Nieniszczące badania wytrzymałości betonu w konstrukcjach mostowych metoda sklerometryczna. Podsumowanie

Transkrypt

1 stwy nasypu wykonane są z gruntów spoistyh, a w szzególnośi gruntów o małej spoistośi, może to prowadzić do utraty stateznośi nasypu. Podsumowanie Fot. 3. Odinek drogi krajowej nr 63 po wykonaniu pra zabezpiezająyh skarpę przed erozją (fot. Z. Szypio, K. Dołżyk) skarpy do 1:3. Infiltraję wód opadowyh przez poboze zablokowano uszzelniają je kostką betonową i korytkami śiekowymi ułożonymi na podsype ementowo-piaskowej. Wody opadowe z jezdni i poboza sprowadzono do podnóża skarpy śiekami skarpowymi, zabezpiezają skarpę przed erozją (fot. 3). Przedstawiony przykład utraty stateznośi nasypu wywołanej wodą infiltrująą w nasyp pokazuje, jak ważnym zagadnieniem jest ohrona nasypu wykonanego z gruntów spoistyh przed wzrostem ih wilgotnośi. Wymaga się, aby w strefie przemarzania nasyp był wykonany z gruntów niespoistyh, które zapewniają dobre warunki posadowienia konstrukji nawierzhni, ale zęsto zapomina się, że umożliwiają infiltraję wód opadowyh w nasyp. Jeżeli dolne war- Grunty spoiste, a grunty mało spoiste w szzególnośi, powinny być wbudowywane w nasyp ze szzególną starannośią. W korpusie nasypu nie powinny tworzyć się kieszenie magazynująe wodę. Woda zmagazynowana zasowo w nasypie znaznie zmniejsza parametry wytrzymałośiowe gruntów spoistyh, o może być w konsekwenji przyzyną utraty jego stateznośi. Aby zmniejszyć ilośi wód infiltrująyh w nasyp koniezne jest odpowiednie zabezpiezenie powierzhni nasypu i zapewnienie kontrolowanego spływu wód powierzhniowyh z nawierzhni, pobozy i skarp. Zdaniem autorów zagadnienie infiltraji wód opadowyh w nasyp nie jest dostateznie doeniane przez projektantów i służby utrzymania dróg. Bibliografia [1] Z. Wiłun, Zarys geotehniki, Wydawnitwo Komunikaji i Łąznośi, Warszawa, 2003 [2] D.H. Cornforth, andslides in pratie, John Wiley & Sons, USA, 2005 [3] Y.K. Kim, S.R. ee, Field Infiltration Charateristis of Natural Rainfall in Compated Roadside Slopes, Journal of Geotehnial and Geoenvironmental Engineering, ASCE, January 2010 [4] P. umb, Slope failures in Hong Kong, Quarterly Journal of Engineering Geology, 1975 [5] K.W. Książyński, Tłokowy model filtraji w strefie niepełnego nasyenia, Politehnika Krakowska, Kraków 2007 [6] GEO 5, Geotehnial Software Suite, 2009 Nieniszząe badania wytrzymałośi betonu w konstrukjah mostowyh metoda sklerometryzna KRZYSZTOF ŚEDZIEWSKI Politehnika ubelska k.sledziewski@pollub.pl Wytrzymałość na śiskanie jest podstawową ehą mehanizną harakteryzująą materiał budowlany. Właśiwość ta jest śiśle związana z mikrostrukturą stwardniałego zazynu ementowego oraz wytrzymałośią kruszywa i strefy kontaktowej kruszywo zazyn [13]. Przez wytrzymałość na śiskanie rozumie się maksymalne naprężenie, które jest w stanie wytrzymać obiążana próbka (w maszynie wytrzymałośiowej do śiskania [20]) badanego materiału, aż do momentu jej zniszzenia [6, 19]. Beton jest materiałem powszehnie stosowanym w budownitwie. W związku z tym bardzo istotnym zagadnieniem w dziedzinie konstrukji mostowyh jest zastosowanie odpowiednio miarodajnyh sposobów oeny jego eh wytrzymałośiowyh. Nabiera to szzególnego znazenia w momenie, gdy trzeba określić wytrzymałość betonu w istniejąej konstrukji. Najbardziej rzetelną analizą przedstawiająą jakość betonu są tzw. metody badań niszząyh, zyli diagnostyka próbek przygotowanyh podzas realizaji obiektu bądź też odwiertów rdzeniowyh [3]. W tym ostatnim przypadku pobieranie próbek może być utrudnione, a zasem niemożliwe (np. wyinanie brył z belek). Ponadto reprezentatywność pobranyh próbek jest zęsto wątpliwa, gdyż w trakie wykonywania odwiertów beton może ule rozluźnieniu. Według [8] miarodajną oenę stanu graniznego nośnośi obiektów mostowyh lub poszzególnyh elementów przed- Drogownitwo 11/

