2014 SANACE, REKONSTRUKCE A DIAGNOSTIKA

3/2014

SANACE, REKONSTRUKCE A DIAGNOSTIKA

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 /

ARCHITEKTURA BEZ KOMPROMISŮ – HISTORIE VELETRŽNÍHO PALÁCE

20 /

ROTTERDAMSKÁ GALERIE KUNSTHAL PO REKONSTRUKCI

DIAGNOSTIKA TRHLIN V BETONOVÝCH A ŽELEZOBETONOVÝCH KONSTRUKCÍCH

/ 38

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

25 / 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

STAVEBNĚ TECHNICKÝ PRŮZKUM – JE TO POTŘEBA?

34 /

/9

DIAGNOSTIKA PORÚCH CESTNÝCH BETÓNOVÝCH TUNELOV

14|15 BAŤŮV INSTITUT VE ZLÍNĚ – KONVERZE BUDOV 14 A 15 REKONSTRUKCE CHLADICÍCH VĚŽÍ V ELEKTRÁRNĚ PRUNÉŘOV II

/ 30

OBSAH

❚

CONTENT

R ROČNÍK: čtrnáctý Č ČÍSLO: 3/2014 (vyšlo dne 16. 6. 2014) VYCHÁZÍ DVOUMĚSÍČNĚ V VYDÁVÁ BETON TKS, S. R. O., PRO: V Svaz výrobců cementu ČR S Svaz výrobců betonu ČR S Českou betonářskou společnost ČSSI Č Sdružení pro sanace betonových konstrukcí S

Ú V O DNÍ K Jiří Dohnálek

/ 2

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

TÉMA HODNOTENIE A DIAGNOSTIKA BETÓNOVÝCH KONŠTRUKCIÍ

Juraj Bilčík, Vladimír Priechodský

/3

STAVEBNĚ TECHNICKÝ PRŮZKUM – JE TO POTŘEBA?

Zdeněk Vávra

/9

/ 12

ROTTERDAMSKÁ GALERIE KUNSTHAL PO REKONSTRUKCI / 20

14|15 BAŤŮV INSTITUT VE ZLÍNĚ – KONVERZE BUDOV 14 A 15

Juraj Sonlajtner, Jakub Obůrka, Radim Hejný

/ 25

REKONSTRUKCE CHLADICÍCH VĚŽÍ V ELEKTRÁRNĚ PRUNÉŘOV II

Jan Soukup

/ 58

Miroslav Kratochvíl, Ivailo Terzijski, Jaroslav / 64 Kadlec, Lukáš Zvolánek

ARCHITEKTURA BEZ KOMPROMISŮ – HISTORIE VELETRŽNÍHO PALÁCE

Jitka Prokopičová

Peter Briatka, Peter Makýš

AUTOGENNÍ SMRŠŤOVÁNÍ A JEHO MĚŘENÍ OD OKAMŽIKU ULOŽENÍ BETONU

S AN A CE A R E KO N S T R U K C E

Radomíra Sedláková, Václav Kučera

OŠETROVANIE ČERSTVÉHO BETÓNU – 12. FOTOGRAMETRICKÉ OVERENIE PÔSOBENIA PARAFÍNOVEJ MEMBRÁNY

/ 30

N O R M Y • JAKOS T • C E RTI FI KAC E

GRAFICKÝ NÁVRH: 3P, spol. s r. o. Staropramenná 21, 150 00 Praha 5

ZÁSADY ZOSILŇOVANIA BETÓNOVÝCH KONŠTRUKCIÍ LEPENOU CFRP VÝSTUŽOU

Juraj Bilčík, Katarína Gajdošová

/ 68

STATICKÝ MODUL PRUŽNOSTI BETONU V TLAKU DLE ČSN ISO 6784 A ČSN EN 12390-13

Dalibor Kocáb, Petr Misák, Petr Cikrle, Tereza Komárková, Bronislava Moravcová / 74 A K T U A L I TY MAURITSHUIS V HAAGU OPĚT OTEVŘEN – REKONSTRUOVANÝ A ROZŠÍŘENÝ

/ 24

DIAGNOSTIKA PORÚCH CESTNÝCH BETÓNOVÝCH TUNELOV

SYMPOZIUM SANACE 2014

/ 52

CONCRETE (recenze)

/ 53

TECHNOLOGIE BETONU 2014

/ 53

/ 34

DIAGNOSTIKA TRHLIN V BETONOVÝCH A ŽELEZOBETONOVÝCH KONSTRUKCÍCH

Jiří Dohnálek

/ 38

VÝVOJ METODY PRO NEDESTRUKTIVNÍ STANOVENÍ TLOUŠŤKY VNITŘNÍ STĚNY TUNELU

Jaroslav Mikula, Leonard Hobst

REŠERŠE ZE ZAHRANIČNÍCH ČASOPISŮ ČESKÁ BETONÁŘSKÁ SPOLEČNOST – ČBS ČSSI V ROCE 2014

/ 57, 63

/ 61

/ 44 VZPOMÍNKA NA ING. JAROSLAVA VÁCHU / 73

VĚD A A VÝZ KUM

CONCRETE REPAIR TO EN 1504 (recenze) / 73

SLEDOVÁNÍ KVALITY BETONŮ PŘI EXTRÉMNÍM ZATÍŽENÍ

FAILURES IN CONCRETE STRUCTURES (recenze)

/ 79

Petr Štěpánek, Lubomír Vítek, Jaroslav Školař, Stanislav Šťastník, Petr Cikrle, Martin Zlámal, Petr Žítt

SEMINÁŘE, KONFERENCE A SYMPOZIA

/ 80

3/2014

❚

TISK: Libertas, a. s. Drtinova 10, 150 00 Praha 5 VYDAVATELSTVÍ A REDAKCE: Beton TKS, s. r. o. Na Zámecké 9, 140 00 Praha 4 www.betontks.cz Redakce a inzerce: 604 237 681 e-mail: [email protected] Předplatné (i starší výtisky): 602 839 429 e-mail: [email protected] ROČNÍ PŘEDPLATNÉ: základní: 720 Kč bez DPH, 828 Kč s DPH snížené – pro studenty a nově i seniory nad 70 let: 270,- Kč bez DPH, 311 Kč s DPH pro slovenské předplatitele: 28 EUR bez DPH, 32,20 EUR s DPH (všechny ceny jsou včetně balného a distribuce) 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.

/ 48

F IR E MN Í PR E Z E N TAC E

SLEDOVÁNÍ ANOMÁLNÍHO ROZMÍSTĚNÍ DRÁTKŮ V KALIBRAČNÍCH VZORCÍCH DRÁTKOBETONU POČÍTAČOVOU TOMOGRAFIÍ

Leonard Hobst, Petr Bílek, Ondřej Anton, Tomáš Zikmund

SAZBA: 3P, spol. s r. o. Staropramenná 21, 150 00 Praha 5 ILUSTRACE NA TÉTO STRANĚ: Mgr. A. Marcel Turic

MATE R I Á LY A T E CH N O L OG I E

Ján Kucharík

R REDAKČNÍ RADA: p prof. Ing. Vladimír Benko, PhD., doc. Ing. Jiří D 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., doc. Ing. arch. Patrik Kotas, 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.

12

TH

ISCR

Betonconsult

/ 54

Betosan Dlubal Software ČBS ČSSI

/8 / 67 / 71 / 75 / 4. strana obálky

technologie • konstrukce • sanace • BETON

FOTO NA TITULNÍ STRANĚ: Veletržní palác, strop vstupní pasáže, foto: Tomáš Tamchyna BETON TKS je přímým nástupcem časopisů Beton a zdivo a Sanace.

1

ÚVODNÍK

❚

EDITORIAL

DIAGNOSTIKA – OBOR MEZI TECHNIKOU, PRÁVY A PSYCHOLOGIÍ (PSYCHIATRIÍ) Podle české Wikipedie slovo diagnóza znamená soustavné určování a klasifikaci nějakého obvykle nežádoucího stavu, zejména nemoci, případně i poruchy či poškození. Metodami a prostředky diagnózy se zabývá diagnostika. Jak již naznačuje uvedená definice, je nejčastěji spojována s medicínskými obory, ale setkáváme se s ní stále častěji v oborech dalších, zejména technických. Běžně se používá v automobilovém opravárenství. Diagnostické laboratoře vystupují v detektivních a scifi filmech a vytvářejí v publiku představu, že vhodně zvolenou diagnostickou metodou lze stanovit prakticky cokoliv. Technické prostředky stavební diagnostiky jsou v tomto směru výrazně skromnější a podstatně závisí na ceně jednotlivých zkušebních postupů. Návrh stavební diagnostiky je tak většinou spíše soubojem mezi očekáváním objednatele, který pokud možno z jedné zkoušky požaduje stanovení všech potřebných údajů, a samotným diagnostikem, který si je vědom, že četnost zkoušek je podstatným parametrem, určujícím průkaznost a použitelnost výsledků. Technická stránka diagnostiky je však tou nejjednodušší a nejsnadnější činností s ohledem na poměry, které v současném stavebnictví panují. Proto se neubráním potřebě jednoduché diagnózy samotného stavebnictví. Pro ně je typická synergie řady procesů, z nichž alespoň tři si dovolím pojmenovat. Prvním dominantním aspektem je přebytek nabídky stavebních kapacit nad poptávkou, což vyvolává neúměrný a často absurdní tlak na cenu. Z toho vyplývají často nekorektní technická řešení, o nichž dopředu účastníci tuší, že nebudou zcela vyhovující. „Zlevňování“ projektů i výběr nejlevnějších podzhotovitelů vytváří situaci, kdy výsledné řešení lze diplomaticky charakterizovat pouze jako značně kompromisní. V kontextu s tímto procesem zároveň probíhá neustálý masivní nárůst norem a technických podmínek všeho druhu. Snaha formálně zpřísňovat kvalitová kritéria je však často velmi kontraproduktivní. V množství norem a technických podmínek se běžně neorientují ani samotní autoři či specialisté v daném oboru a běžný projektant či zhotovitel, jehož hlavní náplní je reálná produkce, tak velmi často nestíhá absorbovat neustálý přísun nových a nových „požadavků“. Ty jsou navíc často ve vzájemném rozporu vzhledem k tomu, že technické normalizační komise CENu navzájem nijak své výstupy nekoordinují. V kontextu s tímto procesem je současně snaha snižovat personální náklady, takže fluktuace pracovníků a zeštíhlování stavebních firem jsou průvodním jevem. Řada učebních oborů zanikla či zaniká a při provádění stavebních objektů se tak stále častěji naráží na zcela nekompetentní osoby. Současně ale i odborně erudovaným osobám chybí čas na nezbytné sebevzdělávání a studium stovek či tisíců stran nových norem. Z reklamování vad všeho druhu se tak stává vědecká disciplína, na které se úspěšně podílejí jak investoři, tak i pracovníci reklamačních oddělení firem. Diagnostika v této často velmi nepřehledné situaci má tedy rozměr nikoliv pouze technický, ale současně i právní, velmi často psychologický či psychiatrický. Nedílnou součástí diagnostiky proto musí být i diagnostika motivace jednotlivých účastníků stavebního procesu, ale i jejich psychického profilu 2

a odborné způsobilosti. Velmi často se to projevuje při hodnocení takových skutečností, které souvisí se vzhledem konstrukcí a nejsou kvantitativně měřitelné, ani jednoznačně normami definované. Pokud mají účastníci stavebního procesu na vzniklý problém dopředu jednoznačný názor, daný často především jejich finanční motivací, nemá smysl shromažďovat jakákoliv data a informace, protože jednou ze stran jsou vždy odmítnuta. Naopak vždy povzbudivým zjištěním je, když účastníci jsou kompetentní a své cíle sledují korektními prostředky. Pak má smysl provádět diagnostiku, která může přinést zúčastněným informace či objasnit vzniklé vady či jejich příčiny. Diagnostika je tedy stejně jako ostatní technické obory vždy mezioborovou disciplínou a výjimečná je pouze tím, že může být pro stavebnictví cenným zdrojem zpětné vazby, tedy poučením o tom, která technická řešení a s jakou pravděpodobností fungují či nefungují. Přitom samotná diagnostika je komplexním oborem, který vyžaduje kromě přiměřené teoretické průpravy i dlouhodobé zkušenosti, přesnou znalost používaných metod, jejich možností i schopnost uživatele výsledky následně interpretovat a dávat je do kontextu s dalšími skutečnostmi. Nikoliv nevýznamným aspektem je pak objektivita prováděných zkoušek, resp. jejich výstupů. Stavební zkušebnictví a stavební diagnostika až na naprosté výjimky nesplňují elementární požadavky na objektivitu testů. Pokusy (testy) dvakrát naslepo či třikrát naslepo nejsou ve stavebním zkušebnictví obvykle možné. Ten, kdo provádí zkoušku, obvykle tuší, co je dobrým či špatným výsledkem, často i se všemi konsekvencemi pro zúčastněné strany. Představa, že zkušebník nezná objednatele zkoušek ani jeho vztah k objektu zkoušek, je obtížně realizovatelná. V lékařských testovacích programech proto jsou za objektivní považovány pouze ty pokusy a studie, kde ani účastníci experimentů ani jejich aktéři z řad lékařů nevědí, komu je podávána účinná látka (lék) a tzv. placebo. Nejnovější zkušenost však vnášejí pochybnosti i nad vědeckou platností téměř všech dvojnásobně slepých testů s nahodilým rozmístěním účastníků do skupin. Ukazuje se, že řada z nich funguje pouze proto, že to lidé očekávají, nikoliv proto, že by tyto léky vyvolaly v lidském těle jakýkoliv „reálný“ chemický účinek. V jednom takovémto experimentu se jednalo o vystavení dolních končetin testovaných osob vysokým teplotám, a to až do bodu bolesti s následnou nitrožilní aplikací léku proti bolesti. Poté byla intenzita bolesti vyhodnocena. O aplikaci léku testované osoby věděly a úroveň bolesti byla podle očekávání značně nižší. Jenže když bylo následně testovaným lidem řečeno, že byl přísun léku zastaven, bolest se vrátila zpátky na původní úroveň, kdy žádné léky nedostávaly, a to i přesto, že jim byly stejné léky stále nitrožilně podávány. Jinak řečeno je to právě mysl pacienta, která rozhoduje o účinnosti léku proti bolesti, nikoliv chemický účinek léku sám o sobě. Jeden z odborníků, který komentoval tyto výsledky, konstatoval, že to zcela jasně ukazuje na nespolehlivost lékařských testů, které neberou v úvahu očekávání testovaných osob. I z tohoto zorného úhlu je tedy třeba stavební diagnostiku posuzovat a přát jí, aby se oprostila od všech vnějších vlivů a stala se co možná nejobjektivnějším zdrojem informací pro projektanty a zhotovitele. doc. Ing. Jiří Dohnálek, CSc. Betonconsult, s. r. o.

BETON • technologie • konstrukce • sanace

❚

3/2014

TÉMA

❚

TOPIC

HODNOTENIE A DIAGNOSTIKA BETÓNOVÝCH KONŠTRUKCIÍ ❚ ASSESSMENT AND DIAGNOSTICS OF CONCRETE STRUCTURES Juraj Bilčík, Vladimír Priechodský Napriek intenzívnemu výskumu a vývoju v oblasti technológií, uspokojivá diagnóza aktuálneho stavu konštrukcie alebo prijateľná predpoveď jej životnosti stále nie sú samozrejmosťou. Na stanovenie aktuálneho stavu existujúcich stavieb sa používajú deštruktívne, polodeštruktívne a nedeštruktívne skúšobné metódy. V príspevku sa uvádzajú vybrané metódy skúšania betónu na stanovenie vlastností betónu a stavu konštrukcie. ❚ Despite of intensive research and development on technologies, a satisfactory diagnosis of the real degree of health or an accurate prediction of service life is still not obvious. In order to properly assess the present degree of health destructive, semi-destructive and non-destructive testing methods are being used. The paper introduces selected test methods for the determination of concrete properties and state of the structure.

Väčšina stavieb postavených v období povojnovej industrializácie Slovenska alebo hromadnej panelovej výstavby v Československu sa dostala do veku, keď dosahujú alebo prekračujú návrhovů životnosť (obr. 1). Táto skutočnosť, spolu so zanedbaním údržby, najprv v dôsledku nedostatku stavebných kapacít, neskoršie financií na opravy a rekonštrukcie, sa výrazne prejavuje na ich technickom stave. Navyše v nevyhovujúcom stave sa nachádzajú aj stavby, ktoré vznikli podstatne neskôr, dokonca aj tie, ktoré boli postavené v posledných rokoch... Uvedené stavby evidentne vyžadujú opravu, resp. rekonštrukciu. Úspešnosť týchto zásahov je podmienená aj zhodnotením aktuálneho stavu nosnej konštrukcie. Stanovenie zásad hodnotenia existujúcich konštrukcií je nevyhnutné, pretože vychádza z odlišnej koncepcie, ako je navrhovanie nových konštrukcií a vyžaduje znalosti prekračujúce rozsah návrhových noriem. Problematikou hodnotenia existujúcich konštrukcií sa zaoberá ČSN (STN) ISO 13822 [1], ktorá v celom rozsahu nahradila zrušenú ČSN (STN) 73 0038 [2]. Táto norma poskytuje všeobecné požiadavky a postupy hodnotenia existujúcich konštrukcií, ktoré vychádzajú zo zásad spoľahlivosti konštrukcií a následkov ich porúch [3]. CIELE A POSTUP HODNOTENIA EXISTUJÚCICH KONŠTRUKCIÍ

Ciele hodnotenia existujúcej konštrukcie sa stanovia na základe konzultácií medzi objednávateľom a zhotoviteľom. Najčastejšie sa jedná o tieto ciele: • overenie uskutočniteľnosti prestavby alebo možnosti predĺženia životnosti stavby, • overenie spoľahlivosti na priame a nepriame zaťaženia (napr. na seizmické účinky, mimoriadne zaťaženia) požadované štátnym orgánom, poisťovňou, vlastníkom atď., • zistenie stupňa a rozsahu porušenia konštrukcie v dôsledku pôsobenia časove závislého zaťaženia (napr. korózia, únava) alebo mimoriadneho zaťaženia. Vzhľadom na rôznorodosť cieľov hodnotenia, konštrukčných systémov, technológií a materiálov neexistuje podrobný návod na hodnotenie existujúcich stavieb. Všeobecný vývojový diagram postupu hodnotenia existujúcich konštrukcií je zobrazený na obr. 2. Hodnotenie sa začína štúdiom dokumentácie a prehliadkou stavby. V prípade, že sú nejasnosti o účin3/2014

❚

koch zaťaženia, vlastnostiach konštrukcie alebo materiálov, nasleduje podrobné hodnotenie. Inžiniersky úsudok, praktické skúsenosti a konzultácie s vlastníkom o obsahu a rozsahu výstupov sú predpokladom pre dosiahnutie cieľov hodnotenia. Navrhovanie betónových stavieb sa sústreďuje predovšetkým na účinky priameho zaťaženia na bezpečnosť a používateľnosť konštrukcií. V posledných rokoch sa zohľadňujú aj účinky nepriameho, mimoriadneho a environmentálneho zaťaženia. Dlhodobý účinok environmentálneho zaťaženia (fyzikálne, chemické a biologické účinky prostredia) spôsobuje degradáciu betónu a výstuže. Hodnotenie z hľadiska medzných stavov trvanlivosti podľa ISO 13823 [4] vyžaduje realistické a dostatočne presne definované environmentálne zaťaženia, materiálové vlastnosti a degradačné modely. Takýto komplexný prístup k hodnoteniu konštrukcií je vhodný na významné stavby infraštruktúry a stavby s veľkým ohrozením života alebo životného prostredia (trieda spoľahlivosti RC3). Pri statickej analýze (overenie odolnosti) sa použije aktuálny stav konštrukcie a vlastností nosných materiálov. Za týmto účelom sa robí v požadovanom rozsahu diagnostika. D I A G N O S T I K A V L A S T N O S T Í M AT E R I Á L O V A S TAV U KONŠTRUKCIE

Diagnostika je súbor činností robených za účelom spresnenia a rozšírenia informácií získaných z dokumentácie a prehliadky stavby. Slúži na overenie vlastností materiálov, identifikovanie, klasifikovanie a kvantifikovanie chýb a porúch. Dôležité je nielen komplexné zmapovanie porúch, ale aj predpoveď ich vývoja v čase [5]. Diagnostické metódy používané na prieskum betónových konštrukcií možno rozdeliť do týchto hlavných skupín: • vizuálne metódy, • skúšobné metódy na stanovenie fyzikálnych vlastností betónu a ocele, • skúšobné metódy na určenie stupňa korózneho narušenia betónu a ocele, • skúšobné metódy na identifikáciu výstuže (polohy, priemeru a krytia), • skúšky integrity konštrukcie – zaťažovacie skúšky konštrukcie, resp. metódy registrujúce okamžitú alebo dlhodobú odozvu konštrukcie na vyvodené statické alebo dynamické zaťaženie. V ďalšom texte sa uvádzajú stručné informácie o vybraných skúšobných metódach. Komplexnejšie údaje o skúšobných metódach na diagnostikovanie betónových konštrukcií je možné získať z literatúry [6], [7], [8]. Vizuálna prehliadka Základnou a najdôležitejšou časťou diagnostiky je vizuálna prehliadka posudzovanej stavby, ktorá umožňuje kontrolu geometrického tvaru a rozmerov nosných prvkov, zistenie a lokalizovanie porúch, ktoré vznikajú alebo sa prejavujú na povrchu konštrukcie. Kvalita vizuálnej prehliadky je významne ovplyvnená prístupom ku konštrukcii a skúsenosťami pracovníka. Vizuálna prehliadka je neodmysliteľnou úvodnou časťou každého prieskumu, málo sa však využíva ako


3

TÉMA

❚

TOPIC Obr. 1 Prvá panelová budova v Československu stojí v Bratislave (1956) ❚ Fig. 1 The first large panel system building in Czechoslovakia was built in Bratislava (1956)

1

Obr. 2 Vývojový diagram postupu hodnotenia existujúcich konštrukcií [1] ❚ Fig. 2 Flowchart of the assessment process of existing structures [1]

samostatná prevencia, ktorá môže bez väčších nákladov včas odhaliť poruchy v tom najranejšom štádiu.

2 poåiadavky/potreby

špecifikácia cieĐov hodnotenia

scenáre pôsobenia konštrukcie

predbeåné hodnotenie Ɣ štúdium dokumentácie a iných podkladov Ɣ predbeåná prehliadka Ɣ predbeåné overenie Ɣ rozhodnutie o predbeåných opatreniach Ɣ odporúþanie na podrobné hodnotenie

nie

podrobné hodnotenie ? áno Ɣ podrobné vyhĐadanie a preskúmanie dokumentácie Ɣ podrobná prehliadka a skúšky materiálov Ɣ stanovenie zaĢaåení Ɣ stanovenie vlastností konštrukcie Ɣ statická analý za konštrukcie Ɣ overenie spoĐahlivosti

ćalšia prehliadka ?

áno

nie

Ɣ periodické prehliadky Ɣ údr åba

správa o výsledkoch hodnotenia

posudok a rozhodnutie

vyhovujúca spoĐahlivosĢ ?

áno

nie opatrenia konštrukþné Ɣ obnova Ɣ demolácia

4

Ɣ oprava Ɣ modernizácia

prevádzkové Ɣ monitorovanie Ɣ zmena v pouåívaní

Rozdelenie skúšobných metód Na diagnostiku vlastností a stavu materiálov sa používajú priame (deštruktívne) alebo nepriame (polodeštruktívne a nedeštruktívne) skúšobné metódy. Aby sa dal správne vyhodnotiť aktuálny stav konštrukcie, vlastnosti alebo degradácia nosných materiálov, treba poznať možnosti jednotlivých skúšobných metód. Polodeštruktívne metódy sú vhodné na stanovenie hĺbky prenikania agresívnych látok do betónu, napr. použitím malých jadrových vývrtov alebo vŕtania, ktoré výraznejšie neporušuje nosnú konštrukciu. Nedeštruktívne metódy sa osvedčujú napr. na zisťovanie údajov o konštrukcií (polohy výstuže alebo hrúbky betónovej krycej vrstvy, prípadne zisťovanie dutín v betóne apod.) [9]. Nedeštruktívne metódy umožňujú stanovenie hľadanej vlastnosti bez poškodenia stavebného materiálu alebo nosného prvku. Ich prednosťou je, že umožňujú opakované merania na rovnakom mieste, a tým registráciu zmien v čase a štatistické vyhodnotenie. Zásadný nedostatok nedeštruktívnych metód je, že sa meria pomocná charakteristika, ktorá je s požadovanou charakteristikou v určitej závislosti. Preto je presnosť nedeštruktívnych skúšok obmedzená. Na druhej strane treba objektívne konštatovať, že v posledných rokoch boli najväčšie pokroky dosiahnuté práve v oblasti nedeštruktívnych metód. Rozsah príspevku neumožňuje podrobnejšie informovať o týchto metódach skúšania. Stav poznania a očakávaný vývoj v oblasti nedeštruktívnych metód skúšania poskytuje napríklad literatúra [10], [11] (nebo čl. str. 44, pozn. redakce). K uplatneniu deštruktívnych metód dochádza vtedy, ak použitie nepriamych metód nevedie k požadovanému cieľu, alebo sa žiada presnejšie stanovenie vyšetrovaných charakteristík. Často je účelná kombinácia deštruktívnych a nedeštruktívnych metód. Pomocou deštruktívnej metódy sa mô-


❚

3/2014

TÉMA Tab. 1 Prehľad skúšobných metód na vyšetrovanie betónu v betónových konštrukciách [6] Tab. 1 Overview of test methods for investigation of concrete in concrete structures [6]

Sledovaná hodnota

Nedeštruktívny Skúšobná metóda

Tvrdomerná Ultrazvuk

Pevnosť

Modul pružnosti (MP) Štruktúra: chybné miesta pórovitosť hutnosť nasiakavosť plynopriepustnosť rozptýlenie vlákien

Dutiny

Vlhkosť

Trhliny: poloha šírka zmeny šírky hĺbka

Ultrazvuk (dynamický MP) Vizuálna obhliadka Mobilný mikroskop Akustická emisia Poklep (akustické trasovanie) Ultrazvuk Skúška plynopriepustnosti Magnetická indukcia (oceľové vlákna) Ultrazvuk Akustická emisia Termografia Akustické trasovanie Meranie odporu Meranie vodivosti Mikrovlny Dielektrická konštanta Infračervená termografia Obhliadka Trhlinový mikroskop Ultrazvuk Akustická emisia Sadrová značka Deformeter

Karbonatácia

---

Obsah chloridov

---

Teplota

Teplomer vo vyvŕtanej diere

Chemické a fázové zloženie

---

❚

Spôsob vyšetrovania Polodeštruktívny alebo deštruktívny Skúšobná metóda Zásah do konštrukcie Pevnosť v tlaku Pevnosť v ťahu Jadrový vývrt Pevnosť v priečnom ťahu Pevnosť v ťahu za ohybu Vylamovacia Vyťahovacia Poškodenie povrchu Odtrhovacia Skúška v tlaku Jadrový vývrt (statický MP) Kapilárna nasiakavosť Hutnosť Výbrus (mikroskop) Posúdenie výlomkov Skúška vodonepriepustnosti Skúška plynopriepustnosti

Jadrový vývrt Vŕtanie

Vymeranie

Odstránenie betónu

Gravimetria Rozptyl neutrónov

Jadrový vývrt Odber zlomkov Navŕtanie

Zaznamenanie rozvoja trhlín

Jadrový vývrt Odstránenie betónu

Nástrek indikátora Stanovenie pH roztoku Chemická analýza Flourescenčná rtg. analýza Nástrek indikátora Termočlánok Chemická analýza RTG difrakčná analýza Komplexná termická analýza

Jadrový vývrt Odber výlomkov Odber prachu z vŕtania Jadrový vývrt Odber výlomkov Odber prachu z vŕtania

Odber vzorky

Tab. 2 Prehľad skúšobných metód na vyšetrovanie betonárskej výstuže v konštrukciách [6] ❚ Tab. 2 Overview of test methods for investigation of reinforcement in concrete structures [6]

Sledovaná hodnota

Nedeštruktívny Skúšobná metóda

Mechanické charakteristiky: pevnosť v ťahu ťažnosť lámavosť únavová pevnosť zloženie

---

Vodíková krehkosť

--Ultrazvuk Akustická emisia Elektródový potenciál Akustická emisia Elektromagnetická skúška Akustická emisia Termografia Radiografia Röntgenografia

Trhliny Korózia Poloha Priemer Krytie Stav Súdržnosť výstuže vysoko nad debnením

3/2014

❚

Poklep (akustické trasovanie)

Spôsob vyšetrovania Polodeštruktívny alebo deštruktívny Skúšobná metóda Zásah do konštrukcie Ťahová skúška Skúška ohybom Únavová skúška Chemická analýza Chemická analýza Ťahová skúška Ťahová skúška Výbrus (mikroskop) Endoskop Vizuálna obhliadka

Odber vzorky

Odber vzorky Odber vzorky Navŕtanie Obnaženie výstuže

Priame meranie

Navŕtanie Obnaženie výstuže

Odmeranie

Jadrový vývrt Obnaženie výstuže Navŕtanie


❚

TOPIC

žu spresniť všeobecné kalibračné vzťahy nedeštruktívnych metód. Odoberanie vzoriek a skúšobné metódy nesmú výraznejšie znížiť spoľahlivosť konštrukcie a musia byť v súlade s príslušnými normovými (technickými) dokumentmi. Oprava pri odbere vzoriek porušených prvkov sa urobí okamžite po odbere. Prehľad o skúšobných metódach na vyšetrovanie betónu, betonárskej a predpínacej výstuže v betónových konštrukciách poskytujú tab. 1, 2 a 3. Stanovenie pevnosti betónu Stanovením pevnosti betónu na hotovej konštrukcii (monolit alebo prefabrikát) sa zaoberá ČSN (STN) EN 13791 [13]. Táto norma uvádza spôsoby zisťovania pevnosti betónu a jeho zatriedenie do pevnostnej triedy v zmysle ČSN (STN) EN 206-1 [14]. Norma vychádza z predpokladu, že výsledky skúšok pevnosti betónu na odobratých vzorkách (vývrtoch) sú objektívne (referenčné). Nepriame skúšky, realizované pomocou tvrdomeru, ultrazvuku alebo vytrhávania oceľových tŕňov, poskytujú alternatívy k skúškam na vzorkách, alebo môžu slúžiť na doplnenie údajov z limitovaného počtu jadrových vývrtov. Skúšaním betónu v konštrukciách sa zaoberá aj súbor EN noriem rady 12504, ktoré v štyroch častiach rozoberajú metodiku: • skúšok pevnosti betónu v tlaku na vývrtoch [15], • rovnorodosti betónu skúškou tvrdosti odrazovými tvrdomermi [16], • pevnosti povrchových vrstiev odtrhovou skúškou [17], • rovnorodosti betónu na základe merania rýchlosti ultrazvukového impulzu [18]. Pri pridávaní nových materiálov na povrch existujúcich konštrukcií (reprofilačné malty, nátery, lamely, tkaniny apod.) treba kontrolovať aj kvalitu betónového podkladu, resp. prídržnosť pridaných materiálov k betónovému povrchu. Pevnosť v ťahu povrchových vrstiev betónu, resp. prídržnosť pridaných materiálov k podkladu sa stanovuje odtrhovou skúškou podľa ČSN (STN) EN 1542 [19]. Stanovenie dynamického modulu pružnosti betónu Modul pružnosti patrí k základným charakteristikám betónu. Výrazne ovplyvňuje deformačné vlastnosti betónu a teda aj deformácie betónových konštrukcií. Okrem statického modulu pružnosti, ktorý sa určuje na základe skúškami zis5

TÉMA Tab. 3

❚

TOPIC

Metódy na vyšetrovanie dodatočne predpätej výstuže [12]

Metóda Hodnotenie Používateľnosť Výpovedná hodnota Spoľahlivosť Náklady Prácnosť Legenda: Možnosť použitia: + pre všetky typy predpätia – pre predpínacie káble

❚

Tab. 3

Ultrazvuk

Nedeštruktívna Prežarovanie Gama Lineárny žiarič urýchľovač + +

Elektromagnetické vlny InfraRadar červené + +

Odkryť kotvenie

Navŕtať + endoskop

Reflexia

Prezvučenie

+

+

–

–

☺

☺

☺

?

?

☺

☺ ☺ ☺

☺

☺

☺

☺

?

?

Výpovedná hodnota, resp. spoľahlivosť: ☺ dobrá priemerná nízka

tených napätí a pretvorení vzorky [20] (viz čl. str. 74, pozn. redakce), sa používa aj dynamický modul pružnosti. Ten sa stanovuje najčastejšie rezonančnými a ultrazvukovými metódami. Dynamický modul pružnosti zodpovedá približne začiatočnému dotyčnicovému modulu pružnosti pri statickom stanovení, a je teda vyšší ako sečnicový modul pružnosti (približne o 10 až 40 %), ktorý sa určuje pri skúšaní vzoriek pod tlakovým napätím. V odbornej literatúre možno nájsť viaceré empirické vzťahy medzi obomi modulmi pružnosti [21]. Tie však nie sú univerzálne, platia iba pre posudzovaný betón. Prednosťou dynamického modulu pružnosti je rýchlosť a jednoduchosť stanovenia. Nevýhodou je nižšia presnosť a spoľahlivosť nameraných hodnôt. Meranie vlhkosti betónu Vlhkosť zohráva významnú úlohu pri fyzikálnych, chemických, elektrochemických a biologických mechanizmoch porušovania betónu, korózii výstuže a možnosti aplikácie sanačných materiálov. Vlhkosť betónu môže byť meraná na základe rôznych fyzikálnych princípov. Najpresnejšie je gravimetrické stanovenie vlhkosti betónu, pri ktorom sa polodeštruktívne odoberú vzorky povrchových vrstiev, nepriepustne uzavreté sa transportujú do laboratória, kde sa vzorky zvážia s presnosťou na 0,01 g. Následne sa vysušia pri teplote +105 °C do ustálenej hmotnosti. Zo zistených rozdielov hmotností sa vypočíta vlhkosť betónu. Metódu možno modifikovať tak, že odobrané vzorky sa pomocou digitálnych váh zvážia priamo v teréne. Princíp gravimetrickej metódy je opísaný v ČSN (STN) 73 1316 [22]. Pre rýchle a orientačné meranie vlhkosti je možné použiť aj prístroje merajúce vlhkosť betónu priamo na konštrukcii. Patrí sem napr. prístroj, ktorý pracuje na princípe nedeštruktívneho merania impedancie. Pri meraní sú do betónu vysielané nízkofrekvenčné signály, pričom sa merajú zmeny impedancie vyvolané vlhkosťou betónu. Prístroj je kalibrovaný pre vlhkosť betónu v rozpätí od 0 do 6 % [23]. Vyšetrovanie trhlín Rozvoj trhlín sa môže sledovať prostým okom, lupou, mikroskopom alebo videotechnikou. Zvlhčenie povrchu betónu vodou a jeho sušenie uľahčujú sledovanie trhlín v betóne. Okrem opisu rozvoja, resp. obrazu trhlín a dĺžky trhlín, je dôležité zaznamenať aj ich šírku a hĺbku. Šírka trhlín na konštrukcii sa zisťuje príložným šírkomerom alebo mikroskopom. Zmenu šírky trhlín je možné registrovať napr. pomocou príložného deformetra s presnosťou 0,001 mm. Pre meranie krátkodobých zmien šírok trhlín možno použiť indukčný snímač dĺžok. Na zistenie hĺbky trhliny je vhodný ultrazvuk alebo jadrové 6

Methods for investigation of post-tensioned reinforcement [12]

Deštruktívna

Náklady, resp. prácnosť: ☺ malé priemerné

vysoké

vývrty priemeru 50 mm. Trhlina v oblasti vývrtu sa vopred zainjektuje epoxidovou živicou, aby pri vŕtaní a odoberaní vývrtu nedošlo k zmene šírky a hĺbky trhliny. Ďalšie dôležité údaje pre analýzu príčin vzniku a sanáciu trhlín môžu byť: čas vzniku trhliny a informácia, či je trhlina suchá alebo vlhká, resp. aktívna alebo pasívna [24]. (podrobně v článku na str. 38, pozn. redakce) Stanovenie hĺbky karbonatácie betónu a podmienok pre koróziu výstuže Karbonatácia betónu je spojená s poklesom pH na hodnotu menšiu ako 9, pri ktorej sa stráca stabilita pasivujúceho povlaku na výstuži a v prítomnosti vlhkosti sú vytvorené podmienky pre jej koróziu. Postup karbonatácie betónu, resp. pokles hodnoty pH sa môže stanoviť: • potenciometricky meraním pH-metrom, • acidobázickými indikátormi. Na meranie pH-metrom je vhodné použiť jadrový vývrt s priemerom 30 až 50 mm. Priečnym rezaním valca sa získajú vzorky betónu s rozdielnou vzdialenosťou od povrchu. Po homogenizácii (drvenie a mletie) sa navážka zmieša s destilovanou vodou a suspenzia sa niekoľko hodín dôkladne mieša. Po sedimentácii sa pH-metrom meria hodnota pH roztoku. Operatívne sa hodnoty pH zisťujú acidobázickými indikátormi, ktoré menia sfarbenie v závislosti od pH prostredia. Najčastejšie sa používa roztok fenolftaleínu, ktorým sa postrieka čerstvá lomová plocha [25]. Sfarbenie betónu umožňuje zistiť oblasti betónu, ktoré majú vyššiu hodnotu pH ako 9. Oblasť farebného prechodu z bezfarebnej na purpurovo červenú sa zmeria a zaznamená do 30 s od postriekania. Hrúbka betónovej krycej vrstvy sa môže zistiť elektromagnetickými indikátormi výstuže. Ak sa porovná hĺbka karbonatácie s hrúbkou betónovej krycej vrstvy, je možné väčším počtom meraní pomocou metód matematickej štatistiky predpovedať pravdepodobnosť korózie výstuže. Overenie výsledkov možno urobiť lokálnym obnažením výstuže. Stanovenie obsahu chloridov Chloridové ióny sú iniciátorom a akcelerátorom korózie oceľovej výstuže v betóne, a preto je ich koncentrácia v krycej vrstve dôležitý parameter odolnosti a životnosti betónových konštrukcií. STN EN 14629 [26] uvádza dve metódy na stanovenie celkového obsahu (voľné + viazané) v kyseline rozpustných chloridov v zatvrdnutom betóne. Táto informácia je určená na odhad rizika korózie oceľovej výstuže spôsobenej chloridmi. Pre obe metódy sa môže použiť prach zachytený pri


❚

3/2014

TÉMA

vŕtaní alebo iné vhodné laboratórne vzorky, ktoré sa podrobia chemickej analýze. Referenčnými metódami chemickej analýzy betónu na stanovenie obsahu chloridov sú Volhardova metóda alebo potenciometrická titrácia. Alternatívne možno stanoviť obsah chloridov v betóne (komerčne dodávanou) súpravou Rapid Chloride Test [27]. Práškové vzorky sa získajú vŕtaním alebo mletím zatvrdnutého betónu. Vzorka sa zmieša s primeraným množstvom extrakčnej kvapaliny a trepe päť minút. Pomocou kalibrovanej elektródy ponorenej do roztoku sa stanoví množstvo chloridových iónov v percentách hmotnosti betónu. VYHODNOTENIE EFEKTÍVNOSTI DIAGNOSTICKÝCH METÓD

Pri diagnostike vlastností stavebných materiálov nie je podstatný fyzikálny princíp používanej metódy, ale jej celková efektívnosť daná tromi kritériami: presnosť, rýchlosť a cena. Presnosť metódy je pre výsledok diagnózy často rozhodujúca. To sa týka najmä nepriamych metód, ktoré k interpretácii merania potrebujú kalibračný vzťah. Používanie týchto metód bez spresnených kalibračných vzťahov môže spôsobiť chyby. Preto by mal užívateľ poznať štatistické tolerančné medze kalibračného vzťahu, jeho smerodajnú odchýlku, prípadne ďalšie parametre. Používanie všeobecných vzťahov by malo byť iba dočasné, resp. výnimočné, aby sa vždy vedelo, s akou presnosťou sa hľadaný parameter určuje. Rýchlosť stanovenia má z praktického hľadiska nie menej zásadný význam. Úžitkovú hodnotu prieskumu spoluvytvára práve rýchlosť urobenia a vyvodenia záverov. Preto sa často uprednostňujú aj menej presné metódy, ktoré však operatívne poskytujú výsledky (tvrdomerné skúšky, kolorimetrické určovanie pH betónu apod.). Obr. 3 Schéma klasifikácie monitorovacích metód a cieľov pre stavebné objekty [30] ❚ Fig. 3 Classification scheme of monitoring methods and objectives for building objects [30]

❚

TOPIC

Cena merania má veľký význam najmä pri výberových konaniach, kde je často jediným kritériom. V Y Š E T R O VA N I E D Y N A M I C K E J O D O Z V Y S TAV E B N E J KONŠTRUKCIE

V období všeobecného znižovania nákladov predstavuje skúšanie konštrukcií nedeštruktívnou skúškou založenou na snímaní a vyhodnocovaní dynamických charakteristík konštrukcie (globálna diagnostika) novú alternatívu. Podnetom na rozkmitanie konštrukcie môže byť dopravné zaťaženie (mosty), vplyvy prostredia (vietor, seizmicita) alebo externý budič kmitania. Stav nosnej konštrukcie a jeho prípadné zmeny sa prejavujú v jeho dynamickej charakteristike (dynamickej odozve) – to znamená v relevantných dynamických parametroch (vlastná frekvencia, tvar a intenzita kmitania, vývoj dynamickej tuhosti apod.). Nedeštruktívnym meraním dynamického chovania je možné identifikovať poruchy nosnej konštrukcie a vyhodnotiť ich účinok na odolnosť konštrukcie [28], [29]. M O N I T O R O VA N I E S TAV E B N Ý C H O B J E K T O V

Monitorovanie je časté alebo súvislé pozorovanie stavu konštrukcie, ktoré predstavuje vyššiu úroveň diagnostikovania, umožňujúcu presnejšie stanovenie vlastností a stavu konštrukcie a nosných materiálov. V záujme komplexného konceptu zabezpečenia kvality významných stavieb infraštruktúry sa už v plánovacej fáze navrhujú metódy a prístroje na integrované pozorovanie konštrukcie. Kontinuálné a systematické monitorovanie kritických oblastí umožňuje aktívne manažovanie životnosti stavebných objektov a minimalizáciu nákladov na ich udržiavanie. Monitorovanie má okrem čisto ekonomického zdôvodnenia aj rad ďalších výhod. V prvom rade je to objektivizácia vizuálnej prehliadky, ale aj verifikácia a validácia inovatívnych stavebných materiálov a technológií. Významným vedľajším účinkom je priebežná aktualizácia a doladenie numerických a mechanických predpokladov nosného systému a materiá3

Monitorovanie stavebných objektov

ýasový harmonogram

Odoberanie vzoriek

Objekt

Úkaz

Prístroje

Odozva

kontinuálne

synchrónne

pomalé

konštrukcia

most

akcia

elektrické

statická

periodické

asynchrónne

rýchle

stavebný prvok

tunel

zaĢaåenie

optické

dynamická

vyvolané udaloVĢDPL

materiál

oporný múr

environm. parametre

akustické

krátkodobá

spriahnutie

priehrada

reakcie

mechanické

dlhodobá

iné

vysoká budova

pretvorenia

geodetické

šírenie porúch

iné

starnutie

iné

necyklické

ojedinelé

poruchy

3/2014

❚


7

TÉMA

❚

TOPIC

Literatúra: [1] ČSN (STN) ISO 13822: Zásady navrhovania konštrukcií. Hodnotenie existujúcich konštrukcií 2012 [2] ČSN (STN) 73 0038: Navrhovanie a posudzovanie stavebných konštrukcií pri prestavbách, 1986 [3] Marková J.: Pravděpodobnostní postupy hodnocení spolehlivosti existujících konstrukcí podle ISO 13822. Beton TKS 1/2005, s. 47–48 [4] ISO 13823: General principles on design of structures for durability, 2008, s. 46 [5] Kucharík J.: Katalóg porúch mostných objektov na diaľniciach a cestách, Technický predpis SSC 2003, s. 24 [6] Jungwirth D., Beyer E., Grübl P.: Dauerhafte Betonbauwerke. Düsseldorf, Beton – Verlag 1986, s. 255 [7] Drochytka R. a kol.: Technické podmínky pro sanace betonových konstrukcí TP SSBK III. SSBK 2012, s. 256 [8] Bilčík J., Dohnálek J.: Sanace betonových konstrukcí, JAGA 2003, s. 151 [9] Niva J. at al: Technical Committee on Diagnosis Methodologies of Structural Health of Concrete Structures Utilizing Advanced Inspection Techniques. Committee Report: JCI-TC101A, 2012, s. 25 [10] Hoła J., Schabowicz K.: State-of-the-art non-destructive methods for diagnostic testing of building structures – anticipated development trends. Archives

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18] [19]

of Civil and Mechanical Engineering, No. 3/2010, s. 5–18 Štainbruch J., Anton O., Kordina T.: Rozvoj použití georadaru při diagnostice železobetonových konstrukcí. Beton TKS, 3/2011, s. 66–70 Kniess H.-G.: Verfahren zur Untersuchung von Spanngliedern. Mitteilungen der Bundesanstalt für Wasserbau, 1986, Nr. 58, s. 131–167 ČSN (STN) EN 13791: Stanovenie pevnosti betónu v tlaku v konštrukciách a v betónových prefabrikátoch, 2012 ČSN (STN) EN 206-1: Betón. Časť 1: Špecifikácia, vlastnosti, výroba a zhoda, 2009 STN EN 12504-1: Skúšanie betónu v konštrukciách. Časť 1: Vzorky z jadrového vŕtania. Odber, preskúmanie a skúška pevnosti v tlaku (73 1303), 2010 STN EN 12504-2: Skúšanie betónu v konštrukciách. Časť 2: Nedeštruktívne skúšanie. Stanovenie tvrdosti odrazovým tvrdomerom (73 1303), 2013 STN EN 12504-3: Skúšanie betónu. Časť 3: Odtrhová skúška (73 1304), 2005 STN EN 12504-4: Skúšanie betónu. Časť 4: Určenie rýchlosti (73 1304), 2005 ČSN (STN) 1542: Výrobky a systémy na ochranu a opravu betónových konštrukcií Skúšobné metódy. Meranie prídržnosti pri odtrhových skúškach. 2001

lov použiteľných pri adaptívnych modeloch predpovedania životnosti. Základom statickej odolnosti a trvanlivosti je vývoj kontinuálneho monitorovacieho konceptu sledovania nosných prvkov a ich interakcie. Hlavný problém je identifikácia rôznych typov meraní, ktoré musia byť implementované do globálneho monitorovacieho systému. Na obr. 3 je schéma klasifikácie hlavných veličín, ktoré treba pri hodnotení monitorovania zohľadniť.

[20] ČSN (STN) EN 6784: Beton. Stanovenie statického modulu pružnosti v tlaku, 1993 [21] Unčík S., Ševčík P.: Modul pružnosti betónu. BetónRacio, Trnava 2008 [22] ČSN (STN) 73 1316: Stanovení vlhkosti, nasákavosti a vzlínavosti betonu, 1989 [23] www.tramex.ie [24] Bilčík J., Hudoba I.: Vyšetrovanie betónových konštrukcií porušených trhlinami. Beton TKS, 2/2002, s. 46-49 [25] ČSN (STN) EN 14630: Výrobky a systémy na ochranu a opravu betónových konštrukcií. Skúšobné metódy. Skúšanie hĺbky karbonatizácie v zatvrdnutom betóne fenolftaleínovou metódou, 2007 [26] STN EN 14629: Výrobky a systémy na ochranu a opravu betónových konštrukcií. Skúšobné metódy. Stanovenie obsahu chloridov v zatvrdnutom betóne, 2007 [27] http://www.germann.org/Brochures/ RCT.pdf [28] Veit-Egerer R., Jeřábek Z., Hubka M.: Posuzování životního cyklu v každé fázi života nosných konstrukcí, Beton TKS, 3/2010, s. 10–19 [29] Tomko M., Demjan I.: Experimentálna modálna analýza železobetónovej budovy od účinkov železničnej dopravy. Konstrukce 5/2011, s. 24–28 [30] Santa U., Bergmeister K.: Zustandsüberwachung und Bewertung von Betontragwerken. Beton- und Stahlbetonbau Spezial 2005, s. 82–88

Diagnostika nosných konštrukcií vyžaduje skúseného odborníka, aby sa zamedzilo chybám alebo dezinterpretácií výsledkov. V tomto kontexte má tento príspevok poskytnúť všeobecný (a nutne neúplný) prehľad o hodnotení a diagnostikovaní betónových konštrukcií. Uvedený zoznam literatúry a noriem uľahčí prístup k ďalším informáciam. prof. Ing. Juraj Bilčík, PhD. Katedra betónových

Z ÁV E RY

konštrukcií a mostov

Pre preventívnu stratégiu udržiavania stavieb je včasné odhalenie chýb a porúch hlavné hľadisko ich úspešného manažovania. Pri diagnostikovaní existujúcich konštrukcií sa kladú na skúšobné metódy často až protichodné požiadavky: majú byť presné, rýchle a lacné, navyše minimálne poškodzovať nosnú konštrukciu. Týmto nárokom najlepšie vyhovujú polodeštruktívne skúšobné metódy, resp. kombinácia deštruktívnych a nedeštruktívnych metód. V posledných rokoch sa u významných stavieb presadzujú aj dynamické metódy skúšania integrity a monitorovanie konštrukcie.

