Vysoké učení technické v Brně Fakulta stavební Ústav stavebního zkušebnictví

Vysoké učení technické v Brně Fakulta stavební Ústav stavebního zkušebnictví

Ing. Pavel Schmid, Ph.D.

Praktické aspekty diagnostiky stavebních konstrukcí Practical aspects of structural diagnostics on civil constructions

Zkrácená verze habilitační práce

BRNO 2011

KLÍČOVÁ SLOVA diagnostika staveb, průzkum, hodnocení existujících konstrukcí, poškození, degradace, zatěžovací zkouška, materiálové vlastnosti, monitorování, endoskopická defektoskopie, funkční způsobilost konstrukce

KEY WORDS structural diagnostics on civil constructions, investigation, assessment of existing structures, damage, deterioration, load testing, material properties, endoscopy, monitoring, structural performance

MÍSTO ULOŽENÍ PRÁCE Originál práce je uložen v archivu PVO FAST VUT v Brně

© Pavel Schmid, 2011 ISBN 978-80-214-4327-3 ISSN 1213-4198

OBSAH 1 ÚVOD ........................................................................................................................................... 5 2 BETONOVÉ KONSTRUKCE Z PRVNÍ POLOVINY 20. STOLETÍ ........................................ 6 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

Historické předpisy a normy ................................................................................................ 6 Vývoj požadavků na pevnostní parametry betonu ............................................................... 7 Základní metodika a aspekty diagnostiky historických betonových konstrukcí.................. 8 Příkladová studie diagnostiky stropní konstrukce ............................................................. 11 Souhrnný závěr .................................................................................................................. 17

3 STROPNÍ SYSTÉM Z KERAMICKÝCH HURDISKOVÝCH DÍLCŮ ................................... 19 3.1 3.2 3.3 3.4

Historický přehled navrhování a provádění hurdiskových stropních konstrukcí .............. 20 Poruchy a havárie hurdiskových stropů ............................................................................. 23 Procesy a faktory scénářů poruch hurdiskových stropů..................................................... 26 Souhrnný závěr .................................................................................................................. 31

4 METODY SLEDOVÁNÍ DLOUHODOBÉHO CHOVÁNÍ KONSTRUKCÍ ........................... 32 4.1 4.2 4.3

Základní metody pro terénNí měření ................................................................................. 32 Základní metody pro laboratorní měření ........................................................................... 34 Souhrnný závěr .................................................................................................................. 35

5 VÝBĚR Z POUŽITÉ LITERATURY ........................................................................................ 35 ABSTRACT ................................................................................................................................... 38

3

PŘEDSTAVENÍ AUTORA Jméno a příjmení: Pavel Schmid Datum a místo narození: 23. 10. 1967 v Brně Adresa do zaměstnání: Ústav stavebního zkušebnictví, Fakulta stavební VUT v Brně Veveří 331/95, 602 00 Brno, ČR Telefon 541 147 491, fax 541 321 047 E-mail [email protected] Vzdělání, pedagogické a vědecké hodnosti: • maturita – 1986, Gymnázium tř. kpt. Jaroše v Brně; matematicko fyzikální zaměření středoškolského studia, maturitní zkouška s vyznamenáním; • Ing. – 1992, Fakulta stavební VUT v Brně; obor 36-31-8 Pozemní stavby; • Ph.D. – 2000, Fakulta stavební VUT v Brně, obor 36-06-9 Teorie konstrukcí. Zaměstnání, pracovní zařazení a funkce: • 1986–1987 PREFA n.p., závod Panelárna Chrlice, technicko hospodářský pracovník – příprava výroby; • 1992-1994 Ústav stavební mechaniky, Fakulta stavební VUT v Brně, Veveří 95, 662 37 Brno, interní doktorand; • 1994-1996 Fakultní zkušebna FAST VUT v Brně, Údolní 53, 602 00 Brno, vědeckovýzkumný pracovník; • 1996-2003 Ústav stavebnin a zkušebních metod, Fakulta stavební VUT v Brně, Údolní 53, 602 00 Brno, odborný asistent (v letech 1999 až 2003 zástupce vedoucího ústavu); • od 2003 doposud - Ústav stavebního zkušebnictví, Fakulta stavební VUT v Brně, Veveří 95, 602 00 Brno, odborný asistent. Další odborná praxe: • 1999 – Autorizace v oboru statika a dynamika staveb, ČKAIT 1003372 • 2000 – Autorizace v oboru zkoušení a diagnostika staveb, ČKAIT 1003372 Odborné a výzkumné zaměření: Diagnostika staveb při hodnocení aktuálního stavebně technického a statického stavu existujících konstrukcí. Plánování a realizace laboratorních zkoušek jak z hlediska zkoušení základních fyzikálně mechanických a lomových parametrů stavebních materiálů, tak i z hlediska realizací experimentální analýzy na konstrukčních prvcích, modelech i reálných konstrukcích. Experimentální analýzy konstrukcí in-situ. Vyučované předměty: Experimentální metody vyšetřování konstrukcí, Stavební látky, Zkušebnictví a technologie, Diagnostika stavebních konstrukcí, Diplomový seminář I a II (K-SZK), Bakalářský seminář (KSZK), Doktorský seminář (KDS) Publikační činnost a granty do r. 2010: Publikací celkem více jak 110. Do roku 2010 člen řešitelských kolektivů více než 26 výzkumných projektů. Doktorandi: V období 2001–2010 školitel 6 doktorandů, dvě disertační práce obhájeny.

1

ÚVOD

Jedním z nosných oborů stavebního inženýrství je hodnocení a posuzovaní existujících stavebních konstrukcí s cílem prodloužení životnosti a dosažení požadované bezpečnosti a spolehlivosti konstrukčních prvků a celků. Hodnocení těchto konstrukcí vychází z podstatně odlišného pojetí, než je navrhování nových konstrukcí a vyžaduje znalosti překračující rozsah platných návrhových norem. Při hodnocení existujících konstrukcí se uplatňují diagnostické metody. Diagnostika stavebních konstrukcí je oborem, který zahrnuje soubor metod a postupů umožňujících získání objektivních a věrohodných údajů o aktuálním stavebně technickém a statickém stavu konstrukcí, jejich spolehlivosti a bezpečnosti. Obecně je diagnostický průzkum zaměřen na hodnocení materiálových, technických, stavebně fyzikálních, chemických a dalších vlastností konstrukcí a zabudovaných stavebních materiálů. Součástí diagnostiky je i prověřování a identifikace projektového řešení, vlastní realizace stavby, užívání, údržby a monitoring veškerých stavebních zásahů na hodnocených objektech. Na základě analýzy zjištěných údajů se vyhodnocuje reálný aktuální stav existující konstrukce, specifikují se příčiny a stanovuje riziko poruch, hodnotí se funkční způsobilost a spolehlivost dílčích konstrukčních prvků a objektu jako celku. Převážně ekonomické, ale i technické důvody, omezují ve většině případů realizaci diagnostických prací na nejnutnější rozsah. Převážná část získaných dat a informací je tak zatížena jistou neurčitostí a chybou. Podstatnou roli při hodnocení aktuálního stavu hodnocených existujících stavebních objektů tedy mají znalosti a zkušenosti specialistů a expertů provádějících průzkumné práce, analýzu a hodnocení. Habilitační práce si neklade za cíl komentovat a podrobně dokumentovat veškerá hlediska oboru diagnostiky stavebních konstrukcí. Základní motivací autora je upozornit na některé aspekty, které mají při komplexním hodnocení existujících konstrukcí silně interdisciplinární charakter. V první kapitole je pozornost věnována problematice hodnocení železobetonových konstrukcí, které byly realizovány na začátku a v první polovině minulého století. Tyto konstrukce si vyžadují mimořádně citlivý přístup, protože pochází z období prvních rozsáhlejších aplikací betonu do nosných konstrukcí v podmínkách českého a slovenského stavitelství. Základní motivací pro druhou část práce je snaha o komplexní příspěvek ke stále diskutované problematice hodnocení aktuálního stavebně technického a statického stavu hurdiskových stropů. Tento u nás oblíbený a téměř sto let užívaný konstrukční systém se stává obětí mediální kampaně, jejíž následky mohou být fatální. V současné době je v České republice zastavena výroba keramických hurdiskových stropních dílců a lze doufat v její brzké obnovení. Je nutno přesvědčit nejen zainteresovanou odbornou veřejnost, ale především stávající uživatele a potenciální investory a stavebníky, že vhodně aplikované diagnostické metody průkazně a jednoznačně prokáží spolehlivost a bezpečnost exitujících konstrukcí. Stávající poznatky by měly být zohledněny a v plném rozsahu aplikovány nejen v oboru diagnostika staveb, ale především při projekční přípravě a vlastní realizaci tohoto konstrukčního systému. V tomto ohledu je také podstatný přístup výrobců keramického stavebního výrobku. Lze předpokládat, že dnešní úroveň znalostí a možností v oblasti technologie výroby keramických staviv a výrobků spolehlivě zaručí jakost a kvalitu na takové úrovni, že případné vady a poruchy nových stropních konstrukcí budou souviset spíše s projekční a realizační činností. Závěrečná kapitola je ve své podstatě pohledem na perspektivní možnosti budoucího vývoje oboru diagnostika staveb u špičkových a technicky náročných stavebních konstrukcí. Průběžné hodnocení stavu konstrukce sledované od jejího vzniku umožní objektivně hodnotit míru rizika ochabnutí únosnosti a zcela jistě umožní reálně hodnotit predikci zbytkové životnosti konstrukce a zvolit efektivní způsob revitalizačních opatření v optimální dobu. Poslední kapitola práce shrnuje současné poznatky z oblasti dlouhodobého sledování konstrukcí a specifikuje metody, které zajistí

5

objektivní hodnocení aktuálního stavu nejen z krátkodobého, ale především z dlouhodobého hlediska. Vhodně zvolené metody a spolehlivé přístrojové vybavení zajistí kompatibilitu i pro budoucí generací specialistů v oboru diagnostika stavebních konstrukcí.

2

BETONOVÉ KONSTRUKCE Z PRVNÍ POLOVINY 20. STOLETÍ

Stavební, technický i společenský vývoj na začátku 20. století dokládají významné stavby spojené s počátkem používání betonu v podmínkách českého stavitelství. Existující betonové konstrukce z tohoto období slouží svým účelům více než půl století a mnohé z nich téměř sto let. Dle současných požadavků na betonové konstrukce jsou tyto na sklonku životnosti a je tedy nutno odpovědně rozhodnout, jak k této problematice přistupovat. Z pohledu současně platných evropských norem tyto konstrukce v naprosté většině nesplňují jejich striktní požadavky, přesto doposud v dostatečné míře vyhovují svému účelu. Mnohé z těchto konstrukcí dokládají schopnosti dřívějších stavitelů, nápaditost inženýrů a řemeslnou dovednost stavařů, kteří byli schopni s minimálními prostředky navrhovat a realizovat na svou dobu velmi náročné konstrukce. Při diagnostice existujících staveb jsou velice často identifikovány původní stropní konstrukce podle Monierova patentu nebo pro větší rozpětí stropy Koenenovy, případně žebírkové stropy systému Hennebique. Pro celkový přístup k vedení a vyhodnocení diagnostických prací na těchto konstrukcích je zásadní dostatečná znalost tehdejších konceptů navrhování a realizace betonových staveb. Spolehlivost a mechanická stabilita stavebních konstrukcí byla v dřívějších dobách garantována zkušeností stavitele, později dokladována výpočty, kterými se prokazovalo splnění příslušných podmínek. První celosvětově rozšířenou metodou navrhování stavebních konstrukcí byla metoda dovoleného namáhání používaná od konce 19. stol. Vychází z podmínky, že namáhání materiálu při daných zatěžovacích účincích je menší než namáhání materiálu při porušení dělené koeficientem bezpečnosti. Pravděpodobnost selhání konstrukce je v této metodě vyjádřena pouze jedinou veličinou a to koeficientem bezpečnosti. Vlastnosti materiálů, ovlivňující odolnost nosné konstrukce, se v metodě dovolených namáhání obvykle vyjadřovaly aritmetickým průměrem z výsledků zkoušek pevnosti materiálu. Koncem čtyřicátých let se u nás začala používat metoda stupně bezpečnosti. Tato metoda rovněž vycházela z průměrných nebo přibližně průměrných pevností materiálu. Z těchto hodnot se stanovila únosnost průřezu a tato hodnota musela být o předepsaný násobek větší než účinek zatížení. Hlavním nedostatkem obou těchto metod byla nemožnost přihlédnout k nejistotám jednotlivých základních veličin a teoretických modelů. Pravděpodobnost poruchy lze u těchto metod explicitně ovlivnit pouze jedinou veličinou. Přibližně v polovině minulého století je zaváděna do praxe metoda mezních stavů, která podstatně odstraňuje zmíněné nedostatky. Velice citlivým aspektem při diagnostice těchto konstrukcí je nutný specifický přístup k hodnocení kvality betonu. Z hlediska současných představ a předpisů pro konstrukční betony je jejich kvalita velice problematická. Zvláště u konstrukcí zabudovaných v interiérech zůstává otázkou, jak výrazně se změnily fyzikálně mechanické parametry tohoto materiálu od realizace konstrukce až po dobu hodnocení jejich aktuálního stavu. Tuto část diagnostických prací je nutno ve všech fázích provádět nadmíru zodpovědně a je nutné zohlednit tehdejší předpisy pro kvalitu betonu a technologické možnosti při výrobě čerstvého betonu, jeho ukládání a hutnění a následné ošetřování. 2.1

HISTORICKÉ PŘEDPISY A NORMY

Počátkem dvacátého století platily pro provádění stavebních prací stavební řády specifikované zvlášť pro dílčí regiony monarchie. Například pro země moravské platil Stavební řád brněnský ze dne 16. června 1894 novelizovaný 16. června 1914. Pro betonové konstrukce byl 15. června 1911

6

vydán Předpis o zřizování nosných konstrukcí ze železového nebo prostého betonu, který byl upraven dodatkem ze dne 15. září 1918. Při vzniku samostatného Československého státu byly v zájmu zachování kontinuity ponechány v platnosti dosavadní předpisy, tedy v Čechách, na Moravě a ve Slezsku předpisy rakouské, na Slovensku a Podkarpatské Rusi předpisy uherské. Roku 1918 zřídila česká sekce Inženýrské komory v Praze zvláštní komisi pro vypracování nových jednotných předpisů pro stavby ze železového betonu. Komise byla složena ze zástupců vysokých škol technických, výkonné praxe, podnikatelů a zástupců veřejné správy, předsedou byl prof. Ing. František Klokner, zpravodajem prof. Dr. Stanislav Bechyně. Prvním výsledkem práce komise bylo Ustanovení o provádění a účtování betonářských prací vydané roku 1922. Po zdlouhavém připomínkovém řízení byly v roce 1931 vydány první československé státní normy pro betonové stavby: • • • •

ČSN 1090 Navrhování betonových staveb, ČSN 1091 Provádění betonářských prací, ČSN 1093 Stavební kontrola betonářských prací, ČSN 1092 Účtování betonářských prací.

Normu ČSN 1090 v roce 1948 doplnil dodatek ČSN 1090-1948 Navrhování staveb ze železového betonu podle stupně bezpečnosti a roku 1945 vyšla ČSN 1494-1945 Hotové stavební prvky ze železového betonu. Tyto normy zůstaly v platnosti až do roku 1955, kdy je nahradila ČSN 73 2001-1955 Projektování betonových staveb. Kromě norem pro betonové konstrukce byly vydány cementářské normy. V roce 1925 Normy pro dodávání a zkoušení portlandského cementu a následně soubor norem a předpisů z roku 1934: • • • •

Normy pro dodávání a zkoušení portlandských cementů, Předpisy pro dodávání a zkoušení železoportlandského cementu, Předpisy pro dodávání a zkoušení vysokopecního cementu , Předpisy pro dodávání a zkoušení hlinitanových cementů.