2 stawiają wyniki obiążeń próbnyh. Prezentują one rzezywiste przemieszzenia, odkształenia i w konsekwenji powstałe naprężenia. Niewątpliwą wadą tej metody jest koniezność ogranizenia, a zasem również ałkowitego wyłązenia obiektu z eksploataji. W sytuaji, gdy nie ma możliwośi przeprowadzenia pełnyh badań niszząyh, alternatywą są pomiary metodami nieniszząymi. Na podstawie badań nieniszząyh można uzyskać informaje o ehah wytrzymałośiowyh, jednorodnośi i wilgotnośi betonu wbudowanego w badany obiekt, bez naruszania jego struktury lub dalszej przydatnośi użytkowej. Opróz tego badania te znalazły szerokie zastosowanie do: kontroli jakośi i wykrywania wad wyrobów z betonu w trakie ih produkji, badań doświadzalnyh, takih jak np. oena zmian właśiwośi betonu w funkji zasu bądź też pod wpływem określonyh zynników zewnętrznyh. Wyżej wymienione zastosowania są dokładnie opisane w Praah Naukowyh Instytutu Tehniki Budowlanej [2]. Najzęśiej stosowane nieniszząe metody badań wytrzymałośi betonu na śiskanie można najogólniej podzielić na dwie grupy: metody sklerometryzne (pomiar odisku, pomiar odskoku), metody akustyzne (ultradźwiękowe, rezonansowe). Należy w tym miejsu wspomnieć, że do badań nieniszząyh zaliza się również: oenę wizualną stanu konstrukji, inwentaryzaję obszarów skorodowanyh oraz miejs gdzie znajdują się rysy i pęknięia, metody radiologizne, metody elektryzne i magnetyzne [2,8]. Metody nieniszząe oparte są na stwierdzonej korelaji między parametrem określonym daną metodą (twardość, prędkość fali akustyznej itp.) a interesująą nas ehą betonu (np. wytrzymałość) określoną metodami niszząymi. W przypadku istniejąyh konstrukji, krzywe korelayjne przyjmuje się przez analogię do podobnyh betonów, do któryh współzależność jest już znana. W artykule podjęto się zadania przybliżenia jednej z najstarszyh prób nieniszząyh i przy tym nadal szeroko stosowanej metody sklerometryznej. Ogólna harakterystyka metody sklerometryznej Istotą metody sklerometryznej jest pośrednie określenie właśiwośi materiału na podstawie pomiaru twardośi powierzhniowej. Jeżeli twardość zdefiniujemy (wg F. Osmonda, 1895) jako odporność materiału na odkształenia wywołane siłami skupionymi, to wyróżniamy wówzas dwie metody jej pomiaru, które są zależne od sposobu wywołania naisku oraz przyjętej miary odpornośi. Dodatkowo zakładają, że siły przykładane są w sposób dynamizny, za pomoą różnyh kształtów iała wywołująego bezpośredni naisk na powierzhnię badanego materiału. Możemy wówzas metody sklerometryzne, w zależnośi od działania wgłębnika, podzielić na metody odskoku i odisku [2] trzpień główny, 2 sprężyna, 3 obudowa przyrządu, 4 podkładka, 5 i 6 pierśienie moująe dodatkową nasadkę, 7 obudowa kulki Ø10 mm, 8 dodatkowa nasadka, 9 sztabka wzorowa, 10 kulka Ø10 mm, 11 płytka entrująa, 12 wgłębnik dodatkowy Ø20 mm Rys. 1. Ulepszony młotek Poldiego [11] Wyznazenie twardośi przez pomiar odisku W metodah odisku najzęstsze zastosowanie znalazł ulepszony przez K. Waitzmanna młotek Poldiego. Zasada pomiaru polega na oenie wytrzymałośi betonu według średniy odisku kulki stalowej, uzyskanego pod wpływem uderzenia wywołanego młotkiem (rys. 1, [11]). Adaptaja młotka Poldiego polega na umieszzeniu dodatkowego wgłębnika o średniy 20 mm. Nieodłąznym wyposażeniem tego urządzenia jest stalowa płytka wzorowa o znanej twardośi. Samo badanie polega na uderzeniu zwykłym młotkiem w trzpień przyrządu z siłą potrzebną do wykonania dwóh zagłębień: jednego od kulki o średniy 10 mm w sztabe wzorowej oraz drugiego na betonie od wgłębnika dodatkowego. Siłę uderzenia wyznaza się każdorazowo na podstawie uzyskanego odisku na stalowej sztabe wzorowej. Następne pomiary wykonuje się w analogizny sposób po przesunięiu sztabki o 5 mm. Wyznazenie twardośi przez pomiar odskoku Twardość betonu można również określić na podstawie pomiaru sprężystego odskoku od powierzhni betonu masy uderzająej z określoną energią. Do tego elu służą udarowe młotki sprężynowe. Najbardziej rozpowszehnionym twardośiomierzem dynamiznym jest młotek Shmidta, w którym uderzenie jest wywoływane układem sprężynowym. iteratura z zakresu metod nieniszząyh [2, 11, 12, 18] przedstawia ztery podstawowe typy sklerometrów Shmidta: N normalny, o energii uderzenia 2,21 Nm, który znajduje zastosowanie w badaniu betonu zwykłego w elementah prefabrykowanyh i konstrukjah z betonu; lekki, o energii uderzenia 0,74 Nm, stosowany do badania betonu lekkiego, zapraw i elementów ienkośiennyh; Drogownitwo 11/2012

3 M iężki, masywny, o energii uderzenia 29,5 Nm, stosowany do badania konstrukji masywnyh; P wahadłowy, energia uderzenia wynosi 0,88 Nm, przeznazony do badania betonów o bardzo małej wytrzymałośi na śiskanie. Zgodnie z [1] w badaniah mostów znalazły zastosowanie dwa rodzaje z przedstawionej grupy przyrządów młotek typu M i N. Pierwszy służy do badania betonowyh konstrukji masywnyh, m.in. korpusów, skrzydeł przyzółków, fundamentów itp. Natomiast drugi jest stosowany do badania prefabrykatów oraz konstrukji monolityznyh betonowyh, żelbetowyh i sprężonyh. Na rysunku 2 [11] pokazano przekrój podłużny młotka typu N z wyszzególnieniem zęśi składowyh. w praktye, przy stałyh parametrah przyrządu, możemy znaleźć zależność empiryzną między wytrzymałośią betonu (f) a lizbą odbiia () w postai: f = f() (2) Najnowoześniejsze urządzenia pomiarowe jak np. młotek typu Silver Shmidt, pozwalają na zapis yfrowy. Zastosowano w nim tehnologię pomiaru optyznego prędkośi bijaka przed i po odbiiu. Pozwala to uniknąć błędów związanyh z tariem mehanizmów wewnątrz przyrządu oraz nieodpowiednim ustawieniem młotka. Wartośi wytrzymałośi na śiskanie mogą być odzytywane bezpośrednio z urządzenia, gdyż po wprowadzeniu skorygowanej krzywej korelaji, yfrowy rejestrator zapisuje i prowadzi od razu analizę wyników. 