DIAGNOSTIKA STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ

VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA STAVEBNÍ

DOC. ING. LEONARD HOBST, CSC. PROF. ING. JI Í ADÁMEK, CSC. ING. PETR CIKRLE, PH.D. ING. PAVEL SCHMID, PH.D.

DIAGNOSTIKA STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ P EDNÁŠKY

Jazyková korektura nebyla provedena, za jazykovou stránku odpovídá autor ©

Doc. Ing. Leonard Hobst, CSc.

- kap.1, 8, 9, 10 a 11

Prof. Ing. Ji í Adámek, CSc.

- kap.2 , 3 a 4

Ing. Petr Cikrle, Ph.D.

- kap. 5 a 6

Ing. Pavel Schmid, Ph.D.

- kap. 7

Auto i jednotlivých kapitol d kují ostatním pracovník m Ústavu stavebního zkušebnictví FAST VUT v Brn za ú innou pomoc p i sestavování a kontrole skript. Jmenovit se jedná o: Ing. Ond eje Antona, Ing. Martina Lu á ka a Ing. Tomáše Vymazala, Ph.D.

Listopad 2005

1

1

ÚVOD

6

2

CÍLE STAVEBN TECHNICKÉHO PR ZKUMU (STP)

7

3

P EHLED ZÁKLADNÍCH DIAGNOSTICKÝCH METOD ZKOUŠENÍ

8

3.1 3.2 4

NEDESTRUKTIVNÍ ZKOUŠKY SEMIDESTRUKTIVNÍ ZKOUŠKY

8 10

VYBRANÉ DIAGNOSTICKÉ METODY

11

4.1 NEDESTRUKTIVNÍ ZKUŠEBNÍ METODY 4.1.1 TVRDOM RNÉ METODY 4.1.2 ELEKTRODYNAMICKÉ METODY 4.1.3 ELEKTROMAGNETICKÉ METODY 4.1.4 ELEKTRICKÉ METODY 4.1.5 RADIA NÍ METODY 4.1.6 TENZOMETRICKÉ METODY 4.1.7 TRVANLIVOSTNÍ METODY 4.2 SEMIDESTRUKTIVNÍ DIAGNOSTICKÉ METODY 4.2.1 JÁDROVÉ VÝVRTY 4.2.2 ODTRHOVÉ ZKOUŠKY 4.2.3 METODA PLOCHÝCH LIS PRO STANOVENÍ NAPJATOSTI VE ZDIVU 4.2.4 VRTACÍ ZKOUŠKA STANOVENÍ PEVNOSTI MALTY 4.2.5 DALŠÍ POUŽÍVANÉ SEMIDESTRUKTIVNÍ ZKOUŠKY 4.3 POUŽITÁ LITERATURA

11 11 11 14 14 14 14 15 16 16 17 18 19 20 20

5

21

DIAGNOSTIKA ŽELEZOBETONOVÝCH KONSTRUKCÍ

5.1 5.1.1 5.1.2 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.4 5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.4.4 5.4.5 5.5 5.5.1 5.5.2

ÚVOD DO DIAGNOSTIKY ŽELEZOBETONOVÝCH KONSTRUKCÍ POT EBA DIAGNOSTIKY ŽELEZOBETONOVÝCH KONSTRUKCÍ P EHLED HLAVNÍCH PROBLÉM STAV NORMALIZACE V OBLASTI DIAGNOSTIKY ŽELEZOBETONU P EHLED NOREM PRO DIAGNOSTIKU ŽELEZOBETONOVÝCH KONSTRUKCÍ P VODNÍ NORMY NOVÉ NORMY POŽADAVKY NA BETON A OCELOVOU VÝZTUŽ V KONSTRUKCI VLASTNOSTI BETONU VLASTNOSTI BETONÁ SKÉ VÝZTUŽE VLASTNOSTI P EDPÍNACÍ VÝZTUŽE OBECNÉ ZÁSADY NEDESTRUKTIVNÍHO ZKOUŠENÍ BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ ZKOUŠENÉ VLASTNOSTI ZKUŠEBNÍ METODY POSTUP ZKOUŠENÍ A VYHODNOCENÍ VÝSLEDK NA KONSTRUKCI PO ET ZKUŠEBNÍCH MÍST MÍSTA ODB RU VZORK PRO DOPL KOVÉ ZKOUŠKY ZKOUŠENÍ VLASTNOSTÍ BETONU KONSTRUKCÍ STEJNORODOST BETONU PEVNOST V TLAKU Z TVRDOM RNÝCH ZKOUŠEK

2

21 21 21 22 22 23 23 24 24 25 26 27 27 27 27 28 29 29 29 30

5.5.3 PEVNOST V TLAKU Z RYCHLOSTI ŠÍ ENÍ ULTRAZVUKOVÉHO IMPULSU 31 5.5.4 PEVNOST V TLAKU NA VZORCÍCH Z JÁDROVÝCH VÝVRT 31 5.5.5 STANOVENÍ MODULU PRUŽNOSTI BETONU 32 5.5.6 STANOVENÍ HLOUBKY KARBONATACE BETONU 32 5.5.7 ZJIŠT NÍ OBSAHU CHLORIDOVÝCH IONT 33 5.5.8 ZJIŠ OVÁNÍ VÝZTUŽE MAGNETICKOU INDUK NÍ METODOU 33 5.6 VYHODNOCENÍ PEVNOSTI BETONU V KONSTRUKCI 34 5.6.1 VYHODNOCENÍ PEVNOSTI BETONU Z UP ESN NÝCH NEDESTRUKTIVNÍCH ZKOUŠEK 34 5.6.2 CHARAKTERISTICKÁ PEVNOST BETONU V KONSTRUKCI NA ZÁKLAD ZKOUŠEK NA VÝVRTECH 35 5.7 VYBRANÉ P ÍKLADY DIAGNOSTIKY ŽELEZOBETONOVÝCH KONSTRUKCÍ 36 5.7.1 STEJNORODOST BETONU ŽELEZOBETONOVÉ DESKY 37 5.7.2 ROZDÍLNOST VLASTNOSTÍ BETONU NA POVRCHU A V HLOUBCE 38 5.7.3 DIAGNOSTIKA PORUCH VE STRUKTU E BETONU POMOCÍ ULTRAZVUKU 38 5.8 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY 39 6

DIAGNOSTIKA SVISLÝCH ZD NÝCH KONSTRUKCÍ

6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.2 6.2.1 6.2.2 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.4 6.4.1 6.4.2 6.4.3 6.4.4 6.5 6.5.1 6.5.2 6.6 6.6.1 6.6.2 6.6.3 6.6.4 6.6.5 6.6.6 6.6.7 6.7 7

ÚVOD DO DIAGNOSTIKY ZD NÝCH KONSTRUKCÍ HISTORIE POUŽÍVÁNÍ ZD NÝCH KONSTRUKCÍ PROBLÉMY P I POSUZOVÁNÍ STARŠÍCH ZD NÝCH KONSTRUKCÍ ZÁKLADNÍ POJMY KONSTRUK NÍ USPO ÁDÁNÍ ZD NÝCH KONSTRUKCÍ DRUHY ZD NÝCH KONSTRUKCÍ VAZBA ZDIVA STANOVENÍ PEVNOSTI V TLAKU ZDICÍCH PRVK PEVNOST V TLAKU NA VZORCÍCH ODEBRANÝCH Z KONSTRUKCE PEVNOST V TLAKU NA T LESECH VYROBENÝCH Z JÁDROVÝCH VÝVRT PEVNOST V TLAKU ZJIŠT NÁ NEDESTRUKTIVN STANOVENÍ PEVNOSTI V TLAKU MALTY METODY PRO ZJIŠ OVÁNÍ PEVNOSTI V TLAKU MALTY VE SPÁRÁCH DRUHY UPRAVENÝCH VRTA EK PRO ZJIŠT NÍ PEVNOSTI MALTY VE SPÁRÁCH ZKUŠEBNÍ POSTUP PRO UPRAVENÉ VRTA KY VYHODNOCENÍ ZKOUŠKY HODNOCENÍ EXISTUJÍCÍCH ZD NÝCH KONSTRUKCÍ CHARAKTERISTICKÁ PEVNOST ZDIVA V TLAKU NÁVRHOVÁ PEVNOST ZDIVA V TLAKU TRHLINY VE ZD NÝCH KONSTRUKCÍCH INNOSTI P I PR ZKUMU ZD NÝCH KONSTRUKCÍ

P Í INY VZNIKU TRHLIN P ÍSTROJE PRO M ENÍ P ETVO ENÍ A TRHLIN Ú EL M ENÍ POSUN V TRHLINÁCH PROJEKT M ENÍ POSUN V TRHLINÁCH

ASOVÝ PR B H M ENÍ POSUN V TRHLINÁCH VYHODNOCENÍ M ENÍ POSUN V TRHLINÁCH SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

DIAGNOSTIKA VODOROVNÝCH KONSTRUKCÍ

7.1 ROZD LENÍ STROPNÍCH KONSTRUKCÍ 7.2 OBECNÁ METODIKA DIAGNOSTIKY STROPNÍCH KONSTRUKCÍ 7.2.1 STANOVENÍ Ú ELU DIAGNOSTIKY 7.2.2 P EDB ŽNÝ STAVEBN TECHNICKÝ PR ZKUM

3

40 40 40 41 41 42 42 43 44 44 44 45 46 46 47 48 49 51 51 52 53 53 53 54 54 55 55 56 56 57 57 67 68 68

7.2.3 PODROBNÝ STAVEBN TECHNICKÝ PR ZKUM 69 7.3 DIAGNOSTICKÉ METODY STAVEBN TECHNICKÝCH PR ZKUM STROPNÍCH KONSTRUKCÍ 70 7.3.1 AKUSTICKÁ TRASOVACÍ METODA 70 7.3.2 VIZUÁLNÍ ENDOSKOPICKÁ DEFEKTOSKOPIE 72 7.3.3 METODY PRO STANOVENÍ KVALITY MATERIÁL 78 7.4 POUŽITÁ LITERATURA A ODKAZY 78 8

VYUŽITÍ RADIOMETRIE P I DIAGNOSTICE STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ

79

8.1 ROZD LENÍ RADIOMETRICKÝCH METOD 79 8.1.1 RADIOMETRICKÉ ZJIŠ OVÁNÍ OBJEMOVÉ HMOTNOSTI (ρ) 79 8.1.2 RADIOMETRICKÉ ZJIŠ OVÁNÍ OBJEMOVÉ VLHKOSTI (W) 83 8.1.3 KOMBINOVANÉ RADIOMETRICKÉ SOUPRAVY 85 8.1.4 KALIBRACE RADIOMETRICKÝCH SOUPRAV 87 8.2 RADIOMETRICKÉ M ENÍ V PRAXI 88 8.2.1 RADIOMETRICKÁ KONTROLA OBJEMOVÉ HMOTNOSTI ERSTVÉ BETONOVÉ SM SI P I STAVB RADIOTERAPEUTICKÉHO OBJEKTU V NEMOCNICI V NOVÉM JI ÍN 88 8.2.2 DIAGNOSTIKA PR NIKU VODY DO SKLEPNÍCH PROSTOR RODINNÉHO DOMU 92 8.3 ZHODNOCENÍ RADIOMETRICKÝCH METOD 94 8.4 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY 94 9

VYUŽITÍ RADIOGRAFIE P I DIAGNOSTICE STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ

95

9.1 ZÁKLADNÍ ÚDAJE O RADIOGRAFII 95 9.1.1 RADIOGRAFIE STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ 95 9.1.2 VOLBA MÍST RADIOGRAFICKÉ KONTROLY NA KONSTRUKCI 95 9.1.3 VOLBA GEOMETRIE PROZA OVÁNÍ 96 9.1.4 STANOVENÍ DOBY EXPOZICE PRO RADIOGRAFII 99 9.1.5 VYHODNOCENÍ RADIOGRAFICKÝCH ZKOUŠEK 101 9.2 PRAKTICKÁ RADIOGRAFIE 102 9.2.1 RADIOGRAFICKÁ KONTROLA HLAVNÍ VÝZTUŽE V MOSTNÍCH TRÁMECH (Z VÝVRTU) 102 9.2.2 RADIOGRAFICKÁ KONTROLA SMYKOVÉ VÝZTUŽE VE ST EŠNÍCH VAZNÍCÍCH PR MYSLOVÉ HALY (BO NÍM PROZÁ ENÍM) 105 9.2.3 RADIOGRAFICKÁ KONTROLA ZAINJEKTOVÁNÍ P EDPÍNACÍ VÝZTUŽE 107 9.3 ZHODNOCENÍ RADIOGRAFICKÝCH METOD 109 9.4 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY 109 10

DIAGNOSTIKA RADONU V OBYTNÝCH BUDOVÁCH

10.1.1 P ÍRODNÍ RADIOAKTIVITA 10.1.2 P ÍTOMNOST RADONU V ŽIVOTNÍM PROST EDÍ 10.2.1 M ENÍ P ÍRODNÍ RADIOAKTIVITY 10.2.2 M ENÍ RADONU A JEHO DCE INÝCH PRODUKT 10.2.2.1 INTEGRÁLNÍ M ENÍ 10.2.2.2 KONTINUÁLNÍ M ENÍ RADONU 10.2.2.3 KONCENTRACE RADONU VE VOD 10.2.2.4 KONCENTRACE RADONU V P DNÍM VZDUCHU 10.3 ZÁKONY A VYHLÁŠKY 10.4 M ENÍ RADONU V PRAXI 10.4.1 STANOVENÍ OBJEMOVÉ AKTIVITY RADONU V OBJEKTU 10.4.2 STANOVENÍ RADONOVÉHO INDEXU POZEMKU 10.5 ZHODNOCENÍ Ú INKU RADONU NA ŽIVOTNÍ PROST EDÍ

4

110 110 111 113 113 114 115 116 116 117 118 118 121 123

10.6 11

LITERATURA KE KAPITOLE

123

ZÁV R

124

5

1

Úvod

Vývoj techniky ve všech odv tvích lidské innosti logicky sm uje k ú inn jšímu využití materiálu všeho druhu, vede k tomu, že d ív jší masivní stavby z kamene a cihel jsou nahrazovány subtilními stavbami z oceli a betonu. Tento vývoj je podmín n zvyšováním kvality použitého materiálu ale zárove také jistotou, že použitý materiál p edpokládané vlastnosti, na kterých je založena spolehlivost funkce a p edevším bezpe nost budovaných moderních objekt , skute n má a že byl použit v takovém rozvržení, jak p edpisuje projekt. A práv diagnostika stavebních konstrukcí je vhodnou metodou pro ú innou a spolehlivou kontrolu tvaru, kvality a rozmíst ni materiálu v konstrukci. Ú inným nástrojem p itom je nedestruktivní defektoskopie, jejíž hlavni p edností je rychlost m eni a také opakovatelnost m ení na stejných vzorcích. Na rozdíl od destruktivní defektoskopie, kdy na vybraných materiálech nebo konstrukcích p ímo m íme skute né požadované fyzikální veli iny (nap . krychelnou pevnost betonu v tlaku), u nedestruktivní defektoskopie m íme zpravidla zcela jiné fyzikální veli iny a zam ujeme se na hledání co možná nejvýstižn jších korela ních vztah mezi m enou veli inou a zjiš ovanou veli inou (nap . ze zjišt né tvrdosti materiálu usuzujeme na jeho pevnost). U n kterých nedestruktivních metod proto hraje velkou roli použití metod matematické statistiky, která umož uje interpretovat up esn né výsledky z celé ady nedestruktivních m ení (radiometrické m ení objemové hmotnosti a vlhkosti). Ve skriptech jsou též popsány seminedestruktivní metody, které p i p sobení na konstrukci vyvolávají její mírné, lokální poškození, které je snadno opravitelné, nesnižuje funk nost, ani estetický pohled na konstrukci, ale tyto metody umož ují dosáhnout objektivn jší výsledky nežli metody ryze „nedestruktivní“. Metody nedestruktivní defektoskopie využívají celou adu fyzikálních jev , pro jejichž vyvolání a vyhodnocení jsou zapot ebí speciální p ístroje. Cílem první ásti p edkládaných skript (kap. 2 až 4) je proto seznámit poslucha e s jednotlivými zkušebními metodami, s tím aby byl pochopen jejich princip a tím i jejich možnosti, nebo ne všechny metody nedestruktivní defektoskopie dávají výsledky se stejnou p esností. Druhá ást skript (kap. 5 až 10) je pak zam ena na stavebn technický pr zkum stavebních konstrukcí a to jak z hlediska konstruk ního typu (konstrukce vodorovné a svislé), konstruk ního materiálu (konstrukce železobetonové a cihelné), tak i metod zkoušení (radia ní metody), které s ohledem na specifické podmínky p i zkoušení jsou azeny jako samostatné kapitoly.

6

2

Cíle stavebn technického pr zkumu (STP)

Cílem stavebn technického pr zkumu (dále jen STP) je odzkoušet a zhodnotit stav stavebních konstrukcí p edevším z hlediska statického. Stavebn technický pr zkum m že být zam en na zjišt ní vlastností jak celých konstrukcí, tak jejich ástí resp. staviv, ze kterých je konstrukce zhotovena.Stavebn technický pr zkum m že být však rozší en dle požadavk objednatele ješt na jiné vlastnosti stávajících staveb, jako je hledisko tepeln technického stavu, hledisko stavu energetických sítí, resp. hledisko stínících vlastností konstrukcí proti ú ink m ionizujícího zá ení u jaderných elektráren a budov urychlova . Je z ejmé, že každý STP bude jiný, protože se diagnostické práce musí p izp sobit stavu a povaze objektu, druhu plánovaných stavebních úprav apod. Je nezbytné, aby STP vedli lidé – diagnostici s odbornou zp sobilostí, kte í vlastní ú ední oprávn ní pro tuto innost. Bu jsou to autorizovaní inžený i (obor zkoušení a diagnostika staveb resp. obor statik stavebních konstrukcí), nebo znalci v oboru stavebnictví – zkoušení a diagnostika staveb resp. v oboru statik stavebních konstrukcí. Výsledkem STP je záv re ná zpráva, která m že být vypracována ve t ech stupních: • p edb žný STP pro pot eby zadávací studie rekonstrukce, modernizace apod., • podrobný STP pro zpracování statických výpo t a projektové dokumentace, • dopl ující a speciální STP pro pot eby dopln ní podrobného STP a ešení zm n z úprav p i realizaci stavebních prací. Záv re ná zpráva by m la vy erpávajícím zp sobem popsat a vyhodnotit stav konstrukce a obecn by m la obsahovat následující body: • úvod se základními údaji o objektu, rozsah a zam ení pr zkumu v etn pot ebných právních podklad ( ísla objednávek, údaje o zpracovatelích STP apod.) • zhodnocení vodorovných nosných konstrukcí (d ev ných, železobetonových, ocelových, klenbových a kombinovaných), • zhodnocení svislých nosných konstrukcí (v etn druhu a kvality kusového staviva, druhu a pevnosti malty, jakosti betonu a oceli v ŽB konstrukcích, ov ení situování komín apod.), • podrobné posouzení krovu a st ešního plášt , • zjišt ní a popsání vlhkostního režimu objektu, • podrobný popis stavu základových konstrukcí, • inženýrsko-geologické zhodnocení podzákladí objektu, • záv re né zhodnocení stavu objektu s doporu ením k provád ní stavebních úprav na základ STP objektu. Doporu ení na p ípadné provedení dopl ujícího pr zkumu objektu nebo vybraných ástí konstrukcí. Pozn.: Tato obecná osnova m že být rozší ena podle specifických požadavk zadavatele P esné postupy p i provád ní STP jsou uvedeny v SN ISO 13822 ze srpna 2005, s názvem Zásady navrhování konstrukcí – Hodnocení existujících konstrukcí (nahrazuje SN 73 0038) . Pro vypracování jednotlivých bod osnovy záv re né zprávy STP je nutno asto využít r zné diagnostické metody, jejichž rozd lení je uvedeno v kap. 3. 7

3

P ehled základních diagnostických metod zkoušení

V následujícím p ehledu diagnostických metod jsou uvedeny metody zkoušení vlastností materiál a konstrukcí, které se b žn používají v naší praxi i metody, jimiž se zkouší v zahrani í. Harmonizace našich SN a evropských norem EN se v budoucnu kladn projeví tím, že ješt podrobn ji a jist i vhodn ji se budou provád t diagnostické práce. V další ásti skript budou podrobn probrány a vysv tleny diagnostické metody používané u nás v R. Diagnostické metody lze rozd lit podle n kolika hledisek. P edevším se d lí podle stupn poškození diagnostikované konstrukce na: • nedestruktivní • semidestruktivní • destruktivní V rámci skript budou probírány pouze metody nedestruktivní a seminedestruktivní.

3.1 Nedestruktivní zkoušky Nedestruktivní zkušební metody v tšinou povrch zkoušené konstrukce nepoškodí, pouze u n kterých tvrdom rných metod se zkoušené místo upraví sbroušením, p íp. vrypem nebo vtiskem. Nedestruktivní metody m žeme d lit podle fyzikálního principu, na kterém jsou jednotlivé metody založeny (m í se jimi r zné veli iny), anebo podle m ené veli iny, která m že být zjiš ována r znými fyzikálními principy. K prvé skupin , založené na fyzikálním principu zkoušení pat í: a)

Tvrdom rné metody jsou založeny na m ení tvrdosti povrchu materiálu a stanovení korela ního vztahu mezi tvrdostí materiálu a jeho pevností. Tyto metody se dále lení na: • vrypové • vtiskové, • odrazové,

b)

Elektrodynamické metody jsou založeny snímání a vyhodnocování ú ink mechanického vln ní, vyvolaného ve zkoušeném materiálu mechanickým podn tem K tomuto typu metod adíme: • ultrazvukovou metodu – stanovení kvality betonu a vnit ních nehomogenit, • rezonan ní metodu – stanovení dynamických modul pružnosti, • metodu fázových rychlostí – dynamické charakteristiky vozovek a podloží, • metodu tlumeného rázu – tuhost a únosnost vrstev vozovek a podloží,

8

c)

• metodu mechanické impedance – ur ení modul pružnosti u vazkopružných materiál (asfaltobetonové vozovky), • metodu akustická emise – ur ení rozvoje vnit ních trhlin v materiálu, • impakt – echo metodu – stanovení vnit ních nehomogenit v materiálu Elektromagnetické metody využívají elektromagnetických vlastností zkoušených materiál . P i azujeme k nim: • elektromagnetické sondy – stanovení profilu a hloubky výztuže v železobetonu, • mikrovlnné – m ení vlhkosti, • induk nostní – m ení vlhkosti a tlouš ky (p etvo ení),

d)

Elektrické metody využívají elektrického odporu , stanovení kapacity nebo jiné elektrické vlastnosti u m eného materiálu. Pat í k nim: • odporové metody – m ení vlhkosti, deformací a teplot, • kapacitní metody - m ení vlhkosti, • polovodi ové metody - m ení teplot

e)

Radia ní metody – jsou založeny na principu zeslabení ionizujícího zá ení v materiálu anebo moderaci rychlých neutron na jádrech vodíku. K t mto metodám pat í i m ení p írodní radioaktivity a radonu v objektech. • radiografické metody – stanovení polohy výztuže v železobetonu, • radiometrické metody – stanovení objemové hmotnosti a vlhkosti materiálu, • m ení radonu – ur ení koncentrace radonu v p d a obytných domech.

Ke druhé skupin , ve které je možno zjiš ovat ur ité m ené veli iny r znými fyzikálními principy pat í: a) Metody tenzometrické slouží k m ení velmi malých zm n délek. Tato m ení jsou založena na r zných fyzikálních principech. Pat í sem principy: • mechanické, • optické, • odporové, • induk nostní, • kapacitní, • strunové, • bezdotykové b) K významným zkouškám pat í trvanlivostní zkoušky. Tyto zkoušky popisují a zkouší všechny vlivy okolního prost edí p sobící na konstrukci. Pat í sem: • propustnosti struktury staviva p sobením kapaliny nebo plyn , • mrazuvzdornost beton pro ur ený po et zmrazovacích cykl , • odolnost betonu proti p sobení vody a rozmrazovacích látek, • nasákavost staviva jako ukazatel otev ené pórovitosti, • vzlínavost pro popsání schopnosti staviva dopravovat vodu pórovou strukturou, • sorb ní vlastnosti – navlhavost a vysychavost

9

• propustnost v i tlakové vod popisuje schopnost struktury p sobení tlakové vody,

3.2

Semidestruktivní zkoušky

P i používání semidestruktivních ( áste n destruktivních) metod zkoušenou konstrukci áste n poškodíme, nap íklad vrtáním, odtrhy apod. P i STP velmi pe liv volíme ta kontrolní místa na konstrukci, kde budeme provád t semidestruktivní zkoušky. V žádném p ípad nap . odb rem jádrových vývrt nesmíme nep ízniv ovlivnit únosnost nebo stabilitu konstrukce. Mezi semidestruktivní metody pat í: • jádrové vývrty - ur ené ke stanovení pevnosti betonu nebo zdiva v tlaku, - ur ené k vylamovací zkoušce, - ur ené ke zkouškám propustností staviv pro kapaliny a plyny, - ur ené ke stanovení postupu karbonatace do nitra konstrukce, • odtrhové zkoušky - odtrhy povrchových vrstev (bez na ezání), - odtrhy pro získávání válce pro zkoušení pevnosti podpovrchových a vnit ních vrstev, nap . betonu v konstrukci, • na íznutí zd né st ny pro vložení plochých lis p i zkoušení - napjatosti ve svislé st n , - modulu pružnosti mezi dv ma plochými lisy, • vrtací zkouška kombinovaná s údery vrtáku p i stanovení pevnosti malty ve spárách zdiva, • brusné nebo vrtné metody stanovení pevnosti betonu, • vst elovací metody pro ur ování pevnosti betonu z hloubky vst eleného h ebu, • tvrdom rné metody vnikací - špi ákové metody stanovení pevnosti staviva vtloukáním špi áku do povrchu betonu, - mechanické špi áky,

10

4

Vybrané diagnostické metody

Zkušební postupy ady diagnostických metod byly probrány a procvi eny ve 2. ro níku v p edm tu Základy zkušebnictví [4.1] [4.2]. V následující kapitole jsou podrobn uvedeny diagnostické metody, které jsou nej ast ji používány jak v laborato ích tak v terénu.

4.1 Nedestruktivní zkušební metody 4.1.1

Tvrdom rné metody

Tvrdom rné metody zkoušení tvrdosti staviv a následného p evedení na pevnost v tlaku za použití kalibra ních vztah byly probrány ve 2. ro níku [4.1] [4.2]. Pro tvrdom rnou metodu odrazovou Schmidtovými tvrdom ry platí nová evropská norma pro zkoušení betonu [4.6], která odlišn hodnotí nam ené hodnoty odskok a hodnocení beton v konstrukci. 4.1.2

Elektrodynamické metody

Z elektrodynamických metod byly ve 2. ro níku obecn probrány metody ultrazvukové a rezonan ní [4.1] [4.2]. Protože ultrazvuková impulsní metoda pat í k nejd ležit jším metodám pro zkoušení betonu v konstrukcích, bude zde rozvedena samostatn . 4.1.2.1 Ultrazvuková impulsní metoda Ultrazvuková impulsová metoda je jednou z metod pro zkoušení vlastností stavebních materiál a rovn ž vlastností a poruch dílc nebo celých konstrukcí. Jedná se o mechanické vln ní s frekvencí vyšší než 20 kHz, jehož rychlost p i pr chodu stavebním materiálem je závislá jednak na fyzikáln mechanických vlastnostech materiálu a jednak na p ítomnosti poruch v konstrukcích. Její nejv tší výhodou je skute nost, že se jedná o ist nedestruktivní metodu se snadným provád ním, k nevýhodám pat í obtížná interpretace výsledk ve složit jších p ípadech a citlivost ultrazvuku na adu vn jších vliv . P i diagnostice stavebních konstrukcí a materiál jsou b žn používány sondy, jejichž pracovní kmito et je v rozsahu 20 kHz až 150 kHz, využití jiných frekvencí není p íliš asté, ale je možné. Obecn platí, že s vyšší frekvencí se zvyšuje rozlišovací schopnost a tudíž i p esnost ultrazvukového m ení, nicmén ultrazvukové kmito ty o vysokých frekvencích jsou b hem pr chodu konstrukcí mnohem výrazn ji zeslabovány. Z normy SN EN 125044:2005 vychází - s ohledem na výše popsané chování ultrazvukového impulsu - následující doporu ení: •

Pro krátké m icí základny (do 50 mm) je vhodné používat sondy s vysokým kmito tem od 60 kHz až do 200 kHz; • Pro dlouhé m ící základny ( ádov v metrech, až do 15 m) je vhodné používat sondy s nízkým pracovním kmito tem od 10 kHz do 40 kHz. • Pro v tšinu p ípad je vhodné použít sondy s pracovním kmito tem od 40 kHz do 60 kHz. Je t eba upozornit na fakt, že použitelnost sondy o ur ité frekvenci pro konkrétní p ípad m ení není dána pouze délkou m ící základny, ale i adou dalších faktor , mezi n ž pat í 11

nap íklad podstata zkoumaného problému (rozm ry defektu materiálu, výkon p ístroje apod.

i nehomogenity), druh

V zásad existují dva hlavní zp soby vyšet ování vlastností konstrukce i materiálu pomocí ultrazvuku. Prvním z nich je stanovení rychlosti ší ení ultrazvukového impulsu zkoumaným prost ením. Tento zp sob vypovídá jak o fyzikáln -mechanických vlastnostech materiálu, tak o p ípadných defektech. Druhým zp sobem je metoda odrazová, kde se snažíme zachytit odraz ultrazvukového signálu od nehomogenity, defektu i cizího t lesa v konstrukci. Stanovení rychlosti ší ení ultrazvukového impulsu P i zkoumání rychlosti ší ení ultrazvukového impulsu je možné p iložit sondy na protilehlé stran konstrukce, v tom p ípad hovo íme o p ímém prozvu ování. Na dvou p ilehlých stranách, pak se jedná o polop ímé prozvu ování. O polop ímé prozvu ování se jedná taktéž v p ípad umíst ní sond na protilehlých stranách, avšak ne p ímo proti sob . P ípadn na stran stejné, tehdy hovo íme o prozvu ování nep ímém – viz. obr.4.1.

Obr. 4.1 Zp soby prozvu ování konstrukce Vzhledem k velké citlivosti nep ímého prozvu ování na adu vn jších vliv je vhodné jej používat pouze v p ípadech, kdy není možné provád t p ímé ani polop ímé m ení, nebo v p ípadech kdy je nutná d kladná kontrola kvality povrchu. Vyhodnocování fyzikáln mechanických vlastností materiál na základ rychlosti ší ení ultrazvukového signálu provádíme dle p íslušných kalibra ních vztah pro daný materiál. Na p ítomnost defektu i nehomogenity usuzujeme na základ prodloužení asu pr chodu, vlivem obcházení tohoto místa. Odrazová metoda Odrazovou metodu volíme tehdy, když je konstrukce p ístupná jen z jedné strany, na rozdíl od nep ímého prozvu ovaní nám tento zp sob umož uje odhalit defekty, nehomogenity p ípadn cizorodá t lesa po celé výšce konstrukce pomocí odrazu ultrazvukového impulsu. Odrazová metoda nabízí dva zp soby m ení – s jednou sondou v režimu vysíla -p ijíma a se dv ma sondami kdy jedna funguje jako vysíla a druhá jako p ijíma ultrazvukového signálu – viz obr. 4.2.

12

a) s jednou sondou

b) se dv ma sondami

Obr. 4.2 Odrazová metoda s jednou a dv ma sondami První z výše uvedených zp sob m ení je jednodušší na provád ní a manipulaci, ale vzhledem k zarušení sondy po dobu, za kterou urazí ultrazvukový signál vzdálenost p ibližn 2,5 , je použitelný spíše na masivn jší konstrukce. Druhý zp sob je náro n jší na manipulaci se dv ma sondami, nicmén umož uje snadné vyhodnocení výsledk i pro tenké konstrukce.

4.1.2.2 Ostatní elektrodynamické metody Do této skupiny metod pat í rovn ž kladívková – impakt-echo metoda. Úder kladívka nebo pád kuli ky vyvodí ve zkoušeném materiálu mechanické vln ní, které se snímá sníma i a vyhodnocují se z nich dynamické charakteristiky materiálu. Další metodou používanou p edevším v dopravním stavebnictví je metoda fázových rychlostí. Používá se pro m ení dynamické tuhosti vozovek a podloží plošných konstrukcí (letištní dráhy, dálnice) s jednou p ístupovou plochou. Budi (30 Hz až 30 kHz) budí podélné, ohybové a smykové vlny, které jsou snímány sníma i umíst nými v r zných vzdálenostech od budi e. Po ítají se fázové rychlosti ší ení vln nap tí materiálem o vlnové délce λ nam ené na p íslušné frekvenci f harmonického kmitání v plošné konstrukci [4.7]. Metoda tlumeného rázu spo ívá v rázovém ú inku b emen r zných hmotností a ve zm ení odezvy konstrukce a v p íslušném vyhodnocení výsledk m ení. Rázový ú inek je vyvolán pádem b emene na tlumící podložky položené na povrch zat žovací desky, která je v kontaktu s m enou vozovkou. M í se síla, pr hyb nebo deformace vozovky a stanoví se ukazatele dynamické odezvy konstrukce. Hodnotí se dynamický pr hyb a modul tuhosti [4.8]. Metoda mechanické impedance se používá pro zkoušení materiál s vaskopružnými vlastnostmi nap . asfaltobetonu p íp. podloží ze soudržných zemin. M í se normovanou mechanickou impedanci z = F (aM ) ,

kde F je harmonická prom nná síla, a je zrychlení v budícím bod kmitajícího prvku o hmotnosti M, z je bezrozm rná komplexní funkce.

