Vysoké učení technické v Brně Fakulta stavební Ústav stavebního zkušebnictví CI 57 Moderní stavební materiály

Vysoké učení technické v Brně Fakulta stavební Ústav stavebního zkušebnictví

CI 57 Moderní stavební materiály

STAVEBNĚ TECHNICKÉ PRŮZKUMY DIAGNOSTIKA STAVEB ZATĚŽOVACÍ ZKOUŠKY

1

1. Úvod, terminologie

Spolehlivost

- vlastnost věci sloužit účelu, pro který byla zhotovena

Poškození

- nepříznivá změna stavu konstrukce, která může ovlivnit její funkční způsobilost

Degradace

- proces v čase způsobený převážně následujícími vlivy: -

přirozenými chem., fyzik. nebo biolog. účinky opakovaným zatížením (únava) opotřebovaností v důsledku způsobu užívání nesprávným provozem nebo údržbou

Prohlídka

- NDT šetření v místě stavby

Průzkum

- shromažďování a hodnocení informací na základě prohlídky, přezkoumání dokumentace, zatěžovacích zkoušek, odběrů vzorků a dalších zkoušek

Monitoring

- časté nebo souvislé dlouhodobé pozorování či měření stavu konstrukce či zatížení

2


Patologie stavebních konstrukcí Disciplína zaměřená na poznávání příčinných souvislostí vzniku, rozvoje a řetězení vad a poruch a jejich následků na kvalitu stavebních objektů (funkčnost, bezpečnost, spolehlivost, životnost). Metodické členění vad a poruch a určení příčin jejich vzniku za účelem prevence. Etiologie vad a poruch Část patologie zaměřená na zjišťování a stanovení příčin a podmínek vzniku vady a poruchy. Příčiny vzniku mohou být vnitřní nebo vyvolané vnějším účinkem. Diagnostika staveb Technický obor zaměřený na metody zjišťování vad a poruch objektů. Je prostředkem pro získání podkladů a objektivních informací o aktuálním stavebně technickém stavu konstrukce.

3


Vada

- skrytý nedostatek v konstrukci způsobený nevhodným návrhem, provedením, nedostatečnou údržbou

Nevhodný návrh

- chyba projektu

Nevhodné provedení

- nerespektování projektu - technologická nekázeň - zabudování nejakostních materiálů a staviv

Nedostatečná údržba

- snížení životnosti

!!! Vada nemusí vždy znamenat menší únosnost nebo použitelnost konstrukce !!! Porucha

- souhrn fyzikálních, chemických nebo jiných procesů, které narušují únosnost, použitelnost nebo trvanlivost staveb.

!!! PORUCHA je následkem VADY !!! Výjimkou jsou nepředpokládané vlivy na stavební objekt – živelné a jiné katastrofy.

4

2. Hodnocení konstrukcí

Průzkumy jsou součástí „HODNOCENÍ STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ“ = činností pro ověření spolehlivosti existující konstrukce z hlediska jejich budoucího použití Metodický postup hodnocení vad a poruch

ČSN 73 0038 Navrhování a posuzování stavebních konstrukcí při přestavbách (platnost ukončena k 1.9.2005) ČSN ISO 13822 Zásady navrhování konstrukcí - Hodnocení existujících konstrukcí (vydána 1.8.2005) Komplexní diagnostika objektu: Vždy spolupráce diagnostika, statika, geotechnika, případně dalších specialistů (historie, geodézie, apod.)

5


Metodický postup hodnocení vad a poruch – ČSN ISO 13822 a) Stanovení účelu diagnostiky konstrukce b) Předběžný stavebně technický průzkum: 1) 2) 3) 4)

vyhledání a studium dostupné dokumentace a dalších údajů předběžná vizuální prohlídka vzdušných líců (místní šetření) rozhodnutí o okamžitých opatřeních doporučení pro podrobné hodnocení (vypracování metodiky podrobného stavebně technického a statického průzkumu)

c) Podrobný stavebně technický průzkum 1) podrobné vyhledání a prověření dokumentace, 2) podrobná defektoskopická prohlídka vzdušných líců i vizuálně nepřístupných částí nosných konstrukcí (otevření sond, endoskopická defektoskopie) 3) zjištění geometrických tvarů a skutečných rozměrů konstrukce