Stavebná fakulta STU Bratislava Radlinského 11, 813 68 Bratislava e-mail: [email protected] tel.: +421 259 274 546 Ing. Vladimír Priechodský, PhD. Centrálne laboratóriá SvF STU Technická 5, 821 04 Bratislava e-mail: [email protected] tel.: +421 243 336 100

Innovative Solutions – Benefiting Society 12TH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON CONCRETE ROADS 2014 September 23–26, 2014 | Prague, Czech Republic

Rádi bychom se s vámi setkali v Praze na 12th International Symposium on Concrete Roads 2014. Více informací naleznete na www.concreteroads2014.org ISCR2014_inz185x40.indd 1

8

24.4.14 14:54


❚

3/2014

TÉMA

❚

TOPIC

STAVEBNĚ TECHNICKÝ PRŮZKUM – JE TO POTŘEBA? ❚ CONSTRUCTION AND TECHNICAL SURVEYS – ARE THEY NEEDED? Zdeněk Vávra Předmětem článku je upozornění na problematiku stavebně technických

1

průzkumů jako takovou a připomenutí, že pomíjení diagnostiky konstrukcí může být krátkozraké. ❚

The article wants to bring attention to the

problems of construction and technical surveys on their own and show, how short-sighted such diagnostics neglecting could be.

Stavebně-technický průzkum, neboli diagnostika, stávajících konstrukcí je poměrně známou, potřebnou a využívanou disciplínou v oboru stavebnictví. Je tomu opravdu tak? Je i není. Znalosti a povědomí o potřebě, rozsahu i možnostech stavebně-technického průzkumu jsou velmi rozdílné. Problematika stavebně technického průzkumu je poměrně široká a zasahuje do oblastí projektové činnosti, terénních zkoušek, zkoušek v laboratoři a vyžaduje poměrně široké spektrum teoretických znalostí. Vedle toho je zde řada problematických okolností, které je nutné správně interpretovat a ne vždy k tomu stačí mít výše uvedené teoretické znalosti a data z provedených zkoušek ať už z terénu, nebo laboratoře. Vyžaduje to i celou řadu zkušeností, které lze získat pouze s časem a s množstvím konstrukcí, které daný odborník viděl a hodnotil. KDE TO ZAČÍNÁ?

Stavebně technické obory na školách jsou zaměřeny na různé druhy stavební činnosti. O vlastnostech materiálů a konstrukcí se hovoří, ale jedná se obvykle o konstrukce nové a vlastnosti materiálu jsou použity pro návrh konstrukce. Materiály jsou sledovány při průkazních, ověřovacích, kontrolních zkouškách apod. Koroze materiálu a související problematika je zmiňována teoreticky. Do větší hloubky se zachází ve speciálních kurzech, nebo modulech, případně diplomových a disertačních pracích. Z výše popsaného vyplývá, že obecné povědomí o rekonstrukcích staveb a s tím spojeným stavebně-technickým průzkumem je povrchní a to nejen u absolventů. Potencionální investoři, stejně jako projektanti, by měli usilovat alespoň o elementární znalost problematiky stavebně-technických průzkumů, aby je mohli fundovaně požadovat, zadávat i oponovat. K dispozici jsou odborné postgraduální kurzy, které se této problematice věnují. 2a

3/2014

Obr. 1 Zadání míst pro diagnostiku for diagnostics

Fig. 1

Setting the location

Obr. 2 Příklady zkoušek: a) odběr jádrových vývrtů, b) odtrhová zkouška pro určení pevnosti v tahu povrchových vrstev, c) mřížková zkouška přídržnosti nátěru ❚ Fig. 2 Examples of tests: a) collecting the cores, b) pull-off test to set tensile strength in surface layers, c) sieve test of the layers bond strength

2b

❚

❚


2c

9

TÉMA

❚

TOPIC

3a

3b

Obr. 3 Výsledky zkoušek: a) alkalická reakce kameniva v betonu zjištěná uranylovou indikační metodou, b) riziko elektrochemické koroze výztuže bez vnějších projevů, c) a d) segregace kameniva na vzorku betonu ❚ Fig. 3 Results of the tests: a) alkali reaction of the aggregate in concrete found by uranic indicative method, b) risk of the electrochemical reinforcement corrosion without external expression, c) and d) aggregate segregation in concrete sample

3c

3d

DIAGNOSTIKA JE PRVNÍ KROK

JAK TO VE SKUTEČNOSTI JE?

Z povahy věci je potřeba ke každé rekonstrukci přistupovat individuálně, protože stav dané konstrukce je s vyšší, nebo nižší pravděpodobností nejasný. Proto by každá rekonstrukce, sanace nebo oprava, měla být prováděna až po provedení stavebně-technického průzkumu. Návrh, resp. projekt sanace musí vycházet z co nejpřesnějších znalostí o stávající konstrukci. Těmito znalostmi není míněna pouze dostupná výkresová dokumentace, nebo zaměření stávajícího stavu. Ty jsou samozřejmě součástí přípravy, ale mimo to je potřeba ověřit, zda předpoklady, které jsou uvedeny v projektové dokumentaci, odpovídají skutečnosti. A tuto jistotu by měl dodat projektantovi stavebně-technický průzkum. Projektant, ve spolupráci s investorem, resp. objednatelem, si musí ujasnit, co je předmětem rekonstrukce (sanace) a v souvislosti s prováděnými pracemi určit, jaké informace o konstrukci potřebuje. Je nutné zvážit, do jaké míry může stávající stav konstrukce ovlivnit předpokládané práce, které jsou součástí sanace. Následně je, v ideálním případě, proveden stavebně-technický průzkum na základě potřeb projektanta. Získané informace jsou využity pro co nejpodrobnější, nebo nejpřijatelnější návrh sanace a potažmo i pro její realizaci. V této chvíli přichází na řadu ekonomické hledisko. Logicky je nutné nalézt kompromis mezi technickým řešením a jeho náklady. Rozsah stavebně-technického průzkumu není z pohledu technického, resp. statistického, nikdy dostatečný. Je však nutné si uvědomit, že přesnost stanovených parametrů jednotlivých materiálů a potažmo konstrukcí je tím vyšší, čím širší je statistická skupina zjištěných hodnot.

Bohužel v současnosti je zvykem přikládat větší váhu právě ekonomické stránce. Přístupy k problematice průzkumu jsou zhruba tři základní. Ten nejhorší přístup spočívá v tom, že diagnostika neproběhne vůbec a nikdo na ni ani nepomyslí. Obvykle se to týká tzv. „malých“ konstrukcí, nebo konstrukcí, které jsou tzv. „v pořádku“. Současně se to týká konstrukcí novějších a těch, ke kterým je dostupná projektová dokumentace. To samozřejmě nemusí být problém, ale rozhodnout o tom by měl ten, kdo ponese riziko ohledně návrhu oprav, nebo úprav. Současně je potřeba si uvědomit, že při realizaci oprav by mohly nastat neočekávané situace, které v nejlepším případě budou znamenat neočekávané vyšší náklady na opravu. V horším případě je nucen realizátor dílo provést na nižší úrovni tak, aby případná překvapení, která projekt nezohlednil, dokázal opravit v mezích vlastní cenové nabídky. Rozumný realizátor by měl nedostatek informací zohlednit, jinak se může na dané akci dostat do finančních potíží a zaplatí více náklady on. To se projeví na soutěžené ceně i na kvalitě díla, a tím pádem to nakonec zaplatí investor, kterému se nechtělo financovat stavebně-technický průzkum. Druhým přístupem je zohlednění diagnostiky, ale spíše z důvodu specifikace zakázky jako celku, kde se s diagnostikou počítá. Obvykle dojde k vyčlenění maximální ceny na stavebně-technický průzkum předem, bez ohledu na to, co bude předmětem oprav nebo úprav. Pak záleží na tom, jak dokáže realizátor průzkumu optimalizovat jeho rozsah, aby získal dostatek informací a dokázal je interpretovat. Jedná se například o rozložení zkoušek mezi destruktivní a nedestruktivní stanovení pevnosti materiálu. Destruk-

10


❚

3/2014

TÉMA 4a

❚

TOPIC

4d

4b

Obr. 4 Ukázky někdy neočekávaných zjištěni: a) Insteg výztuž v místě, kde byla předpokládána hladká výztuž jiným rozměrů a množství, b) nedostatečné zhutnění betonové desky, c) neplánovaný odvod kouře a ohořelý spodní líc desky uvnitř komůrky mostu, d) ponechané bednění v komůrce mostu, s kolečkem plným zatvrdlého betonu, nářadí… ❚ Fig. 4 Examples of sometimes unexpected findings: a) Insteg reinforcement, where smooth reinforcement of different size and amount was expected, b) insufficient compacting of the concrete slab, c) not expected smoke outlet and burnt bottom side of the slab inside the bridge chamber, d) left formwork inside the bridge chamber, with a wheelbarrow, tools …

4c

od začátku dojde k optimalizaci rozsahu stavebně-technického průzkumu. Projektant má dostatek podkladů k návrhu zamýšlených prací a realizátor stavby může přesněji odhadnout pracnost stavby, spotřebu materiálů a další parametry. Výsledkem je obvykle reálné ocenění stavby s minimalizací více nákladů. Vzhledem k tomu, že má realizátor k dispozici přesnější podklady a má i zpřesněnou představu o způsobu provádění, je pravděpodobnější, že i průběh stavby bude bezproblémový. tivní zkoušky jsou vždy finančně náročnější, a je tedy nutné je vhodně doplnit zkouškami nedestruktivními, aby informací bylo dostatek a byly dostatečně vypovídající. Je potřeba také informovat objednatele o míře přesnosti takového průzkumu a případně o tom, že není možné za danou částku relevantní informace získat. V současné době je tento přístup, který je možné považovat za jakousi z nouze ctnost, nejčastější. Ideálním přístupem je situace, kde je „rozumný“, třeba i nepoučený, investor, který má důvěru k projektantovi. Současně je zde poučený projektant, který ví, co je v dané situaci potřeba ověřit a jaké jsou technické možnosti pro provedení průzkumu. Také má představu o nutném rozsahu prováděného průzkumu. Tuto představu probere s investorem a je schopen ji podpořit technickými argumenty a prosadit si ji. Dojde k poptávce, případně výběru dodavatele stavebně-technického průzkumu a to v rozsahu, který dá projektantovi odpovědi na jeho otázky. Takový přístup zajistí, že již 3/2014

❚

Z ÁV Ě R

Tento článek nechce popisovat návrhy sanace, její způsoby, nebo rozsah stavebně-technického průzkumu. Předmětem článku je upozornit na problematiku stavebně-technických průzkumů jako takovou a předestřít, jak může být pomíjení diagnostiky konstrukcí krátkozraké. Bez stavebně-technického průzkumu jsou možnosti způsobu a rozsahu sanačního zásahu omezené, málo přesné, a to jak v oblasti návrhu, tak v oblasti realizace. Také bylo výše zmíněno, že tato omezení vedou k zdražování díla i k poklesu jeho kvality, a to je věc, která neprospívá žádnému ze zúčastněných. Proto je vhodné vzít stavebně-technický průzkum na vědomí a umožnit tím lepší provedení všech jednotlivých kroků sanačního zásahu.


Ing. Zdeněk Vávra Betosan, s. r. o. Na Dolinách 23, 147 00 Praha 4 e-mail: [email protected]

11

SANACE A REKONSTRUKCE

❚

REHABILITATION AND RECONSTRUCTION

ARCHITEKTURA BEZ KOMPROMISŮ – HISTORIE VELETRŽNÍHO PALÁCE ❚ ARCHITECTURE WITHOUT COMPROMISE – THE HISTORY OF THE VELETRŽNÍ PALÁC (GRAND FAIR PALACE)

1a 1b

Radomíra Sedláková, Václav Kučera Rok 2014 byl vyhlášen rokem Veletržního paláce. Palác dostavěný v roce 1928 byl na svou dobu obrovskou stavbou v tak razantním, nekompromisním funkcionalistickém stylu, která neměla v Evropě obdobu. Jeho dlouhá historie byla v roce 1974 málem ukončena následkem velkého požáru a složitého hašení. Po detailních průzkumech a hodnocení stupně poškození budovy bylo zjištěno, že objem konstrukcí, které bude nutno vybourat a nahradit novými není tak vysoký, jak se původně předpokládalo. Bylo proto rozhodnuto, že nosné konstrukce budou opraveny a budova bude zachována. Palác, který byl postaven pro veletrhy a výstavy, je v současnosti sídlem Národní galerie.

❚ 2014 was declared the year

of the Veletržní palace. The building, completed in 1928, was at that time a grand construction in non-compromise functionalist style; there was no comparable building in the whole Europe. Its long history almost came to an end in 1974 when a great fire occurred in the building and fighting the disaster took several days. After detailed research and assessment of the damage it came to the solution that the volume of structures needed to be replaced is not as big as had been predicted, therefore it was decided to repair the load bearing structures and save the building. The palace, built for big fairs and exhibitions, houses now the National Gallery.

Veletržní palác je dnes stavbou, o které se dost často mluví. Většinou však především ve spojitosti s tím, že v něm sídlí Sbírka moderního a současného umění Národní galerie v Praze. Málokdy se mluví o stavbě jako takové, byť by si to zasloužila. Od data otevření letos uplyne nekulatých 86 let, a přesto právě rok 2014 byl vyhlášen rokem Veletržního paláce. Nejen proto, že je to letos právě čtyřicet let ode dne, kdy málem přestal existovat, zničen velkým požárem a složitým hašením. Je to ovšem také devadesát let od chvíle, kdy se začal psát jeho zajímavý příběh. Právě v roce 1924 vypsala Společnost Pražských vzorko12


❚

3/2014


❚


2 Obr. 1a, b Budova bývalých Pražských vzorkových veletrhů v pražských Holešovicích Holešovice

❚

Fig. 1a, b

The former Prague sample fairs building in

Obr. 2 Původní návrh Veletržní City, z plánovaných pěti pavilonů byl postaven pouze jeden (levý dolní roh) City, of the 5 planned pavilions only 1 was completed (left bottom corner) ❚

Fig. 3

Fig. 2

The original plan for Veletržní

a) Layout of the 1st above-ground floor, b) cross section

Obr. 3

a) Půdorys 1. NP, b) příčný řez

Obr. 4

Průběh výstavby na konci třicátých let 20. století

❚

Fig. 4

Construction process at the end of the 1930s

3a

3b

vých veletrhů soutěž na svou novou veletržní čtvrť. Pozvala k ní šest architektů dostatečně rozmanitého zaměření. Na podzim stejného roku si vybrala tři návrhy, které doporučila k dalšímu rozpracování. Výrazně funkcionalistický, či spíše puristický návrh Oldřicha Tyla, dekorativní návrh Aloise Dryáka a poněkud tradicionalistický projekt Josefa Fuchse. Přitom konstatovala, že pro dobrý výsledek se architekti mohou spojit, nebo pracovat odděleně, nebo vytvořit dvojici (a je jedno jakou). Dala jim ovšem na další kolo jen dva měsíce, což při velikosti areálu bylo setsakramentsky málo. V závěru roku 1924 si vybrala projekt, v němž se spojili Oldřich Tyl a Josef Fuchs (obr. 2). A hned jim zadala zpracování konkrétního projektu Prvního veletržního paláce. (Už víme, že ten zůstal jediným, společnosti došly peníze.) V roce 1925 se začala stavět tři podzemní podlaží, která budovala firma Nekvasil. Na sklonku roku stavbu převzala firma Karel Skorkovský – a v roce 1928 byla stavba hotova a na podzim se v ní mohl konat první veletrh (obr. 3 a 4). 3/2014

❚

❚

4


13


❚

REHABILITATION AND RECONSTRUCTION 5

6

14

Je však nutno také připomenout, že veletrhy se v Praze konaly již od roku 1920, probíhaly vždy na jaře a na podzim na starém Výstavišti. A v době, kdy se stavěl první palác, si Společnost P. V. V. koupila i další pozemky směrem k Výstavišti a vystavovala na nich v provizorních pavilonech. Obrovský Veletržní palác tak byl významným rozšířením veletržních aktivit. Pravda, první veletrh se konal jen v jeho třech podlažích, ostatní se dodělávala ještě celý další rok. Ale – palác byl dostavěn, byl otevřen a těšil se velkému zájmu vystavovatelů, návštěvníků a také architektů. Tak veliká stavba v tak razantním, nekompromisním funkcionalistickém stylu se v Evropě nevyskytovala. Kupodivu se zachovalo málo dobových architektských vyjádření, pouze hodnocení, které v roce 1929 vyslovil při své návštěvě Prahy Le Corbusier a které nebylo bez ostnu závisti nad tím, že Praha má to, o čem on sní, aniž by měl možnost realizace. Jeho hodnocení – „je to velká stavba, ale ještě to není architektura“, jako by zájem architektů o tuto unikátní stavbu omezilo. Je to veliká stavba a je to kvalitní architektura, to víme dnes docela bez váhání. Architektura až na podstatu jednoduchá – navenek jen pásy oken a pásy parapetů, ozvláštněné je mírným zasunutím v parteru a nezbytným ustoupením v posledních dvou podlažích, to je doprovázeno zvláštní částí na severním konci, kde je jen holá stěna s čtvercovými, křížem dělenými okny, skoro tovární objekt; výtvarnou hodnotu této části ovšem byla schopna ocenit až 70. léta… Interiér je založen na podobně malém počtu jednotlivých prvků: hranaté sloupy, překlady s náběhy a příčně mezi nimi trámy, pak už je stropní desky. To vše v železobetonu. K tomu už jen skleněné výplně místo příček… A především dva ojedinělé prostory: původně Strojní, dnes Velká dvorana (obr. 5), rozlehlá přibližně 80 a 40 m a vysoká 15 m, kolmo k ní přes příčné křídlo připojená Malá dvorana (obr. 6), která je malá půdorysně (asi 20 × 40 m), zato vysoká přes sedm podlaží. Tento kontrast dvou hlavních prostorů je něco, čím je Veletržní palác dodnes oslňující. Výstavní křídla byla soustředěna na obvodu, kolem Velké dvorany byla patra trojtraktová, prostřední, asi 8 m široký trakt patřil pasážím (obr. 7), boční trakty, hluboké asi 5 m, patřily výstavním kójím. Kolem Malé dvora-


❚

3/2014


❚


7

ny měly být původně kanceláře, ovšem hned od počátku byl zájem tam vystavovat, byť ochoz byl jen jednostranný na galerii, zato výstavní kóje byly přehledné po celé výšce stavby. Používám-li k označení rozměrů dvoran slova přibližně nebo asi, odpovídá to neuvěřitelné geometrii této ohromné stavby. Pozemek, na němž Veletržní palác stojí, má dosti nepravidelný půdorys. Přesto na první pohled stavba vypadá velmi pravidelně, jak zvenku, tak zevnitř. Stavitelé, a tady nepoužívám slovo architekti záměrně, neb to musel být především špičkový statik, který dokázal takovou konstrukci do detailu spočítat. Tady se pracovalo s přesností méně než 5 mm, což při železobetonové konstrukci a rozměrech stavby není tak úplně jednoduché. (Statiky paláce byly tak významné osobnosti železobetonech konstrukcí jako Karel Skorkovský, Ladislav Zeithammer a Stanislav Bechyně). K výjimečnostem stavby pat-

8a

8b

9

Obr. 5 Hall

Velká dvorana

❚

Fig. 5

The Grand

Obr. 6 Hall

Malá dvorana

❚

Fig. 6

The Lesser

Obr. 7 Typická pasáž passage

❚

Fig. 7

Typical

Obr. 8 Kavárna v posledním podlaží, a) interiér, b) venkovní terasa s výhledem na Prahu ❚ Fig. 8 Café on the top floor, a) interior, b) terrace with a view Obr. 9

3/2014

❚


Kinosál

❚

Fig. 9

Movie theatre

15


❚


10

11

ří i její výška – se svými 35 m to byl na svou dobu mrakodrap, ovšem díky rozlehlosti, cca dvou bloků si to je málokdo dodnes uvědomuje. (Velikost je skryta i v počítání podlaží – mezi přízemím a prvním patrem je vloženo mezipatro a mezanin, pak následuje šest běžných pater a na severní straně ještě jednopodlažní nástavba.) Po dokončení stavby byl zpracován „Vyúčtovací plán“. Na něm lze dobře sledovat zajímavou geometrii stavby – aby vypadala pravidelně, je zcela nepravidelná. Mění se šířka jednotlivých traktů (rozdíl mezi severem a jihem je v jednom křídle více než 1 m), mění se osové vzdálenosti jednotlivých sloupových polí, na několika místech bylo nutno změnit směr křídla, ovšem tak, aniž by to návštěvník zaznamenal. Rohová pole mají zcela nepravidelný půdorys „přibližně“ čtverce o stranách 5,3 – 5,4 – 5,5 – 5,6 m. Složitost geometrie domu vedla k tomu, že západní fasáda má dokonce jasně viditelné zaoblení na severním konci. Zaměření, které dělali architekti Stavoprojektu Liberec před začátkem rekonstrukce v 70. letech, má s tímto plánem zcela shodné míry. Obr. 10 Na snímku z katastrální mapy vynikne velikost Veletržního paláce při porovnání se sousedními budovami ❚ Fig. 10 The size of the Palace in comparison with other buildings in the neighbourhood on the detail of the cadastral plan

12a

Nezvyklá je také rozmanitost půdorysu sloupů, ty se liší od toho, jakou polohu v konstrukci mají, jaké nesou zatížení. Jiné měly sloupy nesoucí zatížení jeřábové dráhy Velké dvorany, jiné sloupy v Malé dvoraně (které mají menší únosnost), lišily se i sloupy v rámci jednoho křídla. Bylo to od 600 × 1 050 mm až po 600 × 650 mm v přízemí. Směrem vzhůru se sloupy stávaly ještě subtilnějšími, v posledním podlaží byly některé sloupy jen 500 × 500 mm. Je škoda, že při rekonstrukci po požáru tato subtilnost nemohla být zachována. Na dobu svého vzniku, na to, že šlo o první takto rozměrnou stavbu s ryze železobetonovou konstrukcí, to byl nejen architektonicky, ale stejně tak staticky ojedinělý jev. POŽÁR

Budova bývalých Pražských vzorkových veletrhů v Holešovicích vyhořela v srpnu 1974. Přibližně za dva měsíce po požáru byla budova policií a hasiči uvolněna pro zjištění jejího poškození. Příčinou požáru bylo později označeno samo12b

Obr. 11 Prostory budovy po požáru v srpnu roku 1974, poškozené stropní konstrukce a sloupy, hromady suti a popela na podlaze ❚ Fig. 11 The building after the fire in 1974, damaged floor structure and columns, piles of debris and ashes on the floor Obr. 12a, b Nejhorší poškození stropních konstrukcí byla v místech pracovních spár ❚ Fig. 12a, b The worst damage of the floor structures was round the construction joints

16


❚

3/2014


❚

13


vznícení fermeží nasáklých bavlněných čisticích prostředků v šatnách lakýrníků ve čtvrtém nadzemním podlaží. Protože bývalý veletržní palác sloužil v době požáru jako kancelářská budova a dělicí příčky byly ze spalného materiálu, bylo požární zatížení vysoké a požár měl ničivé účinky. Po destrukci oken v horních podlažích došlo v budově ke „komínovému efektu“, a požár se rozšířil na celou budovu. S poškozením tak rozsáhlé budovy požárem nebyly žádné zkušenosti. Poškozená budova má půdorys cca 70 × 135 m, osm nadzemních, střešní nástavbu a dvě podzemní podlaží. Na snímku z katastrální mapy (obr. 10) vynikne ve14

likost Veletržního paláce při porovnání se sousedními budovami. Nosná konstrukce objektu je monolitická, železobetonová. Stropní konstrukce jsou trámové typu „Henebique“, sloupy jsou obdélníkového nebo čtvercového průřezu. Množství požárem zasažených nosných prvků bylo řádově desítky tisíc. Jak vypadaly prostory budovy po požáru je vidět na obr. 11. Poškozené stropní konstrukce a sloupy a hromady suti a popela na podlaze. Nejhorší poškození stropních konstrukcí byla v místech pracovních spár (obr. 12a, b) a v místech dilatací budovy, které byly provedeny jako kloubové spoje (obr. 13). POSOUZENÍ KONSTRUKCE

Posouzením stavu konstrukce bylo pověřeno Ministerstvo stavebnictví, které mělo ve své gesci kromě jiných organizací také Technický a zkušební ústav stavební v Praze a Výzkumný ústav pozemních staveb Praha. Tyto dva ústavy byly mi-

15

Obr. 13 Poškození v místech dilatací budovy, které byly provedeny jako kloubové spoje ❚ Fig. 13 Damaged articulated joints at the building dilatation Obr. 14 Pevnost betonu se zjišťovala většinou jádrovými vývrty, kterých bylo v konečné fázi téměř 150 kusů ❚ Fig. 14 Strength of concrete was tested mostly by cores, almost 150 were executed Obr. 15 Náběh průvlaku s fotografickými deskami, na které se výztuž snímala ❚ Fig. 15 Haunched girder with photographic plates that were recording the reinforcement Obr. 16 V některých částech konstrukce bylo nutno poškozené prvky vybourat, pokud možno bez poškození výztuže, a znovu vybetonovat ❚ Fig. 16 In some parts it was necessary to remove the damaged elements, if possible without damaging the reinforcement, and concrete the elements again

3/2014

❚


17


❚


nisterstvem určeny, aby posoudily stav nosných konstrukcí po požáru a míru jejich poškození. Zároveň Ministerstvo stavebnictví určilo Průmstav Praha, n. p., aby zajistil nejnutnější stavební práce při údržbě budovy. Vstupní informace o budově vypracoval ve velmi krátkém čase Ing. Vladimír Machač, který popsal základní parametry stavby, známé údaje o jejím vzniku a jejím využití a tehdy dostupné informace o intenzitě požáru. Byl to velmi cenný materiál, protože umožnil alespoň rámcovou představu o problematice, kterou je třeba řešit. Na podnět vedení výše uvedených ústavů byla vytvořena pracovní skupina, do které se záhy také zapojili odborníci z pražské stavební fakulty a Stavebního ústavu, nyní Kloknerova ústavu ČVUT v Praze. Předsedou této pracovní skupiny se stal prof. Antonín Jílek, v té době vedoucí Katedry betonových konstrukcí Stavební fakulty ČVUT v Praze. Protože některé části konstrukce byly natolik narušené, že hrozilo jejich zřícení, bylo v prvé řadě nutno takto porušené části zabezpečit, aby budova mohla být vyklizena. Na základě vizuální prohlídky členů komise byly určeny části konstrukcí, které následně pracovníci kladenských dolů zabezpečili dřevěnými podpěrami. Kladenské doly byly přizvány proto, že jejich pracovníci měli zkušenosti s prováděním výdřevy ve ztížených podmínkách. Jedna z prvých a nejdůležitějších otázek, kterou pracovní komise řešila, byla, zda budovu lze opravit, nebo zda bude nutné její odstranění. K provedení podrobnější analýzy podložené statickými výpočty nebylo dost podkladů a ani se nevědělo, jak tyto podklady v krátké době získat. V době realizace budovy nebyly v Československu stavební normy pro navrhování nosných konstrukcí. První československé normy pro návrhy betonových a železobetonových staveb jsou až z roku 1931. Před tímto datem se v Českých zemích používaly předpisy rakouské z roku 1911, které byly, ještě před rokem 1918, částečně změněny. Jaká je pevnost betonu v konstrukci nezasažené požárem a jaká betonářská ocel se používala, bylo možné odhadnout na několika málo prvcích, které nebyly požárem zasaženy. Odhadnout pevnost v požárem zasažených částech konstrukce nebylo bez zkoušek vůbec možné. Člen komise Ing. Jiří Krchov ze Stavebního ústavu navrhl provést posouzení konstrukce jako celku tak, že by se zjistil počet prvků, které by bylo třeba podle odborného odhadu odstranit, a porovnal s počtem prvků, které by bylo možno ponechat, nebo jednoduše opravit. Členové komise byli poučeni a na vybraných poškozených prvcích bylo demonstrováno, jak postupovat při hodnocení, aby výsledky prohlídek byly pokud možno srovnatelné. Použity byly jednotné formuláře pro záznamy. Členové komise pracovali ve dvojicích a během cca osmi týdnů byl tento průzkum proveden. Výsledek ukázal, že objem konstrukcí, které bude nutno vybourat a nahradit novými není tak vysoký, jak se původně předpokládalo. Komise proto vypracovala zprávu pro Ministerstvo stavebnictví, ve které doporučilo, aby nosné konstrukce byly opraveny a budova se zachovala. S přihlédnutím k tomuto doporučení a možná i k jiným neveřejným okolnostem bylo rozhodnuto budovu zachovat. V roce 1978 byla budova dána pod správu Ministerstva kultury, které ji vyčlenilo pro použití Národní galerie. O P R AVA N O S N É K O N S T R U K C E

Stavoprojekt Liberec byl pověřen vypracováním projektu pro zajištění stability stavby a později byl určen generálním 18

17a

projektantem celé stavby. Část projektantů pracovala přímo na stavbě, což výrazně přispělo ke spolupráci všech zúčastněných. Vlastní práce na obnově nosné konstrukce mohly začít, stále však chyběla stavební firma, která by práce realizovala. Teprve v srpnu roku 1984 nastoupila polská firma Budimex, která měla dostatek pracovníků pro velké množství ruční práce potřebné na očištění a dobetonávky, nyní bychom řekli „reprofilaci“ jednotlivých poškozených prvků. Na základě zkoušek betonu v několika místech a zkušeností byla odhadnuta poměrně nízká pevnost betonu a výztuže s tím, že v případě potřeby se hodnoty zpřesní. Na základě předpokládaného využití jednotlivých prostor se začalo postupně s posuzováním jednotlivých částí stavby. Jako statik přímo na stavbě pracoval Ing. Jan Přikryl a z Liberce velmi často dojížděl Ing. Zdeněk Patrman. Těsná spolupráce projektanta, zkušebního ústavu a stavby byla při rekonstrukci nezbytná, protože ani velmi podrobný stavebně technický průzkum nemohl odhalit všechny okolnosti, které se mohou na stavbě vyskytnut a následně stavbu ohrozit. Zjišťování charakteristik použitých materiálů, tj. pevnosti betonu a výztuže pokračovalo paralelně s projektováním oprav a jejich realizací. Pevnost betonu se zjišťovala většinou jádrovými vývrty (obr. 14), kterých bylo v konečné fázi téměř 150


❚

3/2014


❚


17b

Obr. 17 Veletržní palác v současnosti, a) malá dvorana, b) pohled na nároží paláce z křižovatky Veletržní a Dukelských hrdinů, c) výstavní galerie ❚ Fig. 17 Veletržní Palace now, a) the Lesser Hall, b) view of the corner section of the palace from the crossroad Veletržní street and Dukelských hrdinů street, c) exhibition gallery

kusů, a pevnost betonu kolísala kolem hodnoty odpovídající tehdy používané značce B170. Zkoušky výztuže ukázaly, že se jedná o výztuž v době realizace označovanou jako výztuž „obchodní jakosti“, při rekonstrukci se uvažovaly hodnoty odpovídající výztuži označované 10210. Poloha výztuže a její profil se v případě potřeby zjišťovaly po odsekání krycí vrstvy. Smyková výztuž se v nutných případech stanovila gamagraficky prozářením. Na obr. 15. je náběh průvlaku s fotografickými deskami, na které se výztuž snímala. V některých částech konstrukce bylo nutno poškozené prvky vybourat, pokud možno bez poškození výztuže, a znovu vybetonovat (obr. 16). Tam, kde bylo potřeba zvýšit únosnost, se konstrukce zesilovaly přidáním výztuže a nadbetonováním. Sloupy se zesilovaly opláštěním. V některých případech se u vodorovných konstrukcí prováděla zatěžovací zkouška. Zatěžovalo se vodou, nebo se zesílené prvky vyřízly a převezly do zkušebny, kde se zkoušely až do porušení.

17c

mací autora článku, při stavbě ani v dalším provozu k selhání žádných nosných částí konstrukce. O Veletržním paláci by se toho dalo napsat mnoho. Tak na závěr jen pozvánka na výstavu. Soutěži, stavbě, veletrhům i rekonstrukci je věnována výstava Příběh Veletržního paláce, která bude otevřena do konce léta. Fotografie: 1 až 9 – archiv Národní galerie v Praze, 10 až 16 – Ing. Václav Kučera, CSc., 17a-c – Tomáš Tamchyna Redakce děkuje Národní galerii v Praze a Ing. Václavu Kučerovi, CSc., za laskavé zapůjčení dobových fotografií, diapozitivů a plánů.

doc. Ing. arch. Radomíra Sedláková, CSc. Národní galerie v Praze e-mail: [email protected] www.ngprague.cz

Z ÁV Ě R

Oprava tak rozsáhlé nosné konstrukce byla náročná jak na projektovou činnost, tak na provedení vlastní stavby. I když rozhodnutí o stavu konstrukce byla často opřena pouze o zkušenosti a inženýrský úsudek, nedošlo, podle infor3/2014

❚


Ing. Václav Kučera, CSc. TZÚS, s. p. e-mail: [email protected] www.tzus.cz

19

❚



ROTTERDAMSKÁ GALERIE KUNSTHAL PO REKONSTRUKCI ❚ KUNSTHAL GALLERY IN ROTTERDAM AFTER RECONSTRUCTION Jitka Prokopičová V únoru letošního roku se po sedmiměsíční rekonstrukci, zaměřené na úspornější provoz, lepší využitelnost a větší bezpečnost, otevřela pro veřejnost opět slavná Kunsthal v Rotterdamu. Tato galerie umění postavená v roce 1992 byla prvním významným realizovaným dílem dnes světoznámého architekta Rema Koolhaase a jeho studia OMA.

❚ In

February of this year, after a seven-month reconstruction focusing on more efficient operation, better usability and higher safety, the Kunsthal in Rotterdam was again opened to the public. This famous Art Gallery, built in 1992, was the first major work of the now world-renowned architect Rem Koolhaas and his studio OMA.

1

Po více než dvaceti letech plného provozu rotterdamské galerie Kunsthal (4 miliony návštěvníků a 500 výstav) bylo již potřeba provést údržbu a opravy zaměřené především na úspornější provoz a lepší využitelnost této jedinečné budovy, ale také na lepší zabezpečení vystavovaných objektů. Nutnost rekonstrukce totiž urychlila také událost, která se stala právě v roce dvacátého výročí Kunsthal – a sice skandální krádež sedmi obrazů od Picassa, van Gogha, Moneta a jiných slavných malířů, které se doposud nenašly a některé byly, bohužel, nejspíš zničeny. Co všechno tedy zahrnoval facelifting této novátorské stavby? Především výměnu skleněných výplní a nahrazení dvojitým sklem, nové střešní izolace, instalaci nejmodernější klimatizace a elektronického zabezpečovacího systému, nové úsporné osvětlení a z pohledu návštěvníka i nejviditelnější změnu – částečnou změnu dispozice budovy. Návštěvníci nyní vcházejí do budovy z Muzejního parku a do galerie procházejí kolem restaurace a muzejního obchodu. „Tím se podařilo lépe začlenit tyto společenské prostory do celkového chodu galerie a zlepšila se logistika pro návštěvníky. Galerie se tak stala mnohem živější“, vysvětlila Ellen van Loon ze studia OMA, která rekonstrukci projektovala. 20

V mezipatře s průhledem do auditoria, restaurace i parku, kde byl původně obchod a hory knih bránily ve výhledu, bude nyní dětský koutek. Původní vchod s napojením na auditorium zůstal zachován, ale bude sloužit pro různé společenské akce, kdy bude možné oddělit výstavní část od auditoria a restaurace při zachování původního obvodu návštěvních cest. Prostory se tak budou moci pronajímat pro různé privátní akce, což jistě přispěje k dalším příjmům do rozpočtu. Z důvodu nižší energetické náročnosti byly na některých místech instalovány posuvné stěny a skleněné dveře bránící úniku tepla. Těmito úpravami se má dosáhnout snížení spotřeby energie až o jednu třetinu. V restauraci byl zbudován nový betonový bar. Jinak ale zůstalo vše zachováno, především skleněná fasáda, která činí budovu tak jasnou a světlou a která bořila i tehdejší představy, že výstavní prostory mají být uzavřené. Sály a auditorium zůstaly netknuté a zachovány v perfektním stavu jsou i původní plastové židle od firmy Gispen, které tak názorně ukazují, jak je možné krásně kombinovat beton, plast i jiné materiály. Levné industriální materiály buď zůstaly nebo byly nahrazeny podobnými, zrovna jako roštové podlahy mezi patry v postranních galeriích, které jako

někde v továrně umožňují průhled mezi patry, ale zároveň jsou pastí na vysoké podpatky. K U N S T H A L N O VÁT O R S K Á I D I S K U T O VA N Á

Kunsthal je jednou z nejznámějších, nejobdivovanějších, ale také nejdiskutovanějších staveb devadesátých let v Nizozemsku. Tato novátorská, ale kontroverzní stavba vzbuzovala od samého začátku emoce. Někteří ji milují, jiní kritizují. Když se v roce 1992 otevřela, překvapila návštěvníky svým konceptem i provedením. Svažující se podlahy a šikmé betonové sloupy, které záměrně narušují pravoúhlý koncept, kontrastující kombinace drahých i zcela laciných materiálů, které se do té doby zdály nekombinovatelné, šikmá rampa napříč budovou – to vše bylo v té době nové a šokující. Kunsthal bořila pravidla i tradice v architektuře, byla novátorská svým konceptem i provedením, výjimečná svojí funkcí i atmosférou. Ve své době byla nejen významnou součástí progresivního urbanismu Rotterdamu, ale měla i velký vliv na světovou architekturu. Kunsthal není galerií se stálou expozicí, byla postavena pro účely přechodných výstav umění a designu. Má několik výstavních sálů, ale žádný depozitář. Z venku celkem jednoduchá bu-


❚

3/2014


❚


2a

2b

1 2

5 1 2

7

3 8

4 9 6

3 Obr. 1 Galerie Kunsthal, průčelí budovy, pohled z Westzeedijk, z vnějšího pohledu se po rekonstrukci nic nezměnilo ❚ Fig. 1 Kunsthal Gallery, view to the front of the building from Westzeedijk Obr. 2 a) Půdorys 1. NP, b) podélný řez ❚ Fig. 2 a) Layout of the 1st above ground floor, b) longitudinal section Obr. 3 Rekonstrukce přízemí v místě, kde je nyní nový vchod a pokladny ❚ Fig. 3 Reconstruction of the ground floor where now the new entrance and ticket office are located

dova je uvnitř překvapivě členitá a její dispozice záměrně působí jako nekonečná pravoúhlá spirála. Kunsthal zahrnuje přes 3 000 m2 výstavních prostor ve třech sálech a postranních galeriích, auditorium, restauraci a obchod. Budova galerie je postavena na jižní straně Muzejního parku, který také navrhl Rem Koolhaas ve spolupráci s Petrou Blaisse a francouzským architektem Yves Brunierem. V sousedství se nachází Národní přírodovědné muzeum a naproti přes park stojí Nizozemský institut pro architekturu NAI a Muzeum Boijmans Van Beuningen. Jižní část stavby se zakusuje do vyvýšeného valu (dijk) s názvem Westzeedijk, po kterém vede frekven3/2014

❚

tovaná vozovka. Od Westzeedijk vypadá Kunsthal velmi nenápadně, protože je vidět prakticky jenom její druhé patro. Samotná budova se čtvercovým půdorysem 60 × 60 m je tak trochu jako dopravní systém: v jedné třetině ji od severu na jih přetíná rampa pro pěší, z které je i vstup do budovy, od východu na západ zase prochází pod budovou místní komunikace. Severojižní rampa slouží jako most, který vyrovnává převýšení 5 m od Westzeedijk k Muzejnímu parku. Obě cesty – rampa i vozovka pod galerií – ji tak v jedné třetině rozdělují na čtyři části. KONSTRUKCE A PROVEDENÍ BUDOVY

Ve východní 35 m široké části budovy jsou nad sebou dva velké výstavní prostory a v západní části o šířce 15 m se nachází vstup, restaurace a nad ní auditorium (obr. 2a, b). Obě výstavní haly jsou poměrně rozdílné. Sál č. 1 v přízemí má černě natřenou betonovou podlahu a černý strop, který podpírají čtyři velké sloupy v podobě kmenů obrovských stromů. Architekt chtěl původně použít opravdové stromy, ale v konečném provedení jsou sloupy ocelové, obložené dřevem a kůrou, takže vypadají jako skutečné kmeny. Sloupy nestojí symetricky, ale nahodile v prostoru. Nepravidelné


rozložení sloupů způsobilo vyšší napětí v ocelových nosnících, což by vedlo k zvětšení jejich průřezu, a tím i jejich konstrukční výšky. Aby se výška dodržela, byly použity železobetonové nosníky. Sál č. 2, do kterého se vstupuje z horní části auditoria, je naopak bez podpůrných sloupů, s průhledným stropem a skleněnou fasádou směrem do ulice, takže zvenku vypadá a vlastně i slouží jako výkladní skříň. Konstrukce tohoto sálu sestává z vazníků, na kterých je zavěšen strop. Vedle obou velkých sálů jsou umístěny úzké galerie s podlahou z ocelových roštů a točitými schody, které patra propojují. Malý sál č. 3 nad auditoriem, do kterého vedou podél střešní terasy jezdecké schody z leštěného betonu, je uzavřeným prostorem se zajímavým prvkem – šikmými betonovými sloupy, které procházejí z auditoria. Stejně jako restaurace pod auditoriem je i tento sál postaven z betonu se stropní konstrukcí z ocelových nosníků. Fasádu budovy tvoří skleněné stěny kombinované s travertinem a betonem. Nad budovou se tyčí věž, v které jsou umístěny technické instalace a která také slouží jako z dálky dobře viditelná reklamní plocha nesoucí logo galerie a informace o výstavách. 21


❚


Obr. 4 Návštěvníci nyní vcházejí do galerie kolem muzejního obchodu a restaurace ❚ Fig. 4 Today the visitors enter the gallery past the museum shop and ticket office Obr. 5 Z horní části auditoria vedou schody z leštěného betonu do malé uzavřené galerie, mezi auditorium a schody byla doplněna skleněná stěna a posuvné dveře zabraňující úniku tepla ❚ Fig. 5 From the top of the auditorium the staircase from polished concrete lead into a small closed gallery, between the auditorium and stairs, a glass wall and sliding door has been installed which prevents heat leakage

D Y N A M I Č N O S T S TAV B Y JE KLÍČEM K JEJÍ POPULARITĚ

Revolučnost této železobetonové stavby, na které Koolhaas spolupracoval se známým konstruktérem Cecilem Balmondem, je v její dynamice. Není to žádná statická muzejní budova, ale důkaz, že krychlová budova vůbec nemusí být nudná. Každá část má jiné konstrukční řešení a překvapuje svojí originalitou. Kunsthal vybízí návštěvníka, aby se prošel. Logistika návštěvní trasy je jednoduchá i komplikovaná zároveň, chvílemi může připomínat i labyrint, ale návštěvník se rozhodně ne-

ztratí. Dynamičnost a prostor dávají tomuto místu jistého ducha, je příjemné tam být. Snad i proto jsou výstavy v tomto kulturním stánku tak populární. Úspěšnost výstav vypovídá samozřejmě o konceptu a kvalitě ředitelů galerie, ale také o samotném prostoru. Ta budova motivuje. Jenom například loňskou výstavu francouzského módního návrháře Jean Paul Gaultiera shlédlo během tří měsíců na 170 tisíc návštěvníků a zaručilo galerii cenu Artifex 2013 udělovanou každoročně nejlepším kulturním institucím za úspěšné podnikání. Více než dvacetiletá zkušenost ukazu-

je, že tato budova, navzdory mnohým problémům a kritikám, přesvědčila, že funguje a plní svůj účel. O její kvalitě a významu svědčí i to, že byla zařazena mezinárodní asociací architektů mezi tisíc nejvýznamnějších světových staveb minulého století. Oprava byla ovšem na čase. Z AT É K Á N Í – P R O B L É M B U D O V Y O D S A M É H O Z A Č ÁT K U

Kritici vyčítali tomuto projektu, že šikmá venkovní rampa je za deště a mrazu nebezpečně kluzká, že kombinace některých levných materiálů způsobu-

5

22


❚

3/2014


je technické problémy, nedostatečné izolace na betonové střeše jsou příčinou zatékání a že oprava bude stát miliony. To se nakonec ukázalo pravdou. Ačkoliv původní stavba vyšla na pouhých 10 mil Eur, její rekonstrukce stála dalších 6 mil Eur. „Problémy se zatékáním měla budova od samého začátku,“ potvrzuje i Edwin Blom, projektový manažer ze společnosti Dura Vermeer, která prováděla jak původní konstrukci, tak i rekonstrukci stavby. „Několik dodavatelů se snažilo nějak vypořádat hlavně s rampou, aby byla vodotěsná, ale problémy s vodou byly i ve sklepě budovy. Z hlediska stavební fyziky se dá hovořit o několika výzvách při návrhu této stavby,“ dodává Edwin Blom. Proto se také stavební práce při rekonstrukci zaměřily hlavně na opravy zakončení. Rampa byla pokryta cementovou maltou s protismykovou povrchovou úpravou. V části sklepa, kde je nyní šatna, byla provedena injektáž speciálním betonem. Ve výšce schodiště podél střešní terasy byly udělány úpravy na odvádění dešťové vody. Na opravy byly použity vodonepropustné typy betonu. V restauraci byl umístěn nový betonový bar, který postavila společnost Dura Vermeer Bouw Heyma podle návrhu architekta Kolhaase. Aby se dostá-

❚

Obr. 6 Detail v auditoriu, architekt Koolhaas kombinoval různé materiály, které se do té doby zdály nekombinovatelné ❚ Fig. 6 Detail in the auditorium, Koolhaas has combined different materials that until then seemed not to be possible to use together


Obr. 7 Auditorium, názorný příklad kombinace betonu s jinými materiály, původní plastové židle Gispen zůstaly v perfektním stavu, v dřevěné podlaze hlediště je zabudováno osvětlení ❚ Fig. 7 The auditorium is an illustrative example how concrete can be very well combined with another material, former Gispen plastic chairs have remained in perfect state, lightning is installed in the wooden floor of the auditorium

7

3/2014

❚


23


❚


Obr. 8 Fasáda Kunsthal z východní části Muzejního parku ❚ Fig. 8 View to the façade of the Kunsthal from the east side of the Museum Park

Fotografie: 1 – Jitka Prokopičová, 3 – Dura Vermeer, 4 – Osip van Duivenbode, OMA, 5, 6, 8 – Richard Seymour, OMA, 7 – Michel van der Kar, OMA

Zadavatel Architektonický návrh Projekt Investor a dodavatel Interiér Cena rekonstrukce

lo estetickým a funkčním požadavkům architektonické kanceláře OMA, musely se zbudovat dodatečné základy, které unesou tíhu nového baru. Pro financování rekonstrukce bylo vytvořeno konsorcium složené z majitele budovy, kterým je město Rotterdam, energetické společnosti Eneco, společnosti Roodenburg Installatie zajišťující elektrotechnické a tepelné instalace a stavební firmy Dura Vermeer. Společnost Eneco například investovala do rekonstrukce 1,5 mil Eur, které se jí vrátí úsporami na energii.

