NAPRAWA KONSTRUKCJI ŻELBETOWYCH PRZYKŁADY NIERACJONALNYCH WZMOCNIEŃ

Transkrypt

1 Jerzy KOWALEWSKI 1 NAPRAWA KONSTRUKCJI ŻELBETOWYCH PRZYKŁADY NIERACJONALNYCH WZMOCNIEŃ STRESZCZENIE W referacie przedstawiono przykłady wzmocnień konstrukcji żelbetowych, których nie można uznać za poprawne rozwiązania techniczne. Przykłady dotyczą wzmocnienia słupa żelbetowego z zastosowaniem wklejanych prętów stalowych w istniejące elementy żelbetowe, wzmocnienia stropu prze wycięcie fragmentów płyt kanałowych i wstawienie dwuteowych belek stalowych oraz wykonanie wzmocnienia zarysowanego stropu monolitycznego krótkimi odcinkami taśm węglowych. Przy naprawie istniejących konstrukcji tak jak przy tworzeniu nowej konstrukcji powinny być rozpatrywane wszystkie aspekty przyszłej pracy elementów konstrukcyjnych. SŁOWA KLUCZOWE: budownictwo, konstrukcja żelbetowa, wzmocnienie 1. WSTĘP Rzadko zwraca się uwagę na wady wykonywanych wzmocnień konstrukcji budowlanych. Do nielicznych można zaliczyć przykłady artykułów [1] gdzie przedstawiono jak wzmocnienia konstrukcyjne mogą niekorzystnie oddziaływać na trwałość i własności cieplno-wilgotnościowe ścian budynków oraz [2] gdzie opisano wadliwe wzmocnienia konstrukcji drewnianej elementami stalowymi a także najbardziej znane nieskuteczne liczne wzmocnienia Krzywej Wieży w Pizie, także te realizowane w pierwszej połowie XX wieku [np. 3]. W referacie przedstawiono przykłady wzmocnień istniejących konstrukcji żelbetowych, których nie można uznać za poprawne rozwiązania techniczne. Przy wzmacnianiu słupów zalecono wykonanie pracochłonnych i kosztownych wklejeń nowych prętów zbrojeniowych do istniejących elementów żelbetowych. Wklejanie to ma niewielki wpływ na nośność słupa. Przy wzmacnianiu istniejącego stropu z płyt kanałowych zalecono zastosowanie dwuteowników stalowych w ten sposób, że wycięto znaczne fragmenty płyt, co istotnie naruszyło strukturę tych 1 Mgr inż. Jerzy Kowalewski, Jerzy.Kowalewski@itb.pl Instytut Techniki Budowlanej Warszawa 1

2 płyt a także uszkodziło ciągłość oparcia. Przy naprawie zarysowanego monolitycznego stropu żelbetowego zalecono przyklejenie taśm węglowych o niewielkiej długości, co tylko w minimalnym stopniu daje możliwość wykorzystania potencjalnych nośności taśm oraz praktycznie nie wzmacnia stropu i nie zapobiega zarysowaniom. 2. WZMOCNIENIE SŁUPA ŻELBETOWEGO W będącym w budowie obiekcie, w związku ze zmianą programu użytkowego, projektant uznał za konieczne wykonania w dolnej kondygnacji wzmocnień dużej liczby słupów żelbetowych. Konstrukcja była wykonana w technologii monolitycznej. Słupy miały wysokość około 3 m i przekroje poprzeczne od 0,6x0,8 m do 0,8x1,4 m. Były wykonane z betonów B50 ( C45/50), B45 (C40/45) oraz B37 (C30/37). Stropy wykonane z betonu B37 (C30/37) miały grubość 30 cm. Jako wzmocnienie dla słupów przewidziano warstwę dodatkowego betonu (torkret) grubości od 10 do 12 cm, pionowe pręty #20 i #10 oraz pręty poprzeczne (strzemiona) #10. Dodatkowo przewidziano szpilki z prętów #10 wklejane na powierzchniach słupów oraz wklejanie na głębokość 20 cm pionowych prętów #10 w płytę fundamentową (dołem) i w strop (górą). Przykładowy rysunek wzmocnienia słupa pokazano na rys. 1. Rys. 1. Projekt wzmocnień słupa żelbetowego Nietypową cechą zaproponowanego wzmocnienia są zastosowane wklejenia prętów zbrojeniowych do istniejących elementów konstrukcji żelbetowej. Wykonanie takich połączeń wklejanych jest bardzo pracochłonne i kosztowne. Nie można jednak takich połączeń wklejanych uznać za znaczące z punktu widzenia poprawy nośności słupa. Istotną rolę w nośności słupa odgrywają siły rozciągające działające w poprzek słupa oraz wyboczenie prętów pionowych. Tym 2

