A XEL Ú STŘEDNÍ ČISTÍRNA ODPADNÍCH VOD PRAHA, REVITALIZACE VYHNÍVACÍ NÁDRŽE Č. 7 O PRAVA B E T O N O V Ý C H KONSTRUKCÍ VODNÍHO DÍLA V R A N O V

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

AXEL

S C H U LT E S

/56

PODKLADY

PRO RECYKLACI PANELOVÝCH OBJEKTŮ METODOU ŘÍZENÉHO ODSTŘELU

2 0 / VD F A

ÚSTŘEDNÍ

ČISTÍRNA ODPADNÍCH VOD PRAHA, REVITALIZACE VYHNÍVACÍ NÁDRŽE Č. 7

Ý STAV B A M O N O B LO K U F A K U LT Y ST R O J N Í A K U LT Y E L E KT R OT E C H N I C K É V P R A Z E EJVICÍCH

/24

SVAZ VÝROBCŮ BETONU ČR Na Zámecké 9, 140 00 Praha 4 tel./fax: 261 215 769 e-mail: [email protected] www.svb.cz

16/ T

RVANLIVOST BETONOVÝCH BAZÉNŮ

OPRAVA 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.cbz.cz

BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ VODNÍHO DÍLA VRANOV

/8

1 2 / VD O

RLÍK – OPRAVA KONSTRUKCE SPORTOVNÍ PLAVBY

52/ B

RAZILSKÉ ZKUŠENOSTI SE ZESÍLENÍM ŽELEZOBETONOVÉHO OBLOUKOVÉHO MOSTU PŘES ŘEKU PARAGUAÇU

/49

Ročník: šestý Číslo: 3/2006 (vyšlo dne 15. 6. 2006) Vychází dvouměsíčně Vydává BETON TKS, s. r. o., pro: Svaz výrobců cementu ČR Svaz výrobců betonu ČR Českou betonářskou společnost ČSSI Sdružení pro sanace betonových konstrukcí Vydavatelství řídí: Ing. Michal Števula, Ph.D. Šéfredaktorka: Ing. Jana Margoldová, CSc. Redaktorka: Kateřina Jakobcová, DiS Předplatné a distribuce: Petra Johová Redakční rada: Doc. Ing. Vladimír Benko, PhD., Luděk Bogdan, Doc. Ing. Jiří Dohnálek, CSc., Ing. Zdeněk Gärtner, Ing. Jan Gemrich, Doc. Ing. Petr Hájek, CSc. (předseda), Doc. Ing. Leonard Hobst, CSc. (místopředseda), Ing. Jan Hutečka, Ing. Zdeněk Jeřábek, CSc., Ing. arch. Patrik Kotas, Ing. Jan Kupeček, Ing. Pavel Lebr, Ing. Milada Mazurová, Ing. Martin Moravčík, Ph.D., Ing. Hana Némethová, Ing. Milena Paříková, Petr Škoda, Ing. Ervin Severa, 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. Grafický návrh: DEGAS, grafický ateliér, Heřmanova 25, 170 00 Praha 7 Ilustrace na této straně a na zadní straně obálky: Mgr. A. Marcel Turic Sazba: 3P, s. r. o., Staropramenná 21, 150 00 Praha 5 Tisk: Libertas, a. s. Drtinova 10, 150 00 Praha 5 Adresa vydavatelství a redakce: Beton TKS, s. r. o. Samcova 1, 110 00 Praha 1 www.betontks.cz Redakce, objednávky předplatného a inzerce: tel./fax: 224 812 906 e-mail: [email protected] [email protected] Roční předplatné: 540 Kč (+ poštovné a balné 6 x 30 = 180 Kč), cena bez DPH Vydávání povoleno Ministerstvem kultury ČR pod číslem MK ČR E-11157 ISSN 1213-3116 Podávání novinových zásilek povoleno Českou poštou, s. p., OZ Střední Čechy, Praha 1, čj. 704/2000 ze dne 23. 11. 2000 Za původnost příspěvků odpovídají autoři. Označené příspěvky byly lektorovány. Foto na titulní straně: Detail sochy Olbrama Zoubka, foto: K. Némethová BETON TKS je přímým nástupcem časopisů Beton a zdivo a Sanace.

BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

3/2006

1

VÁŽENÝ

ČTENÁŘI,

Sdružení pro sanace betonových konstrukcí (SSBK) vstoupilo v tomto roce do čtrnáctého roku své existence a ve stejném roce pořádáme již 16. sympozium SANACE 2006. První sympozia byla organizována velmi spontánně ještě v době, kdy naše sdružení neexistovalo, a tak vznikla ta dvouletá disproporce. V průběhu prvních dvou sympozií se jejich organizátoři shodli na myšlence a nutnosti založit sdružení, které by vytvořilo společnou platformu pro šíření osvěty v oboru sanací, jako odezvu na zřejmou potřebu organizace, která by byla schopna zajistit profesní čistotu sanací betonových konstrukcí a umožnila sloučit společné zájmy těch, kteří brali svoji činnost vážně a přistupovali odpovědně k problému sanací betonových konstrukcí. Volalo se také po tom, aby byla vytvořena hráz proti tzv. „kyblíčkářům“, kteří tenkrát slibovali různé zázračné technologické postupy a sanační hmoty, které ovšem často nefungovaly. A nejen nefungovaly. Neodpovědné postupy navíc vedly k tomu, že majitelé betonových konstrukcí ztratili zájem nejen o ně, ale o celý obor sanací betonu, neboť za docela vysoké ceny často dostali nefunkční dílo. Právě proto vzniklo SSBK, aby bylo jasně řečeno, že sanace betonu jsou exaktním oborem stavebnictví a že vše je především otázkou profesní kompetence a čistoty. Uvědomme si zároveň, že v roce 1992, kdy SSBK vzniklo, se „otevřel“ obrovský trh sanací betonových konstrukcí, který je v České republice ostatně dodnes. C O M Ů Ž E M E D N E S, P O Č T R N ÁC T I L E T E C H V Ý V O J E S D R U Ž E N Í , K O N S T AT O V AT ? Vývoj SSBK byl etapovitý a zdá se, že členství ve Sdružení je zajímavé, neboť počet jeho členů roste. Z původních sedmnácti členů, kteří byli u jeho založení, je dnes členská základna rozrostlá na padesát členů. SSBK každoročně v květnu v Brně v rotundě pavilonu A Brněnského výstaviště pořádá zmíněné mezinárodní sympozium SANACE. Každý rok je sympozium konáno pod jiným mottem, letos to jsou „Sanace betonových staveb na železnici“. V uplynulých letech to snad byly již všechny typy staveb, které se podle resortní příslušnosti staly mottem. Na sympoziích se scházívá reprezentativní společnost přednášejících i účastníků, a tím se z nich stala i vyhledávaná společensko-odborná akce. Na sympoziu jsou pravidelně udělovány výroční ceny pro nejlepší sanaci předchozího roku, pro významnou osobnost, pro nejlepší sanační materiál a také pro nejlepší diplomovou práci, která se dotkla oboru sanací betonových konstrukcí. Konání sympozia se stalo tradicí a na dalších ročnících se opět setkávají dnes už „staří známí“. Další akcí, kterou SSBK pro své členy pořádá, jsou Klubová setkání (určená pouze pro členy). Zde bývá probírána vždy předem daná a připravená odborná problematika, která všechny zúčastněné – opět soudě podle účasti – velmi zajímá. I na tyto akce jsou zváni přední odborníci v oboru stavebnictví, kteří se podílejí na přednáškách. V průběhu své existence vydalo SSBK Technické podmínky pro provádění sanací betonových konstrukcí, které se staly pro 2

mnoho investorů hlavním vodítkem pro zadávání a sledování sanačních zásahů. SSBK pořádá péčí svých členů odborná školení a vydává certifikáty potvrzující nabytí vědomostí v oblasti sanací betonových konstrukcí. Důležitou roli SSBK sehrálo (a dosud hraje) při vydávání časopisu BETON TKS. SSBK původně vydávalo časopis SANACE. Po dohodě ostatních asociací (jejichž jména najdete v tiráži každého čísla), které působí v České republice v oblasti betonového stavebnictví, bylo přistoupeno k založení nového vydavatelského subjektu – společnosti s ručením omezeným BETON TKS, která časopis vydává. Náplň čísel je sestavována redakcí časopisu dle zadaní reprezentativní redakční rady. Vybrané články (z rubrik: Věda a výzkum, Materiály a technologie, Normy – jakost – certifikace) jsou odborně lektorovány. Protože vydávání časopisu je z rozhodnutí zakládajících asociací dotováno, není časopis, na rozdíl od řady jiných periodik, pouze sborníkem reklamních článků a inzerátů. P R O Č J S E M S E TA K R O Z E P S A L O N E D ÁV N É H I S T O R I I ? Protože chci zdůraznit nutnost existence SSBK i ostatních odborných asociací a hlavně jejich vzájemnou spolupráci. Domnívám se, že sdružování odborníků stavební branže je obecně velmi důležité a co se týče betonu, platí to dvojnásob. Myslím, že je nutno dále pokračovat v pěstování profesní „cechovní“ příslušnosti a z toho plynoucí hrdosti na odvedenou práci. Myslím, že je nutno zaměřit se na zvyšování odborné způsobilosti členů, na prosazení vyžadování této způsobilosti při zadávání a provádění jednotlivých zakázek soukromými i veřejnými investory. Tento proces se těžko dá nařídit, ale je možno poukázat na výborné reference při provádění zakázek členy SSBK. Z toho naopak plyne i to, že členství ve sdružení je zavazující. Mnoho subjektů se v poslední době vydává na cestu plně ekonomického řízení procesů. To je jistě správné. Jedním z ekonomických nástrojů jsou také investice do budoucnosti. A právě v tomto ohledu doporučuji ještě více se zapojit do činnosti v profesním Sdružení pro sanace betonových konstrukcí a zde uplatňovat své vědomosti a zkušenosti. Může to být v konečném důsledku i velkým finančním přínosem… Mnoho úspěchů ve Vaší činnosti (nejen sanační) a také mnoho zdraví všem čtenářům časopisu BETON TKS přeje Ing. Zdeněk Jeřábek, CSc. Prezident SSBK


3/2006

SOUČASNOST A BUDOUCNOST OBORU „SANACE (TAKÉ BETONOVÝCH) KONSTRUKCÍ“ PRESENT AND FUTURE OF SPECIALISATION „MAI NTE NANC E OF STR UCTU R ES (ALSO MADE FROM CONC R ETE)” PE T R ŠT Ě PÁ N E K Motto: Příspěvek si neklade za cíl uvádět nové poznatky k danému tématu, bylo by však dobré, kdyby vyvolal diskuzi na téma vzdělávání specialistů na stavebních fakultách pro tento jistě potřebný obor. Motto: It is not an aspiration of this contribution to present new knowledge. I am just presenting my personal opinion. When it evokes some questions or discussion about education of the new specialists on the field „maintenance of structures“, the goal of this article will be fulfilled. Pokud nahlédneme do slovníku cizích slov [1] nalezneme pro slovo „sanace“ následující synonyma: ozdravení, vyléčení, přijetí opatření k nápravě. Přitom otázka ozdravění resp. vyléčení čehokoliv (kohokoliv) je dnes vysoce diskutovanou nejen na poli lidského bytí (např. zdravotnictví, sociální systém, důchody), našeho systému jako celku (společenské, hospodářské a ekonomické vztahy – viz termíny jako korupce, tunelování, morální degradace politiků i občanů), národního hospodářství jako systému (s vazbami na EU i bez nich) a v neposlední řadě lze jmenovat i stavebnictví – rehabilitaci infrastruktury (jakékoliv), sídlišť, objektů i samotné konkrétní nosné konstrukce. Je tedy zřejmé, že problematika sanací (nejen betonových) konstrukcí je oblast nejen užitečná, ale i poměrně komplikovaná. Pokud ale chceme jakoukoliv oblast ozdravovat, je nutné se nejprve věnovat systémovým pravidlům (někdy to mohou být i zákony– přírodní i právní předpisy), kterými se tato oblast řídí. Stavební konstrukce prochází různými fázemi: předprojektová a projektová příprava, výstavba, užívání, demolice s následnou recyklací. Přitom zejména projektová příprava, výstavba a užívání konstrukce mohou významně ovlivnit procesy a technologie, kterými bude konstrukce „léčena“. V této souvislosti se často hovoří o problematice managementu konstrukcí. Management existujících stavebních konstrukcí (objektů) zahrnuje údržbu a opravy: údržba je soubor preventivních opatření, které mají za cíl zabránit vzniku poruch. Poruchy jsou odstraňovány, resp. jejich následky jsou zmírňovány pomocí oprav. Jak vyplývá z uvedeného, synonymem pro slovo oprava je slovo sanace. Každá oprava (sanace) je partikulární případ, který slouží k nějakému konkrétnímu cíli. Přitom jde vždy o stejnou posloupnost jednotlivých činností • pozorování (prohlídka) a zhodnocení defektů (poruch), • neprodleně realizovaná opatření (může jít až do konstatování havarijního stavu a vést buď k omezení, resp. úplnému zákazu provozování konstrukce nebo její části), • zjištění mechanizmů poškození (vzniku poruchy) a stanovení příčin poruchy, BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

• zjištění ceny a financování opravy, resp. výměny konstrukce nebo její části, • návrh a kontrola provádění opravy nebo náhrady (výměny) konstrukce nebo její části, • kontrola a zajištění požadovaných vlastností provedené opravy. Je zřejmé, že potřeba údržby konstrukce i její sanace (včetně jejího rozsahu) závisí na lidech; nejen na těch, kteří sanace provádí, ale na provozovatelích a správcích infrastruktury a/nebo konkrétních systémů či objektů, na projektantech (nejen těch, kteří navrhují vlastní sanaci, ale zejména na těch, kteří navrhovali již původní konstrukci, která má být udržována či sanována) a také na dodavatelích (výrobcích) původní konstrukce. Princip kvalitně připravené a provedené sanace tedy spočívá v co nejlepším splnění následujících kritérií/požadavků • zachování funkce a/nebo užitných vlastností konstrukce v celé další době jejího plánovaného užívání (service life), • spokojenost vlastníků, správců, uživatelů konstrukce (a možná i části nebo celé společnosti), • volba a použití nejefektivnějších metod, materiálů a technologií z hlediska spolehlivosti sanované konstrukce, ceny sanace, doby provádění sanace, trvanlivosti a životnosti sanované konstrukce, • eliminovat možný vznik dalších poruch konstrukce a jejich následků (nejen těch, které jsou právě sanovány), • aktivní zapojení všech skupin lidí, kteří jsou do procesu sanací (příprava, realizace, kontrola a také následná údržba) zainteresováni. Jedná se o komplikovanou úlohu, ve které některá hlediska, podle kterých hodnotíme nejvhodnější variantu, působí navzájem protichůdně. Jde tedy o multikriteriální optimalizační úlohu, kterou lze řešit např. váhováním, tj. přiřazením různých vah jednotlivým partikulárním kritériím (hlediskům). Přitom z hlediska nalezeného optimálního řešení právě počáteční přiřazení vah jednotlivým kritériím může předem zvýhodnit/znevýhodnit některá přípustná řešení daného optimalizačního problému. Pravidelné systematické monitorování konstrukce umožňuje v daném čase zvolit vhodné optimální kroky (sanační zásahy) a odstranit z procesu rozhodování někdy dominantní subjektivní vlivy. Touto cestou lze významně redukovat cenu sanačního zásahu při zachování požadované spolehlivosti a trvanlivosti. Kromě toho mnoho nových poznatků, kterými dochází k rozvoji teoretické báze stavebnictví, je získáno právě při monitoringu konstrukcí: jde jak o problematiku navrhování a provádění sanací (nové materiály a technologie), tak i o problematiku navrhování konstrukcí s ohledem na jejich životnost. EKONOMICKÉ POZADÍ Finanční prostředky investované do sanací stavebních konstrukcí 3/2006

3

Obr.1 Fig. 1

Schéma kontrolního systému pro plánování zásahů do konstrukce (spolehlivostně orientovaná údržba a sanace) Scheme of control system for planning of actions into structure (reliability oriented maintenance and repairs)

činí zhruba 5 až 10 % celkové investice do nové budovy resp. konstrukce [2]. Poruchy (a jejich sanace) reprezentují nejen významnou cenovou zátěž, ale vznikají také nezanedbatelné environmentální vlivy, které jsou s těmito poruchami spojeny. I v tak rozvinuté zemi jako je USA se konstatuje v [3], že • 50 % mostních konstrukcí je nevyhovujících z uživatelského a/nebo konstrukčního hlediska nebo funkčně zastaralé, • v centrální obchodní oblasti Atlanty je průměrné stáří mostů a viaduktů více než 60 let, • roční investice do dopravní infrastruktury by bylo nutno zvýšit o 61 % (z 32 bilionů USD na 52 bilionů USD), kdyby se měly konstrukce pouze udržovat ve stávajícím stavu bez zvyšování jejich kvality. Konstrukce často degradují v důsledku toho, že není dostatečná pozornost věnována jejich návrhu (jde nejen o chyby v návrhu, ale i o důsledek toho, že mnohé normy neobsahují ustanovení pro návrh konstrukce z hlediska její předpokládané doby životnosti). Navrhování s ohledem na dobu provozování konstrukce (trvanlivost, životnost) je obvykle úkolem architekta nebo konstrukčního inženýra; přitom tito odborníci někdy nemají dostatečné znalosti – výsledkem je obvykle porucha konstrukce a následná (poměrně drahá) sanace. Znalosti o dlouhodobém chování materiálů, komponent stavebních objektů a konstrukcí je základem navrhování kvalitní konstrukce s požadovanou životností a dostatečnou trvanlivostí. Navrhování stavebních konstrukcí s ohledem na dobu jejich provozování (service life), efektivní údržbu, opravy a případné sanace má za cíl eliminovat náhodnost případné poruchy. 4

ZPŮSOB PROVOZOVÁN Í KONSTR U KC Í A SYSTÉ M Ů Pro stavební infrastrukturu, konstrukce a systémy je nutno vypracovat a legislativně zakotvit efektivní systém jejich managementu. Tento systém je u některých konstrukcí a systémů (např. mosty, tunely, významné stavební konstrukce a systémy v jaderné energetice, jeřáby a jeřábové dráhy, výtahy) v současné době alespoň v hrubých rysech realizován formou pravidelných prohlídek konstrukcí. Přitom správný systém provozování konstrukcí a plánování zásahů do nich by měl zajistit u kterékoliv konstrukce: • její spolehlivé provozování v (nějakém) budoucím období, přičemž délka období, ve kterém je konstrukce provozována, je definována obvykle jako časový interval určený dvěma okamžiky, ve kterých je prováděna periodická prohlídka – „performance verification“, • definici rozumného a efektivního intervalu provozování konstrukce mezi periodickými prohlídkami, • obsah, rozsah a způsob provedení průzkumů konstrukce (systému) in situ, • kritéria pro provádění oprav, sanací, resp. nahrazení konstrukce/systému. Přitom by se nemělo jednat o pevně stanovené posloupnosti zásahů, které je nutno provést, ale měla by být zvýrazněna úloha a odpovědnost vlastníka (správce) konstrukce. Jak vyplývá z uvedeného, je hlavní těžiště ve sledování stavu konstrukce/systému a jejich částí. Monitoring může významně omezit vznik poruch, snižovat náklady na následné sanace. Proto „moderní navrhované konstrukce a systémy“ by již v době jejich projektového zpracování měly obsahovat také navržený monitorovací systém pro sledování stavu konstrukce – buď zabudovaný on-line systém, nebo systém pro měření v diskrétních časech. Dále by měla konstrukce již po svém dokončení umožňovat vhodné alternativy provedení některých – s vysokou pravděpodobností se v budoucnu vyskytnuvších – sanačních zásahů (např. možné zesílení mostní konstrukce pomocí dodatečně napnutých kabelů v předem připravených drahách). Poznamenejme, že pokud by tyto zásady – zejména pravidelný monitoring– byly rutinně dodržovány u stavebních konstrukcí v minulosti, mohlo se předejít některým haváriím v ČR a v zahraničí, ke kterým došlo během letošní dlouhé zimy. Netvrdím však, že hlavní příčinou mnoha havárií bylo přetížení sněhem; naopak jsem přesvědčen, že dominantní byla zanedbaná kontrola stavu konstrukcí během jejich výstavby a provozování. Na některých stavebních konstrukcích, které mají velký význam pro bezpečnost uživatelů či pro „ostatní“ sdpolečnost, resp. jejichž porucha (havárie) by vedla k významným ekonomickým ztrátám, jsou již monitorovací systémy instalovány. Obvykle bylo předpokládáno jen sledování některých významných veličin pro ověření funkce konstrukce; zásahy do konstrukce na bázi zjištěných skutečností nebyly v době projektové přípravy a instalace monitorovacího systému projektovány. I když v době jejich instalace obvykle nebyl projektován celý systém jako celek, jsou v dnešní době tyto monitorovací systémy doplňovány do podoby, která umožní kvalitní prognózu chování konstrukce (obr. 1) a na jejím základě také plánování kvalifikovaných a efektivních zásahů do konstrukce. Důležitou roli v procesu provozování systému má zejména databáze měřených údajů, která tvoří spolu s poznatky teorie stárnutí a degradace základní část umožňující prognózy spolehlivosti konstrukce v čase. V této oblasti se stále


3/2006

více prosazuje aplikace stochastických přístupů místo v minulosti téměř výhradně používaných deterministických metod. P OT Ř E B U J E M E N O V É O D B O R N Í K Y A S T U D I J N Í PROG R AMY? Vzhledem ke specifičnosti oboru „sanace“ je nutné vychovávat budoucí specialisty v následujících vědních disciplinách: degradace materiálů, systémů a konstrukcí (deterioration science), posuzování konstrukcí (assessment technology), opravy a obnova (renewal engineering). Takovéto komplexní studijní programy (ať magisterské, nebo programy v rámci celoživotního vzdělávání) zatím v ČR neexistují. Noví specialisté by měli rozumět mechanizmům porušování a degradace konstrukcí (systémů), měli by být schopni posuzovat aktuální stav konstrukcí a systémů a s větší jistotou předpovídat jejich změny v budoucnosti a v neposlední řadě by měli umět navrhnout vhodnou strategii sanace a být schopni provádět a kontrolovat vlastní realizaci sanace. Jedná se přitom o rozsáhlý komplex obvykle mezioborových znalostí, které musí ovládat stavební specialisté, kteří působí nejen ve stavebních firmách, které se zabývají projektováním a realizací sanací konstrukcí, ale i ve státní správě, resp. v institucích, které poskytují odborné služby vlastníkům a správcům objektů. Přitom jde o úlohu, které by se měly zhostit nejen univerzity, ale i profesní svazy, stavební firmy a státní samosprávy, které by měly na zřízení nových studijních programů vyvíjet tlak. Nezbytným předpokladem kvalitního profesionála působícího na poli „managementu“ existujících a provozovaných stavebních konstrukcí je i znalost základů „rizikového inženýrství“. Univerzity by si měly uvědomit, že průmysl potřebuje kvalifikované odborníky z oblasti údržby a sanací. Je nutno konstatovat, že zvýšená spolehlivost údržby a oprav konstrukcí (systémů) je důležitým klíčem k dlouhodobému přežití a udržitelnému rozvoji infrastruktury a v podstatě celé společnosti; jde o způsob jak zajistit dlouhodobou prosperitu společnosti. Jsem přesvědčen, že univerzity již rozeznaly nejen možnost získání dalších prostředků z výzkumu na národním i mezinárodním poli – a to nejen v oblasti materiálů a technologií pro údržbu a sanace, ale i v oblastech nedestruktivního průzkumu konstrukcí, monitorování jejich stavu, aplikace teorie spolehlivosti a optimalizačních metod, prognózování vývoje spolehlivosti, trvanlivosti a životnosti. Na druhou stranu i stavební praxe nese svoji odpovědnost. Často jsou absolventi průmyslem zaměstnáváni „tak, jak ze školy vyjdou“ a firmy z praxe předpokládají, že absolventi budou dovzděláváni až během jejich zaměstnání na konkrétním místě a při konkrétní pracovní náplni. Do studijního programu (který ve stavebnictví má v ČR obvykle strukturu 8 semestrů bakalářského studia a 3 semestry magisterského studia) nelze včlenit získávání „celoživotních zkušeností“ odborníků na konkrétních pozicích v praxi. Ale praxe (průmysl) má možnost významně ovlivnit obsah toho, co univerzity do svých studijních programů včleňují. Další (paralelní) cestou vedoucí k cíli je i realizace opravdu neformálního systému celoživotního vzdělávání pracovníků z praxe. Cílem by nemělo být absolvování školení a získání certifikátu, ale získání skutečných vědomostí v daném oboru, které umožní aplikaci moderních metod a rozhodovacích systémů pro správné (efektivní, ekonomicky výhodné) rozhodování. BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

Literatura: [1] www.slovnik-cizich-slov.cz [2] Bijen J.: Durability of Engineering Structures: Design, Repair and Maintenance. Netherlands. Woodhead Publishing Ltd, Aug 2003, Pages: 280 [3] Glenn J. Rix, Nelson C. Baker, Laurence J. Jacobs, Jorge Vanegas, and Abdul H. Zureick: Infrastructure Assessment, Rehabilitation, and Reconstruction. Georgia Institute of Technology, School of Civil and Environmental Engineering, Atlanta, Georgia 30332–0355

Je otázkou, kdo by měl v celém procesu výchovy nových odborníků hrát dominantní roli – univerzity nebo stavební praxe? Dle mého názoru je plná odpovědnost na univerzitách; praxe je „zákazník“ a otázky potřeby uvedených specialistů již byly mnohokrát vysloveny. Jako pilotní projekt v této oblasti snad může sloužit spolupráce stavební fakulty VUT v Brně s velkými stavebními firmami v ČR (Metrostav, a. s., Skanska CZ, a. s., a OHL ŽS, a. s., Brno) při tzv. „výuce absolventů na zakázku“. Z ÁV Ě R Problematiku sanací (nejen betonových) konstrukcí není možné řešit bez širších souvislostí, bez vazeb na: • projektování nové konstrukce (která bude v budoucnu někdy sanována), • monitoring a cílené shromažďování dat popisujících fyzikálně mechanické a užitné vlastnosti konstrukce, • vytvoření modelu konstrukce, na kterém bude možno testovat nejen různé strategie údržby a sanací, ale i prognózovat životnost a spolehlivost konstrukce. Je nutno zvážit výchovu specialistů v oboru „managementu“ existujících konstrukcí, který v sobě zahrnuje i oblast údržby a sanací (oprav) konstrukcí. Příspěvek vznikl jako důsledek úvah o některých problémech řešených v rámci projektu MPO 1H PK2-57 a v rámci Centra CIDEAS (Centrum integrovaného navrhování progresivních stavebních konstrukcí), které vzniklo v rámci programu „Výzkumná centra PP2-DP01“ (1M) MŠMT ČR.

Prof. Ing. RNDr. Petr Štěpánek, CSc. FAST VUT v Brně Ústav betonových a zděných konstrukcí Veveří 95, 602 00 Brno BESTEX, spol. s r. o. Bezručova 17a, 602 00 Brno

3/2006

5

PROFIL SPOLEČNOSTI BETOSAN, SPOL. S R. O. Firmu BETOSAN, spol. s r. o., založil pan Milan Smeták notářským zápisem z 25. listopadu 1993 jako společnost s ručením omezeným, která byla dne 30. prosince 1992 zapsána do Obchodního rejstříku, vedeného Městským soudem v Praze. Hlavním předmětem podnikání jsou sanace betonových konstrukcí. Kromě toho se firma zabývá i dalším podnikáním v oblasti inženýrské činnosti v investiční výstavbě, např. prováděním jednoduchých a drobných staveb, jejich změnami a odstraňováním, koupí zboží za účelem jeho dalšího prodeje a prodejem. V oblasti sanací firma navázala na činnost firmy Huber & Smetak, GmbH. München a její pokračovatelku HSM, s. r. o., Jilemnice. První stavbou provedenou v roce 1992 byla sanace lávek pro pěší a železobetonových výplní zábradlí a říms mostu dálničního charakteru přes Táborskou ulici na náměstí Hrdinů v Praze 4 na Pankráci pro Technickou správu komunikací hl. m. Prahy. Jednalo se o opravy značně porušených výplní zábradlí tloušťky 80 mm. Po čtrnácti letech jsou výplně bez podstatných závad při plném provozu na mostě s projíždějícími těžkými kamiony a autobusy (obr. 1). V té době se začínaly uplatňovat nové technologické postupy při opravách železobetonových konstrukcí. Degradované betony, narušené zvýšeným používáním soli v zimním období jsou odstraňovány otryskáním vysokotlakým vodním paprskem, obnažená výztuž je zbavována koroze tryskáním křemičitým pískem, očištěná výztuž je pak následně opatřena dvojnásobným antikorozním nátěrem, ale hlavně porušené plochy betonu jsou reprofilovány novými materiály, vyrobenými na chemickém základě a vyvinutými speciálně pro nahrazení odstraněných znehodnocených betonů. Dalším novým prvkem v této disciplíně jsou zcela nové materiály pro nátěry opravených ploch, které zajišťují ochranu opravených konstrukcí proti povětrnostním vlivům, proti UV záření a vykazují dlouhodobě barevnou stálost. Oproti jiným tuzemským firmám, převážně po roce 1989 nově vzniklým, měla firma Betosan nemalou výhodu ve skutečnosti, že majitel firmy pan Milan Smeták pracoval v tomto oboru od roku 1972 v SRN jako spoluvlastník firmy H&S München, která prováděla sanace betonových konstrukcí, průmyslové podlahy,

revitalizaci panelových domů apod. Proto měl již v době vzniku společnosti Betosan v ČSR několikaleté zkušenosti s prováděním sanačních prací a znal vlastnosti a technologické postupy sanačních materiálů, které se teprve po roce 1989 ve větší míře začaly do Československa dovážet. Další výhoda firmy na našem trhu spočívala v tom, že určitý počet techniků a zaměstnanců dělnických profesí pracoval delší dobu na stavbách jeho firmy v SRN a firma mohla tedy uplatňovat svoje znalosti a zkušenosti získané v zahraničí i na stavbách tuzemských. Zajímavou zakázkou byla v letech 1994 a 1995 rekonstrukce železobetonového tříkloubového mostu s tramvajovým a automobilovým provozem a s chodníky pro pěší přes Svratku v Brně – Maloměřicích, který je vyhlášen národní technickou památkou (obr. 2). Postup prací byl sledován odborem památkové péče Brněnského magistrátu, který celkový vzhled po rekonstrukci schválil bez připomínek. Po povodních v roce 2002 se firma Betosan zaměřila i na sanace stavebních konstrukcí kontaminovaných dlouhodobým působením vody. Po odstranění narušených omítek a důkladném vysušení konstrukcí byly pro opravy používány další speciální materiály odolávající plísním apod. Společnost Betosan je od roku 1996 členem Sdružení pro sanace betonových konstrukcí, na jehož činnosti se aktivně podílí. Pro sanační práce používá firma důsledně osvědčené materiály certifikovaných výrobců. Také z těchto důvodů si společnost Betosan velice brzy získala kredit seriózní firmy, provádějící sanační práce ve vysoké technické kvalitě a dodržující dohodnuté termíny a ceny. V roce 1999 firma zavedla a udržuje systém managementu jakosti podle ISO 9000, v současnosti je držitelem Certifikátu č. 3009/066-06/SMJ podle ČSN EN ISO 9001:2001 s platností do roku 2008. V roce 2007 oslaví firma Betosan již patnáct let úspěšné činnosti v České republice. Za tu dobu provedla celou řadu dodávek, zejména v oblasti rekonstrukcí a sanací mostních, vodohospodářských a bytových staveb.

Milan Podlešák Betosan, spol. s r. o. K Hájům 946, 155 00 Praha 5 – Stodůlky tel.: 251 623 881, e-mail: [email protected]

Obr. 1 Výplně zábradlí a říms mostu dálničního charakteru přes Táborskou ulici na náměstí Hrdinů v Praze 4 na Pankráci a) před opravou, b) současný stav

a)

6

b)


3/2006

síla zkušenosti Mott MacDonald Ltd. je jedna z největších světových multi-disciplinárních projektově inženýrských konzultačních společností

Obr. 2 Rekonstrukce železobetonového tříkloubového mostu s tramvajovým a automobilovým provozem a s chodníky pro pěší přes Svratku v Brně – Maloměřicích, a) po otryskání VVP 1500 bar, b) po konečné úpravě

Mott MacDonald Praha, s.r.o. je česká pobočka mezinárodní společnosti Mott MacDonald Ltd. Naše organizace poskytuje služby v mnoha oblastech inženýrského poradenství a projektového managementu. Jedná se o poradenské služby, zpracování studií ekonomického hodnocení, zpracování a posuzování všech stupňů projektové dokumentace, řízení a supervize projektů. Tyto činnosti zajišťujeme v těchto oblastech: Silnice a dálnice Železnice Mosty a inženýrské konstrukce Tunely a podzemní stavby Vodní hospodářství Životní prostředí Geodetické práce Grafické aplikace Inženýring a konzultační činnost Kontakt: Mott MacDonald Praha, spol. s r.o. Ing. Jiří Petrák Národní 15, 110 00 Praha 1 tel.: +420 221 412 800, fax: +420 221 412 810 www.mottmac.cz, e-mail: [email protected]

7

OPRAVA

BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ VODNÍHO DÍLA VRANOV REPAIR OF CONCRETE STRUCTURES OF THE VRANOV HYDRAULIC STRUCTURE D AV I D R I C H T R Po téměř sedmdesátiletém provozu se na vodním díle Vranov projevily různé technické závady, v systému běžné údržby neodstranitelné, které jsou důsledkem procesu stárnutí stavby. Jednalo se především o značnou degradaci povrchů betonových konstrukcí. Stav vodního díla se výrazně zhoršil po povodni v srpnu 2002, kdy došlo k dalšímu progresivnímu narušení povrchu betonových konstrukcí a k značným povodňovým škodám. Správce vodního díla, Povodí Moravy, s. p., proto přistoupil k rozsáhlým opravám. After almost 70 years of operation of the Vranov hydraulic structure, various technical faults, impossible to repair within the system of everyday operation, appeared. They arose as a consequence of the structure’s aging process. They included, above all, considerable degradation of surfaces of concrete structures. The condition of the hydraulic structure worsened significantly after the flood in August 2002, when further progressive damage of the surface of the concrete structures and major flood damage were inflicted. Therefore, the waterworks supervisor, River Morava Authority (state-owned enterprise), set about vast repairs.

Vodní dílo Vranov bylo postaveno v letech 1930 až 1933 jako víceúčelová vodní nádrž. V současné době je využívána k protipovodňové ochraně, nadlepšování nízkých průtoků v korytě pod nádrží, zajištění výroby elektrické energie ve špičkové VE, zajištění odběrů pro vodárenské využití a v neposlední řadě i k rekreaci. Vzdouvajícím objektem je betonová tížná hráz s osou v oblouku o poloměru 500 m, dělená dilatačními spárami na osmnáct bloků. Šířka jednotlivých bloků hráze je 13,5 až 15,5 m, elektrárenský dvojblok má šířku 27 m. Délka hráze v koruně je 290,5 m, maximální výška nad základovou spárou je téměř 60 m. Bloky jsou děleny dilatačními spárami těsněnými měděným plechem a šachtičkou s asfaltovou zálivkou. Na návodní straně jsou železobetonové lichoběžníkové těsnící klíny. Pro převedení víceletých vod je devět bloků provedeno s nehrazenými bezpečnostními přelivy. Přepadající voda ze čtyř přelivů se uklidňuje na kaskádách, které jsou vybudovány na levém svahu a jsou zakončeny vývarem. Kaskádu tvoří deset betonových stupňů s obvodovou zdí. Jako spodní výpusti slouží čtyři potrubí profilu 1600 mm opatřená vždy třemi uzávěry. Na návodní straně jsou tabulové, na vzdušní straně hráze jsou klínová šoupátka a regulační (provozní) uzávěry.

Obr. 1 Poškození betonu zhlaví obvodové zdi vývaru Fig. 1 Damage to the concrete of the end of the external wall of the stilling basin

8

Regulační uzávěry jsou dvojího typu. Dva jsou typu Johnson a dva jsou válcové. Na pravém břehu je umístěná špičková vodní elektrárna se třemi Francisovými turbínami o maximální hltnosti 3 x 15 = 45 m3/s. Přívodní potrubí na turbíny jsou ocelová profilu 2 600 mm. Přehrada Vranov byla první přehradou z litého betonu v tehdejším Československu. Později s nástupem technologie vibrování masivního přehradního betonu bylo od výstavby hrází z litého betonu u nás ustoupeno. Stav litého betonu, po dlouholetém provozu vodního díla, byl jedním z cílů průzkumných prací před zpracováním projektové dokumentace pro opravu. PR Ů ZK U M N É P R ÁC E Průzkumné práce byly jedním z nezbytných podkladů pro projekty opravy. Pro jednotlivé etapy bylo při zajištění průzkumných prací potřeba vyčerpání vývaru, dočasného snížení hladiny vody v nádrži i použití horolezecké techniky. Pro určení rozsahu a příčin poškození betonových konstrukcí byly provedeny vizuální prohlídky, akustické trasování, nedestruktivní zkoušky pevnosti v tlaku, odběry jádrových vývrtů, destruktivní zkoušky betonu v tlaku a prostém tahu, zkoušky pevnosti povrchových vrstev v prostém tahu a zkoušky nasákavosti a mrazuvzdornosti.