Z ÁV Ě R

Galerie Kunsthal vstoupila do nové sezóny opravená a vylepšená. Ačkoliv někteří kritici vyčítali architektu Koolhaasovi, že při projektování budovy myslel více na krásu a originalitu než na praktičnost, úspěšná rekonstrukce Kunsthal ukázala, že je možné tuto ikonickou stavbu nenásilnými úpravami přetvořit, aby splňovala současná kritéria. Jak uvedla Ellen van Loon z OMA: „Budova dostala jistý upgrade, aby lépe odpovídala dnešním přísným požadavkům na provoz a bezpečnost, ale

město Rotterdam studio OMA, Rotterdam, Rem Koolhaas, Ellen van Loon, Michel van de Kar, Alex de Jong Theo Wullfraat & Partners konsorcium: Eneco, Dura Vermeer, Roodenburg Installatiebedrijf Coors Interieurbouw 6,3 milionu Eur

její koncept a poslání kulturního stánku zůstalo nezměněno, naopak se ještě posílilo.“ Ne náhodou bude Kunsthal hlavním místem Mezinárodního bienále architektury IABR 2014, které se koná v Rotterdamu od konce května do konce srpna letošního roku. Lepší místo pro tuto akci si pořadatelé snad ani nemohli vybrat. Jitka Prokopičová e-mail: jitka.prokopicova@ hotmail.com autorka žije v Holandsku

MAURITSHUIS V HAAGU OPĚT OTEVŘEN – REKONSTRUOVANÝ A ROZŠÍŘENÝ Po loňském znovuotevření Rijksmusea v Amsterodamu se letos představuje v nové podobě další významné nizozemské muzeum. Královská galerie Mauritshuis, jedno z nejznámějších a nejnavštěvovanějších holandských muzeí, byla během dvou let zrenovována a její návštěvní plocha se zdvojnásobila. Díky propojení s vedlejším domem Plein 26 vzniklo rozsáhlé podzemní foyer s částečně prosklenou střechou a novým vchodem. Zatímco historická klasicistní budova Mauritshuis ze 17. století bude dál sloužit jako stálá expozice starých mistrů, ve vedlejší budově postavené v roce 1930 ve stylu Art Deco je nyní dostatek prostoru pro přechodné výsta24

vy, muzejní obchod, knihovnu, kavárnu, kanceláře i auditorium. Při budování podzemního foyer byly použity vyspělé a vyzkoušené technologie. Aby se předešlo možným rizikům, přistupovalo se k různým částem stavby odděleně. Celý projekt podle návrhu Hans van Heejswik Architecten a s rozpočtem 22 mil Eur byl dokončen v plánovaném termínu a je ukázkou špičkové práce architektů, konstruktérů a stavbařů, kteří pracovali v neleh-

kých a stísněných podmínkách uprostřed historického centra města. Nově zrekonstruované muzeum se otevře veřejnosti 27. června, kdy se v Nizozemsku slaví den stavbařů a první přechodnou výstavou bude samozřejmě ta o muzeu a jeho rekonstrukci.

(V některém z příštích čísel přineseme bližší podrobnosti o této unikátní rekonstrukci, pozn. redakce.)


❚

3/2014


❚


14|15 BAŤŮV INSTITUT VE ZLÍNĚ – KONVERZE BUDOV 14 A 15 ❚ 14|15 BATA INSTITUTION IN ZLÍN – CONVERSION OF BUILDINGS 14 AND 15

1

Juraj Sonlajtner, Jakub Obůrka, Radim Hejný Ve zlínském výrobním areálu Baťovy továrny byla v loňském roce dokončena rekonstruk-

institut“ nové sídlo kulturní instituce Zlínského kraje – Krajská galerie výtvarných umění, Muzeum jihovýchodní Moravy a Krajská knihovna Františka Bartoše.

Obr. 1 14|15 Baťův institut, dva původní zrekonstruované objekty s železobetonovou vestavbou platformy ❚ Fig. 1 14|15 Bata institution, two original objects, now reconstructed, with in-built reinforced concrete platform

ce a konverze dvou objektů, které jsou nyní sídlem tří kulturních institucí – muzea, galerie a knihovny.

❚ Last year reconstruction

and conversion of two objects was concluded within the production premises of the Bata manufacture. They now house three cultural institutions – a museum, gallery and a library.

Výrobní areál původní Baťovy továrny ve Zlíně je jedním z největších skvostů české industriální architektury. Jednotlivé budovy jsou v současnosti postupně rekonstruovány a celý areál získává novou tvář. V roce 2009 proběhla architektonická soutěž na rekonstrukci a konverzi dvou budov č. 14 a č. 15 postavených v letech 1948 až 1949 podle návrhu Jiřího Voženílka. Rekonstrukce začala v roce 2011 a byla dokončena v srpnu 2013. V opravených budovách našly pod souhrnným názvem „14|15 Baťův 3/2014

❚

ARCHITEKTONICKÉ ŘEŠENÍ

Navržený koncept reaguje na nutnost významového propojení dvou domů a tří funkcí v jednu identitu a prostorovou potřebu dostavby skladu knih (obr. 3). Sklad knih je nedostupným depozitářem, tajemstvím a srdcem kompozice. Vstupní platforma – otevřené nádvoří vytvořené horizontální hmotou skladové budovy dává prostoru mezi budovami nový účel a novou proporci. Je navržena nejen jako vstupní prostranství kulturního centra, ale zároveň jako místo mnoha tváří a mnoha účelů. Venkovní výstavní plocha pro sochy, multimediální prostorové instalace, koncerty a jiné kulturní akce, je rovněž nově vytvořeným veřejným místem v organismu města. Plocha bude jevištěm a spojnicí objektu s městem. Původní tovární objekty jsou ucele-


ným architektonickým dílem mimořádné kvality, zejména v kontextu se soudobou tvarově přebujelou architekturou vynikají racionálním řádem a výrazovým klidem. Na dobových fotografiích pořízených čerstvě po výstavbě, kdy nebyl objekt ověšen vedením vzduchotechniky či plakáty, působí takřka palácovým dojmem. Právě tento majestátně klidný výraz je vhodný pro instituce, které zde nově našly svá sídla, a jeho oživení bylo záměrem návrhu. Hmota skladu byla navržena jako jednopodlažní platforma, která obě stávající budovy spojuje a vytváří mezi nimi veřejné prostranství. Tato konfigurace hmot je v souladu s původním hmotovým uspořádáním a zároveň vytváří nový výrazný prostor. Platforma je provedena z pohledového betonu, čímž je viditelně přiznána nová část. Klidné ne25


❚


2

3a

3e

dramatické pojetí platformy přenáší pozornost na původní stavby. Do bývalých továrních budov bylo zasaženo co možná nejméně. Provozní uspořádání volně navazuje na původní osovou geometrii stavby. Základem dispozičního schématu je osa tvořená výtahovými věžemi, v kterých jsou umístěna hlavní komunikační jádra obou domů. Oproti původnímu schématu továrny se tak dostává do centra dispozice tok lidí a knih místo výrobků a materiálu. Vstupní podlaží budovy č. 14 (galerie a muzeum) protíná pěší osa, která zpřístupňuje veřejnou platformu a vstupní halu budovy č. 15 (knihovna) s ulicí – budoucí hlavní osou areálu. Platforma je dále přístupná pomocí ramp a schodišť na východní i západní straně. Jednotlivé funkce jsou z pohledu intenzity aktivit veřejnosti rozmístěny asymetricky. Muzeum a galerie jsou klidnější, v knihovně (ve vstupním podlaží) jsou soustředěny rušnější funkce. Obě budovy jsou stavebně samostatnými oddělenými objekty, avšak umístěním funkcí se doplňují a vytvářejí jeden celek. 4

Stejně jako venkovní architektonický výraz je unikátní, tak i vnitřní prostory továrních budov jsou velkolepé. Zachování jejich působivosti je jedním z hlavních principů utváření dispozic. Koncová pole skeletu zůstávají vyhrazena, tak jako v původním konceptu továren, pro hygienické zázemí a další servisní funkce. Stropní desky a schodiště mezipater v koncových polích jsou v návrhu vzhledem k nevyhovující světlé výšce odstraněny. Zůstávají pouze ve dvou podlažích v budově 14, která slouží k výstavním účelům, a stávají se součástí expozice. Původní koncová schodiště zůstávají zachována, netvoří však už hlavní vertikální komunikace, ale slouží jako požární úniková schodiště a jako vedlejší spojnice mezi některými podlažími. PŮVODNÍ BUDOVY Č. 14 A 15

Budova č. 14 je má sedm nadzemních a jedno podzemní podlaží, poslední dvě podlaží jsou původní nástavby. Budova č. 15 má šest nadzemních a jedno podzemní podlaží, poslední podlaží je původní nástavba. Základové podmínky u obou budov byly složité, nicméně hodnoty únos-

ností základových zemin byly vyšší, než se původně předpokládalo. Základová konstrukce je tvořena jehlanovými patkami o půdorysných rozměrech 3,9 × 3,9 m, které jsou umístěny pod vnitřními sloupy. Patky pod obvodovými sloupy mají rozměr 2,5 × 2,5 m. Koncové úseky budov jsou založeny na železobetonové základové desce tloušťky 900 mm. Původní základové konstrukce nemusely být sanovány. Nové ocelové vestavby – ocelové rámy pro vynesení schodiště a výtahových šachet v původních přístavcích jsou založeny na železobetonové desce podporované pilotami. Nosnou konstrukci původních objektů č. 14 a 15 tvoří železobetonový monolitický skelet. Jedná se o systém železobetonových sloupů s modulací 6,15 m podélně vedených ve třech traktech. Staticky se jedná o rámovou konstruk-

5

26


❚

3/2014

SANACE A REKONSTRUKCE 3b

❚


3c

3d

3e

ci o třech polích a pěti podlažích. Další dvě, resp. jedno podlaží jsou přístavby na podstatně menším půdorysu stavby. Objekty jsou v podélném směru rozděleny na tři dilatační celky délky 30,75 m. Dilatace jsou řešeny zdvojením sloupů a trámů v stropních konstrukcích. Sloupy jsou převážně kruhové o průměru 650 mm v 1. a 2. NP pro vnitřní sloupy a o průměru 500 mm pro obvodové sloupy a vnitřní sloupy 3. až 5. NP. V místě dilatací jsou sloupy půlkruhové/půloválné. V koncových úsecích budovy jsou sloupy kruhové o průměru 500 mm. Sloupy jsou na úrovni pod stropní deskou svázány horizontálním systémem železobetonových průvlaků orientovaných podélně a trámů orientovaných příčně. Stropní konstrukce je tvořena železobetonovou deskou tloušťky 60 mm spřaženou na železobetonovém trámovém roštu. Parapety jsou vyzděny z plných cihel s meziokenním zděným pilířkem a roznášecí železobetonovou parapetní deskou mezi betonovými sloupy a zděnými sloupky. Ve středním dilatačním celku se nachází přístavky, které sloužily jako ko6

3/2014

munikační jádra. Přístavky byly zbourány. Jejich obvodové konstrukce byly znovu vystavěny a uvnitř byla zhotovena nová ocelová komunikační jádra. VÝSLEDKY PRŮZKUMU KONSTRUKCÍ A POSOUZENÍ

Z dostupných podkladů, stavebně technického průzkumu konstrukce budovy a statického posouzení před zahájením rekonstrukce a v jejím průběhu vyplynuly následující závěry a požadavky: • byla zjištěna nižší pevnost betonu oproti původnímu projektu: - budova č. 14: stropní konstrukce C9/12,5, sloupy C8/10 (vzorky z 3. NP), - budova č. 15: stropní konstrukce C12/15, sloupy C9/12,5 (vzorky – 3. NP), • zjištěný stav sloupů: - hloubka karbonatace: 1 až 8 mm, průměrná hodnota 3 mm, - tloušťka krycí betonové vrstvy: 5 až 55 mm, s průměrnou hodnotou 30 mm, • zjištěný stav stropní konstrukce: - hloubka karbonatace: 0 až 6 mm, průměrná hodnota 2 mm,

Obr. 2 Fasáda se systémem železobetonových průvlaků a sloupů propsaných na obě strany pláště, s parapetními a meziokenními vyzdívkami z lícových plných cihel ❚ Fig. 2 Façade with a system of reinforced concrete beams and columns traced to both sides of the casing, with exposed bricks round the windowsills and between the windows Obr. 3 a) Půdorys 1. PP, b) půdorys 1. NP, c) půdorys 2. NP, d) půdorys 3. NP, e) příčný řez objektem ❚ Fig. 3 a) Layout of the 1st under ground floor, b) layout of the 1st above ground floor, c) layout of the 2nd above ground floor, d) layout of the 3rd above ground floor, e) cross section of the object Obr. 4 Železobetonový skelet zbavený nevyhovujících částí ❚ Fig. 4 The reinforced concrete frame, with inappropriate parts removed Obr. 5 Zesilování průvlaků a hlavice sloupu ❚ Fig. 5 Strengthening the girders and column head Obr. 6 Zesilování sloupů obetonávkou tloušťky 100 až 150 mm ❚ Fig. 6 Strengthening the columns by round concreting of 100 – 150 mm thickness Obr. 7 Vázání výztuže základové desky platformy ❚ Fig. 7 Binding the reinforcement of the base slab of the platform

7

❚


27


❚

REHABILITATION AND RECONSTRUCTION Obr. 8 Sál Krajské knihovny Františka Bartoše ❚ Fig. 8 Hall of the František Bartoš County library

8

Obr. 9 Garáže pro návštěvníky v budově č. 15 ❚ Fig. 9 Visitors garages in building No 15 Obr. 10 Muzeum jihovýchodní Moravy ❚ Fig. 10 Museum of Southeast Moravia Obr. 11 Krajská galerie výtvarného umění Fig. 11 County art gallery

- tloušťka krycí betonové vrstvy: 10 až 45 mm, průměrná hodnota 24 mm, • při hodnocení provedených sond nebyla evidována žádná výrazná koroze ocelové výztuže, pouze ojedinělý výskyt lokální povrchové koroze, nedošlo k zhoršení pevnostních parametrů betonu hodnocených konstrukcí působením CO2 či jiných agresivních látek, stav železobetonového skeletu byl vyhodnocen jako velmi dobrý, • chyby v původní projektové dokumentaci z roku 1946 – v dolních sloupech méně výztuže než v horních podlažích (ověřeno sondami), • oproti projektu zjištěno menší procento vyztužení jednotlivých prvků konstrukce (ověřeno sondami), • původní konstrukce nebyla navržena a prověřena na zatížení větrem (není uvedeno v původním statickém výpočtu), • v průběhu rekonstrukce byly po odstranění cementových potěrů zjištěny statické trhliny ve stropních deskách prakticky ve všech podlaží obou budov, 9

• nutnost zesílení stropních desek pod

sklady a regály knihovny, kde je požadováno zatížení ≥ 5 kN/m2, • nutnost podchytit základy při předpokládaném zatížení nebo při zřizování suterénů, • nutnost zesílení střechy u teras v souvislosti s uvažovaným shromažďováním lidí. K O N C E P T S TAT I C K É H O Ř E Š E N Í

Návrhová životnost obou objektů již skončila, a proto bylo nutné je navrhnout na novou životnost. Podle normy ČSN EN 1990 patří z hlediska návrhové životnosti do kategorie S4 s předpokládanou návrhovou životností padesát let, z hlediska následků porušení do třídy CC2 a z hlediska spolehlivosti do třídy RC2. Po aplikaci všech architektonických zásahů do objektů následovalo komplexní statické posouzení stávajících objektů a návrh nových prvků konstrukce podle platných norem s reálnými parametry materiálů. Konstrukce byla dle ČSN EN 1991-4 posouzena na zatí-

❚

žení větrem (I. větrová oblast – vb,o = 22,5 m s-1, ve výpočtech uvažovány minimální hodnoty) a dle ČSN EN 1998 na seismicitu (referenční zrychlení základové půdy agR = 0,06 g, ve výpočtech uvažovány minimální hodnoty). N AV R Ž E N Á O PAT Ř E N Í

Navržený nový nosný systém zachovává rámové působení železobetonové konstrukce, dilatace objektu jsou ponechány v původních místech. Do nosného železobetonového skeletu bylo při stavebních úpravách zasahováno z důvodů nedostatečné únosnosti stávajících železobetonových konstrukcí v novém funkčním využití. Vzhledem k nevyhovujícím světlým výškám byly odstraněny stropní desky vestavěných pater – stávající hygienické zázemí budovy č. 15 a částečně i v budově č. 14 (vyjma 2. a 3. NP), v krajních modulech při východní a západní fasádě objektů. Sloupy a průvlaky zůstaly zachovány. Užitné zatížení bylo v prostorách se shromažďováním osob (pro kategorii

10

28


❚

3/2014


❚

REHABILITATION AND RECONSTRUCTION Investor

11

Architektonický návrh Spolupracovníci Generální projektant Projektant

A.D.N.S. production, s. r. o. Centroprojekt group, a. s. Sdružení KKVC Zlín: PSG-International, a. s., Zlínstav, a. s., PSG, a. s., Pozimos, a. s., Vodohospodářské stavby Javorník-CZ, s. r. o., Metrostav, a. s., Strabag, a. s.

Generální dodavatel

Architektonická soutěž Projekt Realizace Náklady

zatížení C3) omezeno provozním opatřením na hodnotu 3 kN/m2, toto omezení umožňuje platná norma. V oblastech s regály se zatížením větším než 5 kN/m2 (prostory knihovních regálů, depozitář galerie, archivy muzea a galerie – cca 20 % stropních desek) bylo navrženo zesílení stropů. Zesílení stropních konstrukcí bylo řešeno zvětšením jednotlivých průřezů přibetonováním k stávajícím prvkům, a to buď jednostranně, nebo oboustranně. V některých místech byla navržena nová stropní deska tloušťky 80 mm uložená na zesílené trámy. V průběhu samotných prací bylo nutné stávající trámy podpírat z důvodu oslabení trámových prvků při odstranění stropních desek. Podlahová vrstva tloušťky 20 mm byla na všech stropních deskách z důvodu odlehčení konstrukce odfrézována, s následným statickým zajištěním odhalených trhlin („sešívání“ a lepení trhlin epoxidovým lepidlem a vlepení ocelových sponek do vyfrézovaných drážek). V místech, kde bylo nutné udělat nové otvory ve stropní konstrukci, byly původní stropy odstraněny a byly zhotoveny nové. Střešní konstrukce byla zesílena. Všechny obvodové průvlaky byly zesíleny přibetonováním na straně interiéru, prvky byly konstrukčně propojeny lepenou výztuží, vnitřní průvlaky v místech vyššího zatížení byly zesíleny obetonováním stávajícího průřezu, uloženy jsou na hlavicích zesilovaných sloupů (obr. 5). Všechny sloupy byly zesíleny obetonávkou tloušťky 100 mm, popř. 150 mm, se zachováním kruhového průřezu pro vnitřní sloupy (obr. 6), ob3/2014

❚

vodové sloupy byly zesíleny obdélníkovými přibetonávkami pouze na straně interiéru. Dilatační sloupy byly sepnuty nerezovými obručemi a před provedením přibetonávek a obetonování byl na stávající prvky nanesen spojovací můstek. Nová komunikační jádra jsou kvůli minimalizaci nákladů na nové zakládání objektů ocelová a se stávajícím objektem jsou propojena vertikálně posuvným kotvením. Z výtahových přístavků zůstaly zachovány pouze obvodové konstrukce a vnitřní konstrukce jsou nové, převážně ocelové. Zděná část přístavku z 80. let 20. století v budově č. 14 byla zrušena a postavena znovu. Nejvýraznější zásah do nosné konstrukce byl proveden v budově č. 15, kde byl v úrovni -0,9 m vložen nový mezistrop s užitným zatížením 6 kN/m2 a požární odolností R 60 (vzhledem na nedostatek místa a vzdálenosti podpor cca 6 m byl použit ocelobetonový systém slimfloor). Do vzniklého prostoru bylo možné umístit jedno administrativní a jedno parkovací podlaží. Původní vnější okna s jednoduchým zasklením byla z části repasována a tam, kde to bylo nezbytné, byla nahrazena replikami, v původní rastraci a se subtilním rámovím. Vnitřní nová okna s přerušeným tepelným mostem jsou zasklena izolačním dvojsklem. V meziokenním prostoru, který je provětráván, jsou umístěny horizontální rolety. Okna umožňují přirozené provětrávání vnitřních prostor.

Zlínský kraj City Work Ing. arch. MgA Juraj Sonlajtner, Ing. arch. Jakub Obůrka Ing. Aleš Herold, Ing. arch. Jan Mizera, Ing. arch. Nina Pevná

srpen 2009 březen 2010 až srpen 2011 září 2011 až červenec 2013 cca 800 mil. Kč (bez DPH)

nadzemním a jedním podzemním podlažím je založena na základové desce podporované v místech sloupů velkoprůměrovými pilotami (obr. 7). Její nosná konstrukce je železobetonový kombinovaný stěnovo–skeletový systém, obvod konstrukce tvoří železobetonové stěny a vnitřní dispozice je uvolněna ortogonální sítí sloupů. Stropní konstrukce je tvořena železobetonovou deskou uloženou na systému průvlaků a trámů. Z ÁV Ě R

1. května 2013 se slavnostně otevřely dveře muzea a galerie, návštěvníci knihovny však museli počkat až na září. Po desítkách let provizorního umístění na několika místech Zlína má nyní Muzeum jihovýchodní Moravy i Krajská galerie výtvarných umění, která se věnuje především českému a slovenskému výtvarnému umění a architektuře 19. až 21. století, důstojné prostory pro svoje sbírky a mohou tak konkurovat významným evropským kulturním institucím. Ing. arch. MgA Juraj Sonlajtner Ing. arch. Jakub Obůrka e-mail: [email protected] oba: City Work, s. r. o. www.citywork.cz Ing. Radim Hejný Centroprojekt group, a. s. e-mail: [email protected] Fotografie: 1, 2, 8 až 11 – archív 14|15 Baťův

N O VÁ P Ř Í S TAV B A

institut, 4, 5 a 7 – archív společnosti Metrostav,

Nová konstrukce skladu knih s jedním

6 – archív City Work


29


❚


1

REKONSTRUKCE CHLADICÍCH VĚŽÍ V ELEKTRÁRNĚ PRUNÉŘOV II ❚ RECONSTRUCTION OF THE COOLING TOWERS IN PRUNÉŘOV II POWER PLANT Jan Soukup V článku je popsána celková rekonstrukce dvou 120m chladicích věží, která probíhá v rámci komplexní obnovy elektrárny Prunéřov II. ❚ The article describes the overall reconstruction of two 120m tall cooling towers that is carried out within the complete renovation of the Prunéřov II power plant.

V rámci komplexní obnovy elektrárny Prunéřov II, která byla uvedena do provozu v letech 1981 až 1982, jsou modernizovány tři z celkových pěti výrobních bloků. Součástí obnovy elektrárny je rekonstrukce chladicích věží, které se nacházejí v jedné řadě severovýchodně od hlavního výrobního bloku. Věže prošly dílčími rekonstrukcemi v devadesátých letech při tzv. „první vlně ekologizace“ 30

provozu uhelných zdrojů, kdy byly odsířeny elektrárny v severních Čechách, a v současnosti probíhá „druhá vlna“. Cílem probíhající celkové rekonstrukce chladicích věží je dosáhnout soudobého technického stavu za použití nejmodernějších poznatků a technologií dostupných na trhu. Plánovaná životnost díla je čtyřicet let s periodickou údržbou. Předmětem článku je rekonstrukce věží číslo 2 a 3. Technické řešení pro obě chladicí věže je naprosto identické, jediný rozdíl je pouze v úhlu vstupu kouřovodu do chladicích věží. V současné době je rekonstrukce chladicí věže číslo 3 kompletně dokončena, věž je v provozu a práce jsou prováděny na chladicí věži číslo 2. Ta by měla být dokončena a uvedena do provozu v průběhu roku 2014.

D E M O N TÁ Ž N Í A D E M O L I Č N Í PRÁCE

Po odstavení chladicí věže bylo nejdříve přistoupeno k demontáži stávající chladicí technologie. Bloky eliminátorů (zařízení zabraňující vynášení drobných vodních kapek, které s sebou strhává chladicí vzduch proudící v chladicí věži) byly vyneseny ven z chladicí věže, byla provedena jejich repase a příprava pro zpětnou montáž. Ostatní části zařízení chladicí věže, např. potrubí rozvodu oteplené vody, rozstřikovací trysky a bloky chladicího systému, byly demontovány a transportovány k likvidaci. Pro umožnění vjezdu těžkých mechanismů do bazénu ochlazené vody byly před zahájením demoličních prací hydraulickými nůžkami na pásovém podvozku zdemolovány dva podpěrné


❚

3/2014


❚


2

sloupy pláště chladicí věže a v nezbytné míře také stěny bazénu. Následovala demolice původní železobetonové prefabrikované vestavby, ocelových potrubí chladicí vody i zimního ostřiku a původních ocelových stoupacích kanálů. Výsledkem těchto prací byla čistá betonová skořepina chladicí věže s prázdnou nádrží na ochlazenou vodu. NÁDRŽ CHLADICÍ VODY

Původní nádrž chladicí vody o poloměru 53,3 m byla dělená na poloviny s šesti ocelovými stoupacími kanály oteplené vody. Každá část mohla být provozovaná samostatně. Nové řešení koncepce věže pracuje pouze se čtyřmi novými železobetonovými stoupacími kanály čtvercového půdorysu se světlostí 2 500 mm a tloušťce stěn od 750 do 300 mm. Vždy dva kanály jsou zapojeny sériově na jednu větev nového potrubí chladicí vody. Provedení všech stoupacích kanálů je prakticky shodné, vnitřní uspořádání se liší tím, jedná-li se o kanál průběžný či koncový. Ze stávajících možných napojení v armaturních komorách před chladicí věží jsou použity dvě větve přívodního potrubí Ø 2 020 × 10 mm do nádrže chladicí vody a procházejí stěnou nádrže na stejném místě jako doposud. Každá z obou větví potrubí Ø 2 020 × 10 mm je zavedena do jednoho průběžného stoupacího kanálu, z kterého potom pokračují redukovaná přívodní potrubí Ø 1 620 × 10 mm do stoupacích kanálů koncových. Původní betonová deska dna nádrže, která nevyhověla současným normám a požadované únosnosti, byla zdemolována. Pro zajištění jednotného sklonu nové monolitické železobetonové des3/2014

❚

Obr. 1 Sanace vnitřního pláště chladicí věže elektrárny Prunéřov II ❚ Fig. 1 Reconstruction of the inner coat of the cooling tower of Prunéřov II Obr. 2 Výztuž desky dna nádrže chladicí vody s vytaženou výztuží pro patky, do nichž bude osazena nová železobetonová prefabrikovaná vestavba ❚ Fig. 2 Reinforcement of the base slab of the bottom of the cooling water tank with reinforcement for foots drawn out; here the new precast reinforced concrete building-in will be fitted Obr. 3 Sanace vnějšího pláště prováděná z montážní lávky ❚ Fig. 3 Reconstruction of the coat from mounting catwalk 3

ky dna nádrže směrem k odtokovému objektu byl uložen spádový beton vyztužený KARI sítí. Na něj byla položena vodotěsná izolace, která má zároveň separační a kluznou funkci mezi spádovým betonem a deskou dna nádrže. Nová deska dna nádrže má jednotnou tloušťku 200 mm a tvoří nosný podklad pro nově budovanou prefabrikovanou nosnou konstrukci (obr. 2). Na desce byly vybetonovány monolitické železobetonové patky s kalichem pro sloupy nové vestavby. Patky jsou s deskou spojené betonářskou výztuží. SANACE PLÁŠTĚ CHLADICÍ VĚŽE

V rámci generální opravy byla provedena sanace vnitřního a vnějšího pláště chladicí věže, šikmých stojek podpírajících tento plášť, armaturních komor a bazénu ochlazené vody. Práce byly provedeny v souladu s podnikovou normou ČEZ PN 009 [1], která stanovuje podmínky sanace železobetonových konstrukcí chladicích věží v provozovnách ČEZ.


Prvním krokem byla diagnostika skutečného stavu konstrukcí pomocí akustického trasování a označení porušených míst. Následně byly za použití elektropneumatických kladiv poruchy otevřeny a odstraněn zdegradovaný beton. Pro přípravu povrchu stávajícího betonu bylo zvoleno tryskání suchým abrazivem, kterým je zajištěn vhodný kotevní profil na stávajícím betonu a zároveň je případná obnažená výztuž otryskána na stupeň Sa 2 ½. Poté byla aplikována ochrana výztuže na cementové bázi zušlechtěná epoxidem, která zajistí její dlouhodobou pasivační ochranu. Profil konstrukcí byl obnoven za použití reprofilačních materiálů s cementovým pojivem, které byly naneseny ručně nebo za pomocí suchého torkretu. Dalším krokem byla aplikace inhibitoru koroze na povrch železobetonových konstrukcí. Tento přípravek penetruje konstrukcí přes celou krycí vrstvu výztuže a na povrchu výztuže ulpívá a oddaluje vznik koroze a redukuje její rychlost. 31


❚


4a

4b

5

6

Finální fází sanačních prací bylo provedení bariérových nátěrů. Vnitřní strana skořepiny chladicí věže byla opatřena dvou-komponentním nátěrem na epoxidové bázi, který je mechanicky odolný a zajišťuje ochranu konstrukce před pronikáním vlhkosti a karbonatací. Vnější plášť tahového komína byl opatřen nátěrem na akrylátové bázi, který beton chrání, ale umožňuje difuzi vodních par z konstrukce. NOVÝ PROSTUP DO SKOŘEPINY CHLADICÍ VĚŽE

Součástí opravy chladicích věží byla 7a

32

příprava pro zaústění kouřovodů, která spočívala zejména v provedení otvorů o Ø 10,5 m do tahových komínů chladicích věží. Jelikož dodatečné zřízení prostupu ve skořepině pláště chladicí věže typu Iterson 120 m se střednicovou rovinou ve tvaru rotačního hyperboloidu představuje při tloušťce skořepiny v oblasti prostupu 170 až 240 mm velký zásah do nosné funkce skořepiny tahového komína, bylo nutné ověřit její spolehlivost. Statická analýza konstrukce byla provedena pomocí metody konečných prvků na komplexním prostorovém modelu chladicí věže (obr. 7). Statický

návrh úprav pláště a jeho posouzení jsou zpracovány dle ČSN EN 1992-1-1 [2], zatížení větrem bylo stanoveno dle ČSN EN 1991-1-4 [3]. Řešením bylo zesílení skořepiny v okolí otvoru přibetonovaným železobetonovým výztužným prstencem v konstantní šířce 2 800 mm a tloušťce 300 mm. Prstenec byl proveden torkretováním z betonu C30/37 XC3 do připraveného bednění. Vyztužení bylo provedeno z měkké výztuže z oceli 10 505 (R). Statické spolupůsobení přibetonovaného zesilujícího prstence bylo zajištěno příčným předepnutím pomocí 240 kusů

7b


7c

❚

3/2014


❚


8a

8b

9a

9b

předpínacích tyčí o nominálním průměru 32 mm z oceli třídy 950/1050 (obr. 8a, b). N O S N Á P R E FA B R I K O VA N Á V E S TAV B A

Původní železobetonová vestavba byla nahrazena novou prefabrikovanou železobetonovou konstrukcí v rastru 7 x 7 m (obr. 9 až 11). Prefabrikované sloupy byly osazeny do monolitických patek s kalichem a zabetonovány. Sloupy nesou dvě úrovně předpjatých prefabrikovaných železobetonových průvlaků jako podpěry pro systémové trámky. První úroveň systémových trámků je na kótě +11,62 m a tyto trámky nesou bloky chladicí výplně. Druhá úroveň trámků je na kótě +15,47 m a je určena pro nesení konstrukce eliminátorů a eliminátorů samotných. Do nosné prefabrikované vestavby je včleněn systém hlavní distribuce oteplené vody. Sloupy vynášejí prefabrikované žlaby o šířce 1 530 mm vycházející ze stoupacích kanálů, do jejichž stěn jsou zaústěny potrubní větve rozvodu vody. Prefabrikovaná konstrukce je kombinací betonových prvků s měkkou výztuží (sloupy) a předpjatou výztuží (průvlaky a trámky). Je u nich dosažena odolnost konstrukce na úrovni XA2, 3/2014

❚

zejména z důvodu obsahu síranových solí v chladicí vodě. U prvků s měkkou výztuží toho je dosaženo recepturou betonu a potřebnými aditivy a u prvků předpjatých dodatečným epoxidovým nátěrem, shodným s nátěrovým systémem pro vnitřní plášť chladicí věže. CHLADICÍ TECHNOLOGIE

Na ocelové nerezové nosné konstrukci, uložené na první úrovni systémových trámků, jsou osazeny dvě vrstvy PVC bloků chladicí výplně typu REKO 20, s mírně nakloněným svislým kanálem. Výška chladicí výplně je celkově 1 m. Nad nimi je namontováno provozní PVC potrubí rozvodu oteplené vody, které je podepřeno závěsy z nerezové oceli třídy ČSN 17240 a zaústěno do hlavních distribučních žlabů. Do potrubí je našroubováno celkem 7 800 trysek REKO 01 zavodňujících chladicí systém. Na druhé úrovni systémových trámků je uložena nosná konstrukce eliminátorů (část repasovaných, část nových typu AOK-REKO). Je z kompozitu, z kterého jsou i revizní lávky a zábradlí. V zimním provozu bude chladicí věž chráněna zimním ostřikem.

Obr. 4 a) Stav železobetonového pláště chladicí věže po provedení hrubého předčištění, b) detail ❚ Fig. 4 a) Reinforced concrete coat of the cooling tower after rough pre-cleaning, b) detail Obr. 5 Kontrola provedení přípravy podkladu před aplikací následných vrstev ❚ Fig. 5 Checking the realized preparation of the base coat before applying more layers Obr. 6 Měření tloušťky provedeného nátěru na vnitřním plášti chladicí věže ❚ Fig. 6 Measuring the thickness of the lack layer on the inner coat of the cooling tower Obr. 7 Výpočtové modely chladicí věže: a) celkové schema, b) zatížení větrem, c) stálé zatížení ❚ Fig. 7 Calculation models of the cooling tower: a) overall scheme, b) wind load, c) permanent load Obr. 8 a) Dokončený nový prostup pro zaústění kouřovodu (vnitřní průměr 10,5 m), zesílený železobetonovým výztužným prstencem a předepnutý příčnými předpínacími tyčemi, b) po zaústění kouřovodu ❚ Fig. 8 a) Finished new recess for flue gas ducting entrance (inner diameter 10.5 m), strengthened by reinforced concrete ring and pre-stressed by crossbars, b) after fitting the gas ducting entrance Obr. 9 Nová železobetonová prefabrikovaná vestavba, a) výpočtový model, b) montáž ❚ Fig. 9 New reinforced concrete precast building-in, a) calculation model, b) mounting

Z ÁV Ě R

Pozitivní výsledky testů a zkoušek dokončené chladicí věže číslo 3 v rámci jejího uvádění do provozu jsou dů-


33

❚



10

11 12

kazem, že zvolené projektové řešení opravy bylo správné. Výsledkem celkové rekonstrukce je moderní technologické zařízení splňující nejnáročnější požadavky na výkon a kvalitu provedených prací.

Obr. 11 Pohled z prostoru nádrže ochlazené vody na dokončenou chladicí věž před uvedením do provozu ❚ Fig. 11 View from the cooled water tank to the finished cooling tower before putting in operation

Ing. Jan Soukup Reko Praha, a. s. Českobrodská 36/816

Obr. 12 Pohled na chladicí technologii věže po jejím dokončení, v popředí je možné vidět pochozí lávky umístěné na rozvodné žlaby oteplené vody a ve střední části snímku kompozitní konstrukci eliminátorů a eliminátory samotné ❚ Fig. 12 View to the cooling tower after finishing, in the front catwalks on distribution channels of the heated water, in the middle there is a composite eliminator construction and the eliminators themselves

190 00 Praha 9 tel.: 266 310 661 www.reko-praha.cz

Investor Projekt Realizace Termín dokončení

Obr. 10 Pohled na novou desku dna chladicí věže, zaústění přívodního potrubí do průběžného stoupacího kanálu oteplené vody ❚ Fig. 10 View to the new slab at the bottom of the cooling tower, entrance of the piping into the running heated water canal

ČEZ, a. s. Reko Praha, a. s. Reko Praha, a. s. věž č. 2: červenec 2013 věž č. 3: plánováno na červen 2014 13

Literatura: [1] ČEZ PN 009 Technické podmínky pro přípravu a kontroly oprav železobetonových konstrukcí ve výrobnách ČEZ, a. s., – chladicí věže a komíny, první znění 1996 [2] ČSN EN 1992-1-1 Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí – Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby, ČNI, 2006 [3] ČSN EN 1991-1-4 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 1-4: Obecná zatížení – Zatížení větrem, ČNI, 2011

Obr. 13 Vnější plášť chladicí věže po dokončení, se zaústěným kouřovodem ❚ Fig. 13 Outer coat of the cooling tower after finishing, with the flue gas ducting

34


❚

3/2014

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

❚

MATERIALS AND TECHNOLOGY

DIAGNOSTIKA PORÚCH CESTNÝCH BETÓNOVÝCH TUNELOV DIAGNOSTICS OF DEFECTS IN CONCRETE ROAD TUNNELS Ján Kucharík V rámci

výstavby

diaľničnej

siete

boli

na Slovensku vybudované štyri tunely. Jedná sa o špecifické konštrukcie z hľadiska namáhania ako aj polohy. K špecifikám patrí aj prostredie ktoré bolo analyzované, nakoľko predstavuje významný degradačný vplyv na betónovú konštrukcii ostenia tunelov. Na niektorých tuneloch sa vyskytli poruchy spôsobené aj technologickými nedostatkami. V článku sú popísane jednotlivé zistené poruchy, spôsob ich zisťovania a sledovania ako aj výsledky diagnostiky, vykonanej v tuneloch Horelica a Branisko. Závery diagnostiky obsahujú odporúčania pre navrhovanie, zhotovovanie a pre manuál údržby tunelov.

❚ Four tunnels were built

for the speedway network in Slovakia. All of them are specific structures from the pressure and location point of view. Environment was analysed to see how significant its impact on concrete lining structure. In some tunnels failures occurred caused also by technological imperfections. The article describes individual failures detected, how they were determined and monitored, as well as result of diagnostics carried out in the tunnels Horelica and Branisko. Conclusion drawn from these results include recommendations for design, realization and maintenance of tunnels.

Cestné betónové tunely sú náročné inžinierske diela a s ich výstavbou na Slovensku neboli väčšie skúsenosti. S rozširovaním diaľničnej siete vznikla potreba realizácie takýchto objektov. Priekopníckym činom bola výstavba diaľničných tunelov Branisko a Horelica, na ktoré nadviazali stavby tunelov Sitina a Bôrik. Tieto tunely sú dnes v prevádzke a predstavujú objekty s vysokým dopravným zaťažením. Na sekundárnom tunelovom ostení zo železobetónu i prostého betónu bolo zaregistrovaných viacero porúch. Mnohé sú svojim charakterom osobité, dané skutočnosťou, že tunel ako podzemný objekt má špecifické zaťaženie a namáhanie, osobitý postup výstavby a doprava sa uskutočňuje v relatívne uzavretom priestore.

tenia, šírky od 0,05 do 1 mm (obr. 1). Pre rozhodnutie o spôsobe sanácie bolo dôležité vykonané monitorovanie aktivity trhlín. Merania, ktoré vykonali pracovníci KBKM SF STÚ Bratislava, potvrdili stabilizovaný stav trhlín. Medzi zainteresovanými odborníkmi platí názor, že vznikli následkom pôsobenia hydratačného tepla a objemových zmien betónu s prispením pôsobenia vlastnej tiaže. Tento názor podporujú aj parametre trhlín (smer a hustota). Nie sú teda prejavom nedostatočnej únosnosti tohto betónového prvku. Ich výskyt je považovaný za nežiaduci z hľadiska trvanlivosti objektu. Pri budovaní tunelov nebol problém s dosiahnutím požadovanej pevnosti betónu. Ako problémový parameter sa ukázala štruktúra povrchových vrstiev, od ktorej závisí priepustnosť betónu voči kvapalinám a plynom. Pri vizuálnej kontrole boli v niektorých miestach na povrchu betónu zistené kaverny a pri podrobnejšom prieskume nadmerný výskyt pórov v povrchovej betónovej vrstve. Výskyt takýchto porúch má zásadný vplyv na životnosť tunela, nakoľko ovplyvňuje vznik a rozvoj korózie výstuže. PÔSOBENIE AGRESÍVNYCH L ÁT O K N A B E T Ó N T U N E L A

Je všeobecne známym faktom, že betón tunela je vystavený zvýšeným atakom zo strany dopravného priestoru. Obr. 1 Trhliny v ostení tunela Horelica ❚ Fig. 1 Cracks in lining in the Horelica tunnel

V roku 2009 bolo uskutočnené meranie kvality prostredia v tuneli Horelica [1]. Analyzované bolo ovzdušie a kondenzát stečený z ostenia tunela v mesiaci máj. Výsledky maximálnych hodinových hodnôt sú v tab. 1. Na betón tunelového ostenia pôsobia koncentrované výfukové plyny, kondenzát a v zimných mesiacoch rozmrazovacie soli. Výfukové plyny obsahujú oxid uhličitý, ktorý spôsobuje karbonatizáciu betónu. Jej prejavom je zníženie pH, a tým zníženie alkalickej ochrany proti vzniku korózie výstuže. Rozmrazovacie soli obsahujú zmes chloridov, ktoré prenikajú do povrchových vrstiev betónu v spodnej časti ostenia, spôsobujú degradáciu betónu a vytvárajú prostredie, priaznivé pre vznik korózie výstuže. Napriek skutočnosti, že vo vnútri tunela sa posypové rozmrazovacie soli nemajú aplikovať, slaná voda sa dostáva do tunela na kolesách áut a je rozstrekovaná hlavne na steny sekundárneho ostenia do výšky cca 1 m. Betóny v tejto úrovni sú preto vystavené priamemu pôsobeniu agresívnych kvapalných látok. Slaný roztok preniká do vnútra povrchovej vrstvy betónu a uvoľnené chloridové ióny spôsobujú degradáciu povrchových vrstiev betónu. Reagujú s betonárskou výstužou a spôsobujú koróziu, ktorej priebeh je rýchlejší ako pri korózii od účinkov vlhkosti.