Zkouškou se ur ují komplexní moduly EK a GK. Metoda akustické emise je založena na tom, že v prost edí zat žovaného prvku vznikají mikroporušení, které vyvolávají mechanické impulsy dilata ních vln, které se prost edím ší í 13

jako UZ signály a jsou snímány sníma i. P i dobrém p ístrojovém vybavení lze ur it polohu vznikající trhliny d íve než ji lze lokalizovat okem nebo mikroskopem. Nevýhodou je sou asný vznik nevhodných akustických „šum “. P edností AE metody je možnost stanovit historii zat žování. Jde o tzv. Kaisser v efekt, který spo ívá v tom, že pokud namáhání materiálu nedosáhne vyšší hodnoty než dosáhlo v minulosti, nedochází k rozvoji dalších vnit ních mikrodefekt . Lze tedy odhadnout rezervu únosnosti prvku p ed jeho destrukcí z pr b hu intenzity rozvoje vnit ních trhlin. 4.1.3

Elektromagnetické metody

Pat í sem metody jimiž zjiš ujeme polohu, pr m r nebo krytí kovových prut v železobetonových konstrukcích – elektromagnetické sondy [4.1] [4.2]. Metoda mikrovlnná se používá k pr zkumu dutin, kavern, komín v jinak známé konstrukci. Jiná za ízení pracující na obdobném principu slouží k m ení vlhkosti stavebních materiál . Induk nostní metoda slouží p edevším k m ení posun , pohyb a p etvo ení na základ zm ny induk nosti soustavy cívek zp sobené zm nou jejich magnetického odporu. Zm na polohy feromagnetického jádra sníma e p etvo ení v dutin cívek vede ke zm n jejich induk nosti. Induk nostní sníma e mohou mít velké rozlišení a m it malá p etvo ení [4.1]. 4.1.4

Elektrické metody

Mezi elektrické metody pat í metody odporové a kapacitní. Odporové metody se používají p edevším k m ení velmi malých p etvo ení. M ený odpor velmi tenkých drátk z konstantanu v odporovém tenzometru p ilepeném na konstrukci se m ní se zm nou délky drátk [4.1]. Další možností je m ení teplot Pt lánky nebo diodami, kdy zm na teploty vyvolá zm nu odporu m ící soustavy. Kapacitní metody m ení vlhkosti stavebních materiál využívají poznatku, že voda v kapilárn porézním prost edí výrazn ovliv uje permitivitu tohoto prost edí. Tvo í-li toto prost edí dielektrikum kondenzátoru, bude se zm nou vlhkosti prost edí m nit i kapacita kondenzátoru. M ící kondenzátor je tvo en dvojicí elektrod ležící v ploše na spodní stran p ístroje.

4.1.5

Radia ní metody

Radia ní metody využívají vlastnosti ionizujícího zá ení, které je v materiálu zeslabováno a toto zeslabené zá ení je zobrazeno nap . na film (radiografie) a nebo je m eno jeho zeslabení detektory (radiometrie). K radia ním metodám pat í i m ení p írodní radioaktivity a radonu v objektech. Vzhledem k tomu, že radia ní metody vyžadují speciální za ízení a speciální postupy, jsou jim ve skriptech v novány samostatné kapitoly, a to kap.8 (radiometrie), kap.9 (radiografie) a kap. 10 (radon). 4.1.6

Tenzometrické metody

Tyto metody a p íslušná m ící za ízení jsou ur ena k m ení malých zm n délek. Tyto metody jsou podrobn popsány v [4.1] a [4.2] a v další ásti t chto skript.

14

4.1.7

Trvanlivostní metody

Mezi tyto metody pat í zkoušky, které vypovídají o struktu e zkoušených staviv podrobených vliv m okolního prost edí. Tyto zkoušky bývají zpravidla urychlené, koncentrace p sobících škodlivých látek bývá n kolikanásobn vyšší než v b žném prost edí. Zna ný problém je objektivní zhodnocení t chto urychlených zkoušek. 4.1.7.1 Metoda stanovení propustnosti struktury staviva p sobením kapalin a plyn

Tyto metody pat í mezi nejzávažn jší trvanlivostní metody. Výsledky vodo a plynopropustnosti popisují aktuální stav struktury zkoušeného materiálu a lze z nich odvodit, zda pórový systém obsahuje vodu, vodní páry nebo je suchý. Pro zkoušení je p ipravena ada metod, které však jsou mezi sebou obtížn srovnatelné. Stanovení propustnosti struktury materiálu pro vodu spo ívá ve sledování pohlcení daného objemu betonu mírn tlakovou vodou (1-5 bar). Vhodným se ukazuje p ístroj GWT dánské firmy Germann Instrument (obr.4.4). Pro stanovení vzduchové propustnosti se ukázal nejvhodn jší p ístroj TPT (Torrent Permeability Tester), který pracuje na principu vytvo ení vakua 1000 mbar vakuovou pumpou. Po jeho dosažení se pumpa vypne a sleduje se proud vzduchu betonem do vnit ní komory p ístroje. M í se tlak snižujícího se vakua v betonu pod ob ma komorami, až dojde k vyrovnání obou tlak . V m ícím indikátoru se pr b žn sledují oba tlaky a vyhodnocuje se 2 Obr. 4.4: Schéma p ístroje GWT na sou initel vzduchové propustnosti kT. Rozm r je m . ím je sou initel propustnosti nižší, tím je pórová stanovení propustnosti kompozitu struktura mén propustná pro agresivní plyny a pro vodu kapaliny z okolního prost edí. Sou ástí p ístroje je tabulka a diagram umož ující za adit zkoušený beton do jedné z p ti t íd z hlediska trvanlivosti. (obr.4.3). 1)

vnit ní komora tlak pi

2)

vn jší komora tlak po pi = po

3)

proud vzduchu do vn jší komory

4)

proud vzduchu do vnit ní komory

L =

hloubka vnik nutí vakua

Obr. 4.3: Schéma p ístroje TPT na stanovení propustnosti kompozitu pro vzduch 15

4.1.7.2 Zkouška mrazuvzdornosti

Metod zkoušení mrazuvzdornosti staviv je n kolik, záleží, které stavivo se zkouší. Zkoušky v podstat spo ívají ve st ídání teplot pod bodem mrazu, v tšinou – 20 oC, dob setrvání v této teplot , vyjmutí zkušebního t lesa a vložení do vody o teplot + 20 oC, p íp. obdobn . Tyto zkoušky bývají p edepsány p edevším u vodostavebných beton a u beton i jiných staviv, které p ijdou do styku s venkovním prost edím [4.9] [4.10]. 4.1.7.3 Zkouška odolnosti betonu proti p sobení vody a chemických rozmrazovacích látek

Zjiš uje se odolnost proti p sobení vody a chemických rozmrazovacích látek za cyklického st ídání kladných a záporných teplot ( z + 20 oC na - 8 oC). Vyhodnocuje se m ením odpadu betonu na jednotku plochy a povrch zkušebního t lesa se hodnotí vizuáln . Udává se po et cykl [4.11]. 4.1.7.4 Zkouška nasákavosti betonu

Zkouška nasákavosti je ukazatelem otev ené pórovitosti staviva. P edevším u betonu je to jedna z velmi d ležitých trvanlivostních zkoušek [4.12]. 4.1.7.5 Zkouška vzlínavosti betonu

Zkouška vzlínavosti vody strukturou betonu vypovídá o jeho pórovitosti a usnadní pochopit transport vody strukturou betonu [4.12]. V zahrani í existuje ada modifikovaných metod zkoušení vzlínavosti a n které práce odborník tyto metody za azují mezi nejd ležit jší z hlediska stanovení aktuální trvanlivosti a jejího odhadu do budoucnosti. 4.1.7.6 Zkouška sorb ních vlastností betonu

Sorb ními vlastnostmi betonu je jeho navlhavost a vysychavost. Základní zkouška navlhavosti se provádí na vysušeném betonu a zkouška vysychavosti na betonu nasyceném vodou. Zkouška probíhá obvykle po dobu 180 dn , kdy se v ur ených intervalech zjiš ují p ír stky nebo úbytky hmotnosti zkušebních t les [4.14]. 4.1.7.7 Zkouška pr saku tlakovou vodou

Tato zkouška popisuje míru vodot snosti struktury zkoušeného betonu. Na povrch krychle p sobí voda tlakem 500 ± 50 kPa po dobu 72 ± 2 hodin. Po ukon ení zkoušky se krychle poruší a zm í se hloubka pr saku vody [4.13].

4.2 Semidestruktivní diagnostické metody 4.2.1

Jádrové vývrty

Jádrové vývrty se odebírají z diagnostikované konstrukce ke stanovení vlastností staviva v dob pr zkumu konstrukce. Vývrty se provád jí vrta kou se speciálními dutými válci, opat enými na spodní stran vrtáku tvrdokovovými p íp. diamantovými b ity. Vrta ka je držena v držáku, který umož uje vrtat nejen svisle, ale i vodorovn , p íp. šikmo. B ity vrtáku jsou v tšinou ochlazovány vodou. Používané pr m ry vrták na betonové a zd né konstrukce jsou 25, 50, 100,150, mm, p íp. mezilehlé pr m ry. Vrt se provede podle ú elu zkoušky do 16

požadované hloubky, vrták se vyjme a jádrový vývrt (válec) se opatrn vylomí z vrtu. Jádrové vývrty pr m ru 50, 100 a 150 mm slouží p evážn ke kontrole pevnosti staviva v tlaku. Vývrt se na pile diamantovým kotou em u ízne na požadovanou délku, ob plochy vývrtu se jemn obrousí a zkontroluje se rovnob žnost obou tla ených ploch. Po zvážení vývrtu se provede tlaková zkouška tlakové válcové pevnosti v lise. V n kterých p ípadech se na vývrtu p edem stanoví doba pr chodu UZ (ultrazvukových vln) a spo ítá se rychlost ší ení ela vlny válcem. Obdobn lze na válci stanovit pevnost v p í ném tahu [4.4] [4.5]. Podobn vývrty o pr m ru 25 mm a menší se provádí pro stanovení propustnosti betonu pro kapaliny a plyny nebo pro zjišt ní hloubky zkarbonatovaného betonu. Jádrové vývrty jsou velmi d ležitou metodou up es ování hodnot jiných nedestruktivních zkoušek (nap . odrazové zkoušky tvrdosti staviv Schmidtovými tvrdom ry apod.). 4.2.2

Odtrhové zkoušky

Odtrhové zkoušky slouží ke stanovení p ídržnosti povrchových vrstev na nosném podkladu (st rky, omítky, nát ry), nebo na zjišt ní tahové pevnosti povrchových (do 30-50 mm) i podpovrchových vrstev betonu. Podle požadavku lze provést odtrhy i do zna ných hloubek od povrchu. Na povrch betonu se kvalitním, v tšinou epoxidovým lepidlem nalepí upravený ter o ∅ 50 mm. Ter je vyroben z oceli p íp. lehkých slitin (dural apod.). Výška ter e bývá 30 mm. P i zkoušce pevnosti betonu povrchové nebo podpovrchové vrstvy se jádrovým vrtákem s vnit ním pr m rem 50 mm navrtá beton do požadované hloubky zkoušeného betonu. Posléze se na nazna ený vývrt nalepí ter pro uchycení do trhacího p ístroje a po zatvrdnutí lepidla se trha kou provede zkouška v osovém tahu (obr.4.5).

a)

b)

Obr. 4.5: Odtrhová zkouška a) omítky

17

b) betonu

Do skupiny odtrhových adíme i zkoušky vytrhávací (vytahovací), kdy se vytrhává p edem zabetonovaná kotva, p ípadn se do betonu vloží standardizovaná hmoždinka, která se p ed vytržením utáhne a posléze vytrhne (obr. 4.6 a 4.7).

Obr. 4.6: Vytrhávací zkouška

Obr. 4.7: Vytahování hmoždinky

K výsledk m zkoušek jsou zpracovány kalibra ní vztahy mezi tahovou silou a nap . krychelnou pevností na svislé ose (obr.4.8). Vylamovací metoda (norská) spo ívá ve vyvrtání jádrového vývrtu pr m ru 55 mm do hloubky 70 mm od povrchu a posléze vložení hydraulické bu ky, která vyvine sílu k vylomení vývrtu. Vylomený válec lze po za íznutí použít na stanovení válcové pevnosti v tlaku (obr.4.9).

lomová zóna

síla [kN]

Obr. 4.8: Kalibra ní vztah

4.2.3

Obr. 4.9: Vylamovací zkouška

Metoda plochých lis pro stanovení napjatosti ve zdivu

Metoda pat í mezi semidestruktivní metody a slouží ke stanovení lokální napjatosti p íp. modul pružnosti zdiva (cihelného p íp. smíšeného). V míst zvoleném pro ur ení napjatosti ve zdivu se vybere vodorovná ložná spára. P es vodorovnou spáru se kolmo na ni osadí t i základny pro sázecí deformetry 200 mm. M ící ter e jsou umíst ny soum rn p es 18

spáru. V této fázi se ode te stav na íselníkových indikátorech, toto tení je základní. Posléze se vy eže nebo vyvrtá malta ze sledované spáry, spára se vy istí a provede se druhé tení na indikátorech sázecího deformetru. Následuje vložení tenkého plochého lisu do spáry a tenkými plechy se lisy vypodloží (obr.4.10 a 4.11). Do plochého lisu se za ne vhán t pod tlakem hydraulický olej tak dlouho, dokud se na indikátorech neobjeví stejné hodnoty jako p i základním tení. P edpokládá se, tlaková síla lisu v tomto okamžiku odpovídá p vodnímu nap tí ve zdivu.

Obr. 4.10: Umíst ní plochého lisu v ložné spá e zdiva

Použijí-li se dva tenké lisy umíst né v ložných spárách nad sebou lze z nam ených hodnot p etvo ení ve t ech svislých a jedné vodorovné základn stanovit modul p etvárnosti a posléze pevnost tlaku zdiva mezi plochými lisy. Zat žovací zkouška se provádí do hodnoty pr m rného nap tí v tlaku ve zdivu nebo do poloviny p edpokládané pevnosti vyšet ovaného zdiva v tlaku (obr.4.12).

Obr. 4.11: Obdélníkový semioválný tenký lis

a

Obr. 4.12: Rozmíst ní ter dvou tenkých lis

vzhledem k poloze

Bo ní sev ení zdiva zp sobuje, že pevnost zdiva v tlaku je asi o 15% v tší a svislá p etvo ení asi o 10% menší než hodnoty stanovené na t lesech stejných rozm r bez bo ního sev ení [4.3]. 4.2.4

Vrtací zkouška stanovení pevnosti malty

Stanovení pevnosti malty ve spárách zdiva je zna ným problémem. Byly vyvinuty dv varianty vrta ek s p íklepem, které se zavrtávají do upravené ložné spáry. M í se hloubka vniku p íslušného vrtáku p i p edepsaném po tu otá ek a p es obecný kalibra ní vztah se ur í pevnost malty ve zdivu (podrobn ji v modulu II – Diagnostika cihelného zdiva).

19

4.2.5

Další používané semidestruktivní zkoušky

Další semidestruktivní zkoušky se vesm s používají pro stanovení pevnosti betonu v tlaku p es n které tvrdom rné metody [4.1] [4.2]: • brusná nebo vrtná metoda, • vst elovací metoda • vnikací metody - špi áky Mašk v a Cigánk v - mechanické špi áky

4.3 Použitá literatura [4.1]

Schmid,P. a kol: Základy zkušebnictví, nakl. CERM Brno, leden 2001

[4.2]

Anton,O. a kol.: Základy zkušebnictví. Návody do cvi ení, nakl. CERM Brno, únor 2002

[4.3]

Pume,D., ermák,F. a kol.: Pr zkumy a opravy stavebních konstrukcí, nakl. ARCH Praha, 1993

[4.4]

Adámek,J., Novotný,B., Koukal,J.: Stavební materiály, nakl. CERM, Brno 1997

[4.5]

Cikrle,P., Ambrosová, V., Havlíková,D.: Zkoušení stavebních materiál . Laboratorní cvi ení, nakl. CERM, Brno 1997

[4.6]

EN SN 12 504 – 2 Zkoušení betonu v konstrukcích – ást 2: Nedestruktivní zkoušení – stanovení tvrdosti odrazovým tvrdom rem

[4.7]

SN 736170 rychlostí

Meranie dynamických charakteristík vozoviek metódou fázových

[4.8]

SN 736192 Rázové zat žovací zkoušky vozovek a podloží

[4.9]

SN 131322 Stanovení mrazuvzdornosti betonu

[4.10]

SN 731325 Stanovení mrazuvzdornosti betonu zkrácenými zkouškami (neplatná)

[4.11]

SN 731326 Stanovení odolnosti povrchu cementového betonu proti p sobení vody a chemických rozmrazovacích látek

[4.12]

SN 731316 Stanovení vlhkosti, nasákavosti a vzlínavosti betonu (neplatná)

[4.13]

SN EN 12390 Zkoušení ztvrdlého betonu – ást 8: Hloubka pr saku tlakovou vodou

[4.14]

SN 731327 Stanovení sorb ních vlastností betonu

20

5

Diagnostika železobetonových konstrukcí

5.1 Úvod do diagnostiky železobetonových konstrukcí 5.1.1

Pot eba diagnostiky železobetonových konstrukcí

Pot eba diagnostiky vychází z n kolika d vod , zejména: • •

u nové konstrukce vznikly pochybnosti o kvalit betonu i krytí výztuže; u starší konstrukce se objevily staticky závažné poruchy (nap . trhliny) a vznikla pochybnost o její bezpe nosti; • u starší konstrukce je p ipravována rekonstrukce, p estavba i nadstavba; • diagnostika je p edepsána v projektové dokumentaci po ur ité dob od výstavby. Na konstrukce p itom p sobí rozdílné vn jší vlivy (klimatické podmínky, agresivní látky, zatížení), a proto obecný postup pro zjišt ní vlastností železobetonové konstrukce bude nutné pro každý konkrétní p ípad modifikovat. Jinými slovy, pokaždé je kladen d raz pouze na ur ité vlastnosti konstrukce.

5.1.2

P ehled hlavních problém

P i diagnostice konstrukcí ze železobetonu se m žeme setkat s objekty o r zném stá í. Jedná se bu o konstrukce nové, u nichž vznikla pochybnost o kvalit provedení, anebo o konstrukce postavené p ed dvaceti, padesáti, ale i více než sto lety. P i hodnocení železobetonové konstrukce je zapot ebí po ítat se zna n rozdílnou kvalitou a rozdílným stupn m degradace betonu. Musíme si uv domit, že b hem p ibližn 120 let intenzivního využívání železobetonu ve stavebnictví došlo k ur itým posun m v oblasti navrhování, technologie, provád ní i posuzování betonových konstrukcí. V prvé ad je t eba poopravit základní pou ku o r stu pevnosti betonu v ase, nebo platí pouze výjime n v p ípad kvalitního betonu a optimálního prost edí. P i praktickém provád ní pr zkum se však asto setkáváme s betonem, který byl nekvalitn již vyroben a jehož vlastnosti se vlivem degrada ních proces ješt zhoršily. Každé období v minulosti je provázeno ur itými negativními vlivy. V po átcích betonového stavitelství koncem 19. st. zna n kolísala kvalita vstupních surovin (cement, kamenivo). Beton z tohoto období má v tšinou nízkou pevnost v tlaku. U staveb z této doby se asto používal beton prokládaný kamenem, u n hož hrozí výskyt kaveren. V období po 1. sv tové válce již byla technologie betonu na slušné úrovni a vznikaly pom rn odvážné a úsporné stavby. Tato úspornost se projevuje nap . zmenšujícími se pr ezy prvk a asto i klesající kvalitou betonu v horních patrech budov (pozor p i projektování nadstaveb). U masivních konstrukcí, nap . mostních op r, m že být kvalitní pouze povrchová vrstva – tzv. p edsádkový beton, zatímco uvnit op ry se m žeme setkat s málo zhutn ným až mezerovitým betonem. Rovn ž se v tomto období naplno projevila rozdílnost v p ístupu investor a dodavatelských firem, což ovšem platí i pro všechna další období. Specifickým problémem období 30. až 50. let 20. st. je použití betonu s hlinitanovým cementem. Jednalo se o materiál s rychlým nár stem pevností, což m lo p íznivý dopad na intenzifikaci stavebnictví. Bohužel po ase za alo docházet k rozkladu pojiva v t chto betonech, což m lo za následek ztrátu únosnosti konstrukcí a došlo i k n kolika vážným haváriím. Použití hlinitanového cementu bylo zakázáno a na celém území prob hla rozsáhlá 21

diagnostika objekt , u nichž bylo podez ení na jeho použití. P esto je pravd podobné, že dodnes je beton s hlinitanovým cementem v n kterých konstrukcích zabudován. Hlavním vizuálním znakem hlinitanového betonu je rezav hn dá barva pojiva. Po 2. sv tové válce došlo k rychlé a asto provizorní obnov válkou zni ených objekt , p i emž ve stavbách z stal železobeton zasažený požárem i výbuchem. Jako p íklad necitlivé povále né obnovy lze uvést kamenný viadukt z roku 1868 v Brn -Chrlicích, jehož jedno pole bylo v roce 1946 dobetonováno. Zvláštní pozornost však zasluhuje i pozd jší budovatelské období po roce 1948, které snad nejlépe vystihují dv slova - technologická nekáze . Sou asn s nedostate nou kontrolou kvality a obecn nízkou pracovní morálkou nelze ani u železobetonových konstrukcí z tohoto období o ekávat zázraky (samoz ejm existují i výjimky, ale p i diagnostice konstrukcí je t eba po ítat vždy s horší variantou). V tomto období je nutné ov ovat rovn ž kvalitu výztuže, nebo v d sledku nedostatku stavební oceli mohl být projektovaný druh oceli nahrazen jiným druhem, p ípadn v rámci jedné konstrukce mohlo být použito více druh nosné výztuže. Velmi negativním jevem bylo „úsporné“ krytí výztuže malou krycí vrstvou betonu, což se projevilo na v tšin konstrukcí vystavených venkovnímu prost edí masivní korozí výztuže. V neposlední ad by m l posuzovatel výrazn zbyst it pozornost u objekt postavených ob any svépomocí v rámci „Akce Z“, nebo tyto objekty mohou skrývat nevídaná p ekvapení. Kone n v posledním období po roce 1989 dochází postupn ke zlepšování kvality železobetonových konstrukcí, což je dáno zejména vyšší úrovní technologie, p ísn jšími požadavky na kvalitu materiál a rovn ž d sledn jší kontrolou kvality. P esto ani v sou asnosti nemusí být železobetonové konstrukce v po ádku, hlavní p í inou vad a poruch z stává lidský faktor. Tento p ehled m l za cíl upozornit na úskalí, se kterými se m žeme setkat p i pr zkumech a hodnocení starších železobetonových konstrukcí. Obecn lze ješt p ipomenout problémy s dilata ními spárami ( asto nep iznanými), nedostate n ošet enými pracovními spárami a poruchami souvisejícími s p et žováním konstrukcí v minulosti. Beton nelze hodnotit jen na základ vizuálního vzhledu, nebo povrch bývá asto upraven vrstvou kvalitní cementové malty a rovn ž malba dokáže skrýt adu trhlin a jiných poruch.

5.2 Stav normalizace v oblasti diagnostiky železobetonu 5.2.1

P ehled norem pro diagnostiku železobetonových konstrukcí

V sou asné dob prochází diagnostika železobetonových konstrukcí výraznými zm nami souvisejícími se zavád ním nových evropských norem. Tyto normy odrážejí rozvoj diagnostických metod nedestruktivních i semidestruktivních. Bohužel termín vydání t chto studijních materiál spadá do období soub žné platnosti starších i nových p edpis , které se od sebe v ur itých ástech podstatn liší. Základní p ehled norem pro zkoušení betonu v konstrukcích je uveden na obr. 5.1.

22

Zkoušení a posuzování betonu v konstrukcích P vodní p edpisy

Nové p edpisy

SN 73 0038

SN 73 2011

EN 13791

Stávající konstrukce

Betonové konstrukce

Hodnocení betonových konstrukcí

SN 73 1370-76

SN ISO 13822 Hodnocení existujících konstrukcí

SN EN 12504-1 až 4

Zkušební metody pro železobeton

Zkušební metody pro beton

Obr. 5.1 P ehled zkušebních p edpis pro zkoušení a hodnocení betonu v konstrukcích

5.2.2

P vodní normy

V tomto odstavci je uveden podrobn jší popis p vodních zkušebních p edpis pro zkoušení betonu v konstrukcích: • • •

5.2.3

SN 73 0038:1986 Navrhování a posuzování stavebních konstrukcí p i p estavbách. Platnost této normy byla ukon ena k 1.9.2005, místo ní platí SN ISO 13822. SN 73 2011:1986 Nedeštruktívne skúšanie betónových konštrukcií. Norma platí pro nedestruktivní zkoušení stavebních konstrukcí a dílc z prostého, železového a p edepjatého oby ejného hutného betonu SN 73 1370 až 76: Pro vlastní provád ní jednotlivých zkoušek existuje dosud sedm norem, ve kterých jsou popsány jednotlivé nedestruktivní metody. Pro odb r vzork z konstrukce neexistovala v tomto p vodním systému samostatná norma, zkoušení pevnosti v tlaku se provád lo podle SN 73 1317. Nové normy

Následuje podrobn jší p ehled nov zavád ných zkušebních p edpis pro zkoušení betonu v konstrukcích: •

SN ISO 13822:2005 Zásady navrhování konstrukcí - Hodnocení existujících konstrukcí. Tato norma poskytuje obecné pokyny pro návrh oprav nebo modernizací existujících konstrukcí. Sou ástí SN ISO 13822 jsou termíny a definice, postupy hodnocení existující konstrukce v etn vývojového diagramu, postupy ur ení zatížení a odolnosti konstrukce, analýza konstrukce, návrh konstruk ních opat ení, hodnocení spolehlivosti, zpráva. Šest národních p íloh obsahuje dopl ující pokyny pro hodnocení existujících konstrukcí v R, z nichž první dv se zabývají obecnými zásadami hodnocení a zkoušení konstrukcí a materiál , t etí p íloha obsahuje pokyny pro hodnocení konstrukcí z betonu, další p ílohy se týkají ostatních materiál . 23

•

• • • •

prEN 13791:2003 Assessment of concrete compressive strength in structures or in structural elements (Stanovení pevnosti betonu v konstrukcích nebo ve stavebních dílcích). St žejní norma pro hodnocení betonu v existujících konstrukcích nebyla dosud v R zavedena, což samoz ejm komplikuje vyhodnocování výsledk zkoušek. SN EN 12504-1:2001 Zkoušení betonu v konstrukcích - ást 1: Vývrty - Odb r, vyšet ení a zkoušení v tlaku. SN EN 12504-2:2002 Zkoušení betonu v konstrukcích - ást 2: Nedestruktivní zkoušení - Stanovení tvrdosti odrazovým tvrdom rem. SN EN 12504-3:2005 Zkoušení betonu v konstrukcích - ást 3: Stanovení síly na vytržení. SN EN 12504-4:2005 Zkoušení betonu - ást 4: Stanovení rychlosti ší ení ultrazvukového impulsu.

Starší zkušební p edpisy, reprezentované zejména dosud platnou normou SN 73 2011 [5.2], kladou d raz na nedestruktivní zkoušení betonu, p i emž zkoušky provád né na vzorcích odebraných z konstrukce jsou ozna eny jako dopl kové. Nov jší zkušební p edpisy uvedené v evropských normách p ikládají v tší váhu zkouškám provedeným na odebraných vzorcích. Poznámka: Krátce po zavedení norem SN EN 12504-1 a 12504-2 m ly být zrušeny normy SN 73 1370 až 76 s od vodn ním, že ást z nich je nahrazena normami novými a ást z nich není ve stavební praxi prakticky používána. Proti tomuto rozhodnutí se však zvedl tak silný odpor odborné ve ejnosti, že všechny jmenované normy z stávají dosud v platnosti. Tento zájem odborník z ad diagnostiky m l z ejm za následek, že další p ijímané normy již obsahují národní p ílohy, v nichž jsou uvedeny d ležité informace z p vodních eských norem zohled ující specifika nosných konstrukcí vybudovaných na našem území. Za p íklad m žeme uvést normu SN ISO 13822, která obsahuje v tší množství informací než p vodní SN 730038.

5.3 Požadavky na beton a ocelovou výztuž v konstrukci P i hodnocení existujících konstrukcí se vychází z platných norem pro navrhování a zatížení! Pro hodnocení stávajících konstrukcí platí obecn SN ISO 13822 [5.9], na hodnocení železobetonových konstrukcí je zam ena „Národní p íloha NC“ této normy, která má informativní charakter. Zde je uveden postup pro zjiš ování materiálových vlastností betonu, vlastností betoná ské výztuže, vlastnosti p edpínací výztuže a rovn ž jsou zde uvedeny zásady pro zesilování existujících betonových konstrukcí.

5.3.1

Vlastnosti betonu

Pevnostní t ída betonu konstrukce se stanoví na základ : • Dokumentace skute ného provedení a/nebo • Vyhodnocení zkoušek betonu konstrukce. Je však t eba si uv domit, že skute né vlastnosti betonu se od dokumentace mohou podstatn lišit, a proto se doporu uje vždy provést jejich ov ení zkouškami.

24

Charakteristické hodnoty vlastností betonu jsou uvedeny v platných normách pro navrhování. asto vyvstane pot eba provést porovnání betonu starších druh , zna ek a t íd s pevnostními t ídami uvedenými v SN EN 206-1 [5.15]. Pro p evod platí tabulka 5.1. Tab. 5.1 Druhy, zna ky, t ídy beton a p evod zna ení [5.9] Beton

druh

SN 1090:1931 SN 1230:1937

zna ka

SN 73 2001:1956 SN 73 6206:1971

t ída

T ída

pevnostní t ída

SN 73 1201:1967

SN 73 1201:1986

0I

-

(C3/3,5)

B5

(C4/5)

SN EN 206-1

a

60

b

80

c

105

0

B 7,5

(C6/7,5)

d

135

I

B 10

C 8/10

B 12,5

C(9/12,5)

-

C(10/13,5)

B 15

C 12/15

B 20

C 16/20

B 25

C 20/25

-

(C23/28)

B 30

C 25/30

B 35

(C28/35)

-

C 30/37

B 40

(C30/40)

B 45

C 35/45

B 50

C 40/50

B 55

C 45/55

B 60

C 50/60

e f g

170 250 330

II III IV

400 V 500 VI 600

Poznámka: Pevnostní t ídy uvedené v závorkách nejsou v p íslušné norm zavedeny

5.3.2

Vlastnosti betoná ské výztuže

Druh výztuže se stanoví na základ : • Dokumentace skute ného provedení a/nebo • Pr zkumu. Vlastnosti betoná ské výztuže v konstrukcích navržených podle d ív jších p edpis najdeme v SN ISO 13822, tab. NC.2 až NC.4. Hodnoty návrhové pevnosti jsou odvozeny

25

z charakteristické meze kluzu nebo meze 0,2. Druh výztuže se v tšinou identifikuje podle tvaru žeber. Tvary betoná ských výztuží v minulosti u nás používaných jsou uvedeny v tab. NC.8 téže normy. Za zmínku stojí oceli 10 472 „ISTEG“ (splétaná ze dvou hladkých kruhových profil ) a 10 512 „ROXOR“ – viz obr. 5.2. Tato výztuž nemá ani p ibližn kruhový pr ez, její jmenovité rozm ry a plochy pr ezu jsou uvedeny v tab. 5.2.

Obr. 5.2 Výztuž do betonu 10 512 „Roxor“ Tab. 5.2 Rozm r ty e D [mm]

10

12

14

16

18

20

22

24

Plocha pr ezu [mm2]

48,2

69,4

94,4

123,3

156,0

192,6

233,1

277,4

Rozm r ty e D [mm]

26

28

30

32,5

35

40

50

60

70

325,6

377,6

433,4

508,7

590,0

770,6

1204

1734

2360

2

Plocha pr ezu [mm ]

Vlastnosti ocelí, které nejsou uvedeny v tab. NC.8 normy SN ISO 13822, se ov í zkouškami nebo se uvažují hodnotami pro výztuž 10 216 (E). Pokud jsou pochybnosti v ur ení výztuže, lze na vhodném míst odebrat vzorky pro zkoušky. Odb r nesmí ohrozit nosnou funkci konstrukce. Polohu a množství výztuže je t eba uvažovat podle skute nosti.

5.3.3

Vlastnosti p edpínací výztuže

Vlastnosti p edpínací výztuže se ur í: • Podle dokumentace skute ného provedení, pop . z protokol o napínání; • Podle p edpis v dob výstavby; • Na základ zkoušek vzork výztuže. Vlastnosti p edpínacích výztuží v konstrukcích navržených podle starších norem lze nalézt v tab. NC.5. až NC.7 normy SN ISO 13822. Pro hodnocení konstrukce je rovn ž d ležité stanovit sílu v p edpínací výztuži, což je možné z dokumentace, protokolu o napínání po výpo tu ztrát nebo na základ m ení nap tí p edpínací výztuže v konstrukci.

U starších p edepjatých konstrukcí bývá problémem nedostate né zainjektování kabelových kanál , což mívá za následek až úplnou korozi p edpínací výztuže.

26

5.4

Obecné zásady nedestruktivního zkoušení betonových konstrukcí

V této kapitole je popsán obecný model zkoušení betonových konstrukcí s d razem na nedestruktivní metody zkoušení, který vychází z SN 73 2011.

5.4.1

Zkoušené vlastnosti

Rozlišujeme vlastnosti betonu, ocelové výztuže, vlastnosti konstrukce a vady a poruchy. A) Vlastnosti betonu konstrukce • • • • • • • •

stejnorodost betonu pevnost betonu modul pružnosti betonu objemová hmotnost mrazuvzdornost, vodot snost vlhkost betonu chemické vlastnosti betonu vlastnosti povrchových vrstev betonu

B) Vlastnosti ocelové výztuže • •

množství a uložení výztuže, krytí výztuže koroze výztuže

C) Vlastnosti konstrukce • • •

únosnost a ohybová tuhost p i statickém zatížení tuhost betonových vozovek p i rázové zat žovací zkoušce provozn – funk ní vlastnosti jako vodot snost, mrazuvzdornost

D) Vady a poruchy •

p ítomnost, rozsah

5.4.2

Zkušební metody

Pro nedestruktivní zkoušení se použijí n které z t chto metod: • • • • • • •

5.4.3

tvrdom rné metody ultrazvuková impulsová metoda rezonan ní metoda radiometrická metoda radiografická metoda zkouška p ídržnosti zkouška propustnosti povrchových vrstev pro vodu a plyny Postup zkoušení a vyhodnocení výsledk na konstrukci

Zkoušení konstrukcí a vyhodnocování výsledk lze rozd lit do ty základních etap: 27

1) shrnutí údaj a informací o konstrukci – druh konstrukce, její ú el; rozm ry, stá í, druh použitého betonu a oceli, údaje o zatížení a užívání, základové pom ry, zásahy do konstrukce (p estavby, opravy), popis stavu konstrukce (vady a poruchy), 2) vypracování programu zkoušení a vyhodnocení – v programu musí být uveden druh konstrukce nebo dílce, známé údaje o použitém betonu a oceli, ú el zkoušení a použité metody, po et a rozmíst ní zkušebních míst, p íprava zkušebních míst, získání porovnávacích zkušebních t les a druhy zkoušek, postup p i zkoumání konstrukce, použité p ístroje, pokyny pro vyhodnocení zkoušek (nap . normy), rozsah a zp sob provedení dopl kových zkoušek, pokyny pro vyhodnocení vlastností konstrukce, závaznost výsledk zkoušek jméno a kvalifikace zpracovatele programu, 3) vlastní zkoušení (nedestruktivní + dopl kové) – zkušební metody se volí s ohledem na stav konstrukce, použité materiály, tlouš ku konstrukce, p ístup na konstrukci, 4) vyhodnocení vlastností konstrukce. 5.4.4

Po et zkušebních míst

Po et zkušebních míst se stanoví v závislosti na druhu a ú elu zkoušek, velikosti konstrukce (objem nebo plocha), použitých zkušebních metodách a p edem získaných informacích o konstrukci. V tab. 5.3 jsou uvedeny minimální po ty zkušebních míst podle objemu betonu konstrukce a podle velikosti zám sí. Tab. 5.3 Minimální po et zkušebních míst podle objemu betonu konstrukce [5.2] Objem betonu konstrukce v m3

Minimální po et zkušebních míst n p i p edpokládané velikosti zám si betonové sm si v m3 0,06

0,30

0,60

1,00

3,00

6,00

1

16

16

16

16

16

16

2

24

16

16

16

16

16

5

39

16

16

16

16

16

10

52

24

16

16

16

16

20

64

35

24

16

16

16

50

72

52

39

31

16

16

100

72

64

52

44

24

16

200

72

70

64

53

35

24

500

72

72

72

68

53

39

700

72

72

72

71

58

45

1000

72

72

72

72

64

52

2000

72

72

72

72

70

64

4000 a více

72

72

72

72

72

70

Nap . pokud se jedná o konstrukci se 40 m3 betonu, který byl pravd podobn míchán na stavb v malé mícha ce, pak je podle tab. 5.2 minimální po et zkušebních míst 70. Pokud 28

ovšem stejný objem betonu byl vyroben v centrální betonárn a p ivezen domícháva em, klesá minimální po et zkušebních míst na 16, což je statistické minimum pro zkoušení konstrukce. Konstrukce o objemu menším než 1m3 nebo ploše menší než 5 m2 se zkouší minimáln na 6 místech.