6


Metodický postup hodnocení vad a poruch – ČSN ISO 13822 4) 5) 6) 7)

stanovení reálného statického schématu konstrukčního systému stanovení parametrů kvality materiálů nosné konstrukce zatěžovací zkouška stropní konstrukce dlouhodobé sledování časově závislého průběhu procesu propagace vad a poruch konstrukce

d) Výsledky diagnostiky konstrukce: 1) závěrečná hodnotící zpráva aktuálního stavebně technického a statického stavu konstrukce 2) identifikace příčin poruch a vad konstrukce 3) návrh variantních koncepčních konstrukčních řešení pro opatření ČSN ISO 13822, čl. 4.5.2 Předběžná prohlídka Kvalitativní zatřídění stavu konstrukce podle poškození žádné

menší

mírné

závažné

destrukční

neznámé

7


Kvalitativní hodnotící stupně dle ČSN ISO 13822

1 běžné opotřebení

dobrá bezpečnost, dobrá jakost

2 závada

dobrá bezpečnost, zhoršená jakost

3 nevýznamná porucha

podstatnější snížení bezpečnosti, velmi mírné zhoršení jakosti

4 významná porucha

podstatnější snížení bezpečnosti i jakosti, není bezprostřední ohrožení

5 havarijní porucha

bezpečnost je vážně bezprostředně ohrožena stejně jako jakost

8


Schéma postupu dle ČSN ISO 13822

první prohlídka

ANO

vstupní údaje, bezpečné podklady

hrozí bezprostřední zřícení ?

statické posouzení – zpracování údajů z první prohlídky

ANO

konstrukce je spolehlivá ?

NE

je možné zjistit další údaje ?

NE

ANO další prohlídka

údaje z další prohlídky

statické posouzení – zpracování údajů z další prohlídky

konstrukce je spolehlivá ?

ANO NE

možno získat další údaje ?

NE konstrukce je spolehlivá a stavbu je možno užívat

konstrukce je nespolehlivá, stavbu nebo ohrožený prostor nutno vyklidit nebo zabezpečit

9

3. Základy

Postup při diagnostice základů: 1) spolupráce s geologem a geotechnikem 2) pokud podmínky umožňují, provést kopanou sondu k základové spáře 3) tvar a geometrie základu, stanovení materiálových charakteristik 4) geologický vrt (stanovení parametrů zemin)

10

3. Základy

PIT zkoušky, integrita pilot -

kontrola integrity pilot a podzemních stěn ultrazvukem

-

měření je provedeno souběžným vytahováním dvou sond (vysílač a přijímač) přes kalibrované vodící kladky.

-

při pohybu sond v pilotě se průběžně kontroluje jejich poloha a kvalita signálu. Data jsou ukládána v pravidelných časových intervalech

lze zjistit

nelze zjistit

-

hloubku paty piloty

-

zakřivení piloty

-

trhliny v betonu

-

špatné krytí výztuže

-

pracovní spáry

-

nevyčištěná pata piloty

-

výraznou změnu profilu

-

postupné změny profilu

-

náhlé změny v podloží

-

Postupné změny v podloží

-

výrazné změny materiálu

-

malé odlišnosti materiálu

11

3. Základy

PIT zkoušky, integrita pilot

12

4. Nosné konstrukce

Cíle diagnostického průzkumu nosných konstrukcí -

identifikovat konstrukční systém reálného provedení – statické schéma ověřit skladbu a kvalitu materiálů nosné konstrukce identifikovat skladbu podlahového souvrství identifikovat skladbu podhledů posoudit příčiny vad a poruch (podlaha, NK, podhled)

Diagnostické metody

-

vizuální prohlídka vzdušných líců akustická trasovací metoda radiografická nebo magnetická kontrola vyztužení endoskopická vizuální defektoskopie semidestruktivní metody ultrazvuková metoda stanovení tloušťky ocelových prvků zatěžovací zkoušky

13

Akustická trasovací metoda Principem metody je odposlech akustické odezvy zkoušeného souvrství při poklepu tvrdým předmětem. Poklep se vede na vzdušný líc konstrukce.

Akustická odezva je pak následující: - zvonivá - dunivá - křaplavá

Úderník Kovová koule  50 mm. Přechodový člen Uchycení úderníku k madlu. Madlo Teleskopická tyč.

14

Využití akustické trasovací metody Diagnostika z horního líce stropní konstrukce: -

posouzení soudržnosti nášlapných vrstev podlah

Diagnostika z dolního líce stropní konstrukce: -

posouzení soudržnosti všech materiálů podhledových omítek a přídržnosti k materiálu nosné konstrukce (celoplošné kontaktní omítky)

-

identifikace zavěšeného podhledu (starší typy vylehčených podhledů, sádrokarton, dřevěné podbití s rákosovou omítkou, atp.)