Obr. 2 Druhy betonu v hrázovém bloku Fig. 2 Types of concrete in the dam block


3/2006

Nejvýraznější bylo porušení betonu v místech vystavených klimatickým vlivům s možností vniknutí vody do konstrukce (styk pracovních vrstev a jednotlivých bloků hráze). Výsledky pevnostních zkoušek prokázaly vyhovující pevnosti betonu v tlaku. Nižší hodnoty pevností v tahu byly zaznamenány u povrchových vrstev, které jsou narušeny účinky klimatických vlivů s dominantním postavením mrazového zvětrávání. Z analýzy původních technologických postupů použitého litého betonu vyplynulo, že hlavní příčinou degradace povrchu betonových konstrukcí je jeho mikrostruktura, existence kapilárních pórů a z toho vyplývající nízká mrazuvzdornost. To potvrdily i výsledky zkoušek mrazuvzdornosti, při nichž se prokázalo, že beton nedosahuje ani stupně mrazuvzdornosti T25. Použitý litý beton nesplnil kritéria pro vodostavební beton. Litý beton se vyznačuje především vyšším vodním součinitelem v/c. Ten však má významný vliv právě na vodotěsnost, propustnost a nasákavost. Na vodním díle Vranov bylo použito betonu s vodním součinitelem v/c v rozmezí cca 0,75 (P 300) – 1,1 (P 180). Oprava betonových konstrukcí probíhala od září 2003 do konce roku 2005 ve třech základních etapách. Oprava rozdělovacího objektu První etapa zahrnovala opravu rozdělovacího objektu, vytvářejícího „ostrov“ mezi Obr. 3 Pohled na vyčerpaný vývar při opravě rozdělovacího objektu Fig. 3 View of the drained stilling basin during the repair of the separating structure

vývarem pod přelivy a spodními výpustmi a vývarem elektrárenským. V této etapě byly opraveny i obvodové zdi vývaru, betonové bloky odrazníků, lávka spojující strojovnu spodních výpustí s rozdělovacím objektem, byly odstraněny nánosy z vývaru a z odpadu od elektrárny a doplněn odplavený zához za prahem vývaru. Jelikož pro tyto práce bylo nutné zajistit vyčerpání vývaru, byl při té příležitosti opraven i povrch betonu vzdušního líce hráze v úrovni kolísání hladiny ve vývaru. Pro zajištění vyčerpání vývaru byla na jeho prahu zřízena ochranná jímka. Ta byla vytvořena pomocí hradidel a sloupků osazovaných do připravených vývrtů. Vodotěsnost jímky opatřené ještě PVC fólií byla téměř stoprocentní. Materiál odplavený při povodni z rozdělovacího objektu byl doplněn, řádně zhutněn a pro ochranu opatřen kotvenou protierozní matrací. Finální povrch byl oset. Obvodové zdi vývaru a rozdělovacího objektu byly sanovány reprofilací. Exponovaná část zdí (v kolísání hladin) byla vyztužena svařovanou sítí KARI ∅ 8 mm o rozteči 100 x 100 mm. Síť byla k původnímu betonu zdi kotvena systémem konstrukčních hřebů z žebírkové betonářské oceli ∅ 10 mm. Reprofilačním materiálem byla polymer-cementová malta, pro silnější vrstvy reprofilací (až 100 mm) modifikovaný stříkaný beton. Reprofilace betonových konstrukcí byly prováděny podle stanovených technologických postupů, po vybourání degradovaného betonu a řádné předúpravě povrchu, technologií nástřiku „za sucha“. Značně poškozené betony zhlaví zdí byly reprofilovány dobetonováním (beton do bednění) provzdušněným betonem vyztuženým kotvenou svařovanou sítí.


3/2006

Lávka spojující strojovnu spodních výpustí s rozdělovacím objektem byla sanována reprofilací. Na povrchu konstrukce desky byla provedena přímopochozí izolace. Oprava vzdušního líce hráze Nejrozsáhlejší etapa zahrnovala opravu převážného povrchu vzdušního líce hráze, kaskády bezpečnostního přelivu, jeho opěrné zdi, opravu betonových konstrukcí spodní stavby vodní elektrárny a opravu technologických částí strojovny spodních výpustí. Sanace betonových povrchů vzdušního líce hráze měly charakter velkoplošných reprofilací poměrně silných vrstev (místy až 200 mm) vyztužených kotvenou ocelovou sítí. Značné byly i objemy bouracích prací, kde pro splnění požadavku na předúpravu povrchu (pevnosti v tahu) bylo nutno odstranit značné mocnosti degradovaného betonu (průměrně celoplošně 50 až 100 mm). Bylo použito několik technologií sanací podle míry poškození původního betonu. V horních partiích hráze, které jsou „chráněny“ proti účinkům povětrnostních vlivů převisem koruny hráze, byla použita jen lokální reprofilace a sjednocení povrchu cemento-disperzní stěrkou s nízkým difúzním odporem. Pro použití této technologie musela být nezbytně splněna podmínka dosažení průměrné pevnosti Obr. 4 Zajištění přístupu na vzdušní líc kombinací pevného lešení a mobilní lávky Fig. 4 Securing access to the downstream face by means of a combination of a stationary scaffolding and a mobile footbridge

9

Obr. 5 Zavěšené lešení na návodním líci Fig. 5 Suspension scaffolding on the upstream face

povrchových vrstev v tahu po předúpravě povrchu v minimální hodnotě 1,4 MPa. Nejvíce plošně uplatněnou technologií byla reprofilace do 100 mm s vytužením kotvenou svařovanou sítí KARI ∅ 5 mm o rozteči 100 x 100 mm. Reprofilačním materiálem byl modifikovaný stříkaný beton s příměsí mikrosiliky a polypropylenových vláken. Reprofilace byly prováděny technologií nástřiku „za sucha“. Základním předpokladem plošných oprav takovéhoto rozsahu bylo zajištění přístupu pracovníků většinou prostřednictvím lešení, v místech přelivů i s použitím závěsných lávek spouštěných z koruny přelivu. Oprava spodní stavby elektrárny a zdí odpadního koryta byla realizována v provozní výluce elektrárny v délce pouhých Obr. 7 Pohled na vodní dílo Vranov při povodni v březnu 2006 Fig. 7 View of Vranov waterwork during the floods in March 2006

10

30 dní. Pro urychlení prací byla nutná operativní změna projektu a přemostění výtoků ze savek (s jeřábovou dráhou) bylo realizováno ocelovou konstrukcí namísto původní železobetonové. Oprava návodního líce hráze Třetí etapa zahrnovala opravu horní části betonového povrchu návodního líce jednotlivých bloků. Realizace opravy spočívala převážně v sanaci povrchů betonu návodního líce hráze v pásu širokém cca 9,5 m. Spodní úroveň sanace byla zvolena s ohledem na kolísání hladiny vody v nádrži a míru porušení betonu. Pod touto úrovní byl již beton bez výraznějších poškození mrazem a ve vyhovujícím stavu. Obdobně jako u vzdušního líce bylo použito několik technologií sanací podle míry poškození původního betonu. V partiích hráze, které jsou „chráněny“ proti účinkům povětrnostních vlivů, bylo použito jen lokální reprofilace a sjednocení povrchu cemento-disperzní stěrkou s nízkým difúzním odporem (pravá část hráze, plné bloky). Rozsáhlejší reprofilace vyztu-

Obr. 6 Blok nátoků do elektrárny Fig. 6 Block of inlets to the power station

žené svařovanou sítí KARI byly v oblastech přelivů a v blocích strojovny návodních hradidel a nátoků vodní elektrárny. Reprofilačním materiálem byl modifikovaný stříkaný beton s příměsí polypropylenových vláken. Reprofilace byly prováděny technologií nástřiku „za sucha“. Pro zajištění přístupu pracovníků bylo využito speciální posuvné lešení zavěšené z koruny hráze. SHRNUTÍ Při všech etapách opravy byla při sanačních pracech náležitá pozornost věnována zejména důkladné předúpravě (očistění) povrchu betonu. Hloubka odstranění porušeného betonu vycházela z jeho stavu a požadavku na únosnost podkladu, tj. na pevnost v tahu povrchových Obr. 8 Poškození sanované betonové plochy přelivu v napojení na kaskádu Fig. 8 Damage of the repaired concrete surface spillway in connection with a cascade


3/2006

prˇísady

Nárocˇné pro nárocˇny´

transportní beton!

Investor Dodavatelé Projektant

Povodí Moravy, s. p. I. etapa prací – SASTA CZ, a. s. II. etapa – sdružení EREBOS, spol. s r. o., a SASTA CZ, a. s. III. etapa firma ŽS BRNO, a. s. VODNÍ DÍLA – TBD, a. s.

Jako strˇedneˇ velky´ vy´robce betonárˇské chemie, barev a dávkovacích zarˇízení nabízíme jizˇ 35 let oprávneˇneˇ znalosti o betonu. Nasˇe sluzˇby zahrnují bezplatné návrhy optimalizace receptur, prˇísad a vy´robních procesu˚. Obracejte se na nás!

Barvy do betonu

Servisní sluzˇby

Z ÁV Ě R Popsaná oprava přehrady Vranov byla zatím nejrozsáhlejší opravou betonových konstrukcí provedenou na vodních dílech v České republice. Její rozsah byl dán především značným hloubkovým poškozením povrchu použitého litého betonu. Použití litého betonu bylo v době výstavby hráze velmi účelné, protože v dalekém okolí staveniště nebyl žádný vhodný lomový kámen pro stavbu jinak rozšířených zděných hrází z lomového kamene. Použití litého betonu předcházely četné studie, kde byly hodnoceny jeho výhody i nevýhody. Podstatnými výhodami litého betonu byla jeho tekutost při zpracování na místě určení, což bylo docíleno zvláštním granulometrickým složením směsi, menší nárok na počet pracovních sil a z toho vyplývající nižší náklady stavby. Zařízení potřebná k této stavební technologii nebyla tak nákladná jako při užití dusaného betonu. Nevýhodou, na kterou již tehdy poukazovali odborníci, byla jeho menší pevnost a nižší odolnost proti mrazu (mrazuvzdornost). Projektanti se však hájili tvrzením, že tyto vady byly moderním výzkumem úplně potlačeny.

Při sedmdesátiletém provozu vodního díla se ukázalo, že tyto předpoklady nebyly správné. Vlastní masivní bloky z litého přehradního betonu jsou v naprosto dobrém stavu a bez výraznějších poškození. Poškozeny byly povrchy betonových konstrukcí vystavené mrazovému namáhání. Provedenou opravou se zvýšila kvalita (zejména mrazuvzdornost) povrchu betonů a prodloužila se tím tak celková životnost tohoto významného vodního díla. Vodní dílo Vranov bylo krátce po své opravě koncem března 2006 zatíženo extrémní povodní. Jednalo se o povodeň srovnatelnou s tou, která v roce 2002 způsobila značné škody na vodním díle. Ve velice krátké době tak došlo k praktickému odzkoušení kvality prací i vhodnosti použitých technologií oprav betonu. Přes vodní dílo byl v době kulminace povodně 30. 3. 2006 převáděn průtok více než 300 m3s-1 (stoletý průtok je v tomto profilu 355 m3s-1). Značnému zatížení byly vystaveny betonové plochy hrázových bloků tvořící bezpečnostní přelivy, kaskáda přelivů, vývar a jeho obvodové zdi a rozdělovací objekt. Po ukončení převádění povodňových průtoků byla provedena prohlídka díla a specifikace škod. Poškození byla oproti roku 2002 výrazně nižší. K poškození došlo u rozdělovacího objektu, kde byl odplaven zemní materiál, který zatím nebyl zpevněn dostatečně zakořeněným travním porostem. Další drobné poškození bylo zaznamenáno u sanované betonové plochy přelivu na styku s kaskádou. Zde pravděpodobně docházelo k těžko popsatelným hydraulickým jevům při tlumení kinetické energie přepadající vody. Rozsah poškození je v porovnání s objemem provedených prací, téměř zanedbatelný. Je možno konstatovat, že opravy betonových konstrukcí při „zatěžkávací zkoušce“ obstály.

Betonárˇská chemie

vrstev. Pro technologie, kde nebylo použito vyztužení sítí, musela být nezbytně splněna podmínka dosažení průměrné pevnosti povrchových vrstev v tahu po předúpravě povrchu v minimální hodnotě 1,4 MPa. Při použití sítí byla tolerována hodnota 1,1 MPa. V některých případech se ani po odstranění vrstvy až 200 mm nepodařilo požadované hodnoty dosáhnout. V dalším neúměrném bourání nevyhovujícího betonu nebylo pokračováno. Dostatečnou ochranu by měla zajistit kotvená „masivní“ konstrukce reprofilace. Technologie bouracích prací musela být volena optimálně tak, aby nedocházelo k neúměrnému rozrušování betonu. Bylo třeba zohlednit skutečnost, že použitý beton obsahuje frakce kameniva 25 až 80 mm. Při bourání větších vrstev bylo nutné volit optimální sklon nástroje (mírně šikmo a „odlupovat“). Na návodním líci se osvědčilo odstraňování porušeného betonu, i vyšších mocností, jen s použitím VVP. Z důvodů zajištění co nejmenšího difúzního odporu nebyly sanované plochy opatřeny žádným ochranným finálním nátěrem.

Zkusˇebna betonu˚ (Laboratorˇ)

Cˇlen skupiny podniku˚ Ha-Be Ing. David Richtr VODNÍ DÍLA – TBD, a. s. Hybernská 40, 110 00 Praha 1 tel.: 221 408 319, fax.: 224 212 803 e-mail: [email protected]

K Panelárne˘ 172 CZ-Karlovy Vary-Otovice 362 32 tel./fax +420 35 3 56 10 83 mobil: +420 602 64 73 80 e-mail: [email protected] 11

www.ha-be.com

VD ORLÍK – ORLÍK DAM –

OPRAVA KONSTRUKCE SPORTOVNÍ PLAVBY REPAIR OF THE CONSTRUCTION OF THE SPORTS NAVIGATION ROUTE TOMÁŠ MÍČKA

A

JIŘÍ PECHAR

Článek v úvodu stručně popisuje vodohospodářské dílo Orlík a jeho celkové poškození po povodni v srpnu 2002. Podrobně popisuje obnovu plavebního zařízení na VD Orlík, které je určeno pro plavidla do 3,5 t, šířky 2,6 m, délky plavidla 8,5 m s ponorem do 1,15 m. Obnova byla řešena náhradou stávající konstrukce sportovní plavby konstrukcí novou. Stavba byla prováděna ve zcela nepřístupném svahu a betonáž byla prováděna ve sklonu 22°. In the introduction, this paper briefly describes the Orlík hydraulic structure and its overall damage after the flood of August 2002. In detail, it describes the renewal of the navigation facilities of the structure which is designed for vessels with a weight of up to 3.5 t, 2.6 m of width, 8.5 m of

Obr. 1 Situace Fig. 1 Situation

length and the draft of 1.15 m. The renewal was solved by means of replacement of the existing structure of the sport sail with a new one. The construction was performed in a totally inaccessible slope and the concreting was carried out in the gradient of 22°. Vodní dílo Orlík bylo vybudováno v letech 1956 až 1966 u obce Solenice na řece Vltavě v říčním km 144,70 (obr. 1). K hlavním účelům patří zajištění spádu a akumulace vody pro potřeby energetiky, nadlepšování průtoků pro vodárnu v Praze-Podolí a pro plavbu na Vltavě a Labi, retenční prostor nádrže zajišťuje čás12

tečnou ochranu před povodněmi a mezi další možnosti využití patří plavba, rekreace, vodní sporty a rybářství. Maximální zatápěná plocha nádrže je 2 732 ha, délka vzdutí na Vltavě je 68 km, na Lužnici 7 km a na Otavě, největším přítoku, 22 km. Vodní dílo tvoří tři hlavní části – těleso přehrady, vodní elektrárna a plavební zařízení.

novy turbíny hltnosti 4 x 150 m3/s. Vodní elektrárna pracuje se spády v rozmezí 44 až 70,5 m, celkový výkon generátoru je 364 MW. Na pravém břehu je umístěno plavební zařízení. Pro lodě o výtlaku do 300 t bylo při výstavbě vodního díla navrženo lodní zdvihadlo ve sklonu 22° a délky 190 m. Vybudována je pouze jeho stavební část. Souběžně s ním je umístěno plavební zařízení pro přepravu sportovních lodí. Sportovní výtah, tedy lodní zdvihadlo do 3,5 t, přepravuje lodě na plošinovém vozíku taženém elektrickým navijákem po kolejové dráze (obr. 2). Plošinový vozík nepřepravuje lodě s vodou. Loď Obr. 2 Stav před povodní v srpnu 2002 Fig. 2 Condition prior to flood in August 2002

Vlastní přehrada je přímá, tížná, betonová. Svou výškou přes 90 m se řadí na první místa mezi přehradami v České republice. Velké vody jsou převáděny třemi přelivy o šířce 15 m, hrazenými segmentovými uzávěry s hradící výškou 8 m. Celková kapacita přepadů je 2 184 m3/s. V osách bloků mezi přelivnými poli jsou umístěna dvě ocelová potrubí spodních výpustí o průměru 4 000 mm. Na návodní straně jsou výpusti hrazeny tabulemi, na vzdušním líci jehlovými regulačními uzávěry typu Johnson. Celková kapacita spodních výpustí při maximální hladině 353,60 m n. m. je 371 m3/s. Pod přelivy a spodními výpustmi je vývar délky 90 m, šířky 60 m a hloubky 5,25 m. Elektrárna je situována u levého břehu. V elektrárně jsou instalovány čtyři Kapla-

Obr. 3 Povodeň v srpnu 2002 Fig. 3 Flood in August 2002

je ve vozíku vyvázána a po kolejové dráze putuje na suchu. V nejvyšším místě lodního zdvihadla, na úrovni hydrotechnické koruny hráze, je točna, která vozík i s lodí přetočí o 180° a zahájí spouštění do horní, resp. dolní vody. Stavební konstrukce lodního zdvihadla je v délce cca 125 m na samostatném plošném betonovém základu, v délce cca 35 m na mostní konstrukci a ve zbylé délce cca 30 m je konstrukce umístěna v hrázovém bloku. Přes sportovní plavbu je možno přepravit lodě s maximální doporučenou délkou 8,5 m, šířkou 2,6 m a ponorem 1,15 m. Lodě jsou přepravovány bezplatně. Nejvyšší přehrada Vltavské kaskády s nej-


3/2006

větším objemem nádrže v době povodně v srpnu 2002 sehrála nejvýznamnější funkci při transformaci povodňové vlny a zároveň jejím průchodem nejvíce utrpěla. Při povodni došlo k přelití hydrotechnické koruny hráze, a tím k neřízenému proudění vody konstrukcemi plavebních zařízení (obr. 3), které pro tento účel nebyly vystavěny. Došlo k přelévání betonových žlabů malé i velké plavby a dynamickými účinky vody k vymílání, odplavení zeminy a porušení základové půdy pod betonovými konstrukcemi plavebních zařízení. Současně došlo k poruchám vlastních kolejnic, kotvení kolejnic, ocelových válců pro umožnění pohybu tažného lana a poruchám betonových konstrukcí. Mimo destrukci plavebního zařízení znamenalo převedení povodňového průtoku pro vodní dílo Orlík značná poškození břehů pod hrází, poškození vývaru a zničení příjezdových komunikací. Na přelivech byly dlouhodobým působením kavitačních jevů poškozeny povrchy betonů rozražečů. V hrázi došlo k poškození vnitř-

zatížení nosné konstrukce zejména v oblastech vetknutí do mezilehlých pilířů (přítomnost nepříliš běžné mostní stavby do povodně nebyla pro návštěvníka vodního díla patrná, neboť vlastní mostní konstrukce byla při výstavbě hráze zakryta v rámci dokončovacích prací zeminou), uvolnění kotvení kolejnic v oblasti dilatačních spar, hloubkové narušení betonových konstrukcí zejména v oblasti dilatačních a pracovních spar, obnažení základové spáry včetně jejího podemletí, zablokování či odtržení vodících válců, zanesení spodní části sportovní plavby naplaveninami. V neposlední řadě je třeba uvést poškození skalního podloží, jehož narušení si zaslouží širší rozbor. Ničivý živel odplavil zeminu v celém prostoru mezi sportovní plavbou a plavbou 300 t, resp. mezi sportovní plavbou a východním svahem. Tím se obnažilo skalní podloží (metamorfované vyvřeliny jílovského pásma ojediněle protknuté žilami lamprofyrů), ze kterého byly v méně soudržných partiích odplaveny celé části horniny a na mnoha dalších

covávané projektové dokumentace) • šířka konstrukce 3400 mm • sklon dráhy 22°, v horní části při průchodu tělesem hráze se sklon zmírňuje na 8° • rozchod kol vozíku 2420 mm (přední kola) a 3120 mm (zadní kola) • rozvor kol vozíku 3500 mm S ohledem na okrajové podmínky dané původní konstrukcí a místní terénní podmínky byl stanoven následující rozsah opravy sportovní plavby: • snesení stávajících kolejnic a jejich repase, odstranění jejich kotevních systémů • odstranění železobetonové konstrukce sportovní plavby včetně konstrukce mostního objektu; po vyjmutí výztuže byl vybouraný beton po patřičné granulaci využit zpět do zásypu obnaženého skalního masivu

Obr. 4 Poškození konstrukce sportovní plavby povodní Fig. 4 Damage of the structure of the sports navigation route by flood

místech byl horninový masiv významně narušen do velkých hloubek. Pro obnovení funkce plavebního zařízení byl zajištěn podrobný geologický (Stavební geologie, Geotechnika) a diagnostický průzkum předmětné části VD (Pontex, s. r. o.). Na základě průzkumů bylo po nezbytné analýze možných variant opravy rozhodnuto o náhradě stávající konstrukce sportovní plavby konstrukcí novou a zároveň o bezodkladném zahájení přípravy celkové opravy sportovní plavby, zejména s ohledem na stav obnaženého horninového masivu. Základní technické parametry konstrukce sportovní plavby (obr. 5): • délka povodní části 211 m (protivodní část do horní vody nebyla do opravy zahrnuta, byla však součástí zpra-

• odstranění základu konstrukce sportovní plavby včetně narušeného podzákladí v místě nejvíce narušeného skalního masivu v délce cca 30 m • odstranění zbytků veřejného osvětlení a inženýrských sítí zařízení hráze, které byly vedeny podél sportovní plavby • podchycení obnažených částí základové spáry konstrukce sportovní plavby a hrázových bloků • betonáž základů v oblasti narušeného skalního masivu • zabezpečení východního svahu podél sportovní plavby • betonáž konstrukce sportovní plavby a mostního objektu • betonáž základů a osazení stožárů veřejného osvětlení • hutněný zásyp obnaženého skalního

ního vybavení, měřících systémů a elektroinstalací. Při zatopení spodních prostor hráze vznikly velké škody na technologii elektrárny, jejíž kompletní zprovoznění bylo možné až na konci roku 2004. P O Š K O Z E N Í S P O R T O V N Í P L AV BY Při povodni došlo k závažnému poškození mnoha základních prvků nejen vlastní konstrukce, ale i konstrukcí souvisejících (obr. 4). Mezi části, které byly nevratně poškozeny, patřily zejména následující: pokles nosné konstrukce mostu v místě uložení na dva pilíře, a tím i neúměrné


3/2006

Obr. 5 Příčný řez novou konstrukcí sportovní plavby Fig. 5 Cross-section of the new structure of the sports navigation route

13

masivu včetně využití skrytých gabionových polštářů jako ochrany základů pilířů mostní konstrukce proti účinkům případného přelití hydrotechnické koruny hráze povodní • sanace ponechaných částí sportovní plavby a konstrukcí dotčených (konstrukce na dolní vodě a část sportovní plavby v místě průchodu hrází)

• zřízení nového systému odvodnění východního svahu, sportovní plavby a terénu v okolí sportovní plavby i plavby 300 t Na základě vypracované dokumentace zajistil investor stavební povolení a vypsal veřejnou obchodní soutěž na dodavatele stavby. Vítězem soutěže se stala firma Subterra, a. s.

Zpřístupnění staveniště bylo řešeno třemi způsoby: zřízením obslužné nezpevněné komunikace podél východní strany sportovní plavby, po které byl bouraný i těžený materiál, resp. nový stavební materiál přepravován pásovými bagry; postavením věžového jeřábu s výložníkem délky 70 m, který obsáhl cca 90 % staveniště a osazením vrátku v ose spor-

Obr. 6 a, b Betonáž jednoho z bloků nového žlabu sportovní plavby Fig. 6 a, b Concreting of one of the blocks of the new sports navigation channel

Obr. 7 Bednění pro možnost opakovaného použití Fig. 7 Formwork to be reused Obr. 8 Celkový pohled na stavbu Fig. 8 General view of the construction

Obr. 9 Betonáž pilířů mostní části sportovní plavby Fig. 9 Concreting of piers of the bridge part of the sports navigation route

• osazení repasovaných kolejnic pomocí diskontinuálního uložení umožňujícího výškovou i směrovou rektifikaci • uzemnění konstrukcí, montáž nových vodících válců • sanace nejvíce poškozených částí plavby 300 t, výměna nefunkčních schodišťových stupňů • zhotovení nového schodiště podél sportovní plavby z prefabrikovaných železobetonových dílců 14

Technologický postup prací této nesmírně zajímavé, ale i zároveň velmi složité stavby musel od začátku řešit mimo jiné tyto základní podmínky stavby: • provádění všech prací ve zcela nepřístupném svahu, z velké většiny na obnaženém skalním masivu • betonáž konstrukce sportovní plavby ve sklonu 22° (obr. 6) • zajištění východního svahu s obnaženým, značně rozvolněným skalním masivem.

tovní plavby, kterým byla přepravována zejména posuvná bednící konstrukce. Velkým problémem byla betonáž konstrukce sportovní plavby v daném sklonu. Základním konstrukčním prvkem je železobetonové monolitické koryto tvaru „U“ z betonu C 35/45 XF1 se ztužujícími příčníky. Při rozhodování o způsobu betonáže byla uvažována i varianta prefabrikované konstrukce, ale ta byla po zvážení všech kladů a záporů zamítnuta. Kon-


3/2006

strukce byla navržena jako monolitická z třiceti pěti dilatačních celků vzájemně propojených nerezovými trny pro jednoznačné vymezení jejich polohy. Betonáž proběhla ve třech etapách do posuvné bednící konstrukce speciálně navržené pro tuto stavbu ze systémových prvků ve spolupráci s firmou Peri (obr. 7). Před vlastní betonáží byl osazen kompletní armokoš jednoho dilatačního celku v max. délce 5 m. V první etapě byla betonována spod-

kužele okolo 180 mm. Při zhotovení bednění musely být řešeny problémy s výškovým zakřivením konstrukce sportovní plavby při plynulé změně sklonu konstrukce z 22° na 8° (obr. 11). Ve třetí etapě byly po přesunu betonážního vozíku betonovány ztužující příčníky. Požadavek na vynikající povrchovou kvalitu pomohly splnit plastové mřížky Zemdrain použité jako vložky do bednění. Betonáž probíhala i v zimním období ve vytápěném stanu.

ní kolejnic (obr. 12), ale i na pohledovou kvalitu (obr. 13). K zabezpečení východního svahu byl obnažený skalní masiv po odstranění narušené horniny zajištěn sítěmi stabilizovanými horninovými kotvami. Závěrem se sluší poděkovat všem zainteresovaným za zdárné dokončení tohoto výjimečného díla, které je připraveno sloužit provozovateli a veřejnosti mnoho desítek let.

Obr. 10 Dokončené pilíře mostní části sportovní plavby Fig. 10 Completed piers of the bridge part of the sports navigation route

Obr. 11 Výškově zakřivený most, přechod ze spádu 22° na 8° Fig. 11 Bridge curved in its elevation, transition from gradient 22° to 8°

Obr. 12 Pohled na dokončené dílo Fig. 12 View of the completed construction

Obr. 13 Celkový pohled na dokončené dílo Fig. 13 General view of the completed construction

ní deska kotvená do skalního podloží či základu pomocí chemických kotev Hilti HY 150. Spodní deska byla betonována bez záklopu a pro její betonáž byla ve spolupráci s dodavatelem betonu TBG Příbram navržena betonová směs s výrazně omezeným vodním součinitelem a husté konzistence (sednutí kužele 90 mm). V druhé etapě byly betonovány oba podélné trámy. Ty byly už betonovány se záklopem a betonová směs byla hutněna otvory vynechanými v horním líci trámů příložnými i ponornými vibrátory. Pro tuto etapu byla navržena betonová směs výrazné tekutosti se sednutím

Je nutno poznamenat, že kvalita provedení konstrukcí splnila očekávání všech zúčastněných a dodržela přísné požadavky projektu nejen na geometrickou přesnost zejména s ohledem na osazeProjektant stavby Hlavní geolog Generální dodavatel Subdodavatel mostní konstrukce sportovní plavby Subdodavatel sanace betonových konstrukcí Investor Celkové náklady


Pontex, spol. s r. o. Ingeo, s. r. o. Subterra, a. s. Hobst, a. s. Betosan, s. r. o. Povodí Vltavy, s. p. cca 43,6 mil. Kč 3/2006

Akce byla hrazena z dotace MZe ČR, na odstranění škod po povodni v roce 2002. Ing. Tomáš Míčka Pontex, s. r. o. Bezová 1658, 147 14 Praha 4 e-mail: [email protected] tel.: 244 062 244 Ing. Jiří Pechar Povodí Vltavy, státní podnik Holečkova 8, 150 24 Praha 5 e-mail: [email protected] tel.: 221 401 462

15

TRVANLIVOST

BETONOVÝCH BAZÉNŮ DURABILITY OF CONCRETE SWIMMING POOLS B O H U M I L Š ŤA S T N Ý Trvanlivost betonu je dána způsobem provádění a dodržováním technologických postupů. Důsledky nekázně jsou patrné z několika následných příkladů. Durability of concrete depends upon quality and technological maintenance. Results of insubordination are marked in few samples.

Beton resp. železobeton jako materiál pro budování nádrží na vodu, potažmo plaveckých bazénů, je oblíben již přes sto let a lze jej tedy bez nadsázky z tohoto pohledu označit jako materiál tradiční. Na počátku jeho používání bylo určité okouzlení možností formovat vlastně umělý kámen, ale nejen to. Důležitou roli hrála jistě v porovnání s přírodním kamenem i nižší cena nebo možnost realizace větších či tvarově náročnějších objektů. Bezesporu žádaná je jeho schopnost zadržet a nepropustit vodu stejně tak jako tvrdnout pod její hladinou. V posledních letech se však hodně změnil účel využití bazénových provozů, které již neslouží k pouhému zlepšení a udržení kondice, ale především k odpočinku a relaxaci. Některé z těchto změn s sebou přináší i negativa v podobě zvýšených nároků na materiály, které se při výstavbě bazénů používají. Příkladem je zvyšující se teplota, více návštěvníků, a s tím i vyšší množství dávkovaných chemikálií, které se uvolňují z vodní hladiny do ovzduší za pomocí různých vodních atrakcí. Skluzavky, fontánky, chrliče, masážní trysky, vlnobití, vodní kanály, vodní děla apod. podstatně zvyšují vlhkost vzduchu a tvorbu vodního aerosolu.

návrh betonových a ostatních konstrukcí prováděn vždy společně s technologemvodařem. Spolupráce jednotlivých inženýrských profesí je v případě návrhu bazénu nezbytná. T E P L O T A A R E L AT I V N Í V L H K O S T Teplota vody v bazénu a okolního vnitřního prostředí se mění společně se současným trendem a s požadavky na využívání volného času a pobytu v bazénu. Pryč jsou ty doby, kdy byla teplota vody kolem 26 °C a vzduch dosahoval max. 28 °C. Současná teplota vody dosahuje hodnot přes 32 °C. S teplotou vody se pohybuje i teplota vzduchu, která by měla být cca o 1 až 3 °C vyšší oproti teplotě vody v bazénu. S vyšší teplotou narůstá vypařování vody a zvyšuje se relativní vlhkost vzduchu a množství těkavých látek, které způsobují korozi konstrukcí a prvků bazénu. Navrhovaná relativní vlhkost vzduchu by měla být cca 50 až 70 %. Vyšší hodnoty vedou ke kondenzaObr. 2 Narušení betonu vlivem agresivního prostředí Fig. 2 Erosion of concrete by reason of aggresssive surroundings

POUŽÍVANÁ Č I N I DL A Úprava bazénové vody není jednoduchá záležitost a musí jí být při návrhu věnována podstatná péče. Používáním celé řady chemikálií, které slouží k dezinfekci vody, úpravě pH a koagulaci vznikají při reakci se znečištěním v bazénu vedlejší produkty (chloramíny, chloridy apod.), které se šíří vzduchem a vodním aerosolem do celého prostoru bazénu. Dochází k usazování těchto látek na okolních konstrukcích, které jsou postupně a skrytě narušovány. Některé způsoby úpravy vody (elektrochlorace) v sobě zahrnují velké koncentrace solí dosahující až 5 000 mg/l. Šíření těchto látek v bazénovém prostoru napomáhají zvláště zmíněné atrakce, které významnou měrou přispívají i k tvorbě vyšší relativní vlhkosti. Proto musí být Obr. 1 Některé z používaných atrakcí, které zvyšují vlhkost vzduchu Fig. 1 Some of using attractions that increase humidity

16


3/2006

ci na chladnějších částech budovy zvláště během ochlazování v noci. Výsledkem je narušování materiálu, na kterém došlo ke kondenzaci vodních par. VLASTNOSTI BETONU Existuje celá řada velmi fundovaných prací, které se zabývají studiem betonu jako materiálu a jeho odolností v různých nepříznivých podmínkách. Rovněž poměrně rozsáhlý je materiál o statickém, resp. i dynamickém chování konstrukcí, především tzv. nosných, členěných obvykle podle způsobu namáhání na tlačené, ohýbané atd. Již méně frekventovanou je problematika stavebně fyzikální, kdy konstrukce, např. plošná, působí také jako dělicí prvek mezi různými prostředími na obou stranách. Úspěšný, tzn. efektivní, návrh a posouzení konstrukce z hlediska trvanlivosti je podmíněn dobrou znalostí nároků na ni kladených v horizontu její požadované funkčnosti. Je zřejmé, že možnosti reálného předpokladu, např. mechanického zatížení, jsou poměrně dobré, zatímco např. vývoj prostředí už je parametrem hůře uchopitelným. O trvanlivosti konstrukce se rozhoduje již v počátku jejího návrhu, svůj díl přinese i postup realizace či údržba během provozu. Namáhání od vypouštění, napouštění, od střídavé teploty v prázdném či plném stavu, to jsou rozhodující faktory pro životnost betonového bazénu. Při uvedeném namáhání je totiž konstrukce bazénu vystavována např. ohybu opačného smyslu ve stejném průřezu, nerovnoměrnému účinku teploty na obou površích, promrzání stěn nebo i dna při vypuštěném venkovním bazénu apod. Z uvedeného je zřejmé, že betonový bazén je poměrně náročná konstrukce, kterou je třeba dimenzovat na řadu Obr. 3 Detail špatného hutnění kolem trubních rozvodů Fig. 3 Detail of poor flotation around pipes

provozních stavů, pečlivě zvážit způsob a postup výstavby, stejně jako provedení veškerých detailů. Vždyť jeho specifikem je samozřejmý požadavek na vodonepropustnost bazénu jako celku, přičemž kapalné fázi vody stačí k úniku trhlinka o šířce 0,1 až 0,2 mm. Podívejme se v tomto úhlu pohledu na beton jako materiál. Vzniká zatvrdnutím směsi cementu, kameniva, vody a často i některých přísad. Konečná hmota není zcela hutná, obsahuje póry po nadbytečné záměsové vodě, mezery formované mj. např. vzduchovými bublinami, trhlinky od rozdílných objemových změn tvrdnoucích složek, rozdílné teploty jádra a povrchu při hydrataci atd. Kvalita výsledku tedy výrazně závisí na složení betonové směsi, jejím vodním součiniteli, způsobu zpracování a ošetření v době tuhnutí a tvrdnutí. Zatvrdlý systém není dlouhodobě zcela stabilní, neboť např. obsahuje určitý podíl vodou rozpustných částí, které se při kontaktu s ní mohou vyluhovat a ve formě roztoků opustit pevnou strukturu zatvrdlého betonu, tzn. i zanechat za sebou volné prostory pro únik vody nebo atak navazujících částí agresivními vodnými roztoky, či rozpínajícím se ledem. Přihlédneme-li dále k tvaru prováděné konstrukce, je nasnadě nutnost zohlednění postupu výstavby, obvykle např. dno a potom stěny, což se projeví mj. vázaným smrštěním nových částí na styku se staršími. Samotná existence pracovních spár u větších objektů vede k nutnosti řešit jejich polohu, tvar a popř. dodatečné dotěsnění. Ještě markantnější jsou nároky při řešení dilatační spáry, která má i do budoucna umožňovat uvolnění nadměrné napjatosti konstrukce vzájemným pohybem jejích částí, a to vše při zachování těsnosti bazénu. Zkušenost nám ukazuje, že hlavní vstupní bránou do konstrukce jsou její diskontinuity, tedy póry a trhliny, nikoli tedy schopnost průchodu agresivních látek přímo betonem samotným. Na formování těchto cest máme možnost působit ve stavu návrhu tvaru, vyztužení a rozměrů průřezu, při vlastním návrhu složení směsi, postupu betonáže, ošetření hotové konstrukce a nakonec i při eventuální volbě systému sekundární ochrany. Pro životnost betonu je důležité omezit migraci vody skrze něj. Dlouhodobě optimální se jeví uchování trvale mírně zvýšené vlhkosti, s výjimkou částí vysta-


3/2006

Obr. 4 Detail průsaku dilatační spáry Fig. 4 Detail of expansion joint leakage

vených účinku mrazu. S určitou mírou nadsázky je možno beton jako pórovitý materiál porovnat v tomto ohledu se dřevem. Střídavé vlhnutí a vysoušení zde nemá za následek biologickou degradaci, ale postupný mechanický rozpad. Budeli tedy betonová konstrukce v prostředí, které jí bude odjímat vlhkost, bude se zmenšovat oblast původní vlhkosti v jádře průřezu a napětí mezi touto částí a povrchem povede k rozvoji trhlin v povrchové zóně. Jestliže za této situace bude mít konstrukce z jedné strany zdroj vlhkosti, bude míra poškození druhého povrchu závislá na intenzitě prostupu vody a při vyšší rychlosti transportu dojde k poškození betonu vyluhováním. Vyluhování a průsaky se nejvíce vyskytují kolem různých prostupů do bazénové vany. Ačkoli je beton často laicky považován za prakticky nezničitelnou hmotu, ve velké části produkovaného objemu tomu tak zdaleka není a naše lidská kopie přírodou stvořených hornin v mnohém pokulhává za svými přírodními vzory. Proto myslím bude rozumné Obr. 5 Trhlinky kolem prostupu Obr. 5 Cracks around a feed

17

Obr. 6 Detail poškození horní hrany bazénu Fig. 6 Detail of wrong swimming pool border

hodnotit střízlivě možné parametry včetně trvanlivosti a tam, kde je to technicky možné, betonové konstrukce odpovídajícím způsobem i chránit, neboť se to většinou ukáže i jako řešení ekonomické. Jak bylo naznačeno výše, je vyluhovatelnost slabinou obyčejného betonu, kterou lze dnes odstranit úpravou složení směsi např. přídavkem mikrosiliky. Její hydratací spolu s cementem se pak formují nerozpustné hydratační minerály. Takto upravená je dnes většina kvalitních reprofilačních (správkových) hmot. Když máme dlouhodobě odolný beton, musíme se postarat o veškeré detaily konkrétně tvarované nádrže. Znamená to návrh správného postupu provedení a následně pak polohy i tvarové úpravy pracovních spár. Uvnitř elementů vytvářených v jednom pracovním záběru musíme dbát na opatření k řízenému smrštění (jalové spáry), abychom omezili na minimum nepříjemnou napjatost konstrukce v době zrání. Zde je třeba uvažovat i o tuhosti nádrže včetně právě spár, aby nedošlo k jejich otvírání např. při

napouštění vody. Mnoho lze dosáhnout správným vyztužením, ale někdy u poddajných konstrukcí nezbývá než sáhnout k elastickému řešení těchto partií systémy sekundárními. Máme již k dispozici velmi houževnaté povrchové systémy, vysoce elastické v širokém teplotním rozmezí, které nikterak neomezí konstrukci nádrže v jejích pohybech, přičemž si spolehlivě zachovají kontinuitu vrstvy a tedy i těsnost bazénu. Jedná se např. o polyurethany, epoxy-urethany apod. Homogenní konstrukce je výhodná i z hlediska např. tepelně-fyzikálního chování, protože nevytváří různé difúzní bariéry atp. Specifikem venkovních bazénů je pak často i nezbytnost ochrany jejich železobetonových konstrukcí proti účinku vody zvenčí. Zde např. použití modifikovaného betonu eliminuje nutnost hydroizolační vrstvy z obou stran stěny. Jejich provádění často v minulosti přispělo k poruchám horních částí bazénových stěn, kde vznikla kumulace kondenzátu a následná poškození mrazem. Optimálně opravený bazén vyžaduje následnou správnou provozní údržbu, která je také podmínkou trvanlivosti. P O V R C H O VÁ Ú P R AVA Snad nejčastěji užívaná povrchová úprava obkladem, mívá problémy v tomto ohledu hlavně u venkovních bazénů. Jde tu o nedostatečnou elasticitu lepicích tmelů i spárovacích hmot, zejména v kritických detailech a za nízkých teplot. Mechanicky tradované postupy včetně tzv. dilatačních celků velmi často selhávají. Problémy přinášejí i dutiny pod obklady, které by zde neměly být v žádném případě. Ani vnitřní bazény nejsou v tomto ohledu bezproblémové. V poslední době se těší oblibě systémy z různých fólií, plošně nepřipojených. Jejich použití je problematické právě tou plošnou dutinou. Dochází zde ke kondenzacím, průsakům zvenčí apod.