5.4.5

Místa odb ru vzork pro dopl kové zkoušky

Vzorky betonu se podle SN 73 2011 z konstrukce odebírají pro získání porovnávacích zkušebních t les na up esn ní nedestruktivních zkoušek nebo na dopl kové zkoušky. Vzorky se odebírají z míst, kde byly p edtím provedeny nedestruktivní zkoušky. Místa pro odb r vzork se volí tak, aby byla rozmíst na rovnom rn a reprezentovala oblast nejlepší, pr m rné a nejhorší kvality betonu a aby byla z oblasti prostého nebo málo vyztuženého betonu. Po et zkušebních t les závisí od ú elu zkoušek, velikosti konstrukce a p ípadn stejnorodosti betonu. Na up esn ní nedestruktivních zkoušek (zhotovení porovnávacích t les) se musí odebrat nejmén 9 vzork . V p ípad , že je odb r vzork pro up esn ní proveden až po vyhodnocení nedestruktivních zkoušek na místech s nejmenší, pr m rnou a nejv tší pevností v tlaku, p ipouští norma SN 73 2011 odb r pouze 3 vývrt . Ze zkušeností Ústavu stavebního zkušebnictví však vyplývá, že sou initel up esn ní vypo tený pouze ze t í dvojic pevností m že být zna n zkreslený zejména v p ípad , kdy tvrdost povrchové vrstvy není p ímo úm rná pevnosti betonu v tlaku. P i odb ru vzork se musí po ítat se zeslabením pr ezu. Dutiny vzniklé po odvrtaných vzorcích se musí vyplnit betonem o t ídu lepším, než byl p vodní beton. Vzorky ocelové výztuže se odebírají z míst, kde je ocel málo namáhaná a kde se dá doplnit. Z každého druhu oceli se odeberou nejmén 3 vzorky výztuže.

5.5 Zkoušení vlastností betonu konstrukcí Jak již bylo uvedeno v kapitole 5.2, je zkoušení vlastností betonu komplikováno dualitou zkušebních p edpis . V praxi je zapot ebí ctít aktuáln platné normy, v p ípad sou asné platnosti více obdobných norem je nutné ješt p ed zapo etím diagnostiky stanovit, podle které normy se budou zkoušky provád t a vyhodnocovat.

5.5.1

Stejnorodost betonu

Stejnorodost betonu konstrukce je charakteristika betonu, p i které jsou rozdíly sledované vlastnosti tak malé, že se dají vyjád it jednou hodnotou, obvykle pr m rnou. Pro statistické hodnocení stejnorodosti betonu využíváme n kterou z t chto vlastností: • Pevnost betonu v tlaku (bu nedestruktivn nebo na vývrtech); • Pevnost betonu v tahu; • Rychlost ší ení impulz ultrazvukového vln ní (rozhoduje elo impulzu); • Objemová hmotnost. Beton konstrukce, konstruk ního prvku anebo oblasti je stejnorodý, jestliže varia ní sou initel Vx (d íve zna ený „v“) a rozdíl „∆“ znak zjišt ných na zkušebních místech ležících vedle sebe a nad sebou není v tší než hodnoty uvedené v tabulce 5.4.

29

Tab. 5.4 Hodnoty max. varia ního sou initele Vx a rozdílu na sousedních místech ∆ [5.2] Zkoušená vlastnost

Statistické hodnocení

T ída betonu (B12,5)

(B20)

(B30)

(B35 až B60)

C8/10

C16/20

C25/30

C30/37 a lepší

Vx %

16

16

14

12

∆ %

30

30

30

30

22

20

18

16

∆ %

40

40

40

40

Rychlost ší ení

Vx %

4

4

3,5

3

podél. UZ vln

∆ %

7,5

7,5

7,5

7,5

Objemová

Vx %

2,5

2,5

2,5

2,5

hmotnost

∆ %

4

4

4

4

Pevnost v tlaku Pevnost v tahu

Vx

%

Varia ní sou initel Vx v procentech se vypo te ze vztahu

Vx = kde

sx ⋅ 100 mx

(rov. 5.1)

sx

je výb rová sm rodatná odchylka souboru hodnot;

mx

je aritmetický pr m r hodnot materiálové vlastnosti (nap . pevnosti v tlaku).

P i zkoušení stejnorodosti betonu konstrukce musíme vzít v úvahu n která omezení. Zkoušet stejnorodost m žeme pouze tehdy, když na povrchu konstrukce nejsou patrné viditelné vady nebo poruchy. Pokud se b hem zkoušek zjistí vrstevnatost betonu, lze stejnorodost hodnotit pouze p i možnosti ur ení tlouš ky každé vrstvy. Podle výsledk zkoušek se beton konstrukce, dílce nebo oblasti hodnotí jako: • •

Stejnorodý; Nestejnorodý.

5.5.2

Pevnost v tlaku z tvrdom rných zkoušek

Novým p edpisem pro stanovení tvrdosti betonu je SN EN 12504-2 [5.12]. Tvrdost zjišt ná odrazovou metodou se využívá zejména ke stanovení stejnorodosti betonu. Tato metoda není zamýšlena jako alternativní ke stanovení pevnosti betonu v tlaku, avšak p i vhodné korelaci ji lze použít k odhadu pevnosti uloženého betonu. Návrh prEN 13791 [5.10] p ipouští pro vyhodnocení pevnosti betonu v konstrukci použít pouze up esn ný kalibra ní vztah. V norm jsou uvedeny dva zp soby vytvo ení kalibra ních vztah : 1. p ímý vztah mezi zjišt nými hodnotami odrazu tvrdom ru a pevností betonu v konstrukci stanovené na vývrtech, 30

2. up esn ní v norm daného základního (obecného) vztahu zkouškami na vývrtech. V prvním p ípad se pro vytvo ení p ímého vztahu musí vypracovat zkušební program pro požadovaný rozsah pevnosti s po tem alespo 18 dvojic zkoušek (rad ji více), ze kterých se regresní analýzou získá kalibra ní k ivka (pop . p ímka). Tento vztah se m že použít pouze pro konkrétní betonovou konstrukci a v rozsahu pevností, pro které byl vypracován. Druhý zp sob je založen na posunutí normového základního vztahu (kalibra ního vztahu od výrobce p ístroje) pomocí korek ního sou initele ∆f, získaného na základ zkoušek na vývrtech. Kalibrace základního vztahu se provede na zvolené zkušební oblasti, která musí být tak veliká, aby se do ní vešlo nejmén 9 vývrt a m icích míst pro nedestruktivní zkoušky. Konkrétní informace o vyhodnocení pevnosti betonu v konstrukci z tvrdom rných m ení bude možné získat až po definitivním vydání normy EN 13791.

5.5.3

Pevnost v tlaku z rychlosti ší ení ultrazvukového impulsu

Rychlost ší ení ultrazvukového impulsu v materiálu ovliv ují zejména modul pružnosti a hutnost. U betonu jsou tyto charakteristiky závislé na vlastnostech kameniva (složení fyzikální vlastnosti) a vlastnostech tmelu (vodní sou initel, stá í betonu). Na druhé stran je pevnost betonu více závislá na vodním sou initeli než na druhu a složení kameniva a tmelu. Vztahy mezi rychlostí ší ení impulsu a pevností se mohou lišit podle konkrétního složení betonu. Pro neznámý beton je odhad pevnosti pouze na základ rychlosti ší ení impulsu nev rohodný. ím je p itom pevnost betonu vyšší, tím je vzájemný vztah pevnosti a rychlosti ší ení UZ impulsu mén p esný. Vztah mezi rychlostí ší ení impulsu a pevností v tlaku lze pro konkrétní beton vytvo it: • M ením na t lesech vyrobených ve formách (pro nov budované konstrukce); • M ením na vývrtech (pro beton v hotové konstrukci). V p ípad m ení na vývrtech se musí vývrty odebrat z míst z nejvyšší, pr m rnou a nejnižší rychlostí ší ení impulsu, abychom získali dostate ný rozsah hodnot pro vytvo ení regresní k ivky. Ultrazvukové m ení je p itom velmi citlivé na vlhkost betonu, rychlost ší ení impulsu je obecn vyšší ve stavu nasyceném vodou. Pro vytvo ení regresní k ivky je tedy nutné zkoušet t lesa z vývrt v takovém vlhkostním stavu, který odpovídá betonu v konstrukci. Poznámka: Ultrazvuková metoda má ve vztahu k ur ení pevnosti v tlaku nejvyšší citlivost u starších beton nižších pevnostních t íd (p ibližn v rozsahu 5 MPa až 25 MPa). U nových a zejména vysokohodnotných beton její citlivost výrazn klesá.

5.5.4

Pevnost v tlaku na vzorcích z jádrových vývrt

Odb r vzork byl obecn popsán v kapitole 5, zde budou uvedeny konkrétní postupy pro zkoušení vývrt z betonu, vycházející z normy SN EN 12504-1 [5.11]. Odb r vývrtu p edstavuje vždy výrazný zásah do konstrukce, a proto je p ed vlastním provedením vývrt nezbytné pln zvážit ú el zkoušení a hodnocení výsledných údaj . Po et vývrt vychází z velikosti a lenitosti zkoumané konstrukce. Délka vývrtu ur eného pro zkoušku pevnosti v tlaku vychází z pr m ru vývrtu, možného zp sobu úpravy a zda se má provést srovnání s krychelnou nebo válcovou pevností. Ozna ení a identifikace probíhá ihned po ukon ení vrtání kdy se na vývrt ozna uje typ vrtaného prvku, umíst ní a orientace vrtu. 31

Umíst ní vývrt na konstrukci se volí v návaznosti na konstruk ní d sledky: • vývrty mají být p ednostn odebírány v místech s minimálním výskytem výztuže; • odb r se provádí tak, aby nebyl v blízkosti spár nebo hran betonových prvk ; Pr m r vývrt by obecn m l být co nejmenší z d vodu minimalizace poškození konstrukce, na druhé stran musí respektovat strukturu betonu a normu stanovující p ípustné rozm ry zkušebních t les [5.16]. Pokud je velikost maximálních zrn kameniva (nikoliv horní mez frakce kameniva) v tší než p ibližn 1/3 pr m ru vývrtu, má to zna ný vliv na zjišt nou pevnost. Základní t leso má pr m r 150 mm, v praxi se v tšinou odebírají vývrty o pr m ru 100 mm. Norma SN EN 12504-1 však p ipouští možnost použití jádrových vývrt o pr m rech 50 mm a dokonce pouze 25 mm, což však nelze obecn doporu it.

Pom ry délky k pr m ru jsou p ednostn : • 2,0, jestliže se má pevnost porovnávat s válcovou pevností; • 1,0, jestliže se má pevnost porovnávat s krychelnou pevností. V dosud platných starších p edpisech je p ípustný pom r délky k pr m ru v rozmezí 1,0 až 2,0, p i emž pro p epo et na válcovou pevnost se používá koeficient štíhlosti [5.7].

Vývrty s trhlinami, dutinami a nepevnými okraji se nezkouší. Je zakázáno zkoušet vývrty obsahující výztuž ve sm ru podélné osy nebo v její blízkosti. Pokud jde výztuž kolmo k podélné ose, vývrty se sice zkoušet mohou, ale op t to nelze obecn doporu it.

5.5.5

Stanovení modulu pružnosti betonu

Modul pružnosti betonu konstrukce lze získat na základ : • M ení ultrazvukovou metodou na konstrukci nebo na odebraných vzorcích [5.4.]; • M ení rezonan ní metodou na odebraných vzorcích [5.5]; • Zat žováním zkušebních t les odebraných z konstrukce [5.17]. V prvních dvou p ípadech se jedná o dynamický modul pružnosti, ve t etím p ípad o modul statický. Velkou výhodou ultrazvukové metody je možnost zcela nedestruktivního stanovení modulu pružnosti betonu p ímo na konstrukci. Výsledný dynamický modul pružnosti Ebu [5.4.] závisí na rychlosti ší ení ultrazvuku, objemové hmotnosti materiálu a koeficientu rozm rnosti prost edí. Modul pružnosti betonu Ec konstrukce se dle SN 73 2011 ur uje z dynamických modul pružnosti získaných na zkušebních místech nebo vzorcích pomocí zmenšovacího sou initele. Orienta ní hodnoty zmenšovacích sou initel zvláš pro dynamický modul z ultrazvukových a rezonan ních m ení lze nalézt v norm SN 73 2011, pro r zné druhy betonu se ale mohou mírn lišit.

Statický modul pružnosti betonu Ec se zjiš uje z deformací, které vznikají p i známém zatížení zkušebního t lesa [5.17]. Vzorek betonu se p i zkoušce cyklicky zat žuje v lisu tlakem a m í se vznikající deformace. Základní hranice zatížení se volí tak, aby odpovídala nap tí 0,5 MPa, horní hranice nap tí v hodnot p ibližn jedné t etiny pevnosti betonu v tlaku.

5.5.6

Stanovení hloubky karbonatace betonu

erstvý beton je výrazn zásaditý (pH >12). Reakcí s atmosférickým oxidem uhli itým (CO2) se snižuje obsah hydroxidových iont a klesá hodnota pH. K neutralizaci dochází nejd íve v povrchu betonu, s asem však oxid uhli itý difunduje do cementového tmelu v betonu a 32

proces, zvaný karbonatace (tvorba uhli itan ) postupuje i do hloubky. Z hlediska pevnosti betonu karbonatace v zásad nemusí škodit, ale pokles koncentrace hydroxidových iont v pórovém roztoku cementového tmelu umož uje korozi ocelové výztuže (pod pH 9,5). K posouzení hloubky karbonatace se používá jednoduchá fenolftaleinová zkouška. Povrch betonu po odvrtání, odbroušení nebo rozdrcení se zkropí destilovanou vodou a nechá chvilku oschnout. Na povrch betonu se potom aplikuje 1% lihový roztok fenolftaleinu v 70 % etylalkoholu. Tam, kde se povrch betonu zbarví ervenofialovou barvou, má pórový roztok v betonu hodnotu pH vyšší než 9,5 a pokud zde nep sobí jiné vlivy (nejsou p ítomny nap . ionty chloridové), je v této hloubce výztuž chrán na proti korozi. Je t eba zd raznit, že tato zkouška je pro stanovení hloubky karbonatace pouze orienta ní. Koroze výztuže bez p ítomnosti chlorid nastává ve vlhkém prost edí p i pH nižším než 9,5. Korozi výztuže mohou zp sobit r zné vlivy, nap . p ímé p sobení kyselin na železobeton.

5.5.7

Zjišt ní obsahu chloridových iont

P i posuzování stavu konstrukcí vystavených p sobení rozmrazovacích prost edk (nap . most ) má zásadní význam obsah chloridových iont . Chloridové ionty vyvolávají korozi ocelové výztuže i p i pH vyšším než 9,5. Metodika spo ívá v odb ru vzork p edevším z míst, která byla smá ena agresivními roztoky posypových solí (NaCl), a to zejména z oblastí: • betonové ochranné vrstvy kotev p epínacích jednotek; • soust ed né nosné výztuže; • z ostatních ástí konstrukce zjevn narušených korozí. Pro obsahu chlorid v betonu konstrukce se odebírají vzorky betonu bez použití vody, nej ast ji ze t í r zných hloubek (nap . 0 až 10 mm, 10-20 mm, 20-30 mm), je možno zvolit i jiné hloubky podle tlouš ky krycí vrstvy. Vzorky betonu z dané hloubky odebrané z plochy 200x200 mm z osmi vrt se dokonale homogenizují. Ve vodních výluzích z odebraného betonu se pak stanovuje potenciometricky hodnota pH a obsah vodorozpustných chlorid odm rnou analýzou. Je-li pom r molárních koncentrací cCl-/cOH- > 0,6, je p edpoklad koroze výztuže.

5.5.8

Zjiš ování výztuže magnetickou induk ní metodou

U konstrukcí, u nichž se nedochovala projektová dokumentace, je t eba zjistit profily, množství a rozmíst ní ocelové výztuže. Pro prvotní orienta ní informaci o t chto vlastnostech konstrukce slouží elektromagnetické indikátory výztuže, založené na využití feromagnetického jevu nebo ví ivých proud , které zp sobují zm nu charakteristik magnetického pole sondy p i jejím p iblížení k prut m výztuže. Jejich p edností je rychlost a jednoduchost kontroly výztuže, nevýhodou ada omezení vyplývající z možností p ístroj , jež jsou dána fyzikálními principy této metody. Magnetické indikátory lze úsp šn použít pro: •

Zjišt ní, zda se jedná o beton prostý nebo vyztužený (dosah p ístroj se pohybuje od 60 mm do 200 mm);

33

•

Stanovení p esné polohy výztuže, tj. zjišt ní p esného rozmíst ní výztužných vložek v železobetonovém prvku; Omezení je dáno hloubkou a vzdáleností výztuže. • Stanovení pr m ru výztužné vložky. Nov jší p ístroje jsou opat eny pr m rovou sondou, umož ující za podmínek stanovených výrobcem zjistit pom rn p esn pr m r výztuže. Úsp šnost stoupá s klesajícím krytím a zv tšující se vzdáleností mezi jednotlivými pruty (je t eba dodržet minimální vzdálenost prut v obou sm rech). • Stanovení krytí výztužné vložky. Pokud je znám pr m r výztuže a p esné rozmíst ní jednotlivých vložek, lze pomocí korekcí zjišt ných m ením na modelu konstrukce ur it krytí výztuže velmi p esn (± 2 mm až do hloubky 60 mm). V opa ném p ípad se jedná o odhad Indikátory výztuže mají svá omezení, jejich pomocí nelze: • •

Nalézt druhou vrstvu výztuže ve stejném sm ru p i dvou a více vrstvách nad sebou; Rozpoznat vložky probíhající p íliš blízko sebe; S rostoucím krytím roste i nutná minimální vzdálenost výztužných vložek; • Nalézt výztuž nacházející se mimo dosah p ístroje; • Ur it druh výztuže (tvar žebírek); • Zjistit míru koroze a stav výztuže. Pro p esn jší ur ení množství, polohy, krytí, pr m ru a druhu ocelové výztuže využíváme radiografickou metodu (viz. kapitola 9). Další možností je p ímé zm ení výztuže po odsekání krycí betonové vrstvy.

5.6 Vyhodnocení pevnosti betonu v konstrukci 5.6.1

Vyhodnocení pevnosti betonu z up esn ných nedestruktivních zkoušek

Vyhodnocení zaru ené (charakteristické) pevnosti betonu v tlaku z up esn ných nedestruktivních zkoušek se v r zných p edpisech liší. Podle SN 73 2011 pro stanovení pevnosti betonu v konstrukci z nedestruktivních zkoušek je dáno kritérium:

Rbg = Rb ,m − β n ⋅ s ⋅ψ kde

(rov. 5.2)

Rbg Rb,m βn ψ

je zaru ená (charakteristická) pevnost betonu v tlaku v konstrukci, je pr m rná pevnost betonu v tlaku v konstrukci z nedestruktivních zkoušek, je sou initel pro odhad 5% kvantilu, který závisí na po tu n zkušebních míst, je opravný sou initel zohled ující r znou p esnost destruktivní a nedestruktivní metody stanovení pevnosti betonu, Po et zkušebních míst ur uje norma v závislosti na objemu betonu nebo velikosti povrchové plochy hodnoceného celku konstrukce. Jako minimální po et požaduje 16. Podle prEN 13791 se musí charakteristická pevnost v tlaku betonu v konstrukci stanovit nejmén z 15ti výsledk m ených míst a platí menší hodnota vypo ítaná z rovnic (5.3).

f ck ,is = f m ( n ),is − 1,48 s kde

f ck ,is = f is ,lowest + 4

(rov. 5.3)

fck,is je charakteristická pevnost betonu v tlaku v konstrukci, fm(n),is je st ední hodnota výsledk up esn ných pevností z nedestruktivních zkoušek, fis,lowest je nejmenší hodnota up esn ných pevností z n nedestruktivních zkoušek, s je sm rodatná odchylka up esn ných pevností z n nedestruktivních zkoušek; pokud je menší než 3,0 MPa, dosadí se hodnota 3,0 MPa.

34

Zásadní rozdíl proti našim dosavadním požadavk m: prEN 13791 požaduje pro spln ní požadavku na projektovanou pevnost betonu dosažení v konstrukci pouze 85 % charakteristické pevnosti dané t ídy proti našemu dosavadnímu zp sobu, kdy se musí prokazovat i v konstrukci plná hodnota charakteristické (zaru ené) pevnosti dané t ídy. Rozdíly jsou patrny z tabulky 5.5. Tab. 5.5 Charakteristická (zaru ená) pevnost betonu v tlaku v konstrukci prEN 13791

SN 73 2011

Pevnostní t ída betonu

fck,is,cyl [MPa]

fck,is,cube [MPa]

t ída betonu

fck,is,cube [MPa]

C16/20

14

17

B 20

20

C20/25

17

21

B 25

25

C25/30

21

26

B 30

30

C30/37

26

31

B 40

40

C35/45

30

38

B 45

45

C40/50

34

43

B 50

50

C45/55

38

47

B 55

55

C50/60

43

51

B 60

60

5.6.2

Charakteristická pevnost betonu v konstrukci na základ zkoušek na vývrtech

Charakteristickou pevnost betonu v konstrukci ze zkoušek na vývrtech lze v sou asné dob stanovit podle SN ISO 13822, kde je uveden obecný postup po všechny druhy materiál . Tato norma doporu uje provést nejmén 3 až 6 zkoušek. (pro srovnání: zrušená SN 73 0038 požadovala minimální po et vývrt n ≥ 5, spíše však nejmén 6). Z výsledk n zkoušek x1, x2, …, xn materiálové vlastnosti X se stanoví pr m r mx, sm rodatná odchylka sx, a varia ní sou initel Vx, podle vztah

mx =

xi n

s = 2 x

;

( xi − m x ) 2 n −1

Vx =

;

sx mx

(rov. 5.4)

Za p edpokladu normálního rozd lení materiálové vlastnosti X se pak charakteristická hodnota Xk (dolní 5% kvantil) stanoví ze vztahu: X k = m x (1 − k nV x ) , kde

kn

(rov. 5.5)

je sou initel pro stanovení 5% kvantilu, který je uveden v tab. 5.6.

Tab. 5.6 Sou initele kn pro stanovení 5% kvantilu (charakteristické hodnoty) Po et n Vx známý Vx neznámý

1

2

3

4

5

6

8

10

20

30

2,31 2,01 1,89 1,83 1,80 1,77 1,74 1,72 1,68 1,67 1,64 -

-

3,37 2,63 2,33 2,18 2,00 1,92 1,76 1,73 1,64

35

Varia ní sou initel Vx lze považovat za známý, jestliže to ukazují dlouhodobé zkušenosti získané za stejných podmínek. P estože tabulka 5.5 nazna uje v tomto p ípad možnost využití jedné zkoušky, doporu uje se provést minimáln 3 až 6 zkoušek. V p ípad diagnostiky neznámé konstrukce nelze nižší po et zkoušek než 6 v bec doporu it. Návrh prEN 13791 je zam en více na stanovení pevnosti betonu v konstrukci, a proto po uvedení této normy v platnost bude z ejm využívána pro beton více než SN ISO 13822. Tento návrh zkušebního p edpisu požaduje ke stanovení charakteristické pevnosti betonu v konstrukci použít s ohledem na zabezpe ení pot ebné spolehlivosti prakticky co nejv tší množství vývrt , p i emž z jednotlivého prvku to musí být minimáln 3 vývrty. Pro posouzení shody uvádí tato kritéria:

Kritérium A (pro nejmén 15 vývrt )

f ck ,is = f m ( n ),is − 1,48 s

f ck ,is = f is ,lowest + 4

(rov. 5.6)

Platí menší z obou výsledných hodnot, p itom musí být ov eno, zda se jedná o normální rozd lení. Jestliže se neprokáže, že soubor výsledk má normální rozd lení, má se provést nové hodnocení, nap . tak, že soubor se rozd lí na dva.

Kritérium B (pro 3 až 14 vývrt )

f ck ,is = f m ( n ),is − k

f ck ,is = f is ,lowest + 4

(rov. 5.7)

Platí menší z obou výsledných hodnot. Pokud výsledek je zna n na stran bezpe nosti, doporu uje se odebrat více vývrt . V kritériích: fck,is je charakteristická pevnost betonu v tlaku v konstrukci, fm(n),is je pr m rná pevnost betonu v tlaku stanovená na n po tu vývrt , fis,lowest je nejmenší pevnost zjišt ná na vývrtech, s je sm rodatná odchylka pevností vývrt ; pokud je menší než 2,0 MPa, dosadí se hodnota 2,0 MPa. k je sou initel závislý na po tu vývrt n podle tabulky 5.7.

Tab. 5.7 Sou initel k pro po et n vývrt n

k

3 až 6

6

7 až 9

5

10 až 14

4

5.7 Vybrané p íklady diagnostiky železobetonových konstrukcí Diagnostika železobetonových konstrukcí je zna n rozmanitá a každý p ípad je v podstat jedine ný. Následující text nemá za cíl ukázat celé spektrum konstrukcí a materiálových vlastností, ale pouze nazna it možnosti a problémy diagnostiky.

36

5.7.1

Stejnorodost betonu železobetonové desky

etnost

První p íklad je z oblasti stejnorodosti betonu stanovené na základ pevnosti v tlaku získané z up esn ných tvrdom rných zkoušek. Celkem bylo odzkoušeno 48 zkušebních míst, pevnost v tlaku vykazovaly zna ný rozptyl hodnot od 25 MPa do 45 MPa. Pr m rná hodnota pevnosti byla mx = 38,5 MPa, sm rodatná odchylka sx = 5,87 MPa a varia ní sou initel Vx = 15,2. Beton byl hodnocen jako nestejnorodý (podle SN 73 2011 pro beton t ídy C25/30 je max. hodnota varia ního sou initele Vx,max = 12). Ze souboru hodnot byl vykreslen histogram etnosti – viz. obr. 5.3., ze kterého je z ejmé, že daný soubor hodnot pevnostní v tlaku nemá normální rozd lení. Z grafického znázorn ní míst se stejnou pevností v tlaku na obr. 5.4 vyplynulo, že nestejnorodost betonu desky je zp sobena odlišnou kvalitou betonu v jedné tvrtin konstrukce. Nejsv tlejší plocha ukazuje, ve které tvrtin je pevnost betonu nejnižší Tato ást konstrukce musí být vyhodnocena zvláš .

30 25 20 15 10 5 0 25

30

35

40

45

50

Horní hranice t íd [MPa]

Obr. 5.3 Histogram etnosti souboru pevností v tlaku

Kvalita betonu desky Pevnost v tlaku [MPa] 40-45 35-40 30-35 25-30

Obr. 5.4 Znázorn ní oblastí železobetonové desky se shodnou pevností v tlaku

37

5.7.2

Rozdílnost vlastností betonu na povrchu a v hloubce

Další p íklady ukazují, jak m že být ošidné spoléhat pouze na vizuální hodnocení nebo tvrdom rné m ení na povrchu. Na obr. 5.5a jsou dokumentovány jádrové vývrty z nosných železobetonových sloup v 1.NP. t ípodlažního objektu, které sloužily jako st ední podp ry ocelových I profil stropní konstrukce o rozp tí 10 m. Na první pohled nebyly na sloupech patrné žádné anomálie, po provedení prvního vývrtu se z vrtáku vysypala hromádka št rku. Obdobný je i p ípad jádrových vývrt z 0,5 m silné st ny kanaliza ní stoky na obr. 5.5b. Na tomto p íkladu je zajímavé, že p edchozí pr zkum provedený pouze tvrdom rnou metodou bez up esn ní stanovil charakteristickou pevnost betonu konstrukce hodnotou 20 MPa.

b

a

Obr. 5.5 Jádrové vývrty z nosných sloup budovy (a) a z kanaliza ní stoky (b)

5.7.3

Diagnostika poruch ve struktu e betonu pomocí ultrazvuku

Z celé ady aplikací ultrazvukové metody byl vybrán p ípad diagnostiky železobetonových sloup . Pot eba diagnostiky vyvstala poté, co v d sledku nedostate ného statického pr zkumu (spolehnutí se na projektovou dokumentaci) jednopodlažního objektu, jehož nosný systém byl p i rekonstrukci p itížen dalšími dv ma podlažími, došlo v pr b hu výstavby k havárii jednoho ze sloup obezd ného p í kou – viz. obr. 5.6. Na tomto obrázku je patrné drcení betonu sloupu a následné vybo ení hlavní svislé výztuže mezi t mínky. Z tohoto d vodu byla strop provizorn podep en a bezodkladn byla provedena diagnostika ostatních sloup . Tvrdom rná metoda se ukázala jako nevyhovující, nebo výrazn nadhodnocovala pevnosti. K jádrovým vývrt m nebyl dán souhlas z d vodu obav o bezpe nost konstrukce, a proto byla zvolena nedestruktivní ultrazvuková metoda.

Obr. 5.6 Havárie železobetonového sloupu

Sloupy byly v deseti výškových úrovních p ímým zp sobem prozvu eny ultrazvukovým p ístrojem. Ve st edních ástech sloup byl zaznamenán výrazný pokles rychlosti ší ení 38

impulsu až o 500 m/s proti horním a dolním ástem (kde byla 3200 m/s), což sv d ilo o zna ném narušení sloup vlivem p etížení. Po celoplošném odstran ní omítky byly ve st edních ástech v tšiny sloup nalezeny svislé trhlinky, sv d ící o nadm rném stla ení betonu a po ínajícím vybo ování nosné výztuže v p í ném sm ru. Výskyt trhlin dosti p esn korespondoval s poklesem rychlosti ší ení ultrazvukového impulsu. Na základ t chto zjišt ní byly všechny sloupy staticky zajišt ny.

5.8 Seznam použité literatury [5.1] SN 73 0038

Navrhování a posuzování stavebních konstrukcí p i p estavbách

[5.2] SN 73 2011

Nedeštruktívne skúšanie betónových konštrukcií

[5.3] SN 73 1370

Nedestruktivní zkoušení betonu

[5.4] SN 73 1371

Ultrazvuková impulzová metóda skúšania betónu

[5.5] SN 73 1372

Rezonan ná metóda skúšania betónu

[5.6] SN 73 1373

Tvrdom rné metody zkoušení betonu

[5.7] SN 73 1317

Stanovení pevnosti betonu v tlaku

[5.8] SN 73 2400

Provád ní a kontrola betonových konstrukcí (platnost ukon ena k 1.1.2004)

[5.9] SN ISO 13822

Zásady navrhování konstrukcí – Hodnocení existujících konstrukcí

[5.10] DRAFT prEN 13791 Assessment of concrete compressive strength in structures or in structural elements (Stanovení pevnosti betonu v konstrukcích nebo ve stavebních dílcích) [5.11] SN EN 12504-1

Zkoušení betonu v konstrukcích – vyšet ení a zkoušení v tlaku

[5.12] SN EN 12504-2

Zkoušení betonu v konstrukcích zkoušky - Stanovení hodnoty odrazu

[5.13] SN EN 12504-3

Zkoušení betonu v konstrukcích vytržení.

[5.14] SN EN 12504-4

Zkoušení betonu ást 4: Stanovení rychlosti ší ení ultrazvukového impulsu

[5.15] SN EN 206-1

Beton ást 1: Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda

[5.16] SN EN 12390-1

Zkoušení ztvrdlého betonu - ást 1: Tvar, rozm ry a jiné požadavky na zkušební t lesa a formy

[5.17] SN ISO 6784

Beton. Stanovení statického modulu pružnosti v tlaku

39

ást 1: Vývrty – Odb r, ást 2: Nedestruktivní ást 3: Stanovení síly na

6

Diagnostika svislých zd ných konstrukcí

6.1 Úvod do diagnostiky zd ných konstrukcí 6.1.1

Historie používání zd ných konstrukcí

Cihelné zdivo je známo a užíváno více než 10 000 let. Nejd íve se jednalo o cihly z nepálené hlíny, významným mezníkem bylo vypalování cihel p ibližn 3 500 let p .n.l. Pozd ji byl povrch upravován glazováním, ímž se zvýšila trvanlivost i estetická hodnota. Na našem území se první cihly objevily již p ed 2000 let v okolí ímského tábora v Mušov . Nejstarší zachované cihelné zdivo je z doby gotické, v tšího uplatn ní se jim však dostalo v dob baroka, kdy se cihly staly základním stavebním materiálem. P i stavebních pr zkumech se však v tšinou setkáváme z cihelnými konstrukcemi z druhé pol. 19. až po átku 20. století. Malta v gotickém a barokním zdivu byla p evážn vápenná, ovšem již ve st edov ku znali stavitelé hydraulické vápno. Pokud byla malta ve zdivu dostate n chrán na proti degrada ním vliv m, je asto p ekvapiv kvalitní, což m že souviset s dobrou surovinou a s dlouhodobým vyzráváním vápna p i jeho výrob (vápno zrálo v jámách i n kolik let). V poslední t etin 18. století nastaly na území tehdejší rakousko-uherské monarchie dv významné události týkající se rozvoje zd ných konstrukcí: • •

Byly vydány p edpisy pro zd né budovy se zp ísn nými protipožárními požadavky. Dekretem císa e Josefa II. byly zavedeny jednotné rozm ry plných pálených cihel 303×145×65 mm, po zavedení metrické soustavy byly upraveny na 290×140×65 mm.

V poslední t etin 19. století se za aly vyráb t d rované cihly – podéln d rované (duté) a p í n d rované cihly. V 19. století se pevnost cihel ozna ovala v b žné praxi prost ednictvím názv – viz tab. 6.1. Po roce 1900 se zavedla kontrola pevnosti cihel pevnostními zkouškami a názvosloví cihel se zp esnilo. Vztahy mezi názvy a pevnostmi cihel z této doby obsahuje rovn ž tab. 6.1. Pro vyzdívání vn jších st n se za aly vyráb t cihelné tvarovky se zvláštním uspo ádáním otvor za ú elem dosažení vhodných tepeln technických vlastností st n. Období od roku 1953 až dodnes je obdobím velkých zm n v sortimentu, rozsahu a zp sobech použití cihlá ských výrobk . Pálené cihly a pálené tvarovky se používaly a používají jak v monolitických svislých zd ných konstrukcích, tak i ve st nových dílcích. Ve 20. století se vyrobilo více cihel než v kterémkoliv jiném století v historii [6.4].