-

identifikace polohy, počtu a směru pnutí nosných prvků konstrukce

15

Endoskopická vizuální defektoskopie Efektivní metoda pro diagnostiku a defektoskopické prohlídky především v následujících případech:

- inspekční prohlídka dolního líce nosných prvků stropní konstrukce nad stávajícím podhledem (prohlídky bočních stěn trámů a dolního líce desky resp. záklopu v mezitrámových a mezižeberních prostorách) - inspekční prohlídka vnitřních dutin keramických stropních vložek a desek.

- inspekční prohlídka vnitřních částí dutinových železobetonových nebo předpjatých prefabrikátů. - zaměření geometrických parametrů konstrukčních prvků v nepřístupných částech stropního systému.

16

Endoskopické systémy

PEVNÉ (RIGITNÍ)

OHEBNÉ (FLEXIBILNÍ)

Boroskopy

Fibroskopy

Přenos obrazu

klasická optika

vláknová optika

CCD čip

Výhody systému

teplotní odolnost optika

flexibilita dálkové ovládání konce výměnné objektivy

flexibilita dálkové ovládání konce výměnné objektivy max. délka až 50 m přímá digitalizace měření reálných rozměrů integrace světelného zdroj automatické řízení intenzity osvětlení

Videoskopy

17

Endoskopická vizuální defektoskopie - BOROSKOP 1 2

4

3

1)

hrot inspekční (pevné trubice) se zabudovaným optickým hranolem umožňujícím nastavení úhlu pohledu

2)

koncovka s hledím a manipulátory (zoom, zaostření, úhel pohledu, otáčení inspekční trubice okolo podélné osy)

3)

světlovodný kabel

4)

světelný zdroj 18

Endoskopická vizuální defektoskopie - VIDEOSKOP

2 4 1

3

1)

inspekční sonda

2)

integrovaný displej

3)

ovládací sekce

4)

řídící jednotka se zdrojem

19

Odběr vzorků pro stanovení materiálových parametrů Zděné konstrukce - odběr jádrových vývrtů (tloušťka stěny, vazba zdiva, kvalita materiálů) - NDT zkoušky zdiva (stanovení únosnosti zdiva) Betonové konstrukce -

odběr jádrových vývrtů (tloušťka stěny, struktura betonu, kvalita) NDT zkoušky pevnosti betonu NDT zkoušky homogenity profometrické a radiografické kontroly vyztužení

Ocelové konstrukce - odběr vzorků pro laboratorní tahové zkoušky oceli - ultrazvuková a radiografická kontrola spojů a svarů, tloušťky profilů - geometrie jednotlivých prvků (vazníky atd.)

20

Jádrové vývrty ČSN EN 12504-1

Zkoušení betonu v konstrukcích vyšetření, a zkoušení v tlaku

– Část 1: Vývrty – Odběr,

Vývrty získané jádrovým vrtákem jsou pečlivě vyšetřeny, upraveny zabroušením nebo koncováním a zkoušeny v tlaku normovým postupem. Odběr vývrtu - vždy značný zásah do konstrukce. Před vlastním provedením vývrtů je nezbytné plně zvážit účel zkoušení a hodnocení výsledných údajů

Umístění vývrtů

-

volí v návaznosti na konstrukční důsledky odebrat z míst největšího tlakového namáhání přednostně z míst, kde je minimum výztuže ne v blízkosti spár nebo hran betonových prvků

Průměr vývrtů

-

co nejmenší, minimální zásah do konstrukce co největší kvůli struktuře betonu pokud je velikost maximálního zrna kameniva (nikoliv frakce!) větší než 1/3 průměru vývrtu, má to značný vliv na pevnost.

21

Jádrové vývrty

22

Komplexní diagnostika ŽB trámové konstrukce (strop Hennebique)

23

Komplexní diagnostika „zavěšené“ ŽB konstrukce

24

Komplexní diagnostika „zavěšené“ ŽB konstrukce

-

stáří cca 120 let

-

zatížitelnost 500 kg/m2

-

výztuž ISTEG

25

Zatěžovací zkouška stropní konstrukce ČSN 73 2030 Zatěžovací zkoušky stavebních konstrukcí (společná ustanovení)

(duben 1994)

Konstrukce pozemních staveb - zatěžovací zkoušky stropních konstrukcí - zatěžovací zkoušky střešních konstrukcí - zatěžovací zkoušky nezabudovaných konstrukčních dílců Laboratorní zkoušky - zatěžovací zkoušky modelů mostních konstrukcí - zatěžovací zkoušky modelů stropních konstrukcí a stropních dílců - zvláštní druhy zatěžovacích zkoušek

26

Zatěžovací zkouška stropní konstrukce Spolehlivost zkoušené konstrukce -

podmínky spolehlivosti při prováděné zatěžovací zkoušce musí odpovídat spolehlivosti stanovené výpočtem dle příslušných norem pro provádění dílčí součinitele je nutno stanovit v souladu s příslušnými normami pro navrhování

Oprávnění ke zkouškám -

odborná způsobilost a kvalifikace provádějících pracovníků

-

příslušné kalibrace používaných přístrojů

-

akreditace příslušných typů zkoušek (terénní, laboratorní apod.)

