Diagnostika betonových konstrukcí v běžné praxi
Partneři sekce:
Ať už jde o betonové, nebo železobetonové konstrukce, jsou to většinou prvky s dlouhodobou životností. Pokud vyloučíme vedlejší stavby nebo konstrukce pozemních a inženýrských staveb, jsou to v podstatě vždy nosné konstrukce nebo konstrukce s velkým významem. Mimo běžných pravidelných prohlídek je v některých případech potřeba provést jejich diagnostiku. Kdy a jak?
Proč bychom měli diagnostikovat betonové konstrukce? Existuje více důvodů, proč diagnostiku dělat. Důvodem může být podezření na sníženou únosnost, ohroženou bezpečnost. V takovém případě se obvykle pozorují vizuální projevy nějaké chyby nebo až poruchy stavební konstrukce – nadměrné průhyby, trhliny, průsaky nebo výrony vody či (když byly do konstrukce zabudovány měřicí zařízení/sondy) jsou pozorovány deformace při nižších napětích. Druhou běžnou skupinou důvodů k vykonání diagnostiky jsou pravidelné kontroly a plánované údržby. Patří sem například kontroly stavu mostů nebo cementobetonových krytů.
Třetím důvodem jsou ekonomické důvody, kdy se například odhaduje životnost konstrukce a zpracovává se podnikatelský plán či investiční záměr, a je tedy potřebné zjistit, jaký je reálný technický stav stavební konstrukce, ať už při zachování charakteru provozu, nebo při adaptaci na nové využití. Poslední, ale neméně důležitou možností je posouzení bezpečnosti a schopnosti přenášet specifické zatížení – například stavební konstrukce vystavené účinkům požáru nebo určení příčin kolapsu stavební konstrukce. Zde je však třeba poznamenat, že diagnostikování příčin či následků se musí věnovat zvýšená pozornost. Objednatelé, kteří požadují diagnostiku betonových konstrukcí, obvykle potřebují získat informace o příčině poruchy a o životnosti stavební konstrukce. V některých případech pak i odpověď na otázku, zda je stavební konstrukce bezpečná, resp. zda dokáže bezpečně přenést určité očekávané zatížení po adaptaci stavby.
Kolaps nosné stavební konstrukce části budovy v Bratislavě
Jak by měly probíhat přípravné práce a samotná diagnostika?
Na diagnostiku by se měl vždy použít osvědčený algoritmus metodických kroků diagnostiky, který by měl být součástí každé sanace nebo jí předcházet. V průběhu prvotního rozhovoru s objednatelem je třeba získat základní informace o důvodu diagnostiky, o stavbě, členění budov, rozsahu práce a v neposlední řadě o termínech plnění. Obvykle následuje operativní interní porada o schopnosti o zakázku se ucházet (včetně termínů). V případě kladného výsledku se dohodne prvotní prohlídka konstrukce (stavba a související provoz). Během prohlídky jeden až dva spolupracující experti na problematiku specifických expozic (např. na problematiku chemie fermentačních procesů v případě diagnostiky nádrží bioplynových stanic) zjistí předpokládaný rozsah prací a expertiz. Zadavatel je následně informován o výsledcích zjištění. Pro urychlení návrhu vhodného řešení si tým většinou vyžádá projektovou dokumentaci skutečného provedení (resp. plánovaného stavu, pokud jde o adaptaci provozu).
Povrch CBIII krytu parkoviště ve Zvolenu
Po prohlídce je zpracována cenová nabídka s předpokládaným rozsahem diagnostických prací. Rozsah diagnostických prací nelze považovat za definitivní, jelikož předem nelze přesně určit rozptyl výsledků a stejnorodost materiálu ve stavební konstrukci. Z principu by se tak měl navrhnout mírně větší rozsah prací, než jaký je očekáván, kdyby všechno šlo tak, jak má – tím se eliminuje navyšování ceny. Cenová nabídka se prezentuje s uvedením jednotkové ceny za jednotlivé zkoušky. To znamená, že v případě přehnaně velké rezervy na počet zkoušek se zákazníkovi fakturuje úměrně snížená cena. Po odsouhlasení cenové nabídky se okamžitě přebere (připravená) projektová dokumentace a začne se s přípravou prací in situ. Sestaví se definitivní tým expertů. Jakmile je složení týmu známé, začnou se plánovat diagnostické práce (jedna či více etap). S nimi souvisí i absolvování různých školení u objednatele a zařízení povolení ke vstupu, k fotografování atd.