40

Tab. 6.1 Vztah mezi pevností v tlaku a názvy cihel na konci 19. stol. a ve 30. letech 20. stol. [6.2] Názvy cihel na konci 19. stol. Název

Názvy cihel v 30. letech 20. stol.

Pevnost v tlaku [MPa]

Zvonivky, klinkrovky, kab ince

Název

30 a více

Pevnost v tlaku [MPa]

Lepší zdící cihly

26

Kab ince, kameninové cihly, kanálovky, zvonivky

Oby ejné zdící cihly

20

Tvrdé cihly

30

Podéln duté cihly

17

Pevné cihly

15

Oby ejné plné cihly

10

Oby ejné cihly

7,5

P í n dírkované cihly

8

6.1.2

60

Problémy p i posuzování starších zd ných konstrukcí

Cihelné zdivo je stavební hmotou výrazn kompozitní povahy, což s sebou p ináší ur itá pozitiva i negativa. Z výše uvedené historie cihelného zdiva vyplývá, že se m žeme setkat se zd nými konstrukcemi r zného stá í, které v tšinou výrazn p esahuje b žn plánovanou dobu životnosti ostatních konstrukcí. Mezi nejvýznamn jší problémy zd ných konstrukcí pat í: • • • • • • • •

6.1.3

Nedostate ná prostorová tuhost zdiva; zajišt ní zdiva ve vodorovném sm ru bu žádné, anebo pouze pomocí železných kovaných táhel. Stavební zásahy v minulosti; n které konstrukce byly v minulosti n kolikrát zásadn p estav ny, docházelo k zeslabení pr ez i odstra ování ástí nosného zdiva; Složení zdiva; zvlášt u masivních konstrukcí m že být dokonalá vazba pouze v povrchové vrstv a uvnit se skrývá sm s kamene prolitá maltou, p ípadn velké dutiny až kaverny; problémy m že zp sobit rovn ž smíšené zdivo (kámen, cihly); Neprovázanost zdiva; po odstran ní omítky se m že stát, že vizuáln kompaktní zdivo se skládá z více navzájem neprovázaných vrstev. Zm ny v užívání a zm ny zatížení konstrukce. Trvanlivost zdiva; jedná se jak o vliv st ídavého zmrazování a rozmrazování, tak i o negativní vliv solí kyselin, které rozrušují zdivo krystaliza ními tlaky; Vlhkost zdiva; krom zhoršení provozn funk ních vlastností konstrukce má vliv rovn ž na snížení únosnosti a urychlení degrada ních proces . Poruchy, zejména trhliny; rozvoj poruch souvisí s v tšinou p edcházejících problém

Základní pojmy

Pro pochopení dalšího textu je vhodné uvést n které základní pojmy tak, jak je uvádí SN P ENV 1996-1-1:1995 [6.7]: Zdicí prvek: p edem zhotovený prvek ur ený pro uložení ve zdivu; Pevnost v tlaku zdicích prvk : pr m rná pevnost v tlaku stanoveného po tu zdicích prvk ;

41

Normalizovaná pevnost v tlaku zdicích prvk : pevnost v tlaku zdicích prvk p evedená na pevnost s p irozenou vlhkostí ekvivalentního zdicího prvku s ší kou i výškou 100 mm. Charakteristická pevnost v tlaku zdicích prvk : hodnota pevnosti v tlaku, která odpovídá 5% kvantilu rozd lení hodnot stanovených m ením ur itého po tu zdicích prvk . Malta: sm s anorganických pojiv, kameniva a vody, p ípadn v etn p ísad a p ím sí. Oby ejná malta: malta pro zd ní ve spárách tlouš ky v tší než 3 mm, obsahující jen hutné kamenivo. P i tlouš ce pod 3 mm se jedná o maltu pro tenké spáry. Pevnost malty v tlaku: pr m rná pevnost v tlaku sady zkušebních t les po 28 denním ošet ení. Maltové spáry: ložná spára – vrstva malty mezi ložnými plochami zdicích prvk ; p í ná spára – sty ná maltová spára kolmá k ložné spá e i k líci st ny; podélná spára – svislá maltová spára uvnit st ny rovnob žná s lícem st ny. Zdivo: seskupení zdicích prvk uložených podle stanoveného uspo ádání a spojených maltou. Vazba zdiva: pravidelné uspo ádání zdicích prvk ve zdivu, zaru ující jejich spolup sobení. Charakteristická pevnost zdiva: hodnota pevnosti, která odpovídá 5 % kvantilu všech hodnot. Pevnost zdiva se rozlišuje: v tlaku, ve smyku, v ohybu a v soudržnosti p i kotvení.

6.2 Konstruk ní uspo ádání zd ných konstrukcí 6.2.1

Druhy zd ných konstrukcí

Ze zdiva se vyzdívaly tyto konstruk ní prvky: • zd né st ny, • sloupy a pilí e, • op rné zdi, • základy, • ostatní ásti stavebních objekt . Nosné zd né st ny mají statickou (nosnou) funkci a sou asn chrání a rozd lují vnit ní prostor. Jedná se o st ny pr elní (uli ní, dvorní), vnit ní podélné a p í né, schodiš ové a další. Zd né pilí e jsou nosné svislé prvky, jejichž pom r výšky k ší ce je menší než 4. V tšinou jsou sou ástí st n – nap . meziokenní nebo mezidve ní pilí e. Zd né sloupy jsou nosné svislé prvky štíhlejší než pilí e, samostatn umíst né v p dorysu. Zd né p í ky nemají statickou funkci, pouze rozd lují místnosti. Nejvíce sledované období v rámci pr zkum zdiva je vymezeno lety 1850 až 1950. V tomto období se vyskytují t i základní druhy zdiva [6.2]: • • •

cihelné, kamenné, smíšené.

42

6.2.2

Vazba zdiva

Vazba zdiva je zp sob kladení cihel ve zdivu mající za cíl, aby sty né spáry (p í né a podélné) ve dvou sousedních vodorovných adách cihel nebyly pr b žné. Pro dosažení ádné vazby zdiva je zapot ebí dodržet tyto zásady [6.2]: •

Všechny sty né spáry v každé vrstv musí být p ekryty cihlou v další vrstv o ¼ až ½ délky cihly; • Ložné spáry musí být kolmé k tlaku, tedy vodorovné • Ve zdivu se má použít co nejvíce celých cihel, s výjimkou míst k ížení, zalomení nebo ukon ení st ny, kdy se mohou použít t í tvrtky nebo p lky. tvrtky nebo pásky se mají použít pouze výjime n . Cihla uložená ve zdivu tak, že její délka je rovnob žná s lícem st ny, se nazývá b houn, cihla uložená kolmo k líci se nazývá vazák. Ze o tlouš ce ½ cihly obsahuje pouze b houny, ze o tlouš ce 1 cihly obsahuje pouze vazáky, ve st nách o tlouš ce 1 ½ cihly a v tší se pravideln st ídají b houny a vazáky v r zném uspo ádání, z nichž nejznám jší je uvedeno na obr. 6.1. 1)

2)

3)

4)

Obr. 6.1 Základní vazby cihelného zdiva. 1) b hounová, 2) vazáková, 3) polok ížová, 4) k ížová Kamenné zdivo se vyskytuje nej ast ji jako: • • • •

Lomové kamenné zdivo (z neopracovaného kamene vylámaného v lomu); Kyklopské kamenné zdivo (z vybraného lomového kamene opracovaného); ádkové zdivo (oby ejné hrubé nebo isté); Kvádrové zdivo (z hrubých nebo jemných kvádr ).

Smíšené zdivo v obytných budovách mívá cihelnou obezdívku ( asto pouze na líci do místnosti) a vnit ní kamenné zdivo. P i diagnostice smíšeného zdiva je zapot ebí pe liv vyšet it uspo ádání obou vrstev zdiva a jejich vzájemné propojení.

43

6.3 Stanovení pevnosti v tlaku zdicích prvk Vlastnosti zdicích prvk , zejména rozm ry, tvar, uspo ádání, objemová hmotnost a pevnost v tlaku se ur í u existujících konstrukcí na vzorcích odebraných z vyšet ované konstrukce podle p íslušných norem, nebo po odkrytí povrchu zdiva vhodnou nedestruktivní metodou.

6.3.1

Pevnost v tlaku na vzorcích odebraných z konstrukce

Pevnost v tlaku zdících prvk se ur uje podle SN EN 772-1 [6.8] jako pr m rná pevnost v tlaku stanoveného po tu vzork celých zdicích prvk . Minimální po et vzork je šest, ale tento po et je v p ípad diagnostiky zd ných konstrukcí t eba upravit dle velikosti konstrukce. Norma p ipouští rovn ž zkoušet reprezentativní ásti zdicích prvk , zejména v p ípad v tších prvk . Tato reprezentativní t lesa, nap . krychle se mají vy ezat z r zných míst prvku (myšleno na okraji, uvnit ). V tom p ípad se po et zkušebních t les logicky zvyšuje. Pevností v tlaku zdících prvk , uvažovanou p i návrhu, je normalizovaná pevnost v tlaku fb. Normalizovaná pevnost v tlaku se získá p epo tem pevnosti zdicích prvk na pevnost ve stavu p irozené vlhkosti (6±2) %, pokud nebyla v tomto stavu již stanovena, a vynásobí se sou initelem vlivu výšky a ší ky zdících prvk podle tabulky 6.2. Normalizované zkušební t leso má p itom rozm r 100×100 mm.

Tab. 6.2 Sou initel vlivu výšky a ší ky zdicích prvk δ [6.7] Výška zdícího prvku (mm)

Nejmenší vodorovný rozm r zdícího prvku (mm) 50

100

150

200

250 nebo v tší

50

0,85

0,75

0,70

0,70

-

65

0,95

0,85

0,75

0,75

0,65

100

1,15

1,00

0,90

0,90

0,75

150

1,30

1,20

1,10

1,10

0,95

200

1,45

1,35

1,25

1,25

1,10

250 nebo v tší

1,55

1,45

1,35

1,35

1,15

Poznámka: Lineární interpolace je povolena.

6.3.2

Pevnost v tlaku na t lesech vyrobených z jádrových vývrt

V praxi diagnostických pr zkumu zd ných konstrukcí bývá asto obtížné odebrat bez poškození celé vzorky zdicích prvk , a proto je možné (i s ohledem na možnost vy ezání reprezentativních vzork ) použít pro odb r vzork jádrové vrtání. V praxi se používají vývrty o pr m ru 50 mm, z nichž se vy ežou válcová t lesa. Problémem je, že sm r jejich zat žování v lisu není totožný se sm rem zatížení v konstrukci (vývrty jsou v tšinou vodorovné). Na základ zkušeností Ústavu stavebního zkušebnictví se osv d ilo provedení jádrového vývrtu o vnit ním pr m ru 75 mm do vazáku na celou délku cihly – viz. obr. 6.2. 44

Z takového vývrtu lze vy ezat zkušební t lesa s p í ným rozm rem d = 50 mm nejen pro stanovení pevnosti v tlaku, ale i pro pevnost v tahu za ohybu. Optimálním reprezentativním t lesem je hranol s rozm ry 50×50×250 mm (p ípadn až 290 mm). Pro stanovení pevnosti v tahu za ohybu je vzdálenost podp r 200 mm (4d). Po zlomení t lesa p i ohybové zkoušce lze ze zlomk jednoduše získat až 4 krychle s rozm ry 50×50×50 mm pro stanovení pevnosti v tlaku. Díky v tšímu po tu zkušebních krychlí z jednoho vzorku cihly lze získat pevnost z r zných ástí zdi (vn jší líc × st ed zdiva), p ípadn v r zném vlhkostním stavu (nasycený, vysušený, s p irozenou vlhkostí). 50×50×min. 250 mm

Vnit ní Ø 75 mm

4 t lesa 50×50×50 mm

Obr. 6.2 Odb r vzorku zdiva o pr m ru 75 mm jádrovým vrtáním a zkušební t lesa vyrobená z vývrtu (podle P. Cikrle)

6.3.3

Pevnost v tlaku zjišt ná nedestruktivn

Tvrdom rné metody zkoušení cihel jsou modifikací metod používaných pro betonu, uvedených v SN 73 1373 Tvrdom rné metody zkoušení betonu. Pro zkoušení cihel se používá zejména metoda Waitzmannova tvrdom ru a metoda Schmidtova tvrdom ru odrazového. Waitzmann v tvrdom r je Poldi kladívko na zkoušení tvrdosti oceli, upravené pro zkoušení betonu a cihel. Podstatou tvrdom ru je ocelové razidlo se dv ma kuli kami o pr m ru 10 mm a 20 mm. Kuli ka o pr m ru 10 mm je p i zkoušce op ena o srovnávací ocelovou ty inku známé tvrdosti. Kulová plocha o pr m ru 20 mm se p es papírovou fólii opírá o povrch zkoušeného materiálu. Vtisk na srovnávací ty ince i zkoušeném materiálu se vyvozuje úderem pali ky do tvrdom ru. Tato metoda vykazuje velmi dobré výsledky p i zkoušení cihel, nebo uspo ádání p ístroje eliminuje útlum v p ípad nep íliš dob e upevn ných cihel ve zdivu, je však pom rn pracná zejména s ohledem na vyhodnocení m ených pr m r vtisk . Proto se v praxi používá jen výjime n . Z odrazových tvrdom r typu Schmidt byl pro ú ely zkoušení cihelných zdicích prvk vyvinut typ LB. Zásadním rozdílem proti tvrdom ru Schmidt L na beton je pouze výrazn menší polom r kulové plochy razníku. Kalibra ní vztahy v norm jsou uvedeny pouze pro beton. Pro cihly bylo vytvo eno n kolik r zných kalibra ních vztah pro nové i staré cihly podle pracoviš , která se touto problematikou zabývala, nap . VAAZ Brno, ÚSZK FAST.

45

Obr. 6.3 Tvrdom r Schmidt LB pro zkoušení cihelného zdiva Metodika provád ní a vyhodnocování zkoušek pevnosti v tlaku cihel tvrdom rem Schmidt LB je prakticky shodná s metodikou pro Schmidt L na beton (s výjimkou kalibra ního vztahu, který je pochopiteln odlišný). Na obroušeném povrchu cihly se provede minimáln 5, lépe však 8 až 10 m ení odrazu. Hodnota jednotlivých platných m ení se nesmí lišit od aritmetického pr m ru všech m ení na témže zkušebním míst více než o ± 20 %. Pevnosti získané na základ kalibra ního vztahu, které vybo ují z t chto mezních odchylek, se vylou í a ze zbývajících platných m ení (musí jich být alespo 5) se vypo te nový aritmetický pr m r pevnosti v tlaku. Protože vztah mezi pevností v tlaku a tvrdostí cihel se m že lišit podle lokality a rovn ž podle vlastností povrchu zdiva, je nutné up esnit korela ní vztah mezi tvrdostí stanovenou tvrdom rem a pevností v tlaku na vzorcích odejmutých z konstrukce. Zkušební vzorky p ed stanovením pevnosti v tlaku upneme do lisu (vyvozené nap tí má být p ibližn 10% pevnosti cihly) a vyzkoušíme nejd íve tvrdom rnou metodou. Pomocí tvrdom rné metody se v tšinou zkouší pouze cihly plné pálené, v p ípad tvarovek je výsledek zkreslen p ítomností otvor uvnit prvku.

6.4 Stanovení pevnosti v tlaku malty 6.4.1

Metody pro zjiš ování pevnosti v tlaku malty ve spárách

Pevnost malty v tlaku v existující konstrukci se zjiš uje: •

Nedestruktivními tvrdom rnými zkouškami na základ vhodných kalibra ních vztah , pop . odhadem podle hloubky vrypu; • Na základ obsahu pojiva stanoveného chemickým rozborem; • Metodami lokálního porušení, nap . upravenou p íklepovou vrta kou na základ kalibra ních vztah . V p ípad dostate n velké tlouš ky ložných spár a dostate n pevné malty lze pro stanovení pevnosti v tlaku použít t lesa vyrobená ze spár, která se zkouší podle SN EN 1015-11 [6.9].

46

U tvrdom rných metod je nejv tším problémem tlouš ka spár, která se ve starších konstrukcích pohybuje od 10 mm do 14 mm. Jednou možností zkoušení je vtla ování definovaného p ípravku (indentoru). Pro maltovou spáru se jako nejvhodn jší jeví válcový indentor viz. obr. 6.4. Pr m r indentoru je 4 mm, tj. 2,5krát menší než obvyklá výška ložné spáry. Na indentoru jsou vyzna eny rysky po 5 mm. K zatla ování se použijí údery kladiva o hmotnosti 1 kg ze vzdálenosti 100 mm, tudíž energie úderu je 1 J [6.11]. V literatu e [6.11] je rovn ž uveden kalibra ní vztah, který však m že být ovlivn n osobou provád jící zkoušku. Z toho d vodu byl vyvinut kyvadlový indentor, který zaru uje konstantní energii úderu. Dalším p ístrojem pro zjiš ování pevnosti v tlaku malty ve spárách zdiva je Schmidt PM. Beran s razníkem o pr m ru 8 mm opisu kruhovou dráhu a po dopadu na maltu ve spá e se odrazí – obr. 6.4. Z hodnoty odrazu lze odvodit pevnost malty. Metoda je z ejm vhodn jší pro zjiš ování kvality malty v nových zd ných konstrukcích.

Obr. 6.4 Princip provád ní metody válcového indentoru (vlevo) a tvrdom ru Schmidt PM (vpravo) V praxi je však nejrozší en jší semidestruktivní metoda zjiš ování pevnosti malty pomocí upravené vrta ky, a proto bude rozebrána podrobn .

6.4.2

Druhy upravených vrta ek pro zjišt ní pevnosti malty ve spárách

Pro zkoušení malty ve spárách zdiva byla v pražském Technickém a zkušebním ústavu stavebním (dále TZÚS) upravena ru ní vrta ka, známá odborné ve ejnosti jako „Ku erova vrta ka“ [6.5]. Metoda je založena na vzájemném statisticky významném vztahu mezi pevností malty ve spárách a odporem malty proti vnikání vrtáku p i p íklepovém vrtání touto vrta kou s danými parametry. Proti b žné ru ní vrta ce je zde navíc p íklep, po ítadlo otá ek a tla ná pružina v op rce o p edepsané tuhosti, pomocí níž je zajišt n p edepsaný p ítlak. Mírou odporu malty je pak hloubka vrtu vrtákem do zdiva o pr m ru 8 mm – viz. obr. 6.5. Metoda dosáhla zna né obliby, p estože vlastní zkoušení bylo vzhledem k charakteru p ístroje pom rn fyzicky namáhavé. Z toho d vodu TZÚS Praha vyvinul nový typ elektrické vrta ky, nesoucí ozna ení PZZ 01 [6.6] – viz. obr. 6.5.

47

Obr. 6.5 Upravené vrta ky pro zkoušky pevnosti malty ve spárách - ru ní a elektrická (PZZ 01). Jako pohonná jednotka byla u inovovaného typu zkušebního p ístroje PZZ 01 použita pro snadn jší obsluhu AKU vrta ka. Na stavitelném kroužku funk ního nástavce v p ední ásti vrta ky se p ednastaví stupe p edpokládané pevnosti zkoušeného materiálu podle zkušebního p edpisu pro p íslušnou zkoušku. Tím je automaticky nastaven p íslušný po et otá ek zkušebního vrtáku, po jejichž provedení se vrta ka automaticky vypne. Definovaný p ítlak na zkušební vrták je dán tlakem pružiny, jehož rozmezí je mechanicky aretováno. Dále byl zm n n rovn ž pr m r vrtáku na 6 mm, což výrazn zlepšilo použitelnost metody z hlediska tlouš ky spár.

6.4.3

Zkušební postup pro upravené vrta ky

Zkušební postup [6.5, 6.6] je prakticky shodný pro oba typy upravených vrta ek, liší se pouze kalibra ní vztahy. Zkušební místo se volí na tla ených prvcích (sev ení spáry). Zkušební místo se upraví takto: Pokud je zdivo omítnuto, odstraní se omítka na ploše cca 200 x 150 mm tak, že ložné spáry jsou p ibližn v podélné ose upravené plochy. P i zkoušce malty se malta v jedné ložné spá e vyseká, resp. vyškrábe vhodným nástrojem p ibližn 20 mm za líc zdiva (d ležité z hlediska odstran ní omítky a zkarbonatované vrstvy) – viz. obr. 6.6.

48

Obr. 6.6 Umíst ní vrtu ve spá e zdiva ez zdivem P i zkoušce malty se v upravené ložné spá e provedou t i vrty ve vzájemných vzdálenostech cca 40 mm a minimáln 50 mm od p ípadné hrany zdiva – viz. obr. 6.7.

Obr. 6.7 Rozmíst ní vrt ve spá e a vzdálenost vrtu od kraje – pohled na zdivo P i použití obecných kalibra ních vztah se vrty provedou p i nastavení stupnice na 25 otá ek (ru ní vrta ka), respektive na stupe 1 (vrta ka PZZ 01). V p ípad použití specifických kalibra ních vztah se nastavení provede na stupe , který byl použit p i kalibraci pro daný materiál (lze zkoušet i cihly). Hloubka vrtu se zm í hloubkom rem.Jako platné m ení se uvažuje hloubka vrtu d, která se neliší od pr m rné hloubky dm ze všech t í vrt o více než 30 %. Pokud kritériu nevyhovují dva z vrt , zkušební místo se neuvažuje. Pokud kritériu nevyhovuje jeden vrt, vylou í se tento vrt z m ení a nahradí se novým vrtem. V p ípad , že ani nahrazení jednoho vývrtu není spln no kritérium, zkušební místo se neuvažuje.

6.4.4

Vyhodnocení zkoušky

Kalibra ní vztahy jsou vytvo eny výrobcem obou vrta ek pro r zné vstupní podmínky, mezi nimiž je zejména jiný typ p ítlaku, jiný pr m r vrtáku, jiný zp sob vyvození otá ek. Nejsou tedy vzájemn porovnatelné, protože respektují r znost obou vrta ek. Kalibra ní vztah pro 49

ru ní vrta ku je uveden jednak v tab. 6.3, graficky pak na obr. 6.8. Kalibra ní vztah pro elektrickou vrta ku PZZ 01 je uveden jednak v tab. 6.4, jednak graficky na obr. 6.9. Ze t í platných m ení na jednom zkušebním míst se vypo te aritmetický pr m r hloubky vrt dm se zaokrouhlením na 1 mm. Informativní hodnota pevnosti malty fmo se stanoví v závislosti na zjišt né pr m rné hloubce vrtu dm z obecného kalibra ního vztahu pro daný typ p ístroje. Pevnost získaná zkouškou jednoho zkušebního místa se považuje za ekvivalentní hodnot pevnosti malty získané zkoušením jednoho zkušebního t lesa. Z výsledk všech zkoušek na konstrukci se ur í výb rový pr m r pevnosti malty fm.

Tab. 6.3 Kalibra ní vztah pro stanovení pevnosti v tlaku malty pomocí upravené ru ní vrta ky TZUS Hloubka Pevnost Hloubka Pevnost Hloubka Pevnost Hloubka Pevnost vrtu d v tlaku fm vrtu d v tlaku fm vrtu d v tlaku fm vrtu d v tlaku fm [MPa] [mm] [MPa] [mm] [MPa] [mm] [MPa] [mm]

3

14,6

11

3,7

19

2

28

1,4

4

10,8

12

3,3

20

1,8

29

1,3

5

8,5

13

3,1

21

1,8

30

1,3

6

7

14

2,8

22

1,7

35

1,1

7

5,9

15

2,6

23

1,7

40

0,9

8

5,1

16

2,5

24

1,6

45

0,8

9

4,5

17

2,3

25

1,5

50

0,7

10

4,1

18

2,2

26

1,5

55

0,6

27

1,4

60

0,4

fm [MPa]

Upravená vrta ka TZUS - ru ní 15,0 12,5 10,0 7,5 5,0 2,5 0,0 0

10

20

30

40

50

60

d [mm]

Obr. 6.8 Kalibra ní vztah pro pevnost v tlaku malty získanou pomocí ru ní vrta ky TZUS

50

Tab. 6.4 Kalibra ní vztah pro stanovení pevnosti v tlaku malty pomocí upravené vrta ky PZZ 01 Hloubka Pevnost Hloubka Pevnost Hloubka Pevnost Hloubka Pevnost vrtu d v tlaku fm vrtu d v tlaku fm vrtu d v tlaku fm vrtu d v tlaku fm [MPa] [mm] [MPa] [mm] [MPa] [mm] [MPa] [mm]

18

5,2

28

2,8

38

1,8

48

1,3

19

4,9

29

2,7

39

1,8

49

1,3

20

4,5

30

2,6

40

1,7

50

1,3

21

4,2

31

2,5

41

1,7

51

1,2

22

4

32

2,3

42

1,6

52

1,2

23

3,7

33

2,3

43

1,6

53

1,2

24

3,5

34

2,2

44

1,5

54

1,1

25

3,3

35

2,1

45

1,5

55

1,1

26

3,1

36

2

46

1,4

56

1,1

27

3

37

1,9

47

1,4

57

1,1

58

1

Upravená vrta ka PZZ 01 - elektrická fm [MPa]

10,0 7,5 5,0 2,5 0,0 0

10

20

30

40

50

60

d [mm]

Obr. 6.9 Kalibra ní vztah pro pevnost v tlaku malty získanou pomocí elektrické vrta ky PZZ 01

6.5 Hodnocení existujících zd ných konstrukcí P i hodnocení zd ných konstrukcí se postupuje podle platných norem pro navrhování a pro zatížení.Hodnocení existujících zd ných konstrukcí se provádí dle SN ISO 13822 [6.10].

6.5.1

Charakteristická pevnost zdiva v tlaku

Charakteristická pevnost zdiva v tlaku fk se ur í z pevností zdicích prvk a malty podle vztahu 51

f k = Kf bα f mβ Kde

(rov. 6.1)

fk

je charakteristická pevnost zdiva v tlaku v N/mm2 pro zdivo s vypln nými ložnými spárami;

K

je konstanta závislá na druhu zdiva a skupin zdicích prvk , za azení t chto prvk do skupin závisí na geometrických charakteristikách t chto prvk (viz SN P ENV 1996-1-1, tabulka 3.1.);

fb

je normalizovaná pr m rná pevnost v tlaku zdicích prvk v N/mm2;

fm

je pr m rná pevnost malty v tlaku v N/mm2, uvažuje se nejvýše menší z hodnot 2fb nebo 20 MPa. U zdiva s lehkou maltou a u zdiva s tenkými spárami se ov uje, zda malta odpovídá minimální pevnostní t íd 5 MPa.

α

je exponent závislý na tlouš ce ložných spár a druhu malty, α = 0,65 pro nevyztužené zdivo s oby ejnou nebo lehkou maltou, α = 0,85 pro nevyztužené zdivo s maltou pro tenké spáry.

β

je exponent závislý na druhu malty, β = 0,25 pro oby ejnou maltu, β = 0,00 pro lehkou maltu a maltu pro tenké spáry.

Stanovení pevnosti zdiva podle rov.6.1 je ov ené pro nej ast jší uspo ádání zdicích prvk z plných cihel klasického formátu pr m rné pevnosti a oby ejné malty. Sou asn se p edpokládá st ídání b houn a vazák ve vazb zdiva - v tom p ípad je konstanta K = 0,5. Pro ostatní druhy zdiva je t eba sou initel K stanovený podle [6.7] upravit s ohledem na použitou zkušební metodu a korela ní vztah.

6.5.2

Návrhová pevnost zdiva v tlaku

Charakteristická pevnost zdiva byla vypo tena podle vlastností zdicích prvk a vlastností použité malty. P i hodnocení zdiva je však zapot ebí zohlednit další vlastnosti mající vliv na únosnost celé konstrukce. Mezi tyto vlastnosti pat í zejména: • • • •

Pravidelnost vazby zdiva; Vypln ní spár maltou; Zvýšená vlhkost zdiva; Svislé a šikmé trhliny ve zdivu.

Sou asn se musí zohlednit množství informací zjišt né pr zkumem – záleží na zkušební metod (nedestruktivní, odb r vzork ), po tu zkušebních míst, odstran ní omítky apod. Nap . v obydlené budov je velmi obtížné provést d kladný pr zkum. Návrhová pevnost zdiva v tlaku se podle SN ISO 13822 vypo ítá jako podíl charakteristické pevnosti v tlaku fk a díl ího sou initele zdiva γm, který se ur í podle vztahu:

γ m = γ m1 × γ m 2 × γ m3 × γ m 4 kde

γm1

(rov. 6.2)

je základní hodnota díl ího sou initele spolehlivosti, která se pro zdivo

52

z plných cihel uložených na oby ejnou maltu rovná 2,0 (v ostatních p ípadech je nutno sou initel stanovit rozborem s ohledem na zp sob zjišt ní pevnostních charakteristik);

γm2

je sou initel vlivu pravidelnosti vazby a vypln ní spár maltou: 0,85 γm2 1,2; dolní mez intervalu platí pro zcela dokonalou vazbu a bezvadné vypln ní spár;

γm3

je sou initel vlivu zvýšené vlhkosti, pro vlhkost zdiva v intervalu od 4% do 20% se ur í interpolací mezi hodnotami 1,0 γm3 1,25;

γm4

je sou initel zahrnující vliv svislých a šikmých trhlin ve zdivu v intervalu 1,0 γm4 1,4, p i emž dolní mez intervalu platí pro neporušené zdivo bez trhlin.

6.6 Trhliny ve zd ných konstrukcích 6.6.1

innosti p i pr zkumu zd ných konstrukcí

Stavebn technický pr zkum zd ných st n, sloup , pilí a p í ek zahrnuje krom d íve popsaného stanovení materiálových vlastností rovn ž tyto inností: •

• • •

6.6.2

Pr zkum vzniku a rozvoje trhlin ve zd ných st nách, sloupech a p í kách; šet í se ší ka, délka a hloubka trhlin, jejich pr b h (poloha) vzhledem k jednotlivým cihlám, ložným a sty ným spárám, jejich poloha vzhledem k p ilehlým konstrukcím z jiných materiál , zvlášt blízko p sobiš osam lých b emen; Pr zkum vad zdiva (pr zkum nesprávné vazby zdiva, skrytých dutin, neodborných sanací) p edevším v nosných prvcích, v okolí komínových t les apod.; Pr zkum poruch zdiva zp sobených takovými ú inky, jako jsou d ív jší neodborné stavební únavy, objemové zm ny zdiva, trvalé p sobení zvýšené vlhkosti zdiva a p sobení agresivního chemického prost edí; U nenosných zd ných prvk (zejména p í ek) pr zkum poruch zdiva (trhlin, drcení) na jejich povrchu a v místech jejich styk s p ilehlými (nosnými nebo nenosnými) zd nými, betonovými a d ev nými konstrukcemi.

P í iny vzniku trhlin

P i procesu porušování vznikají ve zdivu lokální poruchy, zejména trhliny, ale i místní drcení cihel nebo malty. Vzhled trhlin, jejich tvar, rozm ry, vzájemná poloha a pr b h vedou ke zjišt ní p í in jejich vzniku. Spolup sobení v tšího po tu p í in obvykle znesnad uje správnost posouzení. Poloha a sm r trhlin závisí na pevnosti jednotlivých složek zdiva, jeho vlhkosti, na stavu nap tí ve zdivu, na skladb (vazb ) zdiva, na mí e vypln ní spár maltou a na zp sobu d rování kusových staviv. Vlivem mnohotvárnosti kusových staviv je obecný popis vzniku trhlin ve zdivu dosti obtížný. P i rovinném stavu nap tí trhliny vznikají bu v cihlách nebo v kontaktní ploše cihel s maltou ve spárách. Tahové trhliny vznikají ve sm ru tlakových trajektorií, tj. ve sm ru kolmo na hlavní tah, smykové trhliny v místech, kde smykové nap tí p i ur ité složce normálového nap tí dosáhne mezní hodnoty, porušení tlakem obvykle v místech koncentrace extrémních normálových nap tí v tlaku [6.1].

53

P i pr zkumu trhlin ve zd ných prvcích budov se nejprve provádí prohlídka všech vnit ních prostor v budov po jednotlivých podlažích, p i které se zkoumají vnit ní sloupy, mezidve ní pilí e, vnit ní st ny, schodiš ové st ny, vn jší pr elní podélné st ny, štítové st ny a p í ky. Potom se vyšet í a zakreslí trhliny zjišt né na vn jším povrchu vn jších st n objektu. Pro p esné vyšet ení trhlin a stanovení p í iny jejich vzniku je podle [6.2] t eba podrobnou prohlídkou stavby zjistit: • • • • • • • •

6.6.3

sou asný stav trhlin (na istém zdivu, zbaveném omítek, nát r apod.), vzájemné posunutí okraj trhlin, p vod trhlin podle charakteristických znak (sm r, vzájemná poloha, stav jejich okraj , drcení materiálu), polohu trhlin, jejich pr b h, délky, ší ky a hloubky, jakou soustavu tvo í trhliny po celé výšce budovy, zda je budova pr b žnými trhlinami rozd lena na dv nebo více ástí, zda jsou trhliny stabilizované i nikoliv, tzn. jejich asovou prom nlivost (rozevírání, zavírání), zhodnotit možný vliv vody v jakémkoliv skupenství na podzákladí (hydrogeologie).

P ístroje pro m ení p etvo ení a trhlin

M ení posun v trhlinách stavebních konstrukcí je tém vždy m ením relativním. Pro m ení posun (pr hyb, sedání, vodorovný posun) se používá celá ada m icích p ístroj , sestávajících ze sníma , m idel a konstrukce pro jejich upevn ní. Tenzometry používané pro m ení trhlin jsou založeny: • na mechanickém principu; • na optickém a mechanicko-optickém principu; • na elektrickém principu. Tenzometry mechanické a tenzometry strunové jsou vhodné pro dlouhodobá m ení, zatímco tenzometry odporové pro krátkodobá m ení. P i použití odporových tenzometr pro dlouhodobá m ení musí být systém m ení i vlastní tenzometry upraveny. Pro m ení a kontrolu trhlin na stavb se používají: • lupa se stupnicí pro ur ení ší ky a stavu okraj trhlin; • bodový reflektor nebo endoskop pro zjišt ní pr b hu trhliny v hloubce zdi; • m icí mikroskop s nitkovým k ížem; • kontrolní sádrové desti ky [6.14] (mají význam jen ve správném provedení); • sestava ter pro m ení mechanickými sázecími tenzometry [6.13]; • strunové tenzometry ur ené pro sledování posunu v trhlin [6.13]; Pro zjišt ní pohybu konstrukcí nebo jejich ástí se mohou použít tyto metody geodetické metody, optická vlákna, m ická pásma a soupravy s invarovým drátem.