1 powierzhnia badanego betonu, 2 trzpień uderzeniowy, 3 przykrywka przednia, 4 sprężynka amortyzująa, 5 sprężyna uderzeniowa, 6 wskaźnik lizby odbiia, 7 szkiełko ohronne wskaźnika, 8 skala, 9 prowadnia, 10 talerz wodząy, 11 sprężynka spustu, 12 sprężyna doiskowa, 13 przykrywka tylna, 14 przeiwnakrętka śruby regulayjnej, 15 śruba regulayjna, 16 spust, 17 sworzeń spustu, 18 przyisk, 19 obudowa młotka, 20 masa uderzeniowa, 21 i 22 zazepy sprężyny uderzeniowej, 23 tuleja, 24 pierśień, 25 uszzelka z filu Rys. 2. Najzęśiej stosowany młotek Shmidta typu N [11] W trakie pomiarów należy ustawić młotek Shmidta prostopadle do powierzhni betonu i powoli naiskać, o powoduje ofanie się masy uderzeniowej i tym samym naiągnięie sprężyny uderzeniowej. W momenie, gdy masa ofnie się aż do urządzenia spustowego, następuje jej automatyzne zwolnienie i uderzenie w trzpień. Po uderzeniu w trzpień masa uderzeniowa odskakuje o pewien odinek, który jest rejestrowany za pomoą wskaźnika na skali. Skala ma długość 75 mm i jest podzielona na 100 zęśi. Odzyt na skali nazywa się lizbą odbiia (oznaza się ją literą ). Po odjęiu młotka od powierzhni betonu wskaźnik wraa do zera i młotek jest przygotowany do kolejnego pomiaru. W przypadku, gdy odzytanie wartośi jest utrudnione (np. niewygodna pozyja badająego), można zatrzymać wskaźnik na danym odzyie przyiskiem. Do następnego pomiaru młotek będzie przygotowany po zwolnieniu przyisku przez lekkie naiśnieie trzpienia. W badaniah młotkiem Shmidta typu N, twardość dynamizną można wyrazić funkją lizby odbiia (). Dzięki temu Wpływ wybranyh zynników na wyniki badań sklerometryznyh izne badania, np. wg [16] wykazały wpływ wielu zynników na związki korelayjne między wytrzymałośią betonu a mierzoną lizbą odbić. Według [3] do najważniejszyh z nih można zalizyć: wilgotność betonu. Wspomniane wyżej badania wykazały, że obeność wody w porah betonu ma zasadnizy wpływ na pogorszenie się jego dynamiznyh właśiwośi a tym samym na zmniejszenie lizby odbiia. Analizują beton mokry lub znaznie zawilgoony o niskiej wytrzymałośi, otrzymuje się wyniki zaniżone. Z kolei przy betonah o wysokih wytrzymałośiah wyniki są nieo zawyżone. Wynika stąd, że w betonah o wytrzymałośi poniżej 30 MPa i powyżej 40 MPa, oena obarzona jest znaznym błędem. W elu przeprowadzenia prawidłowej oeny wytrzymałośi mokrego betonu, za pomoą młotka Shmidta należy zastosować poprawki korygująe w postai współzynników korekyjnyh do zależnośi ustalonyh do betonu w stanie powietrzno-suhym [15]. W pray [3] autorzy podali szaunkowe korelaje wytrzymałośi w zależnośi od wilgotnośi: beton mokry f m f 1( = ) (3) beton powietrzno-suhy beton wysuszony f ps f ( = 2 ) (4) f s f ( = 3 ) (5) Między zależnośiami empiryznymi (3),(4) i (5) zahodzą relaje przedstawione na rysunku 3 [16]. Ostatezną korelaję można wię określić jako: f = 1,2 f = 0, 96 f (6) ps m wiek betonu. Warstwa przypowierzhniowa betonu jest przedmiotem oeny twardośi, a zatem i wytrzymałośi betonu. Wraz z upływem zasu zahodzi w niej zjawisko karbonatyzaji, które przedstawia wzór [7]: Ca( OH) 2 + CO2 = CaCO3 + H2O (7) s Drogownitwo 11/

4 Rys. 3. Zależnośi empiryzne w badaniah betonu zwykłego o różnej wilgotnośi, wg [16] Węglan wapnia, produkt reakji, wzmania badaną warstwę betonu. Powoduje to nierównomierny rozkład wytrzymałośi betonu, na pewnej głębokośi od powierzhni elementu. W analizie badań sklerometryznyh następuje również zmiana zależnośi pomiędzy lizbą odbiia, a wytrzymałośią elementu. Badania [16, 17] wykazały, że wraz ze zwiększaniem odległośi od powierzhni elementu, w większym stopniu zmniejsza się lizba odbiia niż wytrzymałość na śiskanie (rys. 4). Wiek betonu, przy oenie jego właśiwośi, należy określić przez skalowanie za pomoą odpowiednih współzynników. Wytrzymałość w danym wieku zależy od rodzaju ementu, temperatury i warunków pielęgnaji. naprężenia w betonie. W wyniku