V roce 1943 byla vypracována norma ČSN 1213-1943 Cement portlandský, železoportlandský a vysokopecní. Další vývoj normativních předpisů je relativně dostatečně zmapován v současné odborné literatuře, proto není dále komentován. V habilitační práci je pozornost věnována vývoji normových požadavků pro navrhování a posuzování betonových konstrukcí, zkušebnictví a provádění betonářských prací. V následujícím oddíle je stručně porovnáno hodnocení pevnostních parametrů betonu předpisů a norem s diskutovaného období se současnými přístupy. 2.2

VÝVOJ POŽADAVKŮ NA PEVNOSTNÍ PARAMETRY BETONU

Pevnost betonu se v současných předpisech klasifikuje dle charakteristické pevnosti v tlaku zjištěné na válcích o průměru 150 mm a výšce 300 mm ve stáří 28 dnů (fck,cyl) nebo dle charakteristické pevnosti v tlaku zkušebních krychlí o hraně 150 mm ve stáří 28 dnů (fck,cube). Charakteristickou pevností se rozumí hodnota pevnosti, pro kterou lze očekávat nižší hodnoty nejvýše u 5% základního souboru všech možných výsledků zkoušek pevnosti hodnoceného betonu, zatímco u zkoumaných předpisů 1. pol. 20. stol. se s vysokou pravděpodobností jednalo o pevnosti zjištěné aritmetickým průměrem výsledků zkoušek. Současné předpisy nerozlišují pevnost betonu pro beton prostý a pevnost betonu pro železový beton. Srovnání vztahu mezi značením a pevnostmi jednotlivých druhů betonu podle ČSN 1090 (z roku 1931) a tříd dle ČSN EN 206-1 je uvedeno v Tab. 2.1. Je nutné zdůraznit, že ČSN 1090 pracuje s průměrnou pevností na krychlích o hraně 200 mm, zatímco ČSN EN 206-1 udává charakteristickou pevnost na krychlích o hraně 150 mm, tedy hodnotu pevnosti, pro kterou lze

7

očekávat nižší hodnoty nejvýše u 5% základního souboru. Korekční koeficient přepočtu krychelných pevností ze vzorků o hraně 200 mm na 150 mm činí přibližně 1,1. Tab. 2.1 Porovnání druhů betonů dle ČSN 1090-1931 a pevnostních tříd dle ČSN EN 206-1 beton ČSN 1090 EN 206-1 druh pevnost [MPa]* pevnost. třída fck,cyl [MPa] fck,cube [MPa] a 6,0 (C 3/3,5) 3,0 3,5 b 9,0 (C 4/5) 4,0 5,0 c 12,0 (C 6/7,5) 6,0 7,5 d 15,0 C 8/10 8,0 10,0 e 20,0 (C 10/13,5) 10,0 13,5 f 30,0 C 16/20 16,0 20,0 g 40,0 (C 23/28) 23,0 28,0 * průměrná pevnost v tlaku zkušebních krychlí o hraně 200 mm ze směsi zavlhlé fck,cyl – charakteristická válcová pevnost v tlaku na válcích Ø 150 mm a výšce 300 mm fck,cube – charakteristická krychelná pevnost v tlaku na krychlích o hraně 150 mm pevnostní třída v závorce není v dané normě zavedena 2.3

ZÁKLADNÍ METODIKA A ASPEKTY DIAGNOSTIKY HISTORICKÝCH BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ

Konkrétně zvolený metodický postup při hodnocení betonových konstrukcí, které byly realizovány na počátku minulého století přibližně do konce 30. let, závisí na účelu hodnocení konstrukce. Tento vychází z požadavků na její budoucí funkční způsobilost, z úrovně bezpečnosti a trvale udržitelných funkčních vlastností a také z požadavků objednatele. Rozsah prací a volba diagnostických metod je podřízena především konkrétním cílům a stupni průzkumu. V úvodních oddílech habilitační práce je v dostatečném rozsahu uváděno postupné zavádění požadavků a předpisů pro projektování a provádění betonových staveb od počátku 20. století až po zavedení první normy, kterou se v roce 1931 stala ČSN 1090. Při hodnocení exitujících konstrukcí z diskutovaného období je nutné zohlednit tehdejší možnosti především z hlediska výroby čerstvého betonu a vlastního provádění staveb. Základní specifické faktory při diagnostice těchto konstrukcí jsou následující: • V dominantní většině případů se nepodaří dohledat původní výkresovou dokumentaci statického řešení. Obvykle je k dispozici pouze dodatečné zakreslení objektu, které je pro statickou analýzu nedostačující. • Vysoká variabilita diagnostikovaných parametrů, kterými jsou geometrie konstrukčních prvků, kvalita a stejnorodost betonu a vytužení jednotlivých prvků. • Míra degradace betonu v závislosti na původní kvalitě a charakteru působícího prostředí. Jedná se tedy o širokou problematiku, kterou nelze v předkládané práci řešit pro všechny typy konstrukcí. Nutný citlivý a komplexní přístup k hodnocení bude dokumentován na příkladech žebírkových interiérových stropů. Po stanovení účelu hodnocení je nutné zaměřit se na studium dokumentace, dostupných materiálů o konstrukci, tehdejších norem a předpisů. Pokud je dostupná původní projektová dokumentace, musí se ověřit její správnost. Cenným zdrojem informací může být i původní stavební deník. Dále je velice přínosné dohledat veškeré prameny o staviteli, postupu výstavby, historii užívání konstrukce, o možných stavebních úpravách a předcházejících konstrukčních opatřeních. Podstatné bývají i informace o způsobu užívání během druhé světové

8

války, stupni poničení po odchodu vojsk a případných provizorních poválečných rekonstrukcích. Zásadní mohou být i stavební zákroky z druhé poloviny 20. století, jako například zbudování průchodů pro inženýrské sítě, elektroinstalace, plynofikace atd., jejichž nešetrné vedení často výrazně oslabují nosný prvek konstrukčního celku. Tyto informace lze získat v archivech příslušných stavebních úřadů, studiem dobové literatury, původních periodik nebo ze zápisů tamějších kronik. Přínosné bývají také ústní informace od správce objektu, sousedů, místních pamětníků atd. Důsledné prověření dokumentace a souvisejících údajů značně zefektivní samotný průzkum, pomůže s optimální lokalizací sond a volbou dílčího přístupu k hodnocení jednotlivých prvků konstrukce. Vizuální defektoskopickou prohlídkou se identifikuje konstrukční systém, ověří základní rozměry konstrukce a dílčích prvků a specifikují se nálezy viditelných poruch a vad. Při podrobné diagnostice se ověřují fyzikálně-mechanické parametry použitých materiálů, skladba konstrukčního řešení (tzn. vrstvy podlahy, podhledů atd.), stupeň degradace materiálů případně tepelné vlastnosti, akustické vlastnosti nebo chemická odolnost vůči okolnímu prostředí. Kvalita betonu je ověřována na odebraných vzorcích jádrových vývrtů. Tomuto aspektu je podrobněji věnována pozornost v závěrečné souhrnné diskusi v textu habilitační práce. I v případě dohledání projektové dokumentace je nutné ověřit množství, rozmístění a profil výztuže. K tomuto účelu se aplikují běžné diagnostické metody. Tedy magnetická indukční metoda nebo radiometrické metody v kombinaci se sekanými sondami. V případě stropních trámových a žebírkových konstrukcí je kromě aplikace běžné vizuálně defektoskopické prohlídky velice efektivní metoda endoskopických inspekčních prohlídek dolního líce stropní konstrukce, která je skrytá pod podhledy. V tomto případě lze ve velkém rozsahu především identifikovat nálezy smykových a ohybových trhlin na bočních stěnách trámů (žeber) a prolomení mezitrámových desek otevřenými trhlinami v dolním líci. Základním předpisem pro provádění diagnostických prací je ČSN ISO 13822. Norma poskytuje obecné pokyny pro návrh oprav nebo modernizací existujících konstrukcí. Jsou zde specifikovány termíny a definice, postupy hodnocení existující konstrukce, postupy určení scénářů zatížení a odolnosti konstrukce, analýza konstrukce, návrh konstrukčních opatření a hodnocení spolehlivosti. Celkem šest národních příloh obsahuje doplňující pokyny pro hodnocení exitujících konstrukcí v ČR, z nichž první dvě se zabývají obecnými zásadami hodnocení a zkoušení konstrukcí materiálů, třetí příloha obsahuje pokyny pro hodnocení konstrukcí z betonu, další přílohy se týkají ostatních materiálů. S hodnocením betonu existujících konstrukcí souvisí stávající normy ČSN EN 13791 (2007) a sada norem ČSN EN 12504-1 až 4. Přijetí norem řady 12504, které byly postupně zaváděny od roku 2001, doprovázely určité rozpaky. Tyto totiž specifikovaly jednotlivé zkušební metody, z jejichž obsahu vyplynulo zásadní snížení významu nedestruktivních zkoušek. Až jim nadřazená norma ČSN EN 13791 některá ustanovení zmírnila a uvádí možnost získat pevnost betonu pomocí nepřímých metod (nedestruktivních) metod. Za referenční a rozhodující je považována metoda jádrových vývrtů. Zcela zásadní při analýze výsledků pevnostních zkoušek na odebraných jádrových vývrtech betonů konstrukcí z diskutovaného období je stejnorodost betonu. Pro statistické hodnocení stejnorodosti betonu se používají následující sledované veličiny. • • • •

Pevnost betonu v tlaku. Pevnost betonu v tahu. Rychlost šíření impulzů ultrazvukového vlnění. Objemová hmotnost.

Při hodnocení stejnorodosti betonů sledovaného období jsou rozhodující pevnost v tlaku a objemová hmotnost. Beton hodnocené konstrukce, konstrukčního prvku anebo oblasti je stejnorodý, jestliže variační součinitel Vx není větší než předepsané hodnoty. Na konstrukcích stropů z 20. až 30. let minulého je v lepších případech stanovena pevnostní třída C8/10 (B12,5) až

9

C16/20 (B20). Pro tyto třídy je limitní hodnota Vx pro beton stejnorodý 16% (pevnost v tlaku) resp. 2,5% (objemová hmotnost). Základním cílem při hodnocení pevnostních parametrů betonů existujících konstrukcí je finální stanovení pevnostní třídy. V případě hodnocení konstrukcí ze sledovaného období lze očekávat, že bude nutné z hlediska výsledků stejnorodosti, rozdělit hodnocené skupiny výsledků dle pevnostních intervalů tak, aby byla splněna podmínka stejnorodosti. Výstupem tedy obvykle není jedna stanovená pevnostní třída. Jsou známy případy, kdy při hodnocení kvality betonu exitující konstrukce byly dosažené hodnoty pevnostních parametrů statisticky zpracovány jako celek. Výsledná charakteristická pevnost betonu v tlaku pak dosahovala hodnot 2,0 až 3,0 MPa. Vzhledem ke skutečnosti, že hodnocené betony byly zabudovány na provozovaných stropních konstrukcích, je tento výstup v zásadě chybný. Vyhodnocení charakteristické pevnosti betonu, která je v současnosti jediným kritériem pro stanovení pevnostní třídy, lze u hodnocených betonů konstrukcí stanovit dvěma postupy. Podle ČSN ISO 13822 je doporučeno hodnocení minimálně z výsledků 3 až 6 zkoušek. Z výsledků zkoušek se stanoví aritmetický průměr mx, směrodatná odchylka sx a variační součinitel Vx. Charakteristická hodnota Xk (dolní 5% kvantil) se stanoví podle vztahu: Xk = mx (1 − kn ⋅ Vx ) , kde kn je součinitel odhadu pětiprocentního kvantilu (hodnota stanovena v tabulce dle počtu výsledků hodnoceného souboru). Podle ČSN EN 13791 se stanovuje výsledná pevnostní třída podle dvou postupů, které souvisí s počtem hodnocených výsledků. Pro postup A (nejméně 15 výsledků) jsou stanoveny hodnotící vztahy:

fck,is = fm(n),is − 1,48 ⋅ s,

fck,is = fis,min + 4.

Pro postup B (3 až 14 výsledků) pak:

fck,is = fm(n),is − k,

fck,is = fis,min + 4.

V obou postupech platí menší z obou výsledných hodnot. V uváděných kritériích jsou použity následující veličiny: charakteristická pevnost betonu v tlaku v konstrukci, fck,is fm(n),is průměrná pevnost betonu v tlaku stanovená na n počtu vývrtů, fis,min nejmenší pevnost zjištěná na vývrtech, s směrodatná odchylka, k krajní mez závislá na počtu vývrtů (k=7 pro 3 až 6 hodnot, k=6 pro 7 až 9 hodnot, k=5 pro 10 až 14 hodnot). Zásadním inovativním prvkem ČSN EN 13791 je požadavek na návrhovou pevnost betonu dosažením 85% charakteristické pevnosti dané třídy. Dosavadní přístupy i hodnocení dle ČSN ISO 13822 požadují při stanovení pevnostní třídy plnou hodnotu charakteristické pevnosti. Přístup ČSN EN 13791 je dokumentován v Tab. 2.2. Charakteristické hodnoty pevnostních parametrů jednotlivých tříd betonů jsou uváděny v platných normách pro navrhování betonových konstrukcí. Často je požadováno porovnání betonů starších druhů, značek a tříd s pevnostními třídami uvedenými v ČSN EN 206-1. Toto je specifikováno v Tab. NC.1 ČSN ISO 13822. Srovnání druhů betonu z konstrukcí sledovaného období se současnými třídami je v této práci uvedeno v Tab. 2.1. Pokud nejsou konstrukční vlastnosti dostatečně zřejmé a není možné určit spolehlivě požadované rozměry a vlastnosti materiálů, doporučuje norma ČSN ISO 13822 v čl. 5.4 a příloze NB ověřit způsobilost konstrukce statickou zatěžovací zkouškou. Pro realizaci zatěžovacích

10

zkoušek na diskutovaných historických betonových konstrukcích se obvykle postupuje dle předpisů a požadavků ČSN 732030 a lze použít i modifikované postupy dle ČSN 736209. Při analýze existujících konstrukcí se aplikují postupy pro zatěžovací zkoušky prováděné bez dosažení meze únosnosti. Základní zatěžovací postup na stropních konstrukcích vychází z ČSN 732030 a je podrobně uveden v habilitační práci. Tab. 2.2 Charakteristická pevnost betonu v tlaku v konstrukci dle ČSN EN 13791 ČSN EN 13791 pevnostní třída betonu C16/20 C20/25 C25/30 C30/37 C35/45 C40/50 C45/55 C50/60

fck,is,cyl [MPa] 14 17 21 26 30 34 38 43

fck,is,cube [MPa] 17 21 26 31 38 43 47 51

Při realizaci zatěžovací zkoušky bez dosažení meze únosnosti na hodnocené konstrukci je nutné průběžné sledování měřených deformací, vznik trhlin (případně drcení betonu) a odezvy svislého nosného systému. V případě, že některý ze sledovaných parametrů nebude splňovat předem dohodnuté a stanovené podmínky, je nutno zatěžovací zkoušku okamžitě ukončit, aby nedošlo k závažnému poškození, případně havarijní kolizi. Z tohoto důvodu se doporučuje veškeré sledované a měřené deformační odezvy měřit elektrickými snímači při použití měřící ústředny. Tato organizace zkoušky umožňuje komplexní sledování všech veličin a umožňuje okamžité operativní rozhodnutí o dalším postupu. 2.4

PŘÍKLADOVÁ STUDIE DIAGNOSTIKY STROPNÍ KONSTRUKCE

Diagnostické průzkumy příkladové studie byly realizovány na stropních konstrukcích systému Hennebique, a to ve dvou etapách. Dle dohledaných dokumentů hodnocené stropní konstrukce pocházejí z počátku 20. let minulého století. Vzhledem k nálezu původního systému Hennebique, který byl ve své době velice inovativní konstrukcí, je vhodné uvést jeho základní charakteristiku. Tato stropní konstrukce je variantou trámového stropu, u kterého jsou trámy (žebra) v menší osové vzdálenosti 0,5-1,0 m a žebra jsou zpravidla úzká (6 - 12 cm). Využívá monolitického spojení nosníků s deskou, tím vytváří výhodný „T“ průřez, ve kterém tahová namáhání v mezipodporovém průřezu přenáší výztuž ve spodní části nosníku a tlak beton v horní části nosníku společně se spolupůsobící částí desky. Monolitické trámové a žebrové stropy jsou staticky efektivnější než deskové konstrukce. Průřez žebra je vyšší než tloušťka deskové konstrukce a má tak větší rameno vnitřních sil; tím se docílí lepšího statického využití materiálu. Zároveň má žebrová konstrukce v porovnání s deskovou konstrukcí menší plošnou hmotnost, což se odráží na její větší užitné únosnosti i menším průhybu od vlastní tíhy. Nevýhodou trámových (žebrových) stropů byla jejich zvýšená pracnost již při bednění, pracnější vyztužování a členitý podhled, který se většinou upravoval do roviny. Podhledy byly ve zkoumaném objektu provedeny nekonvenční metodou, a to jako skořepina z vylehčené hmoty (sádra a škvára) armované rákosem s následným zaomítáním (Obr. 2.1). Prováděny byly pravděpodobně podbedněním žebírek napříč v šířce záběru cca 1,0-1,2 m. Mezi bednění a žebírka se vložil neštípaný rákos v křižující se osnově (v podélné ose žebírek a kolmo na ně), následně se bednění „dotáhlo“. Do vytvořeného prostoru se dostala hmota snadněji vrháním

11

zednickou lžící, k uchycení této vrstvy sloužily oboustranné náběhy na žebírkách („hrobečkování“). Po zavadnutí vrstvy následoval další krok spočívající v dalším podbednění v šířce záběru cca 1,0-1,2 m atd. Po ukončení výroby podhledu, po několika dnech zrání lehčené hmoty, došlo k odbednění a následnému zaomítání podhledu klasickým způsobem vápennou maltou. Pro železobetonové stropy Hennebique a podobné žebrové konstrukce se v době výstavby budovy používalo plechových forem (Obr. 2.2), které se mohly opakovaně používat a vytvářely hladký povrch lícové strany konstrukce. Dle statického výpočtu se do bednění uložila výztuž.