6.6.4

Ú el m ení posun v trhlinách

Ú elem m ení trhlin je ur ení jejich ší ky, zm n této ší ky v ase a velikosti vzájemných posun ásti konstrukce po obou stranách trhliny v ase. M it posuny objekt je zapot ebí vždy, o ekává-li se vliv stavební innosti na stav, funkci a bezpe nost stavby. Pokud se to týká i okolních stavebních objekt , m ly by se m it posuny i t chto objekt . Dále se m í tehdy, objeví-li se poruchy užívaného stavebního objektu nebo lze-li o ekávat jeho posuny 54

vlivem p itížení nebo odleh ení základové p dy v okolí, zm nou hladiny podzemní vody, poddolováním, apod. Na základ poznatk , získaných p i m ení trhlin stavebních objekt , byla zpracována metodika m ení posun v trhlinách zd ných konstrukcí. Osnova návrhu, která vychází z geodetické normy SN 73 0405 [6.12].

6.6.5

Projekt m ení posun v trhlinách

Pro každý stavební objekt (nebo skupinu objekt ), jehož posuny se mají m it, má být vypracován projekt m ení posun [6.13], ve kterém se uvedou zejména: • • • • • • • • •

6.6.6

ú el a druh m ení (etapová, periodická, kontinuální); údaje o geologických, geotechnických a hydrogeologických pom rech a vlastnostech základové p dy (provedení pr zkum nebo p evzetí údaj ); stru né údaje o zp sobu založení, funkci a zat žovacím postupu stavební konstrukce; hodnoty o ekávaných posun vypo ítané v projektové dokumentaci (poklesy základové p dy, pr hyby vodorovných nosných konstrukcí, apod.); požadovaná p esnost m ení s ohledem na o ekávanou velikost posun ; metody m ení s rozborem nejistot m ení; zp sob ozna ení a zajišt ní bod m ickými zna kami, druh a rozmíst ní pozorovaných a vztažných bod (situace, ezy), zp sob osazení (stabilizace) m ických zna ek a jejich ochrany proti poškození nebo zni ení; asový plán m ení u etapových a periodických m ení nebo intervaly záznamu u kontinuálních m ení, pop . zásady pro zm nu asového plánu v závislosti na pr b hu posun a podmínky ukon ení m ení; zp sob matematického a grafického zpracování a vyjád ení výsledk m ení a jejich interpretace z hlediska prokazatelnosti posun , z hlediska zakládání staveb, apod.

asový pr b h m ení posun v trhlinách

asový pr b h m ení se ídí druhem základové p dy, rychlostí postupného zat žování základové p dy a namáhání konstrukce, pr b hem posun a p etvo ením v p edcházejících etapách, vn jšími vlivy na staveništi a v jeho okolí, rychlostí zm n teploty, zm nou dynamického zatížení p i provozu stroj , dopravy, seismicity apod. etnost m ení by m la odpovídat velikosti p edpokládaných posun a p esnosti m ení. Minimální doba sledování u staveb má být 1 rok (lépe však s p esahem dalších 3 m síc ). Po této dob lze statisticky vyhodnotit vliv m nících se klimatických podmínek, nap . teploty ovzduší a teploty konstrukce. Pro stanovení prognózy vývoje posun v trhlin je zapot ebí doba m ení 3 roky. Stanovení asového intervalu mezi etapami m ení vychází z ovlivn ní trhliny m nící se teplotou v pr b hu jednoho roku. Protože zna ná ást trhlin ve zd ných konstrukcích má „pulsující“ charakter (ší ka se m ní s teplotou), je nutné, aby m ení zachytilo zejména extrémní hodnoty posun pro stanovení amplitudy vratných posun vlivem teploty. Minimální etnost m ení by m la být 9 etap za rok. V p ípad , že dojde k zásahu do konstrukce, který má okamžitý vliv na chování trhliny (nap . vnesení p edpínací síly), zkrátí se interval m ení, p ípadn se p ejde na m ení kontinuální. Výpo ty hodnot posun a p etvo ení pozorovaných bod musí následovat ihned po m ení. Jestliže se p i výpo tech zjistí neo ekávané hodnoty posun , musí následovat opat ení k zajišt ní bezpe nosti i provozu stavby. Spolu s m ením posun je vždy nutné m it teplotu konstrukce na každém m icím míst zvláš a sledovat údaje o denních teplotách ovzduší v dané oblasti [6.13]. 55

6.6.7

Vyhodnocení m ení posun v trhlinách

Pro vyhodnocení výsledk m ení je d ležité p esn specifikovat polohu trhliny, odtržených ástí zdiva a polohopis m icích základen. Nam ené hodnoty posun je t eba analyzovat z hlediska míry ovlivn ní teplotou a jinými vlivy (tzv. denní periodicitu, ro ní periodicitu, závislost na provád ných pracích i pr b hu zat žování apod.). Výsledkem m ení je jednak velikost trvalého posunu v trhlin za sledované období (zpravidla 1 roku), a jednak velikost vratného posunu zp sobeného ostatními vlivy, zejména teplotou. Výstupem m ení musí být zhodnocení statické závažnosti sledovaných poruch.

6.7 Seznam použité literatury [6.1]

WITZANY, J.: Poruchy a rekonstrukce zd ných budov, Praha, KAIT 1999

[6.2]

PUME, D., Arch 1998

[6.3]

Schmidt, P. a kol.: Základy zkušebnictví,skriptum VUT FAST Brno, CERM 2001

[6.4]

Lorenz, K. Historie zd ných konstrukcí. Sborník 3. konference Zd né a smíšení konstrukce 2004, BS Praha, 2004

[6.5]

Ku era,V. Zjiš ování pevnosti malty ve stávající zd né konstrukci pomocí upravené ru ní vrta ky (12/1992)

[6.6]

TZUS Praha, Návod k používání p ístroje pro zjiš ování pevnosti zdicích prvk a malty typ PZZ 01; Praha, 2001.

ERMÁK, F. a kol.: Pr zkumy a opravy stavebních konstrukcí, Praha,

[6.7]

SN P ENV 1996-1-1 Navrhování zd ných konstrukcí

[6.8]

SN EN 772-1 Zkušební metody pro zdící prvky v tlaku

ást 1: Stanovení pevnosti

[6.9]

SN EN 1015-11 Zkušební metody malt pro zdivo – zatvrdlých malt v tlaku za ohybu a v tlaku

ást 11: Stanovení pevnosti

[6.10]

SN ISO 13822 konstrukcí

Zásady navrhování konstrukcí – Hodnocení existujících

[6.11] Horký, B., Dohnálek, J. Zjiš ování jakosti malty cihelného zdiva, asopis Pozemní stavby . 12/1986 [6.12]

SN 73 0405 M ení posun stavebních objekt .

[6.13] Cikrle, P. Diagnostika poruch staveb – dlouhodobé sledování trhlin ve zdivu a m ení posun . Diserta ní práce, VUT v Brn FAST, 2002. [6.14] Bažant, Z., Klusá ek, L. Statika p i rekonstrukcích objekt . Skriptum VUT v Brn FAST, CERM Brno, 2002.

56

7

Diagnostika vodorovných konstrukcí

Vodorovnými nosnými konstrukcemi stavebních objekt rozumíme následující konstruk ní prvky a celky: •

stropní konstrukce,

•

ztužující pásy,

•

p eklady,

•

pr vlaky.

Vodorovné nosné konstrukce p enášejí zatížení do svislých nosných konstrukcí (zdí, sloup , pilí ) a zárove zajiš ují prostorovou tuhost objekt . V u ebním textu se podrobn ji v nujeme problematice diagnostiky stropních konstrukcí. Stropem nazýváme vodorovnou konstrukci, která rozd luje objekt do jednotlivých horizontálních rovin (podlaží). Stropní konstrukce musí spolehliv a bezpe n p enášet veškerá stálá i nahodilá zatížení. Stálým zatížením rozumíme zatížení konstrukce od vlastní tíhy a souvisejících stavebních konstrukcí (vestav né p í ky, skladba materiál podlahy, apod.). Nahodilá zatížení pak d líme na dlouhodobá (zatížení od trvale umíst ných za izovacích p edm t , dlouhodob skladovaným materiálem, apod.) a krátkodobá (zatížení od b žného provozu, užitná zatížení). Stropy musí dále vyhovovat požadavk m tepelné a zvukové izolace a musí být odolné proti ohni. Z hlediska obsahového jsou v následujícím textu popsány diagnostické metody pro hodnocení existujících (stávajících) konstrukcí. Stavební inženýrství sou asnosti eší aktuální problematiku navrhování a posuzovaní stavebních konstrukcí p i p estavbách s cílem prodloužení životnosti a dosažení požadované bezpe nosti a spolehlivosti konstruk ních celk . Hodnocení existujících konstrukcí vychází z podstatn odlišného pojetí než je navrhování nových konstrukcí a vyžaduje znalosti p ekra ující rozsah návrhových norem. Základní pom ckou pro aplikaci specifických diagnostických metod p i hodnocení stavebních konstrukcí je SN ISO 13822 [7.9]. Zásady hodnocení z hlediska spolehlivosti jsou pak obsaženy v požadavcích na bezpe nost a použitelnost uvedené v ISO 2394. Je t eba zd raznit, že u hodnocených existujících konstrukcí budou výrazn v tší rozdíly ve spolehlivosti, než je tomu u nov navržených konstrukcí.

7.1 Rozd lení stropních konstrukcí Stropní konstrukce je možné dle vývoje materiálové technické základny a výrobních prost edk souhrnn rozd lit do dvou základních skupin – tradi ní a montované. Jednotlivé podskupiny jsou uvedeny na Obr. 7.1 a 7.2. Pro provád ní diagnostiky stropních konstrukcí se p edpokládá základní znalost výše uvád ných konstruk ních systém stropních konstrukcí. V p edkládaném u ebním textu není možno podat vy erpávající a úplný p ehled, který je obsahem výuky v p edm tech teorie stavebních konstrukcí (d ev ných, ocelových, zd ných, železobetonových p ípadn p edpjatých). Dále je tedy uveden jen základní popis jednotlivých konstruk ních systém .

57

Obr. 7.1 – Schématické rozd lení tradi ních stropních konstrukcí kamenné

Klenby cihelné povalové lepenicové

D ev né

trámové fošnové cihelné do traverz deskové do traverz

Traverzové Tradi ní

Kleinovy stropy Koenenovy stropy

stropní konstrukce

Keramické

prefabrikované keramické nosníky prefabrikované keramické desky deskové trámové žebírkové

Železobetonové monolitické

h ibové bezpr vlakové stropy ŽB trámy a keramické desky

Sklo železobetonové

58

Obr. 7.2 – Schématické rozd lení montovaných stropních konstrukcí Deskové Nosníkové Panelové Montované stropy

H ibové Ocelové Plechové

Klenby se používaly ve všech slohových architektonických obdobích. Klenba je oblouková stropní konstrukce, která p enáší celé zatížení šikmo do podp r. P i p etížení je nejv tší nebezpe í porušení klenby ve vrcholu a v patce (viz Obr. 7.3). Nevýhodou kleneb je, že vyvozují šikmé tlaky do svislých podpor. Šikmé tlaky se obvykle zachycovaly rozší ením podpor op rnými zdmi, pilí i nebo ocelovými táhly. V obytných stavbách se klenby používaly jen ve spodních patrech, aby se vodorovné složky šikmých tlak zachytily vlastní hmotností zdí nadzemních podlaží. Další nevýhodou kleneb je velká vlastní hmotnost i tíha násyp pro vyrovnání podlahy. Aplikace d ev ných stropních konstrukcí jak v bytové, ob anské a zem d lské výstavb hromadn dominovaly do druhé sv tové války. P i rekonstrukcích a stavebních úpravách v objektech vystav ných v tomto období se s d ev nými stropními konstrukcemi setkáme tém bezvýhradn . Výhodou d ev ných strop je snadná zpracovatelnost a manipulovatelnost s d ev nými výrobky. Vybudování stropní konstrukce je snadné p i dosažení okamžité únosnosti. D ev né stropní konstrukce mají pom rn dobré tepelné a zvukov izola ní vlastnosti. Nevýhodou d ev ných stropních konstrukcí je p edevším malá odolnost proti ohni a p i špatné údržb degradace materiál p sobením d evokazných hub, hniloby a d evokazného hmyzu. Ukázky možná skladeb d ev ných stropních konstrukcí jsou na Obr. 7.4 až 7.7. Nosnou konstrukci traverzových strop tvo í ocelové nosníky tvaru I uložené na nosných zdech. Kladou se v osových vzdálenostech 1000 až 1500 mm. Výhodou traverzových strop je pom rn rychlé a jednoduché zabudovaní. Do této skupiny pat í nap . valené (p ímé) klenby. Tyto se budují z oby ejných cihel p i vzep tí klenby 30 až 50 mm a mnohdy se p i omítání vyrovnávají podhledovou omítkou. Dále sem pat í deskové stropy, jejich typickým p edstavitelem je hurdiskový strop s tenkost nnými keramickými stropními deskami (Obr. 7.10 a 11). Do této skupiny dále pat í tzv. Klein v (Obr.7.8) a Koenen v strop (Obr. 7.9).

59

Nosným prvkem keramických stropních konstrukcí je prefabrikovaný nosník sestavený z dutých keramických tvárníc. Keramické tvárnice mají r zné velikosti a r zné pr ezy a p i sestavování v nosník se spojují cementovou maltou nebo betonem. D ležitou sou ástí skladby stropní konstrukce je zabudovaná betoná ská výztuž. Zabetonováním podélných spár mezi nosníky se sou asným vylitím roznášecí desky vzniká únosná, lehká stropní konstrukce s rovným podhledem do rozp tí až 6,5 m. Alternativn se keramické stropní konstrukce budují tak, že se duté tenkost nné keramické tvárnice kladou na bedn ní, mezi tvárnicemi vznikne prostor pro žebro, které po položení výztuže a zabetonování vytvo í nosnou konstrukci stropu.

Železobetonové monolitické stropy mají rozli né konstruk ní ešení, které závisí zejména na rozponu stropu, užitném zatížení a požadavcích tepelné a zvukové izolace. Tyto stropy jsou stabilní, dostate n prostorov tuhé. Nevýhodou jsou špatné tepeln technické vlastnosti, vlastní tíha konstrukce a pracnost p i provád ní (vyžadují bedn ní a mokrý proces, který prodlužuje dobu jejich výstavby). Ukázky skladeb vybraných monolitických stropních konstrukcí jsou na Obr. 7.12 až 14. Sklo – železobetonové stropy jsou konstrukcí vytvo enou kombinací železobetonu a sklen ných tvárnic. Zmín nou kombinaci materiál umož uje skute nost, že tyto mají p ibližn stejný koeficient teplotní roztažnosti. Nosnou ást tvo í železobetonová žebírka, která jsou tuze spojena s obvodovým železobetonovým rámem. Mezi žebírka jsou vloženy sklen né tvárnice, které mají spodní plochy upraveny tak, aby se vhodným lomem a odrazem sv tla dosáhlo pokud možno rovnom rného osv tlení. Jestliže jsou žebírka stejn vysoká jako tlouš ka tvárnic, hovo íme o deskové stropní konstrukci. Jestliže žebra vy nívají pod spodní plochy tvárnic, vzniká strop žebrový p ípadn kazetový. Montované stropní konstrukce se za aly aplikovat v období tzv. typizace staveb, která umožnila prefabrikaci (pr myslovou výrobu) stropních díl . Montované stropní konstrukce mají ve srovnání s monolitickými adu výhod – rychlá a snadná montáž, zkrácení doby výstavby, po montáži je strop ihned únosný, v p ípad dutinových stropních dílc dochází k odleh ení a zna né úspo e materiálu. K nevýhodám pat í volba rozp tí vázaná na typizované rozm ry prvk , nevyhovující zvuková izolace, nároky na manipula ní a zvedací techniku. Montované stropy jsou velice citlivé na nerovnom rné sedání stavby p ípadn lokální zatížení. asto se v podélných sty ných spárách propagují trhliny v podhledových omítkách. Staticky stropní desky fungují jako ada vedle sebe uložených prostých nosník . Ukázky skladeb vybraných monolitických stropních konstrukcí jsou na Obr. 7.15 až 7.17. Základem pro správnou a efektivní diagnostiku konkrétní posuzované stropní konstrukce je dostate ná znalost daného konstruk ního systému. Tato zásadním zp sobem ovliv uje vlastní návrh metodiky vedení diagnostických prací. Základní informace lze získat nap . v dostupné studijní literatu e p edm t pozemního stavitelství a teorií konstrukcí. Pro základní orientaci jsou na Obr. 7.3 až 7.17 v Tabulce 7.1 uvedeny vybrané druhy stropních konstrukcí p edevším z d vod správného názvosloví jednotlivých prvk systém vodorovných nosných konstrukcí. Schématické obrázky jsou p evzaty z [7.6] a [7.8].

60

Tab. 7.1 – Schématické zakreslení n kterých druh stropních konstrukcí Obr. 7.3 - Klenba Pat í do skupiny tradi ních stropních konstrukcí. Obecné názvosloví: 1 – op ra klenby 2 – pate ní spára 3 – líc klenby 4 – nadezdívka 5 – záv rný klenák (záv rák) 6 – rub klenby 7 – ložná spára 8 – sty ná spára v – výška klenby o-o‘ – délka klenby l – rozp tí klenby

Obr. 7.4 – Povalový strop Pat í do skupiny tradi ních d ev ných stropních konstrukcí. Obecné názvosloví: 1 – poval 2 – hmoždinky

Obr. 7.5 – D ev ný trámový Pat í do skupiny tradi ních d ev ných polospalných stropních konstrukcí. Obecné názvosloví: 1 – trám 2 – záklop 3 – lišta 4 – násyp 5 – polštá 6 – hrubá podlaha 7 – istá podlaha 8 – podbití 9 – rákosová podhledová omítka

61

Obr. 7.6 – Trámový (rákosníkový) Pat í do skupiny tradi ních d ev ných polospalných stropních konstrukcí. Podbití rákosové omítky vynášeno samostatnými (tzv. rákosníkovými) trámy. Skladba d ev ného trámového stropu popsána u Obr. P9.3. Obecné názvosloví: 1 – rákosník

Obr. 7.7 – Fošnový Pat í do skupiny tradi ních d ev ných stropních konstrukcí. Obecné názvosloví: 1 – fošnová stropnice 2 - podbití 3 - omítka 4 – k ížové rozp ry z prken 5 - podlaha 6 - polštá 7 - násyp

Obr. 7.8 – Klein v strop Pat í do skupiny tradi ních traverzových stropních konstrukcí. Je obdobou valené klenby. V podstat se jedná o vyztuženou rovnou cihelnou klenbu. Tlak v desce p enáší cihly a cementová malta, tah ocelová výztuž z pásové nebo kruhové oceli. Obecné názvosloví: 1 – obetonovaný válcovaný nosník I 2 - cihly 3 – pásová ocel 4 - omítka

62

Obr. 7.9 – Koenen v strop Je konstruován tak, že mezi ocelovými nosníky je železobetonová deska, jejíž výztuž je háky zachycena za horní p írubu nosníku tvaru I. Pat í do skupiny tradi ních traverzových stropních konstrukcí. Vzhledem k tomu, že nosník je pln zabetonován, jedná se v podstat o železobetonový monolitický strop. Obecné názvosloví: 1 – výztuž 2 – železobetonová deska 3 – válcovaný nosník I

Obr. 7.10 – Stropní konstrukce CSD HURDIS II Pat í do skupiny tradi ních traverzových stropních konstrukcí. Na obrázku je uvedena skladba požadovaná výrobcem stropních desek CSD HURDIS. Technologický postup montáže je dostupný nap . na www.hurdis.cz. Obecné názvosloví uvedeno p ímo v obrázku.

63

Obr. 7.11 – Stropní konstrukce CSD HURDIS I a CSD HURDIS II (n mecký) Pat í do skupiny tradi ních traverzových stropních konstrukcí. Na levé ásti obrázku je uvedena skladba stropní konstrukce s aplikací keramických stropních desek CSD HURDIS I (s kolmými ely) požadovaná výrobcem stropních desek. V pravé ásti obrázku je pak výrobcem doporu ovaná skladba pro p ípad p ímého uložení stropních desek CSD HURDIS II (se šikmými ely) na dolní pásnici I profil (tzv. n mecký zp sob). Technologický postup montáže je dostupný nap . na www.hurdis.cz. Obecné názvosloví uvedeno p ímo v obrázku.

Obr. 7.12 – ŽB trámový Pat í do skupiny tradi ních železobetonových stropních konstrukcí. Osová vzdálenost trám 1200 až 2400 mm. Trámy jsou uloženy na nosné zdi nebo jsou vetknuty do p eklad , pr vlak nebo obvodových v nc . Obecné názvosloví: 1 – trám 2 – t mínky 3 – výztuž trámu 4 – deska s výztuží

64

Obr. 7.13 – ŽB žebírkový Pat í do skupiny tradi ních železobetonových stropních konstrukcí. Osová vzdálenost žeber 500 až 900 mm. Vlastní žebra mají ší ku 80 až 120 mm. N kdy jsou tyto stropní konstrukce ozna ovány jako tzv. stropní konstrukce systému Hennebique. Obecné názvosloví: 1 – žebro 2 – výztuž žebra 3 – prkno 4 – mezižeberní deska 5 - podbití 6 – podhledová omítka

Obr. 7.14 – Stropní konstrukce KTCH Pat í do skupiny montovaných nosníkových stropních konstrukcí. Je tvo en keromobetonovými stropními nosníky vyztuženými prostorovou p íhradovou výztuží a stropními vložkami MIAKO. Konstrukce je zmonolitn na betonem C 16/20. Na obrázku je uvedena skladba požadovaná výrobcem. Technologický postup montáže je dostupný nap . na www.hurdis.cz.

65

Obr. 7.15 Prefabrikované nosníky a vložky Stropní konstrukce z prefabrikovaných I nosník a vložek pat í do skupiny montovaných stropních konstrukcí. Obecné názvosloví: 1 – betonová zálivka 2 – keramická (škvárobetoinová) vložka 3 – prefabrikovaný nosník 4 – podhledová omítka 5 – ztužující v nec

Obr. 7.16 Dutinové stropní panely Pat í do skupiny montovaných panelových stropních konstrukcí. P i tlouš kách 140 až 215 mm jsou stropní panely vyztuženy oby ejnou betoná skou výztuží, panely tlouš ky 190 mm a více p edpjatou výztuží. N kdy jsou tyto dílce ozna ovány jako SPIROLL. Obecné názvosloví: 1 – dutinový panel 2 – betonová zálivka 3 – nadokenní p eklad 4 – ztužující v nec

Obr. 7.17 Ocelové nosníky a plechový záklop (VSŽ stropy) Pat í do skupiny montovaných plechových stropních konstrukcí. Obecné názvosloví: 1 – válcovaný I nosník 2, 3 – trapézové plechy (bodov p iva ené nebo p išroubované) 4 – beton (roznášecí deska) 5 - podlaha 6 – zav šený podhled

66

7.2 Obecná metodika diagnostiky stropních konstrukcí Volba vhodných diagnostických metod a rozsah pr zkumných prací stávajících stropních konstrukcí souvisí vždy s konkrétním cílem pr zkumu. K zahájení hodnocení aktuálního stavebn technického a statického stavu konstrukce mohou vést následující d vody: •

preventivní kontrola stávajícího stavu konstrukce – posouzení spolehlivosti a bezpe nosti požadované ú ady, pojiš ovnami, vlastníky apod.,

•

získání podklad pro projekt revitalizace objektu p i o ekávaných zm nách v používání nebo pot eb prodloužení návrhové životnosti,

•

získání podklad pro projekt sanace poškozené nebo lokáln havarované konstrukce,

•

posouzení p í in havarované nebo porušené konstrukce.

Metodický postup hodnocení se obecn sestává z následných a na sebe navzájem navazujících krok . Jak již bylo e eno výše, konkrétní postup a rozsah diagnostických prací závisí p edevším na ú elu hodnocení a na specifických okolnostech jako je nap . dostupnost p vodní projektové dokumentace, rozsah poškození konstrukce, zp sob využívání konstrukce v konkrétních provozních podmínkách, atp. Jednotlivé kroky metodického postupu diagnostiky stropních konstrukcí jsou následující:

a) Stanovení ú elu diagnostiky konstrukce. b) P edb žný stavebn technický pr zkum: 1) vyhledání a studium dostupné dokumentace a dalších údaj , 2) p edb žná vizuální prohlídka vzdušných líc (místní šet ení), 3) rozhodnutí o okamžitých opat eních, 4) doporu ení pro podrobné hodnocení (vypracování metodiky podrobného stavebn technického a statického pr zkumu).

c) Podrobný stavebn technický pr zkum: 1) podrobné vyhledání a prov ení dokumentace, 2) podrobná defektoskopická prohlídka vzdušných líc i vizuáln nep ístupných ástí nosných konstrukcí (otev ení sond, endoskopická defektoskopie), 3) zjišt ní geometrických tvar a skute ných rozm r konstrukce, 4) stanovení reálného statického schématu konstruk ního systému, 5) stanovení parametr kvality materiál nosné konstrukce, 6) zat žovací zkouška stropní konstrukce, 7) dlouhodobé sledování asov závislého pr b hu procesu propagace poruch a vad konstrukce.

d) Výsledky diagnostiky konstrukce: 1) záv re ná hodnotící zpráva aktuálního stavebn konstrukce,

technického a statického stavu

2) ideový návrh variantních koncep ních konstruk ních ešení pro opat ení 67

3) identifikace p í in poruch a vad konstrukce.

7.2.1

Stanovení ú elu diagnostiky

P ed vlastním návrhem a následnou realizací metodiky diagnostiky stropní konstrukce je nutno stanovit jednozna ný ú el hodnocení konstrukce p edevším s ohledem na její budoucí a požadovanou funk ní zp sobilost. K tomuto ú elu je nutná jednozna ná dohoda mezi objednavatelem, p íslušnými ú ady a posuzovatelem.

7.2.2

P edb žný stavebn technický pr zkum

Jednotlivé následné kroky p edb žného stavebn technického pr zkumu stropních konstrukcí jsou uvedeny v oddíle b) kapitoly 7.2.

Vyhledání a studium dostupné projektové a inspek ní dokumentace posuzované konstrukce je d ležitým informa ním zdrojem pro všeobecné hodnocení existující konstrukce. V p ípad , že dokumentace není k dispozici, je t eba v návrhu metodiky diagnostických prací zahrnout položku zam ení stávajícího stavu konstrukce. V rámci p ípravných prací je vhodné získat i ústní informace od správc objektu o p edchozích konstruk ních opat eních. N kdy se pro tyto p ípravné práce používá termínu stavebn historický pr zkum P i p edb žné prohlídce se jedná o vizuální defektoskopickou prohlídku vzdušných (vizuáln p ístupných) stropních konstrukcí. Z horního líce se jedná o identifikaci p ípadných poruch a vad v souvrství materiál podlah, z dolního líce pak podhledových omítek p ípadn konstrukcí podhled . Základním ú elem p edb žné prohlídky je identifikace konstruk ního systému a možné poškození konstrukce. Shromážd né informace se vztahují k vlastnostem povrch (vzdušných líc ), k viditelným deformacím, trhlinám, odprýskávání, korozi, apod. Výsledky p edb žné prohlídky se vyjad ují kvalitativním zat íd ním stavu konstrukce jako celku nebo konstruk ních prvk posuzovaného systému. Kvalitativní hodnotící t ídy nejsou p edepsány v žádné v sou asnosti platné norm . Je možné použít nap íklad stupnici uvedenou v Tab. 7.2).

Tab. 7.2 – P íklad kvalitativní hodnotící stupnice konstruk ních prvk vizuální defektoskopické prohlídky 1 2

Kvalitativní hodnotící stupn B žné opot ebení Závada

3

Nevýznamná porucha

4

Významná porucha

5

Havarijní porucha

p i vyhodnocení

Popis dobrá bezpe nost, dobrá jakost dobrá bezpe nost, zhoršená jakost podstatn jší snížení bezpe nosti, mírné zhoršení jakosti podstatn jší snížení bezpe nosti i jakosti, není bezprost ední ohrožení bezpe nost je vážn bezprost edn ohrožena stejn jako jakost

Pokud p edb žní prohlídka z eteln ukazuje, že se konstrukce nachází v nebezpe ném stavu, je nutné okamžit navrhnout opat ení ke snížení rizika s ohledem na bezpe nost ve ejnosti.

68

Pokud se p i p edb žné prohlídce zjistí, že b hem požadované zbytkové životnosti je konstrukce spolehlivá a bezpe ná, není nutný podrobný stavebn technický pr zkum. Jestliže se vyskytují nejistoty ve vlastnostech konstrukce, je nutno vypracovat metodický návrh podrobného stavebn technického pr zkumu stropní konstrukce.

7.2.3

Podrobný stavebn technický pr zkum

Jednotlivé následné kroky podrobného stavebn technického pr zkumu stropních konstrukcí jsou uvedeny v oddíle c) kapitoly 7.2. Z dalšího textu je z ejmé, že jednotlivé kroky je možno mezi sebou ú eln kombinovat dle aktuálního stavu posuzované konstrukce p edevším s ohledem na ú el (cíl) stavebn technického pr zkumu. V rámci podrobného vyhledání a prov ení dokumentace, pokud je k dispozici, se prov ují p edevším: •

výkresy reálného provedení konstrukce,

•

technické požadavky na posuzovanou konstrukci,

•

statický výpo et konstrukce,

•

stavební deník,

•

záznamy o prohlídkách a údržb ,

•

podrobnosti o zm nách oproti p vodnímu stavu konstrukce,

•

p edpisy a normy, které byly platné v dob výstavby konstrukce (byly použity pro výstavbu),

•

montážní postupy výrobce stropních díl (výrobk ) zabudovaných do posuzované konstrukce.

V rámci podrobné defektoskopické prohlídky se provádí zajišt ní geometrických tvar a skute ných rozm r konstrukce, ov uje se reálné statické schéma a skladba konstruk ního systému (v etn ur ení skladby podlah a podhled ) a realizuje se prohlídka nosné konstrukce ve vizuáln nep ístupných místech (dolní líc stropních konstrukcí trámových, žebírkových, kazetových je skrytý pod souvrstvím materiál podhled ). Za tímto ú elem se používají následující diagnostické metody: •

akustická trasovací metoda (oddíl 7.3.1),

•

endoskopická vizuální defektoskopie (oddíl 7.3.2),

•

semidestruktivní otevírání sond (z horního i dolního líce).

P i stanovení kvality materiál nosné konstrukce se ov ují zejména následující parametry: •

fyzikáln mechanické vlastnosti (pevnostní parametry, objemová hmotnost, modul pružnosti, soudržnost, p ídržnost),

•

stupe koroze i jiné degradace materiál ,

•

tepelné vlastnosti (m rná tepelná kapacita, sou initel délkové teplotní roztažnosti, teplotní vodivost), 69

•

akustické vlastnosti,

•

chemické vlastnosti (chemické odolnost v i okolnímu prost edí).

Zat žovací zkoušky stropních konstrukcí jsou provád ny v p ípad nedostatku v rohodných a spolehlivých informací získaných stavebn technickým pr zkumem. K zat žovacím zkouškám se p istupuje, pokud není možno na základ výsledk diagnostiky provést objektivní statický výpo et únosnosti p edm tných konstrukcí. Z tohoto hlediska realizované zat žovací zkoušky slouží ve smyslu l. 3.1 SN 73 2030 [7.10] k posouzení spolehlivosti stávající konstrukce v p ípad , že není možno bezpe n zjistit všechny pot ebné parametry pro statický výpo et. Dlouhodobé sledování asov závislého pr b hu procesu propagace poruch a vad konstrukce se navrhuje v p ípad , že poruchy jsou v dob diagnostiky konstrukce staticky stabilizované a není nutno navrhovat okamžitá opat ení pro dosažení požadované spolehlivosti a bezpe nosti konstrukce. Možné diagnostické sledovací a m ící metody jsou popsány v kapitole 6.6.

7.3 Diagnostické metody stavebn konstrukcí

technických pr zkum

stropních

Zam ení, cíle a metodické postupy diagnostiky stropních konstrukcí jsou popsány v kapitole 7.2. V dalším jsou podrobn ji rozebírány pouze metody specifické pro diagnostiku stropních konstrukcí. U dalších diagnostických metod je však pouze odkaz na p íslušné kapitoly tohoto studijního textu.

7.3.1

Akustická trasovací metoda

Principem metody je odposlech akustické odezvy zkoušeného souvrství p i poklepu tvrdým p edm tem. Poklep se vede na vzdušný líc konstrukce. Akustická odezva je pak následující: •

zvonivá,

•

dunivá,

•

k aplavá.

Metodu lze používat p i diagnostice stropních konstrukcí pro následující ú ely: a) P i diagnostice z horního líce: •

posouzení soudržnosti materiál skladby podlahy pod nášlapnou vrstvou.

b) P i diagnostice z dolního líce: •

posouzení soudržnosti materiál podhledových omítek a p ídržnosti k materiálu nosné konstrukce (v p ípad celoplošných kontaktních omítek – dolní líc nosné konstrukce tvo í jednu horizontální rovinu),

•

identifikace zav šeného podhledu (nap . sádrokartonového), 70

•

identifikace polohy, po tu a sm ru pnutí nosných prvk konstrukce (v p ípad trámových a žebírkových stropních konstrukcí s podhledem).

V p ípad hodnocení soudržnosti a p ídržnosti posuzovaného souvrství se metoda používá jako informativní. P i zvonivé odezv je p edpoklad vyhovujících adhezních pevnosti spojovacích m stk (dosta ující kvalita spojovacích m stk mezi materiály souvrství) a vyhovující kohezní pevnost jednotlivých materiál (soudržnost jednotlivých materiál souvrství). P i dunivé odezv je p edpoklad problematické kvality kohezní pevnosti jednotlivých materiál . P i k aplavé odezv je tém spolehlivá predikce poruch a vad zp sobených nevyhovujícími hodnotami adhezních pevností (rozpad spojovacích m stk ). Metoda se aplikuje ve zvoleném rastru (trasování), takže je možno zmapovat p ípadné problematické oblasti v celé ploše posuzované konstrukce. V tomto p ípad metoda slouží pro výb r oblastí, kde se následn provádí objektivní zhodnocení a kvantifikuje se míra poruchy zkouškami p ídržnosti a soudržnosti. Podrobn je metoda uvedená v kapitole 5.1.2. Dále metoda slouží k výb ru oblastí, kde se provádí sondážní práce – vhodným zp sobem se otev e pr zkumná sonda, kterou se zjistí o popíše problematické místo ve skladb podlah nebo podhledových omítek. V ad posuzovaných p ípad není dostupná výkresová dokumentace a uživatelé p ípadn správci objekt nemají informace o aplikovaném stropním systému. V t chto p ípadech lze velice efektivn a rychle aplikací akustické metody zjistit z dolního líce druh podhledu. P i zvonivé a mírn dunivé odezv v celé ploše lze spolehliv predikovat stropní konstrukci se spojitým povrchem dolního líce v jedné horizontální rovin . P i výrazn dunivé celoplošné odezv lze identifikovat zav šený podhled, V p ípad kombinace zvonivé a dunivé odezvy pak jednoduše identifikujeme trámovou nebo žebírkovou konstrukci skrytou pod souvrstvím podhledových omítek. Vhodn zvoleným zp sobem trasování úder v ploše dolního líce pak lze ur it polohu, po et a sm r pnutí konstruk ních prvk stropu (trám , žebírek). Pro aplikaci metody lze použít jednoduché nástroje. V diagnostické praxi se nejvíce osv d uje kovová koule umíst ná ne teleskopické ty i. Základní podmínkou pro spolehlivé použití diagnostického nástroje je dostate ná tuhost teleskopické ty e a vhodn konstruovaný spoj mezi koulí (úderníkem) a hrotem ty e. P i poklepu, který realizujeme manuáln nesmí docházet k rezonan ním jev m, které zkreslují reálnou akustickou odezvu. Konkrétní provedení je dokumentována na Obr. 7.18.

