeba dát hlavy dohromady, spojit síly, učit se jeden od druhého. V Nizozemí těmto cílům napomáhá organizace Booosting platform voor koplopers in bouwinnovatie (dále jen Boosting), která byla založena v roce 1988 a která kombinuje iniciativy stavebního průmyslu, investorů i architektů. Booosting si dala za úkol urychlit pokrok ve stavebnictví tím, že bude fungovat jako platforma pro výměnu znalostí, názorů, nápadů a získávání zkušeností. „V tomto se lišíme od tradičních asociací, které většinou sdružují organizace jednoho profesního odvětví. My dáváme dohromady odborníky, kteří mohou přispět k debatě a řešení, vedoucímu k lepší úrovni stavebního sektoru“, říká Martin Smit, předseda sdružení Booosting a jinak také architekt vlastnící architektonické studio Martin W Smit Architects. „Ten, kdo ovlivňuje nové stavby, to nejsou jenom inženýři, technologové a architekti. To může být třeba i sociolog či psycholog, který se např. v případě škol, nemocnic může účastnit projektové přípravy a ovlivnit výslednou podobu stavby“, vysvětluje Smit. Na sklonku roku 2011 organizovalo sdružení Booosting společně s holandskou asociací Cement en Beton Centrum a výrobcem betonu Romein Beton sérii workshopů, kde architekti zkoušeli pracovat s ultravysokopevnostním betonem (Ultra High Performance Concrete – UHPC). 70

UHPC, u kterého se jako vyztužení používají jemná ocelová vlákna, se používá zatím především na stavbu mostních konstrukcí a výškových budov, ale může mít samozřejmě mnohem širší uplatnění. Jeho vysoká pevnost umožňuje projektovat a realizovat stavby s mnohem odvážnějším architektonickým řešením než v případě klasického betonu. Nosné prvky mohou být subtilnější, budovy elegantnější. Jeho vlastnosti se mohou uplatnit i v interiérech, a to byl právě úkol pro architekty – přijít s neotřelými nápady a vyzkoušet si to přímo u výrobce. Společnost Romein Beton má již s tímto typem betonu určité zkušenosti. Byla hlavním dodavatelem betonu na stavbu prvního mostu z UHPC v Holandsku, který byl postaven v Utrechtu a nedávno obdržel cenu Betonprijs (holandskou cenu za nejlepší betonové stavby). „Společnost Romein Beton vítá nové technologie, nové nápady, a proto jsme pozvali skupiny architektů a poskytli jim prostor, materiál, ale i odbornou pomoc svých expertů. Byla to výborná vzájemná zkušenost“, říká Valentijn Blonk, ředitel společnosti. Z workshopu Superbeton vzešla řada zajímavých návrhů, z nichž některé představujeme. NAHRAZENÍ OCELOVÝCH PILÍŘŮ ZÁBRADLÍ BETONOVÝMI

tloušťka materiálu, jsou uložena v podstatě rovnoběžně a jsou nedostatečně rozptýlená, což způsobuje, že pevnost zvlášť při ohybu není dostatečná.

Obr. 1 Prvek zábradlí, a) diskuze nad výkresovou dokumentací, b) hotový odlitek Obr. 2 Konstrukční prvek „Krinolína“, a) gumová forma, b) hotový odlitek Obr. 3 Fasádní prvek „Filamenti“, a) návrh fasády, b) příprava v dílně, c) finální podoba

1a 1b

Architekti ze společnosti VHA Architecten se specializují na inženýrské a průmyslové stavby a staví především mosty. Navržené konstrukce jsou většinou z ocelových prvků, které je však třeba dobře ošetřit a zakonzervovat, čímž se zvyšuje cena konstrukce ale také ekologická zátěž stavby na okolí. V rámci workshopu VHA Architecten zkoušeli možnost nahrazení ocelového zábradlí betonovým, které by tyto problémy mohlo vyřešit. Jako vzor pro zkoušky bylo použito mostní zábradlí (obr. 1). „U oceli se používají pláty o tloušťce 20 mm. Pro pokusy ve workshopu jsme použili stejnou tloušťku“, říkají architekti. Nejdůležitější otázka samozřejmě byla, zda plát z betonu bude dostatečně pevný. Ukázalo se ale, že toho cíle ještě nebylo dosaženo. Je možné řešení? Zdá se, že ano. Např. použitím kratších vláken. Nyní jsou vlákna prakticky stejně dlouhá, jako je BETON • technologie • konstrukce • sanace

❚

3/2012

AKTUALITY

2a

KRINOLÍNA JAKO KONSTRUKČNÍ ELEMENT

Architektka Michaela Stegerwald ráda zkouší nové nápady, nové možnosti. Ráda např. kombinuje prvky a metody z módního sektoru s těmi z architektury. V tomto workshopu se inspirovala krinolínou – kosticí, kterou nosily dámy jako podporu svých těžkých sukní někdy v 19. století. Ušila takovou kostru z gumy, naplnila betonem a vznikl krásný a pevný objekt, který může sloužit jako architektonický prvek (obr. 2). A textil nebo guma jako bednění. Výsledek pokusu překvapí i na pohled. Beton je krásně hladký, kopíruje přesně formu, ve které byl odlit a málokdo by věřil, že se skutečně jedná o beton.

Něco podobného vyzkoušela architektka Stegerwald i s jiným typem formy. Pospojovala plastové nádoby od citronové šťávy, a vznikl elegantní sloupek. Podle druhů šťávy jej nazvala Juicy a Sicilia. „Ten otisk je tak dokonalý, že by se tímto způsobem např. mohla vytvářet podniková identita – otisknout a zakomponovat logo společnosti přímo někde v budově nebo na budově“, říká Michaela.

❚

TOPICAL SUBJECTS

2b

vzorů. Pro fasádu nazvanou Filamenti se inspirovali svalovými vlákny. Z jejich průřezů vytvořili „matrici“, kterou použili ve dvou vrstvách. Vznikla tak jakási betonová krajka s oválnými otvory, která se částečně překrývají (obr. 3). „Docela si dovedeme představit, že taková stěna může velmi dobře vypadat jako přepážka v interiéru“, říkají architekti, „na nosnou stěnu bychom to ale nedoporučovali…“.