Obr. 2.1 Schéma řešení podhledu žebírkového stropu systému Henněbique

Obr. 2.2 Schéma bednění a řez stropní konstrukcí systému Hennebique

12

‐3

objemová hmotnost   [kgm ]

2350

2300

2250

2200

2150

2100 pevnost v tlaku  fc,cube   [MPa] 2050 8,0

10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0    diagnostický průzkum; průměr těles 50mm; rok 2006; 6 těles

24,0

26,0

28,0

   zatěžovací zkouška stropní konstrukce; průměr těles 50 mm; rok 2010; 60 těles    zatěžovací zkouška stropní konstrukce; průměr těles 75 mm; rok 2010; 48 těles

Obr. 2.3 Série vzorků, závislost krychelné pevnosti na objemové hmotnosti Tab. 2.3 Souhrnné hodnocení krychelných pevností (viz též Obr. 2.3 a 2.4) rok 2006;

rok 2010;

rok 2010;

∅ 50 mm

∅ 50 mm

∅ 75 mm

hodnoty

hodnoty

hodnoty

ρ, str

2120

2190

2180

[ kg*m-3 ]

fc,cube, str

12.1

18.2

18.8

[ MPa ]

Výběrová směrodatná odchylka

sx

1.7

4.3

2.6

[ MPa ]

Počet platných vzorků

n

13

60

48

[n]

Variační součinitel

Vx

14.1

23.5

13.7

[-]

Součinitel odhadu 5% kvantilu

kn

1.71

1.64

1.64

[-]

fck,cube

9.2

11.2

14.6

[ MPa ]

C 6/7.5

C 8/10

C 10/13.5

Pevnostní třída betonu dle ČSN 73 1201:1986

B 7.5

B 10

B 12.5

Pevnostní třída betonu dle ČSN 73 6206:1971

105

135

170

c

d

e

veličina

Objemová hmotnost betonu - průměrná hodnota Krychelná pevnost - průměrná hodnota

Charakt. pevnost betonu v tlaku Pevnostní třída betonu dle ČSN EN 206-1

Pevnostní třída betonu dle ČSN 1090:1931

označení

jednotka

První diagnostický průzkum budovy s předmětnou stropní konstrukcí byl realizován v roce 2006, a to za plného provozu (školní budova). V rámci celkové diagnostiky objektu bylo provedeno celkem 6 odběrů vzorků betonu ∅ 50 mm ze stropních konstrukcí včetně stropního systému Hennebique, na který je studie zaměřena. Odběr byl realizován s využitím jádrové vrtací techniky. Vzorky byly v laboratoři zpracovány na zkušební tělesa (celkem 13 zkušebních těles ze

13

0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08

hustota pravděpodobnosti ϕ (x) 

šesti vývrtů) a následně odzkoušeny. Byly stanoveny výsledky charakteristické hodnoty pevnosti betonu v tlaku dle ČSN ISO 13822. Druhá etapa diagnostických prací byla realizována v roce 2010, kdy byl objekt pro běžný provoz vyloučen z užívání a byl vydán výměr na odstranění stavby. Ve druhé etapě byla provedena rozsáhlá zatěžovací zkouška dle metodických pokynů ČSN 73 2030. V rámci zatěžovací zkoušky byly vyřezány fragmenty stropních desek v celé jejich délce, které byly následně laboratorně zpracovány na zkušební tělesa válcového tvaru o průměrech 50 a 75 mm. V porovnání s diagnostikou objektu v roce 2006, kdy počet zkušebních těles tvořil soubor 6 vzorků, byly z odebraných fragmentů stropních desek vyrobeny soubory 60 zkušebních těles ∅50 mm a 48 zkušebních těles o průměru 75 mm. V grafu na Obr. 2.3 jsou zaznamenány hodnoty všech krychelných pevností betonu v tlaku v závislosti na příslušné objemové hmotnosti. Již z tohoto je zřejmý význam jednak četnosti jednotlivých souborů hodnot, ale také vliv velikosti zkušebních těles. Souhrnné hodnocení je pak zařazeno v Tab. 2.3.

0,06 0,04 0,02 fc,cube    [MPa] 0,00 0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

   jádrový vývrt průměru 50 mm; počet vzorků 6; diagnostický průzkum 2006    jádrový vývrt průměru 50 mm; počet vzorků 60; zatěžovací zkouška; rok 2010    jádrový vývrt průměru 75 mm; počet vzorků 48; zatěžovací zkouška; rok 2010

Obr. 2.4 Srovnání průběhů křivek hustoty pravděpodobnosti krychelné pevnosti betonu stopní konstrukce systému Hennebique při alternativních rozměrech a počtech zkušebních vzorků vyrobených z odebraných jádrových vývrtů Z hlediska přístupů k hodnocení kvality betonu diskutovaných stropních konstrukcí jsou výsledky výše uváděných analýz podrobněji komentovány v souhrnném závěru (oddíl 2.5). Kromě pevnostních zkoušek byly z odebraných masivních fragmentů betonů stropní konstrukce vyřezány zkušební trámce o rozměrech přibližně 80x80x400 mm. Na trámcích byly stanoveny jednak pevnostní parametry (pevnost v ohybu, pevnost v tlaku), ale především byla jedna sada použita pro laboratorní zkoušky lomových parametrů. Tyto zkoušky se provádí na trámcích se zářezem při

14

schématu zkoušení tříbodovým ohybem, kdy se zaznamenává deformační diagram (závislost průhybu na zatížení). Při zkoušení se používají obvykle mechanické zkušební stroje, kdy se zatížení realizuje konstantním přírůstkem deformace při rychlosti zatěžování 0,03 mm/min. Tak je zaznamenána jak vzestupná, tak i sestupná větev zatěžovacího diagramu. Touto zkouškou se nehodnotí pevnostní, ale energetické parametry materiálu. V předkládané práci není cílem komentář k základům lomové mechaniky cementových kompozitů. Tyto jsou dostupné v rozsáhlé odborné literatuře k této problematice. Pro věcnou argumentaci závěrů diskutovaných aspektů diagnostiky betonových konstrukcí z počátku minulého století, postačí základní souhrn aktuálních poznatků aplikované mechaniky v oblasti popisu chování konstrukčních prvků při vzniku a rozvoji trhlin. Před čelem trhliny (v případě zkoušky trámečku se zářezem, tedy před čelem zářezu) se u betonu a dalších kvazikřehkých materiálů formuje tzv. lomová procesní zóna, jejíž rozměr je nezanedbatelný vzhledem k rozměrům konstrukce (zkušebního vzorku). Materiál v této oblasti podléhá kvůli mikropraskání a mnoha dalším mechanismům výraznému změkčování. Situace je schématicky znázorněna na Obr. 2.5, který dokumentuje typické chování betonového vzorku se zářezem při namáhání v ohybu konstantním přírůstkem deformace. Podle typů zón, které se mohou formovat v okolí čela trhliny, jsou definovány tři základní typy chování materiálů při lomu.

• Křehký lom – nelineární zóna u čela trliny je nepatrná ve srovnání s rozměry prvku, lomový proces se odehrává také v nepatrné oblasti, ve zbylém objemu se materiál chová pružně (sklo, křehká keramika, křehké kovy, cementové kompozity s vysokými pevnostmi, atp.). • Tvárný lom – lomová procesní zóna je i v tomto případě malá, obklopuje ji však nezanedbatelná oblast, ve které materiál teče nebo pružně plasticky zpevňuje (tažné kovy a slitiny). • Kvazikřehký lom – velikost lomové procesní zóny je nezanedbatelná vzhledem k velikosti konstrukce, dochází v ní k masivnímu poškozování materiálu, který změkčuje, zóna tečení či zpevňování bývá nepatrná a tak je přechod od pružného chování k poškození velmi náhlý (beton, malta, horniny, keramika, atp.).

Obr. 2.5 Typický diagram zatížení-průhyb betonového vzorku se zářezem při ohybové zkoušce (a), představa lomové procesní zóny před čelem trhliny (b). a odpovídající rozdělení napětí podél této zóny (c), Veselý (2004), Karihaloo (1995)

15

Záznamy lomových zkoušek na vzorcích vyrobených z fragmentů betonů získaných na hodnocené stropní konstrukci ze začátku 20. let minulého století jsou uvedeny v grafické podobě na Obr. 2.6. Zde je uveden typický průběh deformačního diagramu ve srovnání s betonem, který má obdobné pevnostní parametry, avšak byl vyroben v současnosti. Podstatný rozdíl mezi materiály je v použitých plnivech a pojivech. Ze srovnávacích diagramů je zřejmá vyšší houževnatost původního betonu při kvazikřehkém lomu ve srovnání s dnešními betony. Beton předmětné konstrukce je tedy odolnější na vznik a rozvoj trhlin při srovnatelných deformačních a napjatostních parametrech oproti současným betonům. Tento jev mimo jiné souvisí se strukturou a kvalitou plniva. U betonových směsí z první poloviny 20. století bylo používáno především těžené kamenivo a do směsi se přidávaly i fragmenty keramických střepů cihel. Z hlediska vizuální defektoskopie je tedy podstatným závěrem, že na houževnatých betonech konstrukcí, které pochází ze začátku minulého století, nevznikají trhliny tak často, jako u současných, výrazně křehčích betonů (náchylnějších na vznik a rozvoj trhlin). Tato skutečnost byla potvrzena i zatěžovací zkouškou reálné stropní konstrukce z diskutovaného období. Podrobně je zatěžovací zkouška komentována v habilitační práci. Zde pouze konstatujme, že zatěžovací zkouškou bez dosažení meze únosnosti byla prokázána nevyhovující spolehlivost z hlediska mezního stavu použitelnosti. Konstrukce nevyhovuje kritériu maximálního přípustného poměru mezi trvalým a celkovým přetvořením. Při hodnocení dle ČSN 73 2020 tedy celkově nevyhovuje pro požadované užitné zatížení. Přestože stropní konstrukce nevyhověla kritériu přípustných trvalých deformací, nebylo na povrchu sledovaného konstrukčního prvku identifikováno žádné poškození trhlinami.

síla F [kN]

1,40

1,20

1,00

beton vzorků odebraných z historické stropní konstrukce 0,80

beton vyrobených vzorků obdobné pevnostní kvality

0,60

0,40

0,20

0,00 0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

deformace [mm]

Obr. 2.6 Deformační diagram betonu odebraného ze stropní konstrukce ze začátku 20. let minulého století (světlá křivka) a současného betonu s obdobnými pevnostními parametry. Historický beton vykazuje větší odolnost na vznik a rozvoj trhlin. Při podrobné diagnostice stropní konstrukce typu Hennebique v roce 2010 byl při přípravě zatěžovací zkoušky podrobněji zkoumán způsob vyztužení stropních žeber. Byl identifikován zajímavý konstrukční detail, a to nález dvou typů žeber jedné stropní konstrukce.

16

Při provádění sond k výztuži bylo prokázáno provedení dvou kvalitněji vyztužených a masivnějších žeber v cca 1/3 podélného rozpětí místnosti. Vyztužení těchto žeber je realizováno v dolních tažených vláknech ve středu rozpětí třemi pruty hladké betonářské výztuže ∅ 22 mm; ve vzdálenosti 1,2 m od líce obvodového vnějšího zdiva jsou dva pruty ohnuty pod úhlem 45°. Ve vzdálenosti 1,2 m od líce vnitřního nosného zdiva se ohýbá jeden výztužný prut. Ostatní nosná žebra jsou subtilnější a jsou vyztuženy 1 ∅ 22; 1 ∅ 16 a 1 ∅ 8 mm na ohyb. V totožných vzdálenostech od líců nosných stěn jsou provedeny ohyby vždy z profilů ∅ 16 a ∅ 8 mm. Třmínková výztuž z hladkých profilů ∅ 6 mm á 150 až 200 mm v délce cca 2 m u každé okrajové podmínky byla obdobná u obou typů žeber. Třmínky u těchto historických konstrukcí nejsou uzavřené, ale v horních částech jsou oba konce zahnuty do navazující desky v délce cca 100 mm. 2.5

