.
3. VÝVRTY: ODBĚR, POPIS A ZKOUŠENÍ V TLAKU Vývrty jsou válcová zkušební tělesa, získaná z konstrukce pomocí dobře chlazeného jádrového vrtáku. Vývrty získané jádrovým vrtákem jsou pečlivě vyšetřeny, upraveny buď zabroušením nebo koncováním a zkoušeny v tlaku normovým postupem. Problematika vývrtů ze ztvrdlého betonu je řešena normami, zejména ČSN EN 12504-1 [3.1] a ČSN 73 6172 [3.2].
3.1.
Odběr vývrtů
Odběr vývrtu představuje vždy značný zásah do konstrukce, a proto je před vlastním provedením vývrtů nezbytné plně zvážit účel zkoušení a hodnocení výsledných údajů: A. Počet vývrtů vychází z velikosti a členitosti zkoumané konstrukce. B. Průměr vývrtů by obecně měl být co nejmenší, na druhé straně musí respektovat strukturu betonu a normu ČSN 12390-1 [3.3] stanovující přípustné rozměry zkušebních těles. Pokud je velikost maximálního zrna kameniva (nikoliv frakce!) větší než 1/3 průměru vývrtu, má to značný vliv na zjištěnou pevnost. C. Délka vývrtu určeného pro zkoušku pevnosti v tlaku vychází z: − Průměru vývrtu; − Možného způsobu úpravy; − Zda se má provést srovnání s krychelnou nebo válcovou pevností. D. Umístění vývrtů na konstrukci se volí v návaznosti na konstrukční důsledky: − Vývrty mají být odebrány z míst největšího tlakového namáhání; − Vývrty mají být přednostně odebírány v místech s minimálním výskytem výztuže; − Odběr se provádí tak, aby nebyl v blízkosti spár nebo hran betonových prvků. E. Označení a identifikace probíhá ihned po ukončení vrtání kdy se na vývrt označuje typ vrtaného prvku, umístění a orientace vrtu.
Obr. 3.2 Upravené zařízení firmy Controls pro odběr mikrovývrtů o průměru 28 mm. Obr. 3.1 Odběr vzorku betonu jádrovým vrtáním z nosného sloupu.
3.2.
Vyšetření vývrtů 12
. 3.2.1. Měření vývrtů Vyšetření vývrtů se provádí vizuálně pro stanovení všech možných odchylek. Pro vyšetření se provádí následující měření: Průměr vývrtu dm - měření probíhá s přesností ±1% dvojím vzájemně kolmým měřením v polovině a čtvrtinách délky vývrtu; Délka vývrtu – je nutné změřit maximální a minimální délku s přesností ±1% po odběru a po úpravě koncováním; Výztuž – měří se průměr a velikost případné výztuže, poloha. Měření se provádí od středu obnaženého prutu výztuže ke konci nebo k ose vývrtu. Měření se provádí s přesností na 1mm jednak po odběru vývrtu, jednak po koncování.
3.2.2. Popis vývrtů Pro následné zkoušky se vývrty nejprve označí nesmazatelně na každé jejich části. Dále se všechny části přiloží k sobě a vyznačí se nesmazatelně hloubka od povrchu konstrukce, např. podle obr. 3.3. Čára jde přes celou délku vývrtu, po 100 mm je doplněna svislou čárkou s tečkami, kde počet teček vyjadřuje stovky milimetrů. Šikmá čárka ukazuje směr od počátku ke konci vývrty. U každého vyřezaného zkušebního tělesa pak budeme přesně znát jeho uložení v původní konstrukci (např. z důvodu dodatečného zjištění hloubky karbonatace).
Obr. 3.3 Způsob nesmazatelného označení jádrového vývrtu. Při popisu vývrtu sledujeme zejména tyto vlastnosti: A) Posouzení kameniva: druh, přibližné složení frakcí, největší velikost zrna na povrchu vzorku, stejnoměrnost rozložení po výšce vývrtu, apod.; B) Zhutnění betonu: vizuálně určením velikosti kaveren, dutin a pórů. Stanoví se celková charakteristika (rozlišuje se beton bez pórů, málo pórovitý, pórovitý, velmi pórovitý, mezerovitý), počet dutin a kaveren, rozměry největší dutiny. C) Poloha výztuže - množství, směr, hloubka, rozměry a druh výztuže.
13
. 3.2.3. Test karbonatace betonu Pro hodnocení kvality betonu má význam také fenolftaleinový test karbonatace betonu. Jedná se o jednoduchý chemický test, kdy povrch betonu ihned po odvrtání jádra nebo po rozdrcení zkušebního tělesa nastříkáme 1% roztokem fenolftaleinu rozpuštěného v etylalkoholu. Pokud je test pozitivní, tj. povrch betonu se zbarví fialovou barvou, má beton pH vyšší než 9,5 a není zkarbonatován (zdravý beton). Zcela zdravý beton je zásaditý a má pH přibližně 12. Pokud je test negativní, beton se nezbarví a má hodnotu pH nižší než 9,5. Negativní test ukazuje na pokročilou degradaci betonu, který ztrácí funkci pasivní ochrany výztuže proti korozi.