3 negatywnym zjawiskom zapobiegają pręty zbrojenia poprzecznego, co wykorzystuje się przede wszystkim w słupach uzwojonych. Tylko w niewielkim stopniu taką rolę mogą odgrywać szpilki wklejone do powierzchni bocznych słupów. Wklejanie prętów pionowych do fundamentu i do płyty stropowej ma prawdopodobnie zapewnić zwiększenie nośności połączenia na moment zginający. Połączenie wklejane ma zapewnić przenoszenie za pośrednictwem prętów sił ze słupa na poziomy element konstrukcji (fundament albo strop). Takie przenoszenie sił przez pręty zbrojenia jest istotne w strefie gdzie pręty a także beton są rozciągane. Aby zapewnić poprawne przenoszenie takich sił przez pręty są one przedłużane do słupa sąsiedniej kondygnacji albo, niekiedy odginane. W rozpatrywanym przypadku stosunkowo niewielka długość zakotwienia pręta (20 cm) w strefie rozciąganej betonu będzie mało skuteczna. Ocenia się, że w przytoczonym przypadku wykonanie wklejanych połączeń prętów stalowych do istniejącej konstrukcji ma niewielki wpływ na powiększenie nośności słupa a wymaga nieproporcjonalnie dużych nakładów pracy i kosztów. 3. WZMOCNIENIE STROPU Z PŁYT KANAŁOWYCH W związku ze zmianą sposobu użytkowania istniejącego budynku oceniono, że w jednym z pomieszczeń należy wykonać wzmocnienie stropu. Strop ten miał wymiary 6,0 x 6,0 m i był wykonany z żelbetowych płyt kanałowych o szerokości 90 cm. Dla wzmocnienia tego stropu zalecono zastosowanie dwuteowników stalowych oraz dodatkowej wylewanej płyty żelbetowej. Sposób wzmocnienia pokazano na rys. 2. W każdej płycie na całej jej długości należało wyciąć środkowy jej fragment. W powstały w ten sposób kanał należało wstawić dwuteownik stalowy i cały kanał zabetonować wraz z dodatkową żelbetową płytą górną. Rys. 2. Wzmocnienie stropu z płyt kanałowych Wycięcie kanałów spowodowało naruszenie struktury płyt stropowych m.in. zbrojenia poprzecznego. W efekcie pozostałe w stropie fragmenty płyt kanałowych stanowiły jedynie wypełnienie przestrzeni stropu a nie jego element nośny. Oparcie dwuteowników stalowych na 3

4 murowanych ścianach nośnych budynku powodowało konieczność częściowego naruszenia ciągłości żelbetowych wieńców obwodowych. Mając na uwadze złożoność, pracochłonność i koszty oraz efekty zaleconego wzmocnienia nie można uznać, że rozwiązania to jest racjonalne i godne polecenia. 4. WZMOCNIENIE STROPU TAŚMAMI WĘGLOWYMI W nowo wzniesionym budynku o konstrukcji żelbetowej monolitycznej wystąpiły zarysowania stropów. W ramach prac naprawczych zalecono zastosowanie na dolnych powierzchniach stropów (na sufitach) przyklejanych niewielkich fragmentów taśm węglowych. Paski taśm węglowych miały być przyklejane na stropie prostopadle do zarysowania i miały mieć długość około 60 cm. Przykład zrealizowanej naprawy pokazano na rys. 3. Rys. 3. Wzmocnienie stropu krótkimi taśmami węglowymi Taśmy węglowe mają doskonałe parametry (nośność, wydłużalność) jako elementy pracujące na rozciągania. Mankamentami taśm jest ich odporność na pożar (dokładnie brak odporności) oraz zakotwienie. Aby zapewnić odpowiednią odporność ogniową dla taśm węglowych muszą być wykonane specjalne zabezpieczenia np. w postaci specjalnych warstw natryskowych. Jeżeli nie można zastosować bardzo długiej strefy zakotwienia trzeba stosować specjalne urządzenia kotwiące taśmy węglowe. Stosowane mogą być bierne albo czynne systemy zakotwień (czynne 4