SOUHRNNÝ ZÁVĚR

Vzhledem ke skutečnosti, že byly dobové předpisy a normy dohledány, je nutné při hodnocení betonových konstrukcí z počátku minulého století ověřovat shodu mezi provedením a stanovenými dobovými požadavky. Posouzení shody je základním vodítkem pro reálné posouzení původní kvality provedení stavby. Tehdejší norma stanovuje poměrně přísné a jednoznačné požadavky pro návrh, provádění betonových konstrukcí i stavební kontrolu, ale z výstupů reálné diagnostiky vyplývá, že ne vždy byly dodržovány. Otázka stavební kontroly a stavebního dozoru při výstavbě konstrukcí tohoto období je poněkud problematická. Stavby jednoduššího a drobnějšího charakteru jistě nebyly nijak zvláště dozorovány, záleželo nejspíše na svědomitosti a zkušenostech stavitele a vůli investora stavbu kontrolovat. Pro stavby většího charakteru a zejména stavby ze železového betonu třídy f a g, jehož použití podmiňovalo dodržování striktních zásad, lze stavební kontrolu předpokládat. Ovšem velice těžké bude zodpovědět, kdo tuto stavební kontrolu prováděl, zda opravdu disponoval odbornými znalostmi (betonové stavitelství se na našich vysokých školách začalo vyučovat až v roce 1916/1917) a především jak častá a rozsáhlá byla tato kontrola. Z nálezů výše zmíněných diagnostických průzkumů můžeme usuzovat, že pokud se nejednalo o stavbu výjimečného charakteru, nebyly nejspíše plněny veškeré zásady a požadavky na provádění betonových konstrukcí a že stavby nepodléhaly důsledné stavební kontrole. Při hodnocení kvality betonu je nutné vycházet z podrobnějších rozborů na vzorcích betonů odebraných z hodnocené konstrukce. Vzhledem ke struktuře betonu, především z hlediska tehdy používaných plniv, je optimální průměr jádrového vývrtu 75 mm a více. Závažnost tohoto aspektu je dokumentována na Obr. 2.3 a Obr. 2.4. V roce 2006 byly pevnostní parametry betonu konstrukce hodnoceny na celkem 13 vzorcích vyrobených z šesti odebraných jádrových vývrtů o průměrech 50 mm. V roce 2010 bylo možno odebrat dva významné soubory vzorků – celkem 60 válců o průměru 50 mm a 48 vzorků o průměru 75 mm. Ne zcela korektní statistické vyhodnocení pevnostních parametrů na malém souboru vzorků je zřejmé z Obr. 2.3, kde většina jednotlivých výsledků dosahuje průměrných a spíše nižších hodnot oproti výsledkům stanoveným na statisticky významnějším celku. Z hlediska volby průměru zkušebních těles (odebíraných jádrových vývrtů) je podstatný Obr. 2.4. Zde je dokumentováno, že jádrové vývrty o průměru 50 mm a 75 mm dosahují při významnějším počtu vzorků hodnoceného souboru srovnatelné průměrné hodnoty, ale vzorky o průměrech 50mm mají výraznější rozptyl výsledků. Důsledky jsou uvedeny v Tab. 2.3, kde je beton stejné konstrukce při alternativních počtech hodnocených vzorků a průměrech zkušebních těles po statistickém hodnocení charakteristické pevnosti dle ČSN ISO 13822 zařazen do tříd C6/7.5, C8/10 a C10/13,5 (tedy druhů betonu c, d, e dle ČSN 1090). Z porovnávací tabulky Tab. 2.1 druhů betonů dle ČSN 1090 a pevnostních tříd dle ČSN EN 206 je zřejmé, že betony od druhu d výše byly klasifikovány v době realizace konstrukce jako konstrukční (dosahovaly požadované průměrné pevnosti v tlaku 15 MPa). Z hlediska dnes platných evropských norem je však předpokládána pro konstrukční betony třída minimálně C12/15, pro kterou vyhovuje až druh betonu f. Dnešním kritériem pro stanovení pevnostní třídy hodnoceného souboru totiž není

17

průměrná pevnost, ale charakteristická pevnost (pětiprocentní kvantil). V řadě případů je pak při hodnocení existující konstrukce z důvodu nálezu nekonstrukčního betonu celkový stav hodnocen jako havarijní s návrhem opatření na odstranění konstrukce. Při hodnocení konstrukce havarijním stavem je nutné vycházet z rozsáhlých výsledků laboratorních zkoušek, které jsou však při běžné diagnostice z technických a ekonomických důvodů nereálné. Proto je nutné při omezeném počtu vzorků (nebo v případě menších průměrů vzorků) dodržovat zásady správného výběru odebraných vývrtů a jejich precizní úpravy do podoby zkušebních těles. Je nutno vyřadit odebrané vývrty, které jsou z hlediska struktury nepřípustné a vedou k podhodnocení reálných pevnostních parametrů hodnoceného masivu konstrukce. Jedná se především o posouzení struktury z hlediska výskytu hrubých frakcí kameniva. Při statistickém hodnocení je nutné ověřovat požadavek na stejnorodost posouzením hodnot variačních koeficientů a identifikovat vhodné pevnostní intervaly, které tuto podmínku splňují. Stav chemické degradace betonů, která snižuje původní hodnoty fyzikálně mechanických a především pevnostních parametrů, je nutno posuzovat především u konstrukcí vystavených přímým klimatickým vlivům. Z hlediska stropních interiérových konstrukcí z diskutovaného období, nebyl v doposud známých průzkumech identifikován stupeň karbonatace betonu, který by prokazoval výrazné snížení pevnostních parametrů oproti původnímu stavu. Vzhledem k uváděným závěrům nelze pro ověření kvality betonu používat pouze nedestruktivní tvrdoměrné metody. Tyto lze aplikovat výhradně v kombinaci s odběrem vzorků a lze je spíše využít při sledování stejnorodosti betonu hodnoceného celku. U subtilnějších konstrukcí (především žebírkových stropů systému Hennebique) je nutné věnovat zvýšenou pozornost zaměření reálných tvarů nosných prvků systému a způsobu jejich vyztužení, které mohou být v rámci jedné hodnocené konstrukce značně variabilní. Efektivní diagnostickou metodou při hodnocení především stropních konstrukcí ze zájmového období jsou zatěžovací zkoušky. Z hlediska ekonomického jsou nároky na provedení a vyhodnocení obdobné jako v případě podrobného diagnostického průzkumu a následného statického výpočtu hodnotícího únosnost předmětné konstrukce. Zatěžovací zkoušky jsou objektivní především z hlediska sledování reálné odezvy konstrukce při všech složitých konstrukčních podmínkách, které nelze diagnostickým průzkumem zcela stanovit a při statické analýze věrohodně modelovat. Jedná se především o problematiku spojitého chování, míru vetknutí v oblasti okrajových podmínek a spolupůsobení hladké výztuže s betonem při problematické kvalitě betonu a tehdejších způsobech kotvení výztuže. Zkouškami lomových parametrů betonů historické konstrukce byla prokázána houževnatost tohoto materiálu, která společně s nižšími hodnotami statických modulů pružnosti, prokazuje tvárné (deformační) schopnosti hodnocených konstrukcí. U betonových konstrukcí je při hodnocení vizuální defektoskopické prohlídky nosným aspektem výskyt staticky významných trhlin, které predikují napjatostní stav hodnoceného detailu blízký hodnotám únosnosti nebo změnu napjatostního stavu po jeho dosažení redistribucí vnitřních sil. Při hodnocení historických betonových konstrukcí se trhliny vyskytují až po výraznějších deformacích a mají charakter masivního poškození. Proto je nutné věnovat zvýšenou pozornost především zaměření aktuálního deformačního stavu (např. průhyby stropní konstrukce), které mají u těchto konstrukcí závažnější míru nálezové významnosti při celkovém hodnocení konstrukce než je případný výskyt trhlin. V případě, že účelem diagnostického průzkumu je získání podkladů pro následnou statickou analýzu, je nutné věnovat zvýšenou pozornost konstrukčnímu řešení v oblasti uložení stropních konstrukcí na navazující nosné zdivo. Jak uváděná zatěžovací zkouška, tak i nálezy dalších průzkumů prokazují, že modelovat okrajovou podmínku jako prosté uložení je značně nekorektní s následkem podhodnocení reálné ohybové únosnosti hodnocené stropní konstrukce. U stropů systému Hennebique byl jádrovými vývrty identifikován ve zdivu vnitřní ztužující věnec, který byl betonován společné s vodorovnou nosnou konstrukcí do skrytého bednění z cihelné obezdívky u vnějšího i vnitřního líce nosné zděné stěny. Do věnce je kotvena i podélná nosná výztuž žeber

18

a stropní deska je ukončena u vnější hrany věnce. Z hlediska statického se tedy jedná o vetknutí, které je respektováno i způsobem vyztužení žeber. Při diagnostickém průzkumu historických stropních železobetonových konstrukcí je třeba podrobněji zhodnotit případný vliv dodatečných stavebních úprav. Především zavádění nových otopných soustav je v řadě případů příčinou staticky významných lokálních poruch a vad. Především dodatečně prováděné otvory ve vodorovných nosných konstrukcích pro prostupy instalací byly v řadě případů prováděny velice nešetrně a jsou vedeny i stropními žebry. V případě generálních oprav a změn v rozvodech vodovodu a kanalizace v hodnoceném objektu je nutno ověřit, zda tyto lokálně neoslabily svislé nosné konstrukce vysekanými drážkami především pro rozvody kanalizace. Základním motivačním aspektem diskutované kapitoly předkládané práce je zdůraznění významu komplexního přístupu zvolené metodiky diagnostických prací u historických betonových konstrukcí. Vzhledem k celkovému rozsahu práce není téma podáno zcela vyčerpávajícím způsobem pro všechny typy konstrukcí z diskutovaného období, ale v oblasti stropních konstrukcí je dostačujícím základem pro zdůraznění závažnosti výstupů diagnostického průzkumu, který je objektivním podkladem pro hodnocení spolehlivosti, bezpečnosti a predikci zbytkové životnosti hodnocené konstrukce nebo objektu jako celku. V případě, že hodnocená konstrukce bude posuzována výhradně podle současně platných návrhových norem, pak v řadě hodnotících kritérií nebude splňovat požadavky a návrhem opatření bude odstranění konstrukčních prvků případně některých celků z důvodu havarijního stavu. Nelze pochybovat, že tento přístup je výrazně na stranu bezpečnou, lze však diskutovat o jeho efektivnosti v konkrétních případech. Pokud se v hodnoceném objektu zvažuje závažnější investiční stavební záměr, který výrazně zvýší nepříznivé zatěžovací účinky, pak je rozhodnutí o odstranění problematických konstrukčních prvků a celků korektní. Pokud však v hodnoceném objektu nejsou po dostatečně dlouhé časové období očekávány změny, které by mohly výrazně zvýšit zatížení konstrukce nebo ovlivnit její trvanlivost, pak je možné hodnotit celkovou bezpečnost a provozuschopnost v souladu s článkem 8 ČSN ISO 13822, a to na základě dřívější uspokojivé způsobilosti. V obou uváděných přístupech je však nezbytné při věcné argumentaci hodnotících závěrů vycházet z výsledků podrobného diagnostického průzkumu, který jak z hlediska provedení, tak i vyhodnocení respektoval veškeré výše diskutované aspekty. Výsledky a vyhodnocení podrobného diagnostického průzkumu jsou u historických železobetonových konstrukcí nezbytým podkladem pro zpracování efektivního, spolehlivého a technicky realizovatelného návrhu revitalizačních opatření, která zajistí dlouhodobou funkční způsobilost konstrukce z hlediska mezních stavů únosnosti a použitelnosti, celistvosti a trvanlivosti.

3

STROPNÍ SYSTÉM Z KERAMICKÝCH HURDISKOVÝCH DÍLCŮ

Stropní konstrukce z keramických hurdiskových tvárnic jsou v českém stavitelství naprosto tradičním stropním systémem, jehož počátky sahají až do doby první republiky. Za dobu své bezmála stoleté historie je přirozeným procesem určitý vývoj v oblasti technologie výroby, navrhování a provádění. V podstatných rysech tohoto stavebního výrobku a konstrukčního systému jako takového lze konstatovat, že v téměř nezměněné podobě se hurdiskové stropy realizovaly do nedávné minulosti. Obvyklé označení keramického výrobku, který se používal do zavedení nové normy v roce 2003, bylo CSD Hurdis. Do první poloviny 90. let minulého století patřil stropní systém z CSD Hurdis k oblíbeným montovaným systémům jak v oblasti rodinné, tak i bytové výstavby a v tomto ohledu jej lze řadit mezi nejspolehlivější a nejbezpečnější stropní konstrukce v České Republice. Od uváděného období došlo k haváriím stropních konstrukcí systému CSD Hurdis a to v celé České republice. Charakter havárie je ve všech známých případech obdobný. V čase několik měsíců až let po

19

dokončení stavby a při běžném užívání stavby havaruje dolní část stropní konstrukce zřícením podhledu. Medializace problému vyvolala především v široké uživatelské veřejnosti obavu o dlouhodobou spolehlivost, životnost a bezpečnost tohoto typu stropní konstrukce. V odborné veřejnosti byla nastartována dlouhodobá diskuse o možných procesech, které jsou příčinou časově závislého a neobvyklého scénáře vzniku závažné havárie, která přímo ohrožuje zdraví uživatelů a jejím následkem jsou značné hmotné škody. Požadavek na objektivní posouzení aktuálního stavebně technického a statického stavu existujících konstrukcí systému CSD Hurdis vyvolal potřebu zpracování metodiky stavebně technického průzkumu tohoto typu stropní konstrukce. Ústav stavebního zkušebnictví FAST VUT v Brně se v oblasti problematiky stropních systémů Hurdis zaměřuje na laboratorní zkoušky fyzikálně mechanických parametrů keramických dílců CSD Hurdis a diagnostiku předmětných konstrukcí in-situ. Diskutována problematika je vysoce aktuální. Stropních konstrukcí tohoto systému bylo v České republice realizováno velké množství. Dle údajů výrobců a dovozců činila produkce desek Hurdis v ČR koncem minulého století přibližně 5 až 6 mil. kusů ročně, což přibližně odpovídá realizacím stropních konstrukce v ploše 1,6 mil. čtverečních metrů za rok. Z hlediska identifikovaného scénáře průběhu procesů vedoucích až k vlastní havárii je zřejmé, že v řadě existujících stropních konstrukcí je skrytá porucha, která může kdykoliv a neočekávaně vyvolat náhlé zřícení podhledových částí předmětné stropní konstrukce. 3.1

HISTORICKÝ PŘEHLED NAVRHOVÁNÍ A PROVÁDĚNÍ HURDISKOVÝCH STROPNÍCH KONSTRUKCÍ

Výrobu stropních keramických desek zahájila firma Slavík v Tuněchodech již v době první republiky. Tehdy nazývané „Hurdy“ byly duté cihly, asi 80 mm vysoké, 200 mm široké a v délkách 900, 1000, 1100, 1200, 1300 a 1500 mm. Po koncích byly řezané buď kolmo (a vkládané přímo mezi nosiče) nebo šikmo (v tom případě se osazovaly na keramické patky, kterými byl nosič zespoda zcela zakryt). Nosičem byly jednak ocelové I-nosníky, na které se deska kladla na maltu, ale i dřevěné trámy, na něž se buď přímo pokládaly desky nebo byly desky vkládány mezi tyto trámy pomocí dřevěných stropnic. Řešení s dřevěnými trámy bylo obvyklé především u stropů v posledním podlaží. Po druhé světové válce, v rámci bývalého Generálního ředitelství cihelen, probíhala výroba těchto tvarovek v cihelnách Hodonín, Tuněchody, Hevlín a na Slovensku v cihelně Ružomberok. Tehdejší návody k použití a montážní postupy uváděly, že je vždy nutné dávat na hurdisku nejprve škváru a potom teprve další vrstvy, například beton. Výrobce Slavík v roce 1946 ve své příručce doslova uvádí: „Do rozponu 300 cm se na hurdisky dává malta, při rozponu nad 300 cm jen pouze škvárobeton.“ Kolem roku 1960 se stropní desky „Hourdis“ vyráběly v délkách 600 až 1800 mm, šířkách 200 až 250 mm a vysoké byly 80 až 120 mm. Existovaly opět ve dvou variantách – s kolmo seříznutými čely a šikmo seříznutými čely. Tehdejší postupy však omezovaly použití hurdisek s kolmými čely. Doporučovaly je ukládat pouze na zdivo, nikoli na příruby ocelových nosníků, a to z důvodu nedostatečné ochrany spodní příruby nosníku proti požáru. Spáry mezi hurdiskami se měly vyplňovat cementovou maltou. V roce 1979 vydalo tehdejší Ministerstvo výstavby a techniky publikaci „Konstrukční a technologická pravidla pro svépomocnou výstavbu“, kde je mimo jiné detailně popsán montážní postup a důležité zásady při provádění keramických stropů z hurdisek. Je zde například uvedeno, že v případě použití hurdisek se šikmými čely v kombinaci s I-nosníkem a patkami se k osazování patek užívá malty MVC 25 měkké konzistence, která se nanáší jak na spodní styčné plochy patky, tak i na celou (vnitřní) plochu patky, která přijde do styku s ocelovým nosníkem,