1

PORUCHY V BETÓNOVOM SEKUNDÁRNOM OSTENÍ

V tuneloch Horelica a Branisko boli zaregistrované zvislé trhliny v približne v strede 10m blokov sekundárneho ostenia do výšky cca 4 m od päty os3/2014

❚


❚

35

Tab. 1 Výsledky merania kvality ovzdušia tunela Horelica ❚ Tab. 1 Results of measurements of the air pollution in the Horelica tunnel

vzorka ovzdušie

kondenzát

stanovenie CO [μg/m3] NO [μg/m3] NOX [μg/m3] CO2 [ppm] dusičnany [mg/l] chloridy [mg/l] sírany [mg/l]

hodnota 2 095 2 600 2 903 662 1,16 1,76 21

D I A G N O S T I K A S TAV U V Ý S T U Ž E A K RY C E J B E T Ó N O V E J V R S T V Y SEKUNDÁRNEHO OSTENIA

Pri štandardnej diagnostike tunelového ostenia sa kontroluje stav betónu, výstuže a jej ochrany. Takáto diagnostika obsahuje zisťovanie pevnosti betónu na povrchu, hrúbky krycej vrstvy, stavu výstuže z hľadiska jej korózie, hĺbky karbonatizácie a obsahu chloridov v krycej betónovej vrstve. Pevnosť betónu sa zisťuje nedeštruktívne tvrdomernou metódou. Skúšky sa vykonávajú podľa STN EN 12504 a STN 73 1373 a slúžia pre posúdenie kvality betónu (pevnosť, rovnorodosť), prípadne na odhalenie začínajúcej degradácie. Výskyt trhlín sa zisťuje vizuálne. Trhliny sa zakresľujú a ich šírky sa meria optickým trhlinomerom. Zmena šírky trhlín sa sleduje mechanickým deformometrom. Hrúbka krycej vrstvy sa zisťuje buď nepriamo pomocou profometra alebo priamo v sondách. Priamy spôsob sa používa na tých miestach, kde sa vizuálne kontroluje stav výstuže. Na mieste, kde sa nachádza výstuž, sa zhotoví jadrový vrt priemeru 30 mm. Vrt

❚


Obr. 2 Výsledky meraní obsahu chloridov v bloku č. 5 tunela Horelica ❚ Fig. 2 Results of measurement of the chloride content in block 5 in the Horelica tunnel

2

obsah [%]


hĺbka [mm]

sa vedie až po úroveň výstuže. Získa sa tak sondážny otvor, ktorý umožňuje posúdiť výskyt korózie. Na takomto mieste je možné priamo odmerať hrúbku krycej vrstvy a nakalibrovať profometer. Hrúbka karbonatizácie sa stanovuje nástrekom roztoku fenolftaleínu. Postupuje sa podľa normy STN EN 14630. Na čerstvo odvrtaný vývrt sa nastrieka roztok a na troch miestach sa meria hrúbka nesfarbenej vrstvy. Obsah chloridov sa stanovuje metódou „rapid chlorid test“. So sledovanej vrstvy sa odvŕta betónový prášok. 1,5 g prášku sa zmieša s analytickým roztokom. Obsah chloridov sa zisťuje pomocou ponorenej sondy, napojenej na merací prístroj. VÝSLEDKY DIAGNOSTIKY OSTENIA TUNELA HORELICA

Diaľničný tunel Horelica dĺžky 605 m je súčasťou obchvatu mesta Čadca. Pravá tunelová rúra s obojsmernou premávkou bola uvedená do prevádzky v roku 2004. V roku 2012 bola vykonaná diagnostika sekundárneho ostenia tunela. Ostenie pozostáva z 52 blokov a diagnostika bola vykonaná na polovici blokov. Výsledky z každého bloku bo-

Tab. 2 Diagnostika sekundárneho ostenia bloku č. 5 v blízkosti portálu v tunelu Horelica ❚ Tab. 2 Diagnostics of the secondary lining in block 5, close to the Horelica tunnel portal

Hrúbka krycej vrstvy [mm] Stav výstuže Pevnosť betónu [MPa] Hrúbka skarbonatizovanej vrstvy [mm] Obsah chloridov v betóne [% hm. j. b.] *)

90 bez korózie Rbkpriem

Rbkmin

trieda betónu

58

47

C40/50 priemer 7 50 až 60 60 až 70 0,076

A 6 0 až 10 0,25

10 až 20 0,43

B 7 20 až 30 0,34

C 8 30 až 40 0,19

Tab. 3 Diagnostika sekundárneho ostenia bloku č. 29 v strede tunela Horelica ❚ Tab. 3 Diagnostics of the secondary lining in block 29 in the middle of the Horelica tunnel

Hrúbka krycej vrstvy [mm] Stav výstuže Pevnosť betónu [MPa] Hrúbka skarbonatizovanej vrstvy [mm] Obsah chloridov v betóne [% hm. j. b.] *) 36


Rbkmin

trieda betónu

60

57

C45/55 priemer 6 50 až 60 60 až 70 0,036

A 5 0 až 10 0,28

10 až 20 0,42

B 6 20 až 30 0,32

C 7 30 až 40 0,14

li spracované do tabuľky a graficky bol znázornený obsah chloridov. V tab. 2 sú výsledky diagnostiky z bloku 5 v blízkosti portálu. Obsah chloridov je dokumentovaný na obr. 2. V grafe sú znázornené obsahy chloridov v jednotlivých vrstvách betónu a vyznačená aktuálna poloha výstuže (zelená čiara) a kritická hodnota obsahu chloridov (červená čiara). V tab. 3 sú výsledky z bloku 29 v strede tunela. V betóne tohto bloku boli zaznamenané poruchy (trhliny a kaverny). Hrúbka krycej vrstvy je tu 70 mm a koncentrácia chloridov v jej okolí sa blíži ku kritickej hranici pre vznik korózie výstuže. Pri analýze výsledkov je na prvý pohľad zrejmé, že betón tunela je vystavený extrémnemu namáhaniu od okolitého prostredia (výfukové plyny, rozstrekovaná voda s obsahom rozmrazovacích solí). Dokumentujú to aj výsledky merania hĺbky karbonatizácie, ktorá je vzhľadom na vek konštrukcie (8 rokov) značná. Alarmujúce sú výsledky merania obsahu chloridových iónov, difundovaných do krycej betónovej vrstvy. Z údajov a grafov vyplýva, že keby bola hrúbka krycej vrstvy v súlade s projektom (40 mm), výstuž by sa nachádzala v silne agresívnom prostredí. V povrchovej vrstve (0 až 10 mm) dochádza umývaním stien sekundárneho ostenia, ako aj účinkom rozstrekovania dažďovej vody dopravou, k čiastočnému vyplavovaniu difundovaných chloridov. Maximálne hodnoty obsahu difundovaných chloridov (v % hmotnostných jednotiek betónu, % hm. j. b.) sa nachádzajú v hĺbke 10 až 20 mm. V hĺbke 40 mm, čo je projektovaná vrstva krytia nad výstužou, je koncentrácia 0,12 až 0,20 %, čo niekoľkonásobne prevyšuje limitnú hodnotu 0,05 %, ktorá je považovaná za hranicu, kedy je pravdepodobný vznik korózie výstuže. Zistená kvalita betónu poukazuje na to, že betón je pomerne nerovnorodý (pevnosť betónu vykazuje značný roz-


❚

3/2014


❚


Obr. 3 Obsah chloridov v krajnom bloku B3 pri západnom portáli vo výške 1 m ❚ Fig. 3 Chloride content in outsider block at western portal 3 at 1m high

obsah [%]

3

hĺbka [mm]

Tab. 4 Diagnostika sekundárneho ostenia v krajnom bloku č. 3 v tunelu Branisko, vo výške 1 m ❚ Tab. 4 Diagnostics of the secondary lining in block 3 at 1 m high, in the Branisko tunnel



Rbkmin

61

59

A 4 0 až 10 0,5

trieda betónu

C45/55 B C priemer 5 5 5 10 až 20 20 až 30 30 až 40 40 až 50 60 až 70 80 až 90 0,26 0,10 0,029 0,011 0,007 < 0,005

Tab. 5 Diagnostika sekundárneho ostenia bloku č. 7 v tunelu Branisko, vo výške 2,5 m ❚ Tab. 5 Diagnostics of the secondary lining in block 7 at 2,5 m high in the Branisko tunnel


> 90 bez korózie Rbkpriem 61 A 2 0 až 10 0,11

Rbkmin

trieda betónu

59 B 3 10 až 20 0,056

20 až 30 0,01

C 3 30 až 40 < 0,005

C45/55 priemer 3 40 až 50 60 až 70

Tab. 6 Diagnostika sekundárneho ostenia bloku č. 252 zo stredu tunela Branisko, vo výške 1 m ❚ Tab. 6 Diagnostics of secondary in block 252 at 1 m high, from the middle of the Branisko tunnel


> 100 bez korózie Rbkpriem 62 A 3 0 až 10 0,41

10 až 20 0,13

Rbkmin 60 B C 2 3 20 až 30 30 až 40 0,023 < 0,005

trieda betónu C50/60 priemer 3 40 až 50 60 až 70

*) v tab. 2 až 6, druhý riadok zdola – hĺbka [mm]

ptyl). Priemerné hodnoty v jednotlivých blokoch sú vyššie ako projektovaná trieda betónu. Na odobratých jadrových vývrtoch bol zistený nadmerný výskyt viditeľných pórov, čo urýchľuje prenikanie agresívnych látok do betónu. Existujúce trhliny pri vizuálnej kontrole vykazovali znaky pasívneho chovania. VÝSLEDKY DIAGNOSTIKY OSTENIA TUNELA BRANISKO

Celková dĺžka južného tunelového tubusu je 4 974,6 m. Do prevádzky bol tunel uvedený v roku 2003. Diagnostic3/2014

❚

ký prieskum bol zhotovený v roku 2013 a bol vykonaný v 16 vybraných blokoch. Okrem výšky 1 m boli sledované aj oblasti vo výške 2,5 m. Výsledky v krajnom bloku č. 3 sú v tab. 4. a na obr. 3. V tab. 5 sú výsledky z bloku č. 7 z výšky 2,5 m a v tab. 6 sú výsledky zo stredu tunela (blok 252) z výšky 1 m. Tunel Branisko je v prevádzke o rok dlhšie ako tunel Horelica. Obsah chloridov v krycej vrstve je tu vyšší. Bolo zistené, že chloridy sa nedostávajú do betónu ostenia iba rozstrekovaním od kolies aut, ale v dôsledku vetrania sa


Literatúra: [1] Bílek J.: Meranie kvality ovzdušia v cestnom tuneli Horelica, Zdravotný ústav so sídlom v Ostrave, 2009 [2] Kucharík J.: Diagnostika ostenia tunela Horelica, VÚIS Mosty, s. r. o., 2012

vzniknutý slaný aerosól dostáva do celého tunela. Príležitostne sa vozovka tunela solí. Betón v tuneli Branisko je kvalitnejší a hutnejší, bez pórov. Prejavilo sa to na menšej hrúbke skarbonatizovanej vrstvy. Hrúbka krycej vrstvy je rôzna, pohybuje sa od 35 mm až do nezistiteľnej hĺbky. Zaznamenaná bola aj povrchová korózia prútov, ale obsah chloridov v okolí bol pod hranicou 0,05 %. Na rozdiel od tunela Horelica nebolo zistené vyplavovanie chloridov z povrchu betónu ostenia. Súvisí to jednak s kvalitou betónu krycej vrstvy, jednak so systémom prúdenia vzduchu v tuneli. Z ÁV E R

Výsledky pozorovaní preukázali enormné zaťaženie tunelov agresívnymi plynnými a kvapalnými látkami. V oboch tuneloch sa zistilo, že v sledovanej úrovni je vo väčšine prípadov krycia vrstva v dôsledku poklesnutia výstuže výrazne hrubšia ako projektovaná a vďaka nadmernej hrúbke krycej vrstvy zatiaľ nedošlo k jej korózii. Z výsledkov diagnostiky vyplynulo, že projektovaná hrúbka krycej vrstvy výstuže je v oboch tuneloch nedostatočná. Pri navrhovaní nových tunelov treba zvážiť primerané zväčšenie krycej vrstvy. Pri zhotovovaní najmä vystužených blokov sekundárneho ostenia sa treba zamerať aj na skvalitnenie všetkých stupňov betonárskych prác. Riešením je aj sekundárna ochrana betónu vhodným materiálom, aby boli zohľadnené aj prevádzkové požiadavky v tuneli. Aktuálna je požiadavka sledovať stav betónu sekundárneho ostenia tunelov a ochrany výstuže skúškami v primeraných intervaloch a túto požiadavku zakomponovať do manuálov pre údržbu tunelov. Tento příspěvek zazněl na konferenci Sanácia betónových konštrukcií v prosinci 2013 ve slovenských Smolenicích. Ing. Ján Kucharík, CSc. VÚIS Mosty, s. r. o. Gogoľova 18, 851 01 Bratislava tel.: +421 903 752 596 e-mail: kucharik.vuismosty @stonline.sk

37


❚


DIAGNOSTIKA TRHLIN V BETONOVÝCH A ŽELEZOBETONOVÝCH KONSTRUKCÍCH ❚ DIAGNOSTICS OF CRACKS IN CONCRETE STRUCTURES AND REINFORCED CONCRETE STRUCTURES Jiří Dohnálek V příspěvku jsou popsány parametry ovlivňující požadavky na omezení šířky trhlin z hlediska funkčních vlastností železobetonových konstruk-

Moto: Třem věcem se nevyhneme: • smrti, • daním, • trhlinám v betonu.

cí. Jedná se zejména o vodotěsnost, trvanlivost a vliv trhlin na vzhled konstrukce. Aby bylo možné trhliny zhodnotit z hlediska normových požadavků, je nezbytné provést jejich přiměřenou diagnostiku. Ta se zaměřuje především na popis délky trhlin, jejich polohy, rozmístění na konstrukci (pasport), stanovení šířky trhlin, resp. intervalu šířky, hloubky trhlin a případného pohybu trhlin. V článku jsou popsány běžné komerčně dostupné pomůcky, které umožňují tyto parametry kvantifikovat a umožňují tak trhliny posoudit z hlediska výše zmíněných funkčních parametrů, případně navrhnout jejich vhodnou sanaci. ❚ The article describes parameters, influencing requirements for limiting crack width with respect to functional properties of reinforced concrete structures. These are mainly water tightness, durability and influence cracks on the visual appearance of the structure. To be able to evaluate cracks with respect to the requirements of norms, it is necessary to carry out their appropriate diagnostics. This is mainly focused on description of the length of cracks, their location, placement on the structure (passport), assessment of the crack width, or width interval, depth of the cracks and possible crack movement. The article describes common commercially available tools, which allow for quantification of these parameters and therefore allow for assessment of the cracks with respect to the above mentioned functional parameters, and perhaps design their suitable rehabilitation.

Obr. 1a, b Marný souboj s trhlinami Fig. 1a, b Futile fight with cracks 1a

❚

Trhliny jsou ve stavebnictví fenoménem, který je vnímán velmi rozporně. Typický je případ betonu a železobetonu. Z jeho principu vyplývá, že bez trhlin nemůže dojít k aktivaci výztuže, takže vznik trhlin je zcela zákonitý. Otázkou je tedy spíše přípustná šířka trhlin, resp. jejich počet. V laické veřejnosti jsou naopak trhliny vnímány jako fatální defekt, který ohrožuje bezpečnost konstrukce i její vzhled, a to prakticky za jakékoliv situace (obr. 1a, b). Situaci navíc komplikuje skutečnost, že výpočetní posouzení šířky trhlin, resp. návrh konstrukce na definovanou šířku trhlin, je zatížen výraznými nejistotami a toleranční meze tohoto výpočtu se pohybují v řádech desítek procent. V zahraniční literatuře se uvádí horní toleranční mez až +90 %! Je to dáno několika faktory: Objemové změny betonu nejsou měřeným ani garantovaným parametrem. Hodnoty uváděné v normách nemusí odpovídat skutečnosti, a to mimo jiné i s ohledem na neustálé posuny v recepturách betonových směsí. Změny objemu frakcí hrubého kameniva, jeho typu i maximálního zrna mohou vyvolat zvětšení objemových změn v řádu desítek procent, a to i u betonů stejné pevnostní třídy. Objemové změny nejsou současně ani sledovaným ani garantovaným parametrem u cementu.

Pokud známe objemové změny betonu, jedná se obvykle o objemové změny zjišťované již na tuhnoucím a tvrdnoucím betonu, takže počátek jejich sledování se liší od okamžiku přidání vody do betonové směsi obvykle o 24 h. Neměříme tedy celé objemové změny betonu, ale pouze jejich část. Při vzniku trhlin v železobetonové konstrukci dochází k synergii celé řady procesů, které se na vzniku trhlin podílejí často obtížně specifikovatelným podí lem. Staticky podmíněné trhliny jsou rozšiřovány v počátečních fázích teplotními dilatacemi konstrukce v souvislosti s vývojem hydratačního tepla a následně pak rozšiřovány objemovými změnami v souvislosti s nastavováním rovnovážné vlhkosti betonu (jeho vysycháním). Je proto zcela běžné, že i velmi precizní návrh železobetonové konstrukce na šířku trhlin vede ve skutečnosti k vytvoření trhlin dvojnásobné i větší šířky. U konstrukcí navržených na šířku např. 0,3 mm se běžně zjišťují trhliny s šířkou 0,6 až 0,7 mm. S výskytem trhlin je tedy nezbytné počítat a prakticky vždy se zabývat návrhem šířky trhlin i s uvážením výše uvedených nejistot. PŘÍPUSTNÉ ŠÍŘKY TRHLIN

Pro posouzení šířky trhlin najdeme nejvhodnější oporu v ČSN EN 1992-1-1, Eurokód 2: „Navrhování betonových konstrukcí – Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby“ [1]. V článku 7.3 „Omezení trhlin“ se konstatuje: „Trhliny musí být omezeny tak, aby

1b

38


❚

3/2014


nedošlo k narušení řádné funkce nebo trvanlivosti konstrukce, popř. k nepříznivému ovlivnění jejího vzhledu. Trhliny jsou obvyklé u železobetonových konstrukcí namáhaných ohybem, smykem, kroucením nebo tahem, vyvozeným buď z přímého zatížení, nebo s omezením vynucených nebo vnesených přetvoření. Trhliny mohou vznikat i z jiných příčin, např. vlivem plastického smršťování, nebo vlivem rozpínavých chemických reakcí ve ztvrdlém betonu. Tyto trhliny mohou být nepřijatelně široké, ale jejich vyloučení, popř. omezení, není předmětem této kapitoly. Vznik trhlin lze připustit, aniž by se omezovala jejich šířka, za předpokladu, že se nenaruší funkčnost konstrukce. Omezení vypočtené šířky trhlin wmax se má stanovit s ohledem na předpokládanou funkci a charakter konstrukce, jakož i na náklady spojené s omezováním šířky trhlin.“ Z těchto citací mimo jiné vyplývá, že šířku trhlin není třeba omezovat, pokud se nenaruší funkčnost konstrukce. Proto je nezbytné definovat ty funkční parametry, které jsou z hlediska výskytu trhlin rozhodující. Jedná se především o vodotěsnost betonových, resp. železobetonových konstrukcí, dále o jejich životnost a vzhled. OMEZENÍ ŠÍŘKY TRHLIN Z HLEDISKA VODOTĚSNOSTI

Požadavky na trhliny z hlediska vodotěsnosti nalezneme jednak v ČSN EN 1992-3, Eurokód 2: „Navrhování betonových konstrukcí – Část 3: Nádrže na kapaliny a zásobníky“ [2], jednak v ČSN 73 1208 [3]. V [2] se, shodou okolností opět, v článku 7.3 „Omezení trhlin“ šířka trhlin dává do souvislosti s třídou nepropustnosti konstrukce (třída 0 až třída 3). U třídy nepropustnosti 1 (průsak je omezen na malé množství, připouští se několik povrchových skvrn nebo vlhkých míst) musí být v případě, že trhliny budou procházet přes celou tloušťku průřezu, jejich šířka maximálně wk1, přičemž hodnota wk1 je definována v závislosti na podílu hydrostatického tlaku a tloušťky stěny nádrže. Pro poměr hD/h ≥ 5 je přípustná šířka 0,2 mm (v ČSN 73 1208 0,15 mm), při poměru hD/h ≥ 35 pak 0,05 mm. Pro mezilehlé hodnoty lze lineárně interpolovat. V té3/2014

❚

❚


to souvislosti se konstatuje, že u těchto trhlin lze očekávat, že se trhliny prostupující celým průřezem samoutěsní (v prvcích vyrobených z betonu vhodného složení a nevystaveného během provozu významným změnám zatížení nebo teploty). Pokud nejsou k dispozici spolehlivější informace, lze předpokládat samoutěsnění trhlin, pokud rozmezí poměrných přetvoření za provozních podmínek je menší než 150 . 10-6 m, tedy 150 μm. Naopak se uvádí, že: „Jestliže samoutěsnění je nepravděpodobné, jakákoliv trhlina, procházející celou tloušťkou průřezu, může vést k průsakům bez ohledu na její šířku.“ Přitom je třeba zdůraznit, že kapalina se trhlinou může šířit nejen v důsledku hydrostatického přetlaku a řídit se tedy tzv. Darcyho zákonem, ale může být transportována i kapilární elevací, tedy za situace, kdy hydrostatický přetlak v kořeni trhliny je prakticky zanedbatelný. Z hlediska vodotěsnosti je tedy definice přípustné šířky trhlin závislá na řadě okolností, zejména však na pohybu trhliny v důsledku teplotních či jiných dilatací, vyvolaných např. přitěžováním či odlehčováním konstrukce. ŠÍŘKA TRHLIN Z HLEDISKA T R VA N L I V O S T I Ž E L E Z O B E T O N U

Častým argumentem pro reklamaci trhlin je jejich schopnost transportovat k výztuži plynný oxid uhličitý, tedy vyvolávat karbonataci betonu, případně chloridové ionty z posypových solí. Tyto aspekty jsou již v citované [1] zohledněny na str. 8 v tabulce 7.1N Doporučené hodnoty wmax [mm]. V závislosti na stupni prostředí ve smyslu ČSN EN 206-1 [4] je definovaná maximální přípustná šířka trhlin. V případě koroze vlivem karbonatace (XC) je pro prvé dva stupně (X0, XC1) přípustná šířka 0,4 mm s poznámkou, že pro tyto stupně nemá šířka trhliny vliv na trvanlivost a uvedená hodnota má zajistit přijatelný vzhled. Pokud nejsou kladeny požadavky na vzhled, lze uvedenou hodnotu zvětšit! V případě stupně XC2, XC3 a XC4 je pak maximální šířka trhliny omezena hodnotou 0,3 mm. V případě stupně XD (koroze způsobená chloridy jinými než z mořské vody) je pro stupně XD1 a XD2 maximální šířka trhliny 0,3 mm. Stupeň XD3 (koroze způsobená chloridy, prostředí střídavě mokré a suché) sice v tabulce uveden není, ale popis prostředí XD3 a XD2 je prakticky shodný.


Z uvedených skutečností lze tedy dovodit, že posuzování železobetonových konstrukcí z hlediska trvanlivosti je šířka trhliny 0,3 mm ve většině běžných případů (karbonatace betonu, transport chloridových iontů) akceptovatelná. ŠÍŘKA TRHLINY Z HLEDISKA VZHLEDU KONSTRUKCE

Přítomnost trhliny v povrchu železobetonové konstrukce přes všechna výše uvedená racionální zdůvodnění nevylučuje, že trhliny mohou být vnímány rušivě ať již jako psychologický aspekt, naznačující problematickou stabilitu konstrukce, tak i jako prostý vzhledový defekt. Žádný obecně platný normový předpis nemůže z estetického hlediska definovat přípustnou šířku trhliny. Současně však je nelogické, aby technická pravidla (viz např. Technická pravidla ČBS 03 Pohledový beton [5]), ale i srovnatelné zahraniční předpisy problematiku výskytu trhlin např. v pohledovém betonu prakticky zcela pomíjely. V tabulkách, které charakterizují třídy pohledového betonu (všeobecné požadavky), se mezi kritérii uvádí struktura povrchu, pórovitost, vyrovnaná barevnost, charakter pracovních spár, rovinnost. O přípustnosti či nepřípustnosti trhlin je však zcela pomlčeno. V této situaci tedy neexistuje sebemenší opora pro posouzení trhlin jako vizuální vady. Prakticky jakákoliv trhlina může být tedy úspěšně reklamována jako vada estetická a skutečnosti, uvedené v [1], mohou být jako ryze technické, nikoliv estetické, odmítnuty. DIAGNOSTIKA TRHLIN

Trhlina je zaznamenána vždy vizuálně, a to především v závislosti na odstupu pozorující osoby. Zvýraznění trhlin se obvykle dosáhne záměrným či nezáměrným navlhčením povrchu s trhlinami (horní líc železobetonové konstrukce po dešti). Z relativně kompaktního povrchu zdánlivě vystoupí síť trhlin, která po vyschnutí může pro běžného pozorovatele prakticky zmizet. Podobně „překvapivě“ vystoupí z povrchu vodorovné betonové konstrukce trhliny po prováděné předúpravě (např. brokování) a následném odsátí prachu, který byť v nepatrné tloušťce jemné trhliny pro běžného pozorovatele skrývá. V případě hydrotechnických staveb se trhliny projevují lokálními průsaky 39


a jsou také z těchto důvodů vizuálně ihned identifikovány. Následuje více či méně hysterická reakce zúčastněných stran, která bývá shrnuta obvykle do věty „na konstrukci jsou trhliny“. Vzhledem k tomu, že trhliny se velmi špatně fotografují, je většinou základním sdělením tato slovní formulace, a to zpravidla bez jakékoliv kvantifikace. S odstupem dnů se pak výpověď přímých účastníků výrazně liší, a to jak v množství trhlin, tak v jejich šířce i celkových důsledcích pro objekt. Diagnostika trhlin proto nemusí být nijak přístrojově rafinovaná, ale měla by být skutečně provedena. Nemělo by se vycházet z lokální běžné prohlídky osob různě motivovaných trhliny „vidět či nevidět“. Nezbytnou součástí diagnostiky trhlin jsou proto tři, resp. čtyři položky: • délka trhlin, poloha trhlin, jejich rozmístění na konstrukci, • šířka trhlin (interval šířky), • hloubka trhlin, • pohyb trhlin z hlediska teplotních dilatací a objemových změn betonu. Zcela specifickým diagnostickým úkolem pak je diagnostika mikrotrhlin ve struktuře betonu, tedy trhlin, kte-

❚


2

ré jsou běžným vizuálním pozorováním obtížně identifikovatelné a obvykle na ně usuzujeme pouze zprostředkovaně. Toto zadání se vyskytuje zejména v těch případech, kdy na beton působí degradační mechanismy nebo je jeho struktura těmito mechanismy evidentně již postižena. POLOHA TRHLIN

Základním požadavkem diagnostiky trhlin je získat přesnou informaci o lo-

kalizaci, tedy prostorovém, resp. půdorysném rozmístění trhlin a současně zmapovat i jejich délku. Při této „pasportizaci“ se automaticky provádí i zjištění šířky trhlin. Výstup musí být tedy jednak grafický (obr. 2), jednak kvantitativní (tabelární). V tabulce je v příslušných řádcích lokalizována poloha trhliny, dále uvedena její délka, interval její šířky a případně informace, zda trhlinou dochází k průniku kapalného média. Obr. 2 Pasport trhlin v základové desce – podlaze garáží ❚ Fig. 2 Passport of cracks in a foundation slab

3

Obr. 3 Poměrové měřítko a měřící lupa – základní pomůcky pro ověřování šířky trhlin ❚ Fig. 3 Proportional measure and measuring magnifying glass – basic tools for assessment of crack width Obr. 4 Trhlina v betonu zachycená digitálním mikroskopem ❚ Fig. 4 Crack in concrete viewed by digital microscope Obr. 5 Zainjektovaná trhlina zachycená digitálním mikroskopem ❚ Fig. 5 Injected crack in concrete viewed by digital microscope Obr. 6 Mikrotrhlina ve struktuře betonu ❚ Fig. 6 Microcrack in the structure of concrete

4

5

40

6


❚

3/2014


❚


Součástí je i zhotovení terénního grafického náčrtu, který by měl v přijatelném měřítku zobrazovat polohu trhlin. Z tohoto náčrtu je možné ve většině případů velmi snadno identifikovat dominantní příčinu trhlin, a zejména postihnout rozdíl mezi trhlinami smršťovacími a trhlinami staticky podmíněnými. Pokud je např. podceněn výpočet tzv. druhého mezního stavu (přetvoření), má např. u stropních desek obraz trhlin zcela typický charakter, který odpovídá průběhu kladných, resp. záporných momentů v ohýbané konstrukci. Provedená pasportizace tak umožňuje objektivně zhodnotit rozsah poškození konstrukce a významně napomáhá i k identifikaci příčin vzniku trhlin. Provádět pouze grafický náčrt bez kvantifikace trhlin a naopak kvantifikovat např. délku trhlin bez jejich přiměřeného grafického zachycení, je problematické.

cí často vizitku subjektu, který diagnostiku provádí. Přesnost měření při pečlivém provedení je na úrovni 0,05 mm. V případě, že by bylo nezbytné stanovit šířku trhliny exaktněji s větší přesností, lze relativně jednoduše použít měřicí lupu, doplněnou měřicím noniem, u které lze přesnost 0,05 mm, případně ještě lepší, garantovat s vyšší jistotou (obr. 3). Pokud by bylo nezbytné zjišťovat trhlinu s přesností na setiny mm, je třeba provést odběr malého jádrového vývrtu a trhlinu oměřit při přiměřeném zvětšení v digitálním mikroskopu vybaveném příslušným měřítkem, resp. souvisejícím softwarem. V těchto případech většinou postačí digitální mikroskopy s deseti až stonásobným zvětšením. Jedinou podmínkou je existence kalibrace, která musí být samozřejmě provedena před každým měřením a po jeho ukončení (obr. 4, 5, 6).

ŠÍŘKA TRHLIN

HLOUBKA TRHLIN

Šířka trhlin je podstatným kvantitativním parametrem, který rozhoduje o akceptovatelnosti trhliny např. z hlediska vlivu na její životnost [1]. Pro kvantifikaci šířky trhlin obvykle zcela postačí běžně používané příložné měřítko, substituují-

Hloubku trhlin zjišťujeme zejména v případě, kdy je třeba posoudit, zda trhliny jsou pouze povrchové, nebo zasahují až k výztuži a mohou tedy představovat transportní cesty pro agresivní média. V jiném případě může být podstatné,

Obr. 7 Vývrt z venkovní parkovací plochy, a) trhlina v pružné povrchové úpravě, b) pohled z boku na hloubku trhliny ❚ Fig. 7 Concrete core taken from an exterior parking lot, a) crack in flexible surface treatment, b) side view into the depth of the crack

7a

zda trhlina prochází na celou tloušťku průřezu (pokud nemáme přístup k oběma plochám průřezu). Jedinou reálnou možností v tomto případě je odběr přiměřeně velkého jádrového vývrtu, který umožní na jeho plášti průběh trhliny postihnout a posoudit kromě toho i šířku trhliny po výšce průřezu (obr. 7a, b, 8). Možnost zjistit hloubku či rozsah trhlin pomocí měření rychlosti ultrazvukových impulzů (viz ČSN 73 2011, Příloha B informativní čl. B.3.2. „Trhliny v betonu“, [6]) považuji za literární a grafickou fikci. Ultrazvukové měření je totiž významně citlivé na řadu okrajových podmínek, jako je zejména kontakt vodící, resp. snímací sondy s prozvučovaným prvkem (akustická vazba) a současně funguje UZ aparatura často jako velmi spolehlivý vlhkoměr. V závislosti na rozdílné vlhkosti, např. povrchových oblastí a jádra průřezu, tak může docházet k velmi významným rozdílům ve zjišťované rychlosti UZ impulzů, které nemusí zdaleka indikovat přítomnost trhliny, a tím méně umožňovat výpočet její hloubky. Kromě toho obvykle uváděná grafická schémata pomíjejí skutečnost, že většinou jsou posuzované prvky více či méně vyztu7b

Obr. 8 Trhlina na plášti malého jádrového vývrtu pod pružnou povrchovou úpravou ❚ Fig. 8 Crack on the surface of small concrete core beneath flexible surface treatment Obr. 9 Stanovení hloubky trhlin podle ČSN 73 2011 pomocí UZ impulsové metody ❚ Fig. 9 Assessment of crack depth per norm ČSN 73 2011 using the UZ impulse method

8

9

3/2014

❚


41

M AT E R I Á LY A T E C H N O L O G I E 10

❚

MATERIALS AND TECHNOLOGY 11

12

ženy a zjišťování rychlosti šíření UZ impulzů ve vyztuženém betonu je opět zatíženo řadou metodických problémů (obr. 9). Navíc u trhlin malé šířky, které jsou většinou z hlediska diagnostiky nejpodstatnější, je akustický kontakt hmoty obvykle zachován, takže šíření UZ impulzů „rozevřením“ trhliny není markantní. V případě opravdu markantních trhlin, u kterých by pravděpodobně UZ impulzové měření poskytovalo dostatečně věrohodnou oporu, je pak jednodušší vsunout do otevřené trhliny skenovací metr. POHYB TRHLINY

Přístrojově náročnějším úkolem je popsat případný pohyb trhliny. Odborná veřejnost se setkává s pojmem „živé“ trhliny (méně již s pojmem „mrtvé“ trhliny), a to pravděpodobně proto, že prakticky veškeré trhliny, zejména ty situované v exteriérových konstrukčních prvcích, se chovají jako „živé“ teplotní dilatace. Jejich, byť nepatrný, pohyb je tedy zcela přirozený. Základním postupem při posouzení „živosti“ trhliny byly tradičně prováděné sádrové terče. Tento postup lze v současnosti charakterizovat jako 42

13

značně amatérský, a to zejména pokud se použije v exteriérových podmínkách. Ve většině případů není spolehlivě zajištěna soudržnost sádrového terče s podkladem a hygroskopická, na vlhkost velmi citlivá sádra v exteriérových podmínkách je problematickým materiálem. Proto lze doporučit použití tenkých sklíček, používaných obvykle při přípravě mikroskopických preparátů, která jsou fixována k podkladu dvousložkovým epoxidovým lepidlem. Jedná se o relativně úhledné, méně nápadné postižení povrchu konstrukce, které je intaktní vůči vnějším podmínkám, a to i v exteriéru, a současně je nepochybně k jakémukoliv pohybu trhliny s ohledem na křehkost skla velmi citlivé (obr. 10). Poněkud sofistikovanější přístup nabízí německá firma PPW Polyplan, která nabízí jednoduchou umělohmotnou měřicí sestavu, která do jisté míry umožňuje záznam pohybu trhliny při opakovaném měření. Opět se jedná ale o posouzení spíše kvalitativní (ano/ ne), nikoliv kvantitativní (obr. 11). Exaktní kvantitativní sledování pohybu trhliny vyžaduje profesionální měři-

cí aparaturu s přiměřeně citlivým měřicím prvkem, který umožňuje registrovat změnu délky, a to s přesností minimálně na úrovni 10 μm. Zároveň by toto zařízení mělo umožňovat kontinuální záznam měřeného parametru (změny polohy měřicích bodů). Paralelně by měla být tak registrována i teplota a relativní vlhkost okolního vzduchu. Toto zařízení je však většinou finančně náročné zejména za situace, kdy by mělo být ponecháno delší dobu v reálných expozičních podmínkách, tedy s problematickou ochranou vůči povětrnosti, krádeži či vandalismu. Zajímavou, cenově podstatně přístupnější variantou je pak datalogger německé firmy Scanntronik Mugrauer s názvem „Rissfox Mini“. Z obr. 12 je patrné, že se jedná o relativně kompaktní zařízení, které umožňuje průběžně monitorovat změnu šířky měřicích bodů, zaznamenávat až 64 tisíc měření a případně současně kontinuálně registrovat teplotu i relativní vlhkost vzduchu. Smyslem většiny těchto měření je posoudit, jaká povrchová úprava by měla být použita pro překrytí trhliny, a to s ohledem na parametry, uvede-


❚

3/2014

M AT E R I Á LY A T E C H N O L O G I E Obr. 10 Tenké sklíčko nalepené přes trhlinu – náhrada sádrového terče ❚ Fig. 10 Thin glass glued over a crack – substitution for gypsum disc

Literatura:

Obr. 11 Měřící přípravek firmy PPW Polyplan umožňující omezené sledování pohybu trhliny ❚ Fig. 11 Measuring jig of the PPW Polyplan company allowing for limited surveillance of movement in a crack

[2]

Obr. 12 Datalogger umožňující průběžně snímat šířku trhliny ❚ Fig. 12 Datalogger allowing for continuous measurement of crack width

[4]

Obr. 13 Diagnostika mikrotrhlin ve struktuře betonu tahovými zkouškami malých těles vyřezaných z jádrových vývrtů ❚ Fig. 13 Diagnostics of micro cracks in the structure of concrete by pull-off tests on small samples cut out of concrete cores

né v ČSN EN 1062-7 „Nátěrové hmoty – Povlakové materiály a povlakové systémy pro vnější zdivo a betony – Část 7: Stanovení schopnosti přemosťování trhlin“ [7]. Tato norma definuje třídy hmot s ohledem na jejich schopnost reagovat na pohyb trhliny a popisuje metodiky, jakými tuto schopnost ověřovat. Není bez zajímavosti, že v nejvyšší kategorii B 4 se předpokládá minimální šířka trhliny 0,2 mm a maximální pak 0,5 mm. Předpokládaný maximální pohyb trhliny je tedy 0,3 mm! To je pravděpodobně akceptovatelný pohyb trhliny v důsledku teplotních dilatací, a to v mírnějších exteriérových podmínkách. Uvážíme-li však, že k pohybu trhliny dochází i z hlediska objemových změn betonu, kdy z počáteční nulové či zcela nepatné šířky se trhliny rozšiřují na šířku 0,3 až 0,4 mm (správně navržených konstrukcí), je zřejmé, že v této situaci ani nejkvalitnější (nejpružnější) materiály nebudou schopny na větší pohyb trhliny reagovat. Je bohužel smutnou skutečností, že ve většině případů není časový prostor na to, aby pohyb trhliny byl reálně zmapován a povrchová úprava byla pak navržena úměrně ke zjištěným hodnotám. Zjišťování pohybu trhliny v kvantitativní úrovni je tedy zcela ojedinělé a bylo by jistě vhodným námětem pro některý z budoucích grantových projektů. MIKROTRHLINY

Zcela odlišnou disciplínou je identifikace mikrotrhlin ve struktuře betonu. V okamžiku, kdy nejsme schopni trhliny okem identifikovat, problém s trhlinami zdánlivě mizí. Ve skutečnosti může však být struktura betonu prostoupena hustou sítí mikrotrhlin, které sice bezprostředně neovlivňují její vzhled ani některé další podstatné užitné vlastnosti, 3/2014

❚

[1]

❚


ČSN EN 1992-1-1, Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí – Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby, ČNI 2006 ČSN EN 1992-3, Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí – Část 3: Nádrže na kapaliny a zásobníky, ČNI 2007

[3]

ČSN 73 1208 Navrhování betonových konstrukcí vodohospodářských objektů, Praha: Vydavatelství Úřadu pro normalizaci a měření, ČNI 2010 ČSN EN 206-1 Beton – Část 1: Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda, končí k 1. 7. ČNI 2014

[5]

Technická pravidla ČBS 03 Pohledový beton, 2009, Praha, ČBS Servis, s. r. o., ISBN: 978-80-87158-17-3

[6] [7]

ČSN 73 2011, Nedestruktivní zkoušení betonových konstrukcí, ČNI 2012 ČSN EN 1062-7 Nátěrové hmoty – Povlakové materiály a povlakové systémy pro vnější zdivo a betony – Část 7: Stanovení schopnosti přemosťování trhlin, ČNI 2005

mohou však významně ovlivňovat její životnost, vodotěsnost, mrazuvzdornost a později se stát příčinou i jejího rozpadu. Takovým typickým procesem, který generuje mikrotrhliny ve struktuře betonu, je tzv. síranová koroze (tvorba tzv. etringitu) nebo alkalická reakce kameniva v betonu. V těchto případech použití vizuálních prostředků selhává a proměřování mikrotrhlin ve struktuře pomocí mikroskopu má ryze informativní kvalitativní charakter. Pozorování řezných ploch či nábrusů prokáže existenci trhlin, jejich rozsah či kvantifikaci však nemůže postihnout. V těchto případech je vhodné provést odběr jádrových vývrtů menšího průměru (cca 50 mm). Vývrt je možné rozřezat na zkušební tělesa přibližně se štíhlostí λ = 1 a takto připravená tělesa přilepit vhodným dvousložkovým epoxidovým lepidlem na tuhou betonovou podkladní desku, zhotovenou z betonu v kvalitové třídě C45/55, nebo vyšší. Na horní líc se pak nalepí standardní kovový odtrhový terč. Po vytvrzení lepidla se připojí k odtrhovému terči vhodná odtrhová aparatura a provede se tahová zkouška (obr. 13). Pevnost v tahu je mimořádně citlivým parametrem, který je schopen identifikovat poškození mikrostruktury trhlinami. Na rozdíl od tlakové pevnosti, která si zachovává svou úroveň přinejmenším v prvních fázích degradačních procesů, tahová pevnost velmi rychle klesá. Za situace, kdy poměr tahové pevnosti výrazněji vybočí z intervalu 1 : 10 až 1 : 20 (v závislosti na třídě testovaného betonu), je zřejmé, že struktura betonu je poškozena a je vhodné provést případná následná detailnější měření. Nepochybně podobně by reagovala na narušení mikrotrhlinami i zkouška


vodotěsnosti, která však vyžaduje odběr vývrtů o průměru 150 mm, jejichž odběr je v železobetonových konstrukcích výrazně problematičtější. C E L K O V É Z ÁV Ě RY A DOPORUČENÍ

Problematika trhlin je komplexní disciplínou, která vyžaduje vnímat jak statický návrh konstrukce, tedy její posouzení podle příslušných mezních stavů, tak registrovat i skutečnost, že kromě staticky podmíněných trhlin vznikají trhliny i v důsledku přirozených objemových změn betonu. Jedná se tedy vždy o synergii těchto procesů. Jakékoliv predikce jsou zatíženy značnými materiálovými nejistotami, a to zejména z hlediska objemových změn betonu probíhajících v prvních 24 h. S ohledem na tyto skutečnosti by měla být nedílnou součástí technické zprávy objektu, resp. jeho statického návrhu, informace o očekávané šířce trhlin (intervalu šířky očekávaných trhlin), a to zejména proto, aby zhotovitelé při existenci trhliny jakékoliv šířky nebyli ihned vystavováni reklamacím. Riziko vzniku trhlin z hlediska současných předpisů navíc výrazně zvyšuje tlak na zvětšování tloušťky krycí vrstvy betonu nad výztuží, zdánlivě zdůvodněný snahou o zvýšení trvanlivosti železobetonu. Ve skutečnosti však v řadě případů mohou mít v masivní nevyztužené krycí vrstvě vznikající trhliny zcela opačný vliv. Lze si proto jen přát, aby diagnostiku trhlin bylo třeba provádět v co nejmenším počtu případů.

doc. Ing. Jiří Dohnálek, CSc. Betonconsult, s. r. o. e-mail: [email protected] www.betonconsult.cz

43


❚


VÝVOJ METODY PRO NEDESTRUKTIVNÍ STANOVENÍ TLOUŠŤKY VNITŘNÍ STĚNY TUNELU ❚ DEVELOPMENT OF METHOD FOR NON-DESTRUCTIVE DETERMINATION OF THICKNESS OF THE INNER WALLS OF A TUNNEL Jaroslav Mikula, Leonard Hobst Kontrola ostění budovaných i stávajících tunelů je důležitá pro jejich další bezpečný provoz. Jsou vyvíjeny různé nedestruktivní metody, které jsou uzpůsobeny pro kontrolu konstrukce pouze z jedné strany. Článek se zabývá zkušenostmi, které byly získány při použití nového přístroje, založeného na ultrazvukové impulzní odrazové metodě. ❚ Checking the inner shell of tunnels during the construction phase as well as of existing tunnels is important for their safe operation. Various non-destructive methods have been developed for this, which allow the control check to be carried out with access from one side only. This article deals with experiences which were obtained using the new device, based on an ultrasonic pulse echo method.

Po haváriích, které v posledních letech postihly dopravní tunely (statistika Havárie ražených silničních a železničních tunelů v ČR v letech 1990 až 2010 uvádí dvanáct případů zaviněných konstrukčními nebo technologickými vadami při celkové délce těchto tunelů 34 740 m; pro srovnání ve stejném období v Rakousku je registrováno osm havárií dopravních tunelů při celkové délce 314 841 m; v roce 2012 se v Japonsku za plného provozu zřítila cca stometrová sekce dálničního tunelu Sasago apod.), se klade stále větší důraz na zvýšenou bezpečnost jejich provozu. Zvláště nové tunely jsou vybavovány stále modernější a dokonalejší zabezpečovací technikou pro monitorování a zabezpečení plynulého a bezpečného provozu v tomto prostředí, kde je 1a

zpravidla velmi problematický rychlý přístup záchranné techniky v případě vzniku havarijní situace. Na jejím vzniku však nemusí být na vině vždy jen neopatrní řidiči, ale může být zapříčiněna i skrytými vadami ve vlastní konstrukci tunelu – může to být nenadálá vodní překážka vzniklá průsakem vody v konstrukčním spoji, nebo i defekty vzniklé nedostatečnou tloušťkou vnitřní vrstvy konstrukce. Kontrola dodržení předepsaných parametrů konstrukce – počínaje vrchní vrstvou konstrukce, přes řádné uložení izolační vrstvy, po tloušťku vlastní nosné vnitřní vrstvy betonu s výztuží je velice problematická. V ražených tunelech není přístupná vnější strana konstrukce stěny, což většina nedestruktivních metod kontroly vyžaduje. Použití destruktivních metod, jako je např. provádění kontrolních vývrtů, je velmi obtížné, neboť hrozí nebezpečí jak porušení kompaktnosti výztuže, tak porušení izolací. Z tohoto důvodu byla snaha vyvinout metodu, kterou by bylo možno provádět kontrolu správného dodržení předepsaných parametrů konstrukce bez jejího porušení z vnitřního povrchu tunelu. Na vývoji a vhodné aplikaci takovéto metody pracovali výzkumní pracovníci několika firem po řadu let. Na základě mnoha porovnávacích měření vyplynulo jako optimální použití přístrojů pracujících na principu ultrazvukové impulzní odrazové metody (ultrasonic puls echo), případně bylo odzkoušeno měření odrazu tlakových vln vyvolaných nárazem (impact echo).

U P L AT N Ě N Í N E D E S T R U K T I V N Í C H METOD

Při použití Nové rakouské tunelovací metody (NRTM) je ostění dopravních tunelů konstruováno ve dvou vrstvách. Po dobu konstrukční fáze slouží vnější vrstva torkretového betonu k zajištění efektivního zatížení z okolní horniny. Ve finálním kroku je zhotoveno vnitřní ostění z vyztuženého betonu, které přebírá hlavní nosnou funkci. Mezi oběma vrstvami bývá zpravidla vložená plastická izolační a těsnící vrstva, aby se zabránilo průniku podzemní vody. Je snahou, aby pomocí nedestruktivní zkušební metody bylo možno detekovat defekty ve vnitřním ostění konstrukce tunelu. Může se jednat např. o plochu nedostatečného krytí, nebo odhalenou výztuž v důsledku chybné betonáže (obr. 1a, b). Pokud by se dostala výztuž mimo beton na straně výrubu, nebo by byla zmenšená tloušťka vnitřní vrstvy nosného betonu, mohl by nárůst tlaku vody způsobit proniknutí vody izolační vrstvou (obr. 2) a následným přímým působením na betonovou konstrukci by mohlo dojít k jejímu porušení. Nedostatečná tloušťka vnitřní vrstvy snižuje předepsanou celkovou nosnost konstrukce. Nově navržená a odzkoušená ultrazvuková odrazová impulzní metoda měření je založena na principu přístupu pouze k jedné straně konstrukce. Sondou vysílané ultrazvukové impulzy se odrážejí od zadní (nepřístupné) stěny, odrazy přijímá speciální sonda a po zpracování signálů se na vyhod-

1b

44


❚

3/2014


❚


Obr. 1a, b Obnažené pruty ocelové výztuže v dutině ostění v důsledku nesprávné betonáže ❚ Fig. 1a, b Exposed steel reinforcement rods in lining cavity due to improper concrete placement

2

Obr. 2 Vznik trhliny v izolační vrstvě způsobuje průsak vody v konstrukčním spoji ostění ❚ Fig. 2 Cracks in the sealing layer cause water ingress at the lining construction joint Obr. 3 Příklad měření, a) v síti, b) v praxi ❚ Fig. 3 Example of measurement grid, a) empty measurement grid, b) practical example Obr. 4 Přístroje pracující na ultrazvukovém impulzním odrazovém principu měření, a) ACSYS A1220 Monolith, b) ACSYS MIRA ❚ Fig. 4 Devices employing the ultrasonic pulse echo measurement principle, a) ACSYS A1220 Monolith, b) ACSYS MIRA Obr. 5 Přístroj pracující na principu měření impact echo – Olson Freedom Data PC ❚ Fig. 5 Device employing the impact echo principle – Olson Freedom Data PC

3a

3b

nocovací jednotce přímo zobrazují jak hodnoty tloušťky stěny, tak se i vizuálně lokalizují trhliny, dutiny atd. VYUŽITÍ NEDESTRUKTIVNÍHO MĚŘENÍ V NĚMECKU

V ČR platí metodický pokyn – ministerstva dopravy „Provádění hlavních prohlídek tunelů podzemních komunikací“ z roku 2013. Dokument mimo jiné definuje jak rozsah prohlídek stavebně-technické části tunelu (vizuálně či poklepem kladívkem), tak i např. vybavení pro hlavní prohlídku tunelu, kde je v seznamu předepsané výbavy, co se týká 4a

3/2014

měřícího a zkušebního zařízení, uveden svinovací metr (délka 5 m), posuvné měřidlo (čtení 0,1 mm) nebo trhlinová měrka a tesařské kladivo 400 až 800 g, ev. sekáč na beton. Kontrola se provádí po jednotlivých blocích betonáže a o každém bloku (pasu) se vyhotoví samostatný protokol. V Německu bylo použito první systematické měření tloušťky tunelové konstrukce použitím nedestruktivní metody v roce 1996. Poznatky z tohoto měření vedly ke zpracování a v roce 2001 vydání směrnice pro používání nedestruktivních zkušebních metod 4b

❚


pro tunelové konstrukce s označením RI-ZPF-TU [2], která byla následně revidována v roce 2007. Od této doby jsou tato měření pro všechny dopravní tunely v Německu povinná. Tloušťka ostění tunelové konstrukce speciálně v horní části a v oblastech spojů se sousedními konstrukčními prvky (obr. 3a, kde je uvedena síť měření po celé ploše stropu a obou stranách spojů se sousedními bloky) se musí měřit dvojdimenzionálně, aby se lokalizovaly případné defekty a plochy s nedostatečnou tloušťkou stěny. Doba pro měření a posouzení jednoho 5

45


❚


6

7

8a

8b

Literatura: [1] Mähner D., Rath E., Willmes M.: Zerstörungsfreie Dickenbestimmung von Tunnellinnenschalen, Tunel 8/2007 [2] Bundesanstalt für Strassenwesen: Richtlinie für die Anwendung der zerstörungsfreien Prüfung von Tunnelinnenschalen (RI-ZFP-TU), Ausgabe 2007 [3] Metodický pokyn MD „Provádění hlavních prohlídek tunelů podzemních komunikací“ [4] Srb M.: Průzkumné štoly a havárie tunelů, Havárie podzemních staveb Ostrava 2010 [5] Technická dokumentace výrobce PROCEQ SA, Švýcarsko [6] Základní přehled přístrojů ultrasonic puls echo a impact echo – internetový zdroj

tunelového bloku (délka 10 m, obr. 3b) je cca 5 h. Postup měření podle směrnice RI-ZFP-TU • Pro měření lze použít přístroje na principu metody ultrazvukové impulzní odrazové, nebo impact echo. • Přístroj ultrazvukový impulzní odrazový má mít frekvenci > 20 kHz. • Měření má být provedené pokud 46

Obr. 6 PUNDIT kompletní jednotka PL ❚ Fig. 6 PUNDIT complete set of PL-200 PE

9

Obr. 7 Vysílač i snímač odrazu UZ impulzů ❚ Fig. 7 Pulse echo transducer Obr. 8 PUNDIT PL-200PE, a) měření tloušťky desky, b) měření tloušťky stěny ❚ Fig. 8 PUNDIT PL-200 PE, a) measuring the thickness of a plate element, b) measuring wall thickness Obr. 9 Průřezový pohled kolmý na povrch skenování ❚ Fig. 9 B-scan – sectional view perpendicular to the surface scanned

možno předtím, než je vyplněna stropní vrstva, aby v případě potřeby bylo možno provést doplňující práce – nápravná opatření. • Přístroj před použitím má být zkalibrován na prvku známé tloušťky. Přístroj lze např. zkalibrovat na testovacím vzorku vyrobeném ze stejného betonu jako je vnitřní ostění tunelu a uskladněném v tunelu do doby kalibrování.

• Základní měřící síť (obr. 3a, b) se

doporučuje v definovaném rozměru 800 × 800 mm mezi body měření. V místech, kde je zjištěna nedostatečná tloušťka, se měřící síť zmenšuje na 400 × 400 mm a v místech zjištěných jiných anomálií pak až na 100 × 100 mm. • Místo měření je definováno ve vrcholu konstrukce a v místech konstrukčních spojů.