5 czyli umożliwiające wstępne naprężenie taśmy). O systemach zakotwień traktuje artykuł [4] skąd pochodzi szkic różnych zakotwień pokazany na rys. 4. Rys. 4. Przykłady schematów zakotwień taśm węglowych Wracając do przykładu zastosowania odcinków taśm węglowych o długości 60 cm jako naprawy zarysowanego stropu trzeba stwierdzić, że taśmy te nie mają praktycznie żadnego znaczenia dla pracy stropu do którego zostały przyklejone. Niewielka długość zakotwienia (około 30 cm) bez systemu zakotwień nie pozwala by w taśmie mogła powstać znacząca siła rozciągająca. Należy zwrócić uwagę, że systemy zakotwień (np. pokazane na rys. 4) bywają dłuższe niż zastosowane całe taśmy przy naprawie zarysowanego stropu. Warto też zauważyć, że gdyby nawet naklejone taśmy przenosiły siły rozciągające (tak jak zbrojenie) to nowe zarysowania w stropie mogą powstać tuż za końcem taśmy, czyli w odległości około 30 cm od istniejącej i zabezpieczonej rysy w betonie. Ogólnie należy stwierdzić, że zastosowany sposób wzmocnienia zarysowanego stropu żelbetowego za pomocą krótkich odcinków taśm węglowych przynosi wyłącznie efekt wizualny; świadczy o podjętych działaniach naprawczych, a nie ma żadnego praktycznego znaczenia dla pracy tego stropu jako elementu konstrukcyjnego. 5. WNIOSKI Przytoczone w referacie przykłady wskazują, że w praktyce budowlanej przy wzmacnianiu konstrukcji żelbetowych mogą być popełniane są błędy i bywają zastosowane rozwiązania, które nie spełniają poprawnie zadań, dla których miały być przeznaczone. Przy naprawie istniejących konstrukcji tak jak przy tworzeniu nowej konstrukcji powinny być rozpatrywane wszystkie aspekty przyszłej pracy elementów konstrukcyjnych. Literatura [1] Ligęza W., Dębowski J.: Wpływ wzmocnień budynków wielkopłytowych na lokalną zmianę izolacyjności ściany. Czasopismo Techniczne, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej 1- B/2009, zeszyt 5, rok 106 [2] Krentowski J., Szeląg R., Tribiłło R.: Projektowanie wzmocnień i rewaloryzacja zabytkowych sklepień ceglanych, powłokowo-żebrowych. Budownictwo i Inżynieria Środowiska 2(2011) [3] [4] Siwowski T., Michałowski J., Błażewicz S.: Nowy system sprężania taśm kompozytowych cfrp do wzmacniania mostów. XXIV Awarie Budowlane

6 nni_nowy_system_sprezania_tasm_kompozytowych_cfrp_do_wzmacniania_mostow.pdf [5] Derkowski W.: Pierwsze krajowe zastosowanie wstępnie naprężonych taśm kompozytowych do wzmocnienia konstrukcji hali. Czasopismo Techniczne, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej z. 4-A/ rwszekrajowe/pdf/derkowskiw_pierwszekrajowe.pdf [6] GUTOWSKI T. SIKA Poland, ŁAGODA G. Instytut Dróg i Mostów - Politechnika Warszawska, ŁAGODA M. Instytut Badawczy Dróg i Mostów: Wzmocnienia konstrukcje metodą wstępnie naprężonych taśm kompozytowych z włókien węglowych doświadczenia polskie, REPAIR OF CONCRETE STRUCTURES EXAMPLES OF DEFECTIVE REINFORCEMENTS 6