20

a to v takové tloušťce, aby v horní části patky bylo cca 5 mm malty. Hurdisky se osazují do malty stejné pevnosti (MVC 25) jako v případě patek, ale hustší konzistence. Malta se na patky nanáší v tloušťce 1,5 cm. V publikaci se lze dočíst i o zásadě, která nařizuje provést na hurdiskách cementový potěr sušší konzistence o tloušťce 10 až 20 mm a vyplnit prostor nad hurdiskami sutí nebo škvárou. Již od 60. let minulého století vstoupila v platnost norma ČSN 72 2642 Cihlářské prvky pro vodorovné konstrukce – Stropní desky Hurdis. Zde bylo mimo jiné deklarováno, že se stropní desky Hurdis s kolmými i šikmými čely smí používat pro stropy s celkovým zatížením nepřesahujícím 5 kN/m2. Pro oba typy hurdisek je v tabulce stanovena vhodná dimenze ocelového I-nosníku v závislosti na světlém rozponu místnosti a osové vzdálenosti nosníků. Co se týče skladby stropní konstrukce, nenajdeme zde téměř žádné rozdíly oproti zásadám v minulosti. Tato norma se dočkala několika revizí (1968, 1979, 1988) a ve vydání, jež nabylo účinnosti v roce 1988, jsou kromě technických požadavků, mezních odchylek a vnějších vlastností stropních desek uvedeny i jejich statické charakteristiky. Na přelomu 20. a 21 století byla dominantním výrobcem a dodavatelem stropních desek CSD Hurdis společnost Flachs,a.s. sídlící v Hodoníně. Výrobní areál společnosti byl postaven v těsné blízkosti mohutné surovinové základny cihlářských jílů již v roce 1972 a v roce 1991 ho získal do vlastnictví pan Alois Flachs. Od té doby fungovala firma pod názvem Alois Flachs – Hurdis, než se v listopadu roku 2004 transformovala na Flachs, a.s. Výrobní sortiment zahrnoval dva typy stropních desek: stropní deska CSD Hurdis I a CSD Hurdis II. V prvním případě jde o desku s kolmými čely o výšce 80 mm, šířce 250 mm a délce 1180 mm. V druhém případě se jedná o desku s šikmými čely o stejné šířce i výšce, přičemž délka může být 1080 nebo 1180 mm. CSD Hurdis I se ukládaly na spodní příruby ocelových I-nosníků na vápennocementovou maltu. CSD Hurdis II se mohly standardně ukládat pomocí vápennocementové malty na patky CSD Hurdis 2pa, které se vkládaly do malty na spodní příruby ocelových I-nosníků. Další možností bylo uložení pomocí cementové malty přímo na železobetonové tzv. HF-nosníky nebo HAT TRICKnosníky, které měly k tomuto účelu šikmo seříznuté stěny. V „Technické příručce pro projektanty a stavitele“ z druhé poloviny 90. let 20. století jsou detailně nakresleny skladby vrstev a v několika bodech popsány montážní postupy pro výše popsané varianty provedení stropní konstrukce z CSD Hurdis. Co se týče skladby jednotlivých vrstev stropní konstrukce, ve všech případech je předpokládáno použití separační vrstvy hned na úroveň horního povrchu hurdisky. Jde o vrstvu cementového potěru sušší konzistence tloušťky 10 mm, na kterém je vrstva výplňového materiálu (polystyren, keramzit, perlitbeton, apod.) o maximální objemové hmotnosti 900 kg/m3. Na ní pak spočívá vrstva betonu třídy C 16/20. Tloušťky jednotlivých vrstev a tedy i výška stropu závisí na velikosti světlého rozpětí místnosti. V případě použití ocelových I-nosníků jsou pro daná světlá rozpětí (případně i v závislosti na osové vzdálenosti nosníků) stanoveny velikosti průřezu I-nosníků, které lze pro daný případ použít. Použití patek je pro I-nosníky řady 140-200, pro nosníky č. 80-120 jsou patky nepoužitelné a je nepřípustné použití CSD Hurdis II jejich otočením. Pro větší světlá rozpětí místností (nad 6,0 m) se doporučuje použít zdvojených ocelových I-nosníků. Pro hurdisky s rovnými čely se smí použít I-nosníky řady 120-220, pro větší světlé rozpětí se připouští č. 240 a 260. V závislosti na světlém rozpětí, rozponu nosníků a použitém profilu I-nosníku jsou v tabulce uvedeny maximální přípustné hodnoty celkového zatížení. Stejně jako dříve platná ČSN 72 2642 i tato příručka nepřipouští vyšší hodnotu celkového zatížení než 5 kN/m2. Na internetových stránkách firmy Flachs, a.s. www.flachs.cz byly v roce 2007 specifikovány montážní postupy, které obsahovaly několik odlišností oproti výše zmíněným zásadám. Tyto montážní postupy výrobce již plně respektovaly požadavky nově zavedené ČSN 73 1105 (viz další text). Série havárií hurdiskových stropů byla příčinou k zásadnímu rozhodnutí o zrušení normy ČSN 72 2642, jejíž poslední vydání platilo od roku 1988. Norma byla zrušena v listopadu 2001 a pro

21

výrobu a kontrolu hurdisek začalo platit nové stavební technické osvědčení (STO), které řadou ustanovení mělo reagovat na havárie stropních konstrukcí. Nově předepisovalo například sledování vlhkostní roztažnosti, modulu pružnosti a tloušťek stěn keramických desek. Zmenšovalo též toleranční meze pro jejich rozměry. Způsob zkoušení a kritéria únosnosti však zůstaly zachovány. Od dubna 2003 vešly v platnost normy ČSN 72 2642 Cihelné výrobky pro vodorovné konstrukce – Hurdisky a ČSN 73 1105 Navrhování a provádění hurdiskových stropů. Norma ČSN 72 2642 navazuje na zrušené vydání, které platilo v letech 1988 až 2001. K zásadním inovačním změnám v současnosti platné normy lze zařadit následující pasáže. Nové znění normy stanovuje v technických požadavcích největší přípustné odchylky rozměrů hurdisek, podélného prohnutí a příčného prohnutí, které ve starším vydání odpovídalo požadavkům pro třídu jakosti I. Třída jakosti není novou normou deklarována, ale ve své podstatě nepřipouští jiné odchylky. Tedy neuvažuje s používáním výrobků, které dříve odpovídaly pro třídu jakosti II. Norma dále zavádí požadavek na posouzení škodlivosti cicvárů a výkvětů včetně specifikace zkušebních postupů. Zcela nově je zaveden požadavek na posouzení přípustné hodnoty nevratné vlhkostní roztažnosti, která nesmí být v průměru větší než 0,6 mm/m a každá jednotlivá hodnota nesmí být větší než 0,8 mm. Pro hodnocení existujících stropních hurdiskových konstrukcí je podstatné zavedení zcela nové normy ČSN 73 1105 Navrhování a provádění hurdiskových stropů. Jedná se o historicky první závazný dokument specifikující požadavky na navrhování a provádění vydaný za dobu realizací tohoto stropního systému v České republice. V obou aktuálně platných normách se upouští od předcházejícího označení keramické stropní desky (CSD Hurdis). Specifikovány jsou hurdisky 1 (s kolmými čely), hurdisky 2 (se šikmými čely). Norma pro navrhování a provádění definuje dále hurdisku P+D (hurdiska s bočními stěnami ve tvaru pera a drážky), hurdisku D+D (hurdiska s oběma bočními stěnami ve tvaru drážky) a hurdisku s kruhovými otvory. V současnosti platné normy ČSN 72 2642 a ČSN 73 1105 [2.6] vylučují z provádění hurdiskových stropů osazování keramických stropnic s šikmými čely do keramických patek. Připouštějí se nosníky ocelové, železobetonové, popř. předpjaté, keramobetonové a dřevěné. V případě ocelových nosníků je přípustné pouze ukládání hurdisek předepsaným způsobem na příruby. Hurdisky se šikmými čely se ukládají na železobetonové, předpjaté nebo keramobetonové nosíky.

Obr. 3.1 Základní detail konstrukčního řešení uváděný v příručce „Konstrukční a technologická pravidla pro svépomocnou výstavbu“, kterou v roce 1979 vydalo tehdejší Ministerstvo výstavby a techniky. Patky i hurdisky se osazují do jemnozrnné malty MVC25. Při použití sypkých hmot v navazující skladbě je nutno na deskách vytvořit cementový potěr tl. 10 mm. Vrstva malty mezi bočním stěnou patky a šikmým čelem hurdisky je alespoň 9 mm.

22

Obr. 3.2 Schématický řez hurdiskovým stropem uváděný v technické příručce společnosti Flachs z druhé poloviny 90. let 20. století. Patky i hurdisky se osazují do jemnozrnné malty MVC25. Na deskách je vrstva cementového potěru sušší konzistence tl. 10 mm. Vrstva malty mezi bočním stěnou patky a šikmým čelem hurdisky je při nanášení 15-20 mm. Horní část I profilů tvoří žebra betonové desky (předepsán beton min. B20, tedy C16/20).

Obr. 3.3 Schématický řez složeným hurdiskovým stropem uváděný v ČSN 73 1105 z roku 2003. Norma vylučuje z provádění hurdiskových stropů osazování keramických stropnic s šikmými čely do keramických patek.

3.2

PORUCHY A HAVÁRIE HURDISKOVÝCH STROPŮ

Charakter nejzávažnějších havárií hurdiskových stropních konstrukcí byl ve všech známých případech obdobný – v průběhu několika měsíců až přibližně devíti let po dokončení stavby havarovala dolní část stropu zřícením podhledu (dolní desky hurdisek s povrchovou úpravou a spodní příruby patek). Zřícení nastalo náhle a dle sdělení přímých svědků po krátkodobém praskotu. V období před havárií obvykle nebyly vysledovány uživateli varující vizuální ani výrazné akustické jevy, které by predikovaly blížící se destrukci většího rozsahu. Jsou však známy i případy, kdy majitelé z důvodů vjemu akustické odezvy typické pro křehký lom keramického střepu neprodleně požadovali odborné posouzení. Při následné diagnostice byla identifikována závažná porucha, která je dále popisována jako první fáze postupného a časově závislého procesu, jehož konečnou fázi je závažná havárie. Scénář průběhu destrukce podhledových částí hurdiskových stropů má dvoufázový charakter a ve své podstatě se jedná do okamžiku zřícení o závažné skryté poruchy.

• V první fázi se tvoří podélné trhliny ve stěnách (stojinách) dílců v trajektorii styku horních desek a stěn, které na koncích dílců směřují šikmo dolů k dolnímu líci patek. Takto je oddělena dolní deska dílce od horní. Podhledová dolní deska zůstává zaklíněna v dolní části patek. Scénáře procesů a faktorů, které se podílí na vzniku této závažné skryté poruchy. • Druhá fáze je iniciována deformačními změnami odtržené dolní desky. Jedná se o přirozené, obvyklé a očekávané deformace vyvolané např. svislými zatěžovacími účinky od užitného zatížení, které mohou být i dynamické, vlivem teplotních změn (délková teplotní roztažnost materiálů) nebo vlhkostních změn (objemová nestálost materiálu). V čase tedy dochází k významným změnám hodnot horizontálních reakcí přenášených dolní

23

částí patky v oblasti liniového kontaktu se zbytkem boční stěny dolní desky. Extrémní hodnoty těchto reakcí jsou pak příčinou vzniku špičkových napětí v linii styku dolní příruby patky s odtrženou dolní deskou hurdisky, které překonají pevnostní parametry keramického střepu a patka se „ustřihne“. Vzhledem ke skutečnosti, že jsou dokumentovány poruchy, kdy již byla identifikována část patek porušených trhlinami na nezřícených podhledech, nedochází k ustřihnutí patek v jednom okamžiku, ale rozvoj poruchy je časově závislý (postupný). Okamžité zřícení téměř celé podhledové plochy je následkem náhlého „dominového“ průběhu konečné destrukce patek. Časový průběh postupné destrukce patek je závislý především na konkrétním provedení detailů – způsob osazení patek na dolní příruby I profilů a způsob osazení hurdisek na patky. Uváděný dvoufázový scénář procesů porušování hurdisek zabudovaných do stropních konstrukcí se týká hurdisek se šikmými čely do patek. První fáze probíhá stejně i u hurdisek s kolmými čely. Finální destrukce se však projevuje lokálně. Náhle se nezřítí větší plocha dolních desek, ale havarují pouze některé. Celkově lze doposud známé nejzávažnější poruchy hurdiskových stropů rozdělit do dvou základních skupin.

• Nejzávažnější je porucha, která má plošný charakter. Dvoufázový scénář průběhu postupného porušování, který v řadě případů dospěl až ke zřícení podhledových částí hurdiskových stropů, je pospán v předcházejících bodech. V první fázi (tvorba trhlin v bočních stěnách), se v hurdiskách postupně oddělí dolní desky od horních. Zpravidla je tímto jevem postižena téměř celá plocha stropu. Byly však zjištěny i případy, kdy měly tyto poruchy jen omezený rozsah. Pokud dojde ke vzniku poruch druhé fáze scénáře (postupné oddělení dolních přírub patek v liniovém kontaktu s oddělenou dolní deskou) je konečným jevem náhlé zřícení podhledových částí stropu. V tomto případě se jedná o následek vyčerpání smykové únosnosti keramického střepu bočních stěn hurdisek. V žádném ze známých případů nedošlo po zřícení spodních desek a přírub patek k prolomení zbývající části hurdisky nebo navazujících materiálů skladby stropní konstrukce, tedy ke zřícení stropu nebo jeho částí. Do doby havárie jsou obě fáze scénáře velice závažnou skrytou poruchou stropního systému. • Druhým typem poruch hurdiskových stropů jsou viditelné (zřejmé) poruchy. Jedná se o liniová trhliny v povrchových úpravách dolního líce stropu. Tyto se dají rozdělit do tří základních kategorií. • Trhliny se propagují ve směru pnutí nosníků v oblasti středních částí hurdisek (zhruba v polovině rozpětí dílců). Zasahují přes několik za sebou navazujících hurdisek, případně je poruchou postiženo celé pole. Trhlina prochází obvykle po celé výšce dílce nebo je kořen trhliny dočasně stabilizován ve stěnách hurdisky. Šířka trhliny se po výšce hurdisky zmenšuje. Příčinou je vyčerpání ohybové únosnosti hurdisky. Lomem oddělené části hurdisky vzájemně vzpříčí a díky klenbovému efektu ke zřícení dílce obvykle nedochází. • Trhliny jsou vypropagovány stejně jako v předcházejícím bodě, ale kořeny svislých trhlin jsou stabilizovány v bočních stěnách (není prolomena horní deska). Od kořene svislé trhliny se šíří vodorovná trhlina, která obloukovitě vystupuje ke styku stojiny s horní deskou podél kterého se šíří liniově a na koncích dílců obloukovitě klesá k dolní desce. Vodorovná trhlina má výrazně větší šířku než svislá. Jedná se o kombinaci ohybového a smykového porušení keramického střepu stropních dílců. Stav stropní konstrukce s touto poruchou je velice labilní a v několika případech došlo i ke zřícení částí podhledů. • Liniové trhliny jsou vypropagovány v povrchových úpravách dolního líce stropu ve směru rozpětí ocelových nosníků v místech osazených patek. Mohou být v počtu od

24

jedné až do tří podél jednoho nosníku. Procesů, které jsou příčinou vzniku tohoto druhu poruch, je několik. Trhliny mohou souviset s oběma výše uváděnými kategoriemi poruch. Nejčastěji se však vyskytují v případě, kdy bylo identifikováno i poškození zdiva svislé nosné konstrukce v oblasti pod uložením nosníků. V doposud monitorovaných případech tohoto druhu poruchy byly dolní příruby uloženy přímo na zdivo, které bylo poškozeno svislými liniovými trhlinami. Tyto poruchy jsou obvyklé při přímém uložení nosníků na zdivo z pórobetonových tvárnic. K prvním známým případům havárie hurdiskové stropní konstrukce došlo v roce 1994, kdy havaroval podhled dvou stropů v rodinném domku v Černošicích u Prahy. V průběhu následujících 10 let bylo registrováno kolem 65 havárií. Lze však odhadovat, že bylo těchto případů ve skutečnosti více, neboť je reálný předpoklad, že někteří svépomocní stavebníci odmítali publicitu a neinformovali stavební úřad ani jiné instituce o situaci a rekonstrukci prováděli po konzultacích sami. Dominantní většina havárií nastala u stropů ze stropních dílců Hurdis II osazovaných na patky, které se nasazují na příruby I-nosníků. Případů havárií stropů ze systému Hurdis I ukládaných na Inosníky bylo evidováno jen několik, což není nijak překvapující vzhledem ke skutečnosti, že stropy bez patek tvoří asi jen 7% hurdiskových stropů realizovaných koncem minulého století v České Republice. Ze statistik vyplývá, že k haváriím docházelo častěji v chladnějších měsících roku. V zimě a na jaře vzniklo 28% poruch, na jaře také 28%, v létě jen 9,5% a na podzim dokonce 34,5%. Tedy celkem 90,5% vzniklo v období topné sezony, kdy ve vnitřním prostředí objektů může dojít k prudkým tepelným výkyvům. Co se týče stáří stropu, tak ze sledovaných poruch bylo 6% zjištěno u stropů starých 1 rok a méně, plných 37% bylo zjištěno po dvou letech od montáže stropu, 11% po třech letech, 14% po čtyřech a 32% po pěti a více letech od montáže. Pozoruhodným aspektem je skutečnost, že při haváriích nebyl naštěstí doposud nikdo usmrcen, ani vážně zraněn. K poruchám došlo vždy v době, kdy lidé z postiženého prostoru buď právě odešli anebo tam z provozních důvodů nebyli. Pouze při havárii stropní konstrukce v Nerudově gymnáziu v Praze 11 v listopadu 2001 slyšeli studenti praskání a viděli vznik trhlin, takže místnost urychleně opustili. Přesto při této události došlo k lehkému zranění jedné ze studentek. I když bylo již dříve v časopisech i denním tisku uveřejněno množství příspěvků na toto téma, až pád stropu v Nerudově gymnáziu vyvolal vlnu nepřiměřených reakcí a celý problém byl redaktory veřejných médií komentován jako aktuální téma s převážně katastrofickým scénářem. Protože se v řadě příspěvků nejednalo o seriózní informace, medializace celého problému vyvolala nejen v odborných kruzích, ale i u širší veřejnosti řadu diskuzí o příčinách poruch těchto stropních konstrukcí a u uživatelů hurdiskových stropů navíc oprávněnou obavu, zda je jejich stropní konstrukce bezpečná a spolehlivá.