FILAMENTI

Specifické vlastnosti UHPC se výborně hodí pro tvorbu speciálních povrchů a fasád. Architekti ze studia AAArchitecten v Haagu pokusili otestovat, kam až mohou zajít při vytváření originálních 3a

D Ě R AV Ý S L O U P I P Ř Í S T Ř E Š Í

Architekti z Arconiko Architecten tvrdí: „Pro nás je UHPC s vlákny úplně nový konstrukční materiál. Jeho název asociuje zlepšení vlastností betonu,

3c

3b

3/2012

❚


71

AKTUALITY

❚

TOPICAL SUBJECTS Obr. 4 a) Matrice pro pro prvek s hexagonovými otvory, b) perforovaný element Obr. 5 Vizualizace přístřešku s využitím hexagonových otvorů

4a

ale ve skutečnosti je to nový materiál, s novými vlastnostmi. Je nejen pevnější než standardní beton, ale nepotřebuje žádné armování. Beton spolu s ocelovými vlákny tvoří homogenní směs, velmi jemná vlákna roztroušená v betonové hmotě působí stejně jako výztuž. To dodává tomuto typu betonu jeho výjimečné vlastnosti. Je velmi pevný, ale současně i neuvěřitelně tvárný.“ Při tvorbě svých návrhu se inspirovali přírodou, ve které se velmi často objevují hexagony a vytvořili lehké a otevřené konstrukce s využitím tohoto elementu. Po několika pokusech hledání optimální rovnováhy mezi pevnou částí a otvory se jim nakonec podařilo vyrobit perforovaný prvek (obr. 4a, b). Tento model může být velmi dobře použit jako architektonický prvek (obr. 5).

4b

trhnout jeho vlastnosti. Vysoká pevnost UHPC umožňuje zachování lehkosti a subtilnosti tvaru a konstrukce, jeho struktura dává jemnost a možnost soustředit se na detail, jeho hutnost umožňuje vytvoření zrcadlově lesklého povrchu“. Při tvorbě estetického tvaru stolu se architektka Femke inspirovala inženýrskými stavbami v padesátých letech, odtud také ten název. Otisk formy včetně spojovacích šroubů je záměrně viditelný na spodní straně stolu. Povrch stolu je ale krásně hladký jako zrcadlo. Přestože váží 235 kg, vypadá velmi lehce (obr. 6). „Lití betonu bylo poměrně obtížné, protože materiál schnul rychleji, než jsem předpokládala, ale výsledek je velmi dobrý“, sděluje architektka Femke. KONSTRUKČNÍ PRVEK

STŮL VIADUKT

Architektka Femke Bijlsma si dala za cíl vytvořit elegantní betonový stůl: „ Měla jsem ambici překvapit betonem a pod-

Jiní architekti zkoušeli povrchové vlastnosti UHPC a zjistili, že tento typ betonu má tak jemnou strukturu, že dokonale kopíruje texturu matrice a mohou

se vytvářet velmi jemné formy a tvary. Může to být ovšem i nevýhodou, protože jsou vidět i případné nedokonalosti. Ve výsledku někde trochu vadila ocelová vlákna na povrchu a někde příliš tenké tvary, zvlášť tam, kde docházelo k pnutí, praskaly. To vše se ještě bude muset řešit. „To, že tento beton má vynikající vlastnosti, co se týče pevnosti, je již známo. My jsme se snažili ukázat při tvorbě profilu (HEM 300), jak elegantní a jemné formy se mohou utvářet. To je výzva pro všechny výrobce prefabrikátů i matric. Cena výrobků z tohoto betonu se totiž nemusí odvíjet jenom od množství spotřebovaných kubických metrů betonu, ale i od přidané hodnoty ve formě designu“, říkají architekti Henk van Laarhoven a Tamara van Kampen ze studia Bierman Henket Architecten. „S ultra vysoce pevnostním betonem je to jako s bio potravinami. Ty normální jsou levnější“, dodávají se smíchem.

5

72


❚

3/2012

AKTUALITY 6a

Obr. 6

❚

TOPICAL SUBJECTS

6b

a) Výroba stolu Viadukt, b) hotový stůl

Obr. 7 Profil HEM300, a) pohled do bednění, b) srovnání profilu z UHPC a z oceli

Z ÁV Ě R

Workshop ukázal, že má-li beton téměř neomezené možnosti forem a tvarů, pak o UHPC to platí dvojnásob, protože jeho vlastnosti umožňují vytvářet tvary tak lehké a elegantní, že se dosud architektům o tom ani nesnilo. UHPC je pro architekturu určitě materiálem budoucnosti. Zůstává samozřejmě ještě mnoho nezodpovězených otázek. Jak bude tento beton odolávat nepříznivým povětrnostním podmínkám? Bude nenáročný na údržbu bez použití dalších konzervačních technik? Jaké barevné odstíny mohou být vytvořeny, a které produkty bude vhodné dělat z tohoto typu betonu? I po společném workshopu bude ještě mnoho otevřených oblastí k řešení. Musí se na něm ale ještě dále pracovat, zkoušet nové možnosti, vylepšovat jeho vlastnosti a nacházet nové možnosti použití. Je potřeba se nadále učit jeden od druhého. Jak řekl ředitel organizace Cement en Beton Centrum Hans Köhne: „Kaž-

dá profese trpí trochu profesionální deformací. Producenti betonu chtějí mít výrobní proces pod kontrolou, nemají rádi odchylky, požadují, aby všechno probíhalo, jak má, a bylo dosahováno standardní vysoké kvality. Nejsou v tomto ohledu nakloněni změnám a překvapením. Naproti tomu architekti mají přímo hrůzu z toho, že věci probíhají pořád stejně. V každém projektu musí být něco nového, nový nápad, překvapující variace. A právě napětí mezi těmito dvěma skupinami dělá workshop tak zajímavým a napínavým. Zvědavost a inovace dostává prostor a výsledky jsou fascinující.“ Výsledky workshopu Superbeton byly vystaveny od loňského prosince do letošního dubna v prostorách Materia inspiration Centre v Amsterodamu (www.materia-ic.com).

