LABORATORIUM zajęcia 2 Z KONSTRUKCJI BETONOWYCH

Transkrypt

1 Politechnika Krakowska Wydział Inżynierii Lądowej Instytut Materiałów i Konstrukcji Budowlanych Zakład Konstrukcji Sprężonych LABORATORIUM zajęcia 2 Z KONSTRUKCJI BETONOWYCH Diagnostyka konstrukcji żelbetowych

2 1. Diagnostyka konstrukcji żelbetowych autor: mgr inż. Mateusz Surma 2

3 1. Ocena jednoetapowa autor: mgr inż. Mateusz Surma 3

4 1. Ocena dwuetapowa autor: mgr inż. Mateusz Surma 4

5 1. Badania diagnostyczne autor: mgr inż. Mateusz Surma 5

6 1. RODZAJE DIAGNOSTYKI autor: mgr inż. Mateusz Surma 6

7 1. RODZAJE DIAGNOSTYKI autor: mgr inż. Mateusz Surma 7

8 2. Diagnostyka konstrukcji betonowych badanie wytrzymałości betonu Badania właściwości mechanicznych betonu: A) badania nieniszczące, B) badania niszczące, C) badania seminiszczące. autor: mgr inż. Mateusz Surma 8

9 2. Diagnostyka konstrukcji betonowych badanie wytrzymałości betonu Metoda sklerometryczna PRZY UŻYCIU MŁOTKA SCHMIDTA (Instrukcja ITB 210; Norma PN-EN :2002. Badania betonu w konstrukcjach. Część 2. Badania nieniszczące. Oznaczenie liczby odbicia. + poprawka Ap1:2004) autor: mgr inż. Mateusz Surma 9

10 2. Diagnostyka konstrukcji betonowych badanie wytrzymałości betonu Metoda sklerometryczna PRZY UŻYCIU MŁOTKA SCHMIDTA (Instrukcja ITB 210; Norma PN-EN :2002. Badania betonu w konstrukcjach. Część 2. Badania nieniszczące. Oznaczenie liczby odbicia. + poprawka Ap1:2004) Rodzaje młotków (różnią się przede wszystkim energią uderzenia): N (normalny) stosowany do badań betonu zwykłego w konstrukcjach prefabrykowanych i monolitycznych, L (lekki), przeznaczony do badań betonów lekkich i zapraw, M (ciężki), używany w badaniach betonu nawierzchni dróg i lotnisk, mostów, fundamentów i innych masywnych konstrukcji, P (wahadłowy), przeznaczony do badań betonów i materiałów o małej twardości i wytrzymałości (gazobeton, tynk). autor: mgr inż. Mateusz Surma 10

11 2. Diagnostyka konstrukcji betonowych badanie wytrzymałości betonu Metoda sklerometryczna PRZY UŻYCIU MŁOTKA SCHMIDTA (Instrukcja ITB 210; Norma PN-EN :2002. Badania betonu w konstrukcjach. Część 2. Badania nieniszczące. Oznaczenie liczby odbicia. + poprawka Ap1:2004) Przy wyborze miejsca do badania należy pamiętać o następujących zaleceniach: - miejsca badania o pow. min. 50 cm 2 równomiernie rozłożone na elemencie konstrukcyjnym, - badanie należy przeprowadzić min. w 12 punktach pomiarowych, - w okolicy każdego punktu należy wykonać min. 5 odczytów, - nie przeprowadza się badania na powierzchni skorodowanej, - unika się badań elementów o małej sztywności np. płyt, ścian o grubościach mniejszych niż 10cm, - nie wykonuje się odczytów na ziarnach kruszywa grubego, - nie jest wskazane badanie powierzchni zawilgoconych (otrzymujemy zaniżone wyniki), - nie jest wskazane badanie miejsc, w których przewiduje się usytuowanie zbrojenia konstrukcyjnego lub innych wkładek na głębokości do 3cm, - nie wykonuje się odczytów w miejscach rakowatych i porowatych, - nie wykonuje się odczytów na górnej powierzchni elementów (mleczko cementowe). autor: mgr inż. Mateusz Surma 11

12 2. Diagnostyka konstrukcji betonowych badanie wytrzymałości betonu Metoda ultradźwiękowa PRZY UŻYCIU BETONOSKOPU (Instrukcja ITB 209, Norma PN-EN :2005 Badania betonu - Część 4: Metoda ultradźwiękowa) Należy pamiętać o następujących zaleceniach: - nadajnik i odbiornik powinny znajdować się na jednej prostej przechodzącej przez element, - unikać miejsc, w których na drodze leży zbrojenie główne, nie należy wykonywać pomiarów w miejscach największych koncentracji naprężeń, - w miarę możliwości nie wyznaczać miejsc pomiarowych w odległości mniejszej niż 8cm od krawędzi badanego elementu, - pomiar przeprowadzić co najmniej w 20 miejscach, - unikać miejsc spękanych, zawilgoconych skorodowanych. autor: mgr inż. Mateusz Surma 12