Obr. 3.4 Typický stav dolního líce stropní konstrukce z hurdisek se šikmými čely do patek po zřícení podhledové části.

25

Obr. 3.5 Detail charakteru porušení na nezřícené části hurdiskového stropu. Zbývající části stěn (stojin) keramického dílce, celistvá horní deska. Hurdisky osazeny na patky „na sucho“.

Obr. 3.6 Závažný nález endoskopické vizuální defektoskopie na nezřícené podhledové části hurdiskové stropní konstrukce. V pravé části snímku masivní trhlinou porušená stěna hurdisky, Snímku dominuje masivní trhlina šikmé stěny patky. Hurdiska byla na patku osazena „na sucho“.

3.3

PROCESY A FAKTORY SCÉNÁŘŮ PORUCH HURDISKOVÝCH STROPŮ

Aby bylo možné identifikovat kritické situace, které se podílejí na vzniku poruch a havárií hurdiskových stropních konstrukcí, je nutné určit scénáře související se změnou konstrukčních a materiálových podmínek a zatížení konstrukce. V případě změn zatížení konstrukce zohlednit nejen změnu statických a případných dynamických účinků, ale také teplot a vlhkosti. Každý scénář je v případě poruch hurdiskových stropů charakterizován nikoliv jedním rozhodujícím procesem, ale více procesy a faktory. V habilitační práci jsou podrobně uváděny doposud známé procesy a faktory, které se na diskutovaném scénáři podílí. V následujícím textu jsou uvedeny podstatné souhrnné závěry. Z hlediska projektové dokumentace a realizace obou typů hurdiskových stropů (se šikmými a kolmými čely) jsou z hlediska rizikových faktorů pro scénář časově závislých procesů vzniku vad a poruch podstatné následující zásady, při jejichž nedodržení jsou do stropní konstrukce zabudovány závažné vady, které se významně spolupodílí na vzniku poruch.

26

• Před zahájením montáže stropu je nutné provést vyrovnání ukončovací vrstvy zdiva – nejlépe jemnozrnným betonem minimální značky B15 (C12/15). • Nosníky se osazují do maltového lože z cementové malty MC50. • Použití stropních desek se šikmými čely je přípustné pouze pro ocelové nosníky řad I 140 až I 200. • Při osazování patky se vápenocementovou maltou vyplní celé prohlubně v patce, která se pak nasazuje na přírubu nosníku. Přitom se dbá, aby mezery mezi patkou a nosníkem byly zcela vyplněny maltou. • Při osazení hurdiskových desek se šikmými čely do patek se vápenocementová malta MVC 25 nanáší na patky v tloušťce 15 až 20 mm. Současně se malta nanese na boční stěny hurdisek. Je třeba dbát, aby vrchní plocha hurdisek lícovala s vrchem patek. • Při osazení hurdiskových desek se šikmými čely do železobetonových předepnutých nebo keramobetonových nosníků se vápenocementová malta MVC 25 nanáší šikmé boční stěny nosníků. Současně se malta nanese na boční stěny hurdisek. Je třeba dbát, aby dolní plocha hurdisek lícovala s dolním lícem nosníků. • Při osazení hurdiskových desek s kolmými čely se vápenocementová malta nanáší na přírubu ocelového nosníku a současně i na boční stěny hurdisek. • Připouští se cementový potěr na horní desku hurdisek o tloušťce 10 mm. • Doporučeným navazujícím výplňovým materiálem je polystyren. Připouští se i jiné materiály avšak s objemovou hmotností do 900 kgm-3. • Konce všech typů nosníků je třeba zakotvit do věnce. • Žebra v liniích nosníků a horní nosnou desku je nutno betonovat spolu s věncem z betonu minimální třídy B 20 (C16/20). Žebra betonovat najednou po celé délce. • Veškeré otvory a prostupy ve stropě je možno provádět po konzultaci se statikem. • Výrobcem předepsané montážní postupy přímo nespecifikují požadavek na kompletní dokončení stropní konstrukce jako nutnou podmínku pro zahájení prací navazujícího zdiva. Při rozvaze projektanta či dodavatele stavby ji lze pouze předpokládat ze specifikace požadavku na společnou betonáž žeber, horní desky a věnců. • Předpisy nijak neřeší požadavek na ochranu stropní konstrukce v případě, že stavba objektu není dokončena a v zimním období bude vystavena zmrazovacím cyklům. Požadované geometrické a fyzikálně mechanické parametry hurdisek byly a jsou specifikovány v platných normách, které jsou diskutovány v oddíle 3.1. Na základě dnešních znalostí je nezpochybnitelné, že rozsah požadavků do zavedení aktuálně platné normy byl nedostačující. Aktuální znění normy ČSN 72 2642 na nedostatečné požadavky reaguje především zavedením požadavků na posouzení škodlivosti cicvárů a výkvětů včetně specifikace zkušebních postupů. Zcela nově je zaveden požadavek na posouzení přípustné hodnoty nevratné vlhkostní roztažnosti. K nedostatkům v současnosti platné normy patří především skutečnost, že vylučuje použití tradičního systému s keramickými patkami. Tento konstrukční prvek není v normě nijak specifikován. Základním důvodem pro vyloučení patek je nejspíše nejednotný názor odborníků na způsob zkoušení patek, který v historii nikdy řešen nebyl. V habilitační práci je jako jeden z faktorů, který je hodnocen jako negativní proces scénářů porušování hurdiskových stropů, diskutován modul pružnosti hurdisky. Tento v aktuálně platné normě není zařazen. Výsledky rozsáhlých a dlouhodobých zkoušek modulů pružnosti a přetvárnosti hurdiskových stropních desek včetně doporučených a realizovaných opatření pro jejich výrobu lze shrnout do následujících bodů.

• Na archivních sadách vzorků hodonínské a hevlínské cihelny, které pocházely z 80. let minulého století, byly při zvoleném referenčním zatížení 6 kN identifikovány hodnoty modulů pružnosti E [N.mm-2] v intervalu 15 500 N.mm-2 až 17 000 N.mm-2.

27

• Na sadách vzorků z cihelny Hodonín, které byly vyrobeny v letech 1996 až 1998, byly při zvoleném referenčním zatížení 6 kN identifikovány hodnoty modulů pružnosti E [N.mm-2] v intervalu 20 400 N.mm-2 až 31 500 N.mm-2. • Výrobce na zjištěné hodnoty modulů pružnosti zareagoval úpravou receptury výrobní směsi. Na sadách vzorků dle modifikované receptury byly při zvoleném referenčním zatížení 6 kN identifikovány hodnoty modulů pružnosti E [N.mm-2] v intervalu 15 500 N.mm-2 až 16 800 N.mm-2. Modifikovaná receptura zásadně snížila dosahované hodnoty modulů pružnosti při splnění požadavku na hodnoty lomového zatížení při normových ohybových zkouškách. • Vzhledem k účelům použití a způsobu uložení hurdiskových stropních desek ve skladbě vodorovných nosných konstrukcí lze na základě získaných experimentálních výsledků doporučit průměrné hodnoty modulů pružnosti prvku 16 500 N.mm-2 a nižší. V současnosti nelze stanovit požadavek na minimální hodnotu modulu pružnosti, protože doposud nebyl takový experimentální výzkum požadován. • Stanovení modulů pružnosti a přetvárnosti ohybovou zkouškou není v platném znění ČSN 72 2642 požadováno. V případě obnovení výroby hurdiskových stropních desek doporučujeme při modifikacích receptur výrobních směsí hodnotit a sledovat i tento faktor. • Vyšší hodnoty modulů pružnosti materiálu způsobí v materiálu prvku vyšší napjatost při srovnatelných hodnotách průhybů. Hladiny napětí keramického střepu hurdisky od deformací vyvolaných vratnými nebo trvalými objemovými změnami (vlhkostní roztažnost střepu, smršťování betonu nadbetonované kontaktní vrstvy na horní desce) lze významně eliminovat právě hodnotami modulů pružnosti. Výsledky a poznatky z experimentálního i numerického modelování účinků časově závislého procesu smršťování kontaktní nadbetonávky na přetváření a porušování keramického střepu hurdiskových desek lze shrnout do následujících bodů.

• Časová analýza experimentu provedená programovým systémem ANSYS při zvoleném materiálovém modelu prokázala, že ve stěnách stropních dílců vzniká ve stáří 90 dnů po provedení nadbetonávky tloušťky 30 mm pouze od smršťování této vrstvy tahové napětí o hodnotách 4 N.mm-2 (při modulu pružnosti dílce 16 000 N.mm-2) resp. 8 N.mm-2 (při modulu pružnosti dílce 27 000 N.mm-2). • Při použití shodného reologického modelu nadbetonávky je z výsledků zřejmá vysoká citlivost hladiny tahových napětí na modul pružnosti keramického dílce. • Při zkoušení únosnosti hurdiskových stropních desek do délky 1200 mm čtyřbodovým ohybem je ve smyslu ČSN 72 2642 požadována minimální deklarovaná hodnota únosnosti 5,0 kN. Ve starším vydání této normy je deklarováno nejnižší průměrné lomové zatížení vypočtené z jednotlivých hodnot lomového zatížení při zkoušce pěti desek 6,8 kN. Pokud budeme uvažovat hodnotu lomového zatížení 6,8 kN, pak tato odpovídá při přepočtu na tahové napětí v krajních vláknech dolní desky hodnotám 4 – 6 Nmm-2. Hodnoty tahových napětí keramického střepu stěn numerického modelu se v časovém uzlu 90 dní blíží těmto hodnotám nebo jsou i značně vyšší. • Laboratorní ověření smykové pevnosti keramického střepu stěn hurdiskových dílců bylo identifikováno modifikovanou tlakovou zatěžovací zkouškou na výřezech se zářezy. Zkouškami byla identifikována smyková pevnost keramického střepu stěn dílců v intervalu 5 - 7 N.mm-2. Hodnoty hlavních napětí keramického střepu stěn numerického modelu se v časovém uzlu 90 dní blíží těmto hodnotám nebo jsou i značně vyšší. • Nutnou podmínkou pro přímý vliv deformačních změn od smršťování kontaktní nadbetonávky na vznik parazitního a nevratného stavu napjatosti v keramickém střepu je vytvoření dostatečně kvalitního spojovacího můstku mezi cementovou matricí betonu

28

a keramickým střepem horní desky dílce. Dostatečná kvalita adhezní pevnosti spojovacího můstku, která zaručí přenos veškerých deformačních změn od nadbetonávky do stropního dílce, byla prokázána experimentálním modelováním. Za této podmínky vzniká atypický hybridní keramobetonový stropní dílec. Smršťování potěrové vrstvy jak v podélném, tak i příčném směru postupně stlačuje horní desku dílce, kde se kumulují tlaková napětí. Časově závislá deformace horní desky se smykovým namáháním stěn dílce přenáší do dolní desky, kde vznikají tahová napětí. Kolaps dílce nastane vyčerpáním smykové pevnosti keramického střepu stojin s následkem oddělení horní desky od dolní. • Smršťování potěrové vrstvy na horní desce nezatíženého hurdiskového stropního dílce je iniciačním časově závislým procesem vzniku hlavních napětí ve stojinách, jehož hodnoty dosahují pevnostních parametrů keramického střepu a jsou příčinou porušení vzorku uloženého na dvou posuvných podpěrách. Trajektorie špičkových napětí ve stěnách dílce numerického modelu odpovídá tvarům lomových ploch při oddělení horní od dolní desky experimentálního modelu.

Obr. 3.7 Ukázka výstupu numerického modelu, hlavní napětí v hurdisce za prostorové napjatosti σ1 [Pa] vyvolané objemovými změnami kontaktního potěru ve stáří 60 dnů Stávající poznatky o procesech objemové roztažnosti keramického pórovitého střepu a jejich vlivů na přetváření a porušování zabudovaných hurdiskových desek lze shrnout do následujících bodů.