❚

Organizace workshopu Booosting – www.booosting.nl Cement en Beton Centrum – www.cementenbeton.nl Romein Beton – www.romein.nl

Fotografie: 1a, b, 3b, 6b, 7a – Jolanda Steenhouwer (www.booosting.nl), 2a, b – Michaela Stegerwald (www.stegerwald.eu), 3a, c – z archívu společnosti – AAArchitecten (www.aaarchitecten.nl), 4a, b, 5 – Frido van Nieuwamerongen (www.arconiko.com) 6b – Klaas de Groot, 7b – Henk van Laarhoven

Jitka Prokopičová (autorka žije v Holandsku) e-mail: [email protected] 7a

3/2012

Zdroj: [1] Bakker S., van Nieuwamerongen F., Steenhouwer L.: Superbeton – UHSB workshop Booosting, 2011

Redakce děkuje všem autorům fotografií za jejich poskytnutí.

7b


73

SOFTWARE ❚

SOFTWARE

INFORMAČNÍ SYSTÉM PRO PODPORU OPRAVY KARLOVA MOSTU ❚ INFORMATION SYSTEM SUPPORTING REHABILITATION OF CHARLES BRIDGE IN PRAGUE Jiří Vildt, Jan Zeman, Jiří Šejnoha, Vladimír Tvrzník Cílem článku je představit informační systém ISKarluvMost, který byl vyvinut v posledních třech letech jako podpůrný prostředek pro opravu Karlova mostu.

❚ The purpose of this

paper is to introduce a new information system ISKarluvMost, which was developed during the last three years to support rehabilitation of Charles Bridge in Prague.

V období od 1. srpna 2007 do 31. října 2010 proběhla poslední rozsáhlá oprava Karlova mostu v Praze, která zahrnovala rekonstrukci zábradlí a mostovky a obnovu hydroizolačního systému. Tato oprava byla podložena dlouhodobým výzkumem, zaměřeným jednak na dokumentaci stavu konstrukce a materiálů využitých v mostu, jednak na počítačové simulace jeho chování především pod účinky nesilových zatížení. K přípravným teoretickým a experimentálním pracím přispěla řada pracovišť a získané výsledky byly hojně prezentovány v tuzemské i zahraniční literatuře. Jako vybrané příklady uveďme shrnutí komplexního výzkumu v období 1994 až 2004 [1 až 3], vývoj a ověření nelineárního výpočetního modelu segmentů mostu [4, 5] nebo nejnovější poznatky o materiálech v konstrukci [6, 7]. Především při vývoji a verifikaci počítačových modelů Karlova mostu [4, 5] pak bylo opakovaně shledáno, že i přes výjimečný charakter této památky a její dlouhodobý monitoring nejsou k dispozici volně přístupné a soustředěné podklady, o něž by se mohla jakákoliv pokročilá analýza opřít.

1

2

3

Obr. 1 Veřejně přístupné rozhraní aplikace ❚ Fig. 1 Public access interface Obr. 2 Příklad modulu souborů s výpočty ❚ Fig. 2 Example of files and calculation module Obr. 3 Přidávání souborů s výkresovou dokumentací základů ❚ Fig. 3 Adding files with drawing documentation

74


❚

3/2012

SOFTWARE ❚

Právě tato skutečnost byla hlavním impulsem návrhu a vývoje aplikace ISKarluvMost [8] krátce představené v tomto článku. Poznamenejme, že hlavním cílem tohoto informačního systému je soustředit informace nutné pro simulace mostu a jeho následné statické posouzení. To jej odlišuje od naprosté většiny informačních systémů historických památek, např. [9 až 11], které jsou primárně zaměřené na detailní reprezentaci geometrie objektu. Proto nejprve krátce popíšeme principy návrhu informačního systému a funkce dostupné uživatelům. Následně specifikujeme členění informačního systému a detailněji představíme návrh modulu pro správu výsledků měření teploty a vlhkosti v tělese mostu. N ÁV R H I N F O R M A Č N Í H O SYSTÉMU

Při návrhu softwarového řešení byl kladen důraz na minimalizaci nákladů při zachování nezávislosti na operačním systému uživatele. Proto je informační systém založen na open-source nástrojích a implementován jako webová aplikace, která umožňuje manipulaci a zobrazení dat soustředěných v da-

tabázi. Webové rozhraní důsledně respektuje aktuální standardy tak, aby se stránky korektně zobrazovaly v široké škále prohlížečů. Na straně serveru je využit svobodný operační systém Debian Linux a nástroje z jeho repozitářů. Aplikace je napsána ve skriptovacím jazyce PHP, využívá frameworku Nette [12] a jeho vybraných doplňků které umožnují uživatelsky příjemné vkládání a editaci dat. Pro komunikaci s databází systém používá knihovnu Dibi [13], propojenou s databázovým softwarem PostgreSQL [14]. Databáze je navržena podle zásad relačního databázového modelu. Systém navíc obsahuje automatickou antivirovou kontrolu všech vkládaných souborů pomocí programu ClamAV [15]. Vlastní aplikace je členěna do sekcí, které obsahují moduly týkající se jednotlivých logických celků. Tato architektura umožňuje snadné rozšiřování aplikace dle případných požadavků spolupracujících subjektů. FUNKCE DOSTUPNÉ U Ž I VAT E L Ů M

Informační systém primárně umožňuje vkládání informací do příslušných sekcí. Při udělení oprávnění přístupu do uživa-

SOFTWARE

telského rozhraní umožňuje administrátorovi systém definovat typy přístupových práv (např. vkládání, zobrazování, editace) pro jednotlivé moduly. Uživatel se přes veřejně přístupné rozhraní (obr. 1) přihlásí do uživatelské části systému, vybere si příslušnou sekci a má-li oprávnění vykonávat akce v daném modulu, může data vkládat, zobrazovat či jinak upravovat (obr. 2 a 3). STRUKTURA INFORMAČNÍHO SYSTÉMU

Z následujícího výčtu je patrná struktura informačního systému a příslušných dat. Konkrétně se systém skládá ze sekcí: • Materiály – moduly Chemické vlastnosti a Mechanické vlastnosti shrnují vlastnosti materiálů zjištěné ze vzorků odebraných přímo na stavbě; příslušné hodnoty jsou uloženy přímo v databázi systému, • Základy – informace o založení mostu ve formátech pdf případně dwf, • Modely a výpočty – vybrané výsledky simulací Karlova mostu; podporován je libovolný formát dat, v současné době jsou výsledky dostupné ve formě pdf dokumentů,