Bezpečnostní opatření -

obecně platná směrnice BOZP

-

zkoušky in-situ na staveništi dále dle pokynů stavby

-

laboratorní zkoušky dle příslušných laboratorních řádů a směrnic

27

Zatěžovací zkouška stropní konstrukce Účel zatěžovacích zkoušek -

posoudit spolehlivost konstrukce

- souvislost s příslušnými předpisy - pochybnosti o shodě provedení a návrhu konstrukce

-

ověření výpočtových modelů

- jejich nedostatečná výstižnost - chyby ve výpočtových modelech

-

posoudit spolehlivost stávající konstrukce

Druhy zatěžovacích zkoušek Z hlediska způsobu vyhodnocení dělíme na: - zatěžovací zkoušky prováděné do dosažení meze únosnosti - zatěžovací zkoušky prováděné bez dosažení meze únosnosti Z hlediska účelu dělíme na: - průkazní (ověření spolehlivosti před zahájením výroby) - kontrolní (ověření v průběhu nebo po dokončení výroby) - ostatní (diagnostika, výzkum atd.)

28

Zatěžovací zkouška stropní konstrukce Program zkoušky obsahující: -

stanovení účelu a rozsahu zatěžovací zkoušky

-

údaje o skutečném stavu předmětné konstrukce (geometrie, materiály, provedení stavby atd.)

-

požadavky na konstrukci z hlediska MS únosnosti a MS použitelnosti

-

druh a intenzita zatížení

-

rozdělení celkového zatížení do dílčích zatěžovacích stupňů

-

délka působení jednotlivých stupňů zatížení

-

definování jednotlivých měřených veličin

-

druh a typ použitých snímačů

-

způsob rozmístění na konstrukci

-

údaje o přístrojích pro snímání veličin včetně vyhodnocovacích jednotek

-

stanovení hodnocení výsledků zatěžovací zkoušky

-

metodika a způsob výběru zkoušených konstrukcí

-

specifikace platnosti zatěžovací zkoušky

-

předpokládaný harmonogram provádění zatěžovací zkoušky

29

Zatěžovací zkouška stropní konstrukce Nepřímé měření deformací - geodetické měření -

měřící lať (nejjednodušší a nejméně přesný nástroj pro snímání deformací)

-

niveleta (přesnější metoda, avšak závislá na vzdálenosti přístroje od měřené konstrukce)

-

osazení libovolného počtu měřících bodů na sledované konstrukci

-

nemožnost kontinuálního snímání hodnot

-

použití zejména u mostních a silničních konstrukcí

Klasický průhyboměr – Metra Frič -

snímač spojen s měřenou konstrukcí přímo vodícím lankem (ocel. Lanko; invarový drát)

-

mechanický odečet hodnot deformace na analogovém číselném úchylkoměru

-

měřící rozsah 30 mm s citlivostí 0,1 mm

-

lze i v dnešní době využívat zejména pro dlouhodobé sledování deformací od průhybů nosných konstrukcí

30

Zatěžovací zkouška stropní konstrukce Elektrické snímače deformací - potenciometr -

stejný princip měření jako klasický průhyboměr

-

možnost kontinuálního snímání hodnot

-

rozsah měření až 120 mm; citlivost 0,01 mm

-

osazení do stativu

Indukčnostní snímač dráhy -

použití pro sledování pohybu v trhlinách

-

přetvoření materiálu

Strunový tenzometr -

použití pro sledování pohybu v trhlinách

-


Odporový tenzometr -


31

Zatěžovací zkouška stropní konstrukce

zatížení

13´ b 9 5

Gs + Vd

10

6

3

Gs + Vs

Gs

13

4 1 2

7

8

11

12 čas

Gs Vs Vd

-

provozní hodnota stálého zatížení provozní hodnota nahodilého zatížení extrémní hodnota nahodilého zatížení

(bod 1) (bod 3) (bod 5)

Zatížení v bodech 9, 13 a dále se vždy zvýší o cca 10 – 20 % oproti předcházející hodnotě vycházející ze zatěžovacího kroku 5 (Gs + Vd) 32