❚

3/2014

M AT E R I Á LY A T E C H N O L O G I E V S O U Č A S N O S T I P O U Ž Í VA N É PŘÍSTROJE

V současné době jsou na trhu nejvíce rozšířeny ruské přístroje ACSYS A1220 Monolith (obr. 4a) a příp. ACSYS MIRA (obr. 4b) pracující na principu měření ultrazvukovém impulzním odrazovém a případně přístroje Olson Freedom Data PC (obr. 5), resp. Olson NDE 360 od australského výrobce, pracující na principu měření impact echo. Tyto přístroje jsou vzájemně obdobné, co se týká základních parametrů – barevný displej, rozlišení apod., ale výrazně se liší např. mobilitou (hmotnost 1,5 až 10,5 kg), obsluhou sondy aj. V poslední době přichází na trh švýcarská firma PROCEQ SA se zcela novými výrobkem – přístrojem PUNDIT PL-200PE. Nově vyvinutý přístroj pro měření odrazu ultrazvukového impulzu (ultrasonic puls echo) vychází z mnohaleté tradice ultrazvukového přístroje této značky. Základem je robustní indikační přístroj s dotykovým barevným displejem nové generace chráněný průmyslovým vzorem, konstruovaný pro použití v náročném prostředí v terénu. K indikačnímu přístroji jsou dodávány buď ultrazvukové sondy pro snímání podélných vln (od 24 do 500 kHz), nebo pro snímání příčných vln (250 kHz) – ozn. PUNDIT PL-200 (obr. 6), nebo lehký a ergonomicky tvarovaný snímač odrazu ultrazvukových impulzů – ozn. PUNDIT PL-200PE (obr. 7). Přístroj PUNDIT PL-200PE svými parametry plně vyhovuje požadavkům směrnice RI-ZPF-TU, lze jím měřit

4. Mezitím se král Démétrios, který pro nepoddajnost svého ducha byl nazván Poliorkétés (obléhatel měst), přichystal k válce proti Rhodu a přivedl s sebou znamenitého athénského stavitele Epimacha. Epimachos postavil obrovským nákladem a s vynaložením nejvyšší píle a práce helépolis, jejíž výška činila 125 a šířka 60 stop. Zabezpečil ji vycpávkami z chlupů a nevydělanými kůžemi, takže mohla vydržet ránu 360liberárního kamene, vrženého na ni balistou. Helépolis sama vážila 360 000 liber. Když však Rhoďané žádali Kallia, aby proti této helépoli zbudoval svůj válečný stroj, doznal Kalliás, že to nedokáže. 5. Všechno se totiž nedá provést podle týchž pravidel, nýbrž jsou jen některé věci, které jsou při provedení ve velkém měřítku podle malých modelů schopny práce; jiné však nemohou mít žádné modely a dají se sestrojit jenom ve skutečné velikosti. Některé pak jsou toho druhu, že se v modelech podobají skutečným, avšak rozpadávají se, když byly zvětšeny. Jak to můžeme pozorovat na tomto příkladě: nebozezem se vrtá díra půlpalcová, palcová, půldruhapalcová. Chceme-li však udělat

❚


tloušťku stěny konstrukce z jedné strany (obr. 8a, b) a nabízí mnoho dalších speciálních funkcí, jako je pokročilá technologie pro sledování bočních (parazitních) odrazů impulzu, pomáhajících při identifikaci hlavního odrazu. Dalšími funkcemi jsou automatický odhad rychlosti impulzu, optická zpětná vazba přímo na snímači zvyšující účinnost měření, možnost nastavení jak napětí impulzů, tak zisk přijímače včetně možnosti regionálního nastavení jednotek i více než deseti jazykových mutací. Porovnáním s výše uvedenými přístroji je nutno konstatovat, že jak parametry, tak nabízeným komfortem obsluhy včetně snímače vážícího pouhý 1 kg lze v současné době tento přístroj hodnotit jako špičkový. Přístroj je možné využít jak pro režimy skenování A-sken (A-sken umožňuje přímou analýzu původního signálu, digitální filtry pro lepší viditelnost odrazu a potlačení šumu, automatické měření tloušťky konstrukce – sledování odrazu) i B-sken (průřezový pohled kolmý na povrch skenování, usnadnění tak hledání trhlin, dutin, apod., moderní zpracování obrazu pro jeho lepší kvalitu, umístění kurzoru umožňuje přímé změření tloušťky konstrukce a lokalizaci skrytých objektů či vad; snadné měření B-skenu pomocí středové značky a měřítek přímo na snímači obr. 9) s přímým zobrazením na displeji indikačního přístroje. Přístroj je specialisty na celém světě za podpory výrobce (který má své filiálky např. v USA, Anglii, Brazílii, Singapuru, Rusku, Číně, Arabských Emirátech) po-

… 3. Na Rhodu totiž žil stavitel Diognétos, jemuž se zřetelem k vynikajícím výkonům jeho umu byl vyplácen každého roku z veřejných prostředků určitý čestný plat. V oné době přišel na Rhodos jakýsi stavitel z Aradu jménem Kalliás, uspořádal přednášku a předvedl model hradební zdi, v němž postavil stroj s otáčivým jeřábem, který uchvátil helépolis (obléhací věž, pozn. red.), přirážející k hradbám, a přenesl ji dovnitř za hradební zeď. Když Rhoďané tento model uzřeli, užasli nad tím, odňali Diognétovi jeho roční důchod a tuto poctu převedli na Kallia.

3/2014

❚

drobně testován v různých pracovních podmínkách i prostředích, aby uživatelům mohla být poskytnuta co nejvyšší podpora z hlediska aplikace a správného vyhodnocování. Z tohoto důvodu nabízí výrobce uživatelům i odborné školení. Z ÁV Ě R

V současné době jsme svědky prudkého rozvoje techniky a především mikroelektroniky, který umožňuje ze získaných výsledků „vytěžit“ daleko více údajů, než-li při použití dosud běžně používaných metod. Tento trend je zřejmý obzvláště v oblasti přístrojového vybavení pro nedestruktivní metody. Netýká se to jen ultrazvukové metody, ale i metody magnetického indikátoru výztuže, mikrovlnných metod a nových metod záznamu v radiografii. Zavádění těchto metod však vyžaduje interdisciplinární spolupráci, aby jednotlivé metody mohly být plně a hodnověrně využity, a klade zvýšené požadavky na odbornou kvalifikaci obsluhy. prof. Ing. Leonard Hobst, CSc. Ústav stavebního zkušebnictví Fakulta stavební VUT v Brně Veveří 331/95, 602 00 Brno tel.: 541 147 836, 603 313 372 Ing. Jaroslav Mikula TZÚS Praha, s. p. Prosecká 811/76a, 190 00 Praha 9 tel.: 723 905 359 e-mail: [email protected] www.tzus.eu

týmž způsobem čtyřpalcovou, nevede to k úspěchu, přičemž půlstopová nebo ještě větší nám nepřipadá vůbec ani myslitelná. 6. Totéž je možno pozorovat i u některých modelů. Jak mohou být zhotoveny v rozměrech nejnepatrnějších a obdobným způsobem i v rozměrech o málo větších, tak nemohou být zhotoveny toutéž metodou ve velkých rozměrech. A tak Rhoďané, kteří podobně nad oním zařízením upadli právě do takového omylu, Diognétovi ukřivdili a urazili ho. Když pak viděli nepřátele v útočném postavení, obléhací stroj připravený k dobytí města, hrozbu otroctví a nutně očekávané zpustošení města, padli před Diognétem na zem a úpěnlivě ho prosili, aby přispěl vlasti na pomoc. 7. Diognétos to zprvu odmítl. Když ho však přišli prosit urozené panny a jinoši s kněžími, přislíbil to pod podmínkou, že stroj bude jeho, jestliže se ho zmocní. Když to bylo ujednáno, dal prorazit hradbu v místě, kde k ní měla přirazit obléhací věž, a poručil, aby každý vyléval strouhami vybíhajícími před hradbu do tohoto průlomu všechnu vodu, výkaly a bláto, které mohl sehnat z veřejných míst nebo z vlastního domu. Poté co tam bylo v noci vylito velké množství vody, bláta a výkalů, zabořila se druhého dne přirážející helépolis, dříve než se přiblížila k hradbě, ve vlhké půdě, z níž se utvořilo bahniště, a nemohla ani kupředu, ani se potom z toho nemohla dostat ven. Proto Démétrios, když uznal, že byl chytrostí Diognétovou přemožen, se svým loďstvem odplul… Marcus Vitruvius Pollio: Deset knih o architektuře, Kniha desátá, XVI Obranná zařízení, odst. 3-7


47

VĚDA A VÝZKUM

❚

SCIENCE AND RESEARCH

SLEDOVÁNÍ KVALITY BETONŮ PŘI EXTRÉMNÍM ZATÍŽENÍ ❚ MONITORING OF CONCRETE QUALITY AT EXTREME LOADING Petr Štěpánek, Lubomír Vítek, Jaroslav Školař, Stanislav Šťastník, Petr Cikrle, Martin Zlámal, Petr Žítt V rámci kontroly bezpečnosti a spolehlivosti jaderné elektrárny Dukovany bylo zahájeno dlouhodobé sledování kvality stínících a nosných betonů v okolí reaktoru s cílem získání poznatků o vlivu jaderného záření, zvýšené teploty a vlhkosti na jejich mechanicko-fyzikální parametry. Data získaná po dvou letech měření zatím neprokázala žádné negativní vlivy záření na sledované parametry. ❚ In the terms of verification of the Dukovany nuclear power plant safety and reliability long-term monitoring of shielding and carrying concretes quality in the pile surrounding has begun with the aim to obtain information about the influence of nuclear radiation, increased temperature and humidity on concrete mechanical-physical characteristics. Acquired data after two years of measurement did not prove any negative influences of radiation on monitored characteristics.

Otázka bezpečnosti a spolehlivosti jaderných elektráren je předmětem trvalé pozornosti. Přitom je věnována pozornost jak vlastnímu technologickému zařízení (vlastnímu reaktoru a jeho řídícím a kontrolním systémům), tak i stavebním konstrukcím, bez kterých by celý systém nemohl spolehlivě fungovat jak při běžném provozu, tak i při projektových i neprojektových haváriích. U jaderných elektráren je zcela běžná pravidelná kontrola kvality oceli nádoby reaktoru. Provádí se na vzorcích oceli, které jsou uloženy ve schránkách v okolí reaktoru, a jsou tak vystaveny účinkům ionizujícího záření. Toto je přímý legislativní požadavek, neboť reak-

torová nádoba je součástí jedné z bariér proti úniku radioaktivních látek. Kvalita stínících betonů a betonových konstrukcí v okolí reaktoru není takovýmto způsobem kontrolována. A právě proto byl navržen systém kontroly kvality betonů vystavených účinkům radiačního, teplotního a vlhkostního namáhání metodou svědečných vzorků. Cílem dlouhodobého sledování svědečných vzorků včetně stávajících betonů v oblasti kolem šachty reaktoru 1. a 3. reaktorového bloku (dále jen RB) jaderné elektrárny (JE) Dukovany je ověření jejich chování a zjištění případných změn fyzikálně-mechanických charakteristik a chemického složení vyvolaných teplotním, vlhkostním, mechanickým a radiačním zatížením. Získaná data lze použít pro posouzení stavebních konstrukcí na všechny předepsané typy zatížení a jejich kombinace, kterým konstrukce jaderné elektrárny musí vyhovět. U železobetonových konstrukcí primárního okruhu JE Dukovany se zejména v případě prodlužování životnosti elektrárny uplatní vlivy aktuálního mechanického chování betonu. Pro potřeby bezpečnostních analýz a pro prognózy životnosti a spolehlivosti konstrukce v čase je nutné znát okamžité mechanické parametry a konstitutivní vztahy betonů; dále je nezbytné předpovědět změnu příslušných fyzikálně-mechanických parametrů v čase. V případě stárnutí betonu při působení vlhkosti, teploty, radiace, chemických vlivů a silového zatížení se jedná o nový obor. Z hlediska jeho vývoje lze hovořit o dlouhodobém charakte-

ru. K tomu slouží i navrhovaný soubor dlouhodobě sledovaných svědečných vzorků betonu, který má za úkol: • získat informace o degradaci betonu při zohlednění výše uvedených vlivů, • získat podklady pro návrh vhodných konstitutivních vztahů pro beton při působení uvedených degradačních vlivů, • zjistit aktuální fyzikálně-mechanické charakteristiky. RADIAČNÍ POŠKOZENÍ BETONU

Radiační záření vycházející z aktivní zóny reaktoru je zeslabováno a absorbováno v betonovém stínění, které reaktorovou nádobu obklopuje. Absorbované záření je z velké části převedeno na teplo, které může mít velmi nepříznivé účinky na fyzikální a mechanické vlastnosti betonu. Vzniklé teplo vyvolává uvnitř stínící konstrukce napětí, které je významné v místě prudkých teplotních gradientů uvnitř stínící konstrukce. Jaderné záření může ovlivňovat fyzikální, mechanické a chemické vlastnosti materiálu i v důsledku defektů, jako je narušení struktury atomové mřížky materiálu. Tento jev je považován za radiační poškození. Jako příklad lze uvést srážku neutronu s jádrem atomu. Neutron jádru může předat dostatečnou energii k narušení rovnováhy v krystalové struktuře materiálu, a tak vznikne v mřížce defekt, který ovlivňuje vlastnosti materiálu. V důsledku radiačního záchytu neutronového záření však v betonu vznikají i radioaktivní izotopy prvků s různým poločasem rozpadu. Problematikou radiačního poškození betonu se zabývají vědci v celosvě-

1

Obr. 1 Vrtání otvorů do stínícího betonu metodou jádrových vývrtů Fig. 1 Drilling of holes in concrete shielding by core

❚

Obr. 2 Stanoviště připravené pro osazení svědečných vzorků ❚ Fig. 2 Stand ready for installation of validatory samples Obr. 3 Analyzované a roztříděné svědečné vzorky před transportem do JE Dukovany ❚ Fig. 3 Analysed and categorized validatory samples before transport to Dukovany NPP Obr. 4 Osazené svědečné vzorky samples

❚

Fig. 4

Imbedded validatory

Obr. 5 Hermeticky uzavřené stanoviště s osazenými měřicími přístroji ❚ Fig. 5 Hermetically sealed stand with installed measuring devices

48


❚

3/2014

VĚDA A VÝZKUM 2


3

tovém měřítku již od dob výstavby prvních reaktorů. Publikované experimentální výsledky jsou mnohdy rozdílné, což je způsobeno obtížným oddělením účinků radiačního poškození od efektů zvýšených teplot. Některé výsledky lze též těžko porovnávat, neboť jsou použita různá složení testovacích vzorků betonu a jsou použité rozdílné metody testů. Obecně byly u vzorků zjišťovány vlivy záření na jednotlivé složky betonu, jako je kamenivo a cementový tmel, a vliv záření na beton jako celek. Při celkovém hodnocení betonu byl kladen důraz na pevnost betonu v tlaku a tahu, na moduly pružnosti, rozměrové změny a ztrátu hmotnosti a na tepelnou roztažnost a vodivost [1] až [5]. Při zeslabování nebo absorpci jaderného záření v stínícím betonu je navíc veškeré absorbované záření převedeno na teplo. Vytvořené teplo může mít nepříznivé účinky na fyzikální a mechanické vlastnosti betonu. Teplo může rovněž přispívat k vysokým tepelným napětím z důvodu nelineárního teplotního rozdělení a prudkých gradientů uvnitř stínění [1] až [5]. 4

3/2014

❚

METODIKA MĚŘENÍ

V roce 2007 byly metodou jádrových vývrtů vyvrtány otvory do stínícího betonu 1. reaktorového bloku JE Dukovany na šesti stanovištích a do 3. reaktorového bloku na pěti stanovištích (obr. 1 a 2). Odvrtané nepoškozené jádrové vývrty byly použity ke stanovení reálných vlastností betonu zatížených teplotním, vlhkostním a radiačním zatížením při jejich působení v konstrukci. Zároveň byla vytvořena sada nových vzorků o přesně definovaných vlastnostech, které byly umístěny do vyvrtaných otvorů na jednotlivých stanovištích a slouží k sledování změn fyzikálně-mechanických charakteristik a chemického složení vyvolaných teplotním, vlhkostním a radiačním zatížením. Metodou jádrových vývrtů bylo vyrobeno 1 300 nových vzorků, u kterých byly nedestruktivními metodami stanoveny jejich počáteční fyzikálně-mechanické vlastnosti. Tyto vzorky byly následně statisticky zpracovány a bylo ponecháno 1 002 vzorků pro použití na jednotlivých RB, jejichž vlastnosti se nejvíce blížily středním hodnotám mě-

řených veličin (dynamický modul pružnosti a objemová hmotnost). Vzorky byly navíc na základě dynamických modulů pružnosti roztříděny do tří kvalitativních skupin (obr. 3), ze kterých jsou posléze náhodně vybírány jednotlivé vzorky pro osazení do otvorů na stanovištích na reaktorových blocích. Nepoužité nové vzorky jsou umístěny ve skladovacích místnostech na jednotlivých reaktorových blocích mimo vliv radiačního zatížení a slouží pro postupné doplňování odebraných vzorků na jednotlivých stanovištích, resp. jako referenční vzorky. V první fázi byly do každé řady umístěny tři vzorky nové (vždy z každé kvalitativní skupiny jeden náhodně vybraný vzorek), dva stávající vzorky (z RB, na kterém byly odvrtány) a poslední otvor byl zaplněn dvěma cementovými trámečky 40 × 40 × 160 mm, pro kontrolu charakteristik cementu. Po vyjmutí vzorků z řady je tato řada zaplněna šesti novými vzorky (vždy z každé kvalitativní skupiny dva náhodně vybrané vzorky), které jsou umístěny na příslušných RB. Všechny vzorky byly obsypány jemným křemičitým pískem, aby bylo docíleno

5

❚


49

VĚDA A VÝZKUM

❚


Obr. 6 Závislost fluence neutronů na 3. RB na čase k dosažení limitní fluence neutronů ❚ Fig. 6 Dependence of the neutron fluency time necessary to reach the limit of the neutron fluency at the reactor unit block No. 3 Obr. 7 Porovnání průměrných hodnot objemové hmotnosti betonu vzorků z různých stanovišť bloku č. 1, řady 1, před vložením a v časové doplňkové rovině čtyři roky ❚ Fig. 7 Comparison of average values of density of the concrete samples before installing and in the exposed time of four years from different stands on reactor unit block No. 1 Obr. 8 Porovnání průměrných hodnot objemové hmotnosti betonu vzorků z různých stanovišť bloku č. 3, řady 1, před vložením a v časové doplňkové rovině čtyři roky ❚ Fig. 8 Comparison of average values of density of the concrete samples before installing and in the exposed time of four years from different stands on reactor unit block No. 3

případného přenosu vlhkosti na vzorky umístěné v otvorech (obr. 4). Vzorky byly umísťovány do otvorů na jednotlivých stanovištích systematicky do předem daných pozic, aby mohly být odebírány podle přesně daného plánu, který je rozdělen na sedm základních časových rovin expozice vzorků – 1, 2, 4, 12, 18 a 25 let, v kterých budou vzorky postupně odebírány a bude vyhodnocen vliv radiačního, teplotního a vlhkostního zatížení na fyzikálně-mechanické vlastnosti betonu. Souběžně s měřením vlivu expozice na svědečné vzorky je v blízkosti jednotlivých stanovišť soustavně měřena vlhkost, teplota a monitorováno pole záření pro stanovení celkové dávky záření gama a neutronového záření. Po osazení všech vzorků a měřících přístrojů byla stanoviště hermeticky uzavřena tak, aby byla opět zaručena celistvost vnitřní ochranné ocelové vystýlky kontrolovaného pásma (obr. 5). D R U H A R O Z S A H P R O VÁ D Ě N Ý C H ZKOUŠEK NA VZORCÍCH A JEJICH VYHODNOCENÍ

V současné době byly odebrány vzorky z 1. a 3. reaktorového bloku JE Dukovany, které byly vystaveny působení radiačního zatížení po dobu jednoho a dvou let. Odebrané svědečné vzorky z jednotlivých stanovišť jsou podrobeny následujícím zkouškám fyzikálně-mechanických a chemicko-fyzikálních vlastností: • Analýza hmotnostních aktivit štěpných a aktivačních radionuklidů - obsah umělých radionuklidů, - rentgenografická mikrostrukturální analýza, - monitorování radiační zátěže, • Analýza chemicko-fyzikálních parametrů svědečných vzorků betonů - stanovení pórovitosti metodou vysokotlakové rtuťové pórozimetrie, - termická analýza složek betonu metodou diferenční termické analýzy, 50

6

1,00E+20 Fluence neutronů [cm-2 ]

1,00E+19 /LPLWQtIOXHQFHQHXWURQĤ 1 x 1019 cm-2

1,00E+18 1,00E+17 1,00E+16 1,00E+15 1,00E+14 1,00E+13 1,00E+12 1,00E+11 1,00E+10

Doba [rok] 1

10

100

- mineralogická analýza metodou strukturní rentgenové difrakční analýzy - chemicko-fyzikální analýza solí (boritany), • Analýza mechanicko-fyzikálních parametrů svědečných vzorků betonů - pevnost v tlaku, - statický a dynamický modul pružnosti v tlaku. Analýza hmotnostních aktivit štěpných a aktivačních radionuklidů ve vzorcích betonu Při provozu jaderného reaktoru vznikají štěpné produkty a aktivací neutrony vznikají aktivační produkty v samotném palivu, pokrytí paliva v konstrukčním materiálu a v chladivu primárního okruhu. Obsah radionuklidů štěpných produktů v reaktoru se nazývá inventář reaktoru a ten je závislý na typu reaktoru, typu paliva a stupni vyhoření. Inventář štěpných produktů lze vypočítat pro libovolný čas provozu reaktoru. Naměřené hmotnostní aktivity nuklidů jsou z hlediska radiotoxicity nízké. Jiné nuklidy (s výjimkou přírodních nuklidů) nebyly ve spektrech měřených vzorků nalezeny ani po manuální kontrole spekter. Na základě doposud proměřených 48 vzorků nelze zatím vysledovat žádné trendy v nárůstu aktivačních prvků. Z naměřených údajů u různých kampaní je ale zřejmé, že hodnoty pole záření (fotony i neutrony) za jednotlivé kampaně jsou zhruba stejné. Lze tedy předpokládat, že nárůst aktivačních prvků bude úměrný expoziční době korigovaných na poločasy přeměny těchto nuklidů. I když se negativní vlivy neutronového a gama záření sčítají, neměly by účinky těchto záření způsobit radiační poškození konstrukčního betonu šachty reaktoru během jakékoliv životnosti jaderné elektrárny (obr. 6).

1000

10000

100000

1000000

10000000

10000000

Analýza chemicko-fyzikálních parametrů svědečných vzorků betonů Z dosud provedených analýz po dvou letech expozice svědečných vzorků nebyl zjištěn vliv na pórovitost betonu. Na vzorcích jsou patrné pouze identické průběhy pro jednotlivé teplotní intervaly mineralogických modifikací. Výrazný teplotní pokles při teplotách nad 720 °C odpovídá vápenatým složkám, které se nachází v přebytku a svědčí tak o tom, že vzorky doposud nebyly zatíženy degradačním procesem. Betonové konstrukce jsou vystaveny dlouhodobému působení zvýšené teploty za zvýšeného vlhkostního obsahu. Vlhkostní změny betonu mají vliv jednak na objemové změny zejména cementového pojiva ve vztahu k plnivu (kamenivu), jednak na mechanické vlastnosti betonu v důsledku změny povrchového napětí a kapilárních sil. Přitom se uplatňuje jak vliv rozdílné vlhkosti v různých místech betonu, tak rozdílný vliv vody na kamenivo a zatvrdlý cement. Uvedený stav je dán hlavně velkou nasákavostí cementového tmele, v němž voda způsobuje tyto fyzikální změny: • nabývání solí vzniklých hydratací (proces bobtnání), • postupná saturace kapilár za současné změny kapilárních sil. Porovnáním jednotlivých výsledků mikrostrukturální analýzy vzorků betonů lze shrnout, že nebyly shledány žádné nové mineralogické novotvary oproti referenčním vzorkům. Zároveň bylo u všech výše odzkoušených vzorků betonů zjištěno pouze nezvýšené množství rozpustných borových solí obsahující jen malé množství boru, které nejpravděpodobněji pochází z kameniva v betonu. Podle zjištěných výsledků lze prokázat, že analyzované vzorky betonu poskytují informaci o relativně „mladém“ betonu, kde se dosud v mikrostruktuře


❚

3/2014

VĚDA A VÝZKUM


8

Blok 1, řada 1 – objemová hmotnost

Blok 3, řada 1 – objemová hmotnost

2300

2360 2340 2320 2300 2280 2260 2240 2220 2200 2180 2160

2280 D [kg/m 3 ]

D [kg/m 3 ]

7

❚

2260 2240 2220 2200 2180

11

12

15

2160

16

31

33

Stanoviště

35

Před vložením

V čas. rovině 5/2012

V čas. rovině 5/2012

Analýza mechanicko-fyzikálních parametrů svědečných vzorků betonů Analýza mechanicko-fyzikálních parametrů byla provedena nedestruktivními a destruktivními metodami. Z dosud provedených měření vyplývá, že u většiny vzorků betonu z bloků č. 1 a 3 došlo po čtyřech letech expozice k mírnému úbytku objemové hmotnosti proti původnímu měření (obr. 7 a 8). Výjimkou jsou stanoviště č. 11 a 31, u kterých došlo k mírnému nárůstu objemových hmotností, což je opět pravděpodobně způsobeno zvýšenou vlhkostí, resp. zaplavením stanoviště vodou. Podobně jako u objemových hmotností i v případě modulů pružnosti byl zaznamenán pokles oproti původnímu měření z roku 2007. Jednou z možností vysvětlení tohoto jevu je ztráta vody vysýcháním. Z rozdílných hodnot objemových hmotností a modulů pružností vzorků uložených na 1. RB a 3. RB lze ❚

34

Před vložením

neobjevila přítomnost korozních novotvarů vznikajících při degradaci cementové matrice či jiné anomálie. Z produktů hydratace cementu bylo ve vzorcích identifikováno poměrně velké množství portlanditu, C-S-H fáze a velmi malé množství minerálu kalcitu. Porovnání jejich fyzikálně-chemických vlastností s vlastnostmi zjištěnými v dřívějších letech nepřináší vzájemné rozdíly. Shodně všechny vzorky C 3RB/4d odebrané v roce 2013 nesou znaky, podle nichž lze usuzovat, že byly po jistou dobu vystaveny účinku vysoké vlhkosti nebo mohly být zaplaveny vodou. Tomuto zjištění odpovídá také zvýšený obsah rozpustných borových solí, který byl zjištěn v rozmezí 0,23 až 0,8 mg/kg oproti úrovni vzorků C 3RB/2z z roku 2010, kdy byl zjištěn obsah rozpustných borových solí v rozmezí 0,1 až 0,4 mg/kg.

3/2014

Stanoviště

usuzovat odlišné vlhkostní podmínky, které se mohou projevovat dále i v pevnostních parametrech odzkoušených vzorků. U modulu pružnosti totiž na rozdíl od pevnosti v tlaku dochází při nasycení vodou k nárůstu a při vysušení k poklesu hodnot. Zvýšená vlhkost v prostředí vzorků uložených ve 3. RB byla zároveň důsledkem kvalitnějšího procesu zrání, a proto obecně vykazují vzorky z 3. RB vyšší hodnoty pevnostních parametrů v porovnání s hodnotami stanovenými na vzorcích odebraných z 1. RB. Při srovnání hodnot pevností betonu původních vzorků byla shledána dobrá shoda mezi jednotlivými objemovými hmotnostmi a krychelnými pevnostmi betonu v tlaku z hlediska jejich umístění na jednotlivých RB (tab. 1 a 2). Potvrdily se zároveň předchozí závě-

ry, že na změny dynamických charakteristik nemá prozatím vliv záření, ale vlhkostní stav betonu. Pokud se vzorky nacházejí ve vlhku, dochází k nárůstu objemové hmotnosti i dynamických modulů pružnosti betonu, v suchém prostředí naopak hodnoty těchto veličin klesají. Z ÁV Ě R

Ze všech doposud provedených kontrolních měření na svědečných vzorcích a vzorcích původního betonu lze říci, že vliv vlhkosti, teploty a účinků ionizujícího záření na vlastnosti betonu jsou zanedbatelné a nedochází k degradaci pevnostních charakteristik betonu. V současné době ovšem bylo provedeno měření pouze na vzorcích, které byly na stanovištích exponovány jeden, dva, resp. čtyři roky. Měření v následují-

Tab. 1 Výsledné hodnoty fyzikálně-mechanických parametrů betonů svědečných vzorků vyjmutých z 1. RB a jejich procentní srovnání ❚ Tab. 1 Resultant values of physical and mechanical characteristics of concrete validatory samples removed from the reactor unit block No. 1 and their percentage comparison

označení vzorků referenční vzorky 1. RB / 1z 1. RB / 2z 1. RB / 4z 1. RB / 2k 1. RB / 4k

objemová hmotnost hodnota procentní podíl [kgm-3] [%]

krychelná pevnost hodnota procentní podíl [MPa] [%]

modul pružnosti hodnota procentní podíl [GPa] [%]

2 246

100

40,8

100

25,7

100

2 240 2 221 2 223 2 230 2 264

99,7 98,9 99 99,3 100,8

41,9 41,4 41,2 43,7 45

102,6 101,5 101 107,1 110,3

29,7 27,6 27,8 29,5 28,8

115,4 107,4 108,2 114,8 112

Tab. 2 Výsledné hodnoty fyzikálně-mechanických parametrů betonů svědečných vzorků vyjmutých z 3. RB a jejich procentní srovnání ❚ Tab. 2 Resultant values of physical and mechanical characteristics of concrete validatory samples removed from the reactor unit block No. 3 and their percentage comparison

označení vzorků referenční vzorky 3. RB / 1z 3. RB / 2z 3. RB / 4z 3. RB / 2k

objemová hmotnost hodnota procentní podíl [kgm-3] [%]

krychelná pevnost hodnota procentní podíl [MPa] [%]

modul pružnosti hodnota procentní podíl [GPa] [%]

2 246

100

40,8

100

25,7

100

2 249 2 258 2 258 2 254

100,1 100,5 100,5 100,3

44 44,9 47,8 44,6

107,8 110 117,2 109,3

26,3 27,5 29,9 29,3

102,3 107 116,2 114,1

Pozn.: Označení vzorku za lomítkem značí časovou rovinu – dobu expozice vzorků a „z“ – základní, „k“ – kontrolní/ doplňková.


51

VĚDA A VÝZKUM

❚


cích letech pak budou dalším důležitým přínosem pro poznání chování stínících betonů vystavených účinkům radiačního zatížení v okolí reaktorových bloků JE Dukovany. Ze závěrů měření provedených na 1. RB a 3. RB je zároveň zřejmé, že dochází k průniku zvýšené vlhkosti na jednotlivá stanoviště. Opět se tak potvrdily závěry předchozích zpráv, totiž že na pokles materiálových charakteristik nemá prozatím vliv záření, ale změny vlhkostních poměrů betonu. Na závěr je nutné podotknout, že všechny nedestruktivní a destruktivní zkoušky na exponovaných svědečných vzorcích byly provedeny v kontrolovaném pásmu Fakulty stavební VUT v Brně nebo na pracovištích k tomu určených. Všechny vzorky, resp. jejich části byly po provedení zkoušek převezeny zpět do areálu JE Dukovany k likvidaci.

prof. RNDr. Ing. Petr Štěpánek, CSc. e-mail: [email protected] tel.: 541 147 848

Ing. Lubomír Vítek, Ph.D.

prof. RNDr. Ing. Stanislav Šťastník, CSc.

Ing. Petr Cikrle, Ph.D.

Ing. Zlámal Martin, Ph.D.

Ing. Petr Žítt

Všichni: VUT v Brně Fakulta stavební Ústav betonových a zděných konstrukcí Veveří 95, 602 00 Brno

Literatura: [1] Kaplan M. F.: Concrete Radiation Shielding, Longman Scientific and Technical, 1989 [2] Technologie a vlastnosti těžkých betonů, Vědecko-výzkumný ústav betonů, Moskva 1962 [3] Jaeger R. G., Blizard E. P., Chilton A. B.: Engineering Compendium on Radiation Shielding, Vol. I Shielding Fundamentals and Methods, International Atomic Energy Agency Vienna, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1968 [4] Jaeger R. G., Blizard E. P., Chilton A. B.: Engineering Compendium on Radiation Shielding, Vol. II Shielding Materials, International Atomic Energy Agency Vienna, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1975 [5] Jaeger R. G., Blizard E. P., Chilton A. B.: Engineering Compendium on Radiation Shielding, Vol. III Shield Design and Engineering, International Atomic Energy Agency Vienna, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1970

Prezentované výsledky výzkumu byly získány za finanční podpory projektu TAČR TA02020006 Ing. Jaroslav Školař

„Využití hydroenergetického potenciálu

JE Dukovany

vodárenských soustav“ a projektu FR-TI4/159

675 50 Dukovany

„Light structures – progresivní konstrukce z moderních kompozitních materiálů“.

e-mail: [email protected]

Příspěvek na toto téma zazněl na konferenci Sanácie betónových konštrukcií v prosinci loňského roku ve slovenských Smolenicích.

SYMPOZIUM SANACE 2014 Skončilo 24. mezinárodní sympozium SANACE 2014 a mohu říci, že jsme se na ně připravovali s jistým rozechvěním. Ekonomická situace stavebnictví příliš nepřeje, a to se odráží na počtu účastníků na odborných konferencích. Dá se však konstatovat, že jsme byli příjemně překvapeni. Kromě pravidelných účastníků, s kterými se setkáváme již po řadu let, se na sympoziu objevili například i významní investoři z Ředitelství silnic a dálnic ČR či Správy železniční a dopravní cesty, s. o. Celkově se sympozia zúčastnilo na 130 účastníků a na doprovodné výstavě se prezentovalo na dvacet společností. I změna večerního setkání z „Moravské chalupy“ do vinného šenku „Železná růže“ se setkala s kladnou odezvou. Na slavnostním večeru, kterým byl zakončen první jednací den, byla předána ocenění v oboru sanace betonových konstrukcí. Titulem Významná osobnost v oboru sanace betonových konstrukcí byl oceněn Ing. Zdeněk Koch. Ocenění Sanační materiál roku 2013 získala společnost Sika CZ, s. r. o., za výrobek Sika MonoTopR-452. Ocenění Sanační dílo roku letos nebylo uděleno.

52

Příští rok bude „kulaté“ čtvrtstoletí konání našeho sympozia, a tak již mnozí účastníci připojovali své nápady, jak ten 25. ročník vylepšit. prof. Ing. Leonard Hobst, CSc. prezident SSBK


❚

3/2014

AKTUALITY

CONCRETE Leonard Koren Edwin A. R. Trout, The Concrete Society, o knize napsal: „Výpravná, jak lze očekávat od vydavatele uměleckých knih, jako je Phaidon, je tato stylová kniha a podobně jako na své obálce, kde je termografickou technologií otisknuto bednění sestavené z hrubých prken, je obrazem betonu. Je to jednoduchý avšak neobyčejný prvek, který objasňuje, co je tím zásadním pro knihu věnovanou prezentaci toho nejlepšího z betonové architektury. S nadpisem „Betonové myšlenky“ je kniha uvedena osobní předmluvou autora Leonarda Korena, amerického architekta, jehož formální výchova začala v období Brutalismu v raných sedmdesátých letech, který však zákony estetiky charakteristické pro tu dobu neuznává. Rozmanitou architekturu představenou v knize popisuje jako nádhernou, vznosnou, impozantní, či ušlechtilou a její konstrukční materiál jako jeden z největších úspěchů člověka. Autor představuje některé z vybraných staveb jako „poetické“, např. Kahnův Salk Institute a Leca Swimming Pool od Alvara Sizy. Vychází z vlastních zkušeností ze života v Japonsku v osmdesátých letech, kde byl pohledový beton „a la mode“, a lituje následné zdrženlivosti, s kterou se k betonu přistupovalo. Upozorňuje, že textura pohledového betonu je to, co dělá tento materiál tak atraktivním; ta má hluboký smyslový rozměr, protože nabízí jak optický, tak hmatový vjem. Tok myšlenek uzavírá připomínkou účinku dobře navržené betonové konstrukce na naší mysl: beton se už vloudil hluboko do našeho kolektivního podvědomí. Spoléháme na jeho absolutní fyzickou integritu, což vnímáme v našich životech jako solidnost a pocit jistoty, skutečně i metaforicky.

❚

TOPICAL SUBJECTS

Naštěstí ve většině případů naši technologové a inženýři zajistí, že beton je řádně vyroben a konstrukce z něj stejně postavena, a může tak naplnit psychologická očekávání. To dovoluje architektům, tvůrcům místa, soustředit se na transformaci té „husté kaše“ na lepší a lepší odrazový můstek pro naši představivost. Na většině stránek knihy jsou fotografie jen s malým množstvím slov. Klasické černobílé dobové záběry jsou promíchány s nádhernými současnými celostránkovými barevnými obrazy. Stavby jsou sdruženy do kapitol, jejichž názvy vyjadřují abstraktní obsah: forma, textura, zasazení do prostředí, krajina, světlo, hmota, přítomnost a měřítko – fotografie oslavují nejlepší architekty, kteří svá díla vytvořili z betonu, Candelu, Lloyd Wrighta, Maillarta, Niemeyera, Nerviho a Perreta a řadu současných architektů, jejichž jména ještě nejsou tak známa. Určitým způsobem je výběr staveb předvídatelný, protože mnoho uvedených příkladů je velmi dobře známých, ale právě toto je potvrzení jejich důležitosti. Kromě toho je zde mnoho nových typů betonů, a materiálu to tak dodává různorodost i vyváženost a zejména vzbuzuje svěží zájem o něj. Fotografie jsou opravdu úžasné, inspirující. Je to skutečně typická dárková publikace, která beton nádherně prezentuje a udržuje v centru obdivu.“ Recenze byla převzata z časopisu Concrete, Vol. 48, March 2014, Issue 02, str. 11 Vydavatelství Phaidon, Londýn, 2012 Editor William Hall ISBN 978-0714863542 240 stran, 29,95 GBP

TECHNOLOGIE BETONU 2014 Už podruhé se konference Technologie betonu pořádaná Českou betonářskou společností ČSSI konala v jihlavském hotelu Gustav Mahler. Letos to bylo 9. dubna. Prostory barokní přestavby středověkého dominikánského kláštera dávají konferenci o nejnovějších trendech ve vývoji a výzkumu technologie betonu zvláštní atmosféru. Téměř stovka účastníků si pod klenbou konferenčního sálu umístěného v původním, po roce 1781 odsvěceném, kostele s výbornou akustikou vyslechla šestnáct zajímavých přednášek rozdělených vědeckou radou konference (předsedkyně Ing. Michala Hubertová, Ph.D.) do čtyř tematických bloků. V první sekci vyzvaných přednášek vysvětlil Ing. Števula posluchačům důvody, proces a souvislosti přípravy nové normy ČSN EN 206-1 včetně některých nečekaných peripetií jejího vydaní. Ing. Margoldová poukázala na důležitost vývoje nových materiálů a zvládnutí nových technologií zpracování betonu jako podmínky pro současnou moderní architekturu. K problematice modulů pružnosti betonu a souvislostem jejich určování se ve své přednášce vrátil Ing. Huňka (spoluautor doc. Kolísko). Druhý dopolední blok přednášek věnovaný materiálům pro beton byl uveden vyzvanou přednáškou prof. Hely na téma popílky v betonu a betonové recykláty. Další přednášky byly věnovány betonům s vysokým obsahem popílků pro běžné použití v podmínkách ČR, Ing. Šáchová, vlastnostem betonů s využitím přírodního zeolitu a dalších běžně používaných příměsí, Ing. Sedlmayer, a zkušenostem z vývoje a aplikací alkalicky aktivovaných betonů, Ing. Tomanová. První sekce odpoledních přednášek byla zaměřena na vlastnosti betonu a jejich zkoušení. V sekci zazněly přednášky o úpravách povrchu betonu a jeho drsnosti ve vztahu k výsledkům zkoušky CHRL, přednesl Ing. Urban, o smršťování betonu vědecky nebo prakticky použitelně, přednesl Ing. Kadlec, o nových přístupech při analýze nebezpečí rozpínavých reakcí v betonu, přednesl Ing. Stryk, a o vlivu kotevní délky na soudržnost předpínací výztuže a UHPC, kterou přednesl Ing. Čítek.

3/2014

❚

V závěrečné sekci byly představeny zajímavé realizace betonových konstrukcí se zaměřením na materiály a technologie. Pozornost posluchačů zaujala přednáška Ing. Pánka o použití červeného betonu na fasádách nového divadla v Plzni, přednáška Ing. Tichého o použití bílého UHPC s výztužnou sítí pro tenkostěnné fasádní panely, přednáška Ing. Koukala o výstavbě betonových konstrukcí laserového centra, přednáška Ing. Fládra o odolnosti HPC při zatížení výbuchem i závěrečná přednáška Ing. Šafraty o transportbetonu s odolností proti vysokým teplotám a jeho použití při výstavbě bezpečnostních záchytných nádrží v ostravských ocelárnách. Nejasné informace byly posluchači oponovány či široce diskutovány přímo po přednáškách i později během přestávek. Komornější atmosféra je pro živé výměny názorů určitě příznivější než velké sály. To je i jedním z cílů těchto monotématických konferencí vedle šíře zaměřených tradičních Betonářských dnů. Jednodenní konference s řadou zajímavých prezentací byla zakončena příjemným společenským večerem v prostorách hotelu.


53

VĚDA A VÝZKUM

❚


SLEDOVÁNÍ ANOMÁLNÍHO ROZMÍSTĚNÍ DRÁTKŮ V KALIBRAČNÍCH VZORCÍCH DRÁTKOBETONU POČÍTAČOVOU TOMOGRAFIÍ ❚ MONITORING OF ANOMALOUS DISTRIBUTION OF WIRES IN THE CALIBRATION SAMPLES OF FIBER CONCRETE BY COMPUTED TOMOGRAPHY Leonard Hobst, Petr Bílek, Ondřej Anton, Tomáš Zikmund

Computed tomography (CT) belongs among the

non-destructive

methods

which

are

characterized by a high explanatory power. This Počítačová tomografie (CT) patří k nedestruk-

method has its advantages and also limitations

tivním metodám, které mají velké vypovídací

and in case this very method is applied, its

schopnosti. Kromě předností má však tato

limitations must be taken into account.

metoda i svá omezení, na která je nutno při

The CT method is generally described in this

jejím uplatnění brát zřetel.

contribution, and its capabilities and limitations

V příspěvku je obecně popsána CT metoda

are explained in a practical example – CT

a na praktickém příkladu – tomografickém

monitoring of calibration fibre concrete samples.

vyšetření kalibračních vzorků z drátkobeto-

The calibration fibre concrete samples with

nu – jsou popsány její možnosti a ome-

a determined fibre concentration were specially

zení. Kalibrační vzorky drátkobetonu, se

produced for calibrating the magnetic probes

stanovenou koncentrací drátků, byly speci-

which were developed in the framework of

álně vyrobeny pro nakalibrování magnetic-

a research project at the Brno University of

kých sond, vyvinutých v rámci výzkumného

Technology, Faculty of Civic Engineering.

úkolu na FAST VUT v Brně. Při kalibraci však

Some calibration samples showed anomalous

některé vzorky vykazovaly anomální výsledky,

results and hence such calibration samples

a proto byly tyto vzorky podrobeny kontrole

were tested using the CT method which

CT metodou, která prokázala nepravidelné

proved irregular fibre distribution in the tested

rozdělení drátků v kontrolovaných vzorcích.

❚

samples.

1a

Jedním z cílů nedestruktivních metod kontroly je stanovení co nejvíce základních údajů o zkoušených materiálech bez jejich porušení. K tomu se dají využít metody založené na různých fyzikálních principech. K nejúčinnější metodě, co se vypovídací schopnosti týče, patří počítačová tomografie (Computed Tomography, CT). Ta se již po řadu let využívá v lékařské diagnostice, ale v průmyslových aplikacích je však stále v rozvoji. Týká se to i stavebnictví, kde údaje o využití počítačové tomografie jsou velmi kusé. K prvním zmínkám o jejím využití ve stavebnictví patřil článek [1]. Jeho autor v něm stručně popisuje své zkušenosti při zjišťování vnitřní struktury betonu z hlediska rozložení kameniva v cementové matrici a obsahu vzduchu ve vzorcích betonu. Při vhodném nastavení a filtraci lze jednotlivé složky samostatně zobrazit. Při této kontrole byl využit lékařský tomograf. Nevýhodou lékařských tomografů však je to, že se zdroj záření a detektor synchronně pohybují nad stacionárním kontrolovaným objektem (pacientem). U průmyslových tomografů je zdroj záření a příslušný detektor stacionární a pohybuje se (rotuje) kontrolovaný objekt. Tím je možné dosáhnout preciznějších výsledků. P R Ů M Y S L O VÁ P O Č Í TA Č O VÁ TOMOGRAFIE

Počítačová tomografie je zobrazovací metoda, která umožňuje trojrozměr1b

2

54


❚

3/2014

VĚDA A VÝZKUM

ně stanovit vnitřní strukturu materiálu. Obdobně jako rentgenografie využívá při zobrazení vnitřní struktury materiálu rentgenové záření, ale na rozdíl od rentgenografického zobrazení, které je dvourozměrné (2D), umožňuje tomografie zobrazit kontrolovaný předmět třírozměrně – prostorově (3D) [5]. Zjednodušeně lze princip počítačové tomografie zobrazit na schématu prozařování (obr. 1b). Zkoušený předmět je pevně umístěn na manipulační stolek tomografu mezi zdrojem záření (rentgenem) a plošným detektorem záření, tvořeným maticí miniaturních detektorů. Při otáčení stolku během činnosti tomografu plošný detektor zaznamenává postupnou změnu procházejícího rentgenového záření. Data změny intenzity záření snímaná detektorem jsou průběžně ukládána do počítače, kde dochází k vyhodnocení a zpětné rekonstrukci vnitřní struktury sledovaného vzorku, za pomoci specializovaného softwaru. L A B O R AT O Ř R E N T G E N O V É MIKRO- A NANOTOMOGRAFIE

Při řešení specifického výzkumu zaměřeného na vývoj magnetických sond na kontrolu koncentrace drátků v drátkobetonových konstrukcích bylo po3

❚

třeba zhotovit řadu kalibračních vzorků s různou koncentrací drátků a to od 0,3 do 1,2 %. Při kalibraci nové sondy se však u některých vzorků vyskytly anomální výsledky, které neodpovídaly deklarované koncentraci drátků ve vzorcích. Byl proto vysloven předpoklad, že u vzorků došlo (i přes pečlivou přípravu) k nepravidelnému rozmíšení drátků. Pro potvrzení tohoto předpokladu bylo rozhodnuto využít počítačové tomografie a „podezřelé“ vzorky podrobně vyšetřit. Měření, jejichž cílem bylo určit přesné rozložení drátků u dvou vybraných kalibračních drátkobetonových vzorků vykazujících největší anomálie (obr. 2), byla provedena v Středoevropském technologickém institutu CEITEC Středisko disponuje nejmodernějším počítačovým tomografem GE phoenix v|tome|x L240, osazeným rentgenkou o max. napětí 240 kV (obr. 3). Tomograf je umístěn ve „stíněném kabinetu“ (obr. 4), takže na pracovišti není třeba přijímat zvláštní bezpečnostní opatření. Speciální plošný detektor, kterým je tomograf osazen, má aktivní oblast 410 × 410 mm, což odpovídá hustotě 2 048 × 2 048 pixelů (při použitém rozměru pixelu 200 × 200 μm). To umožňuje snímání vnitřní struktury trojroz-


měrných předmětů s vysokým prostorovým rozlišením. TOMOGRAFICKÉ VYŠETŘENÍ KALIBRAČNÍCH VZORKŮ

Pro kontrolu počítačovou tomografií byly vybrány dva kalibrační vzorky drátkobetonu, které při kalibraci magnetických sond vykazovaly anomálie v měření. První kalibrační vzorek drátkobetonu byl pro snadnější vyhodnocování při tomografické kontrole upraven tak, že tvořil válec průměru 100 mm a délky 150 mm, jehož středem prochází otvor průměru 25 mm pro umístění magnetické sondy, která se používá pro stanovení koncentrace drátků v drátkobetonových konstrukcích (obr. 2). Válec byl pevně umístěn do manipulátoru tomografu a po uzavření stínících dveří přístroje (obr. 4) došlo k postupnému prozařování kalibračního vzorku. Následným matematickým zpracováním byly rekonstruovány virtuální řezy vzorku. Tato data byla získána s voxelovým rozlišením 100 μm (voxel = „třírozměrný pixel“). Počítačovým softwarem bylo možné z těchto řezů vyseparovat drátky a vytvořit 3D model vzorku. Zpracování tomografických dat snímaného vzorku trvalo více než 2 h.

4

Obr. 1 Schéma průmyslového tomografu ❚ Fig. 1 Industrial tomograph scheme

5a

5b

5c

Obr. 2 Testované kalibrační vzorky ❚ Fig. 2 Tested calibration samples Obr. 3 Válcový vzorek, upevněný v manipulátoru ❚ Fig. 3 Cylindrical sample fixed to the manipulator Obr. 4 Stíněný „kabinet“ tomografu ❚ Fig. 4 Shielded “cabinet” tomograph Obr. 5a, b, c Jednotlivé CT snímky kalibračním vzorkem s vyznačením shluků drátků ❚ Fig. 5a, b, c Individual CT images of the sample with fibre clusters

3/2014

❚


55

VĚDA A VÝZKUM

❚

SCIENCE AND RESEARCH Obr. 6 Axonometrické zobrazení transparentního vzorku válce s drátky ❚ Fig. 6 Axonometric image of a transparent sample cylinder with wires

6

Obr. 7 Axonometrické zobrazení separovaných drátků ve válci se směrovou analýzou ❚ Fig. 7 Axonometric image of separated fibres in the cylinder sample with directional analysis Obr. 8 Histogram směrové analýzy – orientace směru vláken ve válci ❚ Fig. 8 Histogram directional analysis – orientation direction of the fibres in the cylinder Obr. 9 Axonometrické zobrazení transparentního vzorku krychle s drátky ❚ Fig. 9 Axonometric image of a transparent sample cube with wires

7

8

9a

9b

Obr. 10 Axonometrické zobrazení separovaných drátků v krychli se směrovou analýzou ❚ Fig. 10 Axonometric image of separated fibres in the cube sample with directional analysis

10

56

Výsledkem je axonometrické zobrazení kalibračního válce s rozložením jednotlivých drátků. Toto axonometrické zobrazení tělesa lze „řezat“ ve všech třech osách (x, y a z) a je možné v tomto tělese najít „anomálie“, které byly příčinou odchylných výsledků při kalibraci magnetické sondy (obr. 5). K další analýze tomografických dat se využívá speciální modul 3D vizualizačního software Volume Graphics Studio Max 2.2 pro analýzu vláken kompozitního materiálu (obr. 6), který umožňuje kvantitativní posouzení rozložení drátků barevným axonometrickým zobrazením (obr. 7). Pro provedenou směrovou analýzu vláken je pak možné zobrazit histogram směrů a určit tak převládající směr vláken (obr. 8). Jako další byla odzkoušena drátkobetonová krychle. Větší rozměry krychle však způsobily, že se snížila rozeznatelnost drátků uvnitř krychle a vnitřek krychle proto nešel jednoznačně vyhodnotit. Bylo proto využito obdobného tomografu, avšak s vyšším výkonem rentgenky, a to až 300 kV. Při tomto vyšším napětí bylo možné s úspěchem prozářit a počítačově zpracovat i krychli o hraně 150 mm (obr. 9 a 10).