3.3.
Úprava zkušebních těles
Přednostní poměry délky vývrtu k průměru podle [3.1] jsou: a) 2,0, jestliže se má pevnost porovnávat s válcovou pevností; b) 1,0, jestliže se má pevnost porovnávat s krychelnou pevností. Tělesa pro zkoušky pevnosti v tlaku betonu získáme řezáním na stolní pile s diamantovým kotoučem. Tlačné plochy, které by nesplnily požadavek na rovinnost, se upraví jedním ze způsobů podle ČSN EN 12390-1, např. cementovou maltou nebo sírou. Tělesa se ve stavu přirozeně vlhkém změří, zváží a následně zkouší v tlaku. Pokud je požadováno, aby zkušební tělesa byla ve stavu nasyceném, uloží se ve vodě o teplotě (20±2) °C po dobu nejméně 40 hodin před zkoušením. Vývrty s trhlinami, dutinami nebo nepevnými konci se nezkouší. Poznámka: Zkoušení na tělesech o průměru ≠ 150 mm norma [1] řeší následovně: •
Výsledky na tělesech o průměru 100 mm se nepřepočítávají – považují se za shodné.
•
Pro zkoušení na tělesech o průměru menším než 100 mm by měly být provedeny kalibrace (pro každý typ betonu vlastní!). Norma [3.1] sice v informativní příloze uvádí výsledky srovnávacích testů pevnosti v tlaku na tělesech o průměru 100 mm, 50 mm a 25 mm při maximální velikosti zrn kameniva 20 mm a 40 mm, avšak tuto přílohu nelze obecně doporučit k přepočtům!
3.4.
Zpracování naměřených hodnot
Stanoví se pevnost v tlaku u každého zkušebního tělesa, a to dělením maximálního zatížení průřezovou plochou, vypočtenou ze středního průměru. Výsledek se zaokrouhlí na nejbližší 0,5 MPa nebo 0,5 N/mm2. Při zkoušce je nezbytně nutné zkontrolovat plochy porušení zkušebních těles – viz. obr. 3.4. V případě, že porušení tělesa neodpovídá požadavkům dle ČSN 12390-3, je třeba výsledek zkoušky vyřadit. 14
.
Obr. 3.4. Přípustné a nepřípustné způsoby porušení válců (ČSN EN 12390-3 [3.4]).
15
.
3.5. Přepočty pevnosti v tlaku na tělesech jiných než normových rozměrů Při diagnostice často narážíme na problém, že není možné odebrat vývrty základních normových rozměrů. Dosažená pevnost v tlaku musí pak být přepočítána např. podle zásad původní ČSN 73 1317 [3.5]. Pro přepočet pevností na válcovou (základní válec o průměru 150 mm a výšce 300 mm) použijeme součinitel štíhlosti dle ČSN 73 1317 a součinitel průměru odvozený Stavebním ústavem ČVUT v Praze. Pro přepočet válcové pevnosti na krychelnou použijeme součinitel z normy ČSN 73 1317. Tento postup je stále platný, ačkoliv neodpovídá ustanovením normy ČSN EN 12504-1 [3.1], která tyto přepočty v podstatě neřeší – viz. kap.3.3. Pevnost betonu v tlaku na válcích fc,cyl v MPa se vypočítá ze vztahu f c ,cyl = κ c,cy ⋅ κ cy ,d ⋅ kde
F A
F
je nejvyšší dosažená síla při zkoušce v N;
A
je tlačná plocha zkušebního tělesa v mm2;
κc,cy
je opravný součinitel pro štíhlost válce λ menší než 2,0 (ale > 1,0): κ c ,cy = 0,80 +
κcy,d
λ − 0,933 . 26,667
je opravný součinitel pro průměr válce různý od 150 mm. Lze ho získat buď experimentálně, anebo bereme jeho hodnotu 0,95 pro válec o průměru 100 mm a 0,91 pro válec o průměru 50 mm.
Krychelná pevnost betonu fc,cube v MPa se určí ze vztahu f c ,cube = κ cy ,cu ⋅ f c ,cyl kde κcy,cu je převodní součinitel pro přepočet válcové pevnosti na krychelnou. Pokud není experimentálně stanoven přesněji, uvažuje se hodnotami dle tab. 3.1: Tab 3.1. - Převodní součinitel při převodu pevnosti betonu zjištěné na válcích základních rozměrů na pevnost krychelnou fc,cyl [MPa]
4,0 až 25
25,1 až 35
35,1 až 50
50,1 až 60
κcy,cu
1,25
1,20
1,15
1,10
Objemová hmotnost betonu s přirozenou vlhkostí Dr v kg/m3 se vypočítá ze vztahu Dr =
mr V
V
je objem tělesa v m3;
mr
je hmotnost dodaného vzorku s přirozenou vlhkostí v kg; 16
.