M O Ž N O S T I O P R AV Systém opravy by měl odpovídat typu a rozsahu poškození. U železobetonových konstrukcí jde ve většině případů o korozi výztuže s následnou destrukcí krycí vrstvy. Sanace takového stavu je dnes již standardním problémem. Nejprve jsou odstraněny nesoudržné části betonu a mechanicky je očistěna výztuž. Dále pak následuje otryskání vysokotlakým vodním paprskem, doplnění oslabené armatury, její pasivace a reprofilace správkovými hmotami, ve větším objemu i modifikovaným betonem. Aby byly minimalizovány možnosti budoucích problémů, je z důvodu komplikovaného spolupůsobení nanejvýš žádoucí minimalizovat i počet dalších vrstev v průřezu bazénové konstrukce. Znamená to např. upřednostnit elastické povrchové stěrkové systémy, které plní funkci hydroizolace i mechanické ochrany povrchu bazénu. Tam, kde je třeba použít vrstev více, např. obklad horní části stěn a žlábku, je nutno pečlivě volit typy hmot s ohledem na jejich slučitelnost, vzájemné přenosy napětí a možnosti spolupůsobení obecně. Důležitá je vhodná volba čisticích prostředků, frekvence a způsob jejich použití a volba prostředků k chemické úpravě vody, fungicidů atp. V době životnosti je pak nutno dbát na opotřebení jednotlivých částí, včas je opravovat nebo nahrazovat, aby se tak předešlo rozvoji poškození, které by vedlo k nutnosti zbytečně velkých, ba i konstrukčních oprav.

Ing. Bohumil Šťastný, Ph.D. Fakulta stavební ČVUT v Praze Katedra zdravotního a ekologického inženýrství Thákurova 7, 166 29 Praha 6 tel.: 224 354 403 e-mail: [email protected]

Obr. 7 Detail průsaku kolem prostupů Fig. 6 Detail of leakage around feeds Obr. 8 Detail poničené dlažby dna bazénu Fig. 8 Detail of wrong poolbed pavement

18


3/2006

CIFA

NA VÝSTAVĚ

INTERMAT

Italská firma CIFA SpA, zastupovaná na českém a slovenském trhu společností AGROTEC a. s., Hustopeče je předním světovým dodavatelem všech technologií potřebných pro výrobu a zpracování betonu. Myšlenky a etické principy společnosti tvoří jádro jejího úspěchu od vzniku firmy v roce 1925. Systém hodnot a organizace, nazývaný „CIFA System” slouží k neustálé kontrole postavení firmy na trhu a to jak na úrovní národního leadra stejně jako na mezinárodní úrovni, kde je také v sektoru výroby a zpracování betonu dobře známým jménem. CIFA je ideálním partnerem jak pro malé betonářské firmy, tak i pro velké nadnárodní společnosti s komplexní a diverzifikovanou nabídkou dodávek, která je schopná pružně reagovat na rozdílné požadavky trhu. Každý stroj nebo betonárka nabízí uživateli vysokou užitnou hodnotu, vzniklou sloučením zkušeností, dlouhodobého vývoje, pečlivosti a přesvědčení všech zaměstnanců firmy. Technologie, dodávaná firmou CIFA je výsledkem dlouhodobého vývoje a zkušeností, vedoucích k řešením nabízejícím lepší provozní výsledky a lepší výkon spolu s maximální pozorností věnovanou bezpečnosti provozu a pracovnímu prostředí operátora. V souladu s touto podnikovou filozofií CIFA představila na letošní pařížské výstavě Intermat expozici věnovanou technologii pro výrobu a zpracování betonu. Na venkovní ploše představila svou ucelenou výrobní řadu, plnou nových výrobků, pocházejících z jejich vývojových pracovišť. V článku se zaměřím pouze na několik novinek, další pak představíme v některém z dalších čísel. DOMÍCHÁVAČE Nejnovější řada domíchávačů CIFA „SL” je syntézou zkušeností a nových technologií. Stroje byly

zcela přepracovány jak z pohledu použitých materiálů, tak z hlediska geometrického objemu bubnu a všech důležitých komponent. Mezi cíle projektu patřilo výrazné snížení hmotnosti domíchávače. Nový buben, splňující normu DIN 459-1 je dnes na špičce ve své kategorii z pohledu kapacity. Použité materiály zaručují vysokou otěruvzdornost, dlouhou životnost a nižší hmotnost. Konstrukční změny se nevyhnuly základnímu rámu a zadnímu uchycení bubnu, kde bylo použito vysokopevnostních ocelí. Konstrukce nejenže snížila hmotnost, ale současně umožnila lepší přístup k důležitým uzlům stroje, což zlepšuje možnosti údržby a čištění. Zjednodušení konstrukce se podařilo dosáhnout také díky využití nových komponent jako chladič oleje s vestavěnou olejovou nádrží a novou hydrostatickou jednotkou s nejnovější genera-

PAŘÍŽI 2006

V

cí systému CSD s elektronickým ovládáním. Řada SL nyní nabízí modely SL7 a SL8, které jsou odvozeny z prvního modelu SL9. ČERPADLA

BETONU

NA

AUTOMOBILOVÉM

PODVOZKU

Revoluci v dopravě a čerpání betonu způsobila myšlenka firmy CIFA z počátku 70. let. Na letošním Intermatu se představil nový model vycházející z této původní myšlenky, Magnum MK28L, kombinace domíchávače a čerpadla betonu na jednom podvozku. Stroj, který je proti předchozí verzi kompletně inovován, se vyznačuje zejména následujícími charakteristikami: • celkové snížení hmotnosti jak ramene, tak celého stroje při zvýšení tuhosti celé sestavy • výhodnější využití prostoru pro zapatkování stroje při použití nového konstrukčního řešení předních i zadních patek • možnost zabudování osvědčené čerpací jednotky PB607 nebo zcela nové PB807 s S-ventilem 7“ ČERPADLA

BETONU

S

VÝLOŽNÝM

RAMENEM

NA AUTOMOBILOVÉM PODVOZKU

Optimalizace výkonu a produktivity, včetně jednoduché a ergonomické obsluhy, a současně snížení hmotnosti – to byly faktory, které si firma vytyčila pro další vývoj svých produktů v tomto segmentu. K 41 X R Z Rameno o délce 41 m s 5 sekcemi, průměrem potrubí 125 mm a systémem skládání ramene „Z”. Konstrukce je zaměřena na zvýšení pevnosti a snížení hmotnosti, přední patky typu „X”, celkově nové řešení montáže čerpadla na podvozek s lepším rozložením hmotnosti na nápravy. Nová konstrukce výložného ramene a potrubí s větším poloměrem jsou rovněž na první pohled viditelné změny.

ALE

ABSOLUTNÍMI NOVINK AMI , PŘEDSTAVE-

NÝMI V

PAŘ ÍŽI

B Y LY :

C I FA K 37L • rameno o délce 37 m s 5 sekcemi, průměrem potrubí 125 mm a systémem skládání „RZ”, přední patky typu „X” a zadní výklopné patky vyžadují plochu 7200 x 7000 mm • výhodou je možnost montáže na tří nebo čtyřosý podvozek • písmeno „L” v názvu stroje označuje lehkou konstrukci, pro montáž na tříosý podvozek je požadovaný rozvor podvozku 4 100 mm • osazení čerpací jednotkou s otevřeným hydraulickým okruhem a zdvihem 2 000 mm Čerpadlo betonu, označované za „menšího bratra K41”, které může být namontováno na menší pod-


3/2006

vozek a vyžadující menší plochu pro zapatkování. CIFA K52L Čerpadlo o délce ramene 52 m se vyznačuje zcela novým ramenem se systémem skládání „RZ” a využívá prostor nad kabinou podvozku. Plocha pro zapatkování stroje je jen o málo větší než pro čerpadlo K48. Přední teleskopické patky typu „X” a zadní výklopné patky umožňují snadnou obsluhu a rychlou přípravu stroje k práci. Co však určitě upoutá pozornost je možnost montáže na čtyřosý podvozek se standardním rozvorem a celkovou hmotností menší než 44 t (přední nápravy 9+9 t, zadní nápravy 26 t). Největší změnou je však maximální délka stroje, který je nyní kratší než 12 m. Verze čerpadla pro montáž na pětiosý podvozek, odvozená z této verze, se pak liší pouze přidanou pátou osou, přičemž celková hmotnost je menší než 48 t a maximální délka je kratší než 12 m. Stroj vyniká svými manévrovacími schopnostmi a příjemným řízením. Mezi hlavní technické specifikace patří: • rameno se 6 sekcemi, extrémně kompaktní a robustní, s vysokou provozní spolehlivostí a přesným ovládáním při sníženém chvění a jednodušší údržbou • smíšený systém otevírání ramene „RZ” zajišťující velkou operační pružnost s rychlým pohybem ramene • možnost osazení čerpacími jednotkami s otevřeným nebo uzavřeným hydraulickým okruhem • standardně dodáváno s elektronickým systémem řízení stability čerpadla „K-Tronic”, systém zaručuje konstantní stabilitu stroje, zvyšuje bezpečnost práce stroje a poskytuje operátorovi užitečné informace o funkcích stroje a potřebné údržbě • rádiové dálkové ovládání a pohotovostní ovládání s kabelem, oba systémy s úplným proporcionálním ovládáním

Současně s těmito stroji představila CIFA i nový model mobilní betonárky COMPACT EASY, nový model stroje pro stříkaný beton CIFA CSS 3, který je mimo jiných vylepšení vybaven ramenem se 3 sekcemi a novým věžovým výložníkem typu „KT”, vycházejícím z ramen výložníků původem z automobilových podvozků. Všechny novinky představíme českým a slovenským zákazníkům ještě v průběhu letošního roku a těm, kterým jsme se nevěnovali podrobněji v tomto článku, bude věnován článek příští. Ing. Jaroslav Dudr AGROTEC a.s. Zastoupení CIFA pro ČR a SR www.cifa.cz, [email protected]

19

VÝSTAVBA

M O N O B LO K U F A K U LT Y ST R O J N Í A F A K U LT Y ELEKTROTECHNICKÉ V PRAZE-DEJVICÍCH C O N ST R U C T I O N O F A M O N O B LO C K O F T H E FAC U LT Y O F M E C H A N I C A L E N G I N E E R I N G A N D T H E FAC U LT Y O F E L E C T R I C A L ENGINEERING IN PRAGUE-DEJVICE PETR VORLÍK Dejvický areál ČVUT vždy zaujímal v českém duchovním i hmotném prostoru významné místo. Zasloužil se o ně nejenom úctyhodným počtem absolventů, dlouholetou tradicí nebo strategickou polohou v blízkosti Pražského hradu, ale i jako osobitý doklad vývoje československé architektury dvacátého století. Výstavbu vysokoškolského areálu lze rozdělit na dvě samostatné fáze – velkorysý ale konzervativní meziválečný koncept a rafinovanou dostavbu v šedesátých a sedmdesátých letech. Nejzajímavějším objektem areálu je bezesporu monoblok Fakulty strojní a Fakulty elektrotechnické. The Dejvice complex of the Czech Technical University in Prague has always been of major importance for the Czech spiritual, as well as material space. It has earned this position not only by an imposing number of the university‘s graduates, long-term tradition and strategic location in the vicinity of

the Prague Castle, but also as an original evidence of the development of Czechoslovak architecture of the 20th century. The construction of the university complex can be divided into two separate stages, including a monumental, but conservative inter-war concept and an ingenious construction completion in the 1960’s and 1970’s. The monoblock of the Faculty of Mechanical Engineering and the Faculty of Electrical Engineering is undoubtedly the most interesting building of the complex. MĚSTSKÁ

Č T V RŤ , V Y S O KO Š KO LS KÝ

A R E Á L A P OVÁ L E Č N É P E R I P E T I E

Urbanistický koncept nové městské čtvrti Dejvice vyvolával rozporuplné reakce jistě už ve dvacátých letech. Soutěž na regulaci Letenské pláně a severozápadního sektoru Velké Prahy vypsala Státní regulační komise pro Velkou Prahu a okolí. Antonín Engel se proto jako člen komise nemohl zúčastnit a podal svůj návrh mimo soutěž. Zakázku na regulaci Dejvic a BuObr. 1 První etapa, monoblok, úvodní projekt, perspektiva Fig. 1 The first stage, monoblock, preliminary design, perspective view

Obr. 2 První etapa, monoblok, zadávací projekt, podélný řez Fig. 2 The first stage, monoblock, design development document, longitudinal section

20

benče, která tehdy u nás neměla svým rozsahem obdoby, přesto získal. Generální projekt vypracoval v letech 1922 až 1924 a ve snaze vytvořit nadčasové, obecně platné dílo se uchýlil k zastaralé a poněkud konvenční koncepci blokové městské zástavby s radiálně okružní sítí ulic a centrálním náměstím ve tvaru podkovy [1]. V roce 1923 bylo rozhodnuto, že výseč při severozápadní straně náměstí bude sloužit Českému vysokému učení technickému. Stát zakoupil pozemky a Engel vyhotovil detailní regulaci vysokoškolského areálu. Z podrobnějších studií školních budov zpracovaných profesory ČVUT byly však v meziválečném období realizovány pouze dva bloky – Vysoká škola chemicko-technologického inženýrství (Severin Ondřej, 1925 až 1933) a blok Vysoké školy zemědělské a lesnické s Fakultou architektury a pozemního stavitelství, částí Fakulty stavebního inženýrství a Zkušebním ústavem konstrukcí profesora Kloknera (Theodor Petřík, 1929 až 1937). Pokračování výstavby zarazila celosvětová hospodářská krize, druhá světová válka a patrně i opakované námitky odborné veřejnosti, která tvrdila, že zvolený systém uzavřených bloků je pro budovy vysokých škol technického zaměření naprosto nevhodný. V roce 1947 proběhly na jednotlivých fakultách revize předválečných projektů a v lednu 1948 bylo ministerstvem vyzváno šest členů profesorského sboru k vypracování orientačních studií celého areálu ČVUT za účelem „přezkoušení dosavadního způsobu výstavby“. O týden později byly nové náměty prezentovány na mimořádné schůzi Vysoké školy architektury a pozemního stavitelství. František Čermák, bývalý student a asistent Antonína Engela, už tehdy ve svém návrhu [2] nahradil strnulost uzavřených městských bloků volnějším náznakem „hřebínku“. Celkově tato iniciativa potvrdila podezření, že při dostavbě dejvického areálu je nejenom možné, ale i výhodné méně striktně dodržovat původní gene-


3/2006

Obr. 3 První etapa, monoblok, definitivní řešení, půdorys 1. patra Fig. 3 The first stage, monoblock, final design, layout of the 1st storey

rální plán. Přirozeným vyústěním napjaté situace mohla být jedině architektonicko-urbanistická soutěž, na jejíž vypsání si ale muselo ČVUT ještě pár let počkat, protože pozemky na Vítězném náměstí byly v padesátých letech vyhrazeny pro budovu Ústředního domu armády (ÚDA) [3, 4]. SOUTĚŽ,

KONCEPCE HŘEBÍNKOVÉ

P Ů D O RY S N É ST R U KT U RY

V soutěži na dostavbu areálu ČVUT z let 1957 až 1958 byl zásadním kritériem způsob, jakým se jednotlivé návrhy vyrovnaly s protikladnými požadavky na respektování prvorepublikového konceptu Antonína Engela a zároveň naplnění podmínky soudobé, moderní architektury. Dostavba areálu ČVUT se měla stát vlajkovou lodí naší architektury a jistě není bez zajímavosti, že většina z jedenácti odevzdaných soutěžních návrhů [5] už byla oproštěna od dogmat socialistického realismu – pouhé čtyři roky po tendenční soutěži na ÚDA a ve stejné době, kdy Karel Prager projektoval proslulý Ústav makromolekulární chemie nebo kdy byl veřejnosti představen Československý pavilon na EXPO 58 v Bruselu od autorské trojice Cubr – Hrubý – Pokorný, který je obecně považován za klíčový zlom, symbol šťastného obratu v dějinách československé poválečné architektury! Zapomnění, které areál ČVUT neprávem provázelo, zřejmě souvisí především s délkou výstavby. V době, kdy bylo možno hotovou realizaci prezentovat, totiž už ztratila na své aktuálnosti a údernosti. Snaha vyhovět nejasným soutěžním podmínkám a přehnaný respekt k Antonínu Engelovi vyústily u většiny návrhů v nevyváženou, nejednotnou koncepci, pohybující se zpravidla na rozhraní mezi blokovou a volnou zástavbou. A právě

v tomto srovnání naprosto zřetelně vyniká vítězný návrh, osobité, nekompromisní řešení čtveřice Čermák – Paul – Hladík – Liberský, kteří neváhali opustit „bezpečné vody“ blokové městské zástavby a proti historizující Engelově kulise postavili v celé ploše areálu chladný kalkul hřebínkové půdorysné struktury. Velkou výhodou pro vítězný kolektiv byla předchozí zkušenost Františka Čermáka s dejvickým areálem i pionýrské Čermákovy a Paulovy práce z meziválečných let, resp. jejich dlouhodobý zájem o problémy funkčního členění složitých souborů budov (např. projekt fakultní nemocnice v Praze na Karlově, 1939 až 1945). Z vysokoškolského areálu-objektu se v jejich pojetí stal pragmaticky uspořádaný stroj na výuku, velkokapacitní „výrobna“ inženýrů, tolik potřeb-


ných ve společnosti, která veřejně proklamovala směřování k lepším, průmyslovějším zítřkům. Autorům se přesto podařilo i při volné zástavbě udržet původní formování městských prostorů a linií, které zároveň obohatili o nové prvky – rytmus, rafinované průhledy a bohatství parkově upravené zeleně. Docílili také kultivované rovnováhy mezi důsledným dispozičním uspořádáním, konstrukcí, estetikou a řešením detailů. Po letech se tak alespoň částečně naplnil ideál avantgardy: „forma sleduje funkci“. Přes energické Engelovy protesty [6] o deformování nadčasového konceptu módním výstřelkem byly projektové práce zahájeny už roku 1958. Úvodní a zadávací projekt první etapy [7] vypracoval Státní ústav pro projektování výstavby hl. m. Prahy (autoři František Čermák, Gustav Paul, hlavní architekt Vladimír Hladík), prováděcí projekt Armabeton. DISPOZICE A KONSTRUKCE

Koncepce monobloku Fakulty strojní a Fakulty elektrotechnické vycházela prakticky bezezbytku ze soutěžního návrhu. Důsledné segregace provozů, při zachování minimálních docházkových vzdáleností, docílili autoři členěním objektu na páteřní osu (chodba, posluchárny), kolmá křídla kateder do dvora a o půl pole posunutá kolmá kříObr. 4 Hrubá stavba Fig. 4 Carcassing 3/2006

21

Obr. 5 Velká posluchárna Fig. 5 Large lecture hall

Obr. 6 Největší posluchárna Fig. 6 The largest lecture hall

Obr. 7 Bednění stropu velké posluchárny Fig. 7 Formwork of the ceiling of the large lecture hall

dla rýsoven do hlavní třídy (obr. 1 až 3). Hlavní vertikální komunikace a sociální zařízení situovali logicky v místě křížení, podružné na koncích křídel. Volněji tvarované hmoty velkých poslucháren jsou vloženy mezi křídla rýsoven a působí téměř jako solitéry. Halové laboratoře byly situovány v samostatném přízemním objektu za hlavní budovou (popis okolností jejich výstavby i konečné podoby však překračuje rámec tohoto textu). Hlavní nosnou strukturu monobloku tvoří železobetonový monolitický skelet s vyzdívkami. Vzhledem ke značným rozměrům, rozdílným výškám a podmínce proudové výstavby musel být rozdělen v podélném směru na dílčí dilatační celky, shodné s členěním na jednotlivá křídla. Monoblok je založený na betonových patkách provázaných po obvodu pasem; obvodové stěny suterénu tvoří monolitický železobeton. 22

Obr. 8 Zatěžkávací zkouška Fig. 8 Loading test

Obr. 9 Bednění pilíře skeletu Fig. 9 Formwork of the abutment of the skeleton

Zajímavou konstrukční novinkou byly hladké deskové stropy příčných křídel se skrytými hřibovými hlavicemi (o tloušťce 200 mm, s podélným rozponem

mezi sloupy 5 m a příčným 5,4 x 3 x 5,4 m) a zabetonovaným topením Crital. Zkušební makety stropů byly provedeny na jaře roku 1960 na dvoře Kloknerova výzkumného ústavu. Spojovací křídlo s většími rozpony (7,4 x 3,6 m) a rozdílnou konstrukční výškou (posluchárny na 1,5 podlaží) má jednodušší stropy žebrové. Specifickou konstrukci mají „solitéry“ velkých poslucháren – přestože jejich hmota působí na první pohled kompaktně, ve skutečnosti byla provedena rovněž jako skelet s vyzdívkou a stupňovité žebrové stropy poslucháren jsou vynášeny mohutnými průvlaky po obvodu (obr. 5 až 8). Bednění bylo provedeno u atypických prvků a stěn truhlářsky z řeziva přímo na stavbě, ale u převažujících rovných ploch stropů se rovněž uplatnila novinka – desky z aglomerovaného dřeva podepřené teleskopickými nosníky. Samostatně stojící sloupy kruhového a čtvercového


3/2006

průřezu byly bedněny typovými prvky (obr. 9). František Čermák napsal [8]: „Při posuzování a schvalování (pozn.: zadávacího) projektu byl znovu zvlášť zdůrazněn fakt, že celkový úspěch výstavby obou fakult nelze vidět jen v progresivitě projektu, ale především v progresivitě výroby. Proto pro řešení průčelí souhlasně s návrhem projektu bylo rozhodnuto použít celostěnových panelů z lehkých kovů a lehkých isolačních chemických hmot a bylo doporučeno provést vnitřní příčky podle možností jako montážní, přemístitelné a uzpůsobené i pro instalační rozvody. Dále bylo při schvalování zdůrazňováno, že je nutné celou výstavbu ČVUT řešit jako representanta technického pokroku alespoň na té úrovni, která byla dosažena v době dohotovování projektu.“ ESTETIKA Důsledné zónování monobloku se přirozeně propisuje i do estetického pojetí – výška, barevnost i poměr plných a prosklených ploch zřetelně podtrhují celkové členění objektu na jednotlivá křídla. Výrazovému roztříštění, ke kterému by snadno mohlo dojít u budovy těchto rozměrů a osobitého hmotového řešení, autoři zabránili uplatněním jednotných skladebných principů a omezeným množstvím použitých materiálů. Úvodní projekt monobloku ještě počítal s břízolitovými omítkami, přiznanými železobetonovými věnci a dubovými okny. Nicméně nový areál vysokých škol technických byl vynikající záminkou pro prezentaci „nebývalého pokroku“ ve vývoji stavebních technologií a za podpory ministerstva a rektorátu byly výsledné materiály i přes nemalé problémy při realizaci naprosto odlišné. Kuriózní na celé situaci je zejména skutečnost, že základní členění průčelí i jeho plasticita zůstávají ve všech fázích projektu bez ohledu na použité materiály naprosto beze změn!

minimálních technologických zkušeností a možností socialistické stavební výroby. Interiér monobloku poskytuje méně jednoznačný zážitek. Snaha autorů o sjednocení rozlehlých interiérů a poklidné, akademické atmosféry se zřetelně odráží v použití strohé barevnosti (převaha bílých, šedých a černých odstínů s dílčími barevnými akcenty) a v unifikaci prvků. Rysy, charakteristické pro architekturu po výstavě Expo v Bruselu 1958, se tak projevují především u řemeslně opracovaných prvků, detailů a při výběru materiálů. R E A L I Z AC E ,

KOM PLI K AC E

A VÝSLEDEK

Obr. 10a) b) c) Proudová výstavba Fig. 10 a) b) c) Linear construction

Monoblok FSI a FE patřil u nás tedy k prvním, kde byla realizována fasáda z lehkých montovaných panelů – prosklené plochy tvoří ocelohliníkové panely tloušťky 60 mm „vložené“ do skeletu. Svislé pruhy okenních otvorů (schodiště, sociální zařízení) v plných plochách průčelí (mozaikový obklad) byly realizovány z prefabrikovaných betonových dílců se vsazenými ocelovými okny. Zůstává samozřejmě otázkou, zda výsledná syrová atmosféra byla záměrem autorů (technická škola, strojová estetika v zahraniční architektuře) nebo pouze důsledkem


3/2006

Výstavba monobloku byla bezesporu náročným úkolem pro všechny zúčastněné, významnou roli zde už od počátku sehrály zejména „šibeniční“ termíny. Práce na staveništi proto započaly podle vládního usnesení už v září 1959, ještě před schválením zadávacího projektu. Vlastní stavební práce byly zahájeny v květnu 1960 prováděním vrtaných pilot francouzským strojem Benoto. Výstavba probíhala proudově po etapách směrem od náměstí Velké říjnové revoluce. Průběh hrubé stavby a dokončovacích prací krásně dokládají dobové fotografie (obr. 10). Realizace stavby byla komplikována řadou faktorů – nedostatkem pracovníků v projekci i na stavbě, nepravidelnými dodávkami materiálů, nereálností stanovených termínů atd. Snahy o nejširší možné použití progresivních metod spolu s tendencí přizpůsobovat se vývoji v oblasti technologií už v průběhu stavby vedly k tomu, že řada fází projektu a změn probíhala „za pochodu“. Neobvyklá skladba různých technologických provozů, laboratoří a dílen byla pravděpodobně také příčinou, že pro tuto stavbu nebyl stanoven

Pokračovaní na str. 25

23

ÚSTŘEDNÍ

ČISTÍRNA ODPADNÍCH VOD PRAHA, REVITALIZACE VYHNÍVACÍ NÁDRŽE Č. 7 CENTRAL WASTE WATER TREATMENT PLANT IN PRAGUE, REVITALISATION OF DIGESTION RESERVOIR NO. 7 JAN FREUDL Článek popisuje konstrukci vyhnívací nádrže č. 7 na Ústřední čistírně odpadních vod v Praze po 40 letech provozu a následné havárii. Přináší praktické zkušenosti z návrhu postupu opravy havárie a seznamuje s metodami revitalizace kombinací klasické sanace, sanace uhlíkovými vlákny a předpínacím systémem. This article describes construction of digestion reservoir no. 7 in the Central Waste Water Treatment Plant in Prague after 40 years of its operation and consequent damage. It brings practical experience with the project of repair and methods of revitalisation by combination of classical maintenance, maintenance by carbon fibres and a prestressing system.

řená vnějším, tepelně-izolačním pláštěm. Nádrž tvoří společně se třemi obdobnými nádržemi jeden stavební celek. Výška nádrže v nejvyšším místě je 23 m, vnitřní průměr nádrže je 20 m. Dno nádrže je zapuštěno o 10,6 m pod úroveň terénu. Vnější, tepelně-izolační plášť je tvořen prefabrikovanými žebry, která jsou kotvena k vlastní nádrži systémem kovových obručí. Mezi žebry jsou vsazeny prefabrikované desky, které jsou k žebrům kotveny na zálivkovou maltu. Meziprostor je vyplněn tepelnou izolací z pěnového skla. Konstrukce vlastní nádrže je železobeto-

Vyhnívací nádrž č. 7 v areálu Ústřední čistírny odpadních vod v Praze (ÚČOV v Praze) je betonová monolitická válcová nádrž s kuželovitým dnem a vrchlíkem, částečně zapuštěná pod úroveň terénu a opatObr. 2 Stav opletení patentovým drátem po sejmutí vnějšího pláště Fig. 2 State of patent wire braid after removal of outer surface

24

Obr. 1 Vyhnívací nádrž č. 7 po sejmutí vnějšího pláště Fig. 1 Digestion reservoir no. 7 after removal of outer surface

nová, na vnějším líci opatřená opletením z patentového drátu, který je kryt vrstvou torkretu. Na konci června 2005 došlo v areálu ÚČOV v Praze k havarijnímu úniku kalu z vyhnívací nádrže č. 7. Únik kalu byl rychlý, dle měření zhruba 0,5 m3 za sekundu. Kal se částečně vylil do prostoru mezi nádrže. Únik byl vizuálně pozorovatelný. Na konstrukci vnějšího pláště se po zastavení úniku projevilo poškození v podobě vychýlení konstrukce vnějšího pláště. Pod tímto místem pak byla ve vlastní konstrukci nalezena největší trhlina. V průběhu července a první poloviny srpna 2005 probíhala řada jednání za účasti dodavatele, projektanta, provozovatele a odborného konzultanta, která vedla k návrhu základního technologického postupu opravy a revitalizace vyhnívací nádrže. Specifický byl především fakt, že k nádrži se nedochovala žádná dokumentace, s výjimkou jediného technologického výkresu, který se později ukázal nepřesný. Proto byl zpracován podrobný průzkum stavební konstrukce, který se stal podkladem pro plánování Obr. 3 Sanovaná nádrž před montáží vnějšího pláště Fig. 3 Maintained reservoir before construction of outer surface


3/2006

dalších kroků opravy a zpřesňování technologického postupu. Stavební průzkum konstrukce prokázal jednu významnou statickou trhlinu probíhající přes celou výšku stěny, která měla ve spodní části nádrže šířku až 15 mm. Kromě dalšího poměrně velkého množství spíše vlasových trhlin nebyly zaznamenány žádné další výrazné poruchy konstrukce. Provedené destruktivní i nedestruktivní zkoušky prokázaly na stěně nádrže velmi hutný beton s relativně vysokou pevností v tahu i v tlaku. Naopak bylo zjištěno, že opletení patentovým drátem je téměř nefunkční a výztuž opadavá samovolně již při odstraňování ochranného torkretu. I přesto zjištěné vlastnosti dávají za určitých podmínek předpoklad dalšího využití konstrukce i při uvážení výhledové životnosti a určité změny technologického procesu zpracování kalu. Dokončení ze str. 23

generální dodavatel technologického zařízení. Investor se dostal do složité situace, protože musel převzít tuto funkci a zajišťovat i jednotlivé kusové dodávky. Půvabnou ukázkou poměrů na stavbě je zpráva vypracovaná rektorátem ke konci roku 1961: „Dodavatelem není prováděn včasný a dostatečný přísun stavebního materiálu, což způsobuje velké prostoje a snižuje pracovní morálku. Absence na stavbě je nadprůměrná, kolísá mezi 18 – 30 % evidenčního stavu. Uvedené skutečnosti ve svém celku způsobují, že postup výstavby je živelný, odvislý od nahodilých situací... Český svaz mládeže ČVUT např. zvýšil, vzhledem k nedostatku pracovních sil, svoji brigádnickou pomoc... Podnik tuto brigádnickou pomoc ČSM nevyužívá v celém rozsahu, brigádníkům nepřikazuje vhodné práce... a část jich byla dokonce převedena na jiné stavby n. p. Armabeton...“ [9]. Obavy, že stavba nebude dokončena v termínu, se přes opakované urgence na Ministerstvu školství, mimořádná zasedání, zařazení mezi „centralizované stavby“ a později mezi „stavby sledované vládou v kategorii B“ nakonec ukázaly jako oprávněné. Neustálé prodlužování termínů vedlo v důsledku i k tomu, že řada závad, zjištěných při kolaudačním řízení a v počátcích užívání objektu, nemohla být opravena v rámci záručních lhůt, protože jejich termíny už vypršely. V průběhu

Pro návrh revitalizace nádrže byl proveden statický výpočet metodou konečných prvků. Byly uvažovány zatěžovací stavy vlastní hmotností nádrže, zatížení náplní a zatížení teplotou, což je u této nádrže nezanedbatelný prvek zatížení. Počítáno bylo s ohřátím konstrukce o 50 °C a tepelný spád 5 °C mezi vnitřním a vnějším povrchem nádrže. Vnější strana nádrže bude kryta 140 mm tepelně-izolačního pláště. Statické zesílení je navrženo na vnějším líci a bylo provedeno ve dvou krocích. Nejprve byla aplikována uhlíková tkanina SIKAWRAP 230 C (šířka pásu 600 mm, svislý přesah 30 mm, pevnost v tahu 3 610 N/mm2, tloušťka tkaniny 0,12 mm). Tato vrstva nahradila původní opletení patentovým drátem a zároveň slouží jako těsnící vrstva. V druhém kroku byla nádrž obepnuta přepínacími kabely MONOSTRAND (d =

15,7 mm, vnesená síla 150 až 180 kN). Kabely jsou rozloženy ve čtyřech úrovních, pokaždé s jinou hustotou a vnesenou silou, dle výsledků statického výpočtu. Kabely tvoří dominantní statické zesílení nádrže. Vrchlík nádrže je zesílen přidáním dodatečné klasické výztuže, která je kotvena do vrchlíku trny a mezi sebou vzájemně svařena. Výztuž bude kryta ochrannou vrstvou betonu. Po dokončení bude celá nádrž opatřena tepelně izolačním pláštěm z desek ORSIL a zakryta trapézovými plechy.

Literatura: [1] Katalog výstavy ke 120. výročí narození Antonína Engela, Praha: Národní galerie, Národní technické muzeum, 1999 [2] Návrh F. Čermáka, 1947 (půdorysy), archiv architektury NTM [3] Fiala F.: Kritické poznámky k soutěži na Ústřední dům armády v Praze, Architekt ČSR, 1954, č. 4, s. 97–113 [4] Novotný, J.: K soutěži na Ústřední dům armády v Dejvicích, Architekt ČSR, 1954, č. 4, s. 114–121 [5] Soutěžní návrhy na dostavbu areálu ČVUT v Praze-Dejvicích, 1958, archiv ČVUT (vítězný projekt chybí)

[6] Otevřené dopisy A. Engela ministru školství a kultury, 28. 3. 1958, 2. 4. 1958, archiv ČVUT [7] Úvodní projekt fakulty strojní a fakulty elektrotechnické, prosinec 1958; archiv architektury NTM, Zadávací projekt, 1960, archiv ČVUT [8] Čermák F.: Projekt českého vysokého učení technického v Praze-Dejvicích, In: Výstavba vysokých škol technických v Praze-Dejvicích. Sb. ČVUT – řada stav. – sb. č. 1, 1963, s. 79–80 [9] Zpráva o výstavbě Českého vysokého učení technického v Praze-Dejvicích, 5. 11. 1961, archiv ČVUT

roku 1963 došlo na kolaudační řízení prvních částí výstavby a už 14. listopadu bylo uděleno částečné povolení k užívání. Další dílčí kolaudační řízení probíhala v následujících letech, zejména v první polovině roku 1964, objekt byl ale slavnostně předán do užívání až 14. listopadu 1967! Stavba s kapacitou 5 000 studentů a 1 000 zaměstnanců byla ve srovnání s ostatní výstavbou vysokých škol v ČSSR po ekonomické stránce velmi výhodná a i při dodržení předepsaných stavebních nákladů finančně nejméně náročná. Dosažený koeficient užitkovosti 1,65 byl později Ministerstvem školství určen jako závazný (srv. 2,2 u starších objektů Theodora Petříka a Severina Ondřeje). Ušlechtilé rozhodnutí zastavět jádro nově

vznikající čtvrti v prestižní lokalitě budovami instituce mimořádného významu a dle jednotného řádu se nakonec stalo celé koncepci osudným. Vysokoškolský komplex totiž vždy trpěl chronickou nemocí státní výstavby, která snadno podléhá prvotnímu přehnanému očekávání a následně výkyvům hospodářství a rozmarům úředního šimla. Proto není divu, že areál zůstal ještě dnes, po osmdesáti letech, pouhým nedokončeným torzem.