❚

3/2014

VĚDA A VÝZKUM Literatura: [1] Balazs G. L., Lublóy É.: Možnosti použití počítačové tomografie (CT) ke studiu betonu. Beton TKS 6/2013. p. 43–45. ISSN 1213-3116 [2] Bílek P., Hobst L.: Ověřování homogenity drátkobetonu na kalibračních vzorcích vyvíjenou magnetickou metodou, Sanace betonových konstrukcí, roč. 2012, č. 1, s. 278–284. ISSN: 1211- 3700 [3] Hobst L., Bílek P., Anton O., Vala J.: Další vývoj magnetické metody pro testování homogenity drátkobetonové konstrukce, In 19. Betonářské dny 2012, Sborník ke konferenci, Hradec Králové, ČBS Servis, s. r. o., 2012, p. 479–482. ISBN 978-80-87158-32-6 [4] Hobst L., Bílek P.: Various control methods developed for fibre-concrete structures, In Recent advances in integrity-reliability-failure, IRF, Funchal, Madeira, Portugal, INEGI. 2013 p. 721–730, ISBN 978-972-8826-27-7 [5] Zikmund T., Petrilak M., Kaiser J.: Rentgenová počítačová tomografie pro analýzu odlitků, defektoskopii a kontrolu rozměrů, In Sborník recenzovaných příspěvků 2013 konference Zkoušení a jakost ve stavebnictví, 2013,) s. 429–438. ISBN: 978-80-214-4777- 6

❚


Z ÁV Ě R

Kontrola počítačovým tomografem potvrdila předpoklad, že v drátkobetonových vzorcích došlo k nepravidelnému rozmísení drátků (obr. 7 až obr. 10), které při kalibraci magnetické sondy vykazovalo anomálie ve výsledných údajích. Počítačová tomografie prokázala, že v oblasti kontroly vnitřní struktury stavebních materiálů má velkou vypovídací schopnost. Řadí se k nejpřesnějším nedestruktivním metodám, používaným v technice. Jak však bylo dále ověřeno, má tato metoda i svá omezení. I když drátkobetonový válec o průměru 100 mm nebyl pro počítačový tomograf problém, drátkobetonové kostky o hraně 150 mm jsou již nad možnosti tomografu s touto maximální energií rentgenu (240 kV) a bylo nutno využít tomografu s rentgenkou o napětí 300 kV.

prof. Ing. Leonard Hobst, CSc. e-mail: [email protected] tel.: 541 147 836 Ing. Ondřej Anton, Ph.D. e-mail: [email protected] tel.: 541 147 823 oba: VUT v Brně Fakulta stavební, ÚSZK Veveří 95, 602 00 Brno www.fce.vutbr.cz Ing. et Ing. Petr Bílek VUT v Brně, ÚSI Údolní 53, 602 00 Brno e-mail: [email protected] tel.: 541 147 829 www.usi.vutbr.cz Ing. Tomáš Zikmund CEITEC VUT v Brně Technická 3058/10, 616 00 Brno

Příspěvek vznikl v rámci řešení projektu

e-mail: tomas.zikmund@

FAST-S-14-2490 a v rámci CEITEC – Středoevropského technologického institutu s pomocí výzkumné infrastruktury financované

ceitec.vutbr.cz tel.: 541 142 875 www.ceitec.vutbr.cz

projektem CZ.1.05/1.1.00/02.0068 z Evropského fondu regionálního rozvoje.

REŠERŠE ZE ZAHRANIČNÍCH ČASOPISŮ H O T E L N A G O L D – E I N K O M P L E X E S S TA H L B E T O N T R A G W E R K I N I N N E R S TÄ D T I S C H E M U M F E L D

Holger Hinz, Christian Münich Na první pohled neupoutá nový sedmipodlažní hotel v malém městečku Nagold ve Schwarzwaldu z konstrukčního hlediska ničím výjimečným. Avšak, jak to často bývá, ďábel je skrytý v detailu. Neobvykle vysoký počet přesunů podpor a míst přenosu zatížení vytvořil tvrdé požadavky na návrh konstrukce. Minimalizované podpory smykových stěn a umístění vykonzolovaných stěnových nosníků určitě stojí za zmínku. Z pohledu relativně malá budova v sobě skrývá vysokou úroveň inženýrských znalostí a dovedností a to přesto, že se inženýři-statici k návrhu budovy dostali až v pozdním stádiu, kdy už byly všechny dispoziční otázky rozhodnuty architekty a změny v uspořádaní konstrukce nebyly připouštěny. Umístění v místě s významnou seismicitou a vysoký stupeň nepravidelné geometrie konstrukce si vyžádaly ověření její bezpečnosti celým spektrem různých metod. Hinz H., Münich Ch.: Hotel Nagold – ein komplexes Stahlbetontragwerk in innerstädtischem Umfeld, Beton- und Stahlbetonbau 109 (2014), Heft 3, s. 223–228

E R M Ü D U N G S V E R S U C H E A N S TA H L B E T O N FERTIGTEILEN FÜR LÄRMSCHUTZWÄNDE AN EISENBAHN-HOCHGESCHWINDIGKEITSSTRECKEN

Manfred Keuser, Eugen Hiller, Roman Lenner Ochrana proti hluku podél dopravních tras má v Německu velkou důležitost vzhledem k vysoké hustotě populace v rozsáhlých oblastech země. Železobetonové panely jsou často užívané zejména v konstrukcích protihlukových stěn podél železničních tratí. Zatížení od rychle projíždějícího vlaku způsobuje kmitání stěn a jejich možné

3/2014

❚

únavové porušení musí být proto vyšetřováno. Během posledních let byl v Laboratory of the Institute of Structural Engineering at the University of the German Armed Forces in Munich realizován velký počet zkoušek cyklického namáhání. Zvláštní pozornost byla zaměřena na poměrně úzkou oblast podpor. Keuser M., Hiller E., Lenner R.: Ermüdungsversuche an Stahlbetonfertigteilen für Lärmschutzwände an Eisenbahn-Hochgeschwindigkeitsstrecken, Betonund Stahlbetonbau 109 (2014), Heft 4, s. 248–256

E I N N A C H W E I S K O N Z E P T F Ü R Q U E R K R A F TT R A G FÄ H I G K E I T V E R S TÄ R K T E R S TA H L B E T O N G U R T E VON VERBUNDTRÄGERN IM BEREICH GROSSER STEGÖFFNUNGEN

Christian Balzer, Jürgen Schnell Ocelová stojina kompozitního nosníku přenáší většinu působící smykové síly. Jestliže je stojina oslabena velkým otvorem, musí betonová pásnice přenést téměř celou smykovou sílu. Hlavové šrouby na horní části ocelového nosníku slouží jako smyková výztuž. V několika experimentech byla smyková kapacita nosníku významně zvýšena uspořádáním tuhých ocelových výztužných vložek v betonové pásnici nosníku v místě velkého otvoru ve stojině. Částí výzkumného projektu řešeného na Kaiserslautern TU bylo vyšetřování vlivu tuhých smykových vložek v betonových pásnicích kompozitních nosníků s velkým otvorem ve stojině na přenos smykových sil. K vyšetření smykové kapacity uvedených konstrukčních prvků byl navržen speciální model. Článek popisuje vývoj modelu, který slouží k simulaci chování nosníku s oblastí oslabenou velkým otvorem ve stojině. Balzer Ch., Schnell J.: Ein Nachweiskonzept für Querkrafttragfähigkeit verstärkter Stahlbetongurte von Verbundträgern im Bereich großer Stegöffnungen, Beton- und Stahlbetonbau 109 (2014), Heft 3, s. 158–169


57

VĚDA A VÝZKUM

❚


OŠETROVANIE ČERSTVÉHO BETÓNU – 12. FOTOGRAMETRICKÉ OVERENIE PÔSOBENIA PARAFÍNOVEJ MEMBRÁNY ❚ CONCRETE CURING – 12. PHOTOGRAMMETRIC VERIFICATION OF THE PARAFFIN MEMBRANE ACTION Peter Briatka, Peter Makýš Predchádzajúci článok z cyklu o ošetrovaní betónu [22] sa venoval laboratórnej aplikácii parafínového nástreku na betónové vzorky z hľadiska technológie nanášania, dosahovanej rovnomernosti nanášania a hrúbok membrány vrátane jej degradácie v čase. S ohľadom na požiadavky

kostí. S ohľadom na nedostatok času a (pomerne malé) rozmery vzoriek sa pristúpilo k druhej, výrazne jednoduchšej metóde stanovenia priemerného jasu povrchu skúšobného telesa. Parameter stanovený týmto prístupom možno interpretovať ako pomernú plochu skúšobného telesa s úplným (dokonalým) ošetrovaním nástrekom.

výrobcu na minimálnu hrúbku membrány a získané výsledky merania hrúbok pri dodržaní odporúčanej spotreby sa dávky mierne zvýšili. Takto

METODIKA A POSTUP RIEŠENIA

ošetrované vzorky betónu sa následne vystavili pôsobeniu okolitého

Metodika spresnenia plochy pokrytej nástrekom je založená na digitálnom snímkovaní povrchu skúšobných telies, úpravách snímkov štatistickej analýze jasu. V nasledovnom sa podrobne popisujú kroky od vyhotovenia snímkov až po stanovenie pomernej plochy s dokonalým ošetrovaním. Zhotovenie snímku sa vykonáva vždy v rovnakom veku vzoriek. Podľa okrajových podmienok prostredia (TAMB; RH; v W ) determinujúcich intenzitu straty vlhkosti sa vhodný čas snímkovania vyberie tak, aby bol dostatočný kontrast medzi plôškami s evidentne dostatočnou a evidentne nedostatočnou hrúbkou membrány. S rastúcim kontrastom rastie dynamický rozsah povrchu, ktorý je kľúčový z hľadiska presnosti metódy. Pre dosiahnutie vyššej presnosti je teda vhodné vykonávať snímkovanie vo veku približne medzi 6 a 12 h veku. Pri zhotovovaní snímku je dôležité, aby povrch skúšobného telesa bol osvetlený rovnomerne (v osi snímkovania). Takýmto spôsobom osvetlenia sa eliminuje skreslenie výsledkov prípadnými tieňmi spôsobenými nerovnosťami povrchu. Samotné snímkovanie sa vykonáva kolmo na povrch skúšobného telesa z takej vzdialenosti, aby snímkovaný povrch zaberal takmer celú plochu hľadáčika (obr. 1). Exponovanie sa odporúča prostredníctvom automatického alebo poloauto-

prostredia simulujúceho podmienky letných betonáží (rôzne kombinácie teploty, relatívnej vlhkosti a rýchlosti vetra). Pôsobenie membrány (parafínového nástreku) vzhľadom na „kompromisnú“ technológiu nanášania sa s cieľom spresnenia intenzity odparovania vody z betónu okolitého prostredia upravilo využívajúc fotogrametrický prístup overenia pôsobenia parafínovej membrány. Metóda sa podrobnejšie popisuje v tomto článku. ❚

The precending paper of the series on concrete curing [22] was

devoted to laboratory application of the paraffin membrane on concrete samples in terms of technology of spraying, uniformity of application and membrane thicknesses including its degradation in time. With respect to the manufacturer´s requirements on minimum thickness of the membrane and measured thicknesses when kept recommended consumption, the dosages were slightly increased. The concrete samples cured this way were exposed to the ambient environment simulating conditions of hot weather concreting (various combinations of temperature, relative humidity and wind velocity). Action of the membrane (paraffin film) considering “compromise” technology of application was modified using results of photogrammetric approach to verification of its action, so that more precise intensity of water evaporation from concrete samples were recorded. This method is described in more detail in this paper.

Z riešenia čiastkových úloh laboratórnej aplikácie nástreku [22] vyplynulo, že tento sa bude na betónové vzorky nanášať mechanickým rozprašovačom s diskrétnym dávkovaním (1,077 ± 0,012) g. Pre doskové skúšobné vzorky rozmerov 225 × 335 mm (0,075375 m2) sa stanovila aplikácia nástreku na dávkou 12×, čo reprezentuje zvýšenie výpočtovej dávky o cca 15 %. Očakávalo sa preto, že požadovaná hrúbka membrány sa tak zabezpečí minimálne na 50 % povrchu skúšobných telies. Až vizuálnou kontrolou vzhľadu povrchu skúšobných telies s aplikovaným ošetrovacím nástrekom (po 6 h od aplikácie) sa zistili výrazné diferenciálne rozdiely v svetlosti po ploche povrchu, ktoré jednoznačne súviseli s hrúbkou membrány, resp. lokálnym difúznym odporom membrány nad diferenciálnou plôškou ds. Miesta so zníženou hrúbkou (difúznym odporom) membrány umožňujú stratu vlhkosti z betónu, a tak dosahujú nižšie lokálne vlhkosti, čím sa vizuálne javia ako svetlejšie. Výpočty orientačnej účinnosti ošetrovania pomocou nástrekov, resp. výpočty intenzity odparovania vody zo vzoriek s ošetrovacím nástrekom pri ich expozícii prostrediu sa preto navrhli numericky spresniť podľa skutočne pokrytej plochy povrchu vzorky membránou. Numerické spresnenie je možné vykonať napr. integráciou diferenciálnych plôšok ds s diferenciálnou svetlosťou db zodpovedajúcou určitému intervalu (kapacitnou metódou) stanovených povrchových vlh58

Obr. 1 Snímkovanie povrchu skúšobného telesa Fig. 1 Photography of the sample surface

❚

Obr. 2 Orezanie snímku podľa povrchu skúšobného telesa ❚ Fig. 2 Crop of the picture acc to the edges of the sample Obr. 3 Princíp dynamických rozsahov a ich úpravy ❚ Fig. 3 Principle of dynamic ranges and their modification Obr. 4 Výsledok zvýšenia dynamického rozsahu postupom zadania čierneho bodu ❚ Fig. 4 Result of increasing of the dynamic range by manual defining of a black point 1


❚

3/2014

VĚDA A VÝZKUM

matického režimu (18% šedá) s maticovým meraním expozície. Týmto prístupom sa ostrosť snímku pre účely analýzy jasu nevyžaduje. Preto v prípade nedostatku svetla sa odporúča preferovať dlhšie expozičné časy pred zvyšovaním citlivosti snímača (citlivosť nastaviť manuálne na max. ISO 400). Správa farieb sa nevyžaduje. Zhotovené snímky sa v PC nasledovne upravia. Pre správne vyhodnotenie snímky je dôležité, aby snímaný povrch skúšobného telesa zaberal 100 % plochy snímky. Inými slovami, aby na snímke neboli časti formy alebo podložky. Snímku je potrebné orezať na obdĺžnik. Ak však bola vychýlená os snímania od normály povrchu vzorky, tento sa bude javiť ako lichobežník a bude potrebné najskôr vykonať korekciu perspektívy. Keďže sa hodnotí len jasová zložka (súčet všetkých troch kanálov R-G-B), odporúča sa prevod do odtieňov sivej, aj

2

3 4

❚


z dôvodu redukcie dátovej veľkosti. Dôležité je poznamenať, že zvolenú metódu prevodu sa odporúča používať na všetky snímky, ktorých analýzy by sa neskôr mohli navzájom porovnávať. Takouto úpravou sa získa snímok zobrazujúci len povrch skúšobného telesa. Takto získaný snímok (obr. 2) je nekontrastný – t.j. s malým dynamickým rozsahom, ako to zachytáva horný prúžok v obr. 3. Takýto snímok šedého povrchu betónovej vzorky, aj v dôsledku kolmého osvetlenia a automatickej voľby expozičných parametrov, neobsahuje žiadne hlboké tiene a vysoké jasy. Obr. 3 vo svojom strednom pruhu zobrazuje dynamický rozsah snímku vzhľadom na absolútne hodnoty 0 až 255, pričom nula reprezentuje žiaden jas a číslu 255 je priradený jas 100 %. Z takéhoto zobrazenia je evidentné, že dynamický rozsah snímku je len určitým zlomkom celkového dynamického rozsahu. Obr. 3 je zostavený tak, že najtmavšia (75 %) sivá zodpovedá jasu 64 a najsvetlejšia (25 %) sivá zodpovedá jasu 191. Ak tieto dve úrovne jasu navzájom odčítame (191 – 64) dostaneme číslo 127, čo je približne polovica disponibilného dynamického rozsahu. Polovičný dynamický rozsah snímku by sa pri hodnotení jasov prejavil zvýšením neistoty „merania“ na dvojnásobok. Vo všeobecnosti by sa zvýšenie neistoty rovnalo násobku prevrátenej hodnoty pomeru dynamického rozsahu snímku k absolútnemu dynamickému rozsahu. Pre spresnenie analýzy jasov snímku je potrebné zväčšiť dynamický rozsah snímku tak, aby sa čo najviac približoval absolútnemu dynamickému rozsahu. Na zhotovených snímkoch je vo väčšine prípadov takýto krok možné vykonať manuálnym zadaním úrovní. V tomto kroku sa pridelí najtmavšiemu bodu na snímku hodnota 0 (absolútne bez jasu) a/alebo najsvetlejšiemu bodu hodnota 255 (100% jas). Z toho dôvodu, že oblasť s dostatočnou hrúbkou nástreku sa javí ako tmavá, sa ďalej uvažuje s postupom kedy sa priraďuje tzv. čierny bod (hodnota 0). Jasy jednotlivých obrazových bodov v pôvodnom dynamickom rozsahu sa týmto spôsobom pretransformujú na jasy v novom (manuálne) zadanom rozsahu. Analýza jasov sa ďalej vykoná na takto upravenom snímku. Pre ilustráciu sa odporúča farebne zobraziť obrazové body bez jasu b(ds) = 0 (absolútna nula), reprezentujúce diferenciálne plôšky s idealizovane dokonalým ošetrovaním. Zobrazovacia funkcia sa zvyčajne označuje ako „zobrazenie prepalov“. Prvým krokom analýzy je zistenie početnosti výskytu obrazových bodov (pixelov) s jednotlivými úrovňami jasu v rozsahu 0 až 255, ktorá sa graficky prezentuje ako štandardný histogram (napr. obr. 3). Pozdĺž horizontálnej osi sa mení jas od 0 až do 255 a na zvislú os sa vynášajú relatívne početnosti (pravdepodobnosti) výskytu obrazových bodov obsahujúcich danú jasovú informáciu (hodnotu). Relatívna početnosť P(bi) sa zisťuje automaticky podľa (1), kde p (b = bi) [-] je obrazový bod s jasom b rovnajúcim sa hľadanému jasu bi, px je množstvo obrazových bodov snímku v smere x a py je množstvo obrazových bodov snímku v smere y. 255

P bi "

¨ p b " bi i "0

px py

100

[%]

(1)

Výstupom z analýzy sú základné štatistické parametre súboru dát, za ktorý možno snímok považovať, nakoľko každému obrazovému bodu je samotným exponovaním snímku, podľa účinnosti ošetrovania nástrekom, priradená hodnota jasu 0 až 255 a tá sa pri analýze zisťuje. Grafické zob3/2014

❚


59

VĚDA A VÝZKUM

❚


5

6

razenie distribučného rozdelenia výskytu jednotlivých jasov v snímku reprezentuje histogram (obr. 5), ktorý je doplnený o niektoré štatistické ukazovatele súboru dát (snímku). Základné údaje o súbore sú priemerná resp. stredná hodnota jasu bAVG [-], smerodajná odchýlka σb [-], veľkosť štatistického súboru – počet obrazových bodov a množstvo dosiahnutých úrovní jasu Σ(bi) [-]. Z množstva úrovní jasu Σ(bi) sa podľa (2) určí relatívny dynamický rozsah DRR [%] snímku. 255

¨ bi

DRR "

i"0

[%]

10 00

255

n

100

bAVG "

100

j "1

n

100

Xb "

[%]

(3)

[%]

(4)

n 100

¨ X b 255 j "1

n

Takto upravené charakteristiky súboru reprezentujú jednu skúšobnú vzorku vystavenú pôsobeniu okolitého prostredia s určitou kombináciou okrajových podmienok (T, RH, v W ). Vychádzajúc zo zobrazenia diferenciálnych plôšok s absolútnym ošetrovaním pomocou nástreku, t.j. absolútna čierna (100% sivá), a zo snahy o dosiahnutie absolútneho pokrytia povrchu skúšobných telies ošetrovacím nástrekom je vhodné previesť priemerný jas súboru na inverzný (5). Priemerný jas sa pretransformuje na inverzný parameter (hodnotu), ktorá charakterizuje súbor z hľadiska dosiahnutia idealizovane absolútneho ošetrovania (100%). To znamená 100% pokrytie povrchu skúšobných telies nástrekom a ako výsledok 100% čierna (sivá) na 100 % plochy. n

1 100

bAVG

"

100 ¹

©

¨ ª« 100 ©ª« bAVG, j 255 ¹º» º» j "1

n

[%]

(5)

Ďalej sa posudzujú už iba jednotlivé vzorky (sada skúšobných telies) a operuje sa len s inverznými parametrami (hod60

Obr. 6 Princíp vyhodnocovania histogramu jasov a štatistických parametrov súboru ❚ Fig. 6 Principle of evaluation of brightness histograms and statistical parameters of the set of data Obr. 7 Relatívne plochy dokonalého ošetrovania membránou ❚ Fig. 7 Relative areas with absolute curing by membrane Obr. 8 Kumulatívna strata vlhkosti a porovnanie s transformovanou požiadavkou STN 73 6180 ❚ Fig. 8 Cumulative loss of water and comparison with transformed requirement of STN 73 6180

(2)

DRR poskytuje informáciu o rozlíšení resp. neistote merania. Informácia o strednom jase snímku j, bAVG,j sa udáva v škále 0 až 255, čo je z pochopiteľných dôvodov nepraktická škála, preto sa podľa (3) prevádza na priemernú 100 bAVG v percentách sivej, a to zo všetkých skúšobných telies n. Rovnakým postupom, podľa (4), sa pretransformuje na použiteľnejšie jednotky a priemernú hodnotu aj smerodajná odchýlka súboru σ.

¨ bAVG, j 255

Obr. 5 Príklad výstupu analýzy jasov snímku so zvýraznenými plochami s nulovým jasom ❚ Fig. 5 Example of the output of the brightness analysis of the picture with highlighted areas with zero brightness

notami). Priemerný (inverzný) jas vzorky teda môžeme vysvetliť ako priemerný stupeň dosiahnutia absolútneho ošetrovania alebo ako priemernú plochu vzorky s absolútnym ošetrovaním nástrekom. Ak by teda priemerný (inverzný) jas 100 bAVG dosiahol napr. 75 % a smerodajná odchýlka σb napr. 10 %, znamenalo by to, že plocha vzorka bola ošetrovaná nástrekom na 75 % povrchu. Keďže štatistický súbor je dostatočne veľký (rádovo v násobkoch 106 obrazových bodov (pixelov)), potom je opodstatnené zaoberať sa rozptylom σb2 alebo smerodajnou odchýlkou σb zistených jasov, a teda rovnomernosťou hrúbky membrány resp. nástreku ako procesu. Z hľadiska rovnomernosti je zaujímavé rozloženie histogramu v krajných oblastiach. Zjednodušene, ľavá strana histogramu sa upravila pomocou zadefinovania čierneho bodu. Ak na ľavej strane nevystupujú výrazné početnosti vysokých jasov, potom je nástrek pomerne rovnomerný. Získané údaje o priemernom jase vzorky 100 bAVG [%] a smerodajnej odchýlke 100σb [%] sa pomocou koeficientu pokrytia k využijú pre stanovenie rozšírenej neistoty (resp. spoľahlivosti). Konfidenčnej pravdepodobnosti na úrovni cca 68,27 % zodpovedá k = 1, na úrovni 95,45 % zodpovedá k = 2 a na úrovni 99,73 % zodpovedá k = 3. V obr. 6 a v praktickej aplikácii metódy sa používa koeficient pokrytia k = 2, ktorým sa podľa (6) a (7) získa interval 100 bL – 100 bU [%], v ktorom sa s konfidenčnou pravdepodobnosťou 95 % vyskytuje priemerný jas resp. priradená priemerná plocha s dokonalým ošetrovaním. 100

bL "

100

100

bU "

100

k

X

bAVG k 100X b bAVG

100

b

[%]

(6)

[%]

(7)

Z priemerného jasu vzorky 100 bAVG [%] a smerodajnej odchýlky 100σb [%] pri zvolenej hladine α = 0,1 (t.j. spoľahlivosti určenia 1-α = 0,9) a rozsahu výberu m (rádovo 106) sa 5% kvantil Q0,05 jasu vzorky určí podľa (9). Q0,05 sa rovná dolnému tolerančnému intervalu bL,0,05 [%], ktorý sa stanoví ako rozdiel priemerného inverzného jasu 100 bAVG [%] a stupňa


❚

3/2014

VĚDA A VÝZKUM 7


8

voľnosti χ0,05. Stupeň voľnosti χ0,05 sa stanoví podľa (8) ako súčin činiteľa jednostranného tolerančného intervalu K [6] a smerodajnej odchýlky jasu σb. Činiteľ jednostranného tolerančného intervalu K sa (na strane bezpečnosti) odhadol pre rozsah výberu m = 106 na hodnotu 1,7 [-].

H 0,05 " K

❚

100

Xb

Q0,05 " bL,0,05 "

100

bAVG H 0,05

[%]

(8)

[%]

(9)

dosiahnutia čo najväčšieho množstva dát (meraných bodov) a zväčšenie dynamického rozsahu snímku. Ako vhodné sa javí aj vytvorenie databázy hrúbok membrány a ich jasu v určitom veku vzorky, ktoré by slúžili pre zatriedenie plôch s dostatočnou a nedostatočnou mierou ošetrovania nástrekom. V experimentálnej časti sa metóda použila na hodnotenie ošetrovania vzoriek pomocou nástreku parafínovou emulziou Masterkure 216. E X P E R I M E N TÁ L N A Č A S Ť

Dolný tolerančný interval, resp. 5% kvantil reprezentuje percentuálnu hodnotu inverzného jasu, v porovnaní s ktorým 95 % obrazových bodov vzorky dosahuje vyšší inverzný jas. Metóda si vyžaduje spresnenie techniky snímkovania povrchov skúšobných telies (čas, vzdialenosť a expozícia) pre

Počas experimentálnej časti boli doskové skúšobné telesá rozmerov 225 × 335 × 70 mm vystavené pôsobeniu okolitého prostredia simulujúceho letné betonáže. Použila sa kombinácia okrajových podmienok – teplota 35 °C, relatívna vlhkosť vzduchu 30 % a rýchlosť prúdenia vzduchu 3 km/h. Po-

ČESKÁ BETONÁŘSKÁ SPOLEČNOST – ČBS ČSSI V ROCE 2014 (redakční poznámka) Následující informace se týká změn, které nastaly v České betonářské společnosti ČSSI. První je změnou personální. Dlouholetý výkonný ředitel Ing. Vlastimil Šrůma, CSc., MBA, se rozhodl ukončit své působení v kanceláři ČBS a bude se věnovat nadále svým aktivitám. Od 1. května 2014 jej plně zastupuje Ing. Michal Števula, Ph.D., jehož nominaci schválil výbor ČBS. V sekretariátu ČBS i nadále zůstávají dlouholetí a osvědčení pracovníci Bc. Petra Johová a Mgr. Jiří Vích. Další změnou je nové uspořádání vztahu a spolupráce mezi ČBS a ČBS Servis, s. r. o., v které měla ČBS svůj podíl a která dlouhodobě pro ČBS vykonávala řadu aktivit. Činnost společnosti ČBS Servis, s. r. o., byla ukončena a ČBS převedla tento svůj podíl v ČBS Servis, s. r. o., Ing. Šrůmovi. Následně byla ČBS Servis, s. r. o., přejmenována na ACONSE CZ, s. r. o. V současné době jsou společnosti ČBS ČSSI a ACONSE CZ, s. r. o., na sobě zcela nezávislé a nevyvíjejí společné aktivity. ČBS bude organizovat své činnosti vlastními silami, popřípadě ve spolupráci s dalšími subjekty. Těmito změnami však nedochází k nějaké zásadní změně v činnosti ČBS ČSSI. Česká betonářská společnost bude i nadále pořádat a připravovat konferenční akce Betonářské dny, Technologie betonu či mezinárodní betonářskou konferenci CCC. Dále budou připravovány semináře či školení z oblasti technologie, provádění a navrhování betonových konstrukcí, na které je odborná veřejnost zvyklá. Zároveň budou připravovány nové akce na další témata, jako jsou např. pohledové betony a bílé vany s předpokládanou aktualizací již vydaných publikací. Nedílnou součás-

3/2014

❚

tí programu ČBS zůstanou i Betonářské úterky a Technologické úterky. Věříme, že nové změny zajistí pokračování aktivit ČBS zejména na poli informačního servisu široké betonářské obci. Zároveň je na místě vyslovit veliký dík Ing. Vlastimilu Šrůmovi za práci, kterou v minulých letech odvedl „v dresu“ ČBS.


Za ČSB ČSSI Jiří Kolísko, předseda ČBS ČSSI, e-mail: [email protected] Za redakci Michal Števula, člen výboru ČBS ČSSI, e-mail: [email protected]

Aktuální kontakty do kanceláře ČBS: Česká betonářská společnost ČSSI Samcova 1 110 00 Praha 1 tel.: 222 316 195 Petra Johová tel.: 775 124 100 e-mail: [email protected] Jiří Vích tel.: 605 325 366 e-mail: [email protected]

61

❚

VĚDA A VÝZKUM


čas 48 h sa meral úbytok hmotnosti skúšobných telies referenčných a telies s parafínovou membránou. Úbytok hmotnosti predstavuje množstvo vody odparenej do okolitého prostredia. Meraním aktuálnej hmotnosti všetkých n skúšobných telies v čase tj a porovnaním s hmotnosťou v čase tj-1 sa podľa (10) zistila stredná intenzita straty vlhkosti EE(tj) v čase tj. V tomto vzťahu vystupuje aktuálna meraná hmotnosť i-teho skúšobného telesa mi [g], plocha skúšobného telesa exponovaná prostrediu A (0,075375 m2), časový úsek tj-tj-1 [h] medzi dvomi po sebe nasledujúcimi váženiami. Intenzita straty vlhkosti je ukazovateľom náchylnosti betónu na odlučovanie vody (tzv. potenie), dynamiky transferu vlhkosti v systéme a hutnosti formujúcej sa tuhej fázy. n

n

¨ mi t j ¨ mi t j 1

i "1

EE t j "

n

i "1

n

A t j t j 1

[g/m2.h]

(10)

Zistené stredné intenzity straty vlhkosti sa upravili príslušnou priemernou hodnotou inverzného jasu povrchu vzoriek (obr. 7) pri podmienkach prostredia 35/30/3. V tomto prípade bol inverzný jas 82,99 %. Znamená to, že intenzitu straty vlhkosti pri dokonalej aplikácii nástreku (membrány), keby inverzný jas bol 100 %, je možné spresniť podľa (11).

E E,1100 t j "

E E , b t j E E ,b t j

[g/m2.h]

(11)

E E ,0 t j

Spresnená intenzita straty vlhkosti, t.j. pri predpoklade dokonalého pokrytia plochy vzorky, sa použila do integrálneho výpočtu kumulatívnej straty vlhkosti po dobu 48 h [g]. Pre porovnanie s požiadavkou STN 73 6180 na parotesnosť nástreku po 72 h sa extrapoloval priebeh kumulatívnej straty vlhkosti až do veku 72 h. Ak sa uvedené zistenia porovnajú s predpokladane splnenou požiadavkou čl. 5 STN 73 6180 na maximálnu paropriepustnosť 1 000 g/m2 počas expozície prostrediu s okrajovými podmienkami T = 35 ± 1 °C; RH = 35 ± 1 % a v W ≤ 3,6 km/h pri veľkosti skúšobného telesa 160 × 220 × 40 mm (w/c = 0,45), potom pri prepočte na rozmery (objem) použitých skúšobných telies (225 × 335 × 70 mm) pri w/c = 0,42 môžeme z obr. 8 odhadnúť pomerne dobrú zhodu medzi spresnenou ideálnou stratou vlhkosti pomocou fotogrametrickej metódy a požiadavkou pre konvenčné meranie parotesnosti. Možno usudzovať, že spresnenie intenzity straty vlhkosti fotogrametrickou metódou umožnilo lepšiu interpretáciu meraných výsledkov. Z ÁV E R

Metóda fotogrametrického overenia pôsobenia parafínovej membrány umožnila spresniť merané výsledky resp. odhaliť potenciálnu intenzitu straty vlhkosti z betónových vzoriek v prípade, že by bola na ne ideálne a rovnomerne aplikovaná ošetrovacia parafínová membrána. Predpokladáme, že metódu je možné nakalibrovať na väčších plochách pomocou kapacitného merania povrchovej vlhkosti betónu tak, aby sa prostredníctvom nej dali vyjadrovať aj absolútne vlhkosti betónu v mladom veku.

Citované a súvisiace dokumenty [1] Pihan R.: Mistrovství práce s DSLR, Institut Digitální Fotografie, 3. vydanie, Praha, 2008, p. 230. [2] Dynamic Range in Digital Photography, available at: http:// www.cambridgeincolour.com/tutorials/dynamic-range.htm [3] Camera Histograms: Tones & Contrast, available at: http:// www.cambridgeincolour.com/tutorials/histograms1.htm [4] Vyrovnanie jasov pomocou úrovní, available at: http://www. ephoto.sk/fotoskola/clanky/editacia-fotografii/levels-vyrovnanie-jasov-pomocou-urovni/ [5] Egermayer F., Boháč M.: Statistika pro techniky, STNL, Praha, 1984, p. 296 [6] Jikeš L., Iaga J.: Základní statistické tabulky, SNTL, 1. vydanie, Praha, 1978, p. 488 [7] Jílek M.: Statistické toleranční meze, SNTL, 1. vydanie, Praha, 1988, p. 280 [8] Ventcelová J. S.: Teória pravdepodobnosti, Alfa, Bratislava, 1973, p. 524 [9] Weisberg A., Beatty G.: Tables of Tolerance-Limit Factors for Normal Distribution, Technometrics, Vol. 2, No. 5, American Statistical Association, 1960 [10] Vyjadrovanie neistôt merania pri kalibrácii – Metodická smernica na akreditáciu, Slovenská národná akreditačná služba, Bratislava, 2010, p. 49 [11] Briatka P., Makýš P.: Ošetrovanie čerstvého betónu – 1. Strata vody z betónu, Beton TKS, Vol. 10, No. 1, Beton TKS, Praha, 2010 [12] Briatka P., Makýš P.: Ošetrovanie čerstvého betónu – 2. Superabsorpčné polyméry, Beton TKS, Vol. 10, No. 2, Beton TKS, Praha, 2010 [13] Briatka P., Makýš P.: Ošetrovanie čerstvého betónu – 3. Nasiaknuté ľahké kamenivo, Beton TKS, Vol. 10, No. 3, Beton TKS, Praha, 2010 [14] Briatka P., Makýš P.: Ošetrovanie čerstvého betónu – 4. Konvenčný návrh ošetrovania pomocou ľahkého kameniva, Beton TKS, Vol. 10, No. 6, Beton TKS, Praha, 2010, s. 40–43 [15] Briatka P., Makýš P.: Ošetrovanie čerstvého betónu – 5. Návrh receptúry čerstvého betónu s vnútorným ošetrovaním, Beton TKS, Vol. 11, No. 5, Beton TKS, Praha, 2011, s. 36–42 [16] Briatka P., Makýš P.: Ošetrovanie čerstvého betónu – 6. Odparovanie vody, konvencia a skutočnosť, Beton TKS, Vol. 12, No. 6, Beton TKS, Praha, 2012 [17] Briatka P., Janotka I., Makýš P.: Ošetrovanie čerstvého betónu – 7. DTA, TG a DSC overenie pôsobenia vnútorného ošetrovania, Beton TKS, Vol. 13, No. 1, Beton TKS, Praha, 2013 [18] Briatka P., Makýš P.: Možno účinne použiť pórovité kamenivo na vnútorné ošetrovanie betónu?, Beton TKS, Vol. 11, No. 4, Beton TKS, Praha, 2011 [19] Briatka P., Makýš P.: Ošetrovanie čerstvého betónu – 8. Malty s vnútorným ošetrovaním – pevnosti a objemové zmeny, Beton TKS, Vol. 13, No. 2, Beton TKS, Praha, 2013 [20] Briatka P., Makýš P.: Ošetrovanie čerstvého betónu – 9. Metódy ošetrovania a vplyv na mechanické vlastnosti, Beton TKS, Vol. 13, No. 3, Beton TKS, Praha, 2013 [21] Briatka P., Makýš P.: Ošetrovanie čerstvého betónu – 10. Vnútorné ošetrovanie a elektrické charakteristiky betónu, Beton TKS, Vol. 13, No. 6, Beton TKS, Praha, 2013 [22] Briatka P., Makýš P.: Ošetrovanie čerstvého betónu – 11. Laboratórna aplikácia parafínového nástreku, Beton TKS, Vol. 14, No. 1, Beton TKS, Praha, 2014

Ing. Peter Briatka, PhD. Holcim (Slovensko), a. s. Technicko-kompetenčné centrum e-mail: [email protected] [email protected]

Publikované informácie sú čiastkovými závermi dizertačnej práce „Ošetrovanie plošných betónových konštrukcií proti strate vlhkosti“, ktorú materiálne podporili STU v Bratislave, TSÚS Bratislava, LIAS Vintířov, PCLA Ladce a BASF.

62

doc. Ing. Peter Makýš, PhD. Stavebná fakulta STU Radlinského 11, 813 68 Bratislava


❚

3/2014

AKTUALITY

❚

TOPICAL SUBJECTS

REŠERŠE ZE ZAHRANIČNÍCH ČASOPISŮ C O N C R E T E A N D M AT H S I N T H E C L A S S R O O M

Krátký článek popisuje, jak se stavební firma v britském hrabství Essex zapojila do projektu zatraktivnění výuky matematiky na místní základní škole v Harlow. Děti často vidí nedaleko svého bydliště staveniště, ale neumí si představit, co vše se skrývá za výstavbou konstrukce a jak je při tom důležitá znalost matematiky. Během týdenního projektu jim pracovníci firmy postupně ukázali, z jakých složek se skládá beton, jak se míchá a jaký je výsledek. Děti si samy dle předepsaného postupu zkusily ve skupinách odvážit jednotlivé složky pro betony různých receptur a předepsaným způsobem je míchaly. Při tom je stále provázela matematika, sčítání, odčítání, násobení, dělení, srovnávání a porovnávání. Měřily objemy jednotlivých složek a potom i výsledné směsi a viděly, jak se složky s různou geometrií promísí a jaký to má dopad na celkový objem. Následovala i názorná ukázka vztahu délky rozpětí a velikosti maximální síly působící uprostřed rozpětí, pro kterou byly jako nosníky použity oblíbené tyčinky Toblerone. Z naměřených hodnot si sestavily názorný graf nepřímé úměry délky rozpětí a velikosti zatěžovací síly. Na blízkém staveništi pak asistovaly při výrobě několika betonových trámků různé tloušťky, které byly po čtyřech dnech před jejich očima vyzkoušeny podobným způsobem jako tyčinky Toblerone. Závěrečná desetiminutová prezentace každé skupiny ukázala, jak se děti přirozeně naučily zacházet s dosud jen abstraktními pojmy matematiky a jak zajímavý pro ně exkurz do stavebnictví byl. Concrete and maths in the classroom, Concrete, Vol. 48, March 2014, Issue 02, s. 53

ENTWICKLUNGSPRINZIPIEN UND TECHNISCHE GRENZEN DER HERSTELLUNG ZEMENTARMER BETONE

Michael Haist, Jack S. Moffatt, Raphael Breiner, Harald S. Müller

model založený na fyzikálních vlastnostech je snadno ovladatelný a vhodný pro praktické použití. Je to užitečný nástroj pro určování betonu s nejvyšší odolností vůči agresivnímu prostředí. Odolnost korozi je také možno přibližně určit, jsou-li alespoň dostupné informace o tlakové pevnosti betonu a chemickém složení pojiva. V článku je model predikce odolnosti betonu proti korozi popsán a je předvedeno jeho použití na příkladech. Scheydt J. C., Müller H. S.: Modell zur rechnerischen Abschätzung des Korrosionswiderstands von Beton, Beton- und Stahlbetonbau 109 (2014), Heft 3, s. 193–201

DIE ZERSTÖRUNGSFREIE UNTERSUCHUNG V O N D U R C H S TA N Z B E W E H R U N G I N F L A C H D E C K E N

Johannes Hugenschmidt, Andreas Fischer, Lucio Schiavi Ve vybraných parkovacích domech byl pro průzkum oblastí stropů kolem podpěrných sloupů použit georadar (GPR). Vyšetřované oblasti měly každá plochu 0,9 × 2 m. Cílem šetření bylo zpřesnění představy o smykové výztuži bránící poškození desek propíchnutím ve sledovaných oblastech. Bylo ukázáno, že smykovou výztuž lze detekovat poměrně spolehlivě. Zpřesněná data z GPR ukázala rozlišitelný odraz rastru pro většinu typů smykové výztuže. To ukazuje, že je možné určit smykovou výztuž i v konstrukcích, kde už informace o způsobu jejich vyztužení chybí. Průzkum s pomocí geotechnického radaru může poskytnout informace a data, která jsou potřebná např. pro určení zbytkové únosnosti konstrukce garáží a z toho zbytkové životnosti budovy. Stavební objekty je třeba nedestruktivně zkoušet při posuzování podle stávajících norem v případě zhodnocení poškození konstrukce nebo pro projekty vhodné prevence možného poškození. Hugenschmidt J., Fischer A., Schiavi L.: Die zerstörungsfreie Untersuchung

Článek vysvětluje principy pro dávkování složek ekologicky přijatelných betonových směsí se sníženým množstvím cementu. Snaží se najít odpověď na otázku, jak může být obsah cementu v betonu redukován bez nepříznivých vlivů na klíčové vlastnosti materiálu, jako jsou konzistence a tlaková pevnost. Centrálním prvkem předkládaného algoritmu pro návrh směsi je model sesednutí částic, pomocí něhož lze minimalizovat požadavky na obsah vody pro granulovanou směs cementu, kamenného prachu a kameniva. V této zprávě jsou diskutovány přístupy používající různé modely rozdělení jednotlivých částic směsi (model Funka a Dingera a CIPM model Fennise). V experimentální části byl ověřován návrh, zda je možné snížit intenzitu pojiva (požadavek na pojivový materiál byl stanoven na vyvolání tlakové pevnosti 1 MPa v 1 m3 betonu) v betonu cca 3krát ve srovnání s normálním betonem za splnění daného předpokladu. Na základě výsledků experimentu ověřování bylo navrženo, že zpracovatelnost směsi může být dobře odhadována poměrem mezi skutečnou hustotou částic a maximální teoretickou hustotou granulované směsi. Haist M., Moffatt J. S., Breiner R., Müller H. S.: Entwicklungsprinzipien und technische Grenzen der Herstellung zementarmer Betone, Betonund Stahlbetonbau 109 (2014), Heft 3, s. 202–215

M O D E L L Z U R R E C H N E R I S C H E N A B S C H ÄT Z U N G D E S K O R R O S I O N S W I D E R S TA N D S V O N B E T O N

Jennifer C. Scheydt, Harald S. Müller V rámci výzkumného projektu zaměřeného na trvanlivost ultra vysokohodnotného betonu (UHPC) byl odvozen model pro předpověď odolnosti betonu vůči korozi při chemickém napadení. Odolnost betonu vůči korozi závisí na konstrukční odolnosti neporušeného betonu vůči pronikání kapalin nebo plynného média. Predikční

3/2014

❚

von Durchstanzbewehrung in Flachdecken, Beton- und Stahlbetonbau 109 (2014), Heft 4, s. 257–264

F I N I T E - E L E M E N T E - A N A LY S E V O N S TA H L B E T O N B A U T E I L E N I M E B E N E N S PA N N U N G S Z U S TA N D

Karel Thoma, Patric Roos, Marius Weber Pole rovinné napjatosti hrají zásadní roli v analýzách železobetonových konstrukčních prvků. Chování nosníků, membrán a tenkých desek vyjádřené závislostí zatížení-deformace lze dostatečně přesně popsat pomocí rovinného stavu napětí. Článek popisuje analýzu železobetonových membrán a tenkých desek pomocí metody konečných prvků s použitím modelu membrány s trhlinami. Model předpokládá rovinný stav napětí a používá diskrétní model trhlin, jejichž rotace není omezena. Pro výpočet deformačního chování železobetonové membrány je model membrány s trhlinami kombinován s lineárně pružným materiálovým zákonem a dvojosým modelem chování betonu v tlaku. Analýza tenkých železobetonových desek byla založena na vrstvičkovém modelu. Předpokládá-li se, že každá vrstvička se nachází ve stavu rovinného napětí, je možné modelovat tenkou desku jako soubor železobetonových membrán. Představený mechanický model byl implementován do nelineárního MKP systému v software ANSYS Mechanical APDL v rámci vývoje specializovaného sw nástroje „uživatelsky definované materiály“. Pro ověření uvedené implementace byly analytické výsledky porovnány s výsledky zkoušek vybraných membrán a tenkých desek. Thoma K., Roos P., Weber M.: Finite-Elemente-Analyse von Stahlbetonbauteilen im ebenen Spannungszustand, Betonund Stahlbetonbau 109 (2014), Heft 4, s. 275–283


63

VĚDA A VÝZKUM

❚


AUTOGENNÍ SMRŠŤOVÁNÍ A JEHO MĚŘENÍ OD OKAMŽIKU ULOŽENÍ BETONU ❚ AUTOGENOUS SHRINKAGE AND ITS MEASUREMENT SINCE THE MOMENT OF CONCRETE CASTING Miroslav Kratochvíl, Ivailo Terzijski, Jaroslav Kadlec, Lukáš Zvolánek Příspěvek stručně představuje některé techniky měření autogenního smršťování cementových kompozitů, které umožňují měřit toto smršťování již krátce po namíchání. Zabývá se též určením počátku autogenního smršťování. ❚ This paper briefly provides some techniques to measure autogenous shrinkage of Portland

produktů této reakce je menší než celkový objem komponent do reakce vstupujících. Z dříve uvedeného je zřejmé, že autogenní smršťování probíhá současně s hydratací cementu (hydratační reakce způsobuje objemové změny). Z toho plyne požadavek začít měřit toto smršťování co nejdříve po uložení příslušného cementového kompozitu.

cement composites. We focus on techniques able to measure autogenous shrinkage shortly after mixing and casting. The paper also deals with a determination of autogenous shrinkage initiation time.