1$äÌ0632/(ÿ1ë0&Ì/(0-(3ġ('(9äÌ0

9$ä(632.2-(1267 ZZZDVRFLDFHEHWRQDUXF]

Z Á R U K A . 9 $ / ,7 <

62/,'1267,

9ë+2'1267,

3/2012

❚


75

SOFTWARE ❚

SOFTWARE

• In-situ měření – výsledky kontinuál-

ního měření teplot a vlhkostí v těle mostu dodané firmou E-THERM, a. s., (podrobnější popis sekce v následující kapitole); data jsou přístupná pouze registrovaným uživatelům, • Externí software – informace o výpočetních nástrojích využitých k počítačovým simulacím Karlova mostu, výsledky fotogrammetrického zaměření skupinou prof. Karla Pavelky [9], • Dokumentace – zadávací a realizační dokumentaci stavby ve formě pdf a dwf souborů, • Publikace – shrnující dostupné informace o Karlově mostu z otevřené literatury; vlastní publikace jsou rozčleněny do několika kategorií a v případně dostupnosti doplněny pdf soubory nebo příslušnými odkazy na jejich zdroj. Pokud není uvedeno v textu výše jinak, všechna data v systému jsou veřejná. Jsou též většinou dostupná jak v české, tak i v anglické verzi. P Ř Í PA D O VÁ S T U D I E

Pro lepší ilustraci funkcí poskytovaných jednotlivými moduly nyní krátce popíšeme implementované řešení pro správu o teplotních a vlhkostních polí. Jedná se o značné množství údajů (měření je kontinuální s krokem 5 min), které jsou vztažené k senzorům umístněným v jednom ze sedmi řezů, ve kterých se měření provádí. Úkolem modulu je nahrát data do databáze z automaticky generovaného vstupního souboru, typicky o velikosti desítek až stovek MB, a korektně je přiřadit ke stávajícím údajům v databázi. V neposlední řadě je třeba zajistit uživatelskou přívětivost a přiměřenou dobu zpracování dat. Po manuálním vložení údajů o měřicích místech a senzorech do databáze probíhá zpracování datového souboru v následujících krocích: • modul soubor syntakticky zkontroluje a přiřadí k naměřeným hodnotám údaje o měření, senzoru atd., • modul vytvoří nový soubor s konfigurací a daty pro externí program pgloader [16], který slouží k nahrávání rozsáhlých datových souborů do databáze, • pgloader nahraje data do databáze (použitím tohoto nástroje se docílilo snížení doby ukládání zhruba o dva řády), • modul vygeneruje soubory, které umístí na server, a registrovaní uživatelé si je mohou stáhnout. Jedná se o textové soubory ve formátu 76

Literatura: [1] Witzany J., Mencl V., Wasserbauer R., Gregerová M., Pospíšil P., Čejka T., Zigler R., Burgetová E.: Souhrnné hodnocení teoretického a experimentálního výzkumu Karlova mostu v letech 1994 až 2004 – 1. část, Stavební obzor. 2005, 14(3), 65–82 [2] Witzany J., Wasserbauer R., Gregerová M., Pospíšil M., Zigler R.: Souhrnné hodnocení teoretického a experimentálního výzkumu Karlova mostu v letech 1994 až 2004 – 2. část, Stavební obzor. 2005, 14(4), 97–105. [3] Witzany J., Zigler R.: The analysis of non-stress effects on historical stone bridge structures (monitoring, theoretical analysis, maintenance), Journal of Civil Engineering and Management. 2007, 13(2), 157–167. [4] Šejnoha J., Novák J., Janda Z., Zeman J., Šejnoha M.: Výpočet stavů napětí a poškození Karlova mostu v Praze, Beton TKS. 2007, 7(5), 50–53 [5] Zeman J., Novák J., Šejnoha M., Šejnoha J.: Pragmatic multi-scale and multi-physics analysis of Charles Bridge in Prague, Engineering Structures. 2008, 30(11), 3365–3376 [6] Přikryl R., Novotná M., Weishauptová Z., Šťastná A.: Materiály původního výplňového zdiva Karlova mostu a jejich skladba,

csv, které obsahují informace o příslušném senzoru a časovém rozsahu měření včetně případných chybějících údajů. Krom těchto automatických úkonů lze pomocí externího odkazu provést kontrolu konzistence dat v databázi a výsledek zaslat správci systému. Administrátor též může hodnoty zpětně vymazat, popřípadě znovu vygenerovat textový soubor z hodnot uložených v databázi.

[7]

[8] [9]

[10]

[11]

[12] [13] [14] [15] [16]

Průzkumy památek. 2009, 16(1), 107–123 Přikryl R., Weishauptová Z., Novotná M., Přikrylová J., Šťastná A.: Physical and mechanical properties of the repaired sandstone ashlars in the facing masonry of the Charles Bridge in Prague (Czech Republic) and an analytical study for the causes of its rapid decay, Environmental Earth Sciences. 2011, 63(7), 1623–1639 http://iskarluvmost.fsv.cvut.cz Pavelka K., Němcová V.: Fotogrammetrické zaměření Karlova mostu, In: GEOS 2006, 2006 Wang X., Guo W., Liu J.: A preliminary study on GIS-based management information system for architectural heritage conservation, In: International Conference on Educational and Information Technology (ICEIT). 2010, 3, V3-464--V3-468 Restuccia F., Galizia M., Santagati C.: A GIS for knowing, managing, preserving Catania’s historical architectural heritage, In: K. Pavelka (editor) XXIIIrd International CIPA Symposium. 2011 http://nette.org http://dibiphp.com http://www.postgresql.org http://www.clamav.net http://pgfoundry.org/projects/pgloader

tím oprav, podařilo by se snížit náklady o 8,5 % původně plánované částky, tj. cca o 226 x 0,085 = 19 mil. Kč. Tento článek vznikl za podpory projektu FR-TI1/381. Rádi bychom na tomto místě poděkovali Josefu Petrákovi a Prof. Karlu Pavelkovi (FSv ČVUT v Praze), Doc. Richardu Přikrylovi (PřF UK) a firmě E-THERM, a. s., za jejich příspěvky k tvorbě informačního systému. Ing. Jiří Vildt