Úderník Kovová koule ∅ 50 mm. P echodový len Uchycení úderníku k madlu. Madlo Teleskopická ty .

Obr. 7.18 P íklad konstrukce diagnostického nástroje pro aplikaci akustické trasovací metody

71

7.3.2 Magnetická induk ní metoda Podrobn je tato metoda popsána v kapitole 5.5.8. Z hlediska diagnostiky stropních konstrukcí je aplikována p edevším u železobetonových a traverzových strop pro následující ú ely: •

magnetická kontrola po tu, polohy a sm ru uložení betoná ské výztuže,

•

u nejnov jších magnetických sond stanovení pr m ru jednotlivých prut betoná ské výztuže,

•

identifikace po tu, polohy a sm ru pnutí ocelových I profil u traverzových stropních konstrukcí.

V b žné diagnostické praxi je tato metoda kombinována se sekanými sondami. Mechanicky se ve vhodném míst (tak aby nedošlo ke statickému porušení) odstraní krycí vrstva betonu a následn se realizuje kontaktní zam ení výztuže p ípadn dolní pásnice I profilu. P i aplikaci metody na stropních konstrukcích s podhledovou omítkou na podbíjecích prknech je nutno vhodným zp sobem v míst diagnostiky ást podhledové konstrukce demontovat. U železobetonových trámových a žebírkových konstrukcí se ov uje vyztužení ve staticky významných oblastech daného konstruk ního prvku – ve st edu rozp tí (posouzení na ohyb) a u okrajových podmínek (posouzení na smyk). V p ípad , že není možno otevírat sekané sondy p edevším z d vod statického oslabení konstrukce, nebo je podez ení na nevhodnou polohu armokoše (vyšší hodnoty krycích vrstev betonu, tzv. „utopení“ výztuže v masivu betonu) je vhodné aplikovat radiometrické metody. Tyto jsou podrobn popsány v kapitole 9.

7.3.2

Vizuální endoskopická defektoskopie

V p ípad diagnostiky stropních konstrukcí se jedná o velice efektivní metodu pro bezdemontážní diagnostiku a defektoskopické prohlídky p edevším v následujících p ípadech: •

inspek ní prohlídka dolního líce nosných prvk stropní konstrukce nad stávajícím podhledem (prohlídky bo ních st n trám a dolního líce desky resp. záklopu v mezitrámových a mezižeberních prostorách p edevším u železobetonových a d ev ných konstruk ních systém ),

•

inspek ní prohlídka vnit ních dutin keramických stropních vložek a desek,

•

inspek ní prohlídka vnit ních ástí dutinových železobetonových nebo p edpjatých prefabrikát

•

zam ení geometrických parametr konstruk ních prvk ve nep ístupných ástech stropního systému.

Vizuální defektoskopické prohlídky se v uvedených p ípadech realizují p edevším za ú elem identifikace p ípadných skrytých vad a poruch nosných prvk stropních konstrukcí. Vizuáln se hodnotí výskyt staticky významných trhlin a mechanických poškození, aktuální stav materiál z hlediska povrchové koroze, u d ev ných prvk pak p ípadný výskyt hnilob, d evokazných hub a plísní.

72

Bezdemontážní charakter této diagnostické metody spo ívá ve skute nosti, že není nutno otevírat pr zkumné sondy demontáží lokálních ástí stávajících podhled , p ípadn odsekávat ásti dolních desek dutinových keramických stropních desek. Po ur ení polohy, po tu a sm ru pnutí prutových nosných prvk , které se provádí akustickou trasovací metodou (kapitola 7.3.1), se v souvrství podhledové konstrukce realizují pr zkumné vrty pr m ru 8 až 12 mm (dle použitého za ízení – viz další text této kapitoly). Tyto jsou po ukon ení prohlídek jednoduše zapravitelné. V p ípad pot eby je možné zvolit takovou polohu a po et pr zkumných vrt , že je možné vizuáln zhodnotit v tšinu ploch posuzované stropní konstrukce. V oblasti stavební diagnostiky se pro vizuální endoskopickou defektoskopii používají technické resp. pr myslové endoskopy. Jedná se o optické p ístroje pro vizuální kontrolu obtížn p ístupných nebo nep ístupných míst. Používají se p evážn jako prost edek. Informace má p itom pro lov ka tu nejp irozen jší formu - obraz. Pevné i ohebné endoskopy p enášejí obraz z místa pozorování k pozorovateli. Základní rozd lení endoskopických systému je uvedeno na Obr. 7.19.

Endoskopické systémy

PEVNÉ (RIGITNÍ)

OHEBNÉ (FLEXIBILNÍ)

Boroskopy

Fibroskopy

P enos obrazu:

klasická optika

vláknová optika

Výhody systému:

• optika • teplotní odolnost

• flexibilita • dálkové ovládání konce • vým nné objektivy

Videoskopy

CCD ip

• flexibilita • dálkové ovládání konce • vým nné objektivy • max. délka až 50 m • p ímá digitalizace • m ení reálných rozm r • integrace sv telného zdroje • automatické ízení intenzity osv tlení

Obr. 7.19 – Základní schéma klasifikace endoskopických systém Pevné endoskopy (neohebné) ili boroskopy využívají k p enosu obrazu k pozorovateli optickou soustavu o ek, spojek, rozptylek, zrcadel a optických hranol (Obr. 7.20). Výsledkem využití t chto optických prvk je nezkreslený obraz, jenž je možné dále zpracovat do digitální podoby (digitální fotoaparát, dig. kamera). Pro nasvícení prohlíženého prostoru, jenž je obvykle neosv tlen, je využíváno sv tlovodných vláken, která jsou umíst na 73

v t le pevného endoskopu. Tedy p ímo v t le sondy jsou umíst ny jak prvky pro vedení obrazu, tak prvky pro nasvícení prohlíženého prostoru. Tato konstrukce je využívána u všech typ endoskop . 1 2

4

3

Obr. 7.20 – Souprava boroskopu 1 – hrot inspek ní (pevné trubice) se zabudovaným optickým hranolem umož ujícím nastavení úhlu pohledu 2 – koncovka s hledím a manipulátory (zoom, zaost ení, úhel pohledu, otá ení inspek ní trubice okolo podélné osy) 3 – sv tlovodný kabel 4 – sv telný zdroj Ohebné endoskopy jsou rozd leny do dvou skupin dle zp sobu vedení obrazu k pozorovateli. D lí se na fibroskopy a videoskopy.

Fibroskopy (fiber = vlákno) využívají k p enesení obrazu z prohlížené oblasti k pozorovateli shluk optických vláken. Jejich optické rozlišení je dáno po tem optických vláken jenž p enášejí obraz (Obr. 9.21). ím více optických vláken, tím vyšší rozlišení. Pro jednoduchost je toto pravidlo možné p irovnat k rozlišení jenž se udává u digitálních fotoaparát v podob pixel (opt. vlákno = pixel). Videoskopy p enášejí obraz k pozorovateli již v digitální form (Obr. 7.21). Princip videoskopu spo ívá v digitalizaci obrazu p ímo na CCD ipu, jenž je umíst n na konci sondy v prohlíženém prostoru. Za len ní CCD ipu do obrazového p enosového et zce umož uje záznam videí (MPEG1, MPEG2) i snímk (BMP, JPG) p ímo do pam ti systému i p ímo na Compact Flash kartu.

2 1

4

3

Obr. 7.21 – Souprava videoskopu 1 – inspek ní sonda 2 – integrovaná displej 74

3 – ovládací sekce 4 – ídící jednotka se zdrojem

Obr. 7.22 – Schéma p enosu obrazu fibroskopu. Pevné i ohebné endoskopy se vyzna ují parametry jenž jsou áste n dány jak jejich vlastní konstrukcí, tak i zp sobem p enosu obrazu z prohlíženého prostoru k pozorovateli. Vý et t chto parametr jenž jsou specifické pro každý systém je uveden ve schématu na Obr. 7.19. Všechny typy endoskop jsou vodot sné a je možné je vystavit p sobení r zných druh tekutin. Toto však neplatí u prohlídky v kyselém prost edí, kdy hrozí poškození optiky naleptáním a tedy znehodnocení p enášeného obrazu. Endoskopie jako taková se nezabývá pouze p enášením obrazu z inspektovaného prostoru k pozorovateli, ale je také asto využívána pro zjišt ní rozm r konkrétních objektu v prohlíženém prost edí. P esnost m ících metod jenž se používají je až 0.1mm. Možnost p esného m ení reálných rozm r pozorovaných objekt posouvá technickou endoskopii na kvalitativn vyšší úrove vizuální kontroly. Objektivní výsledek endoskopické kontroly umož uje dosažení celkov objektivního vyhodnocení a p ijetí mnohem kvalifikovan jších rozhodnutí a následných ešeních. To samoz ejm zvyšuje i efektivitu technické endoskopie jako metody. Základním problémem p i všech endoskopických m eních je skute nost, že endoskop - tak, jako každý jiný optický zobrazovací systém – zobrazuje objekty v jejich relativních velikostech a se všemi d sledky redukce 3D reality na dvourozm rný obraz. Relativní velikost objekt je p itom dána jejich úhlovou velikostí. V praxi to znamená, že dva objekty se stejným úhlovým rozm rem budou vykazovat stejný lineární rozm r bez ohledu na jejich rozm r reálný.

75

Obr. 7.23 - Menší objekt umíst ný blíže k pozorovateli se jeví stejn velký jako vetší objekt umíst ný dále Pro objektivní vyhodnocení jejich velikosti je nutná znalost dalšího parametru a proces jeho zjiš ování lze nazvat kalibrací obrazového pole. V praxi jsou nej ast jší dva zp soby kalibrace: Kalibrace komparací (porovnáním) je založena na porovnání referen ní míry resp. objektu o známém rozm ru s rozm rem m eného objektu. Jeho reálnou hodnotu pak ur íme následnou jednoduchou interpolací resp. extrapolací. U jednodušších typ endoskop se provádí ru n , u pokro ilejších typ je provád na automaticky. Tato kalibra ní metoda zakládá mén p esný zp sob m ení, protože je více závislá na subjektivním zadávání kalibra ních parametr a je velmi citlivá na zkreslení proporcí obrazu vlivem perspektivy. Na druhé stran je však pom rn jednoduchá a nenáro ná na vybavení endoskopického systému a pro orienta ní m ení vcelku dostate ná. Pokud je k dispozici nap . referen ní m rka známých rozm r m že být metoda mnohem p esn jší. Kalibrace zjiš ováním dodate ného parametru je založena na zjišt ní dalšího parametru, který umožní stanovení reálného rozm ru zorného pole. Takovým klí ovým parametrem je vzdálenost m eného objektu od konce inspek ní sondy. K jejímu ur ení byla vyvinuta ada r zných - více, i mén p esných postup . Základním limitním faktorem byla vždy technologická úrove endoskopu. První zp soby proto využívaly p edevším optické metody založené zejména na procesu zaost ování a z toho odvozené vzdálenosti. Metoda vykazovala zna nou subjektivní citlivost danou omezenou schopností obsluhy definovat jednozna né zaost ení p i pohledu okem. Ur ité zp esn ní metody p inesl nástup videotechniky a možnost p esného zaost ení na sníma kamery. Nep ekonaným problémem však dodnes z stává zkreslení vlivem perspektivy. Zavedení miniaturních snímacích prvk , digitalizace obrazu a jeho automatizované analýzy do technické endoskopie umožnilo vyvinutí nových, mnohem p esn jších a objektivn jších metod m ení založených na nových kalibra ních postupech. Ze všech, v sou asné dob užívaných kalibra ních postup , jsou v praxi nejrozší en jší dva: •

Stínová projekce (vyvinutá a užívaná u endoskop Everest)

•

Stereoskopické zobrazení (užívané u endoskop Everest a Olympus)

Metoda “Stínové projekce” (ShadowProbeTM) je založena na projekci stínu vrženého tenkým drátkem, umíst ným excentricky v osv tlovacím systému endoskopu. Pozice stínu na 76

displeji je závislá na vzdálenosti konce endoskopu od roviny m eného objektu (práv v d sledku šikmé projekce). Pro ur ení této vzdálenosti posta í tedy ozna it kurzorem aktuální polohu stínu. Metoda „Stereoskopické projekce“ (StereoProbeTM) je založena na snímání obrazu m ené objektu speciálním objektivem se dv ma snímacími kanály. Metoda je podobná principu stereoskopického vnímání lidským zrakem. Pro ur ení vzdálenosti objektu od konce endoskopu se v tomto p ípad využívá vyhodnocení stranového posunutí jednoho a téhož bodu na obou „p lsnímcích“ (snímaných levým resp. pravým kanálem). Velikost tohoto posunutí je totiž rovn ž p ímo úm rná zjiš ované vzdálenosti. Ur ování polohy zvoleného bodu je provád no bu ru n nebo automaticky. Po provedení kalibrace lze u obou metod m it r zné parametry jako nap . lineární délku, hloubku, velikost plochy, vzdálenost bodu od p ímky, celkovou délku lomené k ivky nebo stanovit profil nerovnosti povrchu. P i dodržení p edepsaných postup lze dosáhnout p esnosti na úrovni zhruba 95%. Minimalizace subjektivní chyby zanesené lidským faktorem je pak dále minimalizována r znými dopl kovými procedurami jako nap . toleran ní pole, obrazová analýza zvoleného kalibra ního bodu a jeho okolí z hlediska jednozna nosti p i azení apod.

CCD sníma

Sv tlovod s

Sv tlovod Clonka Optika

Snímací soustava

drátkem

Osv tlení

Optika

Objektiv

Objekt s promítaným stínem

Obr. 7.24 - Schéma stínové projekce

CCD sníma

Sv tlovod D licí len

Clonka Optika

Osv tlení Sv tlovod

Objektiv

Snímací soustava

77

Dva obrazy

Obr. 7.25 – Schéma stereoskopické projekce Sou asný vývoj v oblasti endoskopických m ení jednozna n sm uje k další miniaturizaci m icích objektiv , implementaci nových snímacích technologií (nap . C-MOS), které nabízejí nové a pokro ilejší zp soby analýzy obrazu, využití miniaturních zdroj koherentního zá ení stejn tak jako k t sn jšímu propojení technických endoskop a výpo etní techniky.

7.3.3

Metody pro stanovení kvality materiál

Metoda a zp sob ov ení ov ovaných kvalitativních parametr materiál stropní konstrukce se zásadn volí dle daného materiálu (beton, ocel, d evo, keramika, zdivo). P ehled a popis metod je v kapitolách 4-7 tohoto u ebního textu.

7.4 Použitá literatura a odkazy [7.1] Schmid,P. a kol: Základy zkušebnictví, nakl. CERM Brno, leden 2001 [7.2] Anton,O. a kol.: Základy zkušebnictví. Návody do cvi ení, nakl. CERM Brno, únor 2002 [7.3] Pume,D., ermák,F. a kol.: Pr zkumy a opravy stavebních konstrukcí, nakl. ARCH Praha, 1993 [7.4] Adámek,J., Novotný,B., Koukal,J.: Stavební materiály, nakl. CERM, Brno 1997 [7.5] Cikrle,P., Ambrosová, V., Havlíková,D.: Zkoušení stavebních materiál . Laboratorní cvi ení, nakl. CERM, Brno 1997 [7.6] Rochla, M.: Stavební tabulky [7.7] www.endoskopy.cz [7.8] Hájek, V. a kol.: Pozemní stavitelství, u ební text studijního oboru 36-32-6, SNTL 1981 [7.9] SN ISO 13822 Zásady navrhování konstrukcí – hodnocení existující konstrukcí [7.10] SN 73 2030 Zat žovací zkoušky stavebních konstrukcí – spole ná ustanovení [7.11] Normy a literatura uvedené u kapitol tohoto studijního textu

78

8

Využití radiometrie p i diagnostice stavebních konstrukcí

8.1 Rozd lení radiometrických metod Radiometrie se používá všude tam, kde m ení objemové hmotnosti a vlhkosti klasickými metodami (m ením objemu a vážením) jsou pomalá nebo technicky v bec nerealizovatelná. Radiometrické m ení umož uje stanovit okamžitou hodnotu objemové hmotnosti a vlhkosti stavebních materiál bez jeho porušení. Používá se proto p i kontinuálním m ení objemové hmotnosti a vlhkosti sypkých materiál (nap . kameniva do automatických betonáren) a dále p i ur ování hutnosti erstvých betonových sm sí, p i výstavb železobetonových konstrukcí, z d vodu aby byla garantována požadovaná objemová hmotnost betonu po jeho zatuhnutí (nap . p i výstavb stínících konstrukcí jaderných elektráren a urychlova ). Široké uplatn ní nacházejí radiometrické metody i v inženýrské geologii .

8.1.1

Radiometrické zjiš ování objemové hmotnosti (ρ)

Radiometrie objemové hmotnosti je založena na principu pr chodu a zeslabení zá ení gama a na principu rozptylu zá ení gama v m eném materiálu. Jako zdroje zá ení gama se nej ast ji používá cesium Cs 137 nebo kobalt Co 60. Detektory zá ení jsou bu Geiger – M llerovy po íta e, nebo scintila ní detektory, které jsou spojeny s vyhodnocovací jednotkou. Výsledkem m ení je etnost impuls za asovou jednotku, kterou je t eba pomocí kalibra ní k ivky p evést na objemovou hmotnost. U moderních p ístroj je kalibra ní k ivka ve vyhodnocovací jednotce naprogramována a výsledky m ení jsou udávány v kilogramech na krychlový metr. P esnost m ení je p edepsána normou a iní pro celý rozsah m ených objemových hmotností ± 20 kg.m-3. Pro docílení této p esnosti je nutno ve vyhodnocovací jednotce ode íst alespo 10 000 impuls za dobu kratší než 3 minuty. Tomuto požadavku musí být pod ízeno geometrické uspo ádání radiometrických jednotek a velikost aktivity zá i e. Konstruk n jsou radiometrické jednotky ešeny tak, že zá i je p i transportu umíst n ve stínícím krytu, ze kterého se p i m ení vysouvá do pracovní polohy .

8.1.1.1 Metoda pr chodu a zeslabení zá ení gama P i použití metody pr chodu a zeslabení zá ení gama je zdroj zá ení a detektor umíst n na protilehlých stranách prov ované konstrukce nebo vzorku. Výsledkem m ení je pr m rná objemová hmotnost materiálu mezi zdrojem zá ení a detektorem. Touto metodou se dosahuje velmi p esných výsledk m ení. P i prom ování materiálu o plošné hmotnosti ρA = 400 až 1000 kg.m-2 (to odpovídá vrstv betonu 0,17 až 0,425 m) se zpravidla volí zá i Co 60, kdežto p i plošné hmotnosti materiálu ρA ≤ 400 kg.m-2 se volí zá i Cs 137. Nezbytnou podmínkou je však zachování stálého geometrického uspo ádání zá i – detektor. P i diagnostice stavebních konstrukcí jsou nej ast ji používány radiometrické jednotky s následujícím uspo ádáním.

79

a) Radiometrická souprava pro m ení v úzkém (kolimovaném) svazku (obr. 8.1)

Obr. 8.1: Schéma radiometrického m ení v úzkém svazku (1 – gamazá i , 5 – detektor,10 – výstup k vyhodnocovací jednotce, 8, 12– kolimátor zá i e) U t chto radiometrických souprav je prom ována objemová hmotnost resp. plošná hmotnost materiálu úzkým (kolimovaným) svazkem zá ení (tangens úhlu kužele svazku ≤ 0,1). Kolimace svazku je docíleno stínícími clonami z t žkého materiálu, nej ast ji z olova. Pro zeslabení zá ení p i pr chodu materiálem platí exponenciální rovnice pro úzký svazek, která je p i m ení plošné hmotnosti modifikována tím, že místo lineárního sou initele zeslabení µ , který je závislý na objemové hmotnosti ρ proza ovaného materiálu a energii zá ení E , je použito hmotnostního sou initele zeslabení µ m , který je závislý pouze na energii zá ení E (platí µ m =

µ ) ρ

N = N 0 .e − µ m . ρ A kde N- etnost impuls po pr chodu materiálem [ s -1], N0 - etnost impuls nezeslabeného svazku zá ení [ s-1 ], e - základ p irozených logaritm [ 1 ], µm - hmotnostní sou initel zeslabení [m2 . kg -1 ], ρA - plošná hmotnost materiálu [ kg . m-2 ] Objemová hmotnost zkoušeného materiálu se následn ur í ze vztahu:

ρ =

ρA d

ρ - objemová hmotnost materiálu [kg . m -3 ], d - tlouš ka materiálu [m]

T chto radiometrických souprav se používá p edevším v laboratorních podmínkách pro p esné prom ování objemové hmotnosti r zných vzork odebraného materiálu ze 80

stavebních konstrukcí (nap . odebraných jádrových vývrt ). Výhodou m ení v úzkém svazku je skute nost, že se prom uje jen relativn úzká, válcovitá ást zkoušeného materiálu, takže lze stanovit pom rn p esn lokální zm ny nap . na betonových deskových konstrukcích.

b) Radiometrická souprava vpichovací ( obr. 8.2)

Obr. 8.2: Schéma radiometrické soupravy vpichovací (1 – gamazá i , 5 – detektor, 10 – výstup k vyhodnocovací jednotce) U radiometrických souprav vpichovacích je zá i v pažnici vpichován do materiálu nebo zasouván do vývrtu v materiálu a detektor z stává na povrchu. Pro zeslabení platí op t modifikovaná rovnice pro široký svazek. Detek ní jednotky m í pr m rnou objemovou hmotnost ve vrstv mezi zá i em a detektorem. Hloubka vpichu se pohybuje od 0,05 do 0,4 m. Tyto radiometrické soupravy se používají pro m ení objemové hmotnosti erstvých betonových sm sí (p i výstavb železobetonových konstrukcí), písk , zemin a též p i m ení zhutn ní asfaltových vrstev. Dají se též použít pro stanovení ú innosti zhut ovacích mechanism železni ního svršku.

8.1.1.2

Metoda rozptylu zá ení gama

P i použití metody rozptylu zá ení gama je mezi zdrojem zá ení a detektorem stínící vrstva z t žkého materiálu (z olova, nebo ochuzeného uranu), která brání p ímému pr chodu zá ení ze zá i e do detektoru. Detektor zaznamenává pouze zá ení, které bylo v materiálu rozptýleno p evážn Comptonovým efektem. Touto metodou se m í objemová hmotnost 81

materiálu v okolí radiometrické soupravy. Hodnov rnost nam ených objemových zm n zkoumaných vrstev materiálu se však zmenšuje se vzr stající vzdáleností od radiometrické soupravy. Pro prom ování materiál o plošné hmotnosti ρA = 150 až 250 kg . m –2 je výhodné používat zá i Co 60. P i plošné hmotnosti ρA ≤ 150 kg. m -2 se používá zá i Cs 137. Podle geometrického uspo ádání zá i e a detektoru rozeznáváme radiometrické soupravy hloubkové a povrchové.

a) Radiometrická souprava (ρ) hloubková ( obr. 8.3)

Obr. 8.3: Schéma radiometrické soupravy (ρ) hloubkové (1 – gamazá i , 5 – detektor, 10 – výstup k vyhodnocovací jednotce, 7 – p edzesilova , 4 – stín ní mezi zá i em a detektorem, 8 – p epravní kryt gamazá i e)

Radiometrická souprava hloubková je uzp sobena k m ení uvnit materiálu v kulové geometrii 4π. Vlastní detek ní jednotka se skládá ze zdroje zá ení gama a detektoru, mezi kterými je umíst no stínící t lísko. Spouští se do p edem osazených pažnic v materiálu. V soudržných materiálech je možné spoušt t detek ní jednotku i do vrt bez pažnic. S vyhodnocovací jednotkou, která je stejn jako kryt zá i e umíst na na povrchu, je detek ní jednotka spojena koaxiálním kabelem. Radiometrické soupravy hloubkové se používají p edevším p i pr b žném m ení objemové hmotnosti po výšce sypaných hrází a zemních t les. Hloubka m ení je omezena únosností spojovacího kabelu pr chodností sondy pažnicí a pohybuje se od 0,6 do 20 m.

82

b) Radiometrická souprava (ρ) povrchová ( obr. 8.4)

Obr. 8.4: Schéma radiometrické soupravy (ρ) povrchové (1 – gamazá i , 2 – detektor, 3 – výstup k vyhodnocovací jednotce, 4 – p edzesilova , 5 – p epravní kryt gamazá i e) Radiometrická souprava povrchová se používá p i m ení v polokulové geometrii 2π u materiál , u kterých nelze nebo je nežádoucí porušit jejich povrch. Polokulová geometrie je zp sobena krytem, který v pracovní poloze umož uje vyza ovat fotony zá ení gama do poloprostoru zkoušeného materiálu a zárove odsti uje detektor od p ímých foton . Tlouš ka m ené vrstvy je závislá na geometrickém uspo ádání radiometrické soupravy, na objemové hmotnosti materiálu a energii a aktivit zá i e a dosahuje v pr m ru hodnoty 0,05 až 0,15 m. Radiometrické soupravy povrchové se s výhodou používají pro m ení objemové hmotnosti asfaltových vrstev, vrstev zemin, p i hutn ní betonových konstrukcí vozovek a letištních ploch. aj.

8.1.2

Radiometrické zjiš ování objemové vlhkosti (w)

Radiometrické m ení objemové vlhkosti je založeno na principu moderace rychlých neutron – p evážn atomy vodíku. Z um lých radionuklid nevysílá krom kalifornia Cf 252 žádný izotop neutrony p ímo. Je však ada jaderných proces , p i kterých se neutrony produkují nep ímo. Využívá se nap íklad reakce zá ení alfa s n kterými ter ovými materiály, p i které jsou emitovány rychlé neutrony. Nej ast ji používaným ter ovým materiálem je berylium. Jako zdroje zá ení alfa se b žn používá americium Am 241. Pro detekci pomalých neutron se používá n kolik typ detektor . Jednak to jsou proporcionální trubice pln né BF3 nebo He 3, dále pak scintila ní detektory a GM trubice opláš ované kadmiem Cd 113. Objem materiálu pot ebný k m ení je funkcí vlhkosti. ím je materiál vlh í, tím menší objem ke zpomalení neutron posta uje. Detektory pomalých neutron jsou p ipojeny na vyhodnocovací jednotku, která výsledky m ení zpracovává. Hodnota objemové vlhkosti se ode ítá bu z kalibra ní k ivky na základ etnosti impuls n, nebo je udána p ímo na displeji v kilogramech na krychlový metr. Konstrukce radiometrické soupravy musí být volena tak, aby p esnost m ení byla v tší než ± 10 kg . m -3 . Vzhledem k tomu, že moderace rychlých neutron je zp sobována atomy vodíku a nikoliv

83

molekulami vody, m že být m ení vlhkosti zkresleno u materiálu, který obsahuje vázanou vodu ( rašelina, uhlí aj.) Vliv na m ení mohou mít i prvky, které pohlcují pomalé neutrony (nap . Cl, K, B, Li, Hg, Cd, Br). Podle geometrického uspo ádání zá i e a detektoru rozlišujeme radiometrické soupravy hloubkové a povrchové. Toto uspo ádání je obdobné jako u radiometrických souprav pro m ení objemové hmotnosti. Z konstruk ního hlediska však mezi zá i em a detektorem není umíst no stín ní, protože detektory jsou k rychlým neutron m necitlivé.

a) Radiometrická souprava (w) hloubková ( obr.8.5)

Obr. 8.5: Schéma radiometrické soupravy (w) hloubkové (2 – neutronový zá i , 6 – detektor pomalých neutron , 10 – výstup k vyhodnocovací jednotce, 7 – p edzesilova , 9 –p epravní kryt neutronového zá i e) Radiometrická souprava hloubková je uzp sobena k m ení uvnit materiálu v kulové geometrii 4π. Detek ní jednotka se skládá ze zdroje rychlých neutron , za kterým následuje detektor pomalých neutron . Spouští se do p edem osazených pažnic v materiálu, nebo u soudržných materiál pouze do vývrt . Radiometrické soupravy hloubkové se používají pro m ení objemové vlhkosti v sypaných hrázích a zemních t lesech po výšce v r zných úrovních. Dá se jimi m it i objemová vlhkost kameniva ur eného pro betonárny.

84

b) Radiometrická souprava (w) povrchová ( obr. 8.6)

Obr. 8.6:Schéma radiometrické soupravy (w) povrchové (1 – neutronový zá i , 2 – detektor pomalých neutron , 3 – výstup k vyhodnocovací jednotce, 4 – p edzesilova , 5 –p epravní kryt neutronového zá i e) Radiometrické soupravy povrchové se používají p i m ení objemové vlhkosti v polokulové geometrii 2 π bez porušení materiálu. Polokulová geometrie umož uje rychlým neutron m pronikat do materiálu, kde jsou moderovány. Zpomalené neutrony se rozptylem dostávají do detektor . U moderních p ístroj je do detek ní jednotky zabudována i vyhodnocovací jednotka. Radiometrické soupravy povrchové se používají p edevším k m ení vlhkosti povrchových vrstev betonu, zemin aj. Hloubkový dosah m ení je nep ímo úm rná vlhkosti m eného materiálu.

8.1.3

Kombinované radiometrické soupravy

V dnešní dob se stále ast ji dostává do pop edí požadavek sou asného m ení objemové hmotnosti a vlhkosti stavebních materiál , aby se p i jednom m ení získalo více údaj o vlastnostech materiálu. (Krom objemové hmotnosti a vlhkosti se dá ur it i suchá objemová hmotnost, procento vlhkosti a míra zhutn ní materiálu). Konstruk n jsou kombinované radiometrické soupravy ešeny obdobn jako radiometrické soupravy povrchové a hloubkové. Obsahují zvláš zdroj rychlých neutron ( nej ast ji Am + Be ) a zá i gama ( nej ast ji Cs 137) ( obr. 8.7 a obr. 8.8). Detektor m že být op t bu jeden (scintila ní), kterým je možno rozlišit údaje od zpomalených neutron a od zá ení gama, anebo dva – zvláš pro každý druh zá ení.

85

Obr. 8.7: Kombinovaná radiometrická souprava hloubková (1 – gamazá i , 5 – detektor zá ení gama, 4 – stín ní mezi zá i em a detektorem, 2 – neutronový zá i , 6 – detektor pomalých neutron , 10 - výstup k vyhodnocovací jednotce, 7 – p edzesilova , 8 - p epravní kryt gamazá i e, 9 - p epravní kryt neutronového zá i e)

Obr. 8.8: Kombinovaná radiometrická souprava povrchová (1 – gamazá i , 5 – detektor zá ení gama, 2 –neutronový zá i , 6 – detektor pomalých neutron , 10 - výstup k vyhodnocovací jednotce, 7 – p edzesilova , 8 - p epravní kryt gamazá i e, 9 - p epravní kryt neutronového zá i e)

86

8.1.4

Kalibrace radiometrických souprav

Obr. 8.9: Kalibra ní k ivka pro m ení objemové hmotnosti (ρ - objemová hmotnost, n – nam ená etnost impulz )

Obr. 8.10: Kalibra ní k ivka pro m ení objemové vlhkosti (w – objemová vlhkost, n - nam ená etnost impulz )

P esnost vyhodnocování radiometrického m ení je ve velké mí e závislá na sestavení kalibra ní k ivky. Kalibra ní k ivka vyjad uje graficky závislost mezi etností impuls udávanou detek ní jednotkou a objemovou hmotností nebo vlhkostí materiálu . Obecn platí, že p i rostoucí objemové hmotnosti materiálu klesá etnost impuls (zmenšuje se po et zaznamenaných foton zá ení gama - obr.8.9) a p i rostoucí objemové vlhkosti roste i etnost impuls (zv tšuje se po et zaznamenaných pomalých neutron - obr.8.10). Metoda a zkušební postup, p i získávání hodnot pro kalibra ní k ivku musí být stejné, jak tomu bude p i ur ování objemové hmotnosti, pop . objemové vlhkosti v praxi. Objemová hmotnost pop . objemová vlhkost materiál používaných pro konstrukci kalibra ní k ivky se musí m nit v rozsahu, který p esahuje hodnoty objemové hmotnosti, pop . objemové vlhkosti zkoušených materiál . Materiály používané pro kalibraci musí mít objemovou hmotnost, pop . objemovou vlhkost rovnom rnou v celém objemu. K vytvo ení kalibra ního vztahu je t eba m ení na nejmén sedmi vzorcích nezávislých, rozdílných, ale o známých objemových hmotnostech, pop .objemových vlhkostech. Jednotlivé body kalibra ní k ivky lze získat v nádobách se zeminami, betonovou sm sí nebo jiným sypkým materiálem, který se v pr b hu kalibrace zhut uje. Jiný zp sob kalibrace pro objemovou hmotnost je zhotovení blok bu z p irozeného homogenního materiálu o známé objemové hmotnosti a vlhkosti ( žula, vápenec, pískovec), nebo pro objemovou vlhkost na blocích složených z vrstev materiálu s vysokým obsahem vodíku, prokládaných vrstvami hliníku. Používání blok je výhodné, protože jsou trvalé a po vhodné povrchové úprav tvo í stabilní reference objemové hmotnosti nebo objemové vlhkosti.

87

8.2

Radiometrické m ení v praxi

Radiometrická m ení se mohou uplat ovat v r zných oblastech diagnostiky stavebních konstrukcí. Budou uvedeny dva p íklady využití radiometrického m ení.

8.2.1

Radiometrická kontrola objemové hmotnosti erstvé betonové sm si p i stavb radioterapeutického objektu v nemocnici v Novém Ji ín

P i výstavb rentgenových, radioizotopových pracoviš a pracoviš s lineárními urychlova i nemají st ny t chto objekt pouze funkci nosnou, ale i funkci stínící. Je proto nutno zajistit nejen vysokou kvalitu ukládaného betonu, ale i jeho vysokou homogenitu a p edepsanou objemovou hmotnost. Dosud používané a normou uznávané zkušební metody odhalí nedostatky v kvalit betonu teprve po jeho zatvrdnutí, kdy je již velmi obtížné a nákladné dosáhnout nápravu. To platí zejména pro stavby biologického stín ní, kdy na dodržení p edepsané objemové hmotnosti závisí bezpe nost a kvalita pracovního prost edí obsluhujícího personálu a životního prost edí okolního obyvatelstva. Pro kontrolu hutnosti erstvé betonové sm si byly proto vyvinuty a odzkoušeny radia ní hutnom ry, umož ující m it objemovou hmotnost betonu p i jeho ukládání, kdy lze ješt (nap . dodate ným zhut ováním sm si vibrátorem i v asným upozorn ním na technologickou nekáze p i výrob betonu) zjednat okamžitou nápravu. To umož uje v podmínkách hrubé stavby dosahovat laboratorní kvality betonu. Minimalizují se tak náklady na p ípadné dodate né opravy.