Jedním z nejdůležitějších parametrů každé konstrukce je její trvanlivost. U betonových konstrukcí je trvanlivost výrazně ovlivněna objemovými změnami betonu, které mají za běžných podmínek charakter smršťování. Betonové konstrukce či jejich části se obvykle nemohou volně deformovat, a proto objemové změny betonu vedou zpravidla i ke změně napjatosti v konstrukci. Dosáhne-li hladina napětí v betonu jeho pevnosti (nejčastěji v tahu), dojde ke vzniku trhlinek. Trhlinky jsou z estetického hlediska nežádoucí, ale hlavně (pokud dosáhnou jisté minimální šířky) umožňují průnik agresivních médií z okolního prostředí do masy betonu, resp. k povrchu výztuže v betonu uložené (v případě železobetonu). Je tedy pochopitelnou snahou smršťování betonu eliminovat, případně minimalizovat, či přinejmenším co nejpodrobněji popsat jeho průběh a velikost. V souvislosti s tímto je třeba nalézt i způsoby a postupy umožňující co nejpřesnější měření zájmové veličiny. Přitom lze rozlišit více příčin smrštění. U zralého betonu běžné pevnosti je obvykle rozhodující část smrštění zapříčiněna vysycháním. Bezprostřední příčinou je zde silové působení množství menisků v kapilárním systému betonu, vzniklých odparem z jeho povrchu a následnou migrací vody v kapilárách k povrchu betonu, dalším odparem atd. U vysokopevnostních betonů s typicky nízkým vodním součinitelem ovšem vzrůstá podíl i význam tzv. „autogenního smrštění“. To není vyvoláno změnou vlhkosti betonu zapříčiněnou zvnějšku, ale především charakterem chemické reakce cementu s vodou, kdy objem 64

MOŽNOSTI MĚŘENÍ A U T O G E N N Í H O S M R Š Ť O VÁ N Í

Měření autogenního smršťování se provádí principiálně dvěma rozdílnými způsoby. Buď lze měřit změny vzorku objemové, nebo změny lineární, tj. lineární deformaci vzorku. Technika měření objemových změn obvykle spočívá v uložení cementového kompozitu do pryžového balónku, který je zavěšen na váhy a následně ponořen do kapaliny známé hustoty. Objemové změny jsou pak vyhodnocovány na základě změny tíhy balónku. Měření smršťování pomocí délkových změn vzorků je uskutečňováno na vzorcích, u kterých je cementový kompozit uložen jedním z následujících způsobů: • do pevné formy – začátek měření smršťování je zde technicky možný až po odformování vzorku, tj. zhruba 24 h od uložení, přičemž po odformování je vzorek pokryt fólií, která zabraňuje výměně vlhkosti mezi vzorkem a okolím; ošetřování vzorku může být ale voleno i jinak; • do pevné formy se sníženým třením stěn – v tomto případě se deformace měří již od okamžiku uložení cementového kompozitu do formy; • do vlnité trubky/hadice s nízkou podélnou tuhostí – měření deformací se provádí rovněž od okamžiku uložení. Na Ústavu betonových a zděných konstrukcí Fakulty stavební VUT v Brně (ÚBZK) bylo doposud k měření smršťování betonu používáno sledování délkových změn na standardizovaných zkušebních tělesech 100 × 100 × 400 mm. Měří se změna vzdálenosti mezi kotevními tělísky, která jsou zabetonována do bočních stěn vzorku. Délkové změny mezi kotevními tělísky jsou měřeny až po odformování vzorků, ke kterému standardně dochází až 24 h po uložení betonu do forem. Aby bylo do zaháje-

ní měření zamezeno jakémukoliv smršťování, jsou vzorky po výrobě a zavadnutí povrchu betonu ponořeny pod hladinu vody. Pod vodou zůstávají 5, resp. 7 dní podle konkrétní zvolené metodiky. Podrobný popis zmíněné metodiky měření smršťování je uveden např. v [1], [2]. Tento postup měření odpovídá metodice, kterou navrhl Aïtcin v [4, s. 235]. Je zřejmé, že metodika zkoušky by měla být navržena tak, aby korespondovala s postupem betonáže a ošetřování reálných konstrukcí. Ukazuje se, že zatímco v laboratorních podmínkách lze téměř dokonale zastavit veškeré smršťování ponořením relativně subtilních zkušebních vzorků pod hladinu vody, v reálu to vždy možné není. Na stavbě lze v prvních dnech po betonáži omezit smršťování ponecháním betonu v těsném bednění s dostatečným ošetřováním. U masivnějších konstrukčních prvků však i za těchto okolností může autogenní smršťování omezeně probíhat. Jedním z postupů, jak měřit objemové změny betonu již krátce po jeho uložení, je měření smršťování betonu pomocí zkušebního „U“ žlabu. Zařízení a odpovídající metodika byly vyvinuty na Ústavu stavebního zkušebnictví FAST, VUT v Brně [3]. Jako vhodná se tato metodika jeví především pro měření smršťování betonu, který bude použit v deskových konstrukcích. Naopak pro konstrukce, kde bednění chrání prakticky celý povrch prvku před vysycháním, je tato metodika méně vhodná a těžko použitelná (např. sloupy, stěny, …). Další možnosti měření autogenního smršťování cementových kompozitů od okamžiku uložení jsou popsány např. v [5], [6]. Autoři v [5] představují postup měření délkových změn cementového tmele umístěného ve vlnité trubce/hadici. Délková změna je zaznamenávána indukčními snímači polohy. Zařízení je primárně navrženo k měření autogenního smršťování cementového tmele. Měření smršťování betonů by vyžadovalo přizpůsobit velikost zařízení maximálnímu zrnu kameniva. V [6] se autoři zabývají měřením autogenního smršťování cementového tmele hydrostatickým vážením, tedy měřením objemových změn vzorku. Upozor-


❚

3/2014

❚

VĚDA A VÝZKUM

Obr. 1 Průběh teploty, deformace a doby průchodu ultrazvuku v počáteční fázi hydratace cementu modelového kompozitu ❚ Fig. 1 Temperature, strain and ultrasound passage time in the development at initial phase of Portland cement composite hydration

Deformace [μm/m]; Doba průchodu ultrazvuku [μs]

1

teplota vzorku [°C]

Teplota vzorku [°C]

deformace [μm/m] doba průchodu ultrazvuku [μs]


Čas od smíchání cementu s vodou [h]

ňují, že vážením vzorků ve vodě dochází k velkému zkreslení výsledků osmózou. Vážení vzorků v parafínovém oleji tento vliv osmózy eliminuje. Tato metoda není vhodná pro měření smršťování betonu s obsahem hrubého kameniva, které může balónek protrhnout. Pro měření smršťování drátkobetonů je zcela vyloučena. Jako vhodnější se proto jeví měřit autogenní smršťování v tuhé formě se sníženým třením stěn. Dosažené výsledky měření jednotlivých metod spolu dobře korespondují [7]. MĚŘENÍ AUTOGENNÍHO S M R Š Ť O VÁ N Í V T U H É F O R M Ě SE SNÍŽENÝM TŘENÍM

Jak už bylo výše uvedeno, autogenní smršťování probíhá současně s hydratací cementu. Je proto nutné zahájit měření smršťování co nejdříve po uložení příslušného cementového kompozitu. Zároveň je třeba zabránit výměně vlhkosti s okolím a současně zamezit pevnému spojení betonu s tuhou formou. V počáteční fázi tuhnutí a tvrdnutí betonu můžeme v celkové deformaci betonu rozlišit: • část plastické gravitační deformace betonu („dohutňování ve formě“), • část deformace vyplývající z teplotní roztažnosti betonu, • část deformace vyplývající z autogenního smrštění betonu. Ukazuje se, že dopady smršťování/ deformace nastávající před vytvořením tuhé struktury jsou nevýznamné z hlediska problematiky vzniku trhlin. V době, kdy se cementový tmel chová víceméně jako tekutina, nemá potenciál, aby se v něm vyvinulo tahové napětí. 3/2014

❚

Okamžik, kdy cementový tmel přechází v materiál s matricí natolik pevnou, že již v něm lze vyvolat tahová napětí, je možné určit Vicatovým přístrojem nebo obecnou penetrační zkouškou. Lze také vycházet ze zaznamenaného průběhu teploty sledovaného vzorku. Hydratační reakce je totiž exotermní a její intenzita dobře koreluje s množstvím uvolňovaného tepla, a tedy i (s jistým zpožděním) s okamžitou teplotou betonu. Základním problémem je zde v konkrétním případě stanovit, při jaké teplotě je matrice cementového kompozitu (betonu) natolik pevná, že již nemůže docházet k její plastické gravitační deformaci. Naše aktuální měření ukazují, že všechny tyto zkoušky k určení zmíněné hranice mezi tím, kdy se cementový tmel chová spíše jako kapalina, a tím, kdy dochází ke změně jeho tuhosti (tzv. „setting time“), by mohly být nadbytečné. Zdá se, že tento okamžik je poměrně bezpečně vymezen časem, kdy se počáteční sedání zastaví a dojde k nabývání vzorku. Na obr. 1 jsou vyneseny veličiny zjištěné při měření smršťování modelového kompozitu na bázi běžného cementu CEM I 52,5. Z obr. 1 vyplývá, že k zastavení počátečního (poměrně značného) sedání došlo zhruba 3,5 h od smíchání cementu s vodou. Další objemovou změnou vzorku, ke které došlo, byla expanze. Hranice mezi sedáním a nabýváním cementového kompozitu koreluje s okamžikem zahájení růstu teploty vzorku. Teplota byla před vzrůstem po dobu 3 h prakticky na konstantní hodnotě 24 °C. Vývoj doby průchodu ultrazvuku vzor-


kem naznačuje, že se jedná o hledaný okamžik, který vymezuje tvorbu tuhé struktury kompozitu. Po 3,5 h od okamžiku smíchání cementu s vodou se začala zřetelně snižovat doba průchodu ultrazvuku vzorkem, když předtím byla po dobu 3 h konstantní. Snižující se doba průchodu ultrazvuku naznačuje začátek tvorby tuhé struktury cementového kompozitu. Tento předpoklad je však třeba ověřit větším počtem měření. MĚŘENÍ AUTOGENNÍHO S M R Š Ť O VÁ N Í P O M O C Í Z A Ř Í Z E N Í FRAME1

Na ÚBZK bylo k měření autogenního smršťování vytvořeno zařízení Frame1 (obr. 2 a 3). Zařízení se skládá z ocelového rámu sloužícího k uchycení měřících nádob/forem a současně i k uchycení deformometrů zachycujících lineární změny vzorků. Lze přitom použít jak mechanické úchylkoměry, tak i indukčností snímače. Konstrukci lze pevně připevnit k podlaze. Formy jsou vytvořeny z PVC trouby vnějšího průměru 110 mm a výšky 990 mm, ze které je po délce vyříznut pásek šířky 20 mm. Následné podélné uzavření rozříznuté formy je realizováno rektifikačními kovovými objímkami. Vzniklá svislá spára je utěsněna silikonem. Do PVC formy je vložen „rukávec“ z odlehčeného pěnového polyetylenu, který umožňuje poměrně volnou deformaci ve svislém i vodorovném směru. Po vybetonování se na povrch čerstvého betonu v hlavě formy osadí terč, který představuje dosedací plochu pro měřidlo posunu, a současně zamezuje úniku vlhkosti z betonu do okolí. 65

VĚDA A VÝZKUM

❚


2

3

Základní výhodou zařízení Frame1 je skutečnost, že umožňuje měřit deformace betonu prakticky od okamžiku jeho uložení do formy. V případě sejmutí ochranné trubky v pozdější fázi zkoušky lze měřit i smršťování od vysychání. O V Ě Ř O VA C Í E X P E R I M E N T

K ověření funkčnosti zařízení bylo využito měření na vysokopevnostním betonu pevnostní třídy C60/75. Použitá receptura betonu je uvedena v tab. 1. Smrštění betonu bylo měřeno na čtyřech vzorcích. Zaznamenaný průběh poměrné deformace vzorků v prvních hodinách je zachycen na obr. 4. Zá-

kladní diskuze výsledků tohoto měření byla již provedena v [8]. V tomto článku bude řešena jen otázka stanovení okamžiku, od kterého lze počítat v betonu s vývojem tahového napětí způsobeného autogenním smršťováním. Jestliže beton na začátku svého vytvrzování zvětšuje svůj objem a je-li tomuto nárůstu zároveň vhodně bráněno např. výztuží, vytváří se v betonu tlaková rezerva. Tato tlaková rezerva se odčerpává ve fázi následného smršťování. Proto není nutné obecně uvažovat se začátkem smršťování již v době, kdy beton dosáhl největší expanze. Za zahájení autogenního smršťování nelze však považovat ani okamžik, kdy

se vzorek zkrátí na svoji původní délku, kterou měl před nabýváním. Tlaková rezerva byla totiž v betonu vytvářena při nižším modulu pružnosti betonu, než při kterém dochází k jejímu odčerpání. Kdy skutečně dojde k odčerpání vytvořené tlakové rezervy, závisí kromě velikosti a průběhu smršťování především na vývoji modulu pružnosti a na způsobu a míře vytužení. Významnou roli zde hraje i velikost teplotní deformace. Např. z průběhu smršťování na obr. 4 a růstu modulu pružnosti betonu pevnostní třídy C60/75 lze za předpokladu, že bude beton vhodně vyztužen, usuzovat, že k toTab. 1 Receptura použitého betonu ❚ Tab. 1 Concrete mix composition

4

Složka

Dávka [kg/m3]

Poměrná deformace [μm/m]

Cement CEM I 42,5 R Mokrá

95 μm/m

430

Voda celková

164,7

Plastifikační přísada Stachement 2180 Zpomalující přísada Retardal 540

4,30

DTK 0/4 mm Hrušovany

1084

H DK 4/8 mm Bílčice

419

H DK 8/11 mm Bílčice

419

0,65

Obr. 2 Schéma zařízení Frame1 ❚ Fig. 2 Scheme of the Frame1 equipment Obr. 3 Prototyp Frame1 při měření ❚ Fig. 3 Frame1 prototype during measurement Čas od výroby [h]

66

Obr. 4 Průběh poměrné deformace vysokopevnostního betonu ❚ Fig. 4 strength concrete strain development


❚

High

3/2014

VĚDA A VÝZKUM Literatura: [1] Terzijski I.: Smršťování vysokohodnotného betonu a možnosti jejich ovlivnění. Dílčí výzkumná zpráva CIDEAS za rok 2008, VUT FAST Brno, Brno 2008 [2] Terzijski I.: Smršťování vysokohodnotného betonu a možnosti jejich ovlivnění, Dílčí výzkumná zpráva CIDEAS za rok 2009, VUT FAST Brno, Brno 2009 [3] Kucharczyková B., Daněk P., Barák L., Pospíchal O., Misák P.: Vliv obsahu pórovitého kameniva na objemové změny betonu, Stavební obzor, 2011, 20, pp. 301–303, ISSN 1210-4027 [4] Aïtcin P.-C.: Vysokohodnotný beton, Praha: Informační centrum ČKAIT, 2005, ISBN 80-86769-39-9 [5] Jensen O. M., Hansen P. F.: A dilatometer for measuring autogenous deformation in hardening portland cement paste, Materials and Structures, 1995, 28, pp. 406–409 [6] Lura P., Jensen O. M.: Measuring techniques for autogenous strain of cement paste, Materials and Structures, 2007, 40, pp. 431–440 [7] Sant G., Lura P., Weiss J.: Measurement of Volume Change in Cementitious Materials at Early Ages: Review of Testing Protocols and Interpretation of Results, Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2007, pp. 21–29 [8] Kratochvíl M., Terzijski I., Kadlec J.: Měření autogenního smršťování od okamžiku uložení betonu, Sborník recenzovaných příspěvků konference Zkoušení a jakost ve stavebnictví, www.zkouseniajakost.cz, 2013 ISBN 978-80-214-4777-6

❚

muto odčerpání rezervy nedojde dříve než ve 24. hodině. Začátek autogenního smršťování (tj. měřitelné složky chemického smršťování) lze tedy přeneseně uvažovat v tomto konkrétním případě až od 24. hodiny. VÝHODY A NEVÝHODY ZKUŠEBNÍHO ZAŘÍZENÍ

Mezi výhody měření smršťování pomocí popsaného zařízení patří: • možnost relativně přesného měření lineárních změn betonu od okamžiku uložení betonu, • možnost jemného uvolnění formy po zatuhnutí betonu (snížení tření), • dostatečná velikost vzorků umožňující použít k měření deformací úchylkoměry se setinovým čtením a současně zvyšující přesnost měření, • po odformování vzorku lze na něm pokračovat v měření smršťování od vysychání, • ve spojení s měřením teploty ve vzorcích a s odpovídající metodikou hodnocení výsledků zkoušky zařízení umožňuje identifikovat a případně i separovat jednotlivé typy objemových změn. Mezi nevýhody patří zejména větší spotřeba betonu. Na vyplnění jedné válcové formy je potřeba 7,4 l betonu oproti 4 l, které jsou potřeba na výrobu jednoho hranolu a oproti 6 l, které jsou potřeba při měření na žlabech [3]. Tuto nevýhodu lze částečně minimalizovat zmenšením použitých forem, což se však pochopitelně odrazí ve snížené přesnosti měření a/nebo v nemožnosti užití méně přesných (a tudíž levnějších) úchylkoměrů.

SCIENCE AND RESEARCH Z ÁV Ě R

Příspěvek popisuje a hodnotí několik metodik měření autogenního smršťování. Dále jsou podrobněji sledovány možnosti určení okamžiku, který lze považovat za začátek autogenního smršťování. Na závěr bylo představeno zařízení Frame1, které umožňuje kvalifikovat i kvantifikovat objemové změny nastávající v době, kdy to dosud používanou metodikou na ÚBZK nebylo možné, totiž v čase od vybetonování vzorku do cca 24 h. Tento příspěvek vznikl za přispění juniorského grantu FAST-J-12-10/1667 „Zařízení na měření autogenního smršťování betonů“ a projektu TA 03030010 „Vývoj postupů a pravidel pro proces návrhu, ukládání a ošetřování betonů s omezeným smršťováním a sníženým rizikem vzniku trhlin“.

Ing. Miroslav Kratochvíl e-mail: [email protected] tel: 541 147 865 prof. Ing. Ivailo Terzijski, CSc. e-mail: [email protected] tel: 541 147 850 Ing. Jaroslav Kadlec e-mail: [email protected] tel: 541 147 871 Ing. Lukáš Zvolánek e-mail: [email protected] tel: 541 148 211 všichni: FAST VUT v Brně Ústav betonových a zděných konstrukcí Veveří 95, 602 00 Brno

8. ročník odborné konference konference

PODLAHY

2014

Pořadatel: Betonconsult, s.r.o. V Rovinách 123, 140 00 Praha 4

PODLAHY 2014 23.-24. září 2014 Kulturní centrum Novodvorská, Praha 4

Odborní garanti: Doc. Ing. Jiří Dohnálek, Csc. Ing. Petr Tůma, Ph.D.

e-mail: [email protected] Tel./fax: +420/244 401 879

www.konferencepodlahy.cz 3/2014

❚

Návrh podlahy, normalizace, věda a výzkum Betonové podlahové konstrukce včetně průmyslových podlah Podlahové potěry a mazaniny Systémy suché výstavby Podlahy s dřevěnými nášlapnými vrstvami Keramické a kamenné dlažby včetně lepicích hmot Textilní podlahoviny Teraco Syntetické podlahoviny - nátěry, plastbetony Tepelné a akustické izolace Podlahy na terasách, balkonech a v exteriéru Podlahové topení


67

❚

NORMY • JAKOST • CERTIFIKACE

STANDARDS • QUALITY • CERTIFICATION

ZÁSADY ZOSILŇOVANIA BETÓNOVÝCH KONŠTRUKCIÍ LEPENOU CFRP VÝSTUŽOU ❚ PRINCIPLES OF CONCRETE STRUCTURES STRENGTHENING WITH BONDED CFRP REINFORCEMENT Juraj Bilčík, Katarína Gajdošová Účinnosť zosilňovania nosných konštrukcií závisí najmä od výberu vhodnej metódy a materiálu. Osvedčenou metódou zosilňovania betónových konštrukcií je zväčšenie prierezu lepenou výstužou. Na tento účel sa používajú oceľové pásy a v poslednom čase najmä polyméry vystužené uhlíkovými

cu [3]. Stredoeurópsky región sa často orientuje na kvalitné nemecké smernice v rôznych oblastiach betónových konštrukcií. Vzhľadom na vyššie uvedené a skutočnosť, že aplikácie a výskum FRP výstuže na zosilňovanie betónových konštrukcií sú v Nemecku veľmi rozšírené, je vhodné sa oboznámiť s posledne uvedenou smernicou DAfStb.

vláknami (CFRP). Pri absencií noriem a domácich predpisov môže byť dobrou pomôckou najnovšia nemecká smernica. V príspevku sa uvádzajú

Z O S I L Ň O VA N I E C F R P M AT E R I Á L M I

zásady zosilňovania ohýbaných a tlačených prvkov a informácie o možnos-

Na zosilňovanie zväčšením prierezu sa od začiatku 90tych rokov dostáva do popredia použitie lamiel a tkanín z polymérov vystužených uhlíkovými vláknami (Carbon Fiber Reinforced Polymer – CFRP). Podobne, ako polyméry vystužené aramidovými (AFRP) alebo sklenými vláknami (GFRP), sú rezistentné voči korózii a lineárne pružné až do porušenia. Navyše majú veľkú pevnosť, vysoký modul pružnosti a oproti oceli 3 až 5krát menšiu hmotnosť.

tiach uplatnenia tejto smernice. ❚ Effectiveness of load bearing structures strengthening depends mainly on selection of appropriate methods and materials. Well-established strengthening method for concrete structures is the cross-section enlargement with the use of bonded reinforcement. For this purpose, steel strips, and recently mainly Carbon Fibre Reinforced Polymers (CFRPs) are used. In the absence of standards and national regulations, the latest German guideline can become a good tool. The paper introduces strengthening principles of bended and compressed members and information on possibilities of application of this guideline.

V súčasnosti sa v stavebníctve prejavuje nárast podielu stavebných prác na udržanie a prispôsobenie existujúcej zástavby stále sa meniacim požiadavkám. Tento trend sa bude v budúcnosti ďalej stupňovať. Dôsledkom sú zvýšené objemy prác v oblasti sanácie a zosilňovania betónových konštrukcií. Ak sa odhliadne od súboru noriem EN 1504, ktorý sa zaoberá opravami betónových konštrukcií a v časti 4 aj lepením príložiek (oceľových pásov alebo CFRP lamiel), tak v súčasnosti nie sú k dispozícii všeobecne akceptované normy na zosilňovanie betónových konštrukcií lepenou výstužou. Táto skutočnosť nie je až taká alarmujúca, nakoľko pri navrhovaní betónových prvkov zosilnených lepenou výstužou sa postupuje v zásade rovnako ako pri navrhovaní železobetónových prierezov, napr. podľa EN 1992-1-1 alebo EN 1992-2. V súvislosti s krehkým charakterom postkritického porušenia a obmedzenou súdržnosťou lepenej výstuže však treba zohľadniť viaceré obmedzenia. Tieto obmedzenia a ďalšie rozdiely oproti navrhovaniu betónových konštrukcií sa uvádzajú vo viacerých medzinárodných alebo zahraničných smerniciach. V tejto súvislosti treba uviesť smernicu fib [1], smernicu ACI [2] a v roku 2012 vydanú nemeckú smerni-

napätie ı [MPa]

1 CFRP HS

6000

4000 AFRP GFRP

CFRP HM

oceĐové predpínacie laná

2000

betonárska výstuå 0

1

2

3

4

5

pomerné pretvorenie İ [%]

68

Zásady zosilňovania Polymérne lamely majú až do porušenia lineárne pružné chovanie, preto nemožno uvažovať s redistribúciou ohybových momentov. Betonárska výstuž by mala mať takú ťažnosť, aby sa zosilnený prvok za medzného stavu únosnosti (napriek drveniu betónu v tlaku, roztrhnutiu FRP lamely alebo zlyhaniu súdržnosti) porušil duktilne. Významným obmedzením je aj požiadavka, aby zosilnený prvok nebol vystavený ohybovému momentu MEd, ktorý je väčší ako dvojnásobok ohybovej odolnosti nezosilneného prvku MRd0: (1)

M " MEd MRd0 f 2

Spolupôsobenie pridaných materiálov s pôvodným železobetónovým prierezom je podmienené ich účinnou aktiváciou. Táto sa dosiahne maximálnym odľahčením alebo provizórnym podoprením (vzoprením) konštrukcie alebo prvku pred lepením. V poslednom období sa lamely aktivujú aj predpínaním. Pracovné diagramy FRP lamiel majú tvar priamky (obr. 1). Väčšie napätie lamiel s vysokou pevnosťou (CFRP HS) sa dosahuje pri veľkých pretvoreniach (εL > 1 %), čo vedie k nadmernej šírke trhlín. Aby sa pri zosilňovaní dala využiť vysoká pevnosť lamiel, treba použiť materiál s vyšším modulom pružnosti (CFRP HM). Slabinou lepenej výstuže je citlivosť voči zvýšeným teplotám. Pri lepení výstuže sa používajú za studena vytvrdzujúce epoxidové lepidlá. Tieto duroplastické umelé hmoty sú po určitú tepelnú hranicu amorfné a veľmi stabilné. Pri vyšších teplotách strácajú pevnosť, kritické teploty sú závislé od použitého typu lepidla. Pri v súčasnosti používaných lepidlách sa maximálna teplota pohybuje od +40 do +70 °C. Zosilňovanie na ohyb a šmyk Zosilňovaním dosiek a nosníkov sa sleduje zvýšenie ich ohybovej a šmykovej odolnosti. Pri porovnaní s dobetónovaním, lepenie oceľových pásov alebo CFRP lamiel zmenšuje prácnosť a skracuje zosilňovacie práce. Lepenie oceľových pásov patrí medzi osvedčené metódy na zvýšenie ohybovej odolnosti. Manipulácia s pomerne ťaž-


❚

3/2014

NORMY • JAKOST • CERTIFIKACE 2a

2b

❚


detail A

ts

v

A

bs

Napätie betónu v tlaku ıc [MPa]

ts c – ǻcdev tL + 1 mm bs tL + 3 mm tL – hrúbka lamely

N

ı2

ı1

N

3a

3b

ovinutie CFRP ovinutie betonárskou výstužou

Pomerné pretvorenie betónu İ [%]

kruhový prierez

Acf

štvorcový prierez r = 38 mm

Acfs

štvorcový prierez r = 20 mm neovinutý betón

4a

štvorcový prierez s ostrými hranami

Obr. 2 Zosilnenie na ohyb: a) lamela nalepená na povrch, b) lamela vlepená do drážky ❚ Fig. 2 Strengthening in bending: a) strip externally bonded to the surface, b) strip mounted into the slit Obr. 3 a) Napätia v ovinutom priereze, b) účinok ovinutia betónu na diagram σc– εc [5] ❚ Fig. 3 a) Stresses in the confined cross-section, b) effectiveness of confinement on the σc– εc diagram [5]

neovinutý betón

0,2%

Obr. 1 Porovnanie diagramu σ – ε pre oceľ a FRP materiály [4] ❚ Fig. 1 Comparison of the σ – ε diagram for steel and FRP materials [4]

Ac0

4b

Obr. 4 a) Diagramy σc – εc ovinutých prierezov [6], b) účinné plochy ovinutého štvorcového prierezu ❚ Fig. 4 a) σc – εc diagrams of confined cross-section [6], b) effective areas of the confined square cross-section Obr. 5 Čiara odolnosti prierezu: a) pôvodného, b) zosilneného výstužou v drážke, c) ovinutého tkaninou, d) zosilneného výstužou v drážke aj ovinutím tkaninou [8] ❚ Fig. 5 Interaction diagram of cross-sections: a) non-strengthened, b) strengthened with a strip in slit, c) strengthened with a sheet confinement, d) strengthened with both strip in slit and sheet confinement [8]

kými, málo ohybnými pásmi a korózia ocele sú hlavné nevýhody oceľových pásov oproti CFRP lamelám, výhodou je všesmerný prenos síl a nižšia cena. CFRP lamely sa lepia na povrch betónu (obr. 2a) alebo sa vlepujú do drážky v betónovej krycej vrstve (obr. 2b). Vloženie lamely do drážky prináša oproti lepeniu na povrch viaceré výhody: • zlepšené kotvenie a menšie požiadavky na kvalitu podkladového betónu, • lepšiu ochranu lamely voči mechanickému poškodeniu a účinku požiaru, zabránenie delaminácii. Pri zosilňovaní nosníkov na ohybový moment treba často zvýšiť aj šmykovú odolnosť. Na tento účel sa používajú lamelové strmene nalepené zboku a kotvené do dosky, alebo uhlíková tkanina laminovaná živicou na upravený betónový povrch nosníka.

nice potom zodpovedá modulu pružnosti ovinutej tkaniny. Účinnosť ovinutia na nárast tlakovej pevnosti betónu je významne ovplyvnená tvarom priečneho rezu stĺpa. Najvyššia účinnosť sa dosahuje pri kruhových prierezoch, s ostrosťou hrán efektivita ovinutia obdĺžnikových prierezov klesá (obr. 4a). Ovinutie výrazne zvyšuje aj pretvoriteľnosť tlačených prvkov. Na obr. 4b sú označené účinné betónové plochy prierezu ovinutého stĺpa: • Ac0 plocha neovinutého betónového prierezu, • Acf plocha ovinutá CFRP, • Acfs plocha ovinutá strmeňmi aj CFRP. Na výpočet návrhovej odolnosti ovinutého prierezu NRdf je v literatúre veľké množstvo modelov. Názornú predstavu o podiele jednotlivých plôch na celkovej odolnosti prierezu poskytuje Wangov model [7]. Model umožňuje zohľadniť aj ovinutie strmienkami

Zosilňovanie stĺpov Na zosilňovanie stĺpov sa využíva tkanina ovinutá okolo stĺpa a nalepené alebo do drážky vlepené CFRP lamely. Ovinutie stĺpov tkaninou bráni pretvoreniu betónu v priečnom smere (obr. 3a). Tým dochádza k trojosovému namáhaniu betónu, čo zvyšuje jeho pevnosť v tlaku (obr. 3b). Zvýšenie ohybovej odolnosti stĺpov sa dosiahne lepením lamiel na povrch alebo do drážky v smere osi stĺpa. Diagram σc–εc betónu ovinutého uhlíkovou tkaninou, má približne bilineárny priebeh (obr. 3b). V počiatočnej fáze sa ovinutý betón chová podobne ako neovinutý – pri malých pretvoreniach sa neprejavuje účinok obmedzenia priečneho pretvorenia. S narastajúcim napätím sa zväčšujú pozdĺžne i priečne pretvorenia. Ak betón dosiahne pretvorenie v tlaku zodpovedajúce maximálnemu napätiu (εc ≅ 0,2 %) dochádza k zmene smeru diagramu. Sklon dotyč-

5

3/2014

❚

N

N Nu

Nu

A Oblasť porušenia tlakom C

a)

Mu

Výstuž v drážke

Porušenie tlakom aj ťahom B Oblasť porušenia ťahom M

b)

M

Mu

N

N Nu

Nu Ovinutá tkanina

c)


Mu

M

d)

Mu

69

M

❚


6

a)

NRdf " Ac 0

50 mm

b)

F 0, 3fck Lc

Acf

F fck,f L cc

Acfs


F fck,fs L cc

As

fyk

Ls

,

(2)

kde As je plocha pozdĺžnej výstuže, fck jednoosová pevnosť betónu, fck,f trojosová pevnosť betónu ovinutého CFRP tkaninou, fck,fs trojosová pevnosť betónu ovinutého CFRP tkaninou a strmeňmi, fyk charakteristická medza klzu ocele, α súčiniteľ dlhodobého zaťaženia, γc, γcc, γs parciálne súčinitele spoľahlivosti betónu a ocele. Možnosti zvýšenia čiary odolnosti stĺpov ovinutím, resp. lamelami v drážke a ich kombináciou sú znázornené na obr. 5. Čiara odolnosti pôvodného obdĺžnikového prierezu stĺpa namáhaného kombináciou normálovej sily a ohybového momentu je znázornená na obr. 5a. V oblasti A-B je porušenie vyvolané drvením betónu, kým v oblasti B-C je porušenie spôsobené prekročením medze klzu ocele. Po vložení CFRP výstuže do drážok sa čiara odolnosti výraznejšie rozširuje v oblasti B-C, úmerne zvýšenému stupňu vystuženia pozdĺžnou výstužou (obr. 5b). Naproti tomu použitie ovinutej tkaniny vyvolá zvýšenie odolnosti v oblasti A-B (obr. 5c). Kombináciou lamiel a ovinutej tkaniny sa dosiahne zvýšenie únosnosti stĺpa v oboch oblastiach (obr. 5d). Ovinutá tkanina navyše prispieva k stabilite vloženej výstuže. N AV R H O VA N I E L E P E N E J V Ý S T U Ž E P O D Ľ A SMERNICE DAFSTB

Smernica DAfStb „Zosilňovanie betónových prvkov lepenou výstužou“ (ďalej smernica) upravuje v štyroch dieloch navrhovanie, používanie všeobecných stavebných povolení na systémy zosilňovania, podmienky zhotovovania a plánovanie zosilňovania lepenou výstužou. Smernica môže byť použitá na betónové konštrukcie za účelom zosilňovania: • na ohyb, nalepenými CFRP lamelami, tkaninami a oceľovými pásmi, • na ohyb, CFRP lamelami vlepenými do drážok, • na šmyk, nalepenými CFRP tkaninami a oceľovými pásmi, • stĺpov ovinutou CFRP tkaninou. Obr. 6 a) Odtrhnutie betónovej krycej vrstvy na konci kotvenia lamely, b) konštrukčný strmeň [3] ❚ Fig. 6 a) Concrete cover rip-off at the end of a strip anchorage, b) structural stirrup [3] Obr. 7 Schematické znázornenie prenosu sily v súdržnosti nalepenej lamely: a) kotevný element, b) element medzi trhlinami [5] ❚ Fig. 7 Schematic illustration of the bond force transfer by using externally bonded reinforcement, a) anchorage element, b) element between the cracks [5] Obr. 8 Schematické znázornenie metód zosilňovania na šmyk: a) uzavretý strmeň, b) otvorený strmeň c) celoplošné lepenie, d) lepenie pásov ❚ Fig. 8 Schematic illustration of the shear strengthening methods: a) closed stirrup, b) open stirrup, c) surface bonding, d) bonded strips

70

Podkladom pre smernicu bola v roku 2011 vydaná komplexná správa o súčasnom stave problematiky zosilňovania betónových prvkov lepenou výstužou [9]. Smernica sa skladá zo štyroch dielov. Prvý diel smernice: Navrhovanie a konštruovanie (tvorí približne 60 % rozsahu smernice) obsahom a štruktúrou zodpovedá DIN EN 1992-1-1. Jednotlivé články tejto časti smernice potvrdzujú nezmenenú platnosť príslušného článku DIN EN 1992-1-1, alebo ho upravujú, či doplňujú. Predpona RV (Richtline Verstärkung) s číslom označuje v 1. diele smernice kapitoly, odseky, obrázky, či tabuľky prislúchajúce k DIN EN 1992-1-1. V smernici uvedené návrhové postupy sa zakladajú na mechanických úvahách a skúškach obyčajného betónu pevnostnej triedy C12/15 až C50/60. Tieto postupy by sa bez dodatočného vyšetrovania nemali používať na betóny vyššej pevnosti. Návrhové rovnice neplatia pre prvky s hrúbkou menšou ako 100 mm. CFRP lamely môžu byť najviac v dvoch vrstvách, pričom hrúbka prierezu CFRP lamely (bez lepidla) nemôže byť viac ako 3 mm. Lepenej výstuži sa môžu prisúdiť iba ťahové sily. V ohýbaných prvkoch môžu byť CFRP tkaniny lepené maximálne v piatich a v stĺpoch v desiatich vrstvách. Tu však už treba uvážiť aj ekonomické hľadisko zosilňovania. Únosnosť lepenej výstuže je obmedzená súdržnosťou lamely k betónovému podkladu, preto si jej kotvenie vyžaduje zvláštnu pozornosť. Na konci lamely môže kolmo na lepenú plochu pôsobiace ťahové napätie odtrhnúť betónovú kryciu vrstvu od betonárskej výstuže (obr. 6a). Ak sa kotevná oblasť neoverí výpočtom proti odtrhnutiu, lamela musí byť na konci ovinutá strmeňom z oceľovej pásoviny alebo CFRP tkaniny, vo vzdialenosti maximálne 50 mm od konca lamely (obr. 6b). Požiarna odolnosť zosilneného prvku sa preukazuje výpočtom podľa DIN EN 1992-1-2 a jej národnej prílohy, bez započítania zosilňujúceho účinku lepenej výstuže. V prípade, ak má lepená výstuž protipožiarnu ochranu, je možné posúdenie odolnosti urobiť podľa stavebného povolenia vydaného na použitý systém protipožiarnej ochrany. Po prekročení, v stavebnom povolení uvedenej teploty Tf, nemožno lepenej výstuži prisúdiť žiadne sily. Zosilňovanie prevažne ohýbaných prvkov Na overenie zosilnenia lepenými CFRP lamelami a tkaninami na ohyb uvádza smernica zjednodušený a presnejší postup. Zjednodušený postup sa zakladá na medznom pomernom pretvorení lamely εLd,max podľa rovnice (3). Overenie koncového kotvenia lamely nie je potrebné, ak sú splnené všetky nasledovné podmienky:

7

stav I

stav II

stav III

b) element medzi trhlinami a) kotevný element

Fs FL ΔF s ΔF LEd

F s + ΔF s F LEd + ΔF LEd

sila pôsobiaca v lamele


❚

3/2014


❚

STANDARDS • QUALITY • CERTIFICATION 8

a)

b)

c)

d)

• koniec lamely je vzdialený maximálne 50 mm od hrany pod-

pery, • všetka betonárska výstuž v zosilňovanom prvku je dovede-

ná do podpery a má rebierkovaný povrch, • celková hrúbka lamely nie je väčšia ako 1,4 mm. ¯ l ²0,5 mm/m 0,1 mm/m 0 0,04 mm/m s 0,06 mm/m fcm h ² ²² ¯ l0 l0 ¹ © JLd,max " max ° ² 3 mm/m º pre l0 f 9 700 mm ª2 ² ²° 9 700 mm « 9 700 mm» ²² pre l0 # 9 700 mm ² ² 3 mm ²± ±

(3)

kde fcm je stredná hodnota valcovej pevnosti betónu v tlaku [N/mm2], h celková výška zosilňovaného prvku [mm], ∅s najväčší priemer betonárskej výstuže [mm], l0 účinné rozpätie zosilňovaného prvku [mm]. Pri tomto spôsobe overenia koncového kotvenia lamely musí hodnota fcm spĺňať podmienku 2/3 fctm,surf v 0, 26fcm

(4)

Pri zosilňovaní lepenými lamelami na ohyb sa okrem známych spôsobov porušenia železobetónových prvkov vyskytujú aj ďalšie spôsoby porušenia. Patrí sem predovšetkým porušenie súdržnosti (debonding) v betónovej vrstve v blízkosti styku betón – lepidlo. Z dôvodu malej pevnosti betónovej krycej vrstvy v ťahu dochádza, po lokálnom porušení súdržnosti, pri zvyšovaní zaťaženia k celkovému zlyhaniu súdržnosti lepenej výstuže (zipsový efekt). Pri lepenej výstuži sa zväčšovaním kotevnej dĺžky nedosiahne, aby sa výstuž roztrhla skôr, ako dôjde k strate jej súdržnosti s betónom.

3/2014

❚

Od určitej kotevnej dĺžky nemožno zvyšovať silu v súdržnosti. Na základe skúšok sa však preukázalo, že v mieste maximálneho momentu sa v lamele vyskytujú sily, ktoré sú výrazne väčšie ako to vyplýva z koncového kotvenia lamely. Ako je na obr. 7 znázornené, prenos sily v súdržnosti prebieha v miestach kde dochádza k zmene ťahovej sily. Na základe tejto skutočnosti sa na overenie kotvenia lamely v smernici rozlišuje oblasť na konci kotvenia lepenej výstuže a zvyšná časť zosilneného prvku. V kotevnom elemente (obr. 7a) sa musia kotviť sily v lamele vyskytujúce sa v ohybovej trhline, ktorá je najbližšie k miestu s nulovým momentom. Odolnosť lamely v súdržnosti v kotevnom elemente sa stanovuje skúškami, pri ktorých sa lamela ťahá v smere jej osi. V zvyšnej časti prvku sa môže sila v súdržnosti prenášať na elementoch medzi ohybovými trhlinami (obr. 7b). V elemente medzi trhlinami pôsobí v menej zaťaženej trhline základná sila v lamele (FLEd) a vo viac zaťaženej trhline aj prírastok sily (FLEd + ΔFLEd). Tento prírastok sily v lamele (ΔFLEd) sa musí súdržnosťou preniesť do betónového prvku. Keďže zvýšenie ohybovej odolnosti lepenými lamelami je najčastejší spôsob zosilňovania, uskutočnil sa pre tento spôsob zosilňovania rozsiahly výskum. Podľa požiadaviek na presnosť, resp. hospodárnosť je v smernici uvedený zjednodušený, resp. presnejší postup na overenie odolnosti. Zosilňovanie prevažne tlačených prvkov V smernici sa pre stĺpy uvádza iba zosilňovanie ovinutím tkaninou, ktorá umožňuje: • všeobecné doplnenie priečnej výstuže, • pre kruhové prierezy aj aktiváciu viacosovej pevnosti betónu v tlaku. V stĺpoch s nedostatočnou priečnou výstužou môže byť chýbajúca priečna výstuž doplnená ovinutím CFRP tkaninou po celej výške stĺpa (minimálne dve vrstvy). Potrebná plocha tkaniny sa vypočíta zo vzorca AL,rqd "

As,rqdfydd 0, 9 fLwd,GF

,

(5)

kde As,rqd je potrebná plocha betonárskej výstuže, fyd návrho-


71


❚


vá medza klzu betonárskej výstuže, fLwd,GF návrhová pevnosť tkaniny s vláknami kolmo k osi stĺpa, fLwd,GF " 0, 75 kR fLd

(6)

¯ rc © rc ¹ ²² 0, 5 ª2 º 25 mm f rc ! 60 mm 60 mm « 60 mm » kR " ° ² 0,05 (7) rc v 60 mm ²± kde rc je polomer zaoblenia hrán a fLd návrhová pevnosť CFRP tkaniny. Presah kotvenia ovinutej tkaniny je minimálne 250 mm. Na zabezpečenie aktivácie viacosovej pevnosti betónu nesmie byť celková hrúbka ovinutia tL, ktorá je násobkom hrúbky tkaniny a počtu vrstiev ovinutia, menšia ako tL v

0, 2 D fcm

(8)

EL

So zvýšenou návrhovou odolnosťou NRd celoplošne ovinutého stĺpa kruhového prierezu s priemerom D a štíhlosťou λ možno uvažovať, za predpokladu týchto okrajových podmienok: D ≥ 120 mm; λ ≤ 40; e0/D ≤ 0,25; fcm ≤ 58 N/mm2. Zosilňovanie na šmyk Na zvýšenie šmykovej odolnosti sa na betónové nosníky lepia uzavreté alebo otvorené, celoplošné alebo pásové strmene (obr. 8). Otvorené strmene sa môžu použiť iba pre obdĺžnikové prierezy, v doskových nosníkoch musia byť strmene kotvené v tlačenej oblasti. Šmyková odolnosť priamo pásových prvkov (Vccd + Vtd = 0) sa vypočíta z upravenej rovnice VRd " VRd,s VRd,Lw ,

(9)

kde VRd,s je návrhová hodnota šmykovej sily prenášaná šmy-

Literatúra: [1] fib bulletin no.14: Externally bonded FRP reinforcement for RC structures, July 2001, 130 p. [2] ACI Committee 440: Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures, July 2008, s. 80. [3] DAfStb-RiLi: Verstärken von Betonbauteilen mit geklebter Bewehrung, Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, 2012, s. 118 [4] Carolin A.: Carbon Fibre Reinforced Polymers for Strengthening of Structural Elements: Dizertačná práca, Lulea University of Technology, 2003, s. 178. [5] Finckh W., Ignatiadis A., Niedermeier R., Wiens U., Zilch K.: Die neue DAfStb-Richtlinie: Verstärken von Betonbauteilen mit geklebter Bewehrung, Beton- und Stahlbetonbau Heft 10 (2012) s. 711–715 [6] De Paula R.F., Da Silva M. G.: Sharp edge effects on FRP confinements of RC square columns. http://quakewrap.com/ frp%20papers/Sharp-Edge-Effects-On-FRP-ConfinementOf-RC-Square-Columns.pdf [7] Wang Y. CH.: Retrofit of reinforced concrete members using advanced composite materials, PhD thesis, University of Cantebury, New Zeland, 2000, s. 397 [8] Huang P. C., Hsu Y., Nanni A.: Assessment and Proposed Structural Repair Strategies for Bridge Piers. in Proc., 3rd Inter. Conf. on Advanced Composite Materials in Bridges and Structures, Ottawa, Canada, J. Humar and A. G. Razaqpur, Editors, 2000, s. 593–600 [9] Zilch K., Niedermeier R., Finckh W.: Sachstandbericht Verstärken von Betonbauteilen mit geklebter Bewehrung. DAfStb Heft 591, 2011, s. 208

kovou výstužou, VRd,Lw návrhová hodnota šmykovej sily prenášaná pridanou šmykovou výstužou: VRd,Lw "

ALw z fLwd cot6 . sLw

(10)

Plocha pridanej šmykovej výstuže sa vypočíta podľa použitej metódy zosilňovania ¯ 2t b ALw ²² Lw Lw sLw " sLw ° ² 2t Lw ²±

pre lepenie pásov

(11)

pre celoplošné lepenie

Návrhová pevnosť fLwd uzavretého strmeňa z FRP sa vypočíta, rovnako ako pre strmeň stĺpa, podľa rovnice (6). Zhotovovanie zosilnenia Dôležité údaje a požiadavky, ktoré treba zohľadniť pri zhotovovaní zosilnenia, sú uvedené v treťom diele smernice. Uvádzajú sa tu všeobecné a konkrétne požiadavky na: • zhotoviteľa, jeho personál, vybavenie zariadeniami a prístrojmi, • zosilňovací systém a jeho aplikáciu, • klimatické podmienky, • prípravu betónového podkladu, • lepenie lamelami a tkaninami, • vlastnú kontrola zhotoviteľa. Pri zosilňovaní lepenou výstužou je zvlášť dôležitá úprava a kontrola betónového podkladu. V smernici v tab. 5.1 sa uvádzajú metódy, rozsah a početnosť vlastných skúšok zhotoviteľa pre jednotlivé spôsoby zosilňovania. Z ÁV E RY

Úspešné a účinné zosilňovanie vyžaduje overenie a zhodnotenie aktuálneho stavu konštrukcie, statický výpočet a výkresovú dokumentáciu. Na základe veľkej pevnosti v ťahu, vysokého modulu pružnosti a jednoduchej aplikácii sú CFRP materiály vhodné na dodatočné zosilňovanie na ohyb, šmyk i tlak. Návrh a realizácia zosilnenia musia byť v súlade s príslušnými normami pre navrhovanie betónových konštrukcií. Projektant by mal poznať a uvážiť obmedzenia spojené s touto metódou zosilňovania, ktoré sa uvádzajú v medzinárodných alebo zahraničných smerniciach pre navrhovanie zosilňovania lepenou výstužou. Túto úlohu mu môže uľahčiť aj v príspevku predstavená smernica DAfStb. Na navrhovanie a overovanie odolnosti zosilnených prvkov podľa ČSN(STN) EN 1992-1-1 je možné použiť smernicu DAfStb po zohľadnení rozdielov medzi národnými prílohami k DIN EN 1992-1-1 a ČSN(STN) EN 1992-1-1. Príspevok vznikol za podpory výskumného projektu VEGA č.1/0784/12 „Holistické navrhovanie a overovanie betónových konštrukcií“. prof. Ing. Juraj Bilčík, PhD. e-mail: [email protected] tel.: +421 259 274 546 Ing. Katarína Gajdošová, PhD. e-mail: [email protected] tel.: +421 259 274 382 oba: Katedra betónových konštrukcií a mostov Stavebná fakulta STU Bratislava Radlinského 11, 813 68 Bratislava

72


❚

3/2014


❚


VZPOMÍNKA NA ING. JAROSLAVA VÁCHU Ing. Jaroslav Vácha se narodil v březnu 1941 v Brně a zemřel v prvních květnových dnech letošního roku tamtéž. Po studiu na gymnáziu krátce působil jako železář a svářeč na stavbách. V letech 1960 až 1965 absolvoval Fakultu stavební VUT v Brně, obor Konstrukce a doprava. Dále v rámci dalšího vzdělávání vystudoval postgraduální studium na Ústavu soudního inženýrství VUT se zaměřením na obory Ekonomika a Stavebnictví a následně byl jmenován znalcem v těchto oborech. Dlouhá léta pak působil jako soudní znalec, externě vyučoval v PSG studiu na USI VUT v Brně a byl členem poradního sboru znalců u KS v Brně. V letech 1970 až 1987 vyučoval na Stavební fakultě VUT v Brně na Katedře betonových konstrukcí, zejména problematiku předepjatého betonu, která byla jeho oblíbeným tématem po celý život. Nezapomenutelná jsou i jeho skripta, z kterých se celé generace stavebních inženýrů učily. Byl autorizovaným inženýrem ČKAIT, zakládajícím členem České betonářské společnosti, ve výboru společnosti aktivně pracoval do posledních dnů. Ve své bohaté praxi statika a projektanta, kterou započal v roce 1965, se podílel na realizaci desítek význačných staveb ve velmi širokém spektru od montovaných skeletových či panelových staveb, předpínaných sil, lanobetonových vazníků, konstrukcí báňských či inženýrských staveb. Významný podíl jeho odborné činnosti byl realizován při návrhu rekonstrukcí staveb. V této práci se výrazně prolínala i jeho činnost znalecká a expertizní, v kterých Jaroslav výrazně a se svým přímým a osobitým přístupem uplatňoval svoje bohaté zkušenosti z praxe. V roce 1991 založil svoji projekční expertizní znaleckou kancelář. V této životní etapě se každodenně věnoval pro-

jektování a zpracování expertiz zejména při stavbách průmyslových hal. Výrazně přispěl k vytvoření zásad pro provádění průmyslových betonových podlah včetně geotechnického spolupůsobení. K této problematice přispěl i jako hlavní autor knihy Průmyslové podlahy. Další významnou publikací, na které se podílel, byla kniha Bílé vany. Mnozí, kdo s ním úzce spolupracovali, poznali jeho osobitý a svérázný styl práce, hlavně při řešení problémů přímo na stavbě. Odborné diskuze s ním bývaly mnohdy bouřlivé, ale vždy korektní a hlavně vysoce fundované s přímým technickým řešením problémů. Jeho široký odborný rozhled a vzdělání, jež se prolínalo přes více stavebních oborů, z něj dělalo jednoho z nejvýznamnějších českých stavebních odborníků, který neodmítal kdykoliv pomoci kolegům i přes svoje abnormální každodenní pracovní vytížení a dlouholeté zdravotní problémy, vždy s osobitým humorem a nadhledem. Byl více než deset let členem komise pro státní doktorské zkoušky a státní závěrečné zkoušky magisterského studia na Stavební fakultě Vysokého učení technického v Brně, kde jeho praktický a realistický pohled byl oživením diskuzí. V roce 2010 se stal za mnoholetý přínos pro rozvoj betonových konstrukcí čestným členem České betonářské společnosti. Komentovat jeho další přínosy, vzhledem k jeho širokému a všestrannému působení, zejména pro ty, kdo ho znali, je asi zbytečné. Jardo, děkujeme Ti za všechno, co jsi nás naučil a co jsi pro nás v životě udělal. Na Tebe se zapomenout nedá. prof. RNDr. Ing. Petr Štěpánek, CSc. prof. Ing. Rudolf Hela, CSc.