3.6. Vyhodnocení pevnosti betonu v konstrukci 3.6.1. Charakteristická pevnost betonu v konstrukci dle ČSN ISO 13822 [3.6] Charakteristickou pevnost betonu v konstrukci ze zkoušek na vývrtech lze v současné době stanovit podle ČSN ISO 13822, kde je uveden obecný postup po všechny druhy materiálů. Tato norma doporučuje provést pro „známé“ betonové konstrukce nejméně 3 až 6 zkoušek. Pokud o sledované konstrukci nemáme spolehlivé informace (např. při průzkumu staré konstrukce), je konstrukce z Z výsledků n zkoušek x1, x2, …, xn materiálové vlastnosti X se stanoví průměr mx, směrodatná odchylka sx, a variační součinitel Vx, podle vztahů mx
∑x = n
i
;
s
2 x
∑ (x =
i
− mx ) 2
n −1
Vx =
;
sx mx
Za předpokladu normálního rozdělení materiálové vlastnosti X se pak charakteristická hodnota Xk (dolní 5% kvantil) stanoví ze vztahu: X k = m x (1 − k nV x ) , kde
kn
= mx − mx knVx = mx − mx k n
sx = mx − kn s x mx
je součinitel pro stanovení 5% kvantilu, který je uveden v tab. 3.2.
Tab. 3.2 Součinitele kn pro stanovení 5% kvantilu (charakteristické hodnoty) Počet n Vx známý Vx neznámý
1
2
3
4
5
6
8
10
20
30
∞
2,31 2,01 1,89 1,83 1,80 1,77 1,74 1,72 1,68 1,67 1,64 -
-
3,37 2,63 2,33 2,18 2,00 1,92 1,76 1,73 1,64
Variační součinitel Vx lze považovat za známý, jestliže to ukazují dlouhodobé zkušenosti získané za stejných podmínek. Přestože tab. 3.2. naznačuje v tomto případě možnost využití jedné zkoušky, doporučuje se provést minimálně 3 až 6 zkoušek. V případě diagnostiky neznámé konstrukce nelze nižší počet zkoušek než 6 vůbec doporučit, spíše je vhodné počet výrazně zvýšit.
3.6.2. Vyhodnocení pevnosti betonu v tlaku v konstrukci podle ČSN EN 13791 Nová norma ČSN EN 13791 [3.7] z roku 2007 je zaměřena na stanovení pevnosti betonu v konstrukci, a proto po uvedení této normy v platnost bude zřejmě využívána pro beton více než ČSN ISO 13822. Tento návrh zkušebního předpisu požaduje ke stanovení charakteristické pevnosti betonu v konstrukci použít s ohledem na zabezpečení potřebné spolehlivosti prakticky co největší množství vývrtů, přičemž z jednotlivého prvku to musí být minimálně 3 vývrty. Pro posouzení shody uvádí tato kritéria: 17
. Kritérium A (pro nejméně 15 vývrtů) f ck ,is = f m ( n ),is − 1,48 s
f ck ,is = f is ,nejmenší + 4
Platí menší z obou výsledných hodnot, přitom musí být ověřeno, zda se jedná o normální rozdělení. Jestliže se neprokáže, že soubor výsledků má normální rozdělení, má se provést nové hodnocení, např. tak, že soubor se rozdělí na dva. Kritérium B (pro 3 až 14 vývrtů) f ck ,is = f m ( n ),is − k
f ck ,is = f is ,nejmenší + 4
Platí menší z obou výsledných hodnot. Pokud výsledek je značně na straně bezpečnosti, doporučuje se odebrat více vývrtů. V kritériích: fck,is fm(n),is fis,nejmenší s
je charakteristická pevnost betonu v tlaku v konstrukci, je průměrná pevnost betonu v tlaku stanovená na n počtu vývrtů, je nejmenší pevnost zjištěná na vývrtech, je směrodatná odchylka pevností vývrtů; pokud je menší než 2,0 MPa, dosadí se hodnota 2,0 MPa. k je součinitel závislý na počtu vývrtů n (pro 3-6 vývrtů k=7, pro 7-9 vývrtů k=6, pro 10-14 vývrtů k=5. ČSN EN 13791 požaduje pro splnění požadavku na projektovanou pevnost betonu dosažení v konstrukci pouze 85 % charakteristické pevnosti na normových tělesech. Hodnoty charakteristické pevnosti in situ jsou uvedeny v tab. 3.3. Tab. 3.3 - Minimální charakteristická pevnost betonu v tlaku v konstrukci dle ČSN EN 13791 Pevnostní třída betonu Poměr charakteristické pevnosti Minimální charakteristická pevnost podle ČSN EN 206-1 betonu v tlaku v konstrukci betonu v tlaku v konstrukci k charakteristické pevnosti betonu N/mm2 v tlaku normových těles fck,is,cyl fck,is,cube C8/10
0,85
7
9
C12/15
0,85
10
13
C16/20
0,85
14
17
C20/25
0,85
17
21
C25/30
0,85
21
26
C30/37
0,85
26
31
C35/45
0,85
30
38
C40/50
0,85
34
43
C45/55
0,85
38
47
C50/60
0,85
43
51
18