8.2.1.1 Použitá metoda

Princip m ení je založen na absorpci a rozptylu zá ení gama p i jeho pr chodu materiálem (kap. 8.1.1). P i nem nném geometrickém uspo ádání zá i - detektor závisí zeslabení primárního zá ení pouze na objemové hmotnosti proza ovaného materiálu. Faktor, který toto zeslabení popisuje, se nazývá hmotnostní sou initel zeslabení a je pro prvky st edních protonových ísel, které jsou hlavními komponenty materiál , tvo ících klasickou betonovou sm s, p ibližn stejný. Pro baryum, obsažené v barytu, který byl též použit jako kamenivo p i výstavb stín ní, nabývá tento sou initel v tších hodnot. Kalibraci hutnom ru je proto nutno vždy v novat velkou pozornost.

8.2.1.2 Radia ní hutnom r model VUT IX

Radia ní hutnom r, vyvinutý na VUT v Brn , je kompaktní p ístroj, sdružující detek ní i vyhodnocovací jednotku v jednom celku. Toto uspo ádání p ináší výhodu jednoduché manipulace a snadné p enosnosti p ístroje. Umož uje také obsluhu jedním pracovníkem. Schéma p ístroje je nakresleno na obr. 8.11, kde je zárove vyzna ena velikost m eného objemu betonu. Objemová hmotnost se m í tak, že po vpíchnutí pažnice do erstvé betonové sm si (délka pažnice je150 mm) se zá i vysune ze stínícího uranového krytu do špice pažnice. Zá ení, 88

které prochází materiálem do detektor se pr chodem zeslabí. V detektorech se p evede dopadající zá ení gama na elektrické impulsy, které se ve vyhodnocovací jednotce zpracují a na zobrazova i m idla indikují objemovou hmotnost m eného místa [kg.m-3].

Obr. 8.11: Schéma radia ního hutnom ru

8.2.1.3 Kalibrace radia ního hutnom ru

Radia ní hutnom ry jsou kalibrovány v laborato ích St ediska radia ní defektoskopie VUT v Brn na kalibra ních vzorcích z p írodního materiálu. Na konkrétní stavb by však mohlo dojít vlivem kameniva o specifických chemických vlastnostech k nep esnostem p i m ení zhutn ní erstvé betonové sm si, a proto je nezbytné p ed každou radiometrickou kontrolou zhotovit kalibra ní vzorek z betonu, který bude používán b hem betonáže. Pokud se bude používat více

Obr. 8.12: Kalibrace radia ního hutnom ru 89

druh betonu, je nezbytné zhotovit kalibra ní vzorek pro každý druh. V praxi se osv d ilo použít jako formu pro kalibra ní vzorek „p lsud“, který vznikne rozp lením plechového 200 l sudu na dv poloviny, každá o obsahu 100 l. Do takto p ipravené formy je ukládán postupn ve t ech vrstvách beton a každá vrstva je ponorným vibrátorem dokonale zhutn na. Hmotnost erstvého betonu, ukládaného do p lsudu je pr b žn zaznamenávána, takže po zapln ní zvoleného objemu p lsudu (do 100 l) je p esn známa hmotnost erstvé betonové sm si a lze výpo tem stanovit pr m rnou objemovou hmotnost zhotoveného kalibra ního vzorku. P ed zatuhnutím betonu se z horního líce zapíchne do vzorku hutnom r s nastavenou pažnicí (obr. 8.12) . Kalibra ní vzorky umíst ny v blízkosti staveništ a slouží k periodické kontrole radia ního hutnom ru, b hem pracovní sm ny. Pro nemocnici v Novém Ji ín hmotnosti

byly zhotoveny dva kalibra ní „p lsudy“ o objemové

- oby ejný t žký beton

2.320 kg/m3

- t žký baryto-magnetitový beton

3.253 kg/m3

8.2.1.4 Pr b žná kontrola hutnosti ukládaného betonu

Kontrola objemové hmotnosti erstvé betonové sm si se uskute nila ve dvou fázích: a) betonová sm s byla kontrolována ve zkušební nádob z každého domícháva e b) uložená a zpracovaná betonová sm s byla kontrolována p ímo v bedn ní (v p ípad nep ístupných nebo hust zaarmovaných míst byla jako výsledek brána hodnota zjišt ná dle bodu a) Diference ve vlastnostech jednotlivých komponent betonové sm si, nestejnom rnost výroby a složení betonové sm si, stejn jako doprava, ukládání a zhut ování by mohly p i p ípadném soub hu vliv zavinit zhoršenou kvalitu betonu a tím snížit jeho stínící ú inek. Úkolem pr b žné kontroly bylo toto ihned zjistit a zjednat okamžitou nápravu. Ihned po uložení betonové sm si a jejím zhutn ní probíhala radiometrická kontrola objemové hmotnosti. 8.2.1.5 Postup p i radiometrickém m ení na stavb

Pažnice hutnom ru je zcela zatla ena obsluhou do betonu tak, aby spodní ást hutnom ru s detektory ležela na betonu a mezi detektory a zkoušeným materiálem nebyla vzduchová mezera. Pažnice musí být do materiálu vtla ena svisle. Poté je do pracovní polohy spušt n zá i a probíhá vlastní m ení (obr. 8.13). Po napln ní vstupního registru impulsy se na objemová displeji zobrazuje m ená hmotnost v m eném míst . V p ípad , že

Obr. 8.13: M ení s radia ním hutnom rem 90

pr m rná objemová hmotnost v m eném míst by byla nižší než projektovaná objemová hmotnost, bylo by toto místo ješt znovu zhutn no ponornými vibrátory, pop . byla okamžit p ijata opat ení na zlepšení kvality vyráb ného betonu. Kontrola na opraveném míst pak byla znovu opakována. Souborem výše uvedených opat ení bylo dosaženo objemové hmotnosti vyšší než požadoval projekt.

8.2.1.6 Záznam nam ených hodnot objemové hmotnosti do protokolu

Nam ené hodnoty objemové hmotnosti betonové sm si ve zkušební nádob a v bedn ní v pr b hu betonáže se p ímo na míst zapisovaly do p ipravených p dorysných schémat objektu (obr. 8.14). Zápisy sloužily potom k vyhodnocení, které se provád lo po skon ení radiometrické kontroly na pracovišti SRD VUT v Brn . Objemová hmotnost betonu zatvrdnutého p i dosažení ustálené vlhkosti je vypo ítána z nam ených hodnot ode tením 50 kg vody na 1 m3 betonové sm si.

Obr. 8.14: P dorysné schéma stínící konstrukce s vyzna ením m ících bod

8.2.1.7 Statistické zpracování nam ených hodnot

P i kontrole objemové hmotnosti ukládané betonové sm si bylo na stavb biologického stín ní radioterapeutického objektu prom eno celkem 238 autodomícháva a 1.003 kontrolních bod ve st nách a stropu. Výsledky m ení byly zpracovány po íta em. Program byl sestaven pro výpo et Gaussova normálního rozložení hodnot. Z celého souboru m ení bylo provedeno statistické vyhodnocení pro jednotlivé vrstvy a nakonec pro celé st ny a stropy. Vypo tené hodnoty byly p ehledn sestaveny do tabulek Z nam ených hodnot sou adnice vypo teny

byly dále Gaussova

Obr. 8.15: Vzorový histogram etností 91

rozložení, jako je šikmost, špi atost a sou adnice inflexních bod . Nam ené hodnoty, vypo tené i tabulkové hodnoty byly použity p i sestavování histogram etností objemových hmotností pro celé st ny a ásti strop (obr. 8.15) Tato hodnota je podle doporu ení „Statistické metody hodnocení betonu“ rozhodující. Její hodnota nesmí být nižší než projektovaná minimální objemová hmotnost. Tento požadavek byl v celém rozsahu výstavby stínících beton u st n a u strop spln n.

8.2.2

Diagnostika pr niku vody do sklepních prostor rodinného domu

U novostavby rodinného domu v obci severovýchodn od Brna došlo v letních m sících roku 2004 k prudkému nár stu vlhkosti st n ve sklepních prostorách domu. P í ina vlhkosti nebyla p i b žné vizuální kontrole zjišt na, ale protože k ní došlo po prvních podzimních deštích, byl vysloven p edpoklad, že hydroizolace byla nekvalitn navržena i provedena, nebo mohlo dojít p i výstavb k porušení hydroizolace. Pro stanovení vlhkosti suterénního zdiva byla proto odzkoušena radiometrická souprava Troxler. Pomocí této soupravy lze m it jak objemovou vlhkost (w) tak i objemovou hmotnost ( ). Pohled na radiometrickou jednotku je na obr. 8.16, její schématické uspo ádání je na obr. 8.7. P enosná souprava obsahuje zvláš zdroj rychlých neutron (americium a berylium) a zá i gama (cesium 137), detektory, p edzesilova a vyhodnocovací jednotku, která zpracovává výsledky m ení. Výstupem m ení p ístroje v daném m ícím bod je objemová hmotnost, suchá objemová hmotnost, procento vlhkosti a absolutní vlhkost. Radiometrická souprava je ur ena p evážn pro m ení na vodorovných plochách. Pro m ení na svislých st nách musela být vhodn upravena. Úprava spo ívala ve zhotovení speciálního mobilního držáku, který p idržuje soupravu p i m ení svislé konstrukce v nastavené výšce (obr. 8.17).

Obr. 8.16: Radiometrická jednotka TROXLER Obr. 8.17: Radiometrické m ení na st n

8.2.2.1 Postup p i m ení vlhkosti

Cílem m ení bylo zjistit vlhkost zdiva v prostorách prvního podzemního podlaží. Jednalo se o místnosti klenutého sklepa na víno a p ilehlého obslužného sklepa. Jednotlivé st ny byly p ed m ením rozd leny na m ící body v síti ve výšce 0,3 m a v 1 m od stávající podlahové 92

konstrukce, a po délce v krocích 0,5 m. V míst nár stu vlhkosti st n bylo m ení rozší eno o další adu ve vzdálenosti 1,7 m od podlahy konstrukce. Takto byly p ipraveny st ny s body, ve kterých bylo provedeno m ení. V každém m ícím bod bylo ur eno procento vlhkosti a absolutní vlhkost. Na základ t chto zjišt ných hodnot byl vyhotoven graf pr b hu procentuální vlhkosti a vlhkostní mapa (obr.8.18) s touto klasifikací: vlhkost w<5% je vlhkost nízká a z našeho hlediska zanedbatelná; 5%<w>7,5% je vlhkost zvýšená; 7,5%<w>10% je vlhkost vysoká a mohou zde r st plísn ; 10%<w je vlhkost velmi vysoká, lze p edpokládat zvýšený výskyt bakterií. Celkem se uskute nilo 70 m ení na st nách sklepení o celkové rozvinuté délce 34,1 m. M ení prokázalo, že v pravé ásti m ené st ny dochází k prudkému nár stu vlhkosti, která sv d í o tom, že zdroj vlhkosti leží práv v této ásti st ny sklepa.

Obr. 8.18: Pohled na st nu B vinného sklepa s vyzna ením vlhkostní mapy a s místem extrémního nár stu vlhkosti

8.2.2.2 Shrnutí

Pro stanovení nejvhodn jší sana ní metody vlhké konstrukce , je t eba diagnostikovat možné zdroje pr niku vody do objektu pop . zazna ení pr b hu vlhkosti ve zdivu. Radiometrické m ení pomocí soupravy Troxler se ukázalo být vhodnou metodou pro zjišt ní vlhkosti v tomto konkrétním p ípad . P ineslo požadované výsledky, aniž by došlo k porušení materiálu st n sklepa.

93

8.3 Zhodnocení radiometrických metod Radiometrická metoda m ení objemové hmotnosti a vlhkosti je nedestruktivní metoda, která umož uje velmi rychle - v reálném ase stanovit objemovou hmotnost a vlhkost stavebních materiál a konstrukcí. Ur itou nevýhodou je obdobn jako u radiografické kontroly nutnost dodržovat stále se zp ís ující bezpe nostní p edpisy (aktivita zá i u radiometrických m ení je však cca 1000 x nižší nežli u radiografické kontroly). Též obsluha radiometrických souprav musí být ádn vyškolena a vlastnit pat i ná kvalifika ní osv d ení.

8.4 Seznam použité literatury [8.1] H nig, A.; Zapletal, V.: Nedestruktivní zkušebnictví, Skripta VUT v Brn , 1982 [8.2] Horák, Z.; Krupka, F.: Fyzika. Celostátní u ebnice, Praha, SNTL/SVTL, 1966

[8.3]

SN 73 1375 Radiometrické zkoušení objemové hmotnosti a vlhkosti, 1973

94

9

Využití radiografie p i diagnostice stavebních konstrukcí

9.1 Základní údaje o radiografii 9.1.1

Radiografie stavebních konstrukcí

Radiografie se ve stavebnictví používá všude tam, kde je nutno stanovit vnit ní strukturu konstrukcí a materiálu bez porušení. U železobetonových konstrukcí se jedná p edevším o stanovení pr b hu a množství ocelové výztuže ve vybraných pr ezech konstrukce, u konstrukcí z p edpjatého betonu o stanovení pr b hu, množství a kvality zainjektování p edpínací výztuže. Radiografické metody využívají ke zkoušení materiálu ionizujícího zá ení (zá ení rentgenové nebo zá ení gama). Zkoušení je umožn no schopností tohoto zá ení procházet prost edím, ve kterém je zeslabováno. Míra zeslabení prošlého zá ení závisí na velikosti hustoty toku zá ení, energii zá ení, objemové hmotnosti, chemickém složení a tlouš ce proza ované látky. Prošlé zá ení je v tšinou registrováno na radiografický film o rozm rech 0,3x0,4 m. K registraci zá ení se však dá využít i fluorescen ní stínítko, xerografická deska a radiometrické m ení. Defektoskopická kontrola proza ováním je v principu zobrazovací technika, založená na principu centrální projekce, p i níž zdroj zá ení je totožný se st edem proza ování (obr.9.1). Energie zá ení, používaná p i kontrole stavebních konstrukcí, se pohybuje od 300 kV (rentgeny) do 6 MeV (betatrony nebo lineární urychlova e). Nej ast ji se však p i radiografické kontrole používá jako zdroj zá ení gamazá i Co60 o energii 1,25 MeV, který umož uje proza ovat železobetonovou konstrukci do tlouš ky 0,5 m (proza ovaná tlouš ka závisí též na aktuální aktivit zá i e A). U železobetonu se rozložení výztuže v proza ované ásti konstrukce projevuje sv tlejšími stopami zmenšeného z ernání, zp sobenými pr m tem výztuže na rentgenový film.

9.1.2

Obr. 9.1: Centrální projekce

Volba míst radiografické kontroly na konstrukci

Zkušební místa ur uje obvykle statik, který provádí statický p epo et konstrukce a sv j požadavek konzultuje s pracovníky zkušební organizace. Zpravidla se výztuž kontroluje v místech, kde na konstrukci p sobí nejv tší ohybové momenty nebo posouvající síly. U prostých trámových konstrukcí se proto kontroluje pouze dolní tahová výztuž uprost ed rozp tí a smyková výztuž u podpory (obr.9.2). U spojitých trámových konstrukcí se mimoto ješt zjiš uje horní tahová výztuž nad podporou.

95

U deskových konstrukcí se op t zjiš uje dolní tahová výztuž uprost ed rozp tí a na základ úbytku dolní tahové výztuže u podpory se usuzuje na množství smykové výztuže. U spojitých deskových konstrukcí se kontroluje také horní tahová výztuž nad podporou. U sp ažených konstrukcí se zpravidla kontroluje pouze výztuž v železobetonové desce a ov ují se sp ahovací prvky.

Obr. 9.2: Schéma míst kontroly na trámu

9.1.3

Volba geometrie proza ování

Podle typu proza ované konstrukce je nutno volit ohnisko pro umíst ní zá i e a místo pro umíst ní radiografického filmu tak, aby film byl exponován pokud možno rovnom rn a aby nedocházelo k jeho podexponování nebo p eexponování.

9.1.3.1 Trámové konstrukce

U trámových konstrukcí se p esné uložení a profil výztuže stanoví stereoskopickým snímkováním kontrolovaných pr ez postupn ze dvou ohnisek (obr.9.3), vzájemn vzdálených p ibližn 200mm. P i v tších ší kách kontrolovaných trám (nad 250 mm) se zá i umis uje do vrt uvnit trámu (obr. 9.4) tak, aby jejich vzdálenost byla op t cca 200 mm. Takto se dají kontrolovat trámy o libovolné ší ce. Smyková výztuž u podpory se zjiš uje bo ním prozá ením trámu p i ohniskové vzdálenosti alespo 800mm (obr. 9.5). P i kontrole smykové výztuže se stereoskopická metoda nepoužívá, protože profil výztuže je již znám ze snímkování st ední ásti trámu. U železobetonových stropních desek o tlouš ce 100 až 200 mm postupujeme tak, že podlahu na desce odstraníme alespo v obdélníku 800 x 600 mm. Na tuto plochu, ozna enou olov nými zna kami rozmístíme ty i radiografické filmy v kazetách. Pod deskou umístíme ohnisko zá i e tak, aby bylo ve vzdálenosti 800 mm od filmu ( obr. 9.6). Pro p esné stanovení výztuže v desce používáme op t stereoskopickou metodu. Po zhotovení základního snímku posuneme zá i alespo o 200 mm a p i ponechaných olov ných zna kách po ídíme druhý snímek na vym n nou tve ici film .

96

Obr. 9.3: Snímkování trámu do ší ky 250 mm – zá i je umíst n na povrchu konstrukce (1- ohnisko zá i e, 2- radiografický film, 3- olov ná fixa ní zna ka, 4- konstrukce podlahy, 5- nosná konstrukce)

Obr. 9.4: Snímkování trámu nad 250 mm – zá i je umíst n do vývrtu uvnit trámu (1- ohnisko zá i e, 2- radiografický film, 3olov ná fixa ní zna ka, 4- konstrukce podlahy, 5- nosná konstrukce)

Obr. 9.6: Snímkování výztuže ve stropní desce

Obr. 9.5: Snímkování smykové výztuže v trámu

(1- ohnisko zá i e, 2- radiografický film, 3olov ná fixa ní zna ka, 4- konstrukce podlahy, 5- nosná konstrukce)

9.1.3.2 Železobetonové desky

U železobetonových desek tlustých 300 až 350 mm lze výztuž snímkovat p iložením radiografických film na líc desky, p i emž zá i je umíst n na povrchu konstrukce. Výztuž se kontroluje stereoskopicky tak, že zá i se p i snímkování p esouvá ve 200 mm krocích ve sm ru kolmém na sm r hlavní výztuže. Pro stanovení rozložení výztuže sta í zpravidla 3 snímky ( obr. 9.7).

97

P i v tších tlouš kách deskových konstrukcí se zá i umis uje do otvor vyvrtaných do líce konstrukce ze stejné strany jak jsou umíst ny filmy ( obr. 9.8).

Obr. 9.7: Snímkování deskové konstrukce do tlouš ky 350 mm

Obr. 9.8: Umíst ní zá i e do vrt p i tlouš ce konstrukce desky nad 350 mm (1- ohnisko zá i e, 2- radiografický film, 3- olov ná fixa ní zna ka)

9.1.3.3 Konstrukce z p edpjatého betonu

U konstrukcí z p edpjatého betonu se rozložení kabel v pr ezech zjiš uje obdobn jako u železobetonových trámových konstrukcí (podle typu p edpjaté konstrukce). Navíc bývá asto požadováno ov it jakost výpln kanálk okolo p edpínací výztuže. Ta se dá zjiš ovat pouze na vybraných ástech p edpjaté konstrukce, v místech s malým krytím p edpínací výztuže. Je to nej ast ji ve stojinách p edpjatých nosník (obr. 9.9). Pro dosažení kvalitního snímku p edpjaté výztuže je nutno volit ohniskovou vzdálenost minimáln 800mm a jako zdroj 98

zá ení je vhodné volit rentgen (pro lepší jakost radiogram ), m že však být použit i gamazá i . Pro vyhodnocení kvality zainjektování kanálk s p edpínací výztuží je vhodné použít objektivní metodu vyhodnocování radiogramu, kdy na zvoleném úseku radiogramu je stanovena graficky zm na z ernání (nap . registra ním fotometrem – obr. 9.10), která odpovídá p ípadnému výskytu dutin v kanálcích p edpínací výztuže (obr. 9.11 a 9.12).

Obr. 9.10: Registra ní fotometr Obr. 9.9: Proza ování nosníku s p edpjatou výztuží

Obr. 9.11: Radiogram p epínací výztuže

9.1.4

Obr. 9.12: Denzitogram p epínací výztuže

Stanovení doby expozice pro radiografii

Optimální dobu expozice lze ur it t emi zp soby. 9.1.4.1 Ur ení expozi ní doby z nomogramu

Expozi ní nomogram lze použít pro rychlé orienta ní stanovení expozi ní doby (obr. 9.13). Graficky se vyhodnotí závislost mezi okamžitou aktivitou zá i e (nebo vysokým nap tím na 99

rentgence), ohniskovou vzdáleností (vzdáleností film – zdroj zá ení), proza ovanou tlouš kou materiálu a pro konkrétní druh filmu a jeho z ernání vychází pot ebná expozi ní doba. Nevýhodou tohoto zp sobu je, že se obtížn ur uje p esný pr b h z ernání filmu s m nící se tlouš kou proza ovaného materiálu (vliv centrální projekce z bodového zdroje zá ení).

Obr. 9.13: Expozi ní nomogram pro Co60 P íklad: Pro proza ovanou tlouš ku betonu d = 0,3 m, aktivita zá i e A = 0,8 TBq a požadované z ernání filmu D = 1,8 vychází doba expozice t = 3,6 min.

9.1.4.2 Ur ení expozi ní doby ocejchovaným dozimetrem

P edem ocejchovaný dozimetr lze využít analogicky jako dozimetr p i fotografování. Detektor dozimetru se p ipevní ke konstrukci místo radiografického filmu a zjistí se expozi ní p íkon v tomto míst . Na stupnici dozimetru lze p ímo ode íst expozi ní dobu pro zvolené z ernání konkrétního druhu filmu. Výhodou tohoto zp sobu je, že nemusíme znát okamžitou aktivitu zá i e ani konkrétní geometrické uspo ádání. Nevýhodou je neznalost pr b hu z ernání po celé ploše filmu. 9.1.4.3 Výpo et expozi ní doby pomocí programového kalkulátoru

Toto ešení je nejrychlejší, nejp esn jší a má nejv tší vypovídací hodnotu. Veškeré parametry ovliv ující expozi ní dobu lze zadat jako prom nné veli iny. Výsledkem výpo tu je možný asový interval se stanovením takové optimální doby expozice, aby výsledný radiogram nebyl ani p eexponován ani podexponován.

100

9.1.5

Vyhodnocení radiografických zkoušek

P i vyhodnocení radiogram je nutné p ihlížet ke zkreslení, které vyplývá z centrální projekce p i zhotovení snímk proza ováním ze zdroje o velmi malém rozm ru na dvourozm rný filmový materiál. Na základ získaného plošného záznamu je t eba provést zp tný proces jeho p evedení do prostorné p edstavy. P itom je nutné vycházet z údaj o technickém provedení snímk a o známém materiálovém složení proza ovaného p edm tu. Nej ast ji se rozložení výztuže v pr ezu zjiš uje graficky vynesením geometrie, p i které byl profil snímkován, na papír. U menších pr ez se volí m ítko 1 : 1, u v tších pr ez se volí m ítko 1 : 2. Na vyneseném profilu se vyzna í fixa ní bod a od n j se za nou na ob strany vynášet stopy výztuže, zjišt né z radiografických film . Vynesené stopy výztuže se pospojují s ohnisky a na pr se ících p íslušných spojnic dostáváme polohu a profil kontrolované výztuže (obr. 9.14).

Obr. 9.14: Postup p i vyhodnocování radiogram

101

9.2 Praktická radiografie 9.2.1

Radiografická kontrola hlavní výztuže v mostních trámech (z vývrtu)

Jako p íklad radiografické kontroly hlavní výztuže u dolního líce trámové konstrukce byl vybrán železobetonový most p es železni ní dráhu Újezdec-Luha ovice v obci Polichno (obr.9.15). Most je jednopolový o délce p emost ní 16,7 m a celkové ší ce 8,61 m. Konstrukce mostu je tvo ena 5 podélnými trámy. Krajní trámy mají konstantní výšku 1330 mm a ší ku 380 mm, vnit ní trámy mají výšku 1280 mm a ší ku 340 mm. Do železobetonové desky tlouš ky 150 mm p echázejí trámy náb hy o výšce 150 mm a ší ce 300 mm. Osová vzdálenost trám je 1680 mm. Sou innost trám je zajišt na p í níky, které mají výšku 1280 mm a ší ku 250 mm.

Obr. 9.15: Most p es železni ní

Na most nejsou viditelné žádné výrazné trhliny a poruchy, krom krajních trám , kde se vyskytuje koroze betonu a výztuže p i jeho dolním líci. Na n kolika místech u desky mezi krajním a vnit ním trámem se vyskytují pr saky vody. Trhliny u trám mají charakter smrš ovacích trhlin.

dráhu v obci Polichno

9.2.1.1 Cíl radiografické kontroly

Cílem nedestruktivní kontroly mostu bylo ur it po et, rozmíst ní a profil hlavní výztuže: - u dolního líce krajního a vnit ního trámu v blízkosti jeho st edu - u dolního líce p í níku - u desky mezi krajním a vnit ním trámem Místa kontroly byla vybrána po dohod se statikem (obr. 9.16). Výsledky m ení slouží jako podklad pro statické posouzení mostu. Rozmíst ní výztuže v trámech bylo ur ováno radiografickou metodou.Jako zdroje zá ení bylo použito zá i e Co 60 o aktuální aktivit 0,9046 TBq, který byl p epravován v radiografickém krytu TECH/OPS, model 741 (obr. 9.17). Radiogramy byly exponovány na filmy FOMA-INDUX R7 + Pb v komorovém balení rozm rech 0,4 x 0,3 m, umíst né v plastikových kazetách. Exponované filmy byly zpracovány v laborato i ústavu. Rozmíst ní t mínk v trámech a rozmíst ní podélné a p í né výztuže v dolní ásti desky bylo zjiš ováno magnetickým indikátorem výztuže Profometer 2 od firmy PROCEQ.

102

Obr. 9.16: Místa radiografické kontroly na most Polichno

Obr. 9.17: Radiografický uranový kryt TECH/OPS

9.2.1.2 Výsledky kontroly

Pr

ez R-1 (obr. 9.18)

Pr ez byl zvolen na krajním trámu mostního pole 1400 mm od prvého p í níku. V pr ezu bylo zjišt no celkem 8 prut hladké výztuže pr m ru ø 40 mm ve dvou vrstvách. T mínky jsou ty st ižné z hladké výztuže pr m ru ø 8 mm, rozmíst né pr m rn po 302 mm. Magnetickým indikátorem, byla zjišt na ve vzdálenosti 1700 mm od p í níku výztuž ohýbající se na smyk.

103

Obr. 9.18: Pr ez 1 – rozmíst ní výztuže v krajním trámu Pr

ez R-2 (obr. 9.19)

Pr ez byl zvolen na vnit ním trámu mostního pole 1400 mm od prvého p í níku. V pr ezu bylo zjišt no celkem 8 prut hladké výztuže pr m ru ø 40 mm ve dvou vrstvách. T mínky jsou ty st ižné z hladké výztuže pr m ru ø 8 mm, umíst né pr m rn po 298 mm.

Obr. 9.19: Pr ez 2 – rozmíst ní výztuže ve vnit ním trámu Pr

ez R-3 (obr. 9.20)

Pr ez byl zvolen uprost ed p í níku. V pr ezu byly zjišt ny celkem 3 pruty hladké výztuže pr m ru ø 30 mm. T mínky jsou dvoust ižné z hladké výztuže pr m ru ø 8 mm, rozmíst né pr m rn po 197 mm.

104

Obr. 9.20: Pr ez 3 – rozmíst ní výztuže v p í níku Pr

ez M-1

Výztuž ve spodní ásti železobetonové desky byla zjiš ována magnetickým indikátorem výztuže na úseku 1250 mm. Na tomto úseku byla zjišt na hlavní výztuž (p í ná) tvo ená hladkými pruty o pr m ru ø 10 mm po 112 mm a podélná výztuž (rozd lovací) tvo ená hladkými pruty o pr m ru ø 8 mm po 200 mm. Krytí p í né výztuže je 10 mm. Záv rem lze konstatovat, že radiografická kontrola prokázala shodnou hlavní tahovou výztuž v krajním i vnit ním trámu (8 x ø 40 mm), která byla rozmíst na ve dvou vrstvách. Radiografická metoda kontroly byla vhodn dopln na kontrolou pomocí magnetického indikátoru výztuže, kterým byla stanovena výztuž v železobetonové desce mezi trámy.

9.2.2

Radiografická kontrola smykové výztuže ve st ešních vaznících pr myslové haly (bo ním prozá ením)

Jako p íklad bo ního proza ování železobetonové konstrukce a tím ur ení pr b hu smykové výztuže lze uvést kontrolu porušených st ešních nosník skladové haly (obr. 9.21). Zast ešení je zhotoveno ze st ešních plnost nných vazník tvaru T, o celkové výšce 900 mm, ší ce 130 mm a rozp tí 13,35 m. Konce nosník byly opat eny okovanou botkou nasazenou v úrovni horní pásnice, tvo ící úložnou ást nosníku. Na botku byly nava eny dva šikmé pruty ø R18 mm, jako hlavní prvek vyztužení smykové

Obr. 9.21: Skladová hala s porušenými vazníky 105

oblasti vazník . Vyztužení bylo podle projektu dopln no pravideln rozloženými t mínky ø 8 mm. Necelý p lrok, po uvedení skladové haly do provozu se objevily ve smykové oblasti jednoho z vazník široké trhliny (o ší ce cca 10 mm). Poškozený vazník byl provizorn podep en ocelovou konstrukcí (Obr. 9.22) a byly postupn diagnostikovány p í iny vzniku trhlin.

Úvodní vizuální prohlídka konstrukce prokázala, že k závažným trhlinám došlo u t ech, z celkového po tu 25 vazník . Ší ka trhlin se pohybovala v rozsahu 1 – 10mm. V dopl ující fázi pr zkumu se u všech vazník ov ovalo krytí 2 prut šikmé smykové výztuže ø R18mm (u el vazník ) a také velikost krytí a správnost rozložení Obr. 9.22: Trhlina ve smykové oblasti t mínk ve smykové oblasti. st ešního vazníku Uvedené parametry byly zjiš ovány magnetickými indikátory výztuže Profometer 2 firmy Proceq. Takto bylo prov eno 36 pr ez . Požadavk m SN 73 1201 a SN 73 2400 vyhov lo pouze 19% zkoumaných pr ez . Kontrola magnetickým indikátorem výztuže sou asn indikovala velkou pravd podobnost nep ípustných odchylek polohy výztuže el vazník od projektu. Kontrola magnetickým indikátorem výztuže byla proto dopln na radiografickou kontrolou ve vybraných pr ezech vazník . Zdrojem zá ení byl radioaktivní zá i Co60, o aktuální aktivit 0,450 TBq, p epravovaný v defektoskopickém krytu TECH/OPS (obr.9.17). Výsledky radiografického pr zkumu byly zaznamenány na filmy Foma Indux D7+Pb. Pro záznam výztuže byla použita bo ní geometrie proza ování, která zaru ovala ur ení polohy výztuže ve staticky d ležitých ástech smykové oblasti vazníku (obr. 9.23). Po vyvolání a vyhodnocení exponovaných film byly zjišt ny hrubé odchylky polohy prut ocelové výztuže od polohy projektovaného stavu. Z p ti radiograficky Obr. 9.23: Bo ní geometrie proza ování kontrolovaných pr ez , byl u ty vazník zaznamenán po et ty šikmých prut namísto p edepsaných dvou. P í ina této odchylky nebyla zd vodn na a nepoda ilo se ji zjistit. Zdá se, že pracovníci provád jící firmy m li patrn k této zm n vážný d vod. V pátém pr ezu

106

byly ve smykové oblasti zachyceny pouze dva pruty výztuže jak to odpovídá projektu. Tento vazník však vykazoval smykovou trhlinu. U dvou nejvíce poškozených vazník bylo zjišt no, že šikmé pruty výztuže byly posunuty sm rem do pole o 190 až 220 mm (místo 25 mm). Tento posun smykové výztuže se zdá být p í inou trhlin vazníku ve smykové oblasti. V jednom p ípad bylo dokonce na snímcích patrné, že šikmé pruty výztuže byly na konci opat eny p lkruhovým hákem ohnutým sm rem do pole (obr. 9.24).

Obr. 9.24: Výsledky radiografické kontroly

Obr. 9.25: Sanace vazníku ocelovými táhly

Radiografická kontrola pr b hu smykové výztuže u st ešních vazník umožnila zvolit vhodnou sana ní metodu, kterou byly vadné vazníky opraveny (obr. 9.25) a tím se vrátila funk nost pr myslové hale.

9.2.3

Radiografická kontrola zainjektování p edpínací výztuže

I když se radiografická metoda používá p evážn na zjiš ování profil a uložení výztuže u železobetonových konstrukcí, dá se s výhodou použít i pro stanovení kvality zainjektování kanálk s p edpínací výztuží u konstrukcí z p edpjatého betonu. Radiografická metoda kontroly kvality zainjektování kanálk p edpjatých konstrukcí byla odzkoušena na kom rkových nosnících délky 19 m, které byly sou ástí mostního provizoria v Lipníku n. Be vou a po 24 letech byly demontovány (obr. 9.26). Nosníky byly zkoušeny na obou koncích, p itom pro snímkování byla volena pom rn velká ohnisková vzdálenost – 1 m, aby se snížila geometrická neostrost radiogram . Zdroj zá ení – Co60 – byl umis ován vždy vn nosníku a radiografické filmy byly 107

Obr. 9.26: Demontovaný kom rkový mostní nosník

upevn ny v dutin uvnit nosníku (obr. 9.27). Celkem bylo zkontrolováno 24 kanálk , z nichž bylo 8 zainjektováno kvalitn a celkem 16 nedokonale. Z radiogram , vyhodnocovaných na registra ním fotometru, bylo možno p esn stanovit uložení výztuže v nosníku a p ibližný rozsah nezainjektovaných dutin. Na obr. 9.28 je radiogram nezainjektované výztuže. P esný rozsah zainjektování je možné ur it z denzitogramu p edpínací výztuže (obr. 9.29) zhotoveném ve vybraném míst radiogramu.