• Dočasná penetrace vody do pórovitého keramického střepu vyvolá změny ve fyzikálně chemických poměrech materiálu. Při nasáknutí vody do otevřených pórů střepu dojde obvykle k mírnému zvětšení objemu pevné fáze střepu. V tomto případě se jedná o vratnou vlhkostní roztažnost. K její eliminaci stačí vysušení střepu. Krátkodobě fyzikálně vázaná

29

• •

•

•

•

•

30

voda vyvolá v keramickém střepu proces vratné vlhkostní roztažnosti, které se projevuje zvětšením objemu střepu do cca 0,1 mm/m. Vratná teplotní roztažnost pórovitého keramického střepu je vzhledem k hodnotě součinitele teplotní roztažnosti (5,0.10-6) při zabudování keramických výrobků v interiérech do cca 0,1 mm/m (předpoklad změny tepot 20°C). Pokud voda zůstává v pórech střepu relativně dlouhou dobu, dojde zpravidla k její reakci s pevnými fázemi střepu, které jsou proti vodě nedostatečně stabilní. Dochází k hydrataci či rehydrataci těchto nestabilních fází střepu, nebo k rozpouštění či rekrystalizaci bezvodých minerálů, vzniklých při výpalu ve střepu, na jejich hydratované formy, případně vyluhování některých složek střepu, např. nestabilní nehomogenní skelné fáze. Tyto reakce způsobí nežádoucí změny minerálního i chemického složení střepu, které jsou za normální teploty nevratné. Významným vnějším projevem uvedené reakce vody s pórovitým páleným střepem je zvýšení objemu střepu. V tomto případě se jedna o nevratnou vlhkostní roztažnost keramického střepu. Proces je také označován pojmem stárnutí keramiky. Krátce po výpalu surovinové směsi je rychlý a potom naopak relativně pomalý, ale vždy dlouhodobý a nevratný proces, který způsobuje ne vždy dostatečně výraznou změnu některých původních vlastností páleného keramického střepu (viz Obr. 2.27). Nejvýrazněji se projevuje určitým nárůstem objemu pevné fáze střepu po zabudování keramického dílce do konstrukce. Poslední fází procesu stárnutí keramiky by mělo být podle stávajících poznatků postupné odbourání pojivých složek a postupný rozpad keramického materiálu během doby řádu stovek až tisíců let. Velikosti vratné i nevratné vlhkostní roztažnosti ovlivňuje především složení surovinové směsi, hodnota vypalovací teploty a doba výdrže na maximální teplotě výpalu. Každý typ jílové zeminy vykazuje jisté maximum vlhkostní roztažnosti v závislosti na výši vypalovací teploty. Obecně zvýšená přítomnost alkalických oxidů vlhkostní roztažnost páleného střepu spíše zvyšuje, naopak oxidy alkalických zemin, vyšší teplota výpalu a delší doba výdrže na maximální teplotě vlhkostní roztažnost střepu mohou snižovat. Pórovité keramické střepy, které byly vytvořeny převážně z přírodních surovin se značným podílem zemin s vysokým obsahem jílových minerálů a byly vypalovány v teplotním intervalu 800 – 1100 ºC, jsou při srovnání všech keramických materiálů relativně méně odolné proti stárnutí. Vykazují poměrně nízký obsah skelné fáze a mají vysokou otevřenou pórovitost. Z hlediska dlouhodobého procesu stárnutí keramiky dochází k nejvýraznějším hodnotám nevratné vlhkostní roztažnosti v období, které trvá asi čtyři měsíce od výstupu keramických výrobků z pece. Za předpokladu rovnoměrných objemových změn hurdisky krátce po výpalu by neměla v keramickém střepu vznikat parazitní napjatost. V případě nerovnoměrných objemových změn tohoto prvku pak lze očekávat, že případné parazitní napětí se projeví vznikem trhlin. To souvisí z hlediska napjatostního stavu s tvarem výrobku. V příčném řezu se jedná o staticky neurčitý rám bez kloubů. Poruchy, které jsou následkem procesu nerovnoměrného vysychání, se tedy projevují především v oblasti styků stěn a desek. Tento u pórovité keramiky běžný proces znamená vysoké nároky na výstupní kontrolu výrobků a přímo ovlivňuje i čas expedice výrobků k zákazníkům. Výrobky by měly být expedovány přibližně čtyři měsíce od výpalu a v tomto období by měla být prováděna výstupní kontrola. V případě aplikace kontaktního betonového potěru na horní desku dílců dochází k vratným nerovnoměrným vlhkostním objemovým změnám keramického střepu. Horní deska má tendenci mírně tvarově expandovat, zatímco betonový potěr v době zrání výrazně smršťuje. Vzhledem ke skutečnosti, že při těchto proti sobě působících deformacích byl prokázán vznik kvalitního spojovacího můstku na rozhraní cementová matrice – keramický střep, je

vliv dočasné nerovnoměrné a vratné vlhkostní roztažnosti horní desky minimální spíše žádný. Po dokončení zrání betonu keramický střep postupně vysychá a vzájemné protisměrné působení pomíjí. Podstatný vliv vlhkostní roztažnosti keramického střepu po aplikaci kontaktní nadbetonávky na proces tvorby parazitního napjatostního stavu je vysoce pravděpodobný pouze za podmínky, že dílce byly do konstrukce zabudován ještě v době prvotních a nejvýraznějších nevratných objemových změn souvisejících s procesem stárnutí. • Při dodržení všech zásad montážních postupů, které se používaly od zavedení výroby hurdisek v České republice, je vliv nevratných vlhkostních změn na vznik vad, poruch a havárií stropních konstrukcí nevýznamný. Po dobu užívání stropního systému nebyly do 90. let minulého století monitorovány žádné závažnější a četnější havárie. Ve všech známých případech hodnocených poruch a havárií na sklonku minulého století a v prvním desetiletí tohoto století byly v případě provedení a vyhodnocení diagnostických prací při posuzování příčin identifikovány závažné nálezy nedodržení podstatných zásad montážních postupů. 3.4

SOUHRNNÝ ZÁVĚR

Scénář mechanismu porušování hurdiskových stropů lze zjednodušeně formulovat základními poznatky o podstatných příčinných procesech. Dominantní příčinou poruch a vad hurdiskových stropů je nedodržování montážních postupů při jejich realizaci a nedostatečná úroveň projektové dokumentace, která je v některých případech i vadná. Základním a hlavním iniciačním procesem nepříznivého (parazitního) stavu napjatosti jsou objemové změny cementových kompozitů kontaktně aplikovaných na horních deskách dílců, a to v rozporu s montážními postupy. Vlhkostní roztažnost keramiky je jedním z činitelů, které mohou za jistých podmínek nepříznivě ovlivnit stav napjatosti. Nevratná vlhkostní roztažnost může být významnějším procesem u poruch stropů, kde jsou hurdisky kladeny „na sucho“. Urychlujícími faktory procesů vzniků vad a poruch jsou celoplošné nezaplnění patek a čel hurdisek maltou, vysoký modul pružnosti hurdisky a nežádoucí hodnoty svislého zatížení a to provozního, anebo v době realizace stavby. Hodnocení existujících hurdiskových konstrukcí z hlediska bezpečnosti, spolehlivosti, mechanické odolnosti, stability a predikce zbytkové životnosti je aktuálním tématem v oborech diagnostika a statika stavebních konstrukcí. Systém je navrhován především v rodinné a bytové zástavbě. K základním přednostem patří především technologický postup montáže, který má charakter postupně skládané konstrukce a nevyžaduje použití těžké manipulační techniky. Oblíbenost hurdiskových stropů v podmínkách českého stavitelství dokládá i jejich produkce z konce minulého století. Dle údajů výrobců a dovozců činila produkce hurdiskových desek v ČR přibližně 5 až 6 mil. kusů ročně, což přibližně odpovídá realizacím stropních konstrukce v ploše 1,6 mil. čtverečních metrů za rok (to je přibližně 33 000 místností o ploše 50 m2). V 90. letech minulého století bylo nutno řešit problematiku závažných havárií hurdiskových stropních konstrukcí, které se do té doby nevyskytovaly nebo nebyly obecně známy. Celkově situace dospěla v roce 2003 až k vydání nových norem. Při dodržení nutných podmínek jak pro výrobu stropních desek tak i pro jejich montáž, které normy jednoznačně deklarují, je tento systém efektivním, kvalitním a spolehlivým řešením stropní konstrukce. Zavedení nových norem, ani celá řada publikovaných názorů odborníků v odborných periodikách, nevedla k přesvědčení odborné i široké veřejnosti o spolehlivosti a bezpečnosti konstrukčního systému z hurdiskových stropních tvárnic. Katastrofický scénář osudu oblíbeného stavebního výrobku se dočasně uzavírá v roce 2008, kdy byla ukončena výroba hurdiskových stropních desek. Aktuální stav však dává naději, že české stavitelství počátkem 21. století nezařadí tradiční a oblíbený stropní systém k historickým konstrukcím, které patří minulosti. Dle dostupných informací z roku 2010 cihelna v Hodoníně připravuje znovuzavedení výroby keramických hurdiskových stropních desek.

31

Z hlediska identifikovaného scénáře průběhu procesů a působících faktorů vedoucích až k vlastní havárii je zřejmé, že v řadě existujících stropních konstrukcí, které byly realizovány na přelomu tisíciletí, je skrytá porucha. Nelze tedy spolehlivě vyloučit náhlé zřícení podhledových částí užívaných hurdiskových stropních konstrukcí. Současné poznatky řešené problematiky umožňují návrh a provedení komplexního diagnostického průzkumu, který spolehlivě prokáže aktuální stavebně technický a statických stav existujících stropních hurdiskových konstrukcí. Objektivní hodnocení příčin nebo rizik havárie, bezpečnosti, spolehlivosti a případné návrhy statických a sanačních opatření je nutné vždy provádět po vyhodnocení podrobného diagnostického průzkumu posuzované konstrukce.

4

METODY SLEDOVÁNÍ DLOUHODOBÉHO CHOVÁNÍ KONSTRUKCÍ

Velice složitou oblastí diagnostiky staveb je hodnocení reálného stavu železobetonových předpjatých konstrukcí. Současné diagnostické metody umožňují pouze v omezené míře hodnotit nejsledovanější parametr tohoto typu konstrukcí – aktuální hladinu předpínacích sil. Přesnost těchto metod je velice diskutabilní. Dalším důležitým procesem, který přímo ovlivňuje především statický stav je dotvarování betonu. V této oblasti není známa metoda, která by určila hodnoty nevratných změn v době hodnocení existující konstrukce. Dále není známa spolehlivá diagnostická metoda, která by umožnila stanovit hladinu aktuálního napětí materiálů konstrukčních prvků exitujícího stavebního objektu. Obě zmíněné fyzikální veličiny je možné reálně hodnotit pouze v případě, že konstrukce je sledována od svého vzniku. V České republice je již od konce minulého století v některých případech realizací unikátních a technicky velice náročných mostních konstrukcí součástí projektové dokumentace konkrétní návrh metodiky dlouhodobého sledování těchto objektů. Při správně zvolených metodách, se tak vytváří možnost objektivního hodnocení statického stavu konstrukce po celou dobu její životnosti. V konstrukci jsou během její výstavby instalovány snímače především pro sledování poměrných deformací betonu a předpínacích sil kabelů. Správně zvolený typ snímačů má stejnou životnost jako sledovaná konstrukce. Tento trend by se měl do budoucna týkat nejen špičkových mostních konstrukcí, ale i ostatních typů náročných konstrukcí, kde jsou aplikovány rozhodující konstrukční prvky z předpjatého betonu. Průběžné hodnocení stavu konstrukce sledované od jejího vzniku umožní objektivně hodnotit míru rizika poškození a zcela jistě umožní reálně hodnotit predikci zbytkové životnosti konstrukce. 4.1

ZÁKLADNÍ METODY PRO TERÉNNÍ MĚŘENÍ

Cílem provádění dlouhodobého sledování stavebních objektů je porovnat reálné hodnoty sledovaných charakteristik s predikcí uvažovanou při projektu konstrukce. Pro realistický odhad dlouhodobého chování konstrukce mají rozhodující význam reologické účinky. Ověření vlivu reologických vlastností betonu vyžaduje specifický přístup při plánování experimentálních zkoušek i určení míst, rozsahu a způsobu měření na konstrukci. Při současném stavu poznání podstaty reologického působení betonu na konstrukce a stávající úrovni dostupných měřicích systémů nelze stanovit jednoznačnou a obecně platnou metodiku měření pro všechny typy konstrukcí. Je však nutné dodržet základní zásady pro daný způsob měření tak, aby bylo dosaženo požadované spolehlivosti při vyhodnocení sledovaných jevů. V habilitační práci jsou podrobně diskutována některá specifika měření vyplývající z reologického působení betonu. Jsou uvedeny příklady konstrukcí, u nichž byla provedena rozsáhlá dlouhodobá měření, doplněná výpočty. Terénní metody se týkají problematiky měření posunů a pootočení, poměrných deformací betonu, napětí v předpínací výztuži, teplot a teplotních polí betonu konstrukce, teplot a vlhkosti

32

vzduchu. Zde se pouze stručně uvádí unikátní metoda pro měření hladin napětí v předpínací výztuži, která je od devadesátých let minulého století používána pracovištěm autora. Graf napětí v kabelu K6 při aktivaci 900,0

850,0

800,0

napětí [MPa]

750,0

napínání za měřenou kotvou, první etapa kotvení

přesun kotvící soupravy na druhou stranu mostu

napínání z druhé strany mostu a kotvení

700,0

650,0

600,0

pole

550,0

kotva 500,0

450,0 7:12

8:24

9:36

10:48

12:00

13:12

14:24

15:36

čas

Obr. 4.1 Grafický záznam z výstupů měření magnetoelastickými snímači ME při aktivaci kabelu K6 z úrovně předepnutí 40% na hladinu 70% při sledování nosné konstrukce mostu D4708.2 přes Odru. Jedná se o pětipolový most s největším rozpětím středního pole 99,546 m (sledované pole). Celková délka mostu 402,5 m. Tato stavba patří k jedné z nejsložitějších spřažených ocelobetonových konstrukcí realizovaných ve střední Evropě. Nosná konstrukce je tvořena jednokomorovým nosníkem, jehož spodní deska a stěny jsou ocelové (v oblasti podpor je spodní deska zesílena betonem) a mostovku tvoří spřažená železobetonová příčně předepnutá deska. V návrhu konstrukce je obsaženo mnoho inovativních prvků. Konstrukce byla montovaná postupně a dodatečně předepnutá volnými kabely. Při statickém řešení konstrukce bylo třeba přijmout řadu předpokladů o statickém chování jednotlivých prvků i celé konstrukce, které bylo nutno ověřit měřením v průběhu montáže konstrukce. Vzhledem k tomu, že se jedná na naše poměry o unikátní mostní konstrukci, bylo v průběhu projektu rozhodnuto o sledování napětí v jednom vybraném kabelu. Podélné předpětí bylo realizováno 10 volnými kabely o délkách cca. 540 m, kde každý kabel je tvořen 27 lany LP 15,5. Při montáži chrániček kabelů byly osazeny dva magneto-elastické snímače na kabel K6 a to těsně za kotvu na pravé straně a do prostředního pole před spodní deviátor. Toto uspořádání snímačů umožnilo sledování průběhu ztrát napětí v kabelu. Originální způsob měření tzv. magnetoelastickými (dále ME) snímači předpínací síly byl navržen A. Jaroševičem a M. Chandogou. Princip měření spočívá v tom, že při mechanickém namáhání oceli se mění její magnetické charakteristiky. Ze změny magnetických vlastností je možné určit změnu mechanického napětí, resp. poměrného přetvoření. Měřicí aparatura ve spojení se snímačem tvaru dutého válce, který se předem nasune na měřený kabel, umožňuje měřit vratnou permeabilitu (poměr mezi magnetickou indukcí a intenzitou magnetického pole), která je lineární funkcí síly v kabelu. Změna stejnosměrného napětí na výstupu měřicí aparatury je přímo úměrná

33

změně síly v měřeném kabelu. Magnetoelastická metoda bezkontaktního měření síly v ocelových lanech je tedy relativní – umožňuje měřit pouze změnu hladiny síly vzhledem k výchozímu stavu. Na určení síly je proto třeba snímač kalibrovat buď předem v laboratorních podmínkách, nebo dodatečně přímo při napínání kabelu. Protože vratná permeabilita je i funkcí teploty, je pro vyloučení vlivu teploty třeba měřit teplotu kabelu, případně použít kompenzační snímač se vzorkem nenapnutého kabelu. Příklad měření ME snímači je na Obr. 4.1. 4.2

ZÁKLADNÍ METODY PRO LABORATORNÍ MĚŘENÍ

Laboratorní sledování v sobě zahrnuje řadu na sebe navazujících zkoušek a měření k ověření vlastností betonové směsi, pevnosti a modulu pružnosti betonu, smršťování a dotvarování betonu, případně součinitele teplotní roztažnosti betonu. Koncepce metodiky měření byla navržena, rozpracována a ověřena v řadě aplikací, na kterých autor spolupracoval s týmem specialistů. Podrobně je problematika diskutována v habilitační práci. Zde pouze krátce uvádíme zavedenou metodiku sledování objemových změn cementových kompozitů na vyrobených zkušebních tělesech, hranolech o rozměrech 100x100x400 mm. Při sledování smršťování a dotvarování betonu na zkušebních vzorcích je nejefektivnější osazení strunových tenzometrů do jádra vzorků při jejich výrobě. V tomto případě je nutné pouze řešit problematiku stabilizace polohy tenzometru při ukládání a hutnění čerstvého betonu do formy. Tento způsob měření je sice finančně náročný, ale výsledky jsou spolehlivé a velice přesné. Navíc osazení strunových tenzometrů umožňuje při měřeních používat měřící ústředny a celý proces automatizovat z hlediska záznamu dat. Frekvence ukládání dat umožňuje splnit požadavky na časové uzly měření. Záznam může být sledován již krátce po výrobě vzorků. Příklad grafického záznamu z měření v případě použití strunových tenzometrů je na Obr. 4.2. Poměrné přetvoření betonových trámců receptur I a II trámce 1a 3 volné smršťování trámce 2 a 4 v 10 dnech upnuty do dotvarovacích lisů (100 kN)

0 -200

poměrné přetvoření [μm/m]

-400

I/1

-600

I/3 -800

II/1

-1000

II/3 I/4

-1200

I/2 -1400

II/2 II/4

-1600 -1800 -2000 0

20

40

60

80

100

120

rel. čas [dny] , t0 = 3 dny po betonáži

Obr. 4.2 Dokumentace možností sledování objemových změn od smršťování a dotvarování betonu při aplikaci strunových tenzometrů instalovaných do vzorků při jejich výrobě. Při použití měřící ústředny je sledování plně automatizováno.