3/2006

Ing. Jan Freudl ml. SMP CZ, a. s. Evropská 1692/37, 160 41 Praha 6 tel.: 222 185 283 e-mail: [email protected], www.smp.cz

Ing. arch. Petr Vorlík Fakulta architektury ČVUT v Praze Thákurova 7, Praha 6 tel.: 224 355 529 e-mail: [email protected] ilustrace: archiv ČVUT

25

VD NECHRANICE –

TECHNICKÁ OPATŘENÍ NA NÁVODNÍM LÍCI NECHRANICE WATERWORKS – TECHNICAL MEASURES ON UPSTREAM FACE S L AV O M Í R Š I Š K A Technická opatření na návodním líci VD Nechranice spočívala v sanaci návodního a vzdušného líce železobetonového vlnolamu hráze a ve výměně parapetu Technical measures on the upstream face of the Nechranice waterworks consisted of the rehabilitation of both the up- and downstream face of the reinforced concrete breakwater of the dam and of the breast wall renewal. V roce 2003 získala firma SMP CZ, a. s., zakázku od Povodí Ohře, s. p., na sanaci železobetonového vlnolamu vodního díla Nechranice o délce 3 150 m. Sanace spočívala v očištění návodního a vzdušného líce od degradovaných povrchových vrstev až na zdravý podklad a odstranění rzi z výztuže. Následovala konzervace výztuže a nanesení adhezního můstku pro nové vrstvy. Poté byla na připravený povrch aplikována sanační malta tak, aby byla obnovena krycí vrstva výztuže. Nový povrch byl vyrovnán do původního tvaru vlnolamu. Na závěr byl sanovaný povrch opatřen nátěrovým systémem. Veškeré používané sanační materiály byly od společnosti Sika. Součástí sanace byla i oprava parapetu vlnolamu. Po sejmutí původního parapetu měl být na dřík vlnolamu nabetonován nový parapet. Byl navržen z prostého betonu HV8 T100 B30. Parapet měl být kotven ke stávající konstrukci pomocí ocelových trnů. K trnům měla být přivaře-

na KARI síť, která by tvořila spodní výztuž monolitického parapetu. Deska parapetu respektovala dilatační spáry vlnolamu. Po prostudování dokumentace a konzultaci s odborníky na betonové konstrukce byly tyto navrhované úpravy vyhodnoceny jako řešení, které nesplňuje technické a kvalitativní požadavky na betonové konstrukce. Zhotovitel sanace konstrukce navrhnul následující řešení: monolitický parapet nahradit parapetem z prefabrikovaných dílců skladebné délky 3 250 mm, které respektovaly délku dilatačních prvků vlnolamu. Dílce byly vyrobeny ze samozhutňujícího betonu C 30/37 – XF4, který zaručoval vysokou kvalitu vlastního prefabrikátu i pohledového povrchu. Parapety byly přikotveny k vlnolamu dvěma kusy ocelových kotev na každý dílec. Použité řešení dobře eliminuje rozdíly v tepelné

Slavomír Šiška SMP CZ, a. s. Evropská 1692/37, 160 41 Praha 6 www.smp.cz

Obr. 1 Původní stav vlnolamu Fig. 1 Original condition of the breakwater

Obr. 2 Vlnolam po očištění Fig. 2 Breakwater after cleaning

26

roztažnosti mezi původní konstrukcí vlnolamu a vlastním parapetem. Výsledky průběžně prováděných zkoušek prokázaly, že vlastnosti betonu jedenapůlkrát převyšují kvalitativní parametry původně navrhovaného betonu. Způsob betonáže – dnem vzhůru – zaručuje vytvoření optimálního povrchu při horní nejvíce exponované ploše. Tento povrch má takřka „sklovitou“ strukturu, je jednobarevný a není ho potřeba z estetického ani kvalitativního hlediska nijak dále upravovat. Dalším přínosem pro kvalitu díla je předpokládaná životnost min. 30 let. Stavba byla ukončena koncem roku 2004 a úspěšně předána objednateli.

Obr. 3 Aplikace nátěrového systému Fig. 3 Application of a painting system


3/2006

Ï

Ì Ÿ Ô fi ⁄ Á D

™‰ Ë Á Ï Ì Î Ó ‰

‹ fi

SANACE

A HYDROIZOLACE BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ POMOCÍ KRYSTALIZAČNÍCH MATERIÁLŮ MAINTENANCE AND WATER-PROOFING OF CONCRETE STRUCTURES EXPLOITING CRYSTALLIC SUBSTANCES JAN TICHÝ Článek popisuje způsob sanace betonových prvků a konstrukcí využívající procesu krystalizace. Sanační materiál vhodného složení proniká spojitým kapilárním systémem betonu od povrchu dovnitř prvku, chemicky reaguje se složkami betonu a rostoucí krystaly novotvarů vyplňují volný prostor v pórech. Jsou uvedeny různé příklady aplikace. A method of maintenance of concrete elements and structures exploiting crystallic process is described in this article. Continuous capillary system of a concrete element is permeated by the special maintenance material from its surface to core, space in pores is filled in by growing crystals. Various cases of its application are presented. Většina sanačních oprav nezasahuje do struktury stávajícího betonu, takže destruktivní pochody mohou dále postupovat do hloubky konstrukce. Všechny tyto pochody ovlivňuje jeden důležitý faktor, a tím je voda. Bez ní se většina chemických reakcí neuskuteční. Beton má spojitý kapilární systém vznikající při hydrataci cementu vlivem přebytečné záměsové vody, která se neúčastní hydratačních procesů. Touto pórovou strukturou se pohybují všechny látky, které se účastní destrukčních pochodů včetně alkálií, chloridů a síranů.

álů se však dá předejít uvedeným problémům a lze je aplikovat i u nových betonů, které budou těžce zatíženy znečištěným prostředím a napadány agresivními vodami, případně i ropnými produkty [1].

V roce 1993 byl vyvinut dvousložkový krystalizační materiál Izoterin, který původně měl zajišt’ovat nepropustnost betonové konstrukce proti tlakové vodě, zemní vlhkosti a ropným produktům. Pro svou vysokou přídržnost k podkladu a vysokou odolnost proti působení agresivních látek byl v roce 1995 částečně přepracován, aby ho bylo možno současně použít pro sanační účely. Koncem roku 1997 byla na trh uvedena jednosložková varianta. V říjnu roku 2001 byl AO 204 TZÚS Praha, s. p., odzkoušen a následně certifikován třetí ze skupiny těchto výrobků, který je již smíchán s vyšším podílem křemičité příměsi. Všechny uvedené varianty zmíněného materiálu jsou krystalizačními materiály a jsou zařazeny mezi skupinu výrobků suché maltové směsi. Materiál smíchaný s vodou v předepsa-

ném poměru má schopnost vniknout do mikropórů podkladové vrstvy a tam krystalizovat. Hlavní složkou je vysoce kvalitní portlandský cement , obsahující základní slínkovou fázi trikalciumsilikát (C3S) v množství vyšším než 60 %. K portlandskému cementu se přidávají tekuté nebo práškové aktivní disperze, superplastifikační a jiné látky, zajišt’ující krystalizaci, zvyšující pevnost a přídržnost k podkladu. Další důležitou součástí je křemičitý úlet rentgenoamorfní povahy. Krátce po styku materiálu s vodou vzniká hydrosilikátová fáze s uvolňováním hydroxidu vápenatého. Ten dále reaguje s vysoce aktivním SiO2 za vzniku podobných hydrosilikátových produktů. Uvolněné složky vzhledem k vhodné velikosti částic a morfologii prorůstají do mikropórů a dalších dutin, čímž dochází ke značné přídržnosti k podkladové vrstvě. Díky vlhkosti dochází k dalšímu transportu a prorůstání krystalů do hloubky konstrukce [2]. K prokázání, jde-li o krystalizační materiál či nikoliv, bylo ke zjištění pórovitosti a mikrostruktury nenatřeného a natřeného betonu na Vysokém učení technickém

Obr. 1 Elektronogram nenatřeného betonu, zvětšení 4200 x Fig. 1 Electronogram of an unpainted concrete, enlarged 4200 times

Obr. 2 Elektronogram natřeného betonu, zvětšení 4000 x Fig. 2 Electronogram of a painted concrete, enlarged 4000 times

PŘÍKLAD

K RY S TA L I Z AČ N Í H O

M AT E R I Á L U

O B E C N Ě O K RY S TA L I Z AC I Existuje řešení, které na základě uvedených skutečností pracuje. Jsou to krystalizační materiály. Jedná se o tzv. katalyzátory, které se šíří kapilárním systémem a cestou reagují se zbytkovými produkty hydratace za vzniku novotvarů. Ty prorůstají do hloubky materiálu konstrukce a vyplňují kapiláry, takže voda i jiné kapaliny nejsou pak schopny tímto systémem prostoupit. Uvedený princip je již desetiletí uplatňován u mnoha vážných sanací betonových konstrukcí, které by bylo těžko jinak zachránit. Pomocí krystalizačních materiBETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

3/2006

27

v Brně, v Ústavu technologie stavebních hmot a dílců použito porozimetrické stanovení a studium mikrostruktury pomocí elektronového rastrovacího mikroskopu. Pro zkoušky bylo použito čtvercové betonové dlaždice. Její část byla opatřena hydroizolačním nátěrem a část zůstala nenatřena jako referenční vzorek. Z obou částí plochy byly zhotoveny vzorky v podobě destiček k porozimetrickému stanovení (20 x 10 x 5 mm). K porozimetrickému stanovení byl použit vysokotlaký Hg-porozimetr firmy Micrometrics, který umožňuje zjišt’ování pórů o průměru od 0,006 do 300 μm. Z porovnání vyplynulo, že u nenatřeného betonu póry postupně rostou co do průměru, tak i jejich objemu. Značně rozdílné je rozložení pórů u vzorku natřeného betonu, neboť od průměru pórů 4,9 do cca 1,5 μm je jejich obsah téměř konstantní. Z toho vyplývá, že hydroizolační nátěr snižuje objem pórů, které jsou rozhodující pro prostupnost molekul vody. To dokumentuje i studium elektronovým rastrovacím mikroskopem (obr. 1 a 2). Na vzorku bez nátěru je vidět lomová plocha s charakteristickými póry, pouze částečně vyplněnými vzniklými novotvary (obr. 1). Na dalším snímku s nátěrem (obr. 2) jsou vzniklé póry do značné míry vyplňovány stébelnatými krystaly novotvarů, které přispívají ke zpevnění mikrostruktury hmoty [3]. P Ř Í K L A DY A P L I K AC E Hydroizolační nátěr, sanační malta či rychletuhnoucí tmel jsou připravovány smícháním krystalizačního materiálu a vo-

dy v předepsaném poměru podle návodu v technických podmínkách. Při použití hydroizolační sanační malty nebo rychletuhnoucího tmele se přidává ještě plnivo – křemičitý písek nebo korund, chceme-li zlepšit vlastnosti malty, např. otěruvzdornost. Nejdříve je na předem připravený vlhký podklad nanesen penetrační nátěr a po zatuhnutí je nanášen bud‘ finální nátěr, sanační stěrka, nebo rychletuhnoucí tmel. Nanášení je prováděno bud‘ štětcem, nebo válečkem, případně lze použít i stříkání. Příklad aplikace hydroizolačního nátěru na obrázku 3 znázorňuje postup při opravě vzniklých trhlinek a pak celkové natření domovní železobetonové prefabrikované jímky ve firmě Dywidag Prefa, a. s., v Lysé nad Labem. Firma Novapol – Group, a. s., Brno používá uvedený krystalizační materiál jednak jako hydroizolační nátěr a vytvoření

Obr. 4 Postup při sanaci a hydroizolaci vlhkého zdiva pomocí krystalizačního materiálu Fig. 4 Technique of maintenance and water-proofing of wet masonry by crystallic material

28

Obr. 3 Postup při opravě trhlin a celkové natření domovní železobetonové jímky krystalizačním materiálem Fig. 3 Technique of crack repair and complete painting of the home reservoir by crystallic material

adhezního můstku, ale také jej přidává do konečné sanační směsi i betonů. Krystalizační materiál je přidáván do finální vrstvy všude tam, kde je zvýšené nebo vysoké zatížení tlakovou vodou, ropnými produkty a agresivním prostředím. Jedná se zejména o klenby sklepů, skladové a manipulační plochy, vozovky i dálnice, vodní díla všech druhů a typů, domovní jímky, čističky odpadních vod a mnohé další stavební konstrukce. Použití krystalizačního materiálu je možné i při odstraňování vlhkosti zdiva starých, zavlhlých domů a objektů. Z obrázku 4 je patrný postup, jak zabránit dalšímu zavlhání mokrého zdiva a postup-

Obr. 5 Rozhraní mezi neopravenými a opravenými imitovanými betonovými dlažebními kameny Fig. 5 Borderline between unrepaired and repaired imitated concrete flagstones


3/2006

Příkladem aplikace hydroizolační sanační malty je opravený odstavný pruh pro autobusy pravidelné linky č. 140 v Praze 3 poblíž Olšanského náměstí, kde imitované betonové dlažební kameny byly silně rozrušeny účinky rozmrazovacích posypových solí (obr. 5). Z dalších aplikací je uveden rekonstruovaný skokanský můstek na plaveckém stadionu Klíše v Ústí nad Labem (obr. 6).

Obr. 6 Rekonstruovaný skokanský můstek na plaveckém stadionu Klíše v Ústí nad Labem Fig. 6 Repaired jump on the swimming pool Kliše in Usti nad Labem

ně jej odvětrávat a vysoušet. Zdivo může přitom být cihelné, smíšené, kamenné, z opuky i betonové [4]. Tímto dodatečným sanačním a hydroizolačním systémem byly rekonstruovány četné objekty, např. budova na Náměstí míru a Masarykova univerzita v Brně nebo základní škola na Plzeňské ulici v Praze 5. Obr. 7 Pohled na lodžii natřenou krystalizačním materiálem při rekonstrukci panelového domu v Tobrucké ulici v Praze 6 Fig. 7 View of loggia painted by crystallic material during reconstruction of the panel block of flats in Tobruc str. in Prague 6

Literatura: [1] Příhoda J.: Betonový svět, Betonové stavitelství Praha 2000 [2] Tichý J.: Zlepšení vodotěsnosti betonových konstrukcí pomocí krystalizačních materiálů, sb. 5. konfer. Technologie provádění a kontrola betonových konstrukcí Praha 2006 [3] Šauman Z.: Vyhodnocení hydriozolačních sanačních nátěrů Izoetrin zpráva VUT v Brně FAST – Ústav technologie stavebních hmot a dílců, prosinec 1999 [4] Tichý J.: Sanace betonových konstrukcí pomocí krystalizačních materiálů, sb. 2. konf. a ECSN workshop Technologie provádění a kontrola betonových konstrukcí, Praha 2003

UC E L E N É S A N AČ N Í SY ST É MY Některé firmy převzaly uvedený krystalizační materiál jako doplňkový sortiment ke svým výrobkům a používají jej pro své ucelené hydroizolační a sanační systémy. Například firma Austis, a. s., Praha jej má zapracován do systému sanací lodžií. V aplikačním předpisu je uveden pod variantou „C“– na nevyzrálé nebo vlhké betony. Je používán bud‘ jako hydroizolační krystalizační nátěr, nebo jako hydroizolační sanační malta pod dlažbu. Ve spolupráci s firmou Herain, s. r. o., Praha bylo od podzimu roku 2002 pomocí tohoto krystalizačního materiálu opraveno v Praze více než 230 lodžií. Prvním krokem je při rekonstrukci lodžií vybourání všech vrstev až na stropní panel a navrtání podélných dutin do stropního panelu. Pak je provedeno zateplení zdiva polystyrenem. Dalším krokem je položení kari sítě a provedení spádového betonu. Hned druhý den po zabetonování je podlaha lodžie natřena první vrstvou krystalizačního materiálu a po zatuhnutí druhou s vložením pásky (obr. 7). Nakonec je položena dlažba (obr. 8).

tit pomocí krystalizačních materiálů prostřednictvím různých způsobů aplikace. Zmíněný materiál tuzemské výroby se svými účinky a technickými parametry vyrovná obdobným zahraničním materiálům. Nabízí zatím výjimečná řešení jak hydroizolace, tak sanací betonových, železobetonových i jiných stavebních konstrukcí použitím pouze jediného materiálu.

Z ÁV Ě R V článku bylo dokumentováno, že vodotěsnost a sanaci betonových a železobetonových konstrukcí můžeme zajis-

Obr. 8 Opravená lodžie panelového domu v Tobrucké ulici v Praze 6 Fig. 8 Repaired loggia of the panel block of flats in Tobruc str. in Prague 6


3/2006

Ing. Jan Tichý, CSc. Lafarge Cement, a. s. 411 12 Čížkovice tel.: 416 577 450, 602 166 880 fax: 416 577 600 – 1 e-mail: [email protected] www.lafarge.cz

29

HYDROFOBIZACE

BETONU SILIKONOVÝMI PROSTŘEDKY HYDROFOBIZATION OF CONCRETE BY SILICON MEANS JIŘÍ SAMEC Článek popisuje ochranu povrchu betonu pomocí hydrofobizační impregnace a filmotvorných nátěrů. Uvádí rozdíly mezi oběma postupy, jejich výhody a nevýhody a představuje vhodné silikonové prostředky k praktickému použití. This paper describes protection of concrete surface by means of hydrofobic impregnation and film-producing paints. It presents differences between both procedures, their strengths and weaknesses, and introduces suitable silicon means for practical use. MEC HAN IZMY P OŠKOZOVÁN Í B ETON U Za předpokladu odborného zpracování a správných poměrů použitých surovin je beton stavební látkou, která má vynikající odolnost proti povětrnosti a stárnutí. Přesto dochází opakovaně k závažným škodám na betonu, které ohrožují funkci stavebního díla. Hlavní příčinou poškození betonových konstrukcí je koroze ocelové výztuže, nejčastěji vyvolaná vlivy okolního prostředí. Čerstvý beton se vyznačuje vysokou alkalitou, která pasivuje vloženou ocel. Cementový tmel je tvořen řadou vysoce zásaditých hydratačních produktů cementu, jako jsou hydrosilikáty a hydroalumináty vápenaté a hydroxid vápenatý. Tyto sloučeniny se zásaditým charakterem snadno podléhají reakcím s kyselými látkami. Probíhající reakce lze klasifikovat jako neutralizační. V suché atmosféře je obsaženo 0,03 až 0,04 obj. % oxidu uhličitého, CO2. Ve znečištěném prostředí jsou místně v ovzduší obsaženy další plyny kyselého charakteru, jako je oxid siřičitý, SO2, oxidy dusíku NOx, chlorovodík HCl, sulfan H2S a další. Tyto plyny reakcí s vodou tvoří kyseliny, které reagují se složkami cementového tmelu. Působením kyselých látek z atmosféry obzvláště oxidu uhličitého, se směrem od povrchu postupně odbourává alkalita. Tento proces se označuje jako karbonatace betonu. Po nějaké době zasáhne nealkalická karbonatovaná zóna výztužnou ocel, a ta tím ztrácí svoji ochrannou pasivační vrstvu. Za přítomnosti kyslíku a vlhkosti začí30

ná ocel korodovat. Protože průběh koroze železa je spojený s drastickým zvětšením objemu (trhací tlak), betonová vrstva pokrývající výztuž praskne a následkem jsou vážné škody na betonu. Při neutralizaci složek cementového tmelu mohou vznikat nerozpustné sloučeniny, které v prvních fázích dokonce povrchové vrstvy betonu zpevňují. Reakcí s kyselinou dusičnou a chlorovodíkovou však vznikají dobře rozpustné nevazebné sloučeniny, které jsou dešťovou vodou z cementového tmelu vymývány. Tímto pochodem se může porušit povrchová vrstva betonu natolik, že dojde k jejímu rozpadu. Destrukční působení mají rovněž na výztuži vznikající korozní produkty, které mají několikanásobně větší objem než původní ocel. Koroze oceli je podmíněna snížením koncentrace hydroxidových iontů v pórovém roztoku cementového tmelu v betonu, tj. neutralizací hydroxidu vápenatého a porušením krycí vrstvy, které umožní snadnou difúzi vody a kyslíku k výztuži. Korozní poškození betonu, především mostních staveb a silničního příslušenství může být rovněž způsobeno odstřikující vodou s obsahem rozmrazovacích posypových solí. V tomto případě se jedná o fyzikální korozi. Chlorid sodný je v kapilárních pórech přítomen ve formě roztoku. V suchém období dochází k odpaření vody z pórové struktury betonu a ke krystalizaci přítomných solí. Krystalizační tlak NaCl činí 55,4 MPa, takže může způsobit porušení až úplný rozpad betonu. OCHRANA BETONU Mnozí ještě před málo lety věřili, že beton je odolný proti jakémukoli druhu škodlivých vlivů. Množící se případy škod však dokazují opak: beton je poškoditelný a betonová stavební díla jsou existenčně ohrožena. Vlhkost se prokazatelně vždy podílí na poruchách betonu. Voda může přivodit škody změnami svého objemu při střídání mrazu a tání. Voda je reakčním médiem i partnerem destruktivních chemických procesů, které předcházejí a provázejí korozi ocelové výztuže. Agresivní sloučeniny mohou být vneseny do pórové struktury betonu mimo jiné dešťovými srážkami, které v atmosféře zne-

čištěné kyselými plyny vytvářejí roztoky kyselin. Neošetřený beton má hydrofilní charakter, voda snadno smáčí povrch betonu a dochází k zaplňování kapilárních pórů vodou, která s sebou přináší i rozpuštěné látky. Dochází k reakcím se zásaditými složkami cementového tmelu a ke vzniku korozních produktů, které mohou zapříčinit porušení a rozpad povrchové vrstvy betonu. Do jaké míry dojde k poškození povrchových vrstev betonu vlivem těchto procesů, závisí na množství, velikosti a hydrofobitě kapilárních pórů. Od doby, kdy byly rozeznány základní mechanizmy vzniku škod se pracuje na tom, aby bylo dosáženo co možná nejtrvanlivější a nejhospodárnější ochrany betonu. V centru pozornosti zkoumání stojí v podstatě dva postupy ochrany povrchu – hydrofobizační impregnace a filmotvorné nátěry. U obou postupů je základní význam přikládán ochraně proti vsakování vody do betonu. Hydrofobizace je velmi účinným způsobem ochrany betonu. V posledních desetiletích se pro tuto aplikaci osvědčily vzhledem k vynikajícím vodoodpuzujícím vlastnostem a dlouhodobé trvanlivosti silikony. Stěží se najde jiná skupina látek, která by byla jako silikony inertní proti fyzikálním, chemickým a mikrobiologickým vlivům. Při výběru vhodného produktu je impregnace silikonem opatření, které zajistí dlouhodobou ochranu a zachování funkce stavebního díla. Po hydrofobizační impregnaci zůstávají póry otevřeny, difúze plynů a vodní páry není vůbec nebo je jen nepatrně ovlivněna. Tím může beton vyrovnávat svou vnitřní vlhkost s atmosférickou vlhkostí, což je důležité zejména v zimních měsících za mrazu. Díky snížené nasákavosti ošetřeného povrchu, a tím i nižší vlhkosti betonu, jsou podstatně zpomaleny všechny korozivní procesy, na nichž se voda podílí. Filmotvorné nátěry mají za cíl zachytit difúzi plynů a tím putování oxidu uhličitého, který vyvolává karbonataci. Často jsou oba postupy kombinovány, tj. jako penetrace pro následné filmotvorné nátěry je nanesena hydrofobizační impregnace.


3/2006

SILIKONY

J A KO I M PR EG NAČ N Í

PROSTŘEDKY

Organokřemičité sloučeniny se prosadily jako impregnační prostředky již před lety. Vyznačují se vynikajícím vodoodpuzujícím účinkem a neomezují paropropustnost. Dlouhodobá trvanlivost silikonů vyplývá z toho, že jsou extrémně odolné proti vnějším vlivům, jako UV záření, termické namáhání, chemicky agresivní látky a mikrobi. Na základě jejich chemické afinity vzniká stabilní kovalentní vazba mezi sítí silikonové pryskyřice a stavební látkou, v našem případě betonem. Silikony na impregnaci betonu musí mít zejména dvě vlastnosti: musí být schopné dobře penetrovat do relativně hutné stavební hmoty betonu a musí mít vytvořenou takovou strukturu, aby se nerozkládaly, zejména v čerstvém betonu, působením vysoké alkality. Uvedeným požadavkům vyhovují nejlépe alkylalkoxysilany, např. oktyltriethoxysilan. Jsou to bezbarvé dobře tekoucí kapaliny, které jsou obvykle nanášeny nezředěné, poléváním na beton. Tam reagují s vlhkostí za odštěpení alkoholu na tridimenzionálně zesíťovanou, na beton chemicky zakotvenou síť silikonové pryskyřice. Po dlouholeté zkušenosti není dnes již pochyb o dobré a trvalé účinnosti silanů jako hydrofobizačních prostředků na beton. V současné době jsou pro hydrofobizaci betonu nejčastěji používány roztokové nebo emulzní impregnační prostředky. Jsou nanášeny opakovaně vícenásobně impregnací s krátkými technologickými přestávkami (cca několik minut mezi jednotlivými nánosy). Osvědčeným rozpouštědlovým prostředkem, který je určen pro trvalou hydrofobizaci betonu, je Imesta IW 290. Jedná se o materiál na bázi silanů a oligomerních siloxanů, určený k dlouhodobé vodoodpudivosti porézních minerálních stavebních materiálů. Přípravek má vynikající pronikavost a lze jej použít i na vlhký podklad. Po aplikaci na podklad reaguje s vodou a vytváří pevný, nelepivý polysiloxan, který má dlouhodobé hydrofobní účinky. Po zaschnutí se na povrchu kapilár ošetřeného podkladu vytváří hydrofobní mikrovrstva, podklad však zůstává prodyšný. Vysoká odolnost přípravku vůči alkáliím umožňuje bezproblémovou aplikaci na beton a betonové výrobky a zajišťuje velmi dobrou trvanlivost. Silikonová báze prostředku prošla řadou mezinárod-

ních zkoušek, ASTM 666 a ASTM C 672, NCHRP 244 „Concrete Sealers for the Protection of Bridge Stuctures“, které sledovaly zejména snížení nasákavosti a redukci obsahu chloridových iontů. SVÚOM, s. r. o., provedl v roce 2004 výzkum na téma: Ověřování životnosti hydrofobních impregnací silikátových materiálů v závislosti na působení znečišťujících složek atmosféry. Tato studie testovala dvacet různých hydrofobizačních prostředků aplikovaných na standardní betonová zkušební tělesa. Z výsledků vyplývá, že uvedený prostředek poskytuje trvalou hydrofobizaci betonu i po dlouhodobé expozici na atmosférické stanici. Používané materiály mají i jistá omezení: • Na velmi vysušeném betonu (slunce, vítr) schází potřebná vlhkost pro síťování. Následkem toho dochází k odpařování podstatného množství účinné látky do atmosféry. • Na svislých plochách, zvláště při nepečlivé práci, vzniká nebezpečí stékání materiálu dříve, než stačí proniknout do betonu a povrch je impregnován nedostatečně hluboko a nerovnoměrně. • Zpravidla je potřeba více aplikačních kroků, aby bylo naneseno dostatečné množství účinné látky a docíleno požadované hloubky proniknutí. HYROF OB IZ AČ N Í KR É MY Uvedená omezení neplatí pro nejnovější výsledek výzkumu v oblasti silikonových stavebních ochranných prostředků užívaných k impregnaci betonu Hydrocreme C, který se od obvyklých výrobků na impregnaci betonu se odlišuje speciální konzistencí. Impregnační prostředky na beton jsou používány převážně ve formě nízkoviskózních kapalin. Hydrocreme C je, jak napovídá název, krémovitý, tixotrop-


3/2006

Obr. 1 Most ve Slatiňanech ošetřený hydrofobním nátěrem Fig. 1 Bridge in Slatiňany painted with hydrophobic coat

ní materiál. Nová konzistence propůjčuje výrobku výjimečné vlastnosti. Účinnou látkou je v novém výrobku oktyltriethoxysilan, její obsah činí 80 % a zbylých 20 % tvoří voda a nízký podíl pomocných látek jako např. emulgátory. Emulze dosud používané k impregnaci betonu obsahují zpravidla max. 40 % účinné látky. Vysoký obsah účinné látky v Hydrocreme C zaručuje jeho proniknutí do veliké hloubky už při poměrně nízkých nanesených množstvích. Účinná látka a mechanismus působení je u nového výrobku stejný, jako je tomu u běžných kapalných silanových impregnačních prostředků. Silan reaguje s vodou za odštěpení alkoholu na síť silikonové pryskyřice, která tenkou vrstvou protáhne vnitřní povrch pórů a kapilár. Schopnost difúze a paropropustnost není proto ovlivněna více než u kapalných silanů. Na rozdíl od roztokových silanových impregnačních prostředků obsahuje krémový výrobek množství vody, které je potřebné pro síťovací reakci. Tím je zamezeno, aby se u aplikace na suché betonové povrchy odpařilo podstatné množství aktivní složky do atmosféry – impregnace za slunečného počasí a větru se tak stává bezproblémovou. Nový impregnační prostředek má následující přednosti: • schopnost hloubkového proniknutí do betonu • odolnost proti alkáliím • redukce kapilární nasákavosti • žádné omezení paropropustnosti • vysoký účinek ochrany při styku s posypovou solí 31

Obr. 2 Stanovení jakosti hydrofobní impregnace pro zkušební vzorky po 181 denní expozici na atmosférické stanici Fig. 2 Determination of hydrophobic impregnation quality for test samples after 181-day exposiiton at an atmospheric station

• dobrou přídržnost k podkladu • nízkou těkavost • je tixotropní, a tím aplikovatelný beze ztrát • vysoký obsah účinné látky • snadná zpracovatelnost • na bázi vody, bez rozpouštědel, neškodí životnímu prostředí • rychlá penetrace • dobrá regulace hloubky pronikání do betonu • bezproblémové čištění pracovních nástrojů • jednokroková aplikace • nanášení stříkáním, natíráním, válečkováním • bezproblémová „práce nad hlavou“ • žádné odkapávání • nepatrné odpařování • aplikace bez ztrát • snadná kontrola ošetřených míst a naneseného množství (tloušťka vrstvy před vsáknutím) ZP R AC OVÁ N Í Výrobek je možné snadno nanášet na

BETON –

svislé plochy a stropy bez toho, aby docházelo ke stékání či odkapávání. Tím je zajištěno, že celá plocha je naimpregnována a chráněna rovnoměrně. Přípravek se převážně nanáší bezvzduchovým stříkáním (airless) na beton, u menších ploch je možné nanášet štětcem, válečkem z jehněčí kůže nebo stěrkou. Obvykle postačuje na impregnaci jediný nános výrobku. V závislosti na savosti podkladu jsou možné v jednom pracovním pochodu nánosy do 400 g/m2. Pokud je to nutné, může následovat druhý nános, zpravidla je ale nános 200 g/m2 u hutného kvalitního betonu více než postačující. S kapalnými výrobky je možné nanést toto množství impregnačního prostředku většinou až po třech a více aplikačních krocích. H LO U B K A P R O N I K N U T Í Hydrocreme je koncipován tak, aby účinná látka pronikla do betonu co možno nejhlouběji, a tímto způsobem je nastavena optimální ochrana proti absorbci vody a škodlivých látek i proti škodám způsobeným posypovou solí a mrazem. Neobvyklá hloubka proniknutí krému je dána konzistencí produktu (je zaručena dlouhá doba kontaktu silanové účinné látky a betonu) a vysokou koncentrací účinné látky. Vedle koncentrace účinné látky a množství nánosu je hloubka proniknutí závislá na kvalitě betonu. Po zpracování se naimpregnované plochy opticky výrazně odlišují bílou krémovitou vrstvou od nechráněného betonu, což umožňuje optimální kontrolu rovnoměrnosti nánosu impregnačního prostředku. Tloušťka impregnační vrstvy je kontrolovatelná. Podle kvality betonu a množství nánosu pronikne účinná látka do betonu během 30 min. až několika hodin a mléčně bílá krémová vrstva zmizí úplně a beze zbytku. Následné nátěry ploch jsou bezproblémové, jako je tomu u běžných kapalných impregnačních prostředků. Při naneseném množství 200 g/m2 proniká hydrofobní účinná látka tak hluboko, že se zredukuje kapilární absorbce o více než

Literatura: [1] Matoušek M., Drochytka R.: Atmosférická koroze betonu, IKAS Praha, 1998 [2] Šmerda a kol:. Životnost betonových konstrukcí. ČKAIT Praha, 1999 [3] Firemní materiály WACKER-CHEMIE a IMESTA [4] SVÚOM, s. r. o.: Ověřování životnosti hydrofobních impregnací silikátových materiálů v závislosti na působení znečišťujících složek atmosféry, Studie zpracováná v rámci řešení VZMSM 2579478701, Prof. Ing. Vladimír Číhal, DrSc., 2004 – 2005

80 % v hloubce až 3 mm. Stanovení jakosti hydrofobní impregnace ve studii SVÚOM, s. r. o., je založeno na principu elektrické vodivosti zkušebního elektrolytu vnikajícího do porézní silikátové matrice [4]. Dle zkušební metodiky se za vyhovující jakost hydrofobní impregnace považuje stav, kdy celková naměřená hodnota v době měření 90 min. nepřekročí 300 mV. Z grafu na obr. 2 je zřejmé, že hodnoty naměřené u Hydrocreme C a Imesta IW 290 jsou hluboko pod touto hranicí. Z ÁV Ě R Dá se předpokládat, že popsané produkty změní ochranu betonu v příštím období. Výsledky testování ve studii [4] potvrzují vhodné vlastnosti popsaných produktů k ochraně betonu. Z celkem dvaceti testovaných výrobků vyhověl Hydrocreme C nejlépe, přípravek Imesta IW 290 byl na 2. až 3. místě. Pojmy „hydrofobizace“ a „impregnační krém“ se stanou v budoucnosti ochrany betonu směrodatnými pro úspěšný koncept sanace a konzervace. Jiří Samec IMESTA, spol. s r. o. tel.: 487 870 419 e-mail: [email protected] Text článku byl lektorován.

PŘEKVAPÍ VÁS!

Pokud během léta zavítáte do Paříže, doporučujeme vaší pozornosti výstavu Bétons: étonnez-vous! (Concrete: prepare to be surprised!) Výstava probíhá od konce května v Art et Métiers museum (webové stránky www.arts-et-metiers.net) a bude otevřena až do 5. listopadu t. r. Video z výstavy najdete na stránkách www.lafarge.com. red.

32


3/2006

A N A LÝ Z A

ŽIVOTNOSTI BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ PODLE NOVÉHO FIB-MODEL CODE S E RV I C E L I F E A N A LY S I S AC C O R D I N G TO N E W F I B - M O D E L C O D E B Ř E T I S L A V T E P LÝ Příspěvek podává informaci o části dokumentu fib-Model Code 2007 (který nahradí stávající CEB-Model Code 1990), věnované navrhování betonových konstrukcí na životnost. Dokument je připravován fib – mezinárodní federací pro konstrukční beton. This paper informs about the part of the fib-Model Code 2007 which is devoted to service life design of concrete structures. This document should replace the existing CEB-Model Code 1990 and is currently developed by fib (CEB-FIP) International Federation for Structural Concrete. V posledních letech se zejména ve vyspělých státech prosazují myšlenky tzv. navrhování a posuzování staveb s ohledem na jejich užitné vlastnosti (performancebased design – zkráceně PBD) – blíže např. [1] a [2], hledisek trvalé udržitelnosti (sustainability) a hodnocení nákladů za celý životní cyklus stavby (whole life costing – WLC) [3]. Ve všech těchto případech hraje důležitou roli analýza životnosti konstrukce. Tyto skutečnosti jsou reflektovány mj. také v nových mezinárodních normativních dokumentech: • ISO/WD 13823 [4] – jeho stručný popis viz [5]; • fib-Model Code 2007 pro betonové konstrukce – zejména jeho část [6], zabývající se navrhováním betonových konstrukcí na životnost. V obou těchto dokumentech se používá pravděpodobnostní přístup a posuzují se mezní stavy s ohledem na degradaci materiálů v čase vlivem působení prostředí. Současně se životností je též hodnocena míra spolehlivosti. V následujícím textu se pokusím čtenáře stručně s druhým z těchto připravovaných dokumentů seznámit (tj. [6], má rozsah 126 str.). Je to vhodné také proto, že současné normy (vč. Eurokódů) neumožňují přímo navrhovat konstrukce na specifickou/požadovanou životnost – to totiž vyžaduje zohlednění nejistot ve vlastnostech materiálů a degradačních faktorů a jejich modelování spolu se stochastickým přístupem.