przeprowadzonyh badań, zawartyh w pray [14] stwierdzono, że na wyniki pomiarów wytrzymałośi wpływ ma wielkość i rozkład naprężeń śiskająyh. Złożona postać rozkładu naprężeń w betonie ma wpływ na statystyzne rozłożenie wskaźników lizb odbiia, takih jak średnia wartość, odhylenie standardowe, a także współzynnik zmiennośi. Ta zależność ma zasadnize znazenie przy analizie betonu w istniejąyh i użytkowanyh konstrukjah żelbetowyh i sprężonyh. wpływ proesów nagrzewania w betonie. Zastosowanie obróbki termiznej jest proesem przyspieszająym twardnienie, o w konsekwenji umożliwia zwiększenie lizby produkowanyh elementów betonowyh. Badania, o któryh mowa była wześniej [15] wykazały, że produkty hydrataji ementu, które powstały w temperaturze powyżej 50 C, znaznie różnią się od produktów powstałyh w normalnyh warunkah twardnienia. Przy temperaturze obróbki 50 C i 80 C krzywe korelaji wytrzymałośi i lizby odbiia są zbliżone, natomiast w temperaturze 95 C mają inny przebieg. Obróbka termizna wywiera znaząy wpływ na właśiwośi sprężyste i wytrzymałośiowe materiału, a krzywe korelaji opraowane do betonów poddanyh obróbe termiznej znaznie odbiegają od krzywyh uzyskanyh do betonów wykonywanyh w normalnyh warunkah. Posługują się młotkiem Shmidta (typu N lub P) jesteśmy w stanie dokonać zadowalająej oeny wytrzymałośi betonu wyłąznie w przypadku betonów obrabianyh w temperaturze do 80 C. wpływ dodatków hemiznyh. Rozwój tehnologii betonu pozwolił na stosowanie różnego rodzaju dodatków hemiznyh, mająyh istotny wpływ na zwiększenie efektywnośi tworzenia kamienia betonowego. Obenie stosuje się między innymi: dodatki obniżająe temperaturę wiązania betonu (hlorek wapnia), dodatki uplastyzniająe (np. Klutan), dodatki przyspieszająe twardnienie oraz dodatki spejalne. Na zależność empiryzną f wg przeprowadzonyh przez autora pray badań [16] istotny wpływ miała zawartość środka uplastyzniająego, po zastosowaniu którego zaobserwowano zmniejszenie się lizby odbiia. Podobną zależność uzyskano przy zastosowaniu hlorku wapnia. położenie przyrządu. Zależnie od położenia młotka i badanej powierzhni, uzyskujemy inne lizby odbiia. Instrukja ITB nr 210/1977 [25] informuje, że wykonany pomiar nie wymaga korekty w przypadku, gdy badana powierzhnia jest pionowa i podłużna oś młotka jest usytuowana pod kątem 0 do poziomu. W przypadku innego ułożenia, należy skorygować lizbę odbiia uwzględniają zmianę jego położenia: = α + Δ (8) Rys. 4. Zależnośi empiryzne w badaniah betonu zwykłego o różnej wilgotnośi wg [16, 17] 372 przy zym: α odzyt przy nahyleniu młotka pod kątem α do poziomu, Δ poprawka. Z reguły poprawki są podawane przez produentów przyrządów i zależą od jego położenia, a także masy i energii uderzenia elementu pomiarowego. W stosunku do poziomego położenia sklerometru, przy zmianie kąta 0 < α < 90 (pionowe położenie przyrząd skierowany w dół) wartośi lizby odbiia maleją, tak wię wartość poprawki Δ < 0. Natomiast przy zmianie kąta 0 < α < 90 (pionowe położenia przyrząd skierowany w górę) uzyskane lizby odbiia mają wartośi większe, Δ > 0. wpływ wielkośi i geometrii iał próbnyh. Wpływ na wartość lizby odbiia ma również geometria i kształt iał stosowanyh do skalowania [4]. Efekt skali występująy Drogownitwo 11/2012

5 Rys. 5. Zależnośi empiryzne dla młotka Shmidta typu N i różnyh wymiarów elementów próbnyh wg [4] w badaniah sklerometryznyh jest zależny od wytrzymałośi betonu. Stąd też empiryzna zależność f może mieć różny przebieg w przypadku różnyh wymiarów próbek rys. 5 [4]. Przedstawione zynniki należy uwzględniać podzas oeny wytrzymałośi betonu w konstrukji za pomoą sklerometrów Shmidta przez: oenę betonu na podstawie zależnośi empiryznyh wyznazonyh w stosunku do określonyh wielkośi i jakośi zynników harakteryzująyh beton, stosowanie poprawek Δ lub współzynników korekyjnyh do lizb odbiia ewentualnie do wytrzymałośi betonu. Warunki przeprowadzania pomiarów Do określenia metodą sklerometryzną miarodajnej wytrzymałośi betonu na śiskanie w danym elemenie lub fragmenie konstrukji (wykonanym z jednej partii betonu) wymagana jest odpowiednia lizba miejs pomiarowyh. Miejsa pomiarowe powinny być wyznazone w odpowiedniej lizbie, w zależnośi od wymaganej dokładnośi pomiaru przy możliwie równomiernym ih rozłożeniu na ałej powierzhni danego fragmentu lub elementu odinka konstrukji w ałym przekroju. Norma PN-74/B [24] określa minimalną lizbę miejs do badań jako równą n = 12. W przypadku, gdy współzynnik zmiennośi analizowanego obszaru jest niewielki, dopuszza