CONCRETE REPAIR TO EN 1504: DIAGNOSIS, DESIGN, PRINCIPLES AND PRACTISE Michael Raupach, Till Büttner Protože jsou betonové konstrukce z důvodů environmentálních i ekonomických používány déle, vzrůstá význam jejich správné údržby. Diagnostika, návrh i výběr sanačních materiálů a prací závisí na individuálních podmínkách jednotlivých budov a vyžaduje speciální znalosti všech zúčastněných. Kniha Concrete Repair to EN 1504: Diagnosis, Design, Principles and Practise poskytuje důležité souvislosti a praktického průvodce opravami betonových konstrukcí. Vychází z nové evropské normy EN 1504, která je použita jako výchozí základ pro sanační práce v Evropě i mimo ni. Kniha osahuje jak teoretické informace, tak i praktické příklady, a na vhodných vzorech umožňuje pochopení sanačních prací a jejich správný návrh. Je věnována stavebním materiálům, degradačním mechanismům, diagnostice, únosnosti a bezpečnosti, principům a metodám oprav, sanačním materiálům, provádění sanačních oprav, kontrole kvality, inspekcím, monitorování a systémům managementu přes-

3/2014

❚


ně podle směrnic a norem. Zahrnuje také degradační mechanismy betonu a ocelové výztuže, diagnostické metody, principy opravy a ochrany, vlastnosti a možnosti použití sanačních materiálů, a stejně tak i metody provádění, včetně kontroly kvality dle EN 1504. • Popisuje teoretické pozadí koroze a diagnostické metody (které nejsou zahrnuty v řadě norem 1504) • Poskytuje detailní systémy klasifikace principů a metod • Umožňuje čtenářům snadné pochopení a rychlý přístup k informacím. Text poskytuje kompletní přehled uvedené problematiky a je praktickým zdrojem informací pro vlastníky, projektanty, dodavatele, zkušební ústavy a konzultační inženýry a stejně tak i pro studenty pozemního stavitelství. Vydavatelství CRC Press, 2014, 292 stran ISBN 978-1-46-655746-8 Pevná vazba, $ 130

73


❚


STATICKÝ MODUL PRUŽNOSTI BETONU V TLAKU DLE ČSN ISO 6784 A ČSN EN 12390-13 ❚ STATIC MODULUS OF ELASTICITY OF CONCRETE IN COMPRESSION ACCORDING TO ČSN ISO 6784 AND ČSN EN 12390-13 Dalibor Kocáb, Petr Misák, Petr Cikrle, Tereza Komárková, Bronislava Moravcová Hodnota statického modulu pružnosti betonu v tlaku se při návrzích železobetonových konstrukcí stále častěji objevuje mezi předepsanými hodnotami, a proto je důležité umět statický modul pružnosti betonu správně určit. Od února 2014 vešla v platnost norma ČSN EN 12390-13, která popisuje zkoušení modulu pružnosti betonu v tlaku, přičemž výsledky se od hodnot zjištěných dle dosavadní normy ČSN ISO 6784 poměrně výrazně liší, na což se tento článek na základě provedeného experimentu snaží poukázat, stejně jako na možné problémy s interpretací některých částí nové normy.

❚ The value

of the secant modulus of elasticity of concrete in compression is being more frequently used when the designing of the reinforced concrete structures. It is very important to know how to estimate the secant modulus of elasticity of hardened concrete in compression. The new standard ČSN EN 12390-13 was published in February 2014. This standard describes the determination of the secant modulus of elasticity in compression of hardened concrete. This article deals with differences between testing procedures according to ČSN EN 12390-13 and the existing standard ČSN ISO 6784.

Modul pružnosti v tlaku/tahu (někdy označován též jako Youngův modul, značen E) je významnou charakteristikou betonu. Naštěstí již neplatí, že by byl opomíjen, jak tomu v minulosti do jisté míry bylo, ale naopak se tato vlastnost dostává do popředí zájmu odborné veřejnosti stále více. Z hlediska navrhování železobetonových konstrukcí, především předpjatých, je totiž modul pružnosti betonu mimořádně aktuální téma [1], [2]. A jak je pro veškerou výzkumnou činnost typické, čím hlouběji se podaří do problematiky proniknout, tím více se objeví nezodpovězených otázek a problémů k řešení. Modul pružnosti je ovlivněn faktory technologickými, ale také řadou zkušebních činitelů [3]. Jeho hodnota je závislá na množství vstupních parametrů při návrhu čerstvého betonu – především na použitém kamenivu, o čemž pojednává příspěvek [4], ale 74

také na použitých přísadách a příměsích (více na toto téma viz článek [5]), či provzdušnění (podrobněji popsáno např. v článcích [6] a [7]). Pro výslednou hodnotu modulu pružnosti jsou důležité také podmínky při betonáži – např. vliv teploty v počáteční fázi zrání (toto popisuje část příspěvku [8]) nebo vliv ošetřování (detailněji např. v článcích [9] a [10]). Výsledný modul pružnosti rovněž ovlivňují aspekty při zkoušení – tvar a velikost zkušebních těles (tomuto tématu se věnuje např. příspěvek [11]), způsob zakoncování zkušebních těles (rozebráno např. v článku [3]), či obecně zvolený druh zkoušení (tlak vs. tah za ohybu). Je dobré si současně uvědomit, že většina požadavků na modul pružnosti betonu se neopírá o charakteristické hodnoty, nýbrž o hodnoty směrné průměrné, jak je definuje Eurokód 2 [12]. Tyto hodnoty navíc platí pouze pro běžné silikátové kamenivo, při použití jiného kameniva je nutné modul pružnosti upravit. Současně je doporučeno, aby byla, v případě betonu určeného pro konstrukce citlivé na deformace, hodnota modulu pružnosti přesně definována a zjištěna měřením. Ačkoliv je známa celá řada vztahů, které udávají přibližnou hodnotu modulu pružnosti vypočtenou na základě znalostí jiných charakteristik betonu (receptura, pevnost v tlaku apod.) [13], je nejpřesnější modul pružnosti přímo změřit, čímž se předejde případným problémům a sporům. Při zjišťování modulu pružnosti je možné využít více zkušebních postupů. Lze použít nedestruktivní metody, které udávají dynamickou hodnotu modulu pružnosti. Jedná se o metodu ultrazvukovou impulsní, která je velmi podrobně popsána v příspěvku [8] a jejíž výhodou je možnost aplikace na konstrukcích při měření in situ, o metodu rezonanční, jejíž renesanci dokumentuje např. článek [14], či o metodu impact-echo, viz např. [15]. Nevýhodou dynamických metod je nutnost získanou hodnotu modulu pružnosti přepočítat pomocí zmenšovacích součinitelů na statický modul pružnosti, což popisuje člá-

nek [16]. Statický modul pružnosti lze určit na základě měření betonu v tahu za ohybu dle normy ČSN 73 6174 [17], kde je ovšem ve výpočtu uvažován Poissonův poměr 0,15 bez možnosti jej upravit a navíc je v jednom výpočetním vztahu chyba [18]. Dále lze statický modul pružnost stanovit pomocí normy ČSN ISO 6784 [19] na základě měření pevnosti betonu v tlaku a nově také dle ČSN EN 12390-13 [20]. A právě tímto předpisem se budeme dále zabývat. R O Z D Í LY V P O S T U P E C H MEZI ČSN ISO 6784 A ČSN EN 12390-13

Do ledna 2014 bylo možné zkoušet modul pružnosti v tlaku pouze podle normy ČSN ISO 6784 [19]. Od února 2014 je však možné využít také normu ČSN EN 12390 [20], přičemž dochází k souběhu norem, neboť předpis [19] pořád platí. Kromě několika menších změn nabízí nová norma jednu změnu výraznou, a tou je možnost zkoušet modul pružnosti podle dvou metod. Metoda A umožňuje vedle stanovení klasického statického modulu pružnosti (kompletně je označen jako ustálený sečnový statický modul pružnosti) určit také počáteční sečnový modul pružnosti betonu v tlaku. Druhá možnost zjištění modulu pružnosti, metoda B, je poté jen mírně upravený postup dle [19]. Nyní se věnujme změnám, které norma [20] přináší. Požadavky na zkušební zařízení jsou specifikovány podrobněji než u normy [19], např. zkušební lis musí udržet zvolené konstantní zatížení s odchylkou max. 5 %. Norma uvádí, že je vhodné používat zkušební lisy s možností nastavení automatického zatěžování. V otázce požadavků na zkušební tělesa jsou změny dle [20] pouze kosmetické. Stejně jako [19] uvádí i nová norma jako základní zkušební těleso válec 150 × 300 mm. Použity však mohou být také hranoly a tělesa získaná pomocí jádrového vrtání. Štíhlost zkušebních těles, tedy poměr výšky L a příčného rozměru d (průměr u válce nebo hrana u hranolu), musí být v mezích 2


❚

3/2014


až 4. Jediná změna je podmínka, že d musí být větší než 3,5Dmax (maximální zrno použitého kameniva), přičemž [19] udává, že d musí být větší než 4Dmax. V poznámce je také v nové normě správně uvedeno, že rozměr použitého zkušebního tělesa může mít vliv na výslednou hodnotu modulu pružnosti. Bohužel není tato informace více rozvedena. Co se týče délky měřící základny l0, na které je určována deformace tělesa při zatěžování, uvádí nová norma [20] podmínky dvě. Stejně jako v [19] je uvedeno, že l0 musí být větší než 2/3 příčného rozměru d a menší než 1/2 délky zkušebního tělesa L. Současně ale platí, že l0 musí být větší než 3Dmax. U zkušebních těles se štíhlostí mezi 3,5 a 4 se může délka měřící základny l0 navýšit až na hodnotu 2/3 L. U hranolu 100 × 100 × 400 mm je tedy povolena měřící základna délky 67 až 267 mm! Je otázkou, zda je takto široké rozmezí optimálním řešením. K zjištění předpokládané pevnosti betonu v tlaku fc je také dle [20] nejlepší použít srovnávací zkušební tělesa stejného tvaru a velikosti. Ovšem, zatímco [19] povolovala odhad pevnosti v tlaku pouze ve výjimečných případech, nová norma na srovnávacích zkušebních tělesech tak striktně netrvá. Je možné pevnost fc změřit na zkušebních tělesech, která se tvarově či rozměrově od zkoušených odlišují a tento fakt potom zohlednit, nebo lze pevnost v tlaku zjistit pomocí NDT měření či pomocí národních předpisů. K určení fc lze použít např. normu ČSN 73 1373 [21]. Horní napětí zatěžovacího cyklu σa je definováno stále jako 1/3 fc. Rychlost zatěžování zkušebního tělesa je oproti širokému intervalu 0,6 ± 0,4 MPa/s dle [19] zúžena na hodnotu 0,6 ± 0,2 MPa/s. Výsledná hodnota modulu pružnosti se poté zaokrouhluje vždy na nejbližších 100 MPa. Požadavek na skutečnou pevnost v tlaku zkušebních těles se od původní normy [19] v novém předpisu neliší – hodnota zjištěné pevnosti zkušebního tělesa po zkoušce statického modulu pružnosti by se neměla od předpokládané pevnosti betonu v tlaku fc lišit o více než 20 %. Norma [20] přináší také jednu novou podmínku pro osazení tělesa ve zkušebním lisu během zkoušení. Kromě kontroly centrace zkušebního tělesa je nově nezbytné ověřit také změnu průměrného přetvoření mezi druhým a třetím zatěžovacím cyklem. 3/2014

❚

❚


U metody A je první kontrolou změna přetvoření. Pokud se hodnota εb (poměrné přetvoření při působení dolní hladiny napětí) při třetím cyklu liší od hodnoty εb při druhém cyklu o více než 10 %, je nutné polohu zkušebního tělesa upravit a zkoušku provést znovu. U metody A se tato kontrola provádí při předzatěžovacích cyklech a musí být provedena do 60 s. Více o průběhu cyklování je uvedeno v další části článku. Druhou kontrolou je poté centrace zkušebního tělesa. Jednotlivá přetvoření εb ve třetím zkušebním cyklu se nesmí lišit o více než 20 % od své průměrné hodnoty. U metody B je pořadí kontrol naopak – nejdříve je třeba ověřit podmínku vycentrování tělesa, kdy jednotlivá přetvoření εa (při horní hladině napětí) se během prvního cyklu nesmí od své průměrné hodnoty lišit o více než 20 %, a až poté přichází na řadu kontrola změny poměrného přetvoření, kdy změna εa mezi druhým a třetím cyklem nesmí překročit 10 %. O platnosti zkoušky, či naopak nutnosti zkoušku opakovat, se tedy rozhodne až po jejím kompletním provedení. Aby mohly být výše popsané podmínky ověřeny, musí být při prvním cyklu měřiče deformací vynulovány, což [20] předepisuje. Nejdůležitější změnou, kterou nová norma [20] oproti [19] nabízí, je možnost zkoušet statický modul pružnosti betonu v tlaku podle dvou postupů – dle metody A „Určení počátečního a ustáleného sečnového modulu pružnosti“ a dle metody B „Určení ustáleného sečnového modulu pružnosti“. Nejdříve se věnujme metodě B, která se od [19], jejíž postup je předmětem obr. 1, liší jen v detailech. Průběh zkoušky dle metody B, tedy jednotlivé cykly, jsou zachyceny na obr. 3. Jednou změnou oproti postupu ve starší normě je délka držení hladin napětí – z původní doby 60 s se stala doba maximálně 20 s. Druhou změnou je definice základního napětí. V normě [20] je toto napětí označeno jako předzatěžovací (preload stress, označeno σp) a je dána možnost jeho zvýšení z původně fixní hodnoty 0,5 MPa dle [19] až na hodnotu dolního napětí σb, které je rovno (0,1 až 0,15) fc. Metoda A je zajímavá tím, že umožňuje určit kromě ustáleného sečnového modulu pružnosti Ec,s také počáteční sečnový modul pružnosti Ec,0. Průběh cyklování dle metody A je zachycen na obr. 2. Zkouška se skládá z tří předběžných cyklů (mezi před-

Program pro výpoĀet prutových konstrukcí

FEM program pro výpoĀet 3D konstrukcí

Aktuální informace Podpora nových evropských norem Různé národní přílohy Cena programu již od 33 450 Kč Česká verze včetně manuálů

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


75 Inzerce 71.7x259 spad Update 08-2013 (Beton CZ)_01.indd 1

25.8.2013 1

❚



1 400

Síla 1. předběžný cyklus

Fa

0.12

Deformace 2. předběžný cyklus

Měření

300

Deformace [mm]

Síla [kN]

0.08

200

0.04 100

Fb

0

0 0

100

200

300

400

500

Čas [s]

2

0.12

400 Síla Deformace

Fa 300

Deformace [mm]

Síla [kN]

0.08

200

0.04

Fb

zatěžovací hladinou napětí σp a dolní hladinou napětí σb), po nichž následuje výše popsaná kontrola správnosti osazení zkušebního tělesa v lisu a poté samotné měření. Během prvního zatěžovacího cyklu (mezi dolním napětím σb a horním napětím σa) se určí počáteční modul pružnosti Ec,0. Pro zjištění ustáleného modulu pružnosti Ec,s slouží poslední, tedy třetí cyklus. Bohužel v nové normě [20] není přesně definován čas, ve kterém se mají odečítat hodnoty napětí a deformací. V textu je uvedeno, že tak má být učiněno na konci daného zatěžovacího cyklu, ovšem v příslušném obrázku znázorňujícím cyklování je u počátečního modulu pružnosti čerchovanou čárou vyznačen jako bod odečtu počátek horního napětí. Nehledě na skutečnost, že doba držení napětí není přesně stanovena, je pouze uvedeno, že musí být menší než 20 s, tzn. může se pohybovat v rozmezí 1 až 20 s. I kdyby se tedy text shodoval s obrázkem, může být doba odečtu zvolena zcela libovolně za předpokladu, že nepřekročí dobu 20 s po dosažení předepsané hladiny napětí. Avšak jak je popsáno dále, právě zvolené místo (doba držení meze napětí) odečtu hodnot napětí a deformací z grafu hraje při výpočtu nezanedbatelnou roli.

100

Fp

POROVNÁNÍ VÝSLEDKŮ DLE ČSN ISO 6784 A ČSN EN 12390-13 0

0 0

100

200

300

400

3 0.12

400 Deformace

Síla

Fa 0.08

Tab. 1 Receptura použitého betonu ❚ Tab. 1

Deformace [mm]

Síla [kN]

300

200

0.04 100

Fp

0

0 0

76

50

100

150

200

250

Za účelem porovnání zkušebních postupů uvedených v [19] a [20] bylo vyrobeno celkem dvacet pět zkušebních těles ve tvaru válce o průměru 150 mm a výšce 300 mm. Tvar zkušebních těles byl zvolen na základě doporučení zmiňovaných norem. Všechna tělesa byla vyrobena z jedné výrobní dávky čerstvého betonu na betonárně společnosti Betotech, který byl uložen do stejného typu forem a ošetřován stejným způsobem po dobu 28 dní. Složení betonu C45/55, který byl k experimentu použit, je předmětem tab. 1. Pevnost betonu v tlaku pro definování zatěžovacích hladin zkoušek modulu pružnosti byla určena na krychlích o hraně 150 mm, které byly vyrobeny ze stejné dávky čerstvého betonu. Získaná hodnota krychelné pevnosti v tlaku byla přepočtena na válcovou pevnost a ověřena zjištěním pevnosti v tlaku na jednom válci, tedy zkušebním tělese stejného tvaru a velikosti ja-


❚

3/2014


❚

Tab. 1 Receptura použitého betonu of used concrete

4 35000

Složka Kamenivo 0–4 mm Kamenivo 4–8 mm Kamenivo 8–16 mm Cement 42,5 R Voda Superplastifikátor

34000

33000

32000

❚

Tab. 1

Composition

Množství [[kg/m3] 952 190 707 305 185 0,76

31000

30000 ČSN ISO 6784

ČSN EN 12390-13, metoda A

ČSN EN 12390-13, metoda B

Obr. 1 Grafické znázornění reálného průběhu zatěžovací síly a deformace – ČSN ISO 6784 ❚ Fig. 1 Graphic representation of the force and deformation – ČSN ISO 6784 [19] Obr. 2 Grafické znázornění reálného průběhu zatěžovací síly a deformace – ČSN EN 12390-13: Metoda A ❚ Fig. 2 Graphic representation of the force and deformation – ČSN EN 12390-13: Method A [20] Obr. 3 Grafické znázornění reálného průběhu zatěžovací síly a deformace – ČSN EN 12390-13, metoda B ❚ Fig. 3 Graphic representation of the force and deformation – ČSN EN 12390-13: Method B [20]

Zkušební postup

1 2 3 4 8 10 12 21

Průměr [MPa] Výb. sm. odch. [MPa] Variační koef. [%] 5 6 9 11 14 16 18 23 Průměr [MPa] Výb. sm. odch. [MPa] Variační koef. [%] 13 15 17 19 20 22 24 25 Průměr [MPa] Výb. sm. odch. [MPa] Variační koef. [%]

3/2014

❚

ČSN EN 12390-13, metoda B

ko tělesa určená pro zkoušky statického modulu pružnosti. Před samotným stanovením statického modulu pružnosti bylo provedeno určení dynamických modulů pružnosti všech těles ultrazvukovou a rezonanční metodou dle norem [22] a [23]. Zkušební tělesa byla poté rozdělena do tří skupin po osmi kusech tak, aby průměrná hodnota dynamických modulů pružnosti v každé skupině byla přibližně stejná. Tímto způsobem bylo minimalizováno riziko ovlivnění výsledků zkoušek rozdílností kvality zkušebních těles. Na válcích první skupiny byl statický modul pružnosti určen podle [19], na zkušebních tělesech druhé skupiny podle metody A popsané v [20] a zbylých osm válců bylo odzkoušeno dle metody B normy [20]. Ve všech případech byla délka měřící základny 150 mm. Výsledky zkoušek dynamických i statických modulů pružnosti jsou uvedeny v tab. 2. Grafické znázornění statických modulů pružnosti prostřednictvím krabicového diagramu je uvedeno na obr. 4.

Prvním krokem statistického vyhodnocení výsledků zkoušek bylo testování normality dat. Všechny sady výsledků těmto testům vyhověly. Statistickým testem ANOVA (analýza rozptylu) byla prověřena hypotéza o rovnosti středních hodnot modulů pružnosti zjištěných třemi zmiňovanými zkušebními postupy. Rovnost středních hodnot byla zamítnuta na hladině významnosti 0,05. Dále byly porovnány výsledky zkoušek provedených metodou [19] a me-


Modul pružnosti [MPa]

Označení vzorku

ČSN EN 12390-13, metoda A

Obr. 4 Krabicové grafy výsledků zkoušek statického modulu pružnosti stanoveného podle ČSN ISO 6784 a ČSN EN 12390-13 ❚ Fig. 4 Box plot of measurement values of secant modulus of elasticity determined according to ČSN ISO 6784 [19] and ČSN EN 12390-13 [20]

Tab. 2 Výsledky zkoušek statického modulu pružnosti stanoveného různými postupy. Červeně jsou označeny odlehlé hodnoty, které nejsou zahrnuty do výpočtů ❚ Tab. 2 Measurement values of dynamic and static secant modulus of elasticity determined by different procedures. The outliers are marked by red colour and are excluded from the calculations

ČSN ISO 6784

Statický modul pružnosti [MPa]


Ecu 42 800 42 890 43 390 42 110 43 050 42 790 42 490 41 830 42 700 506 1,19 42 110 42 920 42 680 43 040 42 310 42 010 43 530 42 720 42 700 510 1,19 42 320 43 100 43 130 41 550 42 950 43 180 42 780 42 660 42 700 549 1,29

EcrL 40 490 40 690 41 160 39 610 41 210 40 100 40 700 39 970 40 500 567 1,40 39 530 40 510 40 450 41 460 40 390 39 900 41 070 40 420 40 500 605 1,49 39 850 41 240 41 140 39 250 40 490 41 130 40 620 40 200 40 500 701 1,73

Ecrf 42 480 42 990 43 580 42 000 43 790 42 270 43 340 42 540 42 900 651 1,52 41 910 43 340 42 770 43 300 42 510 42 610 44 210 42 920 42 900 685 1,60 42 020 43 910 44 070 41 180 42 720 43 330 42 940 42 690 42 900 954 2,22

Ec (Ec,s) 30 800 31 600 31 200 30 500 31 600 31 100 30 900 30 800 31 100 393 1,26 33 200 33 600 33 400 34 400 33 100 33 300 34 300 33 600 33 600 488 1,45 30 700 31 700 31 600 30 500 31 900 32 400 31 100 31 500 31 600 547 1,73

Pevnost v tlaku [MPa] fc,cyl 59,5 61 62,9 57,4 62 59,2 61,3 60,1 60,4 1,8 2,92 58,8 61,8 60,2 62,6 60,7 59,9 63,2 61,1 61 1,5 2,4 59,6 61,8 61 47 60,8 63,3 59 60,3 60,8 1,4 2,36

todou B z normy [20] dvouvýběrovým t-testem. Na hladině významnosti 0,05 nebyla zamítnuta rovnost středních hodnot těchto dvou sad výsledků zkoušek. Oproti tomu byla zamítnuta rovnost středních hodnot výsledků zkoušek zjištěných metodou A z normy [20] a ostatními posuzovanými metodami. Norma [20] neuvádí zcela přesně okamžik, v kterém se má provést odečet síly (napětí) a deformace (poměr77

❚

NORMY • JAKOST • CERTIFIKACE 5

400

STANDARDS • QUALITY • CERTIFICATION Obr. 5 Ukázka nárůstu deformace při konstantní síle – měření podle ČSN EN 12390-13, metoda A [20] ❚ Fig. 5 Preview of the increase of deformation under constant force – measurement according to ČSN EN 12390-13: method A [20]

0.12 Síla Deformace

0.097 0.094

300

Tab. 3 Výsledky zkoušek počátečního sečnového statického modulu pružnosti v závislosti na způsobu odečtu deformací ❚ Tab. 3 Measurement values of initial secant modulus of elasticity according to strain of the reading Deformace [mm]

Síla [kN]

0.08

200

0.04 0.033 100

0.031

0

0 200

220

240

260

280

Literatura: [1] Aïtcin P.-C.: Vysokohodnotný beton. Český překlad Bílek V., vydání 1., Praha: ČKAIT, 2005, ISBN 80-86769-39-9 [2] Navrátil J.: Předpjaté betonové konstrukce. Vydání 2., Brno: CERM, 2008, ISBN 978-80-7204-561-7 [3] Huňka P., Kolísko J., Řeháček S., Vokáč M.: Zkušební a technologické vlivy na modul pružnosti betonu – rekapitulace, Beton TKS 4/2012, s. 62–67, ISSN: 12133116 [4] Mitrenga P.: Vliv hrubého kameniva na hodnoty modulů pružnosti betonu. Disertační práce, Stavební fakulta VUT v Brně, 2011 [5] Cikrle P., Bílek V.: Modul pružnosti vysokopevných betonů různého složení, Beton TKS 5/2010, s. 40–44, ISSN: 12133116 [6] Kocáb D., Cikrle P., Adámek J., Pospíchal O.: Vliv provzdušnění na modul pružnosti mostního betonu, Sb. 9. konf. Technologie betonu 2010, Pardubice: ČBS Servis, s. r. o., 2010, s. 16–21, ISBN: 978-80-87158-23-4 [7] Vymazal T., Žalud O., Misák P., Kucharczyková B., Janoušek P.: Vliv obsahu vzduchu ve ztvrdlém provzdušněném betonu na hodnotu statického modulu pružnosti a pevnosti v tlaku stanovené NDT metodami, Beton TKS 4/2011, s. 73–75, ISSN: 12133116 [8] Cikrle P., Kocáb D., Pospíchal O.: Zkoušení betonu ultrazvukovou impulsovou metodou, Beton TKS 3/2013, s. 74–79, ISSN: 12133116 [9] Kocáb D., Cikrle P., Zahrada J.: Vliv ošetřování mostního betonu na modul pružnosti, Sborník konference Zkoušení a jakost ve stavebnictví 2009, Brno: VUT v Brně, 2009, s. 141–148, ISBN: 978-80-87158-23-4 [10] Reiterman P., Huňka P., Kolář K.: Vliv způsobu ošetřování na dlouhodobý vývoj modulu pružnosti. Sborník konference 17. Betonářské dny 2010, Hradec Králové: ČBS Servis, s. r. o., 2010, s. 425–428, ISBN: 978-80-87158-28-9

ného přetvoření) pro stanovení počátečního modulu pružnosti Ec,0. Obr. 5 ukazuje, že nárůst deformace při konstantním zatížení po dobu 15 s není zanedbatelný. Rozdíl ve změně deformace je v tomto případě až 0,005 mm, což odpovídá poměrnému přetvoření 33,3 μm/m. Rozdíly ve stanovení statického mo78

Způsob stanovení Ec,0 [MPa]

Označení tělesa

13 15 17 19 20 22 24 25 Průměr [MPa] Výb. sm. odchylka [MPa] Variační koef. [%]

I. 29 300 30 000 29 400 30 800 29 200 29 800 30 600 29 500 29 800 602 2,02

II. 28 300 28 700 28 300 29 400 28 100 28 500 29 200 28 600 28 600 453 1,59

III. 29 600 30 300 29 700 31 100 29 500 30 000 30 900 29 700 30 100 612 2,03

IV. 28 600 28 900 28 500 29 700 28 300 28 600 29 500 28 900 28 900 492 1,7

[11] Huňka P., Kolísko J.: Studium vlivu tvaru, velikosti a způsobu přípravy zkušebního tělesa na výsledek zkoušky statického modulu pružnosti betonu v tlaku, Beton TKS 1/2011, s. 69–71, ISSN: 12133116 [12] ČSN EN 1992-1-1 Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí – Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby, ČNI 2006 [13] Collepardi M.: Moderní beton. Český překlad Bílek V., vydání 1., Praha: ČKAIT, 2009, ISBN 978-80-87093-75-7 [14] Cikrle P., Pospíchal O.: Nový způsob stanovení mrazuvzdornosti betonu s využitím metod pro sledování poruch struktury, Beton TKS 3/2011, s. 56–61, ISSN: 12133116 [15] Lu X., Sun Q., Feng W., Tian J.: Evaluation of dynamic modulus of elasticity of concrete using impact-echo method, Construction and Building Materials 47, Elsevier, 2013, s. 231–239, ISSN: 0950-0618 [16] Cikrle P., Kocáb D.: Dynamické a statické moduly pružnosti betonu. Sborník konference Zkoušení a jakost ve stavebnictví 2013, Brno: VUT v Brně, 2013, s. 156–165, ISBN: 978-80-214-4777-6 [17] ČSN 73 6174 Stanovení modulu pružnosti a přetvárnosti betonu ze zkoušky v tahu ohybem, ČNI 1994 [18] Huňka P.: Sledování růstu modulu pružnosti vysokohodnotného betonu, Diplomová práce, 2006, Stavební fakulta VUT v Brně [19] ČSN ISO 6784 Beton. Stanovení statického modulu pružnosti v tlaku, ČNI 1993 [20] ČSN EN 12390-13 Zkoušení ztvrdlého betonu – Část 13: Stanovení sečnového modulu pružnosti v tlaku, ČNI 2014 [21] ČSN 73 1373 Nedestruktivní zkoušení betonu – Tvrdoměrné metody zkoušení betonu, ČNI 2011 [22] ČSN 73 1371 Nedestruktivní zkoušení betonu – Ultrazvuková impulzová metoda zkoušení betonu, ČNI 2011 [23] ČSN 73 1372 Nedestruktivní zkoušení betonu – Rezonanční metoda zkoušení betonu, ČNI 2012

dulu pružnosti jsou uvedeny v tab. 3. Zde můžeme vidět, že rozdílný okamžik stanovení hodnoty Ec,0 znamená v průměru změnu modulu pružnosti až o 1 500 MPa, což rozhodně není zanedbatelná hodnota. Statistické vyhodnocení těchto rozdílů ukázalo, že se nejedná pouze o změny způsobené zkušebními tělesy, ale že roz-

díl v hodnotách modulu pružnosti je statisticky významný na hladině významnosti 0,05. Z ÁV Ě R

Z výsledků provedeného experimentu a důkladného prostudování normy [20] vyplývají následující závěry. Stanovení statického modulu pruž-


❚

3/2014


nosti podle metody A v [20] vede k nadhodnocení této veličiny oproti metodě B a postupům uvedeným v normě [19]. Výsledky zkoušek statického modulu pružnosti provedených podle [19] a [20] metodou B nenaznačují statisticky významné rozdíly. Můžeme tedy říci, že výsledky zkoušek jsou vzájemně srovnatelné. Nová norma [20] obsahuje několik nejasností, které umožňují různé interpretace: • Podle autorů článku by bylo vhodné přesně vymezit dobu (okamžik v zatěžovacích cyklech), kdy odečítat hodnoty vstupující do výpočtu Ec,0 a Ec,s, protože mezi textem a obrázkem v normě [20] jsou rozpory. • Bylo by rovněž příhodné, aby norma přesně definovala dobu, po kterou jsou jednotlivé hladiny zatížení drženy. Informace, že tato doba nemá přesáhnout 20 s, je nedostatečná a může vést k různým interpretacím a odlišným výsledkům. Výše je uveden důkaz, že i rozdíl v délce držení zatížení 15 s je pro výpočet modulu pružnosti zásadní. Podle autorů článku obecně platí, že pokud předpis umožňuje ovlivnit zkušební postup volbou různého nastavení parametrů, dochází k negativnímu ovlivnění reprodukovatelnosti výsledků zkušební metody, a tím se snižuje vypovídací schopnost výsledků. • V normě [20] zcela chybí údaje o shodě výsledků zkoušek, tedy opakovatelnost a reprodukovatelnost.

❚


• V normě není dostatečně vysvětlen

pojem počáteční modul pružnosti Ec,0. V poznámce je uvedeno, že rozdíl mezi Ec,0 a Ec,s může naznačovat náchylnost betonu ke vzniku mikrotrhlin při vnesení napětí či při jádrovém vrtání. Tato informace je velmi vágní, a pokud nebude upřesněna, je téměř zbytečná. Otázkou také je, zda místo rozdílu mezi počátečním a ustáleným modulem pružnosti by nebylo smysluplnější hovořit o poměru mezi počátečním a ustáleným modulem pružnosti. • Autoři dále spatřují problém nové normy [20] při zkoušení betonů s nízkou pevností v tlaku (např. beton v rané fázi tvrdnutí). Norma [19] tento problém (beton s nižší pevností v tlaku než 15 MPa) řeší snížením základního napětí z hodnoty 0,5 MPa na hodnotu 1/30 fc. Norma [20] nic podobného neumožňuje a zvolit optimálně tři hladiny napětí u metody A pro beton s pevností v tlaku 10 MPa bude téměř nemožné. • Vzhledem k tomu, že všechny v současnosti platné předpisy pro navrhování betonových konstrukcí udávají hodnotu statického sečnového modulu pružnosti betonu v tlaku stanovenou při zatížení 0,4 fc, zdá se nepochopitelné, že horní mez zatěžovacích cyklů zůstává v [20] definována hodnotou 1/3 fc. Jak bylo na základě výsledků provedeného experimentu prokázáno, hodnoty statického modulu pružnosti se výrazně liší v závislosti na použité zku-

šební metodě. Proto je nezbytné, aby při požadavku na statický modul pružnosti ze strany projektanta byl přesně definován zkušební postup, podle kterého má být statický modul pružnosti určen. Pro zajímavost je možné podotknout, že tento příspěvek je psán na konci dubna 2014, a ačkoliv je norma [20] platná již tři měsíce, její text je stále pouze v angličtině. Příspěvek vznikl za podpory GAČR 13-18870S „Hodnocení a predikce trvanlivosti povrchové vrstvy betonu“. Ing. Dalibor Kocáb e-mail: [email protected] tel.: 541 147 811 Ing. Petr Misák e-mail: [email protected] tel.: 541 147 831 Ing. Petr Cikrle, Ph.D. e-mail: [email protected] tel.: 541 147 814 Ing. Tereza Komárková e-mail: [email protected] tel.: 541 147 830 Ing. et Ing. Bronislava Moravcová e-mail: [email protected] tel.: 541 147 828 všichni: VUT v Brně Fakulta stavební Ústav stavebního zkušebnictví

FAILURES IN CONCRETE STRUCTURES: CASE STUDIES IN REINFORCED AND PRESTRESSED CONCRETE Robin Whittle Některá ponaučení je možné získat pouze z chyb, ale je mnohem levnější poučit se z chyb někoho jiného, než ze svých vlastních. Robin Whittle vycházel při psaní knihy Failures in Concrete Structures: Case Studies in Reinforced and Prestressed Concrete ze své více než padesátileté praxe a zkušeností z práce s betonovými konstrukcemi. První a největší část knihy popisuje historii řady případů, kde se vyskytly problémy s betonovými konstrukcemi. Každý případ je analyzován, je nalezena příčina problému a navrženo řešení, jak mu bylo možné předejít. Dále je ukázáno, jaké obtíže mohou způsobit nedostatky a pochybení v konstrukčním modelování vzniklé během zpracování projektu, jestliže nejsou objeveny před předáním konstrukce. Kromě toho je v knize ukázáno, jak smluvní podmínky mohou vést k problémům nebo naopak k zabránění jejich vzniku v návrhovém a stavebním procesu. V závěru knihy je zdůrazněna důležitost výzkumu a vývoje v prevenci poruch. Určením rozdílů mezi falešným šetřením a skutečně efektivními úsporami, tato kniha nabízí okamžité úspory, které se nestanou z hledis-

3/2014

❚


ka dlouhodobého užívání konstrukce zbytečnými výdaji. Pokud navrhujete nebo stavíte betonové konstrukce a chcete se vyhnout problémům, které by mohly stavbu prodražit nebo zkomplikovat její další vývoj, bude pro vás kniha neocenitelným zdrojem informací: • poskytuje cenné rady a doporučení pro řešení technických chyb pro stavební inženýry, • je napsána respektovaným a velice zkušeným profesionálem, • zahrnuje chyby při návrhu průvlaků, obloukových stropních konstrukcí, předepjatých schodišť, plovoucích pontonů, předepjatých sloupů… • popisuje problémy, způsobené chybami v konstrukčním modelování (modely tuhých spojů, odhad mezních hodnot ad.), • na příkladech ukazuje nesprávné použití norem, nedostatečný odhad kritické kombinace zatížení a nedostatečné pochopení vlastností materiálů. Vydavatelství CRC Press, 2012 148 stran, 166 ilustrací, anglicky ISBN 9780415567015 Pevná vazba, $ 110

79

AKTUALITY

❚

TOPICAL SUBJECTS

SEMINÁŘE, KONFERENCE A SYMPOZIA SEMINÁŘE, KONFERENCE A SYMPOZIA V ČR CONCRETE ROADS 2014 12. mezinárodní sympozium Termín a místo konání: 23. až 26. září 2014, Clarion Congress Hotel Praha • Sustainable pavements • Solutions for urban areas • Design and construction • Maintenance and rehabilitation Kontakt: e-mail: [email protected], www.concreteroads2014.org

CCC 2014 10. Středoevropský betonářský kongres Termín a místo konání: 1. a 2. října 2014, Liberec • New projects in Central European infrastructure network • Concrete structures corresponding to present-day economic conditions • Advanced structural systems and technologies in buildings, industrial and water construction • Affordable and energy saving concrete buildings • Concrete and hybrid structures successfully integrated into environment • Worthwhile impulses from outside the Central European region Kontakt: www.cbsbeton.eu

21. BETONÁŘSKÉ DNY 2014 Konference s mezinárodní účastí Termín a místo konání: 26. a 27. listopadu 2014, Hradec Králové Kontakt: www.cbsbeton.eu

ZAHRANIČNÍ KONFERENCE A SYMPOZIA ANALYTICAL MODELS AND NEW CONCEPTS IN CONCRETE AND MASONRY STRUCTURES – AMCM 2014 8. mezinárodní konference Termín a místo konání: 16. až 18. června 2014, Wroclaw, Polsko Kontakt: www.amcm2014.pwr.wroc.pl

PH.D. SYMPOZIUM IN CIVIL ENGINEERING 10. fib mezinárodní Ph.D. sympozium Termín a místo konání: 21. až 23. července 2014, Quebec, Kanada • Structural analysis and design • Innovative structural systems • Advanced materials • Sustainability and cost efficiency • Strengthening and repair • Monitoring • Non-Destructive testing • Durability Kontakt: www.fib-phd.ulaval.ca

FRC: FROM DESIGN TO STRUCTURAL APPLICATION 2. mezinárodní FRC workshop (1. aci-fib joint workshop) Termín a místo konání: 24. až 25. července 2014, Montreal, Quebec, Kanada • Design specifications for structural applications • Structural applications • Non structural and underground elements Kontakt: www.polymtl.ca/frc2014

CONCRETE SOLUTION 5. mezinárodní konference Termín a místo konání: 1. až 3. září 2014, Belfast, Severní Irsko • Patch Repair • Electrochemical Repair • Strengthening Materials and techniques/Repair with Composites • Surface Protection Methods and Materials • Repair of Fire Damage • NDT and Diagnosis of Problems • Repair and Preservation of Heritage Structures, Roman cement • Service Life Modelling • Whole Life Costing • Risk Management • Case Studies Kontakt: www.concrete-solutions.info

ENGINEERING FOR PROGRESS, NATURE AND PEOPLE 37. IABSE sympozium Termín a místo konání: 3. až 5. září 2014, Madrid, Španělsko • Innovative design concepts • Sustainable infrastructures • Major projects and innovative structures and materials

• Analysis • Forensic structural engineering • Construction • Operation, maintenance, monitoring, instrumentation • Education and ethics • Cooperation and development projects Kontakt: www.iabse.org/madrid2014

APPLICATION OF SUPERABSORBENT POLYMERS AND OTHER NEW ADMIXTURES IN CONCRETE CONSTRUCTION Mezinárodní konference Termín a místo konání: 14. až 17. září 2014, TU Drážďany, Německo • Rheology • Shrinkage and shrinkage-induced cracking • Mechanical properties • Durability, • Chemical and further approaches to characterize the working mechanisms and improve their performance Kontakt: e-mail: conference2014 @tu-dresden.de

INNOVATION & UTILIZATION OF HPC 10. mezinárodní sympozium Termín a místo konání: 15. až 18. září 2014, Peking, Čína • Concrete durability • SCC, FRC, UHPC • Seismic design and construction • Concrete sustainability Kontakt: www.hpc-2014.com

CONFERENCE OF ASIAN CONCRETE FEDERATION 6. mezinárodní konference Termín a místo konání: 21. až 24. září, Seoul, Korea • Concrete structures • Concrete materials and technologies • Maintenance, monitoring, repair and strengthening • Sustainability • Construction and engineering • Recent research and related topics Kontakt: www.acf2014.kr

NORDIC CONCRETE RESEARCH 22. mezinárodní sympozium

BETONÁRSKE DNI 2014 10. konference

Termín a místo konání: 13. až 15. srpna 2014, Reykjavik, Island • Rheology, Self compacting concrete, Admixtures, Mix design, Modeling, Sustainability, Aggregates, Additives, Carbonation, Chlorides, Corrosion, Use of fibres, Structural behaviour, Shrinkage and cracking, Testing and durability Kontakt: www.nordicconcrete.net

společně s

80

BETÓN NA 4. fib KONGRESE A VÝSTAVE V BOMBAJI Postkongresové kolokvium Termín a místo konání: 23. až 24. října 2014, Bratislava, Slovensko • Betónové a murované konštrukcie

• Betónové mosty a tunely • Spriahnuté betónové a oceľobetónové konštrukcie • Rekonštrukcie a zosilňovanie konštrukcií a mostov • Nové materiály a technológie • Navrhovanie a modelovanie betónových konštrukcií • Certifikácia, skúšobníctvo a monitorovanie • Sanácia a revitalizácia pamiatkových stavieb • Normy, legislatíva a PPP projekty Kontakt: www.betonarskedni.sk

CONSTRUCTION MATERIALS AND STRUCTURES – ICCMATS 2014 Mezinárodní konference Termín a místo konání: 24. až 26. listopadu 2014, Johannesburg, Jižní Afrika • Materials and characterisation • Performance and service life of structures • Durability of construction materials • Sustainability and the environment Kontakt: http://iccmats-uj.co.za/

ELEGANCE IN STRUCTURE IABSE konference Termín a místo konání: 13. až 15. května 2015, Nara, Japonsko • Elegant structures and aesthetic design • Historical structures • New application of materials to structure • Innovations of analysis, design, and construction • Smart solutions to mitigate natural disasters • New technological advances on sustainability • New structural form Kontakt: www.iabse.org/Nara2015

CONCRETE – INNOVATION AND DESIGN fib symposium Termín a místo konání: 18. až 20. května 2015, Kodaň, Dánsko • Civil works • Conservation of structures • Innovation in buildings, new material and structures • Analysis and design, modeling of concrete • Life cycle design • Safety and reliability Kontakt: www.fibcopenhagen2015.dk

NANOTECHNOLOGY IN CONSTRUCTION – NICOM5 5. mezinárodní symposium Termín a místo konání: 24. až 26. května 2015, Chicago, USA Kontakt: www.nicom5.org

CONCRETE REPAIR, REHABILITATION AND RETROFITTING – ICCRRR 2015 4. mezinárodní konference Termín a místo konání: 5. až 7. října 2015, Liepzig, Německo Kontakt: e-mail: [email protected]

CONCRETE SPALING DUE TO FIRE EXPOSURE 4. mezinárodní workshop Termín a místo konání: 8. až 9. října 2015, Liepzig, Německo Kontakt: e-mail: [email protected]

fib SYMPOSIUM Termín a místo konání: 21. až 23. listopadu 2016, Cape Town, Jižní Afrika Kontakt: bude oznámen

fib SYMPOSIUM Termín a místo konání: 13. až 17. června 2017, Maastricht, Nizozemsko Kontakt: bude oznámen

fib CONGRESS 2018 Termín a místo konání: 6. až 12. října 2018, Melbourne, Austrálie Kontakt: www.fibcongress2018.com


❚

3/2014

I TADY MŮŽE BÝT VAŠE INZERCE ! FORMÁTY ❚ 210 x 297 mm rozměry všech inzerátů jsou čisté (po ořezu) + na spad je třeba přidat dalších 5 mm

FORMÁT A4 čistý formát 210 x 297mm (po ořezu) + spad 5 mm

102,5 x 259 mm

87,5 x 259 mm

1/2 A4 vpravo na spad

1/2 A4

A4

1/2 A4

A4 vpravo na spad

A4


1/2 A4

195 x 259 mm

180 x 259 mm

195 x 127,5 mm

180 x 127,5 mm

71,7 x 259 mm

56,7 x 259 mm

102,5 x 127,5 mm

87,5 x 127,5 mm


1/3 A4


1/4 A4 1/4 A4

1/3 A4 1/3 A4 vpravo na spad


1/3 A4

1/8 A4 1/8 A4

195 x 86,5 mm

102,5 x 65,8 mm

180 x 86,5 mm

87,5 x 65,8 mm

CENÍK ❚ Formát A4 A4 A4 1/2 A4 1/3 A4 1/4 A4 1/8 A4

Umístění 4. strana obálky 3. strana obálky vnitřní strana vnitřní půlstrana (na šířku / na výšku) vnitřní třetina strany (na šířku / na výšku) vnitřní čtvrtstrana (na šířku / na výšku) inzerát nebo tisková zpráva propagační článek – za každou celou stranu vklad vlastních propagačních materiálů

Cena v Kč 80 000,50 000,35 000,20 000,15 000,12 000,8 000,30 000,8 000,-

SLEVY: při opakování inzerátu v rámci ročníku . . . . . . . . . . . . . . . . . -10 % pro členy SVC ČR, SVB ČR, ČBS ČSSI a SSBK . . . . . . . . -15 % Jiné možnosti či kombinace po dohodě s redakcí. Při objednání ﬁremní prezentace do konce ledna další sleva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -10 % PŘIRÁŽKY: přesné umístění . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . +10 % graﬁcké zpracování . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . +10 %

Ceny jsou uvedeny bez DPH. Způsob placení: inzerce a PR články jsou placeny na základě faktury vystavené po jejich vytištění v časopise. Klient obdrží současně s fakturou dva výtisky časopisu, v případě zájmu lze přiobjednat větší množství.

PŘÍJEM INZERCE ❚ Beton TKS, s. r. o., Na Zámecké 9, 140 00 Praha 4 tel.: 604 237 681, e-mail: [email protected]

www.betontks.cz

CCC 2014 / Final Invitation 1–2 October 2014

Central European Congress on Concrete Engineering

Host CCC Association Czech Concrete Society Česká betonářská společnost ČSSI www.cbsbeton.eu

Liberec Regional Gallery, Liberec Czech Republic

LIBEREC 2014

CCC MEMBER COUNTRIES The 10th Central European Congress on Concrete Engineering

Concrete Offers for Period of Economic Recovery Final Invitation

www.cbsbeton.eu/ccc2014

2014 SANACE, REKONSTRUKCE A DIAGNOSTIKA

Recommend Documents