Poznámka: Ty části následujícího textu, které jsou psány kurzívou, jsou doplňky autora a nevycházejí přímo z dokumentu [6]. Z Á K L A DY

N AV R H O VÁ N Í

N A Ž I V OT N O S T

Úvodem poznamenejme, že CEB-Model Code 1990, který předcházel dokument [6] představovaný v tomto příspěvku, nepojednával o navrhování konstrukcí na životnost; byly tomu ale věnovány Bulletiny CEB No 148, 182 a 238. Cílem popisovaného dokumentu (rozděleného do pěti kapitol a doplněného čtyřmi přílohami) je jednak připravit rámec pro zahrnutí PBD principů do norem navrhování betonových konstrukcí, jednak uvést modely některých degradačních efektů, které jsou doposud považovány za „odsouhlasené”. Základem je snaha představit takový postup návrhu konstrukcí odolných proti degradaci, který bude srovnatelný s běžným postupem navrhování na účinky zatížení. To znamená: modely kvantifikující účinky působení prostředí (akce) na straně zatížení, na straně únosnosti pak odpor (rezistence) betonu a výztuže proti působení prostředí. Postup lze rozdělit na několik kroků: 1) První krok představuje • kvantifikaci degradačních mechanizmů pomocí realistických modelů, tj. modelů ověřených laboratorními zkouškami a pozorováním reálných situací, např. postup karbonatace; • statistickou kvantifikaci environmentálních akcí (účinků okolního prostředí), např. relativní vlhkost, teplota. 2) Druhým krokem je definování mezních stavů, podle kterých má být konstrukce posouzena. Mohou to být: • depasivace výztuže (tj. porušení mikroskopické oxidové vrstvy na povrchu výztuže, bránící vzniku koroze) karbonatací betonu (příp. také průnikem chloridových iontů); • trhliny vyvolané korozí výztuže; • odlučování částí betonové krycí vrstvy vyvolané korozí výztuže; • ztráta únosnosti průřezu v důsledku koroze výztuže (úbytkem efektivní průřezové plochy nosné výztuže, příp. v důsledku degradace betonu,


3/2006

resp. snížení soudržnosti zkorodované výztuže s betonem); • nepřípustné snížení ohybové tuhosti prvku v důsledku koroze výztuže. 3) Následuje výpočet pravděpodobnosti dosažení posuzovaného mezního stavu; to je provedeno pomocí modelů zmíněných v prvním kroku. V souhlasu se současnou praxí je pak bezpečnost vyjádřena pomocí indexu spolehlivosti β; jeho cílové (přípustné) hodnoty závisí na typu mezního stavu a možných důsledků, které by jeho dosažení vyvolalo. Přitom hodnota indexu spolehlivosti odpovídá hodnotě pravděpodobnosti dosažení mezního stavu. Základní údaje jsou obsaženy v EN 1990 (blíže o mezních stavech viz též [7]). 4) Provede se klasifikace (zařazení) mezního stavu popsaného v kroku 2 – zda jde o mezní stav únosnosti (ULS), příp. použitelnosti (SLS). Depasivace výztuže patří k SLS a uvádí se, že 1,0 < β < 1,5 je relevantní rozsah spolehlivosti, záleží ale na klientovi/investorovi, jakou hodnotu preferuje (i třeba mimo uvedený rozsah). V případech trhlin a odlučování betonu ale rozhodnutí o zařazení do ULS či SLS záleží na místě a rozsahu poškození – např. u kotevních oblastí s nedostatečnou příčnou výztuží jde spíše o ULS. Naopak tam, kde např. trhlinky neovlivní únosnost, lze situaci hodnotit jako SLS. Mezní stavy SLS jsou v tomto dokumentu pojednávány jen ve zúženém smyslu, tj. stavy vázané na trvanlivost, nikoliv např. na limitování průhybů. V dokumentu jsou uváděny tyto strategie a varianty procesu navrhování: Strategie I: • úroveň 1 – plně pravděpodobnostní přístup • úroveň 2 – metoda dílčích součinitelů • úroveň 3 – tradiční přístup (“deemed to satisfy”, tj. bez přímého průkazu životnosti a spolehlivosti) dle současných norem; Strategie II: návrh opatření pro zabránění degradace (volbou materiálu, konstrukčním detailem apod.). Postupy dle úrovně 3, resp. dle strategie II by měly být kalibrovány pomocí metod úrovně 1 nebo 2. 33

V kap. 3 jsou pojednány tyto degradační mechanizmy: • koroze výztuže zapříčiněná karbonatací betonu • koroze výztuže zapříčiněná přítomností chloridů • zmrazovací/rozmrazovací cykly bez přítomnosti rozmrazovacích přípravků • zmrazovací/rozmrazovací cykly s přítomností rozmrazovacích přípravků. Vzhledem k nedostatečné shodě o dalších mechanizmech nejsou zatím jiné modely zařazeny; očekává se však, že budou postupně vyvinuty i s ohledem na obecné principy uvedené v tomto dokumentu (kap. 2). O B E C N É P R I N C I PY N AV R H O VÁ N Í Návrhová životnost je definována jako předpokládaný časový úsek, během kterého má být konstrukce (či její část) používána pro zamýšlený účel bez nutnosti neplánované údržby či oprav. Její definice vyžaduje rozhodnutí o typu relevantního mezního stavu, o požadované délce užívání (doba v rocích) a úrovni spolehlivosti (popsané hodnotou indexu spolehlivosti β; tím se zohledňují očekávaná variabilita působení prostředí a nejistoty spojené s odolností konstrukce i modelu). Tato kritéria musí být specifikována pro každý projekt a odsouhlasena klientem! Další údaje pro volbu těchto kritérií jsou uvedeny v příloze A; v souvislosti s diferenciací spolehlivosti jsou tam připojeny následující klasifikační třídy: • třídy následků (tři třídy dle očekávaných důsledků poruchy); • třídy spolehlivosti: ve vazbě na expoziční třídu (dle EN 1992-1) jsou navrženy Literatura: [1] http://www.pebbu.nl/ [2] Teplý B.: Navrhování konstrukcí s ohledem na cílové vlastnosti. Sborník konference Betonářské dny 2002, str. 150–3 [3] Teplý B.: Trvanlivost – náklady – spolehlivost konstrukcí, Beton TKS 3/2005, s.3-5 [4] ISO WD 13823 „General principles on the Design of Structures for Durability“ (technická komise ISO/TC 98, Bases for Design of Structures, subkomise SC 2, WG 10) [5] Teplý B.: Navrhování konstrukcí na trvanlivost – připravovaný dokument ISO 13823 Sborník konference

34

tři třídy spolehlivosti, kde pro SLS, resp. ULS je doporučena minimální hodnota β (v rozsahu od 1,3 do 4,4); diferenciovat spolehlivost je možné též prostřednictvím formátu dílčích součinitelů; • úrovně dohledu na projekt (tři třídy dle organizace kontrolních činností při projekčních pracech); • třídy kvality provedení (tři třídy dle organizace kontrolních činností při prováděcích pracech); • třídy robustnosti jsou zavedeny v souvislosti s ULS a korozí výztuže: s ohledem na její funkci a umístění a s ohledem na charakteristický úbytek jejího průřezu; • úrovně kontroly konstrukce během užívání (životnosti): jsou naznačeny čtyři třídy organizace a důslednosti prohlídek. Principy navrhování dle mezních stavů jsou přebírány z EN 1990, odd. 3; verifikace návrhu tedy může být prováděna buďto plně pravděpodobnostním postupem (tj. je ověřena hodnota β), nebo pomocí dílčích součinitelů spolehlivosti (i zde ale musí být ověřena požadovaná spolehlivost vhodnou kalibrací hodnot těchto součinitelů). V následujícím textu uvádíme alespoň základní formulaci pro úroveň 1 (strategie I), tj. plně pravděpodobnostní postup. Koroze výztuže vlivem karbonatace betonu bez trhlin V případech mezního stavu depasivace výztuže musí být splněna podmínka pdep = p{a – xc(tSL) < 0} < p0 ,

(1)

kde pdep je pravděpodobnost, že dojde k depasivaci, a krytí výztuže [mm], xc(tSL)

[6] [7] [8]

[9]

Dynamicky namáhané konstrukce (edit. S. Vejvoda), Brno, květen 2006 (v tisku) fib Model Code 2007: část “Service Life Design”, fib TG 5.6 (v tisku) Teplý B.: Mezní stavy včera, dnes a zítra. Staveb obzor 7/2005, s 193–6 Teplý B., Rovnaník P., Keršner Z. a Rovnaníková P.: Podpora navrhování betonových konstrukcí na životnost. Beton TSK 3/2004, s. 38–40 Matesová D. a kol.: Nástroje pro posuzování životnosti betonových konstrukcí. Sborník konference PPK2006 – Pravděpodobnost porušování konstrukcí (edit. S. Vejvoda), Brno, říjen 2006 (připravuje se)

je hloubka karbonatace [mm] v době tSL, která má být stanovena plně pravděpodobnostním postupem – blíže příloha B (tj. pomocí numerického modelování procesu karbonatace s ohledem na náhodné vlastnosti konstrukce i prostředí), tSL návrhová životnost [roky] a p0 návrhová (limitní) pravděpodobnost (blíže příloha A). Mezní stavy vyvolané korozí výztuže, jako trhlinky v betonu nebo odlučování krycí vrstvy (po předchozí depasivaci). Posuzuje se podmínka pcrack = p{Δr(R) – Δr(S)(tSL) < 0} < < p0 , (2) kde pcrack je pravděpodobnost, že dojde ke vzniku nepříznivých trhlin vlivem koroze výztuže, Δr(R) je největší přípustné zvětšení poloměru průřezu výztužného prutu korozí, které by ještě nevyvolalo vznik trhlin na povrchu betonu [μm], Δr(S)(tSL) zvětšení poloměru průřezu výztužného prutu korozí [μm], tSL návrhová životnost [roky] a p0 návrhová (limitní) pravděpodobnost. Alternativně lze posuzovat podmínku pcrack = p{tSL – tini – tprop < 0} < < p0 ,

(3)

kde pcrack je pravděpodobnost, že dojde ke vzniku nepříznivých trhlin vlivem koroze výztuže, tSL je návrhová životnost [roky], tini iniciační čas (doba do depasivace výztuže) [roky], tprop propagační perioda (doba, po kterou probíhá koroze) [roky] a p0 návrhová (limitní) pravděpodobnost. Koroze výztuže vlivem průniku chloridů do betonu bez trhlin Pro mezní stav depasivace výztuže je posuzována podmínka pdep = p{CCrit – C(a, tSL) <0} < p0 , (4) kde pdep je pravděpodobnost, že dojde k depasivaci, CCrit kritický obsah chloridů [hmotnostní % vztažené k pojivu], C(a, tSL) obsah chloridů v hloubce a, v čase t [hmotnostní % vztažené k pojivu], a betonová krycí vrstva [mm], tSL návrhová životnost [roky] a p0 návrhová (limitní) pravděpodobnost. Vzorce pro postupy dle úrovní 2 a 3 zde pro stručnost nekomentujeme, jsou však obsaženy v kap. 3 [6]. Vliv trhlin v betonu na postup koroze výztuže není v [6] podrobněji uveden, pouze se říká, že spolehlivost musí být obdobná, jako v případech betonu bez


3/2006

trhlin (dobře ověřené modely pro postup karbonatace či pronik chloridů v betonu narušeném trhlinami nejsou doposud známy). Také posouzení vlivu zmrazovacíchrozmrazovacích cyklů není zatím pro praxi zpracováno dostatečně „přátelsky“. Další kapitoly dokumentu [6] se zabývají podmínkami provádění konstrukce, managementem kvality, údržbou a prohlídkami; základní požadavky jsou uváděny stručně, vesměs s odvoláním na existující eurokódy. V příloze B jsou podrobně uvedeny modely pro: • plně pravděpodobnostní posouzení depasivace výztuže způsobené karbonatací betonu dle podmínky (1). Jde o relativně komplexní model vyvinutý v rámci mezinárodního projektu DuraCrete. Vyžaduje celkem 9 vstupních parametrů vč. jejich statistických charakteristik, mj. výsledky zrychleného karbonatačního experimentu, informace z meteorologické stanice a další – pro aplikaci v běžné praxi. Je to tedy velmi náročný model. • plně pravděpodobnostní posouzení depasivace výztuže způsobené průnikem chloridů (rozmrazovací soli nebo přímořská poloha) dle podmínky (4). Opět se jedná o relativně komplexní model vyvinutý v rámci mezinárodního projektu DuraCrete. Při jeho použití je nutno aplikovat experimentální metody, resp. opírat se o odbornou literaturu.

• plně pravděpodobnostní posouzení poškození betonu způsobené mrazem; • plně pravděpodobnostní posouzení odlučování betonu krycí vrstvy působením mrazu za přítomnosti solí. Také tyto dva modely nejsou – dle názoru autora – doposud dobře připraveny pro aplikaci v běžné praxi. V příloze C je uveden postup pro posouzení depasivace výztuže pomocí metody dílčích součinitelů. Hodnoty těchto součinitelů zde udané jsou stanoveny tak, aby výsledek odpovídal úrovni spolehlivosti pro β = 1,3. Pro jinou úroveň spolehlivosti by musely být modifikovány (pomocí pravděpodobnostních postupů). Příloha R (zpracování a označení příloh není doposud uzavřeno) je věnována několika číselným příkladům hodnocení spolehlivosti u mezních stavů omezujících životnost. Z ÁV Ě R E Č N É P O Z N Á M K Y Ze znění připravovaného fib-Model Code [6] vyplývá, že to bude dokument používající plně pravděpodobnostní postupy (i při použití jednoduššího postupu – metody dílčích součinitelů – musí být některé hodnoty upraveny pravděpodobnostními metodami). Podobně je zaměřen také chystaný ISO 13823 [4], ale existují také další důvody pro tvrzení, že pravděpodobnostní postupy budou muset projektanti (a nejenom oni) v dohledné době ovládat. Důsledky používání


3/2006

těchto principů se totiž projeví nejenom „na stole“ projektanta, ale i při jeho jednání s dodavatelem a investorem (či při jednání dodavatele s investorem). S tím souvisí v praxi doposud asi neobvyklý krok – specifikace, resp. odsouhlasení úrovně požadované životnosti a spolehlivosti klientem/investorem, což může mj. přinášet nemalé důsledky ekonomické. Bude tedy proto nezbytné, aby si stavební inženýři osvojili – pro řadu z nich – nové znalosti. Současně to vyvolává také potřebu získání, resp. tvorby nových nástrojů, zejména software (jako např. RC-LifeTime popsaný v [8], který vyhodnocuje podmínku (1) s možností volit mezi dvěma modely, nebo rozpracovaný FREET-D [9], který je obecnější – poskytuje možnost pracovat s devatenácti modely degradace betonových konstrukcí). Tento výsledek byl získán částečně v rámci prací na projektu 1M6840770001 (MŠMT) – výzkumné centrum CIDEAS a částečně prací na projektu GAČR 103/06/1562. Prof. Ing. Břetislav Teplý, CSc. Stavební fakulta VUT v Brně Žižkova 17, 602 00 Brno tel: 541 147 642, fax: 541 147 667 e-mail: [email protected] www.fce.vutbr.cz/CHE/teply.b Článek byl lektorován.

35

POSOUZENÍ

PRVKŮ NAMÁHANÝCH KROUTICÍM MOMENTEM A JEHO INTERAKCÍ S OSTATNÍMI SLOŽKAMI VNITŘNÍCH SIL DLE ČSN, STN, ÖNORM A EC A N A LY S I S O F ST R U C T U R E S S U B J E C T E D TO TO R S I O N A N D THEIR INTERACTION WITH OTHER COMPONENTS OF INTERNAL FORCES ACCORDING TO ČSN, STN, ÖNORM AND EC L I B O R M I C H A LČ Í K , P AV O L V A L AC H

interakcí s momentem ohybovým a posouvající silou. Pro správné pochopení příspěvku definujme nyní několik základních pojmů z teorie kroucení. Kroucení je stav prvku, který odporuje podélnému momentovému zatížení, přičemž každý průřez je pootáčen vnějšími silami kolem středu smyku. Podle teorie pružnosti rozeznáváme kroucení prosté a složené, při němž dochází k deplanaci průřezu. Chování přímého prismatického prutu namáhaného prostým kroucením popisuje diferenciální rovnice

S rostoucí výkonností výpočetní techniky směřuje trend analýzy betonových konstrukcí k vytvoření komplexních výpočetních modelů a zohlednění interakce všech složek vnitřních sil. Z těchto důvodů byl v programovém systému ESA PT 5.2 vytvořen výpočtový servis pro řešení prvků a konstrukcí namáhaných krouticím momentem. With the growing speed of the computer technology, the structural analysis of concrete structures tends to apply complex calculation models and consideration paid to the interaction of individual load components. For these reasons in the software system ESA PT 5.2 there was created computing service for calculation of the structures subjected to torsion.

77 f

57b

[f ,

(1)

přičemž G je modul pružnosti ve smyku, It moment setrvačnosti v kroucení, φIIx druhá derivace pootočení průřezu kolem osy x a mx je podélné momentové zatížení. Při prostém kroucení nedochází k deplanaci průřezu, tj. osa průřezu zůstane i po deformaci od krouticího momentu přímá, průřezy zůstanou rovinnými i po deformaci a vzájemně se nevzdálí, v průřezu vznikne jen jediná složka vnitřních sil – krouticí moment. Prosté kroucení vzniká u rotačně symetrických průřezů.

ZÁKLADNÍ TEORIE KROUCENÍ Programový systém ESA PT 5.2 je v současnosti velmi obecným a uživatelsky příjemným nástrojem pro analýzu stavebních konstrukcí. Příspěvek je zaměřen na posouzení vyztužených železobetonových prvků a konstrukcí namáhaných krouticím momentem, popřípadě jeho

TE x y

U průřezů obecného tvaru neplatí předpoklad zachování jejich rovinnosti i po deformaci a dochází k jejich deplanaci. Pokud není deplanaci bráněno vnějšími vazbami a může volně proběhnout, jedná se o tzv. volné kroucení, při němž nevznikají normálová napětí v prvku ani výztuži. V opačném případě se jedná o kroucení vázané, které je doprovázeno vznikem normálových napětí. Chování prutů namáhaných složeným kroucením můžeme popsat diferenciální rovnicí

37e

fg

A sw

Q s

36

77 f

57b

[f ,

(2)

přičemž E je modul pružnosti v tahu a tlaku, Iw výsečový moment setrvačnosti průřezu ke středu smyku a φIVx je čtvrtá derivace pootočení průřezu kolem osy x. Ostatní veličiny jsou označeny dle [1]. V průřezech působí kromě vnitřních sil od kroucení prostého také dvě složky vnitřních sil od kroucení vázaného. Jsou to ohybově krouticí moment, jenž způsobuje přídavná smyková napětí, a bimoment, jenž je statickým ekvivalentem normálových napětí. U prutů s průřezem obecného tvaru vyvozuje vnější zatížení krouticí účinky k ose, jež je spojnicí středů smyků, které ovšem nemusí být shodné s těžištěm průřezu. U masivních průřezů není tento rozdíl významný a může být zanedbán. Matematické odvození všech vztahů vychází z rovnic pro prostorovou napjatost tělesa a vede ke stanovení funkce napětí F(y, z), tzv. Prandtlovy funkce, která má na okraji průřezu nulovou hodnotu a z níž plynou složky napětí dle vztahů

z

Sc

7D f

u4 uh

fh

u4 ug

(3)

Obr. 1 Porušení prvku namáhaného krouticím momentem (se svolením autora převzato z [5]) Fig. 1 Failure of a unit subjected to the torsion moment (by the courtesy of author [5])


3/2006

Funkce napětí tedy představuje určitou plochu, která se klene nad průřezem (Prandtlův vrchlík), svým sklonem v určitém místě udává velikost smykových napětí v kolmém směru a její vrstevnice jsou tzv. smykové čáry, podél nichž smyková napětí působí. Tvar plochy zobrazující funkci napětí je možné získat také experimentálně na základě tzv. membránové teorie, která spočívá ve shodě diferenciálních rovnic volného kroucení a průhybu tenké membrány. Tato analogie poskytuje názornou představu o tvaru Prandtlovy funkce, avšak v současné době se k řešení úlohy o kroucení prutu s obecným průřezem používá převážně numerických metod řešení parciálních diferenciálních rovnic (metoda sítí, MKP). C H OVÁ N Í

KROUCENÝCH PRVKŮ

A Z P Ů S O BY J E J I C H P O R U Š E N Í

Porušení prvků namáhaných krouticím momentem lze sledovat za dvou základních pohledů: před a po vzniku trhlin. Části konstrukce, jež nejsou porušeny trhlinami, se chovají přibližně podle teorie pružnosti. Velikost smykového napětí od kroucení lze bezpečně určit ze vztahu [Of

B , Eb

(4)

kde T je krouticí moment a Wt je průřezový modul v kroucení. Se zvyšujícím se namáháním nosníku krouticím momentem, vznikají v důsledku zvyšujícího se napětí v hlavním tahu od kroucení šikmé trhliny svírající s podélnou osou nosníku přibližně úhel 45°. Tyto trhliny vznikají v místech maximálního smykového napětí. Se zvyšujícím se zatížením se trhliny prodlužují a přecházejí i do ostatních částí průřezu (obr. 1). U prvků nevyztužených na účinky kroucení je vznik těchto trhlin zároveň mezí porušení prvku nebo konstrukce. U částí konstrukce, jež je správně vyztužena na účinky kroucení, je touto mezí porušení v důsledku dosažení meze kluzu výztuže. Při silném vyztužení může dojít k porušení, pokud hlavní napětí v tlaku překročí hodnotu pevnosti betonu v tlaku a dojde k drcení betonu. Jelikož od kroucení vznikají smyková a normálová napětí, může-

me účinky kroucení kombinovat s účinky posouvajících sil a ohybových momentů. MOŽNOSTI VYUŽITÍ PROGRAMU E S A PT V případě posouzení prvků namáhaného krouticím momentem je použitelnost současného výpočtového modulu omezena na určité normové předpisy a vybrané průřezy. V následující části je popsána teorie kroucení použitých normových předpisů. PRINCIP

řezu, κn součinitel normálové síly: pokud je normálová síla nulová, je roven 1,0, γb je součinitel podmínek působení betonu v tahu a Rbtd výpočtová únosnost betonu v tahu. Pokud nebude předchozí podmínka splněna, program pokračuje dále podle stanoveného postupu. První možností je splnění podmínek (8) a vyjádření vlivu kroucení zvýšenou hodnotou posouvající síly, vztahem (7)

POSOUZENÍ PRVKŮ

NAMÁHANÝCH KROUCENÍM DLE

Č S N A ST N Princip výpočtu betonových konstrukcí a stanovení meze porušení dle českých a slovenských norem je velmi odlišný od norem EN a ÖNORM. V zásadě ověřujeme, zda účinky kroucení přenese betonový průřez, v opačném případě jsme nuceni navrhnout podélnou a smykovou výztuž na přenesení kroucení. Podmínky spolehlivosti a postup výpočtu V programovém systému ESA PT je zachován postup výpočtu dle ČSN 731201 a STN 731201. Z těchto norem vyplývá, že pokud je splněna podmínka ve vztahu (5), není nutno dále ověřovat účinky kroucení.

?R ?Pc

BR BPc

b ,

(5)

(7)

BR b BPc

(8)

BR b Bb_ , Eb

kde Bb_ =

E bT

?R PT ,

(9)

Wtf je průřezový modul v kroucení za předpokladu působení celé základní části účinného průřezu a ostatní veličiny jsou označeny dle [5] a [6]. Po vyjádření vlivu kroucení posouvající silou je nutné posouzení průřezu na smyk. Samozřejmě pokud nejsou splněny podmínky (8), přechází posudek na kontrolu vyztuženého průřezu na kroucení. Základní podmínkou spolehlivosti vyztuženého průřezu je vztah (10)

BR b Bc ,

(10)

kde

přičemž Qd je posouvající síla od zatížení, Qbu výpočtová posouvající síla na mezi porušení přenášená betonovým průřezem, Td celkový krouticí moment od zatížení a Tbu výpočtový krouticí moment na mezi porušení betonového průřezu stanovený podle vztahu (6)

BPc = Eb !

¥ BR ´ ?bR ?R ¦# µ , ¦§ Bb_ µ¶

\

P

@ PbR .

(6)

Wt je průřezový modul v kroucení za předpokladu působení celého účinného průz

⎛ / @ / @ ⎞ Bc = /Pb ⎜ aZ a aR ⋅ aab aa aaR ⎟ a ab ⎝ cb ⎠

přičemž lze započítat jen výztuž, jež splňuje podmínku: #≤

/aab /aZ

aa

@ aaR cb ⋅ ≤ . a ab

(12)

@ aR a

Ve vztazích (10), (11) a (12) je Tu výpočtový krouticí moment na mezi porušení, Abt plocha funkčního jádra průřezu, ut obvod funkčního jádra průřezu, sst vzdáz

z

(11)

z

z

y

Obr. 2 Průřezy pro posouzení účinků kroucení Fig. 2 Cross-sections for evaluation of the effects of torsion

y


y

y

y

3/2006

37

lenost třmínků přenášejících kroucení, Asl průřezová plocha všech podélných vložek zachycujících kroucení, Asst průřezová plocha jedné větve třmínku zachycujícího kroucení, γs součinitel podmínek působení podélné výztuže, γss součinitel podmínek působení γs stanovený pro třmínkovou výztuž, Rsd výpočtová pevnost v tahu podélné výztuže a Rssd výpočtová pevnost v tahu třmínkové výztuže. Jestliže vyhoví jedna ze zmíněných podmínek, průřez vyhovuje na účinky kroucení. V programu ESA PT je nutno navrhnout zvlášť výztuž na kroucení s posouvající silou a výztuž pro další silové účinky. Prvek se vyztuží oběma takto zjištěnými výztužemi. Pro interakci s jinými silami je nutno použít přesnější řešení. Parametry výpočtu Použitelnost výpočtového servisu pro posouzení kroucení je omezena typem průřezu (obr. 2). Pro dané průřezy je podle normy programem stanoven účinný průřez, jeho funkční jádro a jejich průřezové charakteristiky. Možnosti a výsledky pro posouzení kroucení dle ČSN a STN v programu ESA PT budou prezentovány na příkladě 1, který obsahuje pět jednoduchých oboustranně vetknutých nosníků obdélníkového průřezu s různými hodnotami zatížení.

Příklad 1 Posouzení prvků namáhaných kroucením dle ČSN a STN Vstupní údaje Vstupní údaje, statické schéma a schéma průřezu jsou znázorněny v Tab. 1. Základní průřezové charakteristiky pro posouzení kroucení Výpočet únosnosti průřezu na mezi porušení cb = P + V − " O a = ! # − " ⋅ "$ = ! [[ /Pb = P− O a V − O a = ! − ⋅ "$# − ⋅ "$ = &" &$" [[ P V

! ⋅# = %" ⋅ $ [[ ! ! !+ ⋅ # BPc = Eb f \ γ P @ PbR = ⋅%" ⋅ −! ⋅ ⋅ ⋅ ' = ! ! = ! " ;<[ = ! " Y<[

Eb = EbT =

P !+ V

=

PV γ P @ PbR = ⋅ ! ⋅ # ⋅ ⋅ ' = "# ;< = "# Y< ! ! BR[Of = Eb γ P @ PR = ⋅%" ⋅ −! ⋅ ⋅ ⋅# = ! ! = " ;<[ = "Y<[

?Pc =

?R [Of =

P V γ P @ PR = ⋅ ! ⋅ # ⋅ ⋅# = #%# ;< = #%# Y< ! !

⎛/ γ @ / γ @ ⎞ Bc = /Pb ⎜ aZ a aR ⋅ aab aa aaR ⎟ = cb aab ⎝ ⎠

⎛ " ! ⋅ −" ⋅ ⋅ "# #! ⋅ −" ⋅ ⋅ "# ⎞ ⋅ = ⋅ &"&$" ⋅ ⎜ ⎟ = ! && ⎝ ⎠ = &' ;<[ = &' Y<[

Výpočet započitatelnosti výztuže pro posouzení kroucení PRINCIP

POSOUZENÍ PRVKŮ

NAMÁHANÝCH KROUCENÍM DLE

EN A ÖNORM Dle evropských norem je nutno prvky namáhané kroucením rozdělit do dvou kategorií podle významu kroucení na únosnost konstrukce. Prvky namáhané kroucením, které má podružný význam a účinky kroucení nerozhodují o únosnosti nosné konstrukce. • Prvky namáhané kroucením, které má podstatný vliv, neboť rozhoduje o únosnosti konstrukce. Tyto části konstrukcí je nutno posoudit s vlivem kroucení. V programu ESA PT je podle popisovaných norem prováděno několik dílčích posudků kroucení • posudek prvků namáhaných pouze krouticím momentem • posudek prvků namáhaných krouticím momentem a posouvající silou • posudek prvků namáhaných krouticím a ohybovým momentem 38

/aab γ aa @ aaR cb ⋅ Určení započitatelnosti výztuže vychází ze vztahu ^][` = /aZ γ a @ aR aab přičemž: `< #) • ^][

/aZ =

/aab γ aa @ aaR cb ⋅ ) #γ a @ aR aab

/aab = /aab

`< ) /aZ = /aZ) /aab = /aab • #≤ ^][ `> ) • ^][

/aZ = /aZ) /aab =

`= Pro náš příklad ^][

/aZ γ a @ aR aab ⋅ γ aa @ aaR cb

/aab γaa @ aaR cb # $ ⋅ ⋅ "# ⋅ ! ⋅ = = $%" , /aZ γa @ aR aab &" ⋅ ⋅ "# ⋅ &&

z čehož vyplývá / γ @ c # $ ⋅⋅ "# ⋅ ! /aZ = aab aa aaR ⋅ b = = "! [[ )/aab = # $ [[ # γ a @aR aab #⋅⋅ "# ⋅ & & Výsledky posouzení Výsledky posouzení kroucení si pro jednotlivé pruty ukážeme v Tab. 2. Pro porovnání uvádíme i výsledky posudku kroucení z programu ESA PT (Tab. 3). Rozdíly v posudcích vyplývají z toho, že v programu ESA PT je přesnější výpočet průřezového modulu v kroucení na základě analýzy průřezu MKP.


3/2006

Posouzení na účinky krouticího momentu Tok smykové síly ve stěně průřezu namáhaného prostým kroucením lze získat ze vztahu (13) b = 300 mm, h = 500 mm, Rbd = 11,5 MPa, Rbtd = 0,9 MPa, γb = 1,0 ds = 16 mm, dss = 8 mm, tb= 30 mm, Rsd = Rssd = 450 MPa, Asl = 804 mm2, Asst = 50,26 mm2, sst = 288 mm, Asw = 174,53 mm2/m as = tb + dss + 0,5.ds = 30 + 8 + 0,5.16 = 46 mm, Prvek B1 B2 B3 B4 B5 4 8 6 4 8 gd [kN/m] td [kN/m] 0,6 1 1 8 16 Tab. 1 Vstupní údaje Tab. 1 Input data Tab. 2 Výsledky posouzení pro jednotlivé nosníky Tab. 2 Results of torsion check for individual members (p_503) Qd Td (p_501) Ttq Qtd Tu Podmínky Qd/Qdmax [kN] [kNm] Qd/Qbu+Td/Tbu [kNm] [kN] [kNm] +Td/Tdmax B1 -10 -1,5 0,689 0,054 -1,5 -25 18,8 p_501<1, p_503<1 p_501>1, p_503<1, B2 -20 -2,5 1,22 0,096 -3,0 -45 18,8 |Td|1, p_503<1 B3 -15 -2,5 1,111 0,087 -2,25 -40 18,8 |Td|Ttq, |Td|1, p_503<1 B4 -10 -20 6,445 0,504 -2,25 -210 18,8 |Td|Ttq, |Td|>Tu B5 -20 -40 12,889 1,009 -3,0 -420 18,8 p_501>1, p_503>1 Pozn.1 – účinek kroucení není nutno kontrolovat, průřez vyhovuje Pozn. 2 – vliv kroucení se vyjádří zvýšenou hodnotou posouvající síly Qtd při posouzení na smyk Pozn. 3 – prvek je nutno dimenzovat na účinky kroucení, průřez vyhovuje Pozn. 4 – prvek je nutno dimenzovat na účinky kroucení, průřez nevyhovuje Pozn. 5 – špatný návrh rozměrů průřezu, průřez nevyhovuje Prut

Výsledek Pozn.1 Pozn. 2 Pozn. 3 Pozn. 4 Pozn. 5

b

W W

BAR /Y

,

(13)

Smyková síla ve stěně i vyvozená kroucením je

DW W b W h W ,

(14)

kde TSd je návrhová hodnota krouticího momentu od zatížení, Ak plocha uzavřená střednicemi stěn průřezu včetně otvoru, τi smykové napětí ve stěně i, ti tloušťka stěny i, zi délka i-té střednice. Odpor průřezu v kroucení je určován za předpokladu tenkostěnného průřezu (obr. 3a, b) Plný průřez je nahrazen ekvivalentním tenkostěnným průřezem. Průřezy složeného tvaru se rozdělí do řady dílčích průřezů, z nichž každý se modeluje jako ekvivalentní tenkostěnný průřez, a celkový odpor v kroucení je uvažován jako součet odporů jednotlivých částí. Tento předpoklad je uveden v obou popisovaných normách. Programový systém ESA PT ovšem uvažuje jen hlavní (nejmasivnější) část průřezu, kterou musí užiObr. 3a Stanovení charakteristik tenkostěnného průřezu dle EC Fig. 3a Determination of characteristics of a thin-walled section by the EC

Tab. 3 Výsledky posouzení v programu ESA PT 5.2 Tab. 3 Results of torsion check outcomes in ESA PT 5.2 program Asl Qtd vd Myd Ttd Asw Td max Tbu [kN] [kNm] [kNm] [mm2/m] [mm2] [kN] [kNm] [kNm] B1 -10,00 -8,65 -1,50 175 433 35,93 2,81 B1 10,00 -8,65 1,50 175 433 35,93 2,81 B2 -20,00 -17,29 -2,50 175 433 -45,0, 35,93 2,81 B2 20,00 -17,29 2,50 175 433 45,00 35,93 2,81 B3 -15,00 -12,97 -2,50 175 433 35,93 2,81 B3 15,00 -12,97 2,50 175 433 35,93 2,81 B4 -10,00 -8,65 -20,00 175 433 35,93 2,81 B4 10,00 -8,65 20,00 175 433 35,93 2,81 B5 -20,00 -17,29 -40,00 175 433 35,93 2,81 B5 20,00 -17,29 40,00 175 433 35,93 2,81 Vysvětlivky k varování a k chybám 176 Posudek kroucení – průřez vyhovuje, článek P 10.2.1 177 Vliv kroucení je vyjádřen zvýšenou hodnotou posouvající síly, článek P 10.2.3 178 Posudek kroucení – průřez vyhovuje, článek P 10.2.4 (TdTu) 778 Špatný návrh rozměrů průřezu, článek P 10.2.2 Prut

Ttg [kNm] -1,50 1,50 -3,00 3,00 -2,25 2,25 -1,50 1,50 -3,00 3,00


Tu [kNm] 18,77 18,77 18,77 18,77 18,77 18,77 18,77 18,77 18,77 18,77

W/E 176 176 177 177 178 178 760 760 778 778

3/2006

Obr. 3b Stanovení charakteristik tenkostěnného průřezu dle ÖNORM Fig. 3b Determination of characteristics of a thin-walled section by the ÖNORM

39

vatel zvolit prostřednictvím třmínků účinných v kroucení. Výztuž v kroucení se musí skládat z uzavřených třmínků s přesahem kombinovaných s podélnými pruty rozloženými po obvodě průřezu. V každém rohu musí být umístěn podélný prut. Při posouzení na účinky krouticího momentu musí prvek splňovat podmínky (15).

BAR ≤ B@R BAR ≤ B@R ,

(15)

přičemž je TSd výpočtová hodnota krouticího momentu, TRd,1 maximální krouticí moment, který mohou přenášet tlačené diagonály a TRd,2 je maximální krouticí moment, který může přenášet výztuž. Výpočtová hodnota krouticího momentu na mezi únosnosti TRd,1 je dána vztahem (16).

B@R= ν TQR b /Y Q]bU +bU , (16) přičemž je t ≤ A / u, a t je uvažováno nejvýše rovné skutečné tloušťce stěny; u plného průřezu značí t ekvivalentní tloušťku stěny; Ak je plocha omezená střednicí tenkostěnného průřezu včetně dutin, ¥

ν vychází ze vztahu % ¦ % §

TQY ´ µ¶

kde fck je charakteristická hodnota pevnosti betonu v tlaku [MPa]; θ je úhel sevřený betonovými tlakovými diagonálami a podélnou osou nosníku, musí být

zvolen tak, aby bylo 0,5 ≤ cotgθ ≤ 2,5 a fcd výpočtová hodnota pevnosti betonu v tlaku. Výpočtová hodnota krouticího momentu na mezi únosnosti TRd,2 je dána vztahem (17)

B@R = /Y TgeR

/ae a

Q]bU

,

(17)

a doplňková průřezová plocha podélné výztuže k přenesení kroucení je dána vztahem (18)

/aZTgZR = BARcY Q]bU ( /Y) .

(18)

Přičemž uk je obvod plochy Ak , fywd výpočtová hodnota meze kluzu třmínků, fyld je výpočtová hodnota meze kluzu podélných prutů, Asw průřezová plocha prutů užitých jako třmínky, Asl je průřezová plocha podélných prutů k přenášení kroucení a s podélná vzdálenost třmínků. Posouzení na kombinaci účinků kroucení a posouvající síly Maximální únosnost prvku namáhaného posouvající silou a kroucením je dána únosností tlačených diagonál, únosností smykové a podélné výztuže. Výpočtová hodnota krouticího momentu TSd a výpočtová hodnota posouvající síly VSd musí splňovat tuto podmínku (19)

B B D D b , AR

@R

AR

@R

(19)

kde TRd,1 je návrhový mezní krouticí moment stanovený podle vztahu (16) a VRd,2 je maximální mezní únosnost proti posouvající síle dle vztahu (20)

D@R = Pe h TQR (Q]bU +bU

),

(20)

V případě splnění rovnice (19) je nutno dále ověřit únosnost smykové a podélné výztuže. Požadovaná plocha smykové výztuže pro přenesení účinku smyku a kroucení je určena součtem ploch výztuží od těchto jednotlivých složek ze vztahů (17) a (21). Požadovanou plochu podélné výztuže určíme ze vztahu (18).