się zmniejszenie ih lizby do n = 6. Do takih miejs należą punkty maksymalnyh naprężeń śiskająyh, a zatem największego wytężenia betonu w słupah, śianah oporowyh, płytah oraz obszary przypodporowe w belkah obiążonyh siłami skupionymi. Dopuszzalne jest również zmniejszenie lizby badanyh miejs przy seryjnej kontroli elementów prefabrykowanyh wykonywanyh w warunkah przemysłowyh, gdyż w takim przypadku beton jest bardzo jednorodny. Jak wiadomo ta eha ma deydująy wpływ na rzezywistą lizbę odbiia. W każdym miejsu badanym na elemenie powinno być wykonanyh o najmniej 5 odzytów lizby odbiia. Odzyty różniąe się od wartośi średniej, w danym miejsu pomiarowym, o więej niż 5 jednostek na skali młotka należy odrzuić. Odhylenia tego rodzaju mogą powstać na skutek natrafienia trzpieniem na bardzo twarde kruszywo betonu lub w pory przypowierzhniowe. Pomiary nie mogą być wykonywane w tyh samyh punktah, a odległość między miejsami badań powinna być większa bądź równa 2 m. W aktualnej normie PN-EN [21] nie występują śiśle określone wymagania dotyząe lizby miejs pomiaru. Ogranizono się jedynie do podania lizby pomiarów w jednym badanym miejsu n = 9. Nie zawarto również żadnyh zaleeń odnosząyh się do pojedynzej lizby odbiia, jeżeli jednak 20% wszystkih wyników różni się od średniej wartośi o więej niż 6 jednostek na skali młotka to ały zestaw odzytów należy odrzuić. Analizy przedstawione w pray [15] dowiodły, że w trakie badań młotkiem Shmidta zęść energii bijaka zostaje zużyta na drgania elementu. Dlatego też, aby zapobie sfałszowaniu pomiarów, sztywność elementu konstrukji w wybranym miejsu powinna być dostateznie duża. Takie wielkośi jak amplituda i zęstotliwość drgań wytworzone przez przyrząd pomiarowy wpływają na otrzymywane wyniki. Jeżeli sztywność elementu jest niewystarzająa, to w wyniku drgań masy przyrządu następuje zmniejszenie wartośi lizb odbiia. W elementah harakteryzująyh się takimi właśiwośiami, występuje pozorne zmniejszenie wytrzymałośi betonu przy interpretaji wyników, w obrębie badanyh obszarów. Dla porównania, przy stosowaniu ulepszonego młotka Poldiego (rys. 1 [11]) następuje z kolei zawyżona wytrzymałość betonu. Jest to spowodowane podatnośią elementu, w wyniku której średnia i głębokość powstałego odisku są mniejsze niż w rzezywistośi [3]. Na podstawie badań sklerometrem Shmidta uzyskuje się informaję o twardośi warstwy przypowierzhniowej betonu o grubośi ok. 3 m. Struktura jednorodnośi betonu w elementah masywnyh może być zróżniowana, hoiażby wskutek nierównomiernego zagęszzania betonu. W związku z tym wątpliwe jest założenie, że twardość warstwy przypowierzhniowej jest adekwatna do ałego przekroju. Stąd też przy kontroli jakośi betonu młotkami Shmidta norma [3] ograniza grubość badanego elementu do 20 m przy dostępie jednostronnym, 40 m przy dostępie dwustronnym i 60 m przy dostępie przynajmniej z trzeh stron. Obszar pomiarowy określono, jako powierzhnię betonu wynosząą ok. 50 m 2, na której wykonuje się pomiary lizby odbiia w n i punktah pomiarowyh, przy zym odległośi pomiędzy nimi nie powinny być mniejsze od 2 m. Aktualna norma [21] zawiera znaznie mniej wymogów, niż wześniejsze przepisy. Określa jedynie minimalną grubość elementu przeznazonego do badania, jako równą o najmniej 10 m. Miejsem pomiarowym jest natomiast obszar 30 m 30 m, w którym odległość sąsiednih punktów pomiarowyh nie powinna być mniejsza od 25 mm i żaden z nih nie powinien się znajdować bliżej krawędzi elementu niż 25 mm. Odpowiednie przygotowanie miejs do badań ma deydująy wpływ na rzetelny odzyt wyników. Wspomniana już Drogownitwo 11/

6 wześniej norma [21] zalea przygotowanie obszaru do pomiarów przez szlifowanie kamieniem śiernym powierzhni hropowatyh lub miękkih oraz powierzhni z ubytkami zaprawy, do momentu, aż staną się one gładkie. Kamień śierny określono jako kamień karborundowy o średnio uziarnionej strukturze bądź podobny materiał. Powierzhnie zagładzane lub gładko formowane mogą być poddane badaniu bez uprzedniego szlifowania. Koniezne jest również usunięie wody oraz okruhów z powierzhni betonu, gdyż mogą one znaznie zmniejszyć odzyt lizby odbiia. Z kolei PN- 74/B [24] nakazuje wyrównanie ręzne lub mehanizne powierzhni. W pray [11] ustalono grubość szlifowanej powierzhni, w zależnośi od hropowatośi na 1 3 mm. W sytuajah, gdy beton jest silnie skorodowany lub stary, grubość ta może wynosić 3 5 mm. Zakres wykonywania pomiarów jednoznaznie określono w [3, 21, 24]. Podzas ih wykonywania, należy unikać badania: miejs, w