34

4.3

SOUHRNNÝ ZÁVĚR

Sledování dlouhodobého chování konkrétních konstrukcí je vždy úzce spjato s prováděnou statickou analýzou konstrukce a s analýzou reologického působení betonu na konstrukci. Na základě těchto výpočtů lze pak stanovit rozsah a vlastní cíl měření, vybrat sledované řezy a specifikovat mechanické a fyzikální veličiny mající pro chování konstrukce rozhodující význam. V odborné literatuře lze nalézt vždy pouze popis vystrojení konkrétní konstrukce. Obecná doporučení používaných metod a zařízení vyplývající z vlastních dlouholetých zkušeností shrnul pouze Marécos, u nás Jávor. Doposud jsou metody dlouhodobého monitoringu konstrukcí aplikovány v České republice převážně v oblasti mostního inženýrství. V habilitační práci jsou specifikovány měřené veličiny, základní zásady pro měření, požadované přesnosti a některé metody měření, které byly úspěšně aplikovány pro mostní konstrukce. Lze doufat, že již v nedaleké budoucnosti budou tyto metody aplikovány i na unikátní a špičkové konstrukce i mimo obor mostního inženýrství. Obor diagnostiky staveb to posouvá na požadovanou úroveň odpovídající technickým možnostem 21. století. Diagnostické metody dlouhodobého sledování konstrukcí jsou perspektivním oborem v oblasti hodnocení existujících konstrukcí a to především u technicky náročných a unikátních objektů, kde byla aplikována technologie předpjatého betonu. Při správně zvolených metodách, se tak vytváří možnost objektivního hodnocení statického stavu konstrukce po celou dobu její životnosti. Průběžné hodnocení stavu konstrukce sledované od jejího vzniku umožní objektivně hodnotit míru rizika ochabnutí únosnosti a zcela jistě umožní reálně hodnotit predikci zbytkové životnosti konstrukce a zvolit efektivní způsob revitalizačních opatření v optimální dobu.

5

VÝBĚR Z POUŽITÉ LITERATURY

LITERATURA KE KAPITOLE 2 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16]

Drdácký, M.: Vybrané metody diagnostiky a analýzy poruch historických konstrukcí a materiálů, Brno 2004 Bechyně, S.:Betonové stavitelství I.díl, technologie betonu, Praha, Státní nakladatelství technické literatury, 1954 Seidlerová, I., Dohnálek, J.: Dějiny betonového stavitelství v českých zemích do konce 19. století, Praha 1999 Štafl, A.: Stavební řády brněnský a moravský , Praha 1948 Stručný výtah ze stavebního řádu a stavební předpisy, Stavební svět, Praha 1932 Hruban, K.: Zvláštní konstrukce betonové, Brno, 1939 Klokner, F.: Technický průvodce, Matematické a statické tabulky, Část 2 – Statické tabulky, 1944 (vydání ČMT z roku 1947) Zeyer, B.: Kronika práce, osvěty, průmyslu a nálezův, Praha, 1908 Hermann, G.: Návrh předpisů pro stavby ze železového betonu, Zprávy veřejné služby technické, ročník IV, číslo 20, Praha 1922 Zprávy veřejné služby technické, úřední věstník Ministerstva veřejných prací za součinnosti Ministerstva železnic a technických odborů ministerstev Československé republiky, Praha, 1919 ČSN 1090 Navrhování betonových staveb, 1931 ČSN 1091 Provádění betonářských prací, 1931 ČSN 1093 Stavební kontrola betonářských prací, 1931 ČSN 1092 Účtování betonářských prací, 1931 ČSN ISO 13822 Zásady navrhování konstrukcí – Hodnocení existujících konstrukcí ČSN EN 13791 Posuzování pevnosti betonu v tlaku v konstrukcích a prefabrikovaných dílců

35

[17] Hobst, L., Adámek, J., Cikrle, P., Schmid P.: Modul BI52 – M01, Diagnostika stavebních konstrukcí, Brno, 2005 [18] Schmid, P., Adámek, J., Hobst, L., Mencl, V., Veselý, J., Zapletal, V. Základy zkušebnictví, ISBN 80-214-1816-8, Akademické nakladatelství CERM,s.r.o. Brno, 2001 [19] Hába, J., Schmid, P. Stavebně technický stav objektů v areálu Veterinární a farmaceutické univerzity v Brně – Králově Poli, Palackého tř. 1/3, a to objektu č. 34 – Ústav normální anatomie, Aula a část objektu č.33 – Ústav patologické anatomie. Znalecký posudek č. ZU 677-112/2004, objednatel Ředitelství silnic a dálnic ČR [20] Schmid, P., Bažant, Z. Hodnocení aktuálního stavebně technického a statického stavu konstrukčních prvků a celků budov A, B, D v areále Filozofické fakulty Masarykovy univerzity v Brně. Objednatel Masarykova univerzita, 2006 [21] Schmid, P., Žítt, P. Stavebně materiálový průzkum konstrukčních prvků a celků budov v areále Kelemtinum v Praze. Objednatel Techniserv, spol. s r.o., 2007 [22] Schmid, P., Daněk, P., Láník, J. Stavebně technický a statický průzkum konstrukčních prvků a celků objektu divadelního, koncertního a společenského sálu v areálu budov Jupiter Clubu na Náměstí č.p. 17 ve Velkém Meziříčí. Objednatel MÚ Velké Meziříčí, 2008

LITERATURA KE KAPITOLE 3 [23] Stropní systém HURDIS – technická příručka pro projektanty a stavitele, vydala firma Alois Flachs – Hurdis, několik vydání z průběhu 90. let minulého století, poslední vydání z roku 2000 [24] Konstrukční a technologická pravidla pro svépomocnou výstavbu, vydalo Ministerstvo výstavby a techniky ČSR Praha, 1979 [25] ČSN 72 2642: Cihlářské prvky pro vodorovné konstrukce – Stropní desky Hurdis, platná znění do roku 2001 [26] ČSN 72 2642: Cihelné výrobky pro vodorovné konstrukce – Hurdisky, duben 2003 [27] ČSN 73 1105: Navrhování a provádění hurdiskových stropů, duben 2003 [28] Navrátil, J.: Předpjaté betonové konstrukce, Akademické nakladatelství CERM, 2008 [29] Svoboda, L. a kol.: Stavební hmoty, vydavatelství JAGA, 2005 [30] Jedamzik, H., W.: Contraction and Expansion – Deformation of Building Materials under the influence of Moisture, Ziegelindustrie International, Part 1, 1993 [31] Bouška, P., Hanykýř, V., Pume, D., Maryška, M.: Vlastnosti cihlářských výrobků a poruchy stropních konstrukcí z desek Hurdis, Sekurkon Praha, 2002 [32] Alois Flachs HURDIS Hodonín: Diskusní příspěvek výrobce na odborném semináři „Stropní systémy z CSD HURDIS“, Stavební centrum Brno, 2002 [33] Vaněk, T.: Zkušenosti odborníka, Stavitel, číslo 9/2002 [34] Tichý, M.: Zneužité hurdisky, Stavební listy, 8/2001, 9/2001 [35] Peloušek, J., Krmíček, P., Sirný, J.: Proč padají hurdiskové stropy, Stavitel, číslo 9/2002 [36] Terzijski, I., Klusáček, L., Strnad, J., Bažant, Z.: Ověření významu vnějších vlivů na chování stropů z keramických tvarovek Hurdis, Materiály pro stavbu, 3/2005 [37] Štěpánek, P., Vrba, J.: Poruchy stropních konstrukcí z desek hurdis, Stavitel č. 11-12/2007 [38] Schmid, P., Daněk, P.: Stavebně technický průzkum stropních konstrukcí, Stavitel, číslo 9 (2002) [39] Schmid, P., Hradil, P., Salajka, V.: Modelování jevů ve stropních konstrukcích, Stavitel, číslo 9 (2002) [40] Schmid, P.: Endoskopická defektoskopie při diagnostice stropních konstrukcí systému Hurdis. Workshop NDT CMK 2003, Nedestruktivní testování stavebních materiálů a konstrukcí, Ústav fyziky FAST VUT v Brně, 2003 [41] Adámek, J., Stehlík, M., Koukal, J., Schmid, P.: M04-Keramika, dřevo, kovy a sklo. Studijní opora předmětů AI01 Stavební látky a geologie, BI01 – Stavební látky, 2004

36

[42] Schmid, P.: Analýza modulů pružnosti a přetvárnosti tvarovek Hurdis, Dílčí výzkumná zpráva v rámci řešení projektu CEZ: J22/98: 261100007, FAST VUT v Brně, 2004

LITERATURA KE KAPITOLE 4 [43] Aparicio, A. C., Agullo, L.: Creep Studies for the Alamillo Bridge, Proc. of the Fifth Int. RILEM Symposium, Barcelona, Spain, 1993 [44] Bažant, Z. P., Baweja, S.: Justification and Refinements of Model B3 for Concrete Creep and Shrinkage, 2. Updating and Theoretical Basis, Mater. Struct. 28, 1995 [45] Borges, J. F., Marécos, J., Trigo, J. T.: Creep Effects in some Arch and Cantilever Bridges, Técnica No 409, Vol 33, 1971 [46] Hambly, E. C.: Bridge Deck Behaviour, E&FN Spon, London [47] Jaroševič, A., Chandoga, M.: Meranie sily v predpínacej výstuži, Inžinierske stavby, 2-3, 1994 [48] Jávor, T.: Dlhodobé sledovania mostov z predpätého betónu, pokyny a odporúčania, Účelová neperiodická publikace, Výskumný ústav inženierskych stavieb Bratislava, Bratislava, 1984 [49] Marécos, J.: The 40 Years of LNEC Experience on Observation and Testing of Bridges and Special Structures, LNEC, RILEM, Lisbon, 1986 [50] Roberts-Wollmann, C. L., Arréllaga, J. A., Breen, J. E., Kreger, M. E.: Field Measurements of Prestress Losses in External Tendons, ACI Struct. Jour., 1996 [51] Rocha, M.: In-situ strain and stress measurements, Course on Stress Analysis, Swansea, 1964 [52] Shiu, K. N., Tabatabai, H.: Measured Thermal Response of Concrete Box-Girder Bridge, Louisiana Transportation Research Center, Research Record 1460 [53] Vítek, J. L., Barr, B.: Cogan and Grangetown Viaducts, University of Wales, School of Civil Engineering, Cardiff, 1991 [54] Navrátil, J., Zich, M., Schmid, P.: Metodika měření smršťování betonu na zkušebních hranolech, GAČR 06-103/95/0048, VUT FAST, Brno, 1996 [55] Navrátil, J., Schmid, P.: SO 213 - estakáda přes ulici Mikulášskou, Plzeň – upřesnění dotvarování a smršťování betonu, výzkumný projekt MPO ČR FB – CV/69/98, VUT FAST, Brno, 1998 [56] Navrátil, J., Schmid, P.: Sledování segmentové mostní konstrukce. Sborník XI. mezinárodní vědecké konference VUT v Brně, 1999 [57] Schmid, P., Navrátil, J., Mikuláštík, P.: Segmentová mostní konstrukce estakády přes ulici Mikuláškou v Plzni. Sborník konference Transfer ’99, VUT v Brně, září 1999, sekce J – stavebnictví a architektura, s. 11-13 [58] Daněk, P., Schmid, P.: Sledování napětí předpínací výztuže pomocí magnetoelastické metody, Construmat Bratislava, 2003 [59] Schmid, P., Daněk, P.: Dlouhodobé sledování hybridní mostní konstrukce, Most přes na dálnici D 47, Dny nové techniky, Ostrava 2003 [60] Schmid, P.: Sledování napětí podélných volných kabelů hybridní mostní konstrukce, příspěvek na konferenci Experimental Stress Analysis 2003 [61] Navrátil, J., Schmid, P.: Sledování segmentové mostní konstrukce. Sborník česko-slovenské konference Experiment – významný zdroj poznání a verifikace metod navrhování nosných stavebních konstrukcí, 2003 [62] Navrátil, J., Schmid, P., Zich, M.: Metody sledování dlouhodobého chování mostů, Seriál pro odborné stavební informace, 2001 [63] Stráský, J., Navrátil, J., Terzijsi, I., Schmid, P. Závěrečná zpráva o průběhu řešení projektu MPO ČR FD-K/092 „Ekologické a estetické spřažené mostní konstrukce“, 2003

37

ABSTRACT One of the supporting specializations of civil engineering is evaluation and assessment of existing civil constructions with objective to extend the service life and to attain both the required safety and reliability of structural members and units. The evaluation of these structures is based on different conception in comparison with design of new structures and it claim knowledge exceeding a scope of valid design standards. The diagnostics of the existing constructions is a branch involving a set of the methods and techniques that enable obtaining the objective and reliable data about the actual structural and servicing state of the constructions and their reliability and safety. The diagnostic investigation is generally focused on the evaluation of material, technical, physical, chemical and others characteristics of the structures and inbuilt building materials. The inaugural dissertation does not set as its goal to comment and document all aspects of the diagnostic branch. The essential motivation of an author is to give a notice of some aspects which have high interdisciplinary character at the complex assessment of the existing structures. In the first chapter the notice is given to the problems of reinforced concrete structures realised both on the beginning and the first half of the last century. These structures demand especially responsive access since they originate from an epoch of the first more extensive applications of concrete in the load-bearing structures in the conditions both of the Czech and Slovak construction engineering. The essential motivation of the second part of this work is an aspiration to give a complex contribution to continuously discussed problems of the evaluation of the actual technical and structural state of hourdis ceilings. This almost 100 years used structural system popular in our country is being came to be an offering of medial campaign which consequences may be catastrophic. In present the production of ceramic hourdis ceiling members in the Czech Republic is stopped; but hopefully it will be reproduced. It is necessary to persuade not only the interested professional community but also especially the existing users and prospective investors and developers that appropriately applied diagnostic methods reliably and unambiguously will approve the reliability and safety of the existing structures. Up to now obtained knowledge should be considered and applied in the fully extent not only in the branch of the structures diagnostics but also at the design and realisation of this structural systems. Also an approach of producers of the ceramic members is very important. It can be assumed that present level both of the knowledge and possibilities of the production technology of the ceramic building materials and members will reliably guarantee the standard quality and that eventual faults of new ceiling structures will relate rather to the design and realisation process. Concluding chapter presents the perspective possibilities of future development of the branch of structures diagnostics in connection with the technically intricate constructions. Continuous evaluation of a state of structure monitored from the very beginning of its origin will enable objectively to assess an extent of a risk of load-bearing fatigue and will certainly enable to predict the residual lifetime of a structure. It will also enable to design effective method of revitalization at the optimal period. Final part of this work resumes today’s knowledge from the field of long-terms monitoring of the structures and specifies the methods that will guarantee objective assessing of actual state not only from the short-time but especially from the long-term aspect. Properly chosen methods and reliable instrumental equipment will guarantee the compatibility also for the future generation of specialists in the branch of the building structures diagnostics.

38