Obr. 9.27: ez nosníkem s vyzna ením geometrie proza ování (1-zdroj zá ení, 2-kazety s filmem, 3kontrolovaná p edpínací výztuž, 4-mostní nosník)

Obr. 9.28: Radiogram nezainjektované výztuže

Obr. 9.29: Denzitogram nezainjektované výztuže (1- p edpínací výztuž, 2-nezainjektovaná dutina, 3-základní úrove z ernání filmu)

108

9.3 Zhodnocení radiografických metod Radiografie je jednou z mnoha metod nedestruktivního nebo seminedestruktivního zkušebnictví. I když je pom rn náro ná na investi ní vybavení, na kvalifikaci obsluhy a a dodržování bezpe nostních p edpis , umož uje prakticky jako jediná metoda ur it pr b h výztuže jak železové tak p edpínací v siln vyztužených železobetonových resp. p edpjatých konstrukcích bez jejich porušení. Je výhodné, aby p i diagnostice stavebních konstrukcí byla radiografická kontrola dopln na i jinými nedestruktivními metodami kontroly výztuže. Vhodný je nap . magnetický indikátor výztuže, kterým je s výhodou ur ována výztuž v jedné vrstv pokud leží t sn pod povrchem. K tomuto p ípadu dochází p i kontrole železobetonových stropních desek.

9.4 Seznam použité literatury [9.1]

H nig, A.; Zapletal, V.: Nedestruktivní zkušebnictví, Skripta VUT v Brn , 1982

[9.2]

Horák, Z.; Krupka, F.: Fyzika. Celostátní u ebnice, Praha, SNTL/SVTL, 1966

[9.3]

SN 73 1376 Radiografie betonových konstrukcí a dílc , 1978

[9.4]

Míšek,B.; Ptá ek, L.: Zkoušení materiál a výrobk bez porušení. Praha, SNTL, 1973

[9.5]

Hobst,L.: Betatronografie betonových konstrukcí. Kandidátská diserta ní práce na ÚSRD VUT v Brn , 1977

[9.6]

Hobst,L.: Nedestruktivní zkoušení železobetonových a p edpjatých silni ních mostních konstrukcí. Výzkumná zpráva, Brno, ÚSRD VUT v Brn , 1984

[9.7]

Svoboda,R.: Program na výpo et expozi ní doby p i proza ování konstrukcí a materiál zá ením gama izotopu Co60. Sborník p ednášek "Nedeštruktívne metódy zkúšania v stavebníctve 83", Dom techniky SVTS Košice 1983

[9.8]

Hobst, L.; Vítek,L.: Využití radiografie p i diagnostice železobetonových konstrukcí. Sborník sympozia "Sanace betonových konstrukcí a podlah", Brno, 1993

109

10 Diagnostika radonu v obytných budovách 10.1 Základní údaje o p írodní radioaktivit a radonu 10.1.1 P írodní radioaktivita Život na Zemi vznikl a vyvíjí se v podmínkách stálého p sobení p irozeného radioaktivního pozadí. Toto pozadí hraje i d ležitou úlohu v životní innosti lov ka, stejn jako všechny další látky, které se ú astní p em ny v lidském organismu a které mají na lov ka stálý vliv. Jelikož p irozené radioaktivní pozadí bylo v procesu vzniku živých organism a lov ka stálé a ve zna né mí e se skládá z pronikavého zá ení, které p sobí na všechny orgány a tkán lov ka stejn , nemají živé organismy speciální idlo, které by reagovalo na ionizující zá ení ur itým zp sobem a nemají odpovídající adapta ní mechanismy, jimiž by se organismus mohl p izp sobit zm nám úrovn radioaktivity pozadí. P írodní pozadí radioaktivního zá ení na Zemi je zp sobeno následujícími zdroji: a) Terestrické zá ení - p evážn zá ení gama, které vychází z hornin podloží. Jeho dávkový p íkon p ímo závisí na horninách podloží (na granitovém podloží je trojnásobné ozá ení ve srovnání s k ídovým podložím). b) Kosmické zá ení - vysokoenergetické zá ení, které na Zemi proniká z kosmu a je zeslabováno atmosférou. Nejnižší hodnota ozá ení je u hladiny mo e, zatímco ve výšce 4,5 km je tato hodnota již 10x v tší. c) Dce iné produkty radonu - pat í k nejvýznamn jším zdroj m, které zp sobují vnit ní ozá ení plic zá ením alfa. Toto zá ení p edstavuje v tšinu všech dávek, jimž jsou lidé vystaveni. P írodní radioaktivní pozadí, které je rozhodující složkou zát že obyvatelstva, se dá ovlivnit jen áste n . Zcela neovlivnitelné je kosmické zá ení, které je z nejv tší ásti produkováno p i slune ních erupcích jako tok proton nebo neutron , nebo je tvo eno t žkými nabitými ásticemi ze vzdáleného vesmíru. Neovlivnitelné je i terestrické zá ení, které zp sobují p írodní radionuklidy obsažené v p d , horninách, vod a p ízemních vrstvách atmosféry. Nejv tší m rou se na n m podílejí p írodní radioaktivní prvky uranové a thoriové p em nové ady a dále radioaktivní draslík K 40. Tyto prvky jsou nebezpe né v tom, že zp sobují vnit ní ozá ení živých organism . Radon a jeho dce iné produkty pat í též mezi p írodní zdroje zá ení. Ú inky radonu na obyvatelstvo lze však, na rozdíl od kosmického zá ení a zá ení terestrického, ovliv ovat. Zvýšená koncentrace radonu a jeho dce iných produkt p edstavuje rizikový faktor pro možnost poškození zdraví v budoucnosti - zvyšuje se riziko vzniku rakoviny plic. Žádné jiné onemocn ní radon ani jeho dce iné produkty nezp sobují. V n kterých p ípadech však p ítomnost radonu m že u ur itých skupin obyvatelstva vyvolat radiofobii, která je dána mimo jiné i p ehnanými obavami z následk zvýšené úrovn ionizujícího zá ení. Dlouhotrvající stres pak zp sobuje mnohem v tší škody na zdraví než ionizující zá ení.

110

10.1.2 P ítomnost radonu v životním prost edí Podložní horniny ady velkých oblastí eského masivu, který tvo í geologické podloží eské republiky, obsahují zvýšené množství p írodních radionuklid , které jsou sou ástí rozpadových ad. Nejznám jší je uran - rádiová rozpadová ada jejíž sou ástí je i radon. Radon je inertní radioaktivní plyn, který vzniká postupnou radioaktivní p em nou radioizotopu uranu U 238 (polo as p em ny 4,5 miliardy let), a to p es adu meziprodukt , z nichž posledním p ímým p edch dcem radonu je prvek rádium Ra 226 (polo as p em ny 1620 let) (obr. 10.1). Samovolný rozpad radioaktivních prvk , který probíhá v horninách obsahujících uran, má jednu neobvyklou anomálii. Všechny prvky od uranu p es rádium až po olovo jsou po chemické stránce kovy a tedy pevné látky. P i radioaktivní p em n prakticky nem ní sv j objem. Jedinou výjimkou z této ady je radon, který není pevná látka, ale plyn.

Obr. 10.1 Radon je sou ástí uranové rozpadové ady Radon vzniká z kovového prvku rádia a po rozpadu z n j op t vzniká kovový radioaktivní prvek polonium a dále izotopy olova, vizmutu, polonia a znovu olova (dce iné produkty radonu). Tyto izotopy se zachytávají na aerosolových ásticích ve vzduchu, které pak vdechujeme. ástice se usazují v dýchacím ústrojí a oza ují ho. P i zvýšené inhalaci je pak i vyšší pravd podobnost výskytu rakoviny plic. Je odhadnuto, že v eské republice dochází k 900 p ípad úmrtí na rakovinu plic ro n (to je asi 15% ze všech úmrtí na rakovinu plic). Skute nost, že radon není pevná látka, ale plyn, je velice významná. V hornin , v níž radon vznikne, je radon stla ený pod velkým tlakem. Jako plyn se rozpíná a expanduje do voln jších prostor. Z uvedených vlastností radonu je z ejmé, jakým zp sobem m že proniknout do obytných budov (obr. 10.2).

111

Obr. 10.2 Zp soby pr niku radonu do obytného objektu Rozeznáváme t i významné zdroje radonu: a) Zemní vzduch - vypl uje póry, praskliny a dutiny v zemi. Obsahuje r zné plyny uvol ované ze zem a mezi nimi i radon. Do objektu m že radon proniknout podlahou nebo st nami, které jsou v p ímém styku se zemí a to nedostate nou plynopropustností (pr nik difúzí). Dalším zdrojem mohou být neut sn né prostupy kolem instala ních vedení a veškeré praskliny a otvory vedoucí p ímo do zem (pr nik konvekcí). Zvlášt je nebezpe né, že díky komínovému efektu, který v objektu vzniká v d sledku rozdílných teplot uvnit a vn objektu, je radon do objektu aktivn nasáván. Vnikání radonu do objektu též podporuje nevhodné vertikální propojení místností a schodišt . b) Stavební materiál - m že být vyráb n z popílku nebo škváry s vyšším obsahem rádia. Vzhledem k dlouhému polo asu rozpadu rádia se takový materiál stává trvalým zdrojem radonu, který se z n ho uvol uje do ovzduší objektu a též zdrojem zá ení gama. c) Pitná voda - z vody podzemních zdroj se uvol uje radon p i praní, koupání a va ení a tím zvyšuje koncentraci radonu v byt . K mén významným zdroj m radonu pat í ší ení radonu z okolního vzduchu do budovy a uvol ování radonu p i spalování zemního plynu. Úrove radioaktivity ve vzduchu, zp sobená radonem, je vyjád ena objemovou aktivitou radonu (OAR) v jednotkách becquerel na krychlový metr (Bq/m3). Do roku 2002 byla m ena koncentrace radonu v ekvivalentní objemové aktivit radonu (EOAR). P itom platí p epo et 100 Bq/m3 EOAR = 200 Bq/m3 OAR. Ke zm n došlo v souvislosti se vstupem do EU. Hmotnostní aktivita rádia ve stavebních materiálech je vyjád ena v jednotkách becquerel na kilogram (Bq/kg). 112

Poznámka: Pr zkum koncentrace radonu z 80. let prokázal, že pr m rná objemová aktivita radonu (OAR) v bytech v našich zemích iní 110 Bq/m3.

10.2 M ení p írodní radioaktivity a koncentrace radonu 10.2.1 M ení p írodní radioaktivity Ionizující zá ení i p ítomnost radonu jsou našimi smysly nepostižitelné, a proto je nutno najít takové jimi vyvolané fyzikální odezvy, které jsou p ímo úm rné velikosti ozá ení a je možné je registrovat detektory nebo našimi smysly. Vzhledem k tomu, že úrove p írodní radioaktivity je obecn velmi nízká (1 až 3 mSv/rok), je rozsah m ení dávkového p íkonu pod hranicí citlivosti mnohých jednoduchých detektor zá ení (detektor zá ení by m l m it dávkový p íkon od cca 50 nSv/h). V praxi se nej ast ji používají následující detektory zá ení: a) Ioniza ní komora - trubice pln ná plynem, která obsahuje válcovou kovovou katodu a st edem procházející drátek - anodu. Zá ení vytvá í v plynu kladné a záporné ionty, které jsou odvád ny k p íslušným elektrodám. Mírou expozice zá ení je velikost elektrického náboje odvedeného k p íslušným elektrodám. D ležité je nap tí mezi anodou a katodou a podle jeho velikosti rozeznáváme ioniza ní komory, proporcionální detektory a nejrozší en jší Geiger - Müllerovy po íta e. b) Polovodi ový detektor - využívá té vlastnosti ionizujícího zá ení, že p i pr chodu nabité ástice polovodi em se ionizací vytvá ejí páry, díra - elektron. Op t se tedy m í elektrický náboj. Výhodou je velká p esnost a schopnost odlišovat energii, nevýhodou je zna ná závislost na teplot a proto musí být detektory chlazeny kapalným dusíkem. c) Scintila ní detektor - je založen na vlastnosti n kterých organických i neorganických látek, které dopadající ionizující zá ení transformují na dlouhovlnné fotony viditelného sv tla, které je možno registrovat fotonásobi em. Krom m ení p írodní radioaktivity je možné detektor zá ení používat pro m ení radioaktivity stavebních materiál , ze kterých je objekt postaven. Pro orienta ní m ení se detektor zá ení umis uje 0,5 m od st n a 1m nad podlahou místnosti, p esné stanovení radioaktivity stavebních materiál je však možné pouze v laborato i.

10.2.2 M ení radonu a jeho dce iných produkt M ení radonu a jeho dce iných produkt je na rozdíl od m ení p írodní radioaktivity velmi problematické, protože jeho koncentrace ve vzduchu je ovlivn na mnoha initeli. Sta í obytnou místnost vyv trat a koncentrace radonu klesne na zlomek p vodní hodnoty. Ke zm nám koncentrace dochází i b hem dne, což souvisí se zm nami rozdílu teplot vn a uvnit objektu. Rozdíl teplot bývá zpravidla nejnižší b hem dne a nejvyšší v noci. P ísun radonu je v d sledku podtlaku vzniklému rozdílem teplot nejvyšší v noci a nejnižší ve dne (obr. 10.3).

Obr. 10.3 Výrazná zm na objemové aktivity radonu v pr b hu dne a týdne

113

Na zm nu koncentrace radonu má vliv i ro ní doba. Nejvyšší rozdíl vn a uvnit objektu je v zim , resp. b hem topné sezóny, nejnižší v lét . K tomu je nutno p i íst, že intenzita vým ny vzduchu je v zim nižší a v lét vyšší. To znamená, že koncentrace je v obytných místnostech v zim vyšší než v lét . Nezanedbatelný vliv mají i meteorologické podmínky. P i tlakové výši koncentrace radonu klesá, p i tlakové níži koncentrace radonu roste. Z uvedených skute ností je z ejmé, že okamžité m ení radonu by bylo zatíženo velkou chybou, resp. by bylo nev rohodné. Koncentraci radonu je proto nutno m it dlouhodob . Podle zp sobu m ení rozeznáváme integrální a kontinuální m ení.

10.2.2.1

Integrální m ení

Integrální m ení zachycuje velikost pr m rné koncentrace radonu v m ícím míst za sledované období, p itom není zachycena dynamika zm ny koncentrace radonu. Celková doba integrace nesmí být kratší než 7 dní a nemá být delší než 1 rok. a) Stopové detektory − jsou kruhové velmi citlivé filmy umíst né v um lohmotné kazet . Film se exponuje v obytné místnosti po dobu 1 roku. ástice alfa, které se uvol ují p i rozpadu radonu a jeho dce iných produkt , dopadají na povrchovou emulzi filmu a „vyst elují“ do ní otvory. Tyto otvory se p ed vyhodnocením zvýraz ují leptáním a jejich po et na stanovené ploše filmu se zjiš uje mikroskopem. Podle po tu otvor ve fólii filmu se dá usuzovat na objemovou aktivitu radonu (OAR) za sledované období (obr. 10.4).

b) Elektretové detektory − jsou nové typy integrálních dozimetr , založených na principu vybíjení speciálního, kladn nabitého materiálu - elektretu, umíst ného v m ící komo e. Elektret je vybíjen jak zápornými ionty, vzniklými p sobením ionizujícího zá ení na vzduch uvnit expozi ní komory, tak zápornými ionty, které vznikají rozpadem radonu, který se do ú inného objemu expozi ní komory dostává p es filtr, umíst ný v její st n . Tento filtr zabra uje pr niku dce iných produkt radonu, ale plynný radon propouští (obr. 10.5). Pokles nap tí elektretu ve sledovaném období (zpravidla 7 dn ), korigovaný na ú inky p írodního radioaktivního zá ení udává koncentraci radonu v m eném míst . Pro zvýšení p esnosti m ení se na každé m ené místo umis ují vždy dv expozi ní kom rky s elektrety.

114

Obr. 10.4 Schéma stopového detektoru radonu

Obr. 10.4 Schéma elektretového dozimetru

10.2.2.2

Kontinuální m ení radonu

Kontinuální m ení stanoví asový pr b h koncentrace v daném asovém intervalu. Velkou p edností je, že m ení m že zaznamenat dynamiku zm ny koncentrace radonu, která je závislá na mnoha initelích. Ze záznamu se pak dá zjistit vliv st ídání dne a noci a p ípadný vliv zm ny po así. Tyto m i e jsou v tšinou založeny na principu prosávání vzduchu, který obsahuje dce iné produkty radonu vázané na aerosolové ástice, p es filtr z mikrovláken. Rozpadové produkty radonu, usazené na filtru, vyza ují zá ení alfa, které je detekováno nej ast ji spektrometricky k emíkovými detektory, umíst nými v t sné blízkosti filtru (obr. 10.6).

Obr. 10.5 Schéma kontinuálního m i e objemové aktivity radonu Pom rn rychle nastane rovnováha mezi nár stem odezvy detektoru, zp sobené p ísunem aerosolových ástic s dce inými produkty rozpadu a jejich rozpadem. 115

Výsledky m ení OAR v nastavitelných asových intervalech jsou ukládány do pam ti m ícího p ístroje a po skon ení m ení mohou být výsledky zpracovány po íta em (viz obr.10.3)

10.2.2.3

Koncentrace radonu ve vod

Koncentraci radonu ve vod zjiš ujeme nej ast ji vložením m eného vzorku vody v polyetylenové lahvi do studnového scintila ního detektoru. Ten m í zá ení gama vysílané radonem a jeho dce inými produkty rozpadu v lahvi. Míra zaregistrovaných impulz je pak úm rná objemové aktivit radonu ve vod .

10.2.2.4

Koncentrace radonu v p dním vzduchu

V sou asné dob je podle stavebního zákona nutno projektovou dokumentaci doplnit o pr zkum p d z hlediska radonového rizika. Zjišt ní koncentrace radonu v p dním vzduchu a vyhledávání míst jeho pr niku k povrchu nabývá proto stále v tšího významu. Orienta n se dá míra koncentrace radonu v regionálním m ítku zjistit v odvozených mapách radonového rizika R (1 : 200 000) vydaných eským geologickým ústavem pro celé území eské republiky a nyní nov vydaného Souboru map radonového indexu (1:50 000), zve ejn ného na stránkách eské geologické služby. Podle t chto map však nelze stanovit radonové riziko na ur itém pozemku. P i m ení koncentrace radonu v p dním vzduchu na pozemku pro konkrétní stavbu se podle schválené metodiky vytvo í sí minimáln 15 m ících bod , tvo ených pažnicemi zatlu enými do hloubky 0,8 m. erpadlem se pak nasává vzduch ze zaražené pažnice a je veden do m ící aparatury, která m í objemovou aktivitu radonu v p dním vzduchu v kBq/m3. P i stanovení radonového indexu pozemku je nutno ješt v dané lokalit vzít v úvahu propustnost hornin, zjišt nou laboratorními i terénními metodami. Podle zastoupení jemnozrnných ástic v hornin adíme je do t í kategorií, a to málo, st edn a dob e propustné. Na základ kombinace nam ené objemové aktivity radonu v p dním vzduchu a propustnosti hornin rozeznáváme t i kategorie radonového indexu nízkou, st ední a vysokou. Kriteria hodnocení p d z hlediska radonového rizika je uvedeno v tab. 10.1.

Tab. 10.1:Kategorie radonového indexu Propustnost

nízká

Radonový index

objemová aktivita radonu v p dním vzduchu v kBq/m3

nízký

st ední

<30

vysoká

<20

<10

st ední

30 - 100

20 - 70

10 - 30

vysoký

>100

>70

>30

U staveb projektovaných v oblastech za azených do kategorie nízkého radonového indexu se nep edpokládá ochrana stavebního objektu. U st edního radonového indexu ochrana staveb vyžaduje jistá ochranná opat ení a u vysokého radonového indexu jsou nutná zvláštní ochranná opat ení, nebo se realizace stavby v dané lokalit v bec neuskute ní. 116

10.3

Zákony a vyhlášky

Vzhledem k tomu, že jedin ú inky radonu jsou složkou p irozeného zatížení obyvatelstva, která je do jisté míry ovlivnitelná, je v poslední dob kladen d raz i na právní ešení problému ú ink radonu, formou zákon , vyhlášek a p edpis .

Atomový zákon Jako první byla v roce 1991 vydána vyhláška .76/91 Sb. Ministerstva zdravotnictví eské republiky „O požadavcích na omezování ozá ení z radonu a dalších p írodních radionuklid .“ Problematika využívání jaderné energie a v bec zdroj s ionizujícím zá ením a ochrana obyvatelstva i jednotlivc proti ú ink m ionizujícího zá ení jak z p írodních tak z um lých zdroj vedla k vydání Zákona . 18/97 Sb. – o mírovém využívání jaderné energie a ionizujícího zá ení (atomový zákon) a o zm n a dopln ní n kterých zákon . Zákon je platný od 1. ervence 1997. V záv re ném ustanovení zákona ( §49 ) byla zrušena p edchozí vyhláška 76/91 Sb. o požadavcích na omezování ozá ení z radonu a dalších p írodních radionuklid . Zákon byl novelizován zákony . 83/98 Sb., . 71/2000 Sb., .132/2000 Sb, .13/2002, 310/2002 a 320/2002. Poslední novelizace za ala platit 1. ervence 2002. Problematika radonu je zapracována do § 6 zákona „Ozá ení z p írodních zdroj “. V odst. 4 tohoto paragrafu je uvedeno, že ten, kdo navrhuje umíst ní stavby s obytnými nebo pobytovými místnostmi nebo žádá o stavební povolení takové stavby, je povinen zajistit stanovení radonového indexu pozemku a výsledky p edložit stavebnímu ú adu. Pokud se taková stavba umis uje na pozemku s vyšším než nízkým radonovým indexem, musí být stavba preventivn chrán na proti pronikání radonu z geologického podloží. Podmínky pro provedení preventivních opat ení stanoví stavební ú ad v rozhodnutí o umíst ní stavby, nebo ve stavebním povolení. Stanovení radonového indexu pozemku se nemusí provád t v tom p ípad , bude-li stavba umíst na v terénu tak, že všechny její obvodové konstrukce budou od podloží odd leny vzduchovou vrstvou, kterou m že voln proudit vzduch. Dále je v odst. 5 § 6 specifikováno, že ve stavbách s obytnými nebo pobytovými místnostmi, u kterých úrove ozá ení z p írodních radionuklid ve vnit ním ovzduší je vyšší než provád cím právním p edpisem stanovené sm rné hodnoty a toto ozá ení lze snížit takovým zásahem, s nímž spojené o ekávané snížení zdravotní újmy je dostate né k od vodn ní škod a náklad spojených se zásahem, je vlastník budovy povinen usilovat o jeho snížení na úrove , jakou lze rozumn dosáhnout p i uvážení hospodá ských a spole enských hledisek. P esahuje-li úrove ozá ení provád cím právním p edpisem stanovené mezní hodnoty, stavební ú ad na ídí provedení nezbytných úprav na stavb z d vodu závažného ohrožení zdraví, je-li to ve ve ejném zájmu. O p ekro ení sm rných nebo mezních hodnot a o provedených zásazích musí vlastník budovy informovat nájemce. V srpnu 1997 byla v návaznosti na „atomový zákon“ vydána Státním ú adem pro jadernou bezpe nost vyhláška . 184/97 Sb. o požadavcích na zjišt ní radia ní ochrany, která platila do vydání nové vyhlášky .307/2002 Sb. o radia ní ochran , tj. do 12.7.2002. Problematice radonu je v nována p evážn tvrtá ást této nov vydané vyhlášky .307/02 Sb., ve které jsou podrobn rozvedeny odst. 4 a 5 § 6 atomového zákona. V této tvrté ásti, nazvané „Zásahy k odvrácení nebo snížení ozá ení“, je v § 94 zavád n pojem „radonový 117

index pozemku“, který je ur en k posouzení a usm rn ní možného pronikání radonu z geologického podloží do budov. Vychází z: a) reprezentativního souboru m ení objemové aktivity radonu 222 v p vodním vzduchu, b) posouzení plynopropustnosti základových p d v kontaktním prost edí budovy s geologickým podložím, c)

posouzení dalších ukazatel a charakteristik geologického podloží ovliv ujících transport radonu v základových p dách.

V § 95 „Stavby“ jsou udány sm rné hodnoty pro rozhodování o tom, zda má být ve zkolaudovaných stavbách s obytnými nebo pobytovými místnostmi proveden zásah ke snížení stávajícího ozá ení z p írodních radionuklid a zda mají být v projektovaných a stav ných budovách p ipravována a provád na opat ení proti pronikání radonu z podloží. Tyto sm rné hodnoty mají následující velikost:

Sm rné hodnoty – ve zkolaudovaných stavbách a) 400 Bq/m3 pro OAR v obytných n. pobytových místnostech b) 1 Sv/h max. p íkon fotonového dávkového ekvivalentu

Sm rné hodnoty - v projektovaných a stav ných budovách a) 200 Bq/m3 pro OAR v obytných n. pobytových místnostech b) 0,5 Sv/h max. p íkon fotonového dávkového ekvivalentu Jako kritérium nep ípustného ozá ení z p írodních radionuklid lze ozna it „mezní hodnoty“, které ve zkolaudovaných stavbách iní: a)

4000 Bq/m3 pro OAR v obytných n. pobytových místnostech

b) 10 Sv/h max. p íkon fotonového dávkového ekvivalentu

10.4

M ení radonu v praxi

V technické praxi se nej ast ji setkáváme s požadavkem m ení Objemové aktivity radonu v interiéru objektu a s ur ováním Radonového indexu pozemku. Následn jsou uvedeny p íklady obou druh m ení v praxi.

10.4.1 Stanovení objemové aktivity radonu v objektu Objektem m ení se stal malý rodinný d m v okrese Brno – venkov. Byla plánována rekonstrukce objektu, a radonové m ení se m lo stát sou ástí dokumentace k žádosti o ud lení Stavebního povolení. Objekt byl p ízemní, z malé ásti podsklepený, z cihlového zdiva a kamene, podlahy bez izolace, kryty betonovou mazaninou. Místa m ení byla vybrána dle Metodiky stanovení krátkodobých pr m rných hodnot Objemové aktivity radonu, vydané hlavním hygienikem R dne 19.1. 1995 pod .j. 2755/95. Tato metodika specifikuje pojem „pobytová místnost“ (tj. místnost, kde se minimáln 1000 hodin ro n vyskytují osoby), a je požadováno, aby m ení prob hlo ve všech pobytových místnostech pod úrovní terénu, alespo v jedné t etin pobytových místností v p ízemí, a alespo v jedné pobytové místnosti v každém dalším podlaží. 118

M ení objemové aktivity probíhalo nep etržit po dobu 7 dní, ve smyslu p íslušných vyhlášek Státního ú adu pro jadernou bezpe nost a umín né metodiky. V m eném objektu se pobytové místnosti nacházely pouze v p ízemí. Místnosti vybrané pro m ení jsou vyzna eny v p dorysném schematu objektu. Zde bylo provedeno m ení objemové aktivity radonu a sou asn stanovená dávkového p íkonu zá ení gama.

Obr. 10.6 Schematický p dorys jednotlivých podlaží objektu s vyzna ením míst m ení Použité p ístrojové vybavení Pro stanovení objemové aktivity radonu byl použit Elektretový m ící systém RM 1, jehož princip byl popsán v p edchozím textu. V každém míst m ení byly umíst ny dv m ící komory o objemu 200ml osazené elekterety, jejichž aktuální nap tí bylo p esn zm eno. M ící komory byly ponechány na místech po dobu 7 dn , poté bylo op t zm eno nap tí na elektretech, a zjišt ný úbytek nap tí umožnil výpo et pr m rné objemové aktivity radonu v daném míst .

119

Obr. 10.7 Elektretový m ící systém RM-1 (1. M ící komory o objemu 200ml, 2. M i nap tí elektret a nap ový normál, 3. elektrety) Pro m ení dávkového p íkonu zá ení gama byl použit mimo ádn citlivý p ístroj Tesla NB3201, osazený scintila ním detektorem. M ení prob hla dle adekvátní metodiky, vždy ve výšce 1m nad podlahou a 0,5m od st ny, m ení m lo zachytit p ípadný zvýšený dávkový p íkon zá ení gama zp sobený použitím nevhodných stavebních materiál , obsahujících rádium.

Obr. 10.8 Monitor dávkového p íkonu NB3201 (1. Vyhodnocovací jednotka, 2. Scintila ní detektor, 3. Kalibra ní zá i )

120

Podmínky b hem m ení Objekt byl v dob m ení b žn užíván, pouze byla výrazn omezena ventilace objektu, tj. po dobu m ení nebyla otevírána okna, aby bylo možno navodit stav užívání v nejnep ízniv jší ro ní dobu z hlediska zvyšování koncentrace radonu.

Výsledky m ení Výsledky m ení jsou uvedeny v následující tabulce. Místnost dle schematu

Ø OAR

P íkon fot. D. ekv.

Po et elektret v míst

[ Bq/m3]

[ µGy/h ]

3

265 ± 27

0,15 ± 0,01

2

4

198 ± 20

0,15 ± 0,01

2

6

101 ± 10

0,15 ± 0,01

2

9

66 ± 7

0,15 ± 0,01

2

Hodnocení objektu Na základ výsledk m ení bylo možno konstatovat, že objekt spl uje požadavky vyhlášky .307/2002 Sb. o radia ní ochran , jak z hlediska sm rných hodnot objemové aktivity radonu, tak z hlediska p íkonu fotonového dávkového ekvivalentu (dávkový p íkon zá ení gama). Na základ tohoto m ení bylo vydáno stavební povolení pro rekonstrukci objektu.

10.4.2 Stanovení radonového indexu pozemku Objektem m ení se stala parcela v okrese Vyškov, o ploše cca 1500 m2, na níž m l vyr st v budoucnu obytný objekt. M ení m lo sloužit jako podklad pro návrh protiradonové ochrany budoucího objektu.

Postup m ení a použitá technika M ení prob hlo dle p íslušných odstavc vyhlášky .307/02 Sb., tj. v p íslušných místech byly zm eny objemová aktivita radonu p dním vzduchu v a propustnost p dy pro plyny. Z t chto veli in byl posléze stanoven radonový index pozemku. Základová p da byla geologem charakterizována jako pís ito-jílovitá hlína, s p evažující pís itou složkou, tedy p da spadá ve smyslu výše uvedené vyhlášky do kategorie St ední propustnost. K m ení Objemové aktivity radonu v p dním vzduchu byla použita standardní souprava LUK3R, výrobce SMM Praha. Na zkoumaném pozemku bylo vybráno dle doporu ené metodiky (Návrh hodnocení základových p d z hlediska pronikání radonu do budov, Barnet a kol., 1989) 15 míst m ení, pravideln rozložených po ploše pozemku. V t chto místech byly zaraženy m ící pažnice, umož ující odb r vzduchu z pór zeminy v hloubce 0,8 m pod 121

povrchem. Odebrané vzorky vzduchu byly p eneseny do m ící komory p ístroje, osazené m ící vložkou. Tato vložka má vnit ní povrch pokryt specielním materiálem, která na dopad ástic zá ení reaguje registrovatelnými záblesky, které registruje scintila ní detektor, a p ístroj p ímo ur í objemovou aktivitu radonu v kBq/ m3.

Obr. 10.9 Schematické znázorn ní postupu m ení radonu v p dním vzduchu 1. zaražení m ící pažnice 2. vyražení hrotu pažnice 3. odsátí p dního vzduchu 4. vpušt ní p dního vzduchu do m ící komory p ístroje a zahájení m ení

Nam ené hodnoty jsou uvedeny v následující tabulce . OAR

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

62,3

37,6

60,2

52,0

61,2

61,1

35,1

16,8

32,1

18,2

21,8

17,0

25,3

11,6

28,1

[ kBq/m3] Pr m r OAR 36,0 kBq/m3

standardní odchylka 18,0 kBq/m3

Zat íd ní jednotlivých míst m ení do p íslušných kategorií radonového indexu charakterizuje následující diagram

122

Hodnocení pozemku Protože jedenáct z patnácti nam ených hodnot OAR p esáhlo 20 kBq/m3 ,lze pozemek za adit do kategorie St edního radonového indexu. S tím souvisí doporu ení, ohledn protiradonové ochrany. P i projektování objektu je nutno navrhnout protiradonovou ochranu minimáln na úrovni plynot sné folie, p i emž spoje izolace musí být d sledn ešeny jako plynot sné.

10.5 Zhodnocení ú inku radonu na životní prost edí Radon je jednou z celé ady škodlivin, kterým je lov k vystaven. Je to však škodlivina pom rn dob e poznaná a speciálními p ístroji zjistitelná. Radon se m že vyskytovat ve všech budovách. V p ípad zjišt ní radonu je pak nutno porovnat nam ené hodnoty se sm rnými a mezními hodnotami a v p ípad , že tyto hodnoty jsou p ekro eny, ur it zdroj radonu a vhodná stavebn technická opat ení [10.2] pro omezení koncentrace radonu.

10.6 Literatura ke kapitole [10.1] MAJBORN, B.: An Investigation of Factors Influencing Indoor Radon Concentrations, Riso National Laboratory, Dánsko, 1988 [10.2] JIRÁNEK, M., POSPÍŠIL, S.: Radon a d m, ABF, Nakladatelství ARCH, 1993 [10.3] HOBST, L.: Výskyt radonu v obytných budovách a technická ochrana proti radonu, seminá Stavebnictví m st m a obcím, Brno, erven 1996 [10.4] Zákon .18/1997 Sb. o mírovém využívání jaderné energie a ionizujícího zá ení (atomový zákon) a o zm n a dopln ní n kterých zákon [10.5] Vyhláška Státního ú adu pro jadernou bezpe nost . 307/2002 Sb. o požadavcích na zajišt ní radia ní ochrany [10.6]

SN 73 0601 Ochrana staveb proti radonu z podloží, NI, Praha, 2000 123

[12.7] JIRÁNEK, M.: Izolace proti radonu. Návrh a pokládka izolací ve stávajících stavbách. Ministerstvo pro místní rozvoj, Praha, 2002 [12.8] JIRÁNEK, M.: Odv trání radonu z podloží pod stávajícími stavbami. Stavební obzor10/99, str.289-291,1999

11 Záv r V p edložených skriptech byly stru n shrnuty základní nedestruktivní a seminedestruktivní metody, které jsou s úsp chem využívány p i stavebn technickém pr zkumu staveb. Na p íkladech pak byly ukázány možnosti t chto metod p i diagnostice stavebních konstrukcí. Rozvoj v dy a techniky však zp sobuje, že do praxe jsou zavád ny stále nové metody nedestruktivní defektoskopie a stávající metody jsou zp es ovány. Pro poslucha e, kte í se cht jí zam it na diagnostiku konstrukcí, to znamená, že neustále musí sledovat vývoj nových metod zkoušení materiálu (impakt-echo metoda, termografická metoda) a zvyšovat své encyklopedické znalosti v oblastech fyziky, kterou tyto nové nedestruktivní metody využívají.

124