któryh beton jest widoznie uszkodzony (rakowaty, spękany, skarbonatyzowany); elementów poziomo usytuowanyh podzas betonowania (w warstwie przypowierzhniowej następuje nagromadzenie mlezka ementowego lub kruszywa grubego, o pozornie zawyża wytrzymałość); w miejsah linii przebiegania przerw tehnologiznyh w betonowaniu; elementów elastyznyh, mało sztywnyh; w miejsah, w któryh na głębokośi 3 m przebiega zbrojenie konstrukyjne; w miejsah z przepuszzalnymi wkładkami stalowymi, eramiznymi, drewnianymi lub z pustakami znajdująymi się na głębokośi do 3 m od badanej powierzhni; w warstwah betonu przemarzniętego (w okresie dojrzewania; woda nie związana w betonie zostaje zamieniona w lód, o pozornie zwiększa wytrzymałość betonu, a po rozmarznięiu ją zaniża); gdy występuje zawilgoenie powierzhni betonu; w miejsah, w któryh powierzhnia betonu jest silnie skorodowana. W przypadku, gdy w trakie badania nastąpiło skruszenie lub inne uszkodzenie betonu, wynik należy odrzuić. Statystyzne opraowanie wyników badań W wyniku przeprowadzonyh badań otrzymuje się lizbę n odbić od badanego elementu. W pierwszej kolejnośi należy wyznazyć wartość średniego odzytu lizb odbiia i-tego obszaru pomiarowego. W tym elu korzystamy z zależnośi: 374 n ij i= mi = 1 (8) ni w której: mi średnia wartość lizby odbiia w i-tym punkie konstrukji, n i lizba pomiarów w i-tym punkie pomiarowym. Na podstawie rozważań przedstawionyh w [18] uznano, iż zazwyzaj zbiory lizb odbiia w betonie konstrukji zbliżone są do rozkładu Pearsona III typu (rozkład niesymetryzny), logarytmizno-normalnego, Weibulla lub Gaussa-aplae a (normalnego). Stąd też do elów praktyznyh w budownitwie mostowym przyjmuje się, że rozkłady wyników badań sklerometryznyh są rozkładami normalnymi, symetryznymi harakteryzująymi się: wartośią średnią lizby odbiia m = n j= 1 przy zym: m wartość średnia odzytu lizby odbiia w konstrukji, n j lizba j-tyh punktów pomiarowyh. Kolejne wartośi harakteryzująe wyniki badań w rozkładzie normalnym to: odhylenie standardowe lizby odbiia 1 S = n 2 i ( ij m ) 1 (10) n n ij i, j= 1 zależny od niego współzynnik zmiennośi lizby odbiia j mi (9) S i v i = 100%. (11) Metoda skalowania i określania wytrzymałośi według PN-EN mi Jak wspomniano, oenę jednorodnośi i wytrzymałośi betonu metodą sklerometryzną przeprowadza się wykorzystują odpowiednie zależnośi empiryzne między lizbą odbiia a wytrzymałośią betonu f. Zależnośi te są różne do różnyh betonów a ponadto ih przebieg uzależniony jest od wielu parametrów, które wpływają na skład i tehnologię betonu. Pomimo tego, że literatura przedmiotu podaje wiele krzywyh korelaji o ogólnym harakterze zbliżonym do siebie, to jednak rozbieżnośi między nimi są na tyle duże, że nie pozwalają na ustalenie jednej, ogólnej krzywej regresji do wszystkih betonów. Próbę normalizaji proedury skalowania podjęto w [22]. Przewiduje ona określenie wytrzymałośi dwoma sposobami, które wymagają wyników otrzymanyh z badań odwiertów rdzeniowyh i pomiarów uzyskanyh metodą pośrednią. Wariant pierwszy jest to bezpośrednia korelaja z wynikami badań odwiertów rdzeniowyh. Odpowiada ona metodom dokładnym proponowanym w Instrukji ITB 210/1977 [25] i normie PN-74/B [24]. Zgodnie z jej zaleeniami, w elu ustalenia korelaji między wytrzymałośią betonu na śiskanie w konstrukji oraz wynikiem badań sklerometryznyh należy przeprowadzić pełny program badania. Zależnośi te wyznaza się do o najmniej 18 rdzeni pobranyh z konstrukji i 18 wyników pomiarów wykonanyh w tym samym punkie. Uzyskuje się w ten sposób 18 par wyników. Samo wyznazenie zależnośi korelayjnej polega na sporządzeniu wykresu f, a następnie dopasowaniu prostej lub krzywej za pomoą analizy metodą regresji par wyników, uzyskanyh w ramah programu badań. W konsekwenji uzyskuje się zależność f = f (). W elu zapewnienia repre- Drogownitwo 11/2012