B@R! = h TgeR

/ae a

Q]bU

,

(21)

přičemž z je rameno vnitřních sil v průřezu, přibližná hodnota z = 0,9 d, kde d je výška průřezu a ostatní veličiny jsou uvedeny výše. Posouzení na kombinaci účinků kroucení a ohybového momentu Nutná průřezová plocha podélné výztuže na kroucení je stanovena ze vztahu (18). V tlačeném pásu může být podélná výztuž redukována úměrně s ohledem na působící tlakovou sílu v betonu. V taženém pásu musí být přidána výztuž k výztuži dimenzované pro ohyb. Podélná výztuž na kroucení musí být rovnoměrně rozdělena po délce jednotlivých stran, u malých průřezů může být soustředěna na koncích této délky. V případě normy EC platí, že při kombinaci kroucení a velkého ohybového momentu může vzrůst hodnota hlavního napětí v tlačené části průřezu. Toto napětí určíme z průměrné hodnoty podélného tlaku od ohybu a tangenciálního napětí od kroucení dle vztahu (13). Pokud nastane tento případ, nesmí hlavní napětí v tlaku přesáhnout hodnotu α fcd, kde α = 0,8 a fcd je výpočtová hodnota pevnosti betonu tlaku. V programovém systému ESA PT je ověřena podmínka α fcd a spočtena nutná průřezová plocha podélné výztuže. Tato výztuž musí být manuálně přidána k výztuži dimenzované na ohyb. Vzhledem k tomu, že výpočet únosnosti prvků ve smyku je v aktuální verzi 5.2 programu založen na verzi EC2 [3], muselo být i související posouzení kroucení vytvořeno podle stejné normy. Obr. 4 Detailní posouzení průřezu v řezu Fig. 4 Detail check of a cross-section

40


3/2006

Příklad 2 Vstupní údaje Vstupní údaje, statické schéma a schéma průřezu jsou znázorněny v Tab. 4. Základní průřezové charakteristiky pro posouzení kroucení

b = 300 mm, h = 500 mm, fck = 16,00 MPa, fcd = 10,66 MPa Φsl = 12 mm, Φsw = 8 mm, c = 30 mm, fyd = fywd = 434,78 MPa, Asl = 452 mm2, Assw = 50,27 mm2, s = 100 mm, Asw = 502,7 mm2/m d1 = c + Φsw+ 0,5.Φsl = 30 + 8 + 0,5.12 = 44 mm, Prvek B1 B2 B3 B4 B5 6 6 15 30 20 gd [kN/m] 10 12 10 13 15 td [kN/m]

u = (d+b)∙2 = (500+300)∙2 = = 1600 mm t = d∙b/u = 500∙300/1600 = = 93,75 mm u = ((d-t)+(b-t))∙2 = = ((500-93,75)+(300-93,75))∙2 = k

= 1225 mm A = ((d-t)∙(b-t)) = = ((500-93,75)∙(300-93,75)) = 2 = 83789 mm k

Tab. 4 Vstupní údaje Tab. 4 Input data Tab. 5 Výsledky posouzení pro jednotlivé nosníky Tab. 5 Results of torsion check for individual members

θ = 45° Výpočet únosnosti průřezu na mezi porušení B@R = TQR b /Y Q]bU + bU = = ⋅ "!" ⋅ $% ⋅ '! % # ⋅ ⋅ &! % & ' Q]bU "#° + bU "#° = = !$ ! % ;<[ = !$ !% Y<[ ) = = %⋅ ( %− TQY = %⋅ ( %− $ ) = "!" B@R = /Y TgeR /ae bU

=

= ⋅ &! % & ' ⋅ "!" %&⋅ −" ⋅ # % ⋅ bU "#° = = !$ $ ! ;<[ = !$$! Y<[

Pro další výpočet je nutné také znát hodnoty smykových únosností a několika dalších veličin. Protože smyk není předmětem zájmu tohoto článku jsou tyto hodnoty odečteny z programu ESA PT. VRd1 = 46,22 kN VRd2 = 407,12 kN VRd3 = 225,60 kN bw = 0,3 m α = 0,8 Výpočet plochy výztuže pro posouzení kroucení Asw = 5,027∙10-4 m2/m Asl = 4,52∙10-4 m2 Výsledky posouzení Výsledky posouzení kroucení si pro jednotlivé pruty ukážeme v Tab. 5. Pro porovnání uvádíme i výsledky posudku kroucení z programu ESA PT (tab. 6). V tab. 6 jsou zobrazeny numerické výsledky posouzení prutu, přičemž program ESA PT 5.2 nabízí i možnost posouzení průřezu v řezu (obr. 4).

Kroutící moment Prut

Vsd Tsd [kN] [kNm]

B1

15

25

vyhovuje

B2

15

30

vyhovuje

B3

37,5

25

vyhovuje

B4

75

32,5

vyhovuje

B5

50

37,5

vyhovuje

(P_1) Tsd < TRd1

Interakce kroucení + smyk (P_3) (P_4) (P_5) (P_2) (Tsd/TRd1)2 + Asw,req < Asw Asl,req < Asl Tsd < TRd2 (Vsd/VRd2)2 < 1 [mm2/m] [mm2] 0,72 4,20.10–4 4,20.10–4 vyhovuje vyhovuje vyhovuje vyhovuje 0,86 4,288.10–4 5,04.10–4 vyhovuje vyhovuje vyhovuje nevyhovuje 0,78 5,35.10–4 4,20.10–4 vyhovuje vyhovuje nevyhovuje vyhovuje 1,08 4,46.10–4 5,46.10–4 vyhovuje nevyhovuje vyhovuje nevyhovuje 0,95 5,15.10–4 6,29.10–4 nevyhovuje vyhovuje vyhovuje nevyhovuje

Výsledek Pozn.1 Pozn. 2 Pozn. 3 Pozn. 4 Pozn. 5

Pozn. 1 – Účinek kroucení je menší než mezní únosnost průřezu v kroucení – vyhovuje. Vyhovují i podmínky interakce se smykovou silou. Průřez vyhovuje. Pozn. 2 – Účinek kroucení je menší než mezní únosnost průřezu v kroucení – vyhovuje. V interakci se smykovou silou není splněna podmínka požadované plochy podélné výztuže. Interakce krouticího momentu se smykovou silou nevyhovuje. Průřez nevyhovuje. Pozn. 3 – Účinek kroucení je menší než mezní únosnost průřezu v kroucení – vyhovuje. V interakci se smykovou silou není splněna podmínka požadované plochy smykové výztuže. Interakce krouticího momentu se smykovou silou nevyhovuje. Průřez nevyhovuje. Pozn. 4 – Účinek kroucení je menší než mezní únosnost průřezu v kroucení – vyhovuje. V interakci se smykovou silou není splněna podmínka únosnosti betonových diagonál v tlaku. Interakce krouticího momentu se smykovou silou nevyhovuje. Průřez nevyhovuje. Pozn. 5 – Účinek kroucení je větší než mezní únosnost průřezu v kroucení – nevyhovuje. Průřez nevyhovuje.

Tab. 6 Výsledky posouzení v programu ESA PT 5.2 Tab. 6 Results of torsion check in ESA PT 5.2 programs Prut B1 B1 B2 B2 B3 B3 B4 B4 B5 B5

vd [kN] -15,00 15,00 -15,00 15,00 -37,50 37,50 -74,99 75,00 -50,00 50,00

Myd [kNm] -12,50 -12,50 -12,50 -12,50 -31,24 -31,25 -62,49 -62,49 -41,66 -41,66

Ttd Podmínka Asw reg Asl reg [kNm] 4.47 [-] [mm2/m] [mm2] -25,00 0,72 420 420 25,00 0,72 420 420 -30,00 0,86 488 504 30,00 0,86 488 504 -25,00 0,78 535 420 25,00 0,78 535 420 -32,50 1,08 446 546 32,50 1,08 446 546 -37,50 515 630 37,50 515 630

vrd2 [kN] 407,12 407,12 407,12 407,12 407,12 407,12 407,12 407,12 407,12 407,12

vrd3 [kN] 225,60 225,60 225,60 225,60 225,60 225,60 225,60 225,60 225,60 225,60

Trd1 [kNm] 36,36 36,36 36,36 36,36 36,36 36,36 36,36 36,36 36,36 36,36

Trd2 [kNm] 36,62 36,62 36,62 36,62 36,62 36,62 36,62 36,62 36,62 36,62

W/E 180 180 766 766 767 767 768 768 765 765

Vysvětlivky k varování a k chybám 180 Posudek kroucení – průřez vyhovuje. Kombinace kroucení a posouvající síly vyhovuje. Průřez vyhovuje. 765 Posudek kroucení – průřez nevyhovuje. 766 Posudek kroucení – průřez vyhovuje. Kombinace kroucení a posouvající síly nevyhovuje – podélná výztuž. Průřez nevyhovuje. 767 Posudek kroucení – průřez vyhovuje. Kombinace kroucení a posouvající síly nevyhovuje – smyková výztuž. Průřez nevyhovuje. 778 Posudek kroucení – průřez vyhovuje. Kombinace kroucení a posouvající síly nevyhovuje – betonové diagonály v tlaku. Průřez nevyhovuje.


3/2006

41

Literatura: [1] ČSN 731201 Navrhování betonových konstrukcí, Vydavatelství ÚMN Praha 1987 [2] STN 731201 Navrhovanie betónových konštrukcií, Vydavatelstvo ÚMN Praha 1987 [3] prEN 1992-1-1 draft June 1995, Eurocode 2: Design of Concrete Structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings, European Committee for Standardization, Brussels, 1995 [4] ÖNORM B 4700 Reinforced concrete structures, Wien 2001

[5] Navrátil J.: Předpjaté betonové konstrukce, Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, 2004, 160 s., ISBN 80-214-2649-7 [6] Šmiřák S.: Pružnost a plasticita I, Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, 1999, 210 s., ISBN 80-214-1151-1 [7] SCIA.ESA PT – Software System for Analysis, Design and Drawings of Steel, Concrete, Timber and Plastic Structures, SCIA Group nv, Industrieweg 1007, B-3540 Herk-deStad, Belgium, www.scia-online.com

Z ÁV Ě R Vytvoření výpočtového nástroje pro posouzení prvků a konstrukcí namáhaných krouticím momentem vycházelo z požadavků stávajících a nových uživatelů programu. Na základě jejich návrhů byl v uživatelsky příjemném grafickém prostředí programu ESA PT vytvořen ser-

vis umožňující uživatelům takovéto konstrukce efektivně navrhnout a posoudit. Kompletní výpočtový servis prošel řadou procedur jako např. stanovení požadavků zákazníků, programování a důkladné testování. Několik testovacích příkladů je také součástí článku.

VÝSTAVA

BETONOVÝCH SOCH K OSMDESÁTINÁM

Od konce dubna do prvního červnového týdne pořádala galerie Bayer & Bayer pod záštitou starosty Městské části Praha 1 výstavu betonových soch Olbrama Zoubka u příležitosti jeho osmdesátých narozenin. Retrospektivní přehlídka na Ovocném trhu v Praze představila Zoubkovo dílo od roku 1958 až do současnosti. Olbram Zoubek vešel do povědomí širší veřejnosti v roce 1969, kdy odlil posmrtnou masku Jana Palacha a vytvořil reliéfy na jeho náhrobek a na náhrobek Jana Zajíce. Zoubkovy nezaměnitelné figury, charakteristické štíhlou verti-

42

Výpočtový modul, součást programu SCIA ESA.PT 5.2 [7], vznikl ve spolupráci s Ing. Petrem Ševčíkem a za podpory Doc. Ing. Jaroslava Navrátila, CSc., Ing. Lubomíra Šabatky, CSc. a Ing. Ivana Beleše. Jménem autorů článku děkuji všem zmíněným osobám.

Ing. Libor Michalčík SCIA CZ Slavíčkova 1a, 638 00 Brno e-mail: [email protected] Fakulta stavební VUT v Brně Veveří 95, 602 00 Brno e-mail: [email protected] tel.: 541 147 871 Ing. Pavol Valach SCIA CZ Slavíčkova 1a, 638 00 Brno e-mail: [email protected] Stavebná fakulta STU Bratislava Radlinského 11, 813 68 Bratislava tel: +421 259 274 385

OLBRAMA ZOUBKA

kálou, modelací povrchu a výraznými gesty a postoji, jsou dnes dobře známé a zdobí i četné veřejné budovy. V roce 2002 byl odhalen Pomník obětem komunismu na úpatí Petřína v Praze na Újezdě, na kterém Zoubek spolupracoval s architekty Zdeňkem Hölzelem a Janem Kerelem. Pro ty, kteří výstavu nestihli navštívit, otiskujeme pár pohledů fotografky Karolíny Némethové. Ti, kteří výstavu zhlédli, si mohou oživit své dojmy a vzpomínky. redakce Fotografie: Karolína Némethová


3/2006

STATICKÁ

A N A LÝ Z A PA N E LOV É H O O B J E KT U STAT I C A N A LY S I S O F P R E FA B R I C AT E D PA N E L B U I L D I N G

JI Ř Í OL I VA, PE T R ŠT Ě PÁ N E K Příspěvek předkládá některé závěry nelineární analýzy chování obecného svislého styku prefabrikovaných prvků metodou konečných prvků a jejich aplikaci na řešení vybrané problematiky zásahů do panelových soustav – projekt „Vliv dodatečného předpětí na celkovou statickou spolehlivost objektu a na dodatečné provádění atypických otvorů v konstrukčním systému panelové soustavy P1.11.“ . This paper is aimed at modelling of mechanical behaviour of the vertical joint of the panel system and at determination of the effect of additional prestressing on the overall static reliability of the building’s load-bearing structure and on subsequent construction of atypical openings in the structural system of the panel system P1.11. V důsledku rostoucích nároků na bydlení nebo případně požadované celkové změny užívání objektu se projektanti stále více setkávají s problematikou úpravy dispozičního řešení panelových budov. Přímým důsledkem je pak obvykle zásah do nosného systému objektu doplněním konstrukcí zajišťujících jeho prostorovou tuhost nebo vytvářením nových otvorů, kterému nutně předchází statický výpočet. Jedním ze základních vstupů řádného a moderního výpočtu jsou konstitutivní vztahy použité pro numerický model chování materiálu v konstrukci (zde svislé styky). V současné době má statik k dispozici několik tradičních postupů pro návrh těchto vztahů obsažených v ČSN 73 1211 Navrhování betonových konstrukcí panelových budov a v literatuře [2], [3]. Vzhledem k pokročilým znalostem o vlastnostech materiálů a rozvoji výpočetní techniky je již i praxí, vedle tradičních postupů, využíváno numerické modelování na bázi metody konečných prvků (MKP) v nelineární oblasti. NELINEÁRNÍ

styku panelové soustavy v rámci nelineární analýzy MKP; • stanovit pracovní diagram Q – v numerického modelu svislého styku soustavy P1.11 a porovnat ho s návrhovými metodikami dle [2] a [3]. Pro nelineární analýzu byl zvolen program [4]. Posouzení možnosti numerického modelování mechanického chování obecného svislého styku je provedeno na základě porovnání pracovních diagramů smyková síla – deformace Q – v zkušebního vzorku a výsledků nelineární analýzy numerického modelu zkoušeného vzorku programem [4]. Pro posouzení byl vybrán testovací vzorek SO 52 dle [2]. Modelované vzorky tvarově a materiálově odpovídající testovanému vzorku jsou uvažovány ve čtyřech základních variantách: • vzorek A (smyk za ohybu, model bez počáteční trhliny od smrštění); • vzorek B (smyk za ohybu, model s počáteční trhlinou od smrštění); • vzorek C (prostý smyk, model bez počáteční trhliny od smrštění); • vzorek D (prostý smyk, model s počáteční trhlinou od smrštění). Model s trhlinou a model bez trhliny se liší v popisu kontaktních ploch mezi betonem vlastní zálivky a betonem panelu. Model s trhlinou popisuje stav, kdy vlivem smrštění zálivkového betonu dojde k vývoji trhliny na rozhraní betonu zálivky a betonu panelu. Model bez trhliny popisuje dokonalé spojení betonu zálivky s betonem panelu. Model prostý smyk byl volen jako varian-

ta, kterou umožňuje matematické modelování. Veškeré skutečné zkušební vzorky jsou testovány ve smyku za ohybu, to znamená, že průběh smykových napětí se řídí Grashofovým vzorcem. Předpokládalo se, že pokud hledáme pouze závislost smykové síly a svislé deformace, pak model prostý smyk (v modelu nevznikají podélné deformace, ale pouze úhlová zkosení a smyková napětí jsou v prvku konstantní) dá přesnější výsledky. Pro modelování betonu je použit model železobetonu SBETA programu [4]. Model je určen materiálovými parametry, které jsou programem [4] vygenerovány z krychelné pevnosti Rcu dle doporučení CEBFIP 90. Krychelná pevnost byla volena Rcu = 20 MPa a koresponduje s krychelnou pevností skutečného vzorku. Pro modelování výztuže je použit model výztuže programu [4], který je založen na bilineárním pracovním diagramu s modulem pružnosti E = 200 GPa a mezí kluzu Rsy = 252 MPa. Pracovní diagram modelu výztuže odpovídá pracovnímu diagramu výztuže skutečného vzorku. Soudržnost výztuže je řešena modelem dle CEBFIP 90, který je vygenerovaný programem [4], pro beton s krychelnou pevností Rcu = 20 MPa a výztuž s hladkým povrchem. Vzorek byl zatěžován silou. Zatěžovací síly korespondují se zatěžovacími silami dle historie zatěžování zkušebního vzorku SO 52 dle [2]. Výsledné pracovObr. 1 Srovnání výsledných pracovních diagramů Q – v Fig. 1 Comparison of the loaddisplacement diagrams Q – v

A N A LÝ Z A C H O V Á N Í

OBECNÉHO SVISLÉHO STYKU W

PR E FAB R I KOVANÝC H PRVKŮ

Provedená nelineární analýza si kladla následující cíle: • posoudit možnost modelování mechanického chování obecného svislého BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

3/2006

43

ní diagramy smyková síla – deformace Q – v jednotlivých numerických modelů vzorku a zkušebního vzorku jsou vyneseny do grafu na obr. 1. Na základě jejich srovnání lze konstatovat, že modelování mechanického chování obecného svislého styku panelové soustavy pomocí nelineární analýzy MKP programem [4] je možné. Tvary pracovních diagramů smyková síla – deformace Q – v jednotlivých numerických modelů vzorků SO52 sledují tvar pracovního diagramu skutečného vzorku SO 52 dle [2]. Modely s počáteční trhlinou (B, D) dávají ve srovnání s modely bez počáteční trhliny (A, C) pro stejné zatížení větší deformace (menší tuhost) v pružné oblasti diagramu. Pracovní diagram Q – v numerického modelu svislého styku soustavy P1.11 byl stanoven pro jeden typický svislý styk P1.11 (obr. 2). Tvar modelu odpovídá skutečnému tvaru styku P1.11. Charakteristiky materiálů na obr. 2 se vztahují k vlastnímu modelování v programu [4] neodpovídají hodnotám a indexům dobového označení. Např. pro modelování stěnového dílce a zálivky je použit materiálový model železobetonu SBETA. Konstitutivní model betonu SBETA je určen materiálovými parametry, které jsou programem vypočteny z krychelné pevnosti Rcu (hodnota Rcu byla uvažována v rámci modelování jako hodnota se statistickou zárukou 0,95). Panelové domy jsou objekty, které jsou plně využívány zejména k bytovým účelům, nebo ke kancelářskému provozu. Obr. 2 Tvar svislého styku soustavy P1.11 Fig. 2 Shape of the vertical dowel – joints of the panel system P1.11

44

Je prakticky nemožné provádět i nepatrné sondážní práce. V takovémto případě nezbývá, než využít platných předpisů a ustanovení, které připouštějí určit výpočtové charakteristiky odhadem, případně na základě původní technické dokumentace a tehdejších technických předpisů. Z původní dokumentace vyplývá, že svislé prefabrikované dílce a stropní dílce byly zhotoveny z betonu třídy III. Tato klasifikace odpovídá přibližně třídě betonu B 20. Pro srovnání jakostí betonu z hlediska pevnosti, odpovídající předpisům platným v době realizace objektu a platným dnes, je třeba u betonových prvků vzít v úvahu, že třída, resp. značka betonu, byla do roku 1989 definována průměrnou krychelnou pevností, zatímco podle současných předpisů je definována zaručenou, resp. charakteristickou krychelnou pevností. I když byl stanoven způsob převodu původních značek a tříd na nové třídy, nelze jednoznačně pevnost betonu vyrobenou ve třídě nebo značce podle dřívějších norem považovat za vyhovující i dnešní třídě podle uvedeného převodu. Na rozdíl má totiž vliv vztah mezi průměrnou pevností a pevností zaručenou, která je dána 5 % kvantilem. Stejný kvantil může být zabezpečen i v případě rozdílných průměrných hodnot a naopak stejné průměrné hodnoty mohou zajistit rozdílné kvantily, tj. různou hodnotu návrhové pevnosti betonu podle dnešních předpisů. Na tento rozdíl má vliv technologická úroveň výrobce, tj. s jakou variabilitou byl beton při realizaci prvků vyráběn. V [11] je citová-

no vyhodnocení analýzy velkého množství výsledků pevností betonu shromážděných v TZÚS Praha a TSÚS Bratislava. Dle této analýzy byla technologická úroveň výroby betonu v době realizace panelové technologie nízká a původní tř. III odpovídá pouze třída B 15. Na základě uvedených zjištění byl pro model styku uvažován beton třídy B 15 s krychelnou pevností Rbg = 15 MPa (tzn. 95 % výsledků zkoušek pevnosti na krychlích o hraně 150 mm má hodnotu > 15 MPa). Jsou uvažovány čtyři základní varianty modelu: • vzorek E (smyk za ohybu, model bez počáteční trhliny od smrštění); • vzorek F (smyk za ohybu, model s počáteční trhlinou od smrštění); • vzorek G (prostý smyk, model bez počáteční trhliny od smrštění); • vzorek H (prostý smyk, model s počáteční trhlinou od smrštění). Návrh konečného deterministického pracovního diagramu Q - v vychází z předpokladu, že v rámci všech hodnot pracovních diagramů získaných modelech E, F, G, H je jako konečný vybrán ten, který je složen z hodnot pro konstrukci nejméně příznivých, což znamená: • v lineární oblasti nejméně únosný a nejpoddajnější; • v nelineární oblasti nejméně únosný a nejpoddajnější. Srovnání návrhu deterministického pracovního diagramu Q - v svislého styku soustavy P1.11 s pracovními diagramy

Obr. 3 Srovnání výsledných pracovních diagramů Q – v svislého styku soustavy P1.11 Fig. 3 Comparison of the load-displacements diagrams Q – v of the vertical dowel – joints of the panel system P1.11


3/2006

Q - v stejného styku dle [2], [3] je naznačeno na obr. 3. Výsledný pracovní diagram dle matematického modelování má dobrou shodu v mezních smykových silách pružné a pružně-plastické oblasti s hodnotami dle [2] a [3]. Svislé deformace leží v oblasti mezi hodnotami deformací dle [2] a [3]. Předpokládáme, že neshoda v oblasti deformací je způsobena odlišnou geometrií testovacích vzorků, na základě kterých byly vztahy pro výpočet deformací pro jednotlivé metody odvozeny. Deformace získané matematickým modelováním jsou získány ze vzorku, který tvarově koresponduje se skutečným svislým stykem celého podlaží. Deformace stanovené dle [2], [3] vychází ze vztahů odvozených na základě výsečí svislých styků. Tyto se v rámci metodik liší ve výšce, tvaru a počtu hmoždinek a způsobu vyztužení. Tento předpoklad potvrzuje skutečnost, která dokládá dosažení dobré shody výsledků i v oblasti deformací, pokud byla virtuálně testována jen výseč svislého styku dle [2]. VLIV

D O D AT E Č N É H O P Ř E D P Ě T Í N A

C E L K O V O U S T AT I C K O U S P O L E H L I V O S T O B J E K T U A N A D O D AT E Č N É P R O V Á D Ě N Í AT Y P I C K Ý C H O T V O R Ů

V rámci řešeného příkladu jsou na jednom konkrétním objektu soustavy P1.11 sledovány následující cíle: • stanovení spolehlivosti panelového objektu v původním projektovaném stavu; • stanovení vlivu dodatečného předpětí na celkový stav panelového objektu; • stanovení vlivu dodatečného předpětí na velikost dodatečně prováděných otvorů v rámci celé nosné stěny objektu; • stanovení vlivu polohy dodatečného předpětí na styčník pilíř – nadpraží. Spolehlivost panelového objektu je prokázána nelineárním výpočtem s následným posouzením dle ČSN 73 1201 Navrhování betonových konstrukcí. Stanovení vlivu dodatečného předpětí na celkový stav panelového objektu je získáno porovnáním výsledků nelineárního výpočtu na modelech stěny v původním stavu ve variantách bez předpětí a s předpětím. Stanovení vlivu dodatečného předpětí na velikost dodatečně prováděných otvorů v rámci celé nosné stěny objektu je získáno porovnáním výsledků nelineárního výpočtu na modelech stěny s no-

vými otvory ve variantách bez předpětí a s předpětím. Stanovení vlivu polohy dodatečného předpětí na styčník pilíř – nadpraží je získáno porovnáním výsledků nelineárního výpočtu na modelech stěny s novými otvory ve variantě různých poloh předpínacích kabelů v rámci výšky nadpraží. Výběr řešené oblasti (rozsah parametrické studie) vychází z požadavku reálnosti a smysluplnosti stavebních úprav spojených s dodatečně vkládaným napětím a dodatečně prováděnými otvory ve stávajících stěnách a z analýzy faktorů (konstrukční řešení objektu, tvary nových otvorů, parametry předpětí), které mají limitující vliv na chování objektu a následně na výsledky přepočtu. Výběr konstrukčního řešení objektu soustavy P1.11 řešeného příkladu vychází z rozboru účinku konstrukčního řešení na chování objektu a následně na výsledky přepočtu. Mezi faktory, které byly zvažovány, patří především tvar dispozice, zatížení stěny, nerovnoměrné zatížení na stěnu, nerovnoměrný modul stlačitelnosti pod základovou konstrukcí po délce stěny, výskyt vnitřních svislých styků ve stěně a výskyt stávajících otvorů ve stěně. Parametry konstrukčního řešení pro výběr objektu byly formulovány následovně: • stávající dispozice objektu ve tvaru, který umožňuje stavební úpravy vedoucí ke zvýšení komfortu bydlení vytvořením bytů s větší obytnou plochou, které mají hlavní obytnou místnost o ploše větší než 35 m2; • devítipodlažní řadový dům; • v jedné polovině stěny maximální zatěžovací šířka stropu 4 200 mm; • v druhé polovině stěny zatěžovací šířka stropu 3 300 mm; • vybraná stěna probíhá přes celou šířku objektu; • vybraná stěna je složena nejméně ze dvou stěnových panelů; • ve vybrané stěně je minimálně jeden svislý styk po výšce budovy; • v místě stěny je alespoň jeden stávající otvor, jehož postupným rozšiřováním jsou vytvářeny otvory nové. Na základě zvolených parametrů konstrukčního řešení byl vybrán skutečný objekt popsaný v [7]. Na obr. 4 je naznačen tvar upravené dispozice zvoleného objektu. Volba parametrů nových otvorů řešeného příkladu vychází z rozboru jejich účinku na chování objektu a následně na


3/2006

výsledky přepočtu. Mezi základní faktory, které byly v rámci rozboru uvažovány, patří především počet nových otvorů ve stávající stěně na jednom podlaží, celkový počet nových otvorů ve stávající stěně, současnost provedení otvorů na různých patrech, šířková souvztažnost otvorů nad sebou provedených, tvar (šířka, výška) nového otvoru a šířka krajních pilířů nového otvoru. Parametry nových otvorů byly stanoveny následovně: • jeden nový otvor ve stávající stěně na jednom podlaží; • maximálně sedm nových otvorů ve stávající stěně; • současnost provedení otvorů na různých patrech: varianta stěny s jedním novým otvorem na 2. NP a varianta s novými otvory na 2. až 8. NP; • šířka nového otvoru v rozmezí 1 200 až 3 600 mm, s krokem postupného rozšiřování 300 mm; • výška nadpraží nového otvoru 650 mm; • šířka krajních pilířů nového otvoru v rozmezí 300 až 1 100 mm. Výběr parametrů dodatečného předpínání řešeného příkladu vychází z rozboru účinku dodatečného předpínání na chování objektu a následně na výsledky přepočtu. Mezi základní faktory, které byly v rámci rozboru uvažovány, patří především velikost předpínací síly, počet úrovní předpínacích kabelů ve stěně a poloha předpínacích kabelů ve vztahu k nadpraží nového otvoru. Velikost předpínací síly byla volena 150 kN (jde o sílu po odečtení všech ztrát, v této práci nebylo cílem řešit dotvarování a ztráty). Předpínací systém byl uvažován ze dvou externích kabelů Lp 15,5 dle ČSN 73 1201, přiložených z každé strany stěny a pasivní a aktivní kotvy o rozměrech 0,3 x 0,15 m. V případě vytváření nových otvorů na každém podlaží byly kabely umístěny ve všech úrovních, v případě provádění jednoho osamělého otvoru na 2. NP byly umístěny následovně: • v šesti úrovních (dvě úrovně pod novým otvorem a čtyři nad novým otvorem); • v jedné úrovni (v nadpraží nad novým otvorem); • ve dvou úrovních (v nadpraží nad novým otvorem a v patě nového otvoru). Poloha předpínacích kabelů ve vztahu k nadpraží nového otvoru byla volena ve třech variantách: • kabely v úrovni horní hrany nadpraží; • kabely v úrovni spodní hrany nadpraží; 45

• kabely s proměnnou polohou v rámci výšky nadpraží. Z výsledných parametrů byly sestaveny základní tvary modelů stěny s novými otvory a dodatečným předpětím (obr. 5). Na základě těchto modelů bylo vytvořeno 44 výpočtových nelineárních modelů stěn, které byly rozděleny do tří základních skupin. První skupina zahrnuje model stěny pro stanovení spolehlivosti panelového objektu a model stěny pro stanovení vlivu dodatečného předpětí na celkový stav panelového objektu. Druhá skupina modelů zahrnuje modely pro stanovení vlivu dodatečného předpětí na velikost dodatečně prováděných otvorů v rámci celé nosné stěny objektu. Třetí skupina modelů obsahuje doplňkové modely pro stanovení vlivu počtu poloh předpínacích kabelů na velikost dodatečně prováděných otvorů, stanovení vlivu polohy dodatečného předpětí na styčník pilíř – nadpraží a stanovení vlivu dodatečného předpětí a nových otvorů na mezní rozměr pilíře. Model konstrukce stěny uvedených výpočtových modelů byl řešen jako 2D úloha ve stavu rovinné napjatosti. Pro modelování stěnového dílce byl použit nelineární materiálový model železobetonu SBETA programu [4]. Zatížení bylo simulováno ve formě liniových zatížení. Intenzita a poloha liniových zatížení odpovídala zatížení skutečného objektu stanoveného dle ČSN 73 0035 Zatížení stavebních konstrukcí a dle [7], [9]. Pro simulaci chování styků byly použity nelineární materiálové modely s parametry stanovenými programem [4]. Podloží bylo předpokládáno jako nehomogenní, v polovině stěny s předpokládaným prováděním nových otvorů byl modul stlačitelnosti podloží dvakrát menší než v polovině stěny bez nových otvorů. VYHODNOCENÍ

PAR AM ETR IC KÉ

S T U D I E A Z ÁV Ě RY

Na základě výsledků posudků výpočtových modelů je možné říci, že spolehlivost panelového objektu v projektovaném stavu je dobrá. Vlastní nelineární výpočet vybrané stěny neprokázal žádné nadměrné deformace, trhliny a překročení mezních únosností jednotlivých konstrukcí panelové stěny a rovněž neprokázal žádné nadměrné rozevření a posuny ve stycích. Příčiny v současné době tolik diskutovaných poruch svislých styků 46

je nutno hledat spíše v nekvalitní výrobě jednotlivých konstrukčních dílů a v nekvalitní montáži panelových objektů. Stanovení vlivu dodatečného předpětí na celkový stav panelového objektu bylo provedeno na základě porovnání výsledků na modelu bez předpětí a modelu s předpětím. Z porovnání výsledků vyplynuly následující závěry: • vlivem předpětí jsou kontaktní plochy svislých styků celoplošně tlačené; • předpětí nemá zásadní vliv na průběh napětí ve vodorovných stycích; • nadpraží stávajících otvorů se dostanou vlivem předpětí do dvojosé napjatosti, kde obě hlavní napětí σ1, σ2 jsou tlaková; • trhliny zjištěné na modelu bez předpětí se po vložení dodatečného předpětí uzavřou. Vliv dodatečného předpětí na velikost dodatečně prováděných otvorů je vyjádřen na základě porovnání dosažených mezních šířek otvorů v modelech bez předpětí a s předpětím. Z porovnání výsledků vyplývá, že v rámci provádění jednoho nového otvoru s předpětím na 2. NP je možné dosáhnout 2,25krát širší nový otvor než bez předpětí a třikrát širší nový otvor než stávající. V případě provádění otvorů v každém podlaží s předpětím vyplývá, že je možné dosáhnout 2,2krát širší nový otvor než bez předpětí a 3,7krát širší nový otvor než stávající. V případě aplikace předpětí je výhodnější provádět otvory ve všech podlažích, než jeden otvor ve druhém podlaží, dosáhne se tímto větší šířky otvoru. Vliv počtu poloh předpínacích kabelů na velikost dodatečně prováděných otvorů je vyjádřen na základě porovnání dosažených mezních šířek otvorů v modelech s různým počtem poloh předpínacích kabelů. Z porovnání výsledků vyplynulo, že počet poloh lan v rámci stěny má vliv na velikost jednoho nového otvoru v rámci stěny. Jako nejvýhodnější se jeví používat variantu se dvěma úrovněmi předpínacích kabelů, neboť je nejvyváženější z hlediska získání co nejširšího otvoru a počtu kabelů, které jsou k dosažení otvoru nutné. Pokud ji uvažujeme jako výchozí hodnotu, pak přidáním dalších čtyř poloh kabelů získáme otvor pouze o 13 % širší a naopak ubráním jedné polohy kabelů získáme otvor o celých 33,3 % užší. Vliv polohy dodatečného předpětí na styčník pilíř – nadpraží je vyjádřen na základě porovnání napětí, šířek trhlin,

Literatura: [1] Horáček E.: Komentář k ČSN 73 1211, Vydavatelství Úřadu pro normalizaci a měření, Praha 1988 [2] Pume D.: Výpočtové modely prvků a styků betonových a zděných konstrukcí. Doktorská disertační práce, Praha 11/1997 [3] Witzany J., Pašek J., Čejka T., Zigler R.: Konstrukce pozemních staveb 70 – Prefabrikované konstrukční systémy a části staveb, skripta ČVUT 01/2003 [4] Červenka V.: ATENA 2D, Červenka Consulting, Praha 2002 [5] Harvan I., Gramblička Š.: Rozsah a obsah statických výpočtov při dodatočnom vytváraní otvorov v nosných stěnách panelových domov, ČBS Sborník přednášek, Regenerace nosných systémů panelových budov Praha 10/2001 [6] Šifalda M., Štěpánek P.: Přehled výpočtových modelů a postupů navrhování panelových objektů, jejich vady a poruchy, ČBS Sborník přednášek, Regenerace nosných systémů panelových budov Praha 10/2001 [7] fy. Stavoprojekt Olomouc : Projektová dokumentace sekce : 8 – 42d4, Přerov – Předmostí, Olomouc 1985 [8] Navrátil J.: Předpjaté betonové konstrukce, Akademické nakladatelství CERM, s. r. o., Brno 05/2004 [9] Pozemní stavby Olomouc – oddělení technického rozvoje a typizace: malorozponová konstrukční soustava P 1.11 soubor A – katalog dílců racionalizace 1985, stěnové dílce – výkres výztuže, katalog styků a spojů HSV revize 1988 [10] Šmiřák S.: Pružnost a plasticita I, Akademické nakladatelství CERM, s. r. o., Brno 04/1999 [11] Ministerstvo průmyslu a obchodu: Charakteristické vady a poruchy nosných konstrukcí panelových domů, Program MPO ČR na podporu výzkumu a vývoje regenerace panelových domů, Praha 2000

počtu trhlin a mezních šířek otvorů dosažených v modelech s různou polohou předpínacích kabelů umístěných v rámci výšky nadpraží. Z porovnání výsledků vyplynuly následující závěry. Jako nejvhodnější teoretickou polohu z hlediska únosnosti nadpraží lze vyhodnotit variantu kabelu s proměnným průběhem


3/2006

po výšce nadpraží. Z hlediska praktického jsou však rozdíly v poloze předpínacích kabelů ve vztahu k nadpraží nezajímavé. Veškeré varianty dávají řádově stejné výsledky, co se týče šířky nového otvoru. Menší počet trhlin a menší šířka trhlin ve variantě kabelu s proměnným průběhem nevyváží narušení komfortu bydlení (kabel je v místě nadpraží vidět) a pracnou montáž s osazováním deviátorů. Proto klasická poloha kabelu pod stropem se z hlediska této analýzy jeví jako nejvhodnější. Průběh napětí ve styčníku pilíř – nadpraží je v podstatě stejný. Ve všech variantách se vyvíjí tlačený pás v nadpraží (klenba) a tlačená diagonála, tlačený a tažený pás v pilíři. Zásadní rozdíl je ve sklonu diagonály v pilíři, což je přímo úměrné rozdílu poloh místa aplikace kotevních elementů a místa opře-

ní klenby nadpraží do pilíře. Ve variantě s kabelem pod stropem a ve variantě kabelu s proměnným průběhem je sklon diagonály výrazně větší než sklon diagonály u varianty s kabelem v úrovni nadpraží. Přímým důsledkem toho je, že ohybové namáhání pilíře (vznik taženého a tlačeného pásu) je u varianty s kabe-

lem v úrovni nadpraží výrazně menší. Účinek ohybového namáhání pilíře ve variantě s kabelem pod stropem a ve variantě kabelu s proměnným průběhem je do jisté míry eliminován dostatečným tlakovým předpětím pilíře, které je přímo úměrné poloze otvoru ve stěně (čím nižší podlaží, tím větší tlakové předpětí).

Obr. 4 Tvar upravené dispozice Fig. 4 Shape of the selected disposition Obr. 5 Základní tvary modelů stěny Fig. 5 Basic shapes of the patterns of the wall

`


3/2006

47

Vliv dodatečného předpětí a nových otvorů na velikost šířek pilířů nových otvorů je vyjádřen na základě porovnání výsledků v modelech s předpětím s různou šířkou krajního pilíře. Z porovnání výsledků vyplývá, že šířku krajního pilíře rozšiřovaného otvoru je nutno volit vždy větší než 500 mm. Závěrem lze konstatovat, že vliv dodatečného předpětí na nosnou konstrukci panelového objektu má pozitivní charakter, zvyšuje spolehlivost konstrukce, protože vnáší do konstrukce panelové stěny přídavná tlaková napětí, která vytvářejí tlakovou rezervu při přenosu zatížení, čímž je lépe využívána schopnost betonu přenést poměrně velká tlaková napětí a je eliminována jeho nevýhoda přenášet pouze malá tahová napětí. Při aplikaci dodatečného předpětí na konstrukci je nutno zvážit její skutečný stav. V případě, že není pochybnost o skutečném působení a spolehlivosti konstrukce, v konstrukci se nevyskytují závažné poruchy, se aplikace dodatečného předpětí na konstrukci jeví jako zby-

VÁŽENÍ

tečná. V případě, že je pochybnost o skutečném působení a spolehlivosti konstrukce, v konstrukci se vyskytují porušené styky, trhliny v panelech, je aplikace předpětí přínosem, tzn. zvyšuje spolehlivost a životnost konstrukce. Pozitivní vliv dodatečného předpětí na nosnou konstrukci panelového objektu bude výraznější spíše v případě starších panelových soustav (např. G 57), které mají odlišné tvarování svislých styků (hladká drážka) a neobsahují zálivkovou výztuž nad stěnami. Vliv dodatečného předpětí na velikost nově prováděných otvorů má pozitivní charakter. S předpětím je možné dosáhnout výrazně širších nových otvorů než bez předpětí. Cílem tohoto příspěvku však nebylo provedení přepočtu konkrétní panelové soustavy; cílem bylo dokumentovat možnosti zjednodušeného statického výpočtu pomocí stěnového modelu s nelineárním konstitutivním vztahem svislého styku, který má dominantní vliv na výstižnost výsledků numerické analýzy. Obdobná

analýza již byla použita pro řešení některých konkrétních zásahů do panelových objektů v Brně-Lesné, Blansku a BrněBohunicích, kde byly optimalizovány zásahy do objektu vzhledem k ceně i spolehlivosti sanované (zesílené) konstrukce. Příspěvek vznikl za podpory projektu MPO 1H PK2-57 a v rámci činnosti Centra CIDEAS, které vzniklo v rámci programu „Výzkumná centra PP2-DP01“ (1M) MŠMT ČR. Ing. Jiří Oliva Josefy Faimonové 12, 628 00 Brno tel.: 544 211 172 e-mail: [email protected] Prof. RNDr. Ing. Petr Štěpánek, CSc. FAST VUT Brno Ústav betonových a zděných konstrukcí Veveří 95, 602 00 Brno tel.: 541 147 848 e-mail: [email protected] Tento článek byl lektorován.