Podzemní garáže polyfunkční budovy v Bratislavě
S uvedenými věcmi je třeba počítat zejména v průmyslových areálech. Na začátku diagnostických prací experti vytipují místa destruktivních zkoušek, resp. odběru vzorků, a technici je označí. Potom proběhne odběr vzorků pod neustálým dohledem alespoň jednoho z expertů. V mezičase experti vykonávají nedestruktivní zkoušky či měření a dokumentují stav dané stavební konstrukce.
Již v průběhu měření je tak možné operativně řídit tým techniků s ohledem na množství a polohu odebraných vzorků. Po skončení diagnostiky in situ se, obvykle, pokračuje laboratorními zkouškami odebraných vzorků.
Betonová konstrukce poškozená mrazem
Tým expertů definuje chronologický postup zkoušek tak, aby se maximalizovala využitelnost odebraných vzorků. Po jejich vykonání tým expertů zanalyzuje výsledky a vykoná syntézu zjištění z nedestruktivních a destruktivních zkoušek. Hlavní expert zjištění shrne v závěrečné zprávě a podrobí závěry diagnostiky interní diskuzi/oponentuře. Zpracovaný dokument se následně prezentuje objednateli. Někdy se stane, že objednatel požaduje i návrh sanace nebo odhad nákladů. V takovém případě se zpracuje návrh postupu sanace s upozorněním, že konkrétní řešení (varianty řešení) sanace by se mělo(y) ověřit na zkušebních plochách (vzorcích). Samozřejmě, odhad ceny je možné vypracovat, ale opět by se mělo uvažovat už v této fázi s mírným navýšením, aby se předešlo nepříjemnému překvapení při reálném shánění sanačních firem.
Zásaditost prostředí v okolí korodující výztuže mostní římsy
Podle toho, zda je předmětná konstrukce z nevyztuženého nebo vyztuženého betonu, se rozlišují dvě vlastnosti, které jsou pro funkčnost, a tedy i posuzování rozhodující (tab.). Záměrně jsme zvolili pojem „posuzování“. Pro vysvětlení použijeme příklad. Jakmile existuje požadavek na posouzení pevnosti a modulu pružnosti betonu stavební konstrukce (značného stáří), případně po požáru, nemáme velmi na výběr a tyto parametry je potřeba získat nepřímými metodami – například tvrdoměrnou a ultrazvukovou. Na jejich základě se využitím známých všeobecných (nebo vlastních – zpřesněných) korelačních vztahů získají parametry posuzovaných vlastností.
Sanace stropní konstrukce uhlíkovými lamelami
Diagnostické metody
Existuje množství diagnostických a zkušebních metod, které je možné dělit z hlediska použití (in situ, tedy v terénu, nebo v laboratoři). Přímo na stavební konstrukci se uplatňují nejčastěji nedestruktivní metody, jako například: měření přesnosti a rozměrů stavebních konstrukcí, tvrdoměrné metody stanovení pevnosti v tlaku, měření dynamického modulu pružnosti (případně i hloubky trhliny v betonu) ultrazvukovou metodou, měření hloubky krycí vrstvy výztuže a lokalizace polohy výztuže (různými metodami podle požadované pevnosti), stanovení objemové hmotnosti, resp. vlhkosti, tzv. troxlerovou metodou, stanovení hutnosti betonu Torrentovou metodou, zjištění přítomnosti různých chemických látek na povrchu stavební konstrukce pomocí indikátorů, (dlouhodobé) měření okrajových podmínek okolního prostředí, měření povrchové vlhkosti betonu kapacitní metodou, měření pH (hloubky karbonatace) betonu metodou závrtů do stavební konstrukce s použitím vhodného indikátoru (např. fenolftalein) a měření vibrací a/nebo deformací stavební konstrukce při určitém zatížení.