Zatěžovací zkouška stropní konstrukce Při zatěžovací zkoušce do dosažení meze únosnosti je konstrukce z hlediska MSÚ spolehlivá: -

experimentální hodnota únosnosti je větší než hodnota výpočtová násobena součinitelem bezpečnosti exp

-

Při zatížení na hodnotu Gs + Vd a odlehčení na hodnotu Gs (body 6 a 8 v postupu) musí být poměr mezi celkovou a trvalou deformací menší než 1

-

pokud je poměr trvalé/celkové deformace větší nežli 1 a menší než 2 1 lze zkoušku opakovat s tím, že poměr trvalé/celkové deformace 2 může být maximálně polovina 1

Při zatěžovací zkoušce do dosažení únosnosti je konstrukce z hlediska MSP spolehlivá: -

experimentální hodnota přetvárného účinku od zatížení odpovídajícímu provoznímu nahodilému zatížení, se neliší od teoretického přetvárného téhož účinku o více než  

-

experimentální hodnota přetvárného účinku od zatížení odpovídající provoznímu nahodilému je menší než část mezní hodnoty přetvoření v normách pro navrhování

33

Zatěžovací zkouška stropní konstrukce Při zatěžovací zkoušce do dosažení meze únosnosti je konstrukce z hlediska MSÚ spolehlivá: -

-

-

Součinitel spolehlivosti zkoušení: -

pro prvky porušené ohybem

exp = 1,6

-

pro prvky porušené tlakem a smykem

exp = 1,4

Součinitel 1: -

pro konstrukce ze železového betonu

𝜆1 = 0,30 − 0,1

-

pro konstrukce z předpjatého betonu

𝜆1 = 0,25 − 0,1

𝑉𝑑 𝑉𝑑 +𝑉𝑠 𝑉𝑑 𝑉𝑑 +𝑉𝑠

Součinitel  -

pro konstrukce ze železového betonu

 = 0,40

-

pro konstrukce z předpjatého betonu

 = 0,30

34


35


36

Zatěžovací zkouška stropní konstrukce deformace prvku

popis měřeného místa

ZATÍŽENÍ stálé

ZATÍŽENÍ nahodilé provozni

ZATÍŽENÍ nahodilé extrémní

ODTÍŽENÍ stálé

vyhodnocení

trvalá deformace

celková deformace

poměr trvalé a celkové deformace

součinitel 1

hodnocení (kritérium)

Sr

Stot

Sr / Stot

1

Sr / Stot < 1

[mm]

[mm]

[mm]

[mm]

[mm]

[mm]

[-]

[-]

[-]

snímač 1

0.270

0.727

1.092

0.361

0.091

0.822

0.111

0.137

ANO

snímač 2

0.321

0.854

1.347

0.422

0.101

1.026

0.098

0.137

ANO

snímač 3

0.222

0.620

0.978

0.303

0.081

0.756

0.107

0.137

ANO

snímač 6

-0.095

-0.275

-0.391

-0.131

-0.036

-0.296

0.121

0.137

ANO

snímač 7

-0.106

-0.304

-0.438

-0.142

-0.036

-0.332

0.109

0.137

ANO

snímač 8

-0.096

-0.270

-0.391

-0.128

-0.033

-0.295

0.110

0.137

ANO

37


38


39

Zatěžovací zkoušky modelů Důvody ekonomické a obtížnost zkoušek hotových konstrukcí vede k uspořádání studijní zatěžovací zkoušky fyzikálního modelu konstrukce. Modelování se řídí zákony modelové podobnosti, z nichž je pro různé druhy modelů stavebních konstrukcí možno uvést: -

podobnost geometrickou charakterizovanou konstantou geometrické podobnosti určující jednotný geometrický vztah mezi rozměry konstrukce L a modelu l,

a -

L1 L2  l1 l2

fyzikální podobnost materiálů (E, )

určující plochy konstrukčních prvků modelu za podmínky dodržení platnosti Navierovy hypotézy a Hookova zákona. Z této podmínky určujeme měřítko sil tak, aby nebyla poškozena mez úměrnosti materiálu modelu (např. volíme makromolekulární látky, sádru, pryž apod.).

40

Zatěžovací zkoušky modelů

41


42


43


44

Zatěžovací zkoušky modelů Napětí v betonu y se znázorněnými trhlinami

Napětí v betonu y s trhlinami

45


46

Vysoké učení technické v Brně Fakulta stavební Ústav stavebního zkušebnictví CI 57 Moderní stavební materiály

Recommend Documents