Z ÁV Ě R

Výzkumné centrum CIDEAS

V tomto příspěvku byl krátce představen informační systém soustřeďující informace získané při poslední opravě Karlova mostu a při teoretických a experimentálních pracích, které jí předcházely. Jsme přesvědčeni o tom, že tento systém může přispět k zpřesnění znalostí o této historické památce a k výrazné racionalizaci budoucích oprav a rekonstrukcí, a to nejen Karlova mostu ale celé řady kamenných mostů, kterých je jen v České republice zhruba třináct tisíc. Informační systém je podkladem pro certifikovanou metodiku oprav těchto mostů. Na základě ekonomické rozvahy o skutečném provedení oprav Karlova mostu lze doložit, že kdyby metodika a informační systém byly k dispozici před započe-

e-mail: [email protected] www.comp4lin.cz Doc. Ing. Jan Zeman, Ph.D. Katedra mechaniky e-mail: [email protected] http://mech.fsv.cvut.cz/~zemanj Prof. Ing. Jiří Šejnoha, DrSc., FEng. Výzkumné centrum CIDEAS e-mail: [email protected] všichni tři: ČVUT v Praze Thákurova 7, 166 29 Praha 6 Ing. Vladimír Tvrzník, CSc. Mott MacDonald CZ, spol. s r. o. Národní 984/15, 110 00 Praha 1 e-mail: [email protected]


❚

3/2012

PORUCHY BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ

❚

FAILED CONCRETE

VADY A PORUCHY BETONOVÝCH PODLAH ANEB KDYŽ SE NEDAŘÍ… ČÁST 2. PORUCHY NÁŠLAPNÉ VRSTVY BETONOVÝCH PODLAH ❚ DEFECTS AND FAILURES OF CONCRETE FLOORS… OR… IF THINGS ARE GOING WRONG… PART. 2 FAILURES OF FINAL LAYER OF CONCRETE FLOORS Jarmila Novotná Druhá část seriálu o vadách a poruchách betonových podlah je věnovaná poruchám nášlapné vrstvy, mezi které patří delaminace, sprašování povrchu, nízká odolnost v obrusu a také barevná nejednotnost vsypových podlah. ❚ The second part on concrete floors failures deals with delamination, dusting of surface, low resistance in abrasion, and also non-homogeneous colour of dry shake floors.

1

Poruchy nášlapné vrstvy jsou jednou z nejčastěji reklamovaných vad betonových podlah. Jejich oprava během provozu je poměrně náročná a nákladná. Nejběžnější povrchovou úpravou betonových podlah je zahlazená vrstva cementového vsypu nebo potěru, kterým se budeme v následujícím textu hlavně věnovat. Tento typ povrchu přes svoje nesporné kvality a velice příznivý poměr kvalita/ cena není ale univerzálním řešením. Proto je často prvotní příčinou poruch nášlapné vrstvy nevhodně navržená povrchová úprava nebo špatná definice zadávacích podmínek ze strany uživatele podlahy. Mnoho průmyslových provozů a stavebních konstrukcí má specifické požadavky na kvalitu nášlapné vrstvy, které cementové vsypy a potěry nemohou splnit. Jedná se především o provozy, kde je podlaha často vystavena působení různých agresivních chemických látek, kapalin a olejů, dále provozy požadující zcela bezprašný povrch nebo antistatickou úpravu povrchu podlahy. Vady se nemusí projevit jen na povrchu podlahy, ale postupně poruchou celé betonové konstrukce. Povrch betonových podlah bez dodatečného povrstvení není dostatečně těsný vůči pronikání kapalin a právě pronikání kapalin dovnitř konstrukce potom umož3/2012

❚

2

ňuje rychlé odstartování degradačních procesů v betonu. Proto je nutné vždy pečlivě zvážit a investora upozornit nejen na všechny klady, ale i zápory betonových podlah se vsypem nebo potěrovou vrstvou. DELAMINACE NÁŠLAPNÉ VRSTVY BETONOVÝCH VSYPOVÝCH PODLAH

Delaminace nášlapné vrstvy je plošné oddělení povrchové vrstvy v tloušťce 2 až 10 mm od podkladního betonu. Nejčastěji se na betonových podlahách setkáváme s delaminacemi, vznikajícími jako důsledek nedodržení technologického postupu při pokládce vsypu, vlivem nevhodného složení beto nu a vlivem vnějších podmínek. Delaminované plochy mohou mít velmi rozdílnou velikost, od drobných puchýřků velikosti mince až po plochy v rozsahu několika metrů čtverečních (obr. 1). Nejčastější příčinou delaminace je předčasné uzavření povrchu betonu vsypem. Voda a vzduch obsažené v betonu vystupují kapilárami na povrch v různém čase v závislosti na složení směsi, technologii pokládky, teplotě prostředí a podkladu. K výskytu těchto delaminací nejvíce přispívá vysoký obsah vzduchu v betonu, nízká teplota pokladní vrstvy nebo betonové


Obr. 1 Delaminace vsypu ❚ Fig. 1 Delamination of dry shake layer Obr. 2 Delaminace v betonu pod úrovní vsypové vrstvy ❚ Fig. 2 Delamination under dry shake layer

směsi a neodstranění veškeré výpotkové vody z povrchu betonu před nanášením vsypu nebo potěru. Tlakem vody nebo vzduchu v kapilárách dochází k oddělení čerstvé vsypové vrstvy. Nesoudržnost vsypu a podkladního betonu je často patrná již v průběhu hlazení jako drobné puchýře. Další příčinou delaminací je pozdní nanášení vsypu. Vsyp není dostatečně provlhčen a nedojde k mechanickému propojení vsypové vrstvy a podkladního betonu během hlazení. Vznik poruchy ještě podporuje dodatečné vlhčení povrchu betonu před vsypem, kterým se vytvoří vrstva jemné cementové kaše bez větších zrn agregátu. K oddělení pak dochází na rozhraní této vrstvy a zatvrdlého betonu, nikoliv na rozhraní vsyp – beton (obr. 2). Poslední příčinou delaminací je nedostatečné nebo zcela chybějící ošetřování povrchu podlahy po skončení betonáže. Vlivem rychlého vysýchání dochází k nadměrnému smrštění povrchu a vzniku trhlin, které jsou spojeny s delaminací. 77