V laboratoři je obvykle vhodné provést zkoušky důležitých mechanických vlastností na odebraných vzorcích. )Tyto vlastnosti závisí na charakteru a využití stavební konstrukce (např. pevnost v tlaku na svislých prutových konstrukcích a pevnost v tahu při ohybu na horizontálních konstrukcích). V laboratorních podmínkách se stanovují i objemové vlastnosti (důležité například pro určení stálého zatížení), dynamické moduly pružnosti, zbytková plocha účinného průřezu a obsah chloridů v betonu.
Zvýšení odolnosti stropní desky proti propíchnutí
Výsledky obou skupin metod je potřeba analyzovat a dát do vzájemných souvislostí dle různých společných znaků stavební konstrukce, provozu nebo zatížení. Jinými slovy je potřeba vykonat syntézu zjištění. Znakem stavební konstrukce může být její statické schéma, vyztužení a/nebo existující porucha, která předurčuje mechanismus zkracování zbývající životnosti. Podle tohoto mechanismu je potřeba dále posoudit aktuální stav, i z dosavadního vývoje poruchy, a odvodit předpoklad dosažení jistého nevyhovujícího stavu. V některých případech může tento stav definovat objednatel například maximální odchylkou od místní rovinnosti, která ještě umožní provoz. Pokud však jde například o konstrukci jeřábové dráhy, potom je nevyhovující stav definován prostřednictvím mezních stavů. Někdy může být rozhodující odolnost betonu proti účinkům vody (resp. mrazuvzdornost), jindy zase efektivní (nezkorodovaná) plocha výztuže v betonovém průřezu a statická únosnost. Zbývající životnost je proto potřeba předpovědět s ohledem na velké množství okrajových podmínek.
Zjišťování hloubky karbonatace závrty
Na závěr
Diagnostika betonových konstrukcí a případná následná sanace je náročná činnost spojená s vysokými požadavky na kvalifikaci, dostatečné technické zázemí a kapacitu lidských zdrojů diagnostiku vykonávajících. Popsané metodické kroky vytvářejí základní předpoklad úspěšné diagnostiky a následné sanace. Investorům doporučujeme v průběhu sanace zabezpečit dozor nebo alespoň audit, který dohlédne na kvalitu stavby.
TEXT: Ing. Marek Ďubek, Ph.D., Stavebná fakulta STU, Bratislava, Dr. Peter Briatka, MBA, COLAS Slovensko, Košice
FOTO: archiv autorů
Od partnerů ASB
Literatura
- Bilčík, J. – Cesnak, J.: Poruchy a rekonštrukcie nosných sústav. Životnosť, poruchy a rekonštrukcie nosných betónových a murovaných konštrukcií, STU, Bratislava, 1998.
- TP05/2002: Prognózovanie vplyvu porúch na zaťažiteľnosť mostov a stanovenie zostatkovej životnosti mostov. Metodická príručka, Slovenská správa ciest, Apríl 2002.
- Diem, P.: Zerstorungsfreie Prufmethoden fur das Bauwesen (Nedeštruktívne metódy skúšania v stavebníctve). Bauverlag, Wiesbaden und Berlin, 1982.
- Pavlík, A. – Doležel, J.: Nedeštruktívne vyšetrovanie betónových konštrukcií. SNTL Praha, Praha, 1977.
- Křístek, R.: Matematické modely karbonatácie betónu a vápennej malty. VUT v Brně, Fakulta stavební, Ústav chemie, Brno, 2003.
- Matoušek, M.: Vliv vzdušného kysličníku uhličitého na betonové konstrukce. In: Životnost nosných konstrukcí betonových staveb a panelových domů. ČVTS, Brno, 1975, s. 89–92.
- Janotka, I. – Krajči, Ľ.: Stanovenie stupňa karbonatácie betónu. Ústav stavebníctva a architektúry SAV, Bratislava, 2001.
- Likeš, J. – Laga, J.: Základní statistické tabulky. SNTL – Nakladatelství technické literatury, Praha, 1978.
- Jílek, M.: Statistické toleranční meze. SNTL – Nakladatelství technické literatury, Praha, 1988.
Článek byl uveřejněn v časopisu Realizace staveb 2/2018.