7 zentatywnośi wyników, zalea się aby pary wyników były równomiernie rozłożone. Zależność korelayjna powinna być wyznazana przy założeniu możliwośi 10% zaniżenia wytrzymałośi, przy której należy wylizyć standardowy błąd oszaowania, granie ufnośi oraz granie toleranji dla pojedynzego wyniku. Określona zależność korelayjna może być stosowana tylko do oeny wytrzymałośi betonu w konstrukji w warunkah, w któryh ją wyznazono. Powinna być wykorzystywana jedynie w zakresie uzyskanyh wyników badania. Niedopuszzalna jest ekstrapolaja wyników. Oeniają harakterystyzną wytrzymałość betonu na śiskanie w konstrukji, należy śiśle przestrzegać następująyh zaleeń: w każdym miejsu pomiarowym oena powinna wynikać z badań, przeprowadzonyh w o najmniej 15 punktah pomiarowyh, odhylenie standardowe powinno być wartośią oblizoną do wyników pomiarów lub równe 3,0 MPa, w zależnośi od tego, które z nih przyjmuje większą wartość. Charakterystyzną wytrzymałość betonu na śiskanie w konstrukji w danym miejsu pomiarowym określa się jako mniejszą z wartośi: f k,is = f m(n),is 1,48s (12) lub f k,is = f is,lowest + 4 (13) przy zym: f k,is harakterystyzna wytrzymałość betonu na śiskanie w konstrukji, f m(n),is średnia arytmetyzna wytrzymałośi na śiskanie oblizona z zależnośi korelayjnej f, f is,lowest najmniejsza z oznazonyh wartośi wytrzymałośi betonu na śiskanie w konstrukji oblizona z zależnośi korelayjnej f, s odhylenie standardowe. Wariant drugi to wzorowanie na podstawie odwiertów rdzeniowyh do ogranizonego zakresu wytrzymałośi, z wykorzystaniem wyznazonej zależnośi korelayjnej. Metoda ta jest odpowiednikiem metody uproszzonej proponowanej w Instrukji ITB 210/1977 [25] i normie PN-74/B [24]. Proedurę tę stosuje się do ogranizonego zakresu wytrzymałośi z wykorzystaniem wyznazonej hipotetyznej zależnośi Rys. 6. Krzywa bazowa według [22] korelayjnej, krzywej regresji łąznie z jej przesunięiem, wyznazonym za pomoą badania odwiertów rdzeniowyh. W [22] podano do przybliżonego skalowania bazową krzywą, określoną jako dolną obwiednię zależnośi między lizbą odbiia a wytrzymałośią betonu f,yl, którą sprowadzono do wartośi f,ube, określonyh na próbkah sześiennyh o boku 150 mm. Oenę wytrzymałośi betonu wykonuje się przez przesunięie krzywej bazowej do właśiwego poziomu, określonego za pomoą odwiertów rdzeniowyh i badań nieniszząyh. Tehnika ta może być wykorzystywana do oeny populaji typowyh betonów, wykonanyh z tyh samyh materiałów i w ten sam sposób z miejsem pomiarów wybranym z tego rodzaju populaji. Do wyznazenia wartośi przesunięia Δf w elu określenia zależnośi korelayjnej między pomiarami pośrednimi i wytrzymałośią betonu na śiskanie w konstrukji, wykorzystuje się o najmniej 9 par wyników pomiarów. Otrzymane wyniki badań pośrednih i niszząyh należy nanieść na wykres, na którym powinna również się znaleźć krzywa bazowa (rys. 6 [22]) wyznazona z zależnośi: f = 1,25 23 przy (14a) f = 1,73 34,5 przy (14b) W każdym punkie pomiarowym należy określić różnię między wytrzymałośią betonu na śiskanie, uzyskaną z badanyh próbek a wytrzymałośią wyznazoną z krzywej bazowej na podstawie wzorów (14a i b). Następnie wyznaza się średnią wartość różni Δf z n pomiarów. Zasadę korygowania krzywej bazowej zilustrowano na rysunku 7 [3]: δf = f is f (15) przy zym: f is wytrzymałość betonu na śiskanie określona na próbkah, f wytrzymałość na śiskanie oblizona z krzywej bazowej f. Wartość przesunięia podstawowej krzywej regresji Δf jest uzależniona od średniej wartośi różni δf m(n) oraz współzynnika k 1 zależnego od lizby pomiarów. Można ją wyznazyć ze wzoru: Δf = δf m(n) k 1 s (16) w którym: δf m(n) średnia wartość różni wytrzymałośi na śiskanie wyznazonyh na próbkah i wyznazonyh z krzywej bazowej, s odhylenie standardowe różni wytrzymałośi na śiskanie wyznazone na podstawie próbek, k 1 współzynnik przyjmowany wg tab. 3 [22]. Uzyskana po kalibraji zależność f is, = f + Δf może być ekstrapolowana w zakresie ± 2 jednostek lizb odbiia poza zakres lizb odbiia stanowiąyh podstawę skalowania. Po skorygowaniu krzywej bazowej jesteśmy w stanie określić wytrzymałość harakterystyzną betonu na śiskanie zależnie od lizby pomiarów (przypadek A lub przypadek B) i przyporządkować beton do danej klasy wytrzymałośi. Można stosować inne zależnośi korelayjne, mająe uzasadnienie badawze, o jest zgodne z [22]. Drogownitwo 11/

8 betonu tylko na podstawie badań nieniszząyh, które należy traktować jako towarzysząe. Należy jednak pamiętać, że na podstawie pomiarów sklerometryznyh uzyskuje się informaje o jakośi wyłąznie powierzhniowej warstwy betonu (o grubośi 3 10 m). Wobe tego oena wytrzymałośi betonu na śiskanie w konstrukjah z betonu zwartego o wymiarah przekrazająyh 30 m (w kierunku uderzenia przyrządu) nie jest miarodajna. Bibliografia Rys. 7. Korygowanie krzywej bazowej [3]: 1 krzywa bazowa, 2 zależność korelayjna między pośrednią metodą badania i wytrzymałośią betonu na śiskanie w konstrukji, określoną dla danego betonu, który jest przedmiotem badań, δf 1...n różnia między jednostkową wytrzymałośią odwiertu rdzeniowego i wartośią wytrzymałośi wynikająej z krzywej bazowej Stosują tehniki do nieniszząego badania wytrzymałośi betonu na śiskanie