ČTENÁŘI,

v minulém čísle časopisu nedopatřením vypadla za článkem pana profesora Z. P. Bažanta „Rozměrový efekt (size effect), jeho podíl na případech katastrofického zhroucení konstrukcí a důsledky pro návrhové normy“ část seznamu použité literatury. Za tuto chybu se omlouváme vám, autorovi článku i všem citovaným autorům a seznam přikládáme dodatečně. Za redakci Jana Margoldová

Literatura k článku Z. P. Bažanta „Rozměrový efekt (size effect), jeho podíl na případech katastrofického zhroucení konstrukcí a důsledky pro návrhové normy“, BETON TKS 2/2006, str. 42–49: [1] Bažant Z. P. (2004): „Scaling theory for quasibrittle structural failure.“ Proc., National Academy of Sciences 101 (37), 13400–13407 [2] Bažant Z. P. and Novák D. (2000a): „Probabilistic nonlocal theory for quasibrittle fracture initiation and size effect. I. Theory, II and Application.“ J. of Engrg. Mech. ASCE 126 (2), 164–174 and 175–185 [3] Bažant Z. P. and Pang S.-D. (2006): „Mechanics based statistics of failure risk of quasibrittle structures and size effect on safety factors.“ Proc. of the National Academy of Sciences 103, in press [4] Bažant Z. P., and Planas, J. (1998): Fracture and Size Effect in Concrete and Other Quasibrittle Materials. CRC Press, Boca Raton and London [5] Bažant Z. P., Vořechovský M. and Novák D. (2005): „Asymptotic Prediction of Energetic-Statistical Size Effect from Deterministic Finite Element Solutions.“ J. of Engrg. Mech. ASCE, in press [6] Novák D., Bažant Z. P., Vořechovský M. (2003): „Computational

48

[7]

[8]

[9]

[10] [11]

modeling of statistical size effect in quasibrittle structures.“ Applications of Statistics and Probability in Civil Engineering (Proc., 9th Int. Conf., ICASP-9, held in San Francisco), A. Der Kiureghian et al., eds., Millpress, Rotterdam, 621–628 Bažant Z. P. and Yu Q. (2005): „Designing against size effect on shear strength of reinforced concrete beams without stirrups, I. Formulation, II. Verification and Calibration“, J. of Structural Engineering ASCE 131 (12), 1877–1885 and 1877–1885 Bažant Z. P. and Yu Q. (2006): „Reliability, brittleness and fringe formulas in concrete design codes“, J. of Structural Engrg. ASCE 132 (1), 3–12 Swenson D. V. and Ingraffea A. R. (1991): „The collapse of the Schoharie Creek bridge: A case study in concrete fracture mechanics.‘‘ Int. J. Fracture, { 51(1), 73–92 Jacobsen and Rosendahl (1994): „Sleipner Platform“, Structural Engineering International (IABSE) No. 3, 190–193 Melchers R. E. (1987): Structural Reliability, Analysis & Prediction. Wiley, New York


3/2006

PODKLADY

PRO RECYKLACI PANELOVÝCH OBJEKTŮ METODOU ŘÍZENÉHO ODSTŘELU SOURCE DATA FOR RECYCLING PREFAB PANEL BUILDINGS USING THE CONTROLLED BLASTING METHOD P E T R F A J M A N , D AV I D K N O L L Při simulaci řízeného odstřelu na počítači je nutné použít nelineární výpočet. Můžeme použít různé modely nelineárního porušování panelových konstrukcí. Vzhledem ke složitosti úlohy je vhodné konstrukci zjednodušit a verifikovat, aby mohl být použit i v dalších aplikacích. Vhodnou verifikací je provedení experimentu a získaná data porovnat s modelem. Toto je však finančně náročné. Další možností je ověření dílčích zjednodušení na jiném relativně přesném modelu, což bylo aplikováno v tomto případě. Non-linear calculations are employed for computer simulation of controlled blasting. Diverse models of non-linear failure of prefabricated panel constructions can be applied. For the model to be exploitable also in other applications, the construction should be simplified and verified viewing the complexity of the task. Conducting an experiment and comparing the data obtained with the model appear to be an appropriate verification method. However, it is financially demanding. Verification of partial simplifications on another, relatively accurate model is also a possibility; and it was applied in this case. Podle údajů European Demolition Association (Evropské společnosti pro demolice) činí průměrná doba životnosti betonové konstrukce zhruba padesát let. Konstrukce špatně provedené, nadměrně zatěžované a poškozované provozem (asi 20 %) mají životnost zhruba třicet let. Je-li betonová konstrukce řádně udržována, potom lze její životnost prodloužit na odhadovaných osmdesát až devadesát let. Nejstarší panelová výstavba bude tedy v dohledné době na konci své životnosti. Před námi stojí závažná otázka, co s tím uděláme? Máme pouze dvě reálné cesty: • sanace a rekonstrukce • odstranění a nová výstavba

• nekvalitní materiál a provedení, které podstatnou měrou snižují životnost panelové konstrukce, zejména betony použité na výrobu prefabrikátů a zálivkové betony, materiály použité na tepelné izolace, hydroizolace a těsnící prvky atd., • projektové vady vzniklé neznalostí nebo podceněním prostorového chování panelové konstrukce, vzájemného spolupůsobení dílců a chování konstrukce v čase, • montážní vady vzniklé nepřesnou či chybnou montáží prvků do konstrukce, záměnou dílců, zabudování poškozených dílců, • poruchy střešních a obvodových plášťů, kterými se projevují nedostatečné tepelně–izolační vlastnosti, • poruchy dělících konstrukcí vzniklé nedůsledným oddilatováním od nosné konstrukce a zanedbáním dotvarování nosné konstrukce v čase, • poruchy okenních výplní. V současnosti se ukazuje, že nejvýznamnější vadou je podcenění interakce panelové konstrukce s vnějším prostředním, zejména vliv teploty. Panelová konstrukce má velkou tuhost a už malá změna vnější teploty vyvolá v konstrukci velkou napjatost. Ta vede ke vzniku trhlin. Na téma sanace a rekonstrukce panelových objektů bylo napsáno množství článků a publikací [1], [2], [3], [4], [5], [6]. ODSTRANĚNÍ Pokud objekt vykazuje závažné statické problémy nebo je z ekonomického hle-

diska výhodnější vystavět nový objekt, je nutné provést odstranění stávajícího. To můžeme provést dvěma způsoby, demontáží (rozebrání bez poškození) nebo demolicí (bourání, destrukce). Demontáž V řadě míst, kde nelze provést demolici z důvodu vysokého hluku či prašnosti, je aplikována demontáž. Při demontáži je panelový objekt postupně rozebírán na prvky. Styky mezi prvky jsou rozpojovány mechanickými, termickými či hydraulickými postupy. Demontované panely jsou znovu použity na jiném místě či recyklovány. V dnešní době existují technologické postupy na drcení prefabrikátů a oddělení výztuže. Demolice Nejběžnějším způsobem likvidace objektu je demolice pomocí drtících kleští (obr. 1). Jedná se o energeticky náročný způsob, který je omezen výškou a přístupem k objektu. Dalším, méně častým způsobem odstranění panelového objektu je demolice pomocí řízeného odstřelu (obr. 2). Při tomto způsobu je nutné bedlivě zvážit postup odstřelu, který musí být zpracován v projektové dokumentaci. Musí být vypracován časový postup jednotlivých odstřelů částí budovy, dále pak rozmístění náloží Obr. 1 Drtící kleště Fig. 1 Crushing pliers

S A N AC E A R E KON ST R U KC E Tento způsob je aplikován na domech, kde nejsou závažné vady a poruchy. Jedná se zejména o tyto: BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

3/2006

49

Obr. 2 Odstřel – Connecticut, USA, 2000 Fig. 2 Blasting – Connecticut, USA, 2000

a jejich vlastní trhací síla. K tomu je třeba připravit kompletní statický rozbor panelů a styků, ve kterém je nutné zohlednit vzájemné spolupůsobení jednotlivých prvků. Proto je snaha postup odstřelu simulovat výpočetním systémem. VÝPOČETNÍ

MODEL ŘÍZENÉHO

ODSTŘELU

Prostorové řešení simulace odstřelu je velmi náročné. Pro výpočet musí být vytvořen model celého objektu, jehož nelineární řešení vede na rozsáhlou soustavu rovnic a časově náročný výpočet. K vystižení nelineárních materiálových vlastností panelů a styků je nutné model složitě ladit a úloha může být vzhledem k rozsahu prakticky neřešitelná. Proto byl navržen zjednodušující postup a prostorový model byl nahrazen 2D modelem. Ztužující stěny v rovině kolmé na řešenou 2D úlohu se promítly změnou tuhosti ve vybraných stycích (postup byl aplikován na soustavě T08B-U). Řešení 2D modelu simulace odstřelu panelové konstrukce je také časově nároč-

né. Vezmeme-li v úvahu opakující se dispozici jednotlivých podlaží, nabízí se možnost zjednodušení. Nejprve přesně vyřešíme jednotlivé prvky panelové konstrukce a jejich styky. Z řešení získáme pracovní diagramy mezi momenty M a deformacemi κ, normálovými silami N a deformacemi ε. To umožní nahradit panely a styky prutovými prvky spojenými pružně s tuhostmi získanými materiálovými modely. Tyto modely mohou být použity k dalšímu výpočtu, například v programu ADINA (obr. 3). Poté můžeme provést výpočet v reálném čase. Z uvedeného vyplývá, že nejdůležitějším bodem daného postupu je získání ověřených jednoduchých materiálových modelů styků panelové konstrukce. V dalším se zaměříme na model, který zavedl Petr Kabele a je podrobně popsán v [7] a budeme ho nazývat zjednodušeným modelem porušování. Do zjednodušeného modelu porušování je nutno získat několik materiálových konstant. Ty můžeme získat z experimentu, jehož provedení je technicky a finančně náročné. Druhou možností je použití výsledků z již uskutečněných zkoušek. Bohužel řada archivů byla po revoluci zničena a výsledky mnoha experimentů

jsou nenávratně ztraceny. Proto byl zjednodušený model v první fázi vyzkoušen pomocí nelineárních výpočtů MKP v programu ATENA. Jako vhodný prvek k ověření zjednodušeného modelu byl vybrán předpjatý dutinový stropní panel systému T08-B s označením PPD 1 – 120/600 ve skladebných rozměrech 6 000 x 2 400 x 190 mm (obr. 4) [8]. U těchto stropních dutinových panelů byl použit beton s označením B 250 (označení dle ČSN EN 206-1 C 16/20). Předpínací výztuž byla vyráběna z oceli 10 607 tvářená za studena s přepínací silou 331 kN. Byl modelován podélný řez panelu o délce 385 mm. Minimální hodnota délky byla získána výpočtem panelu při různých délkách z podmínky, aby podepření neovlivňovalo sledovanou napjatost. Příčný řez s dutinami byl nahrazen náhradním průřezem I (obr. 4). Z průřezových charakteristik stropního panelu byly dopočteny tloušťky pásnic příruby a tloušťka stojiny. Materiálové charakteristiky byly zvoleny dle dostupných podkladů a doporučení. Ve svislém směru je konstrukce podepřena posuvným kloubem na levé straně, který odebírá jeden stupeň volnosti. Ve vodorovném směru je konstrukce podepřena ve všech čtyřech rozích (obr. 5). Pro vyhodnocení výsledků byl v každé podpoře zvolen monitorovací bod pro vypisování velikostí reakcí a posunů. Na základě těchto informací byly dopočítány deformace ε a κ a vnější síly M a N.

Obr. 3 a) 3D model, b) 2D model, c) zjednodušený model Fig. 3 a) 3D model b) 2D model c) simplified model Obr. 4 Výkres výztuže stropního panelu PPD 1–120/600 a koncepce ideálního průřezu Fig. 4 Drawing showing reinforcement of the floor panel PPD 1–120/600 and a concept of an ideal section Obr. 5 Řešený výsek s okrajovými podmínkami při momentovém namáhání Fig. 5 Sector to be solved with boundary conditions under the moment stress

50


3/2006

Literatura: [1] Dům techniky: Regenerace panelových konstrukcí: teorie, konstrukce, technologie 1989, 178 s. [2] Blažek V., Fajman P., Šejnoha J.: Nelineární analýza konstrukcí panelových budov s jednovrstvým nosným obvodovým pláštěm na účinky teploty, Beton a zdivo 2001/6 [3] Witzany J.: Sanace a rekonstrukce nosných konstrukcí panelových domů, ČKAIT, 2000 edice: Regenerace panelových domů, 83 s. [4] Kučera P.: Zkušební postupy k diagnostice stavu konstrukcí a vnitřního prostředí panelových domů, ČKAIT, 2000, edice: Regenerace panelových domů, 74 s. [5] Barták K.: Rekonstrukce v panelovém domě I-IV, Grada Publishing 1999, 126 s. [6] Barták K. Procházková N., Hektar J.: Panelový dům, Vydavatelství Enigma, Praha 1999, 109 s. [7] Kabele P., Kalousková M.: Multiscale Stochastic Simulacion of Building Demolition. Prez.: WCCM VI in conjuction with APCOM‘04, Beijing, China 2004 [8] VTS: Prefabrikace – sb. konf. I. a II., Brno: Čs. věd. – techn. společ. sekce pro staveb. při ČSAV, 1959

Celkem bylo řešeno šest zatěžovacích stavů výpočetní metodou Newton-Raphson pomocí řízených posunů. Vzhledem k tomu, že ve zjednodušeném modelu není uvažován vliv smyku, byly první dva výpočty V+ a V- provedeny na různých délkách panelu (385, 600, 800 a 1 000 mm). Z výpočtů je možné vypozorovat, kdy se jedná o smykové porušení a kdy o momentové porušení. Poté byla konstrukce namáhána posuny simulujícími namáhání M+, M–, N+, N–. Transformace silového zatížení do posunů umožnila zkoumat chování prvku

Typ porušení

Délka panelu [mm]

V+

V-

385

S

S

600

S

S

800

O

S+O

1000

O

O

Tab. 1 Vliv smyku za ohybu. Pozn: S – smykové porušení, O – ohybové porušení Tab. 1 Shear effect in bending. Note: S – shear failure, O – bending failure

za mezí únosnosti a zjistit odtěžovací větev pracovního diagramu až do jeho úplného kolapsu. Výpočet byl prováděn postupným přitěžováním (tzv. výpočtem v krocích). V prvních čtyřech výpočtových krocích byla aktivována předpínací síla s výslednou hodnotou 331 kN. V těchto krocích vznikla počáteční deformace ε, κ. Po aktivaci předpínací síly byl model zatěžován pouze řízenými deformacemi podle toho, jaký stav byl simulován. U tahového a tlakového namáhání byly deformace udělené na spodní a horní straně roznášecích desek shodné 1.10-2 m. U namáhání ohybem byla ve spodní části udělena deformace 2,764.10-2 m, na horní straně deformace opačného znaménka a dopočtená dle podobnosti trojúhelníků, kdy vrchol trojúhelníku se nachází v ideálním těžišti, v hodnotě 2,819 .10-2 m. Po provedení všech výpočtů bylo nutné provést jejich vyhodnocení. Nejdříve byly vyhodnoceny první dva zatěžovací stavy, které ukázaly vliv smyku při momentovém namáhání (Tab. 1). Jak je patrné z uvedené tabulky, čisté smyko-

vé porušení nastane při délce modelu do 800 mm. Destrukce tak krátkého stropního panelu, však nastane velmi zřídka a proto lze vliv smyku zanedbat. Výsledky zbylých čtyř zatěžovacích stavů získané programem ATENA (červená křivka) a zjednodušeným modelem (zelená křivka) jsou vykresleny v grafech na obr. 6. Lze konstatovat, že shoda modelů je dostatečná. Z ÁV Ě R Při porovnání výsledků (obr. 6) můžeme konstatovat, že zjednodušený model a výpočty pomocí nelineární analýzy se dobře shodují. Zjednodušený model porušování umožní zredukovat úlohu z 3D na prutový model při zachování materiálových nelinearit modelu. To výrazně zkrátí časovou náročnost výpočtu analýzy řízeného odstřelu panelové konstrukce. Pro představu, jeden zatěžovací stav v programu ATENA byl počítán cca 5 hod. (v závislosti na počítačovém vybavení) a zjednodušený model cca 1 min. Výsledky uvedené v příspěvku byly získány za dílčí podpory výzkumného záměru MSM 6840770001. Doc. Ing. Petr Fajman, CSc. e-mail: [email protected] tel.: 224 354 477 Ing. David Knoll e-mail: [email protected] tel.: 224 354 498 oba: Katedra mechaniky Stavební fakulty ČVUT v Praze Thákurova 7, Praha 6 Článek byl lektorován.

Obr. 6 Porovnání výsledků získaných programem Atena (červeně) a zjednodušeným modelem (zeleně), levé grafy zobrazují momentové zatěžování, pravé normálové Fig. 6 Comparison of the results gained from the Atena program (red) and a simplified model (green); graphs on the left showthe moment stress, those on the right present the normal stress BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

3/2006

51

BRAZILSKÉ

ZKUŠENOSTI SE ZESÍLENÍM ŽELEZOBETONOVÉHO OBLOUKOVÉHO MOSTU PŘES ŘEKU PARAGUAçU BRAZILIAN EXPERIENCE OF STRENGTHENING OF A REINFORCED CONCRETE ARCH BRIDGE OVER THE RIVER PARAGUAçU P R OTA S I O F E R E I R A C A S T R O , S É R G I O M . F E R R E I R A ALMEIDA, JAIRO ROBERTO CAMPOS SANTOS Článek se věnuje několika významným hlediskům návrhu zesílení mostu „2. července“ a s ním spojených stavebních postupů. Most se nachází na řece Paraguaçu na silnici BR-116/BA ve státě Bahía (Brazílie). Návrh mostu vytvořil inženýr Félix E. H. Von Ranke. Vzhledem ke zvláštnosti konstrukčního řešení byl tento systém nazván po svém autorovi „nosník von Ranke“. Působení konstrukce mostu se stalo časem nedostatečné pro zajištění požadovaného provozu a v červnu 1999 došlo ke snížení jeho zatížitelnosti. Příspěvek popisuje zvláštnosti konstrukčního systému mostu, jeho poškození a koncepci návrhu zesílení. Závěrem jsou popsány nejvýznamnější detaily návrhu zesílení. This paper shows few, but significant, aspects of “2 de Julho Bridge” strengthening design and construction procedures. The bridge is located on the river Paraguaçu, BR-116 highway, in the State of Bahia (Brazil). Engineer Félix E. H. Von Ranke designed the bridge. The particularity of the structural system was named for him as „Von Ranke beam“. However, the “2 de Julho Bridge” structural performance became too deficient to provide adequate service over time and by June of 1999 load–carrying capacity was limited. The singularities of the “2 de Julho Bridge” structural system, the event of damages and the design conception are described. Finally, the most important details of the strengthening design are shown. Most „2. července*)“ na silnici BR-116/BA ve státě Bahía jižně od města Feira de Santana byl na popud Brazilské federální silniční správy (DNER) podroben v květnu 1999 stavebnímu průzkumu. Prvky nosné konstrukce vykazovaly poškození a nedostatečné konstrukční působení, a to především ve druhém poli ve

52

směru od města Feira de Santana. Pole je označeno jako P1-P2. Cílem stavebního průzkumu mostu bylo zhodnotit stav konstrukce a také bezpečnostní riziko s ohledem na současnou zatížitelnost mostu. Uvedený požadavek byl stanoven v důsledku obav o bezpečnost konstrukce, poškození a na stáří mostní konstrukce. Sanační práce měly být prováděny na základě pozorovaných anomálií. Z tohoto důvodu měl stavební průzkum mostu poskytnout informace k návrhům: • časového harmonogramu činností • opravy vrstev • nahrazení ochranného systému • nahrazení stavebních prvků • zvýšení zatížitelnosti mostu • zvýšení celkových užitných vlastností mostu. Most navrhl v roce 1947 inženýr Felix E. H. Von Ranke. Stavba byla dokončena v roce 1948 společností B. Dutra e Cia Ltda. V 80. letech 20. století byla provedena sanace mostu firmou Jatocrete Ltda. Ve stejné době byl opravován podobný most na silnici BR-163 přes řeku Vermelho ve státě Mato Grosso, který navrhl stejný inženýr, a to z důvodu podobných závad konstrukce a nebezpečí z nedostatečné zatížitelnosti. Most „2. července“ přes řeku Paraguaçu má v dnešní době průměrnou intenzitu provozu 7 000 vozidel denně, z nichž 70 % tvoří těžká nákladní vozidla. Běžné mosty odporují jednoduché definici jako člověkem vytvořené předměty. Právě ty nejdůmyslnější jsou tvořeny ručně na místě, ty nejvíce si podobné vykazují mezi sebou rozdíly a právě ty nejvíce zřejmé skrývají překvapení. Zkušenost může být velmi drahým učitelem, avšak nikdo naštěstí nemusí znovu projít všemi poznatky předchozích inženýrů a architektů. Člověk Obr 1 Fig. 1

Celkový pohled na most Overall view of the bridge


3/2006

Obr. 2 Typický oblouk a příčný řez mostem Fig. 2 Typical span and cross section of the bridge

byl schopen vyvinout širokou a působivou technologii právě pro svou schopnost přejímat zkušenosti – dobré i špatné – a stavět podle zaznamenaných zkušeností ostatních. POPIS MOSTU Někteří lidé tvrdí, že krása je součástí oka pozorovatele, a je to pravdivé rčení. Zvláště, pokud se týká návrhu mostů, protože celá konstrukce musí být od počátku navrhována s ohledem na estetické hodnoty. Po dokončení projektu je už prakticky nemožné udělat z ošklivé konstrukce krásnou. Projekt Von Ranka vedl k vytvoření krásného mostu (obr. 1). Most „2. července“ má celkovou délku 268 m, mostovku širokou 8,3 m a devět obloukových polí délky 28,3 m. Na obou koncích jsou navrženy opěry. Obr. 2 ukazuje jedno pole a typický příčný řez uplatněný ve všech polích. Most byl navržen na staré brazilské zatížení, a to třídu 24 t. To znamená normové zatěžovací silniční vozidlo se soustředěným zatížením 4 t v šesti bodech a dvěma rovnoměrnými zatíženími, z nichž jedno, 4 000 Pa, působí před a za vozidlem a druhé, 3 000 Pa, je příčně rozložené podél vozidla. Každé pole mostu je tvořeno trojkloubovým obloukem s táhlem. Čtyři podélná žebra na spodní straně desky mostovky jsou ve vrcholu oblouku propojena se čtyřmi výztužnými žebry na horní ploše oblouku. Nad podporou je mostovka spojena s patou oblouku svislým prvkem. Z podporového styčníku vycházejí tři betonové prvky: svislé spojení s mostovkou, vlastní oblouk a vodorovné táhlo. Vodorovné betonové táhlo je v oblouku zavěšeno pomocí čtyř rovnoměrně rozmístěných betonových závěsů. Oblouková nosná konstrukce spočívá na poměrně štíhlých sloupech, ale tuhost sloupů vyhovovala návrhovým příručkám a normám. Konstrukční systém byl navržen tak, aby do sloupů byla přenášena pouze svislá osová zatížení. Vodorovná reakce v podporovém styčníku oblouku byla vyvážena vodorovným táhlem a do vrcholu sloupů se žádný vodorovný účinek zatížení nepřenášel. Jako ložisková podložka pro styčníky v patě oblouku byla užita olověná deska. Vodorovná zatížení byla přenášena do obou opěr, které byly na tyto účinky navrženy. Účelem betonových prvků působících jako táhlo bylo také přenést účinky pohyblivého zatížení v případě, kdy je pole mostovky pod maximálním provozním zatížením a žádné užitné zatížeBETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

ní na obě sousední pole nepůsobí. Tažené betonové prvky měly velký význam v době výstavby mostu, dokud postranní pole nebyla ještě dokončena a upevněna jako tříkloubový styčník. Mostní sloupy přenášejí svislé zatížení přímo do základových prvků, tj. do krátkých pilot opírajících se o skalní podloží. PRŮZKUM POŠKOZENÍ MOSTU V obloukových prvcích tvořících nosnou konstrukci byly zjištěny vážné konstrukční závady, které se nacházely především ve druhém poli ve směru od Feira de Santana. Závažné poškození betonu bylo nalezeno zejména na konstrukci obloukového nosníku poblíž podpěrné sekce na sloupu P2. V důsledku porušení betonových prvků došlo k průhybu mostovky. Mezi druhým a třetím polem mostu byl zaznamenán v úrovni nosné konstrukce rozdíl 70 mm. Po vzniku poruchy vrchol sloupu nesl obloukovou konstrukci, aniž by docházelo k účinnému přenosu osových zatížení. S rozvojem poškození konstrukce a s tím souvisejících změn docházelo za současného nárůstu pohyblivého zatížení ke zvyšování nárazového zatížení a vibrací, což dále vedlo ke zhoršování stavu betonu a konstrukce, a nakonec mohlo dojít až ke zhroucení příslušné části mostu. Paty oblouku, jehož táhlo nepřenášelo vodorovné tahové síly se vzepřely o sousední pole. Působící vodorovné síly byly tak veliké, že lokálně došlo v kontaktní oblasti k drcení betonu a také k zásadnímu narušení návrhové koncepce dalšího pole a celého mostu. Následkem popsaných poškození hrozilo při nerovnováze vodorovných sil vážné nebezpečí zřícení konstrukce. Boční účinek, tj. vodorovná síla na vrcholu sloupu P2, která byla stanovena na 90 t, by stačila ke stržení přinejmenším dvou polí mostu. Mostní konstrukce ve skutečnosti přenesla rozdělené účinky do několika konstrukčních prvků. Nicméně sledované odchylky chování konstrukce upozornily na její nedostatečnou rovnováhu. Porušení v oblasti podporového styčníku na vrcholu sloupu způsobila zvýšení účinků od tření, kterými byla udržována slabá (nejistá) rovnováha vodorovného zatížení v tříkloubovém styčníku. Síly byly přenášeny do sousedních obloukových polí P1-P2. Vynucená rovnováha vzniklá v důsledku účinků přenášených do sousedních oblouků, způsobila několik vážných poškození i na konstrukčních prvcích přilehlých polí. Porušení betonu v oblasti podporového obloukového styčníku bylo natolik rozsáhlé, že došlo k uvolnění a vyklouznutí kotevní desky vodorov3/2006

53

Obr 3 Fig. 3

Pohled na porušený tříkloubový obloukový styčník Aspects of the tri-hinge arch knot

rovné tažené betonové prvky a vrchol sloupu vykazují známky degradace betonu. • V několika oblastech nosné mostní konstrukce byla pozorována koroze výztužných prutů. • Na vnějším povrchu obloukové desky bylo možno zjistit zatékání vody. • Asfaltová vrstva vozovky vykazovala vážná poškození v pokročilém stadiu, např. vážné příčné nerovnosti, vrypy a výmoly, způsobující nárazové zatížení mostní konstrukce při průjezdu nákladního automobilu.

ného táhla. Vyztužené betonové táhlo zůstalo spojeno s kotevní deskou přes deset ocelových prutů průměru 25 mm. Porušením betonu (materiálu) ve styčníku přestal betonový prvek plnit svou konstrukční funkci. Tažený betonový prvek byl deformován svou vlastní tíhou, která vytrhla závěsné prvky z klenby (obr. 3 a 4). Trhliny a degradace betonu vedly k dalšímu snižování únosnosti konstrukce. Zjištěné vady lze shrnout do následujících bodů: • U čtyř polí z devíti se ukázala podobná poškození vodorovných betonových táhel (tj. uvolnění táhla v důsledku poškozené kotevní desky). Dvě ze čtyř polí mají závěsné prvky stržené. • Při prohlídce ostatních pěti polí byla zjištěna degradace betonu konstrukčních prvků v blízkosti podpěr následkem zatékání vody z mostního závěru. Tříkloubový obloukový styčník, vodo-

54

P O ST U P S A N AČ N Í C H P R AC Í Průzkum na místě prokázal, že vážné poškození konstrukce polí P1-P2 by vedlo ke zřícení celého mostu. Scénář porušení ukázal na nezbytnost oprav a zesílení mostu, což bylo žádoucí pro prodloužení životnosti mostu. Jelikož obsáhlejší řešení nebylo možné (např. nahrazení celého mostu), měly být opravy nebo zesílení cenově nejefektivnějším řešením. První fáze sanace Jako první byl upraven provoz na mostě nejvyšší dovolenou rychlostí 20 km/h a minimální povolenou vzdáleností mezi dvěma vozidly 20 m. K prosazení těchto podmínek byla vybudována z obou stran řada příčných prahů (retarderů). Také byla instalována dopravní světla k řízení jednosměrného provozu. Po dopravně-provozních úpravách následovalo budování dočasných konstrukčních prvků. Na vrchol sloupu P2 bylo osazeno ložisko, o které byly opřeny konce oblouku. Betonový Obr. 4 Pohled na deformované betonové táhlo a utržené závěsy Fig. 4 Aspect of bent tie concrete and pulled down hung elements


3/2006

prvek podporového styčníku byl dočasně zesílen pomocí injektáže a bylo zajištěno jeho připevnění k vybudovanému ložisku. Veškeré trhliny byly vyplněny epoxidovou pryskyřicí a poté byly ocelové a neoprenové polštáře spojeny hmoždinkami s obloukovým styčníkem. Dále byly provedeny následující úpravy: • Omezení obloukového kloubu umístěného ve středu pole P1P2. Výztužná injektáž betonových nosníků o délce 11 m uložených v oblasti středu pole P1-P2, což změnilo původní systém oblouků na spojitý oblouk. Poté byla dilatační spára rovněž vyplněna epoxidem. • Místo kotevních betonových prvků byl instalován ocelový tažený prvek (čtyři pruty Dywidag o průměru 32 mm) ke každé klenbě druhého pole (P1-P2). Betonové tažené prvky pak byly strženy. Druhá fáze sanace Byly provedeny tyto činnosti: • Na mostě byly zachovány požadované provozní požadavky (omezená rychlost, stanovená vzdálenost mezi dvěma vozidly a jednosměrná doprava řízená pomocí dopravních světel). • Zpevnění trojkloubového oblouku, které však bylo provedeno již během počáteční fáze. • Změna původního obloukového konstrukčního systému na spojitý oblouk (vybetonováním monolitického betonového nosníku a vyplněním dilatační spáry epoxidem). • Ložisko ze železobetonu pro nahrazení kotevního betonového prvku taženým ocelovým (Dywidag) prvkem. • Zvedání veškerých podporových obloukových styčníků s využitím jejich spojení s obloukovou deskou. • Zvedání spodní části svislého prvku podporového obloukového styčníku. • Vyrovnání pole P1-P2 pomocí hydraulického zvedáku vzepřeného proti nosnému prvku vybetonovanému ve vrcholu sloupu P2 (vyrovnávání bylo prováděno až po konstrukčním zesílení pole P1-P2). Třetí fáze sanace Již bylo řečeno, že zatímco krása zůstává na povrchu, ošklivost zasahuje až do morku kostí. Zdá se, že toto rčení platí i o navrhování mostů. Před konstrukčním návrhem bylo možno načrtnout pouze obecné estetické zásady. Posléze se estetická rozhodnutí uplatnila v souvislosti s návrhem na zesílení, kdy byla vyvažována požadavky na bezpečnost, funkčnost a ekonomičnost. Byla provedena následující estetická opatření: • Zábradlí a chodník pro pěší byly strženy. • Existující mostní svodidlo bylo změněno na svodidlo typu New Jersey. • Drážka na odvádění vody byla navržena se zábranou typu New Jersey. Nakonec byla vytvořena asfaltová vrstva vozovky v kvalitě, která vyhoví očekávaným požadavkům a stupni bezpečnosti mostu. N ÁV R H O V Ý M O D E L P R O O P R AV Y A Z E S Í L E N Í K počítačové analýze mostu „2. července“ metodou konečných prvků (MKP) byl vytvořen rámový konstrukční návrhový model se šedesáti uzly a osmdesáti pruty. Pro uskutečnění ekonomicBETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

Literatura: [1] Pontis Consultoria e Projetos Ltda – “Relatório do Projeto e Superviço de Recuperaço e Reforço da Ponte sobre o Rio Paraguaçu”, Rio de Janeiro, 1999

kého, finančně efektivního návrhu zesílení byla v přípravě statického výpočtu uvažována únosnost třídy 36 t. To představuje standardní silniční zatěžovací vozidla se třemi nápravami, každou se soustředěným zatížením 2 x 6 t a také dvě rovnoměrná zatížení, jedno – 4 000 Pa – před a za vozidlem a druhé – 3 000 Pa – bočně rozdělené podél vozidla. Současné brazilské mostní normy už toto silniční zatížení neuvažují. Tento MKP model s různými mezními okrajovými podmínkami byl použit k analýze původní mostní konstrukce po zesílení, přičemž původní trojkloubový oblouk byl nyní uvažován jako dvoukloubový (prostřední kloub byl omezen). Porovnání výsledků analýzy ukázalo, že oblouky získaly konstrukční účinnost, jak pro vnější, tak pro vnitřní účinky. Kromě toho se zvýšila jejich tuhost. Ohybové momenty působící v oblasti s omezenými klouby byly převzaty výztužnými pruty. Vodorovné síly na obloukovém styčníku spočívajícím na sloupech byly omezeny. Navržená zesilující konstrukce zvýšila tuhost soustavy. Snížení užitného zatížení přispělo k dalšímu snížení vibrací. Na závěr analýzy MKP je možné říci, že výhodou původního konstrukčního systému mostu byl jeho snadný výpočet vzhledem k jednoduchému konstrukčnímu systému jednotlivých polí. Pro dobu, kdy byl most navržen, byla právě snadnost výpočtu konstrukčního systému výhodou podstatnou. Z ÁV Ě R E Č N É P O Z N Á M K Y Původní konstrukční systém mostu „2. července“ představoval ve své době velmi promyšlenou návrhovou koncepci. Nicméně, jak prokázal počítačový program využívající MKP, stabilita trojkloubového oblouku byla založena na mostovce a vodorovném betonovém táhle. Vážné poškození rozhodujících konstrukčních prvků je možné připisovat nedostatečné údržbě, stejně jako nárůstu nápravového zatížení nákladních vozidel a zvýšení intenzity provozu. Za těchto obtížných podmínek se most „2. července“ a jeho padesát let provozu stává výzvou pro současné navrhovatele konstrukcí a systémů řízení. Autoři děkují Stephanii Kingové za připomínky a podporu a CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologíco) – Národnímu výboru pro výzkum, za podporu výzkumu. Prof. Protasio Fereira Castro, PhD e-mail: [email protected] Sérgio M. Ferreira Almeida, MSc. oba: Universidade Federal Fluminense Rio de Janeiro, Brazílie e-mail: [email protected] Jairo Roberto Campos Santos PONTIS Consultoria e Projeto Ltda e-mail: [email protected] *) Brazílie se stala nezávislou 7. září 1822. Avšak ve státě Bahía, kde most stojí, se portugalské jednotky držely až do 2. července následujícího roku, takže Bahía slaví nezávislost tento den.

3/2006

55

A X E L S C H U LT E S Německý architekt Axel Schultes se narodil v roce 1943 v Drážďanech. V letech 1963 až 1969 studoval na Technické univerzitě v Berlíně. V letech 1972 až 1991 pracoval v kanceláři BJSS s Dietrichem Bangertem, Berndem Jansenem a Stefanem Scholzem. V roce 1992 založil společně s Charlotte Frank a Christophem Wittem vlastní kancelář [1]. V současnosti působí jako profesor architektury v Düsseldorfu [4]. Mezi Schultesovy nejznámější a nejzajímavější realizace z betonu patří nové krematorium a kancléřský úřad v Berlíně. Stavba krematoria (1998) není častou architektonickou zakázkou, skrývá však nesmírný konceptuální náboj. Axel Schultes se jí zhostil v asketickém duchu, který připomíná monolity Tadaa Anda (obr. 1, 2). Obohatil ji o nové prvky, kterými se od nich liší, např. kruhovými betonovými sloupy ve vstupní hale, které vypadají jako velké svíce, protože jejich hlavice jsou osvětleny venkovním světlem (obr. 3). Světlo dopadá také na kruhovou nádrž s vodou ve vstupní hale, nad níž je zavěšeno vejce symbolizující nový život. Nové krematorium stojí na místě původního starého krematoria v jihovýchodní části Berlína v Baumschulenwegu. Dvě obřadní síně krematoria, každá s kapacitou pro 250 účastníků pohřbu, jsou jednoduché velké haly. Duté betonové bloky o rozměrech 50 x 70 m jsou zasazeny 10 m pod úroveň terénu a vystupují do výšky 10 m nad terén. Přísně symetrická dispozice budovy z pohledového betonu je narušena pouze ve vstupní „kondolenční“ hale, v níž je nepravidelně rozmístěno 29 sloupů podpírajících střešní desku a tři stejné vchody do obřadních síní. Prosklené čelní stěny síní jsou zakryty modrými lesklými žaluziemi. Při výstavbě krematoria se Axel Schultes potýkal s různými problémy, např. s řešením povrchových úprav betonu. Dodavatel ani stavební dělníci neměli s betonem valné zkušenosti, a proto nebylo žádným překvapením, když se v položených základech objevila hnízda a mezi panely chyběla cementová zálivka, přestože bylo požadováno těsnění spár pružnými profily.