❚


FAILED CONCRETE

4

3 Obr. 3 Typický vzhled podlahy pokládané při nízké teplotě – nesoudržná vrstva cementového tmele na povrchu ❚ Fig. 3 Concrete floor made in low temperature, typical surface look with fine cementitious parts with low cohesion on the top Obr. 4 Vsyp s agregátem zatlačeným do hloubky. Na povrchu nesoudržná vrstva cementového mléka ❚ Fig. 4 Dry shake aggregate pushed under the surface, there is cementitious milk with low cohesion on the top Obr. 5 Barevné rozdíly mezi pracovními záběry na betonové podlaze ❚ Fig. 5 Color differences between two working areas of concrete floor

S P R A Š O VÁ N Í P O V R C H U A N Í Z K Á ODOLNOST BETONOVÝCH PODLAH V OBRUSU

Nízká odolnost povrchu betonových podlah v obrusu, nadměrná nasákavost a sprašování jsou typickou vadou betonových podlah. Podlaha má obvykle velmi světlou barvu, je matná a bez lesku, vysoce nasákavá i přes ošetření povrchu sealerem. (Sealer je nátěr, obvykle nanášený bezprostřeně po skončení betonáže, který vytváří na povrchu betonu ochranný film a vyplňuje povrchové póry betonu. Zpomaluje se tak odpařování záměsové vody během vyzrá78

5

vání, snižuje nasákavost povrchu betonu, zlepšuje jeho vzhled a mechanické vlastnosti.) Průvodním jevem bývá i rychlé špinění povrchu a obtížné čištění. Podlaha působí i krátce po uvedení do provozu jako několik let stará, dochází velmi rychle k obnažování tvrdých zrn agregátu vsypové vrstvy. Nejčastější příčinou je betonáž podlahy při nízkých nebo limitních teplotách prostředí okolo 5 °C a rychlé ochlazování povrchu desky v průběhu betonáže. Povrch desky je vzhledem k tloušťce betonu velmi rozsáhlou plochou. Proto jeho teplota může v chladném počasí poklesnout až na 2 až 3 °C, ačkoliv teplota prostředí je obecně pro betonáž vyhovující. Při teplotě 2 °C dochází k výraznému zpomalení až zastavení hydratačního procesu cementového pojiva. Tento proces již není obnoven v původním rozsahu ani při dodatečném zvýšení teploty. Výsledkem jsou podstatně slabší pojivové vazby v cementové matrici vsypu nebo potěru (obr. 3). K podobnému jevu může docházet také při neodstranění výpotkové vody nebo při masivním kropení povrchu v průběhu hlazení. Zde je příčinou vysoký vodní součinitel povrchové vrst-

vy, navíc dochází k zatlačení agregátu vsypu do hloubky a na povrchu zůstává pouze málo soudržná vrstva jemných částic (obr. 4). Důvodem sprašování povrchu může být i vysoká teplota, kdy dojde ke „zprahnutí“ povrchu a rychlému odpaření záměsové vody. BAREVNÁ NEJEDNOTNOST VSYPOVÝCH PODLAH

Pod pojmem „barevná nejednotnost“ rozumíme lokální rozdíly v odstínech barvy povrchu betonové podlahy nebo rozdíly mezi jednotlivými pracovními záběry (obr. 5, 6). Určitá míra barevné nejednotnosti (obr. 6) je betonovým podlahám vlastní a nejedná se tedy o vadu betonových podlah v pravém slova smyslu. Barevnou rovnoměrnost povrchu betonové podlahy nelze srovnávat s barevnou jednotností nátěrů či vrstev na syntetické bázi. Beton je heterogenní materiál, jehož výsledná barevnost a její lokální odchylky závisí na mnoha faktorech a mění se v průběhu zrání betonu. Barevná nejednotnost může mít rozsah lokálních skvrn i velkých ploch, častá je forma šedavých výkvětů. Může být způsobena různými vlivy,


❚

3/2012


❚

FAILED CONCRETE

6

7

8

z nichž většina není přímo ovlivnitelná prováděcí firmou. Kvalitou prací a pečlivostí můžeme odstranit tento jev pouze částečně. Pro minimalizaci barevných rozdílů betonové podlahy se doporučuje především: • shodné složení betonové směsi při všech pracovních záběrech, shodná konzistence; • rovnoměrná tloušťka betonu; • kvalitní hlazení povrchu zkušenými pracovníky; • dodržení vnějších podmínek v průběhu zrání betonu; • rovnoměrná vrstva ošetřujícího nátěru na ploše. PORUCHY ZPŮSOBENÉ NEDODRŽENÍM TECHNOLOGIE POKLÁDKY A HLAZENÍ

Jedná se o celou řadu drobných povrchových vad, které nejsou ani tak mechanickou vadou podlah, jako spíše vadou estetickou. Stopy po hladičce Stopy po hladičce vznikají odstavením hladičky na ploše v průběhu hlazení, kdy povrchová teplota ocelových lopatek hladičky je bezprostředně po skončení práce velmi vysoká. Tyto stopy ne3/2012

❚

lze odstranit, proto je nutné, aby pracovník provádějící hlazení důsledně vyjížděl s hladičkou po skončení práce na odstavnou plochu (obr. 8). Stržení povrchu podlahy lopatkou, přeleštění povrchu nebo nedohlazená místa Tyto vady vnikají nedostatečnou erudicí pracovníků provádějících hlazení a najdeme je nejčastěji na okrajích plochy (obr. 7). Strojní hladička nemůže zajíždět až k okraji plochy, proto je nutné tuto část podlahy dohladit ručně ocelovým hladítkem. Stržení povrchu, hrubá struktura nebo kruhové škrábance na povrchu jsou zase způsobeny ztvrdlými návalky betonu na koncích lopatek hladiček, pokud se lopatky dostatečně nečistí nebo nemění.