trzeba mieć w szzególnośi na uwadze, że najwięej błędów popełnianyh jest podzas interpretaji uzyskanyh wyników badań. Jest to z reguły związane ze zbyt pohopnym przyjmowaniem jednej, podawanej najzęśiej przez produenta urządzenia zależnośi wytrzymałośi na śiskanie od uzyskiwanyh w badaniah nieniszząyh wartośi oznazeń. Nie wolno zapominać, że najpewniejszą interpretaję uzyskanyh wyników badań można przeprowadzić wówzas, gdy w przypadku określonego rodzaju betonu (wykonanego z danyh surowów, dojrzewająego w danyh warunkah i przez określony zas) będzie wyznazona na drodze statystyznej analizy korelayjnej wyników badania próbek betonowyh empiryzna zależność wytrzymałośi na śiskanie badanego materiału od wartośi uzyskiwanyh daną metodą pomiarową. Podsumowanie Oena wytrzymałośi betonu na podstawie badań sklerometryznyh [21] harakteryzuje się niewątpliwymi zaletami. Jest to nie tylko możliwość łatwego określania wytrzymałośi betonu w konstrukji, ale również krótki zas ozekiwania na wyniki oraz ewentualność wielokrotnego powtórzenia badania podzas wznoszenia obiektu i jego eksploataji (można dzięki nim obserwować zwiększenie wytrzymałośi w zasie w tyh samyh elementah). Dodatkową zaletą, jest brak destruktywnego oddziaływania na badany obiekt. W normie PN-EN [26] zastępująej PN-B-88/06250 [27] jednoznaznie stwierdzono, że wytrzymałość betonu można wyznazyć na próbkah wyiętyh z konstrukji, a dodatkowo można przeprowadzić badania nieniszząe konstrukji. Stwierdzenie to wykluza oenę wytrzymałośi 376 [1] J. Biliszzuk i inni (1995): Podręznik inspektora mostowego. WPW, Wroław [2]. Brunarski,. Runkiewiz (1983): Podstawy i przykłady stosowania metod nieniszząyh w badaniah konstrukji z betonu. Prae Naukowe Instytutu Tehniki Budowlanej. Seria monografie, rok. XXXVIII, Warszawa [3] Ł. Drobie, R. Jasiński, A. Piekarzyk (2010): Diagnostyka konstrukji żelbetowyh. Metodologia, badania polowe, badania laboratoryjne betonu i stali. Tom 1. Warszawa, Wydawnitwo Naukowe PWN [4] K. Flaga (1970): Wpływ wielkośi elementów próbnyh na oenę wytrzymałośi betonu metodą sklerometryzną. Inżynieria i budownitwo, nr 10, s [5] K. Flaga (1974): Wpływ temperatury dojrzewania i obróbki termiznej na oenę wytrzymałośi betonu metodą sklerometryzną. I Krajowe Sympozjum Badania Nieniszząe, ITB, Warszawa [6] T. Godyki-Ćwirko (1984): Mehanika betonu. Arkady, Warszawa [7] P. Góra (2012): Most w Boiskah studium przebudowy. Praa dyplomowa inżynierska, Politehnika ubelska, ublin [8] S. Karaś (2004): O badaniah betonu mostów metodami pull-off i pull-out. Inżynieria i Budownitwo, nr 7, s [9] S. Karaś (2011): Oena wytrzymałośi betonu według normy PN- EN Drogownitwo, nr 2, s [10] S. Karaś (2011): Norma PN-EN pytania o definiowania klasy wytrzymałośi betonu. Inżynieria i Budownitwo, nr 10, s [11] R. Kozak i inni (1970): Badanie materiałów, elementów i konstrukji. Budownitwo betonowe T. VIII, Arkady, Warszawa [12] J. Małolepszy (2000): Tehnologia betonu: metody badań. AGH Uzelniane Wydawnitwa Naukowo-Dydaktyzne, Kraków [13] M. Neville (2000): Właśiwośi betonu. Polski Cement, Kraków [14]. Runkiewiz (1974): Wpływ naprężenia w betonie na oenę jego wytrzymałośi i jednorodnośi młotkiem Shmidta. I Krajowe Sympozjum Badania Nieniszząe, ITB, Warszawa [15]. Runkiewiz (1983): Oena wytrzymałośi betonu w konstrukji za pomoą sklerometrów Shmidta. ITB, Warszawa [16]. Runkiewiz (1991): Wpływ wybranyh zynników na wyniki badań sklerometryznyh betonu. Prae Naukowe Instytutu Tehniki Budowlanej, Warszawa [17]. Runkiewiz (1999): Diagnostyka i wzmanianie konstrukji żelbetowyh. Wydawnitwo Politehniki Świętokrzyskiej, Kiele [18]. Runkiewiz (2002): Badania konstrukji żelbetowyh. Biuro Gamma, Warszawa [19] PN-EN Badania betonu. Część 3: Wytrzymałość na śiskanie próbek do badania [20] PN-EN Badania betonu. Część 4: Wytrzymałość na śiskanie Speyfikaja maszyn wytrzymałośiowyh [21] PN-EN Badania betonu w konstrukjah. Część 2: Badania nieniszząe. Oznazenia lizby odbiia [22] PN-EN Oena wytrzymałośi betonu na śiskanie w konstrukjah i prefabrykowanyh wyrobah betonowyh [23] PN-EN Projektowanie konstrukji z betonu. Reguły ogólne dla budynków [24] PN-74/B Nieniszząe badania konstrukji z betonu. Metoda sklerometryzna badania wytrzymałośi betonu na śiskanie za pomoą młotka Shmidta [25] Instrukja ITB 210/1977 Instrukja stosowania młotków Shmidta do nieniszząej kontroli jakośi betonu [26] PN-EN Beton. Część 1: Wymagania, właśiwośi, produkja i zgodność [27] PN-B-88/06250 Beton zwykły Drogownitwo 11/2012