Obr. 1 Krematorium v Baumschulenwegu

Při další pokládce v suterénu se po odbednění objevily kolem otvorů pro kotevní šrouby prohlubně. Ukázalo se, že kotevní šrouby byly příliš utaženy. Některé záměry architekta nebyly na stavbě krematoria z finančních důvodů uskutečněny. V původním návrhu se počítalo s obarvením betonu namodro. Užití kobaltového barviva do

Obr. 2 Čelní pohled na hlavní vstup do krematoria

56


3/2006

Obr. 3 Hlavice sloupů v krematoriu osvětlené venkovním světlem

betonové směsi však bylo příliš nákladné. Dalším návrhem bylo napustit betonový povrch modrým minerálním barvivem. Dodavatel se zdráhal návrh zrealizovat kvůli nedostatku zkušeností. Při betonování stěn a sloupů nebylo (dle požadavků) bednění natřeno žádnou separační hmotou, protože by vytvářela bariéru minerálnímu barvivu prostupujícímu do hmoty betonu. Pro betonáž sloupů dlouhých 10 m, o průměru 500 mm, byly použity ocelové formy. Jejich vnitřní plochy byly otryskány broky a poté nalakovány, aby byly lesklé a hladké jako sklo a daly se ze sloupů snadno sejmout. Bednění bylo ponecháno na místě tři až čtyři dny a poté byl betonový povrch zakryt polyetylénovou fólií na dalších sedm dní. Sloupy jí však byly obaleny příliš těsně, a to způsobilo, že se na jejich povrchu vytvořily světlé a tmavé skvrny. Mramorovaný efekt na sloupech se architektovi však zalíbil. Barva betonu a návrh betonové směsi byly vybrány z archívu vzorků (betonových kostek) různých barevných odstínů vyrobených konsorciem dodavatelů, kteří pracují na vládních a veřejných projektech. Axel Schultes vybral beton ze směsi světle šedého cementu s granulovanou vysokopecní struskou, žlutým pískem a hrubým říčním kamenivem. Výsledkem uvedené směsi byl však okrově žlutý beton, který se neshodoval s architektovou představou světle šedého betonu, ale v důsledku zrání a karbonatace postupně měnil svojí barvu, až se přiblížil vybrané. Pro architekta Schultese to bylo zajímavé zjištění, že určitá vybraná směs betonu vyrobená o tři nebo čtyři měsíce později se barevně neshodovala s předchozí v důsledku klimatic-

kých změn, drobných rozdílů v poměru vody a cementu, barvy cementu a okolní teploty. 10 m vysoká, 40 m dlouhá a 400 mm tlustá betonová boční stěna odlitá ve třech vodorovných vrstvách nemá žádnou vertikální trhlinu ani spáry, protože obsahuje dostatečné množství výztuže. Zvláštní pozornost byla věnována detailům ostrých hran okrajů, rohů a schodů budovy. Bylo údajně velmi složité přesvědčit dodavatele, aby během stavby ochránil ostré hrany povrchu boční stěny, stejně jako hrany úložných spár vyplněných maltou. Betonová stropní deska, která má velké rozpětí, byla ošetřována téměř čtyři měsíce, než pod ní bylo odstraněno bednění. Po jeho odstranění byl beton na spodní ploše desky tmavý a skvrnitý. Po šesti měsících jeho zrání v suchém prostředí tmavé skvrny vybledly. Přesto je beton podhledu stropu tmavší než beton sloupů a boční stěny. Beton stropních desek vykonzolovaných nad vchodem do krematoria je naopak tak světlý, že desky vypadají jako by byly opatřeny nátěrem. Podlaha v hlavní hale krematoria byla vydlážděna serpentinem, aby vydržela nápor chodců i po padesáti letech [2]. Moderní úřad německého kancléře v Berlíně (2000) připomíná z vnějšího pohledu bílou pevnost, uvnitř skrývá architektonický skvost (obr. 4). Komplex ve tvaru písmene H má 370 kanceláří, které odděluje třináct zimních zahrad. V prosklené vstupní hale jsou nepravidelně rozmístěny betonové sloupy, které podobně jako v krematoriu protínají střechu a jsou shora osvětlené venkovním světlem (obr. 5). Zatímco severní a jižní fasáda je obložena kamenem, východObr. 5 Krytá terasa kancléřského úřadu

Obr. 6 Betonové sloupy kryjící výdechy klimatizace


3/2006

57

Obr. 4 Úřad kancléře v Berlíně

Literatura: [1] www.archiweb.cz [2] David Bennet: Exporing Concrete Architecture, Birkhäuser 2001 [3] Catherine Croft: Concrete Architecture, Laurence King Publ. 2004 [4] Finský časopis Betoni 2/2004

ní strana budovy odhaluje betonovou strukturu a zvlněnou střechu z bílého betonu oživenou plátěnou stříškou. Za zdmi z betonu a pancéřovým sklem tlustým 80 mm pracuje více než pět set zaměstnanců. Dvě místnosti slouží zasedání spolkové vlády. V nejvyšším patře se nachází byt německého kancléře s výhledem na největší park v centru Berlína – Tiergarten. Vzhledem k monumentálnosti budovy překvapují malé rozměry vlastní kancléřovy kanceláře. Místnost je vysoká pouhých 2,7 metru a působí poněkud tmavě [1]. Za hlavním blokem se nachází kancléřova zahrada, která se svažuje k řece Sprévě. Velké betonové žardiniery (květníky) vyzdvihují stromy až k tanečnímu sálu. V podobných betonových prvcích je umístěna klimatizace (obr. 6). Rozložitá budova úřadu německého kancléře, kterou Berlíňané kvůli neobvyklému tvaru přezdívají „spolková pračka“, se záhy stala turistickým magnetem. Ve dvoře je vystaven černý Mercedes-Cabrio prvního spolkového kancléře Konráda Adenauera, ve

spodních podlažích se nachází expozice bonnského kancléřství a moderního umění [1]. Projekt kancléřského úřadu v Berlíně získal koncem roku 2003 národní ocenění „Deutsches Architekturpreis“ [4]. DALŠÍ

PROJEKTY

A X E L A S C H U LT E S E

Čtyři městské vily Kanceláře EKD (Evangelischen Kirche in Deutschland) Kunsthalle Schirn

Berlín-Spandau

1978-82

Hannover

1979-80

Frankfurt n M.

Umělecké muzeum

Bonn

1983-85 1985-93

House of History (projekt) Potsdamer Platz (projekt) Büropark am Welfenplatz Albert-Einstein-Oberschule Haus Knauthe– výškový dům Campus University of Sydney (soutěžní projekt) Canadian Bank (soutěžní projekt) Haus Ackermann

Stuttgart-Mitte Berlín-Tiergarten Hannover Berlín-Neukölln Berlín-Mitte

1990 1991 1993 1993 2000

Austrálie

2003

Bejrút, Libanon Kolín nad Rýnem

2004 2005 kj, jm

Zdroj obrázků: 1 a 4 – Wissenschaftliches Bildarchiv für Architektur, Berlin 2 a 3 [2], 5 – 7 [3]

Obr. 7 Půdorys přízemí kancléřského úřadu

58


3/2006

„PANELÁKY“

V

EVROPĚ?

V roce 2004 vydala Technická univerzita v nizozemském Delftu knižně studii nazvanou „High-rise housing in Europe – Current trends and future prospects“ [1]. Platí stále důvody, proč byly panelové bytové domy v době poválečného nedostatku bytů stavěny po celé Evropě, byly poopraveny či překonány; jak se nové vztahy promítají do zájmů dnešních majitelů a uživatelů bytů a domů tohoto typu bydlení? Studie mapuje současnou situaci a zkušenosti z Německa, devíti států západní, severní a jižní Evropy a pěti zemí ze střední a východní Evropy. Počátky výstavby panelových bytových domů na přelomu 50. a 60. let minulého století byly svázány s velkými očekáváními. V prvních kapitolách studie autoři odpovídají na otázky jak, proč a pro koho byly stavěny. Konec období „euforie“ přichází do západní Evropy počátkem 70. let, do východní o dvacet let později. Identifikované problémy související s bydlením v panelových domech lze rozdělit na: • problémy konstrukční povahy: nevyzkoušené konstrukční postupy a špatná kvalita materiálů • vnitřní dispozice: malé pokoje, nedostatečné centrální vytápění, sanitární zařízení a úložné prostory • urbanistické návrhy a prostorové uspořádání: špatná poloha, vysoká hustota objektů, znečištění dopravou a hlukem • vnitřní sociální problémy: hlučné až asociální chování uživatelů bytů, kriminalita, nedostatečný pocit bezpečí a špatné sousedské vztahy • finanční problémy: pro nájemce vysoké nájmy a poplatky za služby a energie, pro pronajímatele nedoplatky nájmů, prodlení plateb, vysoké ceny za údržbu a provozní ztráty • konkurenční problémy: špatná pozice na trhu nemovitostí • problémy organizace řízení a správy: nedostatečné zdroje na údržbu • legislativní problémy: vlastnictví bytů, domů a prostorů mezi nimi Literatura: [1] R. Turkington, R. v Kempen a F. Wassenberg: „High-rise housing in Europe – Current trends and future prospects“, publ. by Delft University Press 2004, ISBN 90-407-2483-0

• socio-ekonomické problémy: nezaměstnanost, špatné školství, drogová závislost ad. intenzivnější při koncentraci uživatelů bytů s podobnými problémy. Jsou formulovány odpovědi na otázky: Proč se panelová sídliště vyvíjela tak, jak se vyvíjela? Proč se mění jejich funkce a pozice? Proč jejich popularita stoupá či klesá? Co určuje, zda se sídliště bude vyvíjet dobře či ne? Jsou sumarizovány faktory působící na mikro a makro úrovni. Do makro úrovně jsou zahrnuty technologické, demografické, environmentální, ekonomické, politické a sociálně-kulturní megatrendy, které působí přes hranice států a ovlivňují trh s byty. Pokud si má panelové sídliště udržet zájem, musí na změny reagovat. Mikroúroveň je rozdělena na nabídku a poptávku. Nabídka zahrnuje počáteční kvalitu objektu a sídliště, počet a charakter domů, jejich užívání a vývoj. Poptávka obsahuje počet a diferenciaci uživatelů, jejich zdroje, omezení a preference. Současná situace panelových domů je v jednotlivých zemích popisována se znalostí jejich specifického vývoje. Konečná shrnutí a doporučení vycházejí ze změněných potřeb společnosti, majitelů domů i uživatelů bytů. Otázka – mají panelová sídliště budoucnost? – musí být řešena ve vazbách na celek. Bude-li stát dotovat rekonstrukci a revitalizaci sídliště v oblasti se snižujícím se počtem původního obyvatelstva, může se stát, že zajistí bydlení pro skupinu postupně stárnoucích nájemců. Sídliště se bude dále vyprazdňovat, protože mladší generace bude s rostoucí ekonomickou silou odcházet do jiných typů bydlení. Prázdné byty bude majitel nabízet slabším a méně adaptabilním sociálním vrstvám nebo imigrantům, jejichž koncentrace se bude v dané lokalitě zvyšovat. Probíhající revitalizace přinesla do oblasti více práce, následně může přispět ke zvýšení nezaměstnanosti. Problémy panelových bytových domů konstrukční povahy jsou pouze jedním prvkem systému. Řešení jednotlivostí bez zvážení funkčnosti celého systému se všemi souvislostmi v budoucnosti je neefektivní a drahé pro majitele domů i společnost. Komplexní postup, dle úspěšných zkušeností, přináší dlouhodobý prospěch obyvatelům i celému městu.

VII. pøehlídka diplomových prací

www.diplomy.cz

pøehlídka diplomových prací absolventù všech škol architektury v ÈR, kteøí ve školním roce 2005-2006 úspìšnì obhájí diplomovou práci ceny a odmìny ÈKA: 50 000 Kè vìcné odmìny sponzorù: program Allplan 2005 Architektura, paket 300 v hodnotì 115 000 Kè, program ArchiCAD v hodnotì 68 000 Kè, tiskárna HP Designjet 70 v hodnotì 25 000 Kè, dvì židle One od Konstantina Grèièe (Magis) v hodnotì 14 000 Kè, kopírovací karta Copy General v hodnotì 10 000 Kè

termín odevzdání: 6. 6. - 14. 7. 2006 místo odevzdání: Kanceláø ÈKA, Josefská 34/6, Praha 1, Starobrnìnská 16/18, Brno soutìžní podmínky a pøihlášky: www.cka.cc, [email protected], tel.: 257 532 430 propagace všech soutìžních návrhù: tištìný katalog, internetová prezentace, putovní výstava, odborné èasopisy

Partneøi:

Mediální partneøi:

Jana Margoldová


3/2006

59

CONCRETE

LESSONS

Vláda Velké Británie schválila program výstavby školních budov. Celkem 2,2 miliard GBP bude určeno pro výstavbu 140 nových škol a renovaci 95 škol. Pokud by měla být uvedená investice úspěšná, je důležité, aby vybraný konstrukční materiál nabízel flexibilitu pro budoucí využití školního objektu a byl pro něj tím nejlepším dlouhodobým řešením. Beton nabízí termální efektivitu, požární odolnost, zvukovou izolaci, minimum vibrací, nižší provozní náklady a nižší požadavky na údržbu. Přes 2000 škol ročně je ve Velké Britá-

EVROPSKÁ

nii poškozeno ohněm v důsledku žhářství. Významným faktorem při výstavbě školských objektů je proto odolnost betonu proti požáru. Beton má také vysokou úroveň zvukové izolace, což je důležité pro absorpci hluku typického pro školní budovy. Beton může rovněž usnadnit stavbu škol v krátkých termínech díky moderním technologiím bednění, vyztužování, předpínání, hybridním a prefabrikovaným konstrukcím. Concrete, May 2006, str. 22

Obr. 1 Beton splňuje požadavky na odolnou konstrukci, která se snadno udržuje

STRATEGIE OPRAV KONSTRUKCÍ Z BETONU

50 % evropského ročního rozpočtu pro výstavbu je vynaloženo na opravy již existujících staveb. Stárnutím infrastruktury a s přibývajícími úspornými opatřeními v rozpočtu se budou uvedená procenta ještě zvyšovat. Vysoký počet stavebních oprav souvisí s degradací výztuže železobetonových konstrukcí. Jednoduché postupy záplatování a omítnutí poškozeného železobetonu jsou považovány jen za krátkodobé kosmetické úpravy a nejsou vhodným řešením dlouhodobého problému. Až doposud neexistovala v dané oblasti žádná zavedená evropská norma. Nová norma EN 1504: „Produkty a systémy určené pro ochranu a opravu betonových konstrukcí – definice, požadavky, kontrola jakosti a hodnocení shody“ standardizuje návrh a provádění oprav betonových konstrukcí a poskytuje návod na vylepšený systém úspěšných oprav s dlouhodobou životností.

Tab. 1 EN 1504 – Část 9 formuluje základní principy systémů oprav betonu

Concrete, May 2006, str. 30–31

ÚSPĚŠNÁ

SANACE DÁNSKÉ NEMOCNICE

Není příliš běžné, aby se samotná nemocnice stala pacientem, ale byl to právě případ dánského zdravotnického zařízení Esbønderup Hospital, které mezi lety 2000 až 2005 podstoupilo rozsáhlou renovaci, která se týkala zejména odstranění trhlin v betonu na nemocničních balkonech. Betonová stavba utrpěla četná poškození způsobená alkalicko-silikátovou reakcí a účinky mrznutí a tání. Na spodní části desek betonových balkonů, vykonzolovaných nosnících i na betonovém povrchu se vytvořila síť trhlin. Nemocnice Esbønderup Hospital byla postavena v roce 1970, kdy byla v platnosti norma z roku 1949, která ještě nepočítala s účinky alkalicko-silikátové reakce. Výplň spár na balkonech navíc nebyla navržena dobře a do spár se 60

ESBØNDERUP HOSPITAL

dostávala dešťová voda, která v betonu rozpouštěla hydroxid vápenatý a způsobovala korozi výztuže. Muselo být zabráněno dalšímu pronikání vody do konstrukce. Podlahy na balkonech byly vyměněny, na horní (50 m dlouhé) části balkonů byla položena voděodolná membrána a na spodní část

byl aplikován ochranný nátěr odpuzující vodu. Concrete, May 2006, str. 32–33

Obr. 1 Poškozený beton balkonu před opravou Obr. 2 Nemocnice Esbønderup Hospital po renovaci


3/2006

SANACE 2006 Ve dnech 24. a 25. května t. r. proběhlo v Brně na tradičním místě v rotundě pavilonu A mezinárodní sympozium SANACE 2006 pořádané Sdružením pro sanace betonových konstrukcí. Mottem letošního rokování byly „Sanace objektů na železnici“. V rámci dopravního systému hraje i v České republice železnice důležitou a nezastupitelnou úlohu. Intenzivní investiční činnost na železnici je převážně zaměřena na rekonstrukce a modernizace stávajících drážních tahů, kde se právě často můžeme setkat s potřebou sanací betonových prvků nebo celých konstrukcí. Je tedy třeba neustále hledat nové materiály a technologické postupy, které by vedly k vyšší efektivitě prováděných sanací betonových konstrukcí. Sympozium poskytlo prostor pro předvedení úspěšných realizací, výměnu zkušeností a předávání nových vědomostí. Také je to příležitost setkat se a diskutovat své názory tváří v tvář. Napjatě očekávanou součástí úvodního programu sympozia bývá vyhlášení těch nejlepších. Letos byly ceny uděleny během zahajovacího společenského večera, který SSBK připravilo do krásných historických prostor renesančního domu pánů z Kunštátu. Ocenění „Významná osobnost v oboru sanace betonových konstrukcí za rok 2005“ převzal pan Prof. Rostislav Drochytka, proděkan Fakulty stavební Vysokého učení technického v Brně. Cena „Sanační dílo roku 2005“ byla udělena společnosti SASTA CZ za realizaci Statického zajištění nosné konstrukce prvního nadzemního podlaží závodu Hartmann Rico v Mostě. Čestné ocenění „Sanační materiál roku 2005“ Sdružení udělilo firmě

Redrock za Sanační systém Permapatch. I letos byla oceněna diplomová práce studentů vysokých technických škol obhájená v roce 2005. Toto ocenění obdržel pan Ing. Petr Slepička, dnes už absolvent Fakulty stavební VUT v Brně, za práci „Rekonstrukce štíhlé, dynamicky namáhané jeřábové dráhy“. jm

BETONÁRSKE DNI 2006 9. – 10. novembra 2006 Slovenská Technická Univerzita Vazovova ul. 5, Bratislava Katedra betónových konštrukcií a mostov SvF STU Doprastav, a. s. Holcim (Slovensko), a. s. ZIPP, s. r. o. Bratislava • Betónové a murované konštrukcie • Betónové mosty • Spriahnuté betónové a oceľobetónové konštrukcie • Nové materiály a technológie • Navrhovanie a modelovanie betónových konštrukcií • Rekonštrukcie a zosilňovanie betónových a murovaných konštrukcií • Rekonštrukcie a zosilňovanie betónových mostov • Rekonštrukcie a zosilňovanie panelových budov • Rekonštrukcie a zosilňovanie historických budov • Financovanie, normy a legislatíva Informácie o organizačných záležitostiach: tel.: +421 252 494 275, fax: +421 252 926 213 internet: http://www.kbkm.stuba.sk e-mail: [email protected]


3/2006

61

BEELD SCHOON BETON – KRÁSNÝ OD

I N SP I R AC E K R E A L I Z AC I

Knihu Beeld Schoon Beton, jejíž název by se dal do češtiny přeložit jako „Krásný pohledový beton“, vydalo nizozemské nakladatelství ENCI Media v lednu. Kniha kromě předmluvy a úvodu obsahuje osm inspirujících kapitol zvaných „sféry výrazu betonu“: • hrubý drsný povrch, využití v robustních monolitických konstrukcích • hladký povrch, využití na površích prefabrikovaných prvků • přírodní – opracovaný jako přírodní kámen • přírodní – kulturní, umělá textura vytvořená jiným materiálem pomocí forem. • přírodní – kultivovaný, příroda jako inspirace k formování textury reliéfu betonu • kulturní – abstraktní, reliéf, textura, abstraktní geometrické formy, textura hladkého a rovnoměrného betonového povrchu bez nežádoucích odchylek • kulturní – trojrozměrná skulptura, od trojrozměrného dekorativního ornamentu až k monolitické struktuře

FINISHING CONCRETE WITH COLOR AND TEXTURE S T E V E N H . K O S M AT K A , TE R RY C. CO L L I N S

Druhé vydání publikace Finishing Concrete with Color and Texture (Povrchové úpravy betonu barvením a vzorováním) z roku 2004 má 72 stran a 210 fotografií. Průvodce navrhováním a realizací dekorativních betonových povrchů je rozdělen 62

POHLEDOVÝ BETON

• kulturní – prostorová struktura Poslední dvě kapitoly knihy Beeld Schoon Beton seznamují čtenáře s technikami úpravy povrchů prefabrikátů i monolitických konstrukcí. Publikace psaná v holandském jazyce podává vedle technických informací velmi zajímavý přehled estetických kvalit pohledového betonu. Její bohatá obrazová dokumentace zahrnuje projekty daňového úřadu v Apeldoornu, TGV station v Luiku, obytného domu v Amsterdamu, tramvajového viaduktu v Rijswijku, Univerzitní knihovny v Utrechtu ad. Kontakt na vydavatelství: ENCI Media, Stichting, Postbus 3532, 5203 DM‚ s-Hertogenbosch, THE NETHERLANDS tel.: +31 736 401 231, fax: +31 736 401 284, e-mail: [email protected], www.enci.nl kj

na sedm kapitol s názornými instrukcemi technologických postupů: • povrchové úpravy oblázkového pohledového betonu • dekorativně upravené povrchy – hlazením, zdrsněním koštětem, travertinem, solí kamennou, protiskluzovými povrchovými úpravami • povrchy betonu zdobené vtisky, oddělenými pruhy, rytím, rýhováním, drážkováním, řezáním • materiály z bílého betonu, pokládka, povrchové úpravy, světlé lesklé podlahy • barvení betonu s využitím barevných pigmentů, suchých směsí, chemických barviv a barevných odstínů BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

3/2006

BETÓNOVÉ

KONŠTRUKCIE–

NAVRHOVANIE

Prof. Ing. Juraj BILČÍK, PhD., Prof. Ing. Ľudovít FILLO, PhD., Doc. Ing. Jaroslav HALVONÍK, PhD. © BETON/ING, s. r. o., Bratislava 2005, ISBN 80-969422-5-5 Koncom roku 2005 vyšla dlho očakávaná kniha pracovníkov Katedry betónových konštrukcií a mostov SvF STU v Bratislave. Je prvou učebnicou pre navrhovanie nosných betónových konštrukcií podľa spoločných európskych noriem– tzv. Eurokódov, vydanou v slovenskom jazyku. Kniha je vydaná v praktickom formáte B5 a obsahuje aj vecný register uľahčujúci nájdenie hľadaných tém. Veľké množstvo obrázkov potvrdzuje, že čínske príslovie „jeden obrázok je viac ako tisíc slov“ platí dvojnásobne pre technickú literatúru. Kniha je určená predovšetkým poslucháčom stavebných fakúlt a projektantom ako pomôcka pre navrhovanie betónových konštrukcií. Obsahuje základné informácie o zaťažení stavieb, vlastnostiach materiálov a teórii navrhovania podľa medzných stavov únosnosti a používateľnosti. Je doplnená súborom výstižných príkladov, ktoré reprezentujú najčastejšie úlohy pri navrhovaní betónových konštrukcií. Publikácia vychádza zo zásad navrhovania zakotvených v EN 1992-1-1 (Eurokód 2) „Navrhovanie betónových konštrukcií: Všeobecné pravidlá a pravidlá pre pozemné stavby“ a súvisiacich EN– európskych noriem. V prvej kapitole je uvedený historický vývoj od výroby „rímskeho betónu“ až k betónu súčasnosti. Sú predstavené najvýznamnejšie stavebné diela a priekopníci v oblasti betónu a betónových konštrukcií. Uvádzajú sa normové predpisy pre navrhovanie nosných konštrukcií stavieb, a to domáce (STN), ale predovšetkým spoločné európske normy (Eurokódy) s časovým harmonogramom ich uvedenia do platnosti. Na záver kapitoly sú uvedené značky a názvoslovie najvýznamnejších výrazov v slovenčine a angličtine, čo má uľahčiť orientáciu v originálnom znení európskych noriem. Druhá kapitola je venovaná jednotlivým fázam procesu navrhovania. V spojitosti s teóriou spoľahlivosti stavebných konštrukcií sú všeobecne vysvetlené medzné stavy únosnosti a používateľnosti. V závere kapitoly je uvedený spôsob stanovenia zaťaženia nosných konštrukcií budov. Krátky úvod do teórie pevnosti a pružnosti konštrukčných materiálov sa uvádza v tretej kapitole. Vlastnosti betónu a oce• praxe při ošetřování betonu a konstrukci spár • kombinace barev a textur vhodné k přípravě atraktivních betonových povrchů Dekorativní beton se rychle stal jedním z největších trendů rezidenční výstavby a občanské vybavenosti. Barevný a potištěný beton je navíc výborným podlahovým materiálem, který je zároveň trvanlivý, dekorativní a ekonomický. Beton v různých povrchových úpravách je atraktivní v exteriérech i interiérech rezidenčních a administrativních budov. BETON • TECHNOLOGIE • KONSTRUKCE • SANACE

PODĽA

E N 19 9 2 - 1- 1

le sú uvedené v rozsahu zodpovedajúcom základným potrebám navrhovania betónových konštrukcií. Samostatná časť je venovaná spolupôsobeniu oboch materiálov v spriahnutom priereze, ale aj vysokohodnotnému a ľahkému betónu. Pre trvanlivosť, jednu zo základných zložiek spoľahlivosti stavebných konštrukcií, nie je zatiaľ definovaný ani medzný stav, ani výpočtové postupy na jej posúdenie. Preto náplňou štvrtej kapitoly sú konštrukčné a technologické opatrenia, ktoré zaručujú odolnosť betónu a betónovej konštrukcie. Statická analýza betónových nosných konštrukcií a tvorba návrhového modelu prvkov sú hlavnou témou piatej kapitoly. Pri tom sú zohľadnené imperfekcie tlačených prvkov, redistribúcia a redukcia vnútorných síl. Uvádza sa aj problematika stability štíhlych prvkov, metóda navrhovania pomocou prútových modelov a rozsiahla časť je venovaná predpätiu. Šiesta kapitola sa zaoberá dimenzovaním prierezov podľa medzných stavov únosnosti. Jednotlivé medzné stavy sa preberajú pri rôznych spôsoboch namáhania. Medzným stavom používateľnosti je venovaná siedma kapitola. Betónové konštrukcie sú posudzované z hľadiska obmedzenia veľkosti napätí, vzniku a šírky trhlín, ako aj ich pretvorenia. Zásady vystužovania sa uvádzajú v ôsmej kapitole. Komplexný návrh konštrukcie si vyžaduje vyriešenie detailov, aj od nich závisí kvalita stavby. Posledná, deviata kapitola obsahuje praktické príklady navrhovania prvkov a jednoduchých konštrukcií. Príklady na ilustráciu riešenej problematiky sú uvedené aj priamo v jednotlivých kapitolách. Cieľom autorov bolo vysvetliť princípy navrhovania prvkov betónových konštrukcií a podstatu stanovenia ich odolnosti voči zaťaženiu. Pozorný čitateľ nájde na 314 stranách odpovede nielen na otázky ako treba navrhovať, ale aj na otázky prečo tak treba navrhovať. Keďže kniha nie je dostupná na pultoch kníhkupectiev, záujemcovia o jej kúpu sa môžu informovať na e-mailovej adrese: [email protected], na tel.: +421 259 274 505 alebo na adrese: KBKM FSv STU v Bratislave, Radlinského 11, 813 68 Bratislava. Doc. Dipl.-Ing. Vladimír Benko, PhD.

Druhé vydání publikace Finishing Concrete with Color and Texture obsahuje novou kapitolu o bílém betonu a významně vylepšené postupy při pokrývání povrchů nátěry a chemickým barvením. Vydavatel: Portland Cement Association www.cement.org Cena: 30 USD kj 3/2006

63

SEMINÁŘE, SEMINÁŘE,

KONFERENCE A SYMPOZIA

KON FE R E NC E A SYM P OZIA V

ZAHRANIČNÍ

ČR

CONCR ETE STR UCTU R ES FOR TR AF F IC N ET WOR K 2. středoevropský betonářský kongres Termín a místo konání: 21. a 22. září 2006, Aldis, Hradec Králové Kontakt: e-mail: [email protected], www.cbz.cz, viz BETON TKS 2/2006 PODL AHY 2006 Konference • konstrukční řešení podlahových konstrukcí, věda a výzkum, normalizace, vady a poruchy podlahových konstrukcí • betonové podlahové konstrukce včetně průmyslových • monolitická teraca, samonivelační stěrky, lité anhydritové podlahy • syntetické podlahoviny – nátěry, plastbetony Termín a místo konání: 21. a 22. září 2006, Masarykova kolej ČVUT, Praha Kontakt: Doc. Ing. Jiří Dohnálek, CSc., e-mail: [email protected], fax: 261 215 427, mobil: 602 324 116; ČZU – UNICO AGRIC, Kamýcká 129, 165 21 Praha 6, tel./fax: 224 383 426, tel./fax: 224 353 430, e-mail: [email protected], www.betonconsult.cz SP ECIÁLN Í B ETONY – VL ASTNOSTI – TECH NOLOGI E – AP LI K ACE 4. konference se zahraniční účastí • vysokopevnostní beton, samozhutnitelný beton, pohledový beton • stříkaný beton, čerpaný čerstvý beton, transport beton • vláknobetony • silniční beton • betony zvlášť definovaných vlastností a složení, lehký beton, pěnobeton, vodostavební a vodotěsné betony, betony stínění a těžké betony, plastbetony • složky, přísady a příměsy do betonů Termín a místo konání: 25. až 27. září 2006, Hotel Skalský Dvůr, Lísek 52, Bystřice nad Pernštejnem Kontakt: SEKURKON, Rašínovo nábř. 26/50, 128 00 Praha 2, tel.: 224 916 473, 224 923 171, e-mail: [email protected], www.sekurkon.cz B Í LÉ VANY – VODOTĚSN É KONSTR U KCE Z KONSTR U KČN Í HO B ETON U Školení Termín: podzim 2006, Praha – termín bude dále upřesňován Kontakt: Sekretariát ČBS, e-mail: [email protected], www.cbz.cz P R AVDĚPODOB NOST POR UŠOVÁN Í KONSTR U KCÍ – P P K2006 2. celostátní konference Termín a místo konání: 3. a 4. října 2006, Fakulta stavební VUT v Brně, Veveří 331/95 Kontakt: e-mail: [email protected], [email protected], www.uam.cz/PPK2006, viz BETON TKS 2/2006 ZDĚN É A SM ÍŠEN É KONSTR U KCE 4. konference Termín a místo konání: 19. října 2006, Brno Kontakt: e-mail: [email protected], www.cbz.cz EU ROCODE I I Termín a místo konání: 1. a 8. listopadu 2006, Hotel Olympik, Praha Kontakt: e-mail: [email protected], www.cbz.cz 13. B ETONÁŘSKÉ DNY + V ÝSTAVA B ETON 2006 Termín a místo konání: 29. a 30. listopadu 2006, KC Aldis, Hradec Králové Kontakt: e-mail: [email protected], www.cbz.cz

64

KON FE R E NC E A SYM P OZIA

I N NOVATIVE B R I DGE DESIGN AN D ENGI N EER I NG Mezinárodní konference a výstava mostních technologií • taking bridge ingineering to the limits • environmental aspects of bridge design • design of bridges Termín a místo konání: 29. a 30. června 2006, Maritime Simulation Centre, Rotterdam, Nizozemsko Kontakt: www.briskevents.nl, www.cobrae.org B R I DGE MAI NTENANCE, SAF ET Y AN D MANAGEM ENT 3. IABMAS konference Termín a místo konání: 16. až 19. července 2006, Porto, Portugalsko Kontakt: [email protected], www.iabmas06.com, dále viz BETON TKS 5/2005 SHORT AN D M EDI U M SPAN B R I DGES CSCE konference Termín a místo konání: 23. až 25. srpna 2006, Montreal, Kanada 6 TH F I B I NTE R NATI O NAL P H D SYM P OS I U M I N C IVI L ENGINEERING Termín a místo konání: 23. až 26. srpna 2006, Zurich, Švýcarsko Kontakt: e-mail: [email protected], www.phdce6.ethz.ch, viz BETON TKS 2/2006 CON F ER ENCE TEXTI LE R EI N FORCED CONCR ETE – ICTRC 1. mezinárodní konference RILEM a Workshop on Numerical Modelling of Quasi-Brittle Reinforced Composites Termín a místo konání: 6. a 7. září 2006, RWTH Aachen University, Německo Kontakt: e-mail: [email protected], web: http://sfb532.rwth-aachen.de/ictrc, viz BETON TKS 6/2005 R ESPON DI NG TO TOM MOROW‘S CHALLENGES I N STR UCTU R AL ENGI N EER I NG IABSE sympozium Termín a místo konání: 13. až 15. září 2006, Budapešť, Maďarsko Kontakt: http://www.iabse.hu, http://www.iabse.org/conferences/budapest2006/, e-mail: [email protected], dále viz BETON TKS 4/2005 B ETONÁRSKE DN I 2006 Konference • betónové a murované konštrukcie, betónové mosty • spriahnuté betónové a oceľobetónové konštrukcie, nové materiály a technológie • navrhovanie a modelovanie betónových konštrukcií • rekonštrukcie a zosilňovanie betónových a murovaných konštrukcií, betónových mostov a panelových budov • rekonštrukcie a zosilňovanie historických budov • financovanie, normy a legislatíva Termín a místo konání: 9. a 10. novembra 2006, STU Bratislava Kontakt: tel.: +421 252 494 275, fax: +421 252 926 213, www.kbkm.stuba.sk, e-mail: [email protected] CONCR ETE I N HOT AN D AGGR ESSIVE ENVI RON M ENTS 8. mezinárodní konference a výstava Termín a místo konání: 27. až 29. listopadu 2006, Gulf Hotel, Bahrain Kontakt: e-mail: [email protected], www.mohandis.org, www.engineer-bh.com/icce/, viz BETON TKS 2/2006 CONCR ETE STR UCTU R ES: STI M U L ATORS OF DEVELOP M ENT fib sympozium Termín a místo konání: 20. až 23. května 2007, Dubrovník, Chorvatsko Kontakt: e-mail: [email protected], www.igh.hr/fib-dubrovnik-2007

ITA-AITES WOR LD TU N N EL CONGR ESS 2007 Underground space – the 4th dimension of metropolises Mezinárodní kongres • underground city design, planning of underground constructions • geotechnical survey and improvement of ground mass • research, development and design of underground constructions in built-up areas • urban tunneling and its monitoring: conventional and mechanized tunneling • underground constructions executed from surface in built-up areas • concrete in underground construction • distribution and management of risks and accidents during tunneling • tunnel equipment: fire and operational safety • historical underground constructions; maintenance and reconstruction Termín a místo konání: 5. až 10. května 2007, Kongresové centrum, Praha Kontakt: Metroprojekt Praha, a. s., kancelář WTC 2007, I. P. Pavlova 2, 120 00 Praha 2, tel.: 296 337 171, mobil: 723 885 649, fax: 296 337 179, e-mail: [email protected], wwwwtc2007.org

CONCR ETE U N DER SEVER E CON DITIONS ENVI RON M ENT AN D LOADI NG 5. mezinárodní konference Termín a místo konání: 4. až 6. června 2007, Tours, Francie Kontakt: Francoise Bourgain, tel.: +331 445 828 22, www.consec07.fr, viz BETON TKS 2/2006

MODELI NG OF H ETEROGEN EOUS MATER IALS WITH AP P LICATIONS I N CONSTR UCTION AN D B IOM EDICAL ENGI N EER I NG Mezinárodní konference k třístému výročí ČVUT Praha Termín a místo konání: 25. až 27. června 2007, Praha Kontakt: www.appz.cz/mhm/index.php

I M P ROVI NG I N F R ASTR UCTU R E WOR LDWI DE – B R I NGI NG P EOP LE CLOSER IABSE sympozium Termín a místo konání: 19. až 21. září 2007, Weimar, Německo Kontakt: e-mail: [email protected], www.iabse.org, www.iabse2007.de, viz BETON TKS 2/2006

F I B ER R EI N FORCED POLYM ER R EI N FORCEM ENT FOR CONCR ETE STR UCTU R ES – F R P RCS-8 8. mezinárodní sympozium Termín a místo konání: 16. až 18. července 2007, Patras, Řecko Kontakt: e-mail: [email protected], www.frprcs8.upatras.gr, viz BETON TKS 2/2006


3/2006

NATIONAL REPORT OF THE CZECH REPUBLIC NÁRODNÍ ZPRÁVA ČESKÉ REPUBLIKY

STRUCTURAL CONCRETE IN THE CZECH REPUBLIC 2002–2005 KONSTRUKČNÍ BETON V ČESKÉ REPUBLICE 2002–2005 2nd fib CONGRESS NAPLES 2006 2. fib KONGRES NEAPOL 2006

S VA Z

VÝROBCŮ CEMENTU

S VA Z

V ÝROBC Ů B ETON U

ČESKÁ

ČR

ČR

B ETONÁŘSK Á SP OLEČ NOST

SDRUŽENÍ

ČSSI

P R O S A N AC E B E T O N O V Ý C H K O N S T R U K C Í

A XEL Ú STŘEDNÍ ČISTÍRNA ODPADNÍCH VOD PRAHA, REVITALIZACE VYHNÍVACÍ NÁDRŽE Č. 7 O PRAVA B E T O N O V Ý C H KONSTRUKCÍ VODNÍHO DÍLA V R A N O V

Recommend Documents