Obr. 6 Barevná nejednost probarvené vsypové vrstvy, způsobená nedokonalým hlazením a nestejnorodou vrstvou ošetřujícího nátěru ❚ Fig. 6 Color unevenness caused by imperfect power – troweling and uneven layer of sealer Obr. 7 Nedohlazený okraj betonové plochy ❚ Fig. 7 Imperfections of power troweled surface edges of the floor area Obr. 8 Otisk hladičky na ploše ❚ Fig. 8 Power – trowel machine mark on floor surface

provlhlé vrstvě. Během hlazení nedojde k zatlačení větších zrn vsypu do dostatečné hloubky pod povrch a jejich dokonalému propojení se vsypovou vrstvou. Tenká vrstva cementového tmele na povrchu zrna je poměrně nesoudržná, rychle se poškodí a následně dojde k uvolnění zrna agregátu. Příště: Poruchy nášlapné vrstvy betonových

Dírky, otvory, kamínky Drobné otvory na povrchu vsypu vznikají rovněž v důsledku hlazení. Jejich zvýšený počet se vyskytuje v případě aplikace vsypu na příliš měkký povrch, kdy se do vsypu zamíchají drobné frakce betonového kameniva. Stejný problém nastává při nanášení vsypu v příliš tenké, nebo naopak příliš silné, nedostatečně


podlah 2

Ing. Jarmila Novotná Sika CZ, s. r. o. Bystrcká 1132/36, 624 00 Brno tel.: 603 414 067 e-mail: [email protected] www.sika.cz

79

AKTUALITY

❚

TOPICAL SUBJECTS

SEMINÁŘE, KONFERENCE A SYMPOZIA SEMINÁŘE, KONFERENCE A SYMPOZIA V ČR ARCHITEKTURA VE SLUŽBÁCH MOTORISMU Konference a tematická výstava Termín a místo konání: 20. a 21. září 2012, Hradec Králové Kontakt: e-mail: [email protected], www.vcpd. cvut.cz, www.npu.cz, www.muzeumlb.cz SUPERPLASTICIZERS AND OTHER CHEMICAL ADMIXTURES IN CONCRETE 10. mezinárodní konference Termín a místo konání: 28. až 31. října 2012, Praha Kontakt: e-mail: [email protected], www.intconference.org RECENT ADVANCES IN CONCRETE TECHNOLOGY AND SUSTAINABILITY ISSUES 12. mezinárodní konference Termín a místo konání: 31. října až 2. listopadu 2012, Praha Kontakt: e-mail: [email protected], www.intconference.org 19. BETONÁŘSKÉ DNY 2012 Konference s mezinárodní účastí Termín a místo konání: 21. a 22. listopadu 2012, Hradec Králové • Vyzvané přednášky • Výzkum a technologie • Modelování a navrhování • Významné realizace – Budovy, Mosty, Tunely a podzemní stavby, Jiné konstrukce a stavby • Rekonstrukce, revitalizace, konverze • Beton v architektuře, designu a umění Kontakt: Sekretariát ČBS, www.cbsbeton.eu CONCRETE ROADS 2014 12. mezinárodní sympozium EUPAVE Termín a místo konání: 24. až 26. září 2014, Clarion Congress Hotel Praha Kontakt: e-mail: [email protected] ZAHRANIČNÍ KONFERENCE A SYMPOZIA ERMCO CONGRESS 2012 16. kongres Termín a místo konání: 21. a 22. června 2012, Verona, Itálie • Fighting the crisis • The ready-mixed concrete market in Europe: scenarios 2012-2015 • Ready-mixed concrete – a sustainable material • The operating structure of a concrete production company Kontakt: e-mail: [email protected], www.ermcocongress2012.com INTERNATIONAL PHD SYMPOSIUM IN CIVIL ENGINEERING 9. mezinárodní sympozium fib Termín a místo konání: 22. až 25. července 2012, Karlsruhe, Německo • Structural analysis and design • Innovative structural systems • Advanced materials • Sustainability and cost efficiency • Strengthening and repair • Monitoring Kontakt: e-mail: [email protected], http://fib-phd.imb.kit.edu/ INNOVATIVE INFRASTRUCTURES – TOWARD HUMAN URBANISM 18. kongres IABSE Termín a místo konání: 19. až 21. září 2012, Soul, Korea • Sustainable Infrastructures – A service life perspective • New urban transportation structures • Structures & materials – extending the limits • Innovative design concepts Kontakt: e-mail: [email protected], www.iabse.org/seoul2012

80

FIBRE REINFORCED CONCRETE: CHALLENGES AND OPPORTUNITIES 8. mezinárodní sympozium RILEM Termín a místo konání: 19. až 21. září 2012, Guimarães, Portugalsko • Rheology • Mechanical properties • Nanofibers in fiber reinforced cement based materials • Long term properties and durability • Analytical and numerical models • Codes and standards • Innovative structural systems • Structural and industrial applications • Case studies Kontakt: e-mail: [email protected], www.befib2012.civil.uminho.pt DESIGN OF CONCRETE STRUCTURES USING EUROCODES 3. mezinárodní workshop Termín a místo konání: 20. až 21. září 2012, Vídeň, Rakousko • Maintenance of Eurocodes • National standards and national annexes • Design according to EN 1992 • Experiences with (practical) application of EN 1992 • Proposal for further development • Proposal of simplifications Kontakt: e-mail: [email protected], http://workshop-ec2.conf.tuwien.ac.at/ LIFE-CYCLE CIVIL ENGINEERING – IALCCE 2012 3. mezinárodní sympozium Termín a místo konání: 3. až 6. října 2012, Vídeň, Rakousko Kontakt: e-mail: [email protected], www.ialcce2012.org DURABILITY OF CONCRETE STRUCTURES 8. CCC kongres Termín a místo konání: 4. až 6. října 2012, Plitvice, Chorvatsko Kontakt: e-mail: [email protected], www.grad.hr/ccc8 BETONÁRSKE DNI 2012 9. konference s mezinárodní účastí Termín a místo konání: 25. a 26. října 2012, Bratislava Kontakt: e-mail: helena.benedikovicova@stuba. sk, www.betonarskedni.sk PERFORMENCE-BASED AND LIFE-CYCLE STRUCTURAL ENGINEERING – PLSE 2012 1. mezinárodní konference Termín a místo konání: 5. až 7. prosince 2012, Hong Kong, Čína • Performance-based structural engineering • Life-cycle structural engineering • Integration of performance-based and life-cycle structural engineering Kontakt: www.polyu.edu.hk/fce/PLSE2012/ ADVANCES IN CEMENT AND CONCRETE TECHNOLOGY IN AFRICA – ACCTA 2013 Mezinárodní konference Termín a místo konání: 28. až 30. ledna 2013, Johannesburg, Jižní Afrika • State-of-the-art of concrete technology in developing countries • Case studies and concepts • Characterisation of cementitious materials • Mixture composition, additives and chemical admixtures • Innovative use of concrete and high performance concrete • Natural materials and innovative technologies for construction • Design and evaluation of structural and durability behaviour of concrete elements • Durability and structural evaluation of concrete structures

• Concrete technology for sustainability and energy efficiency • Rehabilitation and maintenance • Education, standardisation, future research and visions for construction technology in developing countries • Social, economic and environmental aspects of cement, concrete and concrete construction Kontakt: www.accta2013.com ENGINEERING A CONCRETE FUTURE: TECHNOLOGY, MODELING AND CONSTRUCTION fib sympozium Termín a místo konání: 22. až 24. dubna 2013, Tel-Aviv, Izrael • Advanced and innovative cementitious materials and concrete • Constitutive modeling of cementitious and composite materials • Design concepts and structural modeling • Punching and shear in RC and in PC (prestressed concrete) • Challenges in bridge engineering • Advances in precast and PC engineering • Concrete structures under seismic and extreme loads • Pioneering structures and construction methods • Structural aspects of tunnel construction and design Kontakt: e-mail: [email protected], http://www.fib2013tel-aviv.co.il/ ASSESSMENT, UPGRADING AND REFURBISHMENT OF INFRASTRUCTURES Mezinárodní konference IABSE Termín a místo konání: 6. až 8. května 2013, Rotterdam, Holandsko • Load carrying capacity and remaining lifetime • Assessment of structural condition • Modernisation and refurbishment • Materials and products • Structural verification Kontakt:e-mail: [email protected], http://www.iabse2013rotterdam.nl/ CONCRETE SUSTAINABILITY – ICCS13 1. mezinárodní konference Termín a místo konání: 27. až 29. května 2013, Tokyo, Japonsko • Environmental impact reduction technologies • Sustainability aspects in durability • Environmental design, evaluation, and systems Social & economic aspects Case studies of sustainable concrete materials and structures Kontakt:e-mail: [email protected], http://jci-iccs13.jp/ NORDIC CONCRETE RESEARCH 22. sympozium Termín a místo konání: 16. až 19. června 2013, Reykjavik, Island Kontakt: www.nordicconcrete.net SUSTAINABLE CONSTRUCTION MATERIALS AND TECHNOLOGIES – SCMT3 Mezinárodní konference Termín a místo konání: 18. až 21. srpna 2013, Kyoto, Japonsko • Sustainable construction materials and structures • Durability of construction materials • Maintenance and life cycle management of concrete structure Kontakt: e-mail: [email protected], www.jci-net.or.jp/~scmt3/ 4. MEZINÁRODNÍ FIB KONGRES A VÝSTAVA Termín a místo konání: 10. až 14. února 2014, Mumbai, India


❚

3/2012

/V]WXEPMGOìOYFMWQYW 1ERéIXSZÑORSJPcáO]EYXSV/EXIêMRE:IRGPcOSZØ QEXIVMØPGIQIRX,SPGMQ*YXYVMW--%006 ,SPGMQOEQIRMZSWXêcFVSSGIP

2EQEXIVMØPY^ØPIéc ¤&IXSRHMWTSRYNIQEKMGOSYTêMXEéPMZSWXc EIPIKERGcWØQSWSFôEPIOSZ]ORôQY RISHQ]WPMXIPRôTEXêc/H]éQRI/EXOETSéØHEPE EF]GLWITSHcPIPEREZRMXêRcOSRWXVYOGMèTIVOë ETSHSFôOSZSZìGLHIXEMPëRIZØLEPENWIQERM QMRYXY3GIPWXêcFVSMSWXEXRcHVELÑOSZ]WI WFIXSRIQRØHLIVRôHSTPæYNc7TSPIáRôXZSêc HSWPSZERISTEOSZEXIPRì^ØéMXIO%XEONIXSWI ZècQ4VSXSéI2EQEXIVMØPY^ØPIéc %PIRE,IWSYRSZØ :ñ94Z4VEÎ EXIPMÑVèTIVO

Slavíme 100 let .WQIWSYáØWXcáIWOÑLSWXEZIFRMGXZcEEVGLMXIOXYV]OXIVìQXcQXSWOPØHØQITSOPSRY4êMRØZVLYEZìWXEZFôZì^REQRìGLFYHSZ ZéH]^ØPIéIPSREOZEPMXôQEXIVMØPYEHSWXYTRÑQORS[LS[(RIWREèIQEXIVMØP]E^REPSWXMWPSYécOZìVSFôYèPIGLXMPìGLSFNIOXë OXIVÑZ]GLØÎNc^QMRYPSWXMMRWTMVYNcHSFYHSYGREEWSYáEWRôTSQSLSYHSFVÑZôGM3WPSZMPMNWQIÊácRENcGcáIWOSYZìXZEVRMGM WSGLEêOY/EXOY:IRGPcOSZSYEF]OREèMQREVSÎRMRØQWTSPIáRôWXIGLRSPSK],SPGMQEOSPIK]RcèTIVOEêOSY%PIRSY,IWSYRSZSY REZVLPMEZ]XZSêMPMOSPIOGMSVMKMRØPRcGLèTIVOë^QEXIVMØPëOXIVÑNWSYREècZØèRc/EéHìRØZVLNIMRWTMVSZØRZì^REQRìQSFHSFcQ RIFSWXEZFSYZáIWOÑEVGLMXIOXYêITSWPIHRcLSWXSPIXc:cGISTVSNIOXYRE[[[LSPGMQEVXG^

9åHFKQ\VWDYE\VSRMXMHMHGQR &HPHQW ýHVNRPRUDYVNêFHPHQWDV /DIDUJH&HPHQWDV +ROFLPýHVNR DV &HPHQW+UDQLFHDV

ZZZVYFHPHQWF]

2012 SANACE A REKONSTRUKCE

Recommend Documents