13 2. Diagnostyka konstrukcji betonowych badanie wytrzymałości betonu B) badania seminiszczące: a) Badania bezpośrednie na próbkach klejonych do głowic lub mocowanych mechanicznie (badanie typu pull-off, pull-out), b) Próba brazylijska (rozciąganie przy rozłupywaniu). autor: mgr inż. Mateusz Surma 13

14 2. Diagnostyka konstrukcji betonowych badanie wytrzymałości betonu Probe Penetration W przypadku konstrukcji żelbetowej stosowanie tej metody jest ograniczone ze względu na obecność otuliny, która może być słabsza niż pozostała część struktury betonu autor: mgr inż. Mateusz Surma 14

15 2. Diagnostyka konstrukcji betonowych badanie wytrzymałości betonu Metoda BREAK-OFF Metoda nie zalecana dla betonów zawierających frakcje kruszywa większe niż 25 mm autor: mgr inż. Mateusz Surma 15

16 2. Diagnostyka konstrukcji betonowych badanie wytrzymałości betonu Metoda PULL-OUT (Norma PN-EN :2006 Badania betonu w konstrukcjach Część 3: Oznaczenie siły wyrywającej) autor: mgr inż. Mateusz Surma 16

17 2. Diagnostyka konstrukcji betonowych badanie wytrzymałości betonu Metoda PULL-OUT (Norma PN-EN :2006 Badania betonu w konstrukcjach Część 3: Oznaczenie siły wyrywającej) Lock-Test Kotwa zabetonowana Capo-Test Kotwa w nawierconym otworze autor: mgr inż. Mateusz Surma 17

18 2. Diagnostyka konstrukcji betonowych badanie wytrzymałości betonu Metoda PULL-OUT (Norma PN-EN :2006 Badania betonu w konstrukcjach Część 3: Oznaczenie siły wyrywającej) Zastosowanie, gdy: Metoda jest niezależna od parametrów materiałowych (rodzaj cementu, zawartość dodatków lub domieszek, włókien itp.) i technologicznych. Można ją stosować z wyjątkiem betonów lekkich oraz betonów o uziarnieniu większym niż 32 mm. autor: mgr inż. Mateusz Surma 18

19 2. Diagnostyka konstrukcji betonowych badanie wytrzymałości betonu Metoda PULL-OUT (Norma PN-EN :2006 Badania betonu w konstrukcjach Część 3: Oznaczenie siły wyrywającej) autor: mgr inż. Mateusz Surma 19

20 2. Diagnostyka konstrukcji betonowych badanie wytrzymałości betonu C) badania niszczące Badania wytrzymałości na ściskanie na próbkach betonowych pobranych w trakcie betonowania (próbki sześcienne 15cm, lub walcowe o średnicy 15cm i wysokości 30cm). a) Badanie wytrzymałości na ściskanie na próbkach odwierconych z konstrukcji. f c 15 =1,25* f cφ15/30 f c 15 =1,05* f c 20 f c 15 =0,90* f c 10 Dodatkowe badania: a) Badania średniego modułu sprężystości E cm, b) Wytrzymałość na odrywanie, c) Wyznaczanie krzywych naprężenie odkształcenie zarówno przy ściskaniu jak i przy rozciąganiu, wyznaczanie energii pękania betonu. autor: mgr inż. Mateusz Surma 20

21 3. Diagnostyka konstrukcji betonowych badanie wytrzymałości stali Badania stali zbrojeniowej: a) Wykonanie odkrywki i określenie gatunku stali zbrojeniowej na podstawie jej użebrowania. autor: mgr inż. Mateusz Surma 21

22 3. Diagnostyka konstrukcji betonowych badanie wytrzymałości stali Badania stali zbrojeniowej c.d.: b) Pobranie fragmentu pręta zbrojeniowego (z miejsca o niewielkim wytężeniu konstrukcji) i wykonanie testu na maszynie do rozciągania ĆWICZENIE 1. Uwaga. Określenie wytrzymałości stali na podstawie pomiaru jej twardości może prowadzić do błędów, zwłaszcza w przypadku obecnie stosowanych stali ulepszanych cieplnie (np. technologą Temcore). autor: mgr inż. Mateusz Surma 22

23 4. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru W przypadku konstrukcji żelbetowych najczęściej mierzone są wielkości: a) Odkształcenia b) Przemieszczenia c) Siła (obciążenie), siła sprężająca d) Szerokość rozwarcia rys e) Średnice i sposób ułożenia zbrojenia autor: mgr inż. Mateusz Surma 23

24 4a. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru ODKRZTAŁCENIA Tensometria elektrooporowa bazująca na proporcjonalności zmiany oporu do odkształcenia: autor: mgr inż. Mateusz Surma 24

25 4a. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru ODKRZTAŁCENIA Tensometria elektrooporowa c.d. Przygotowanie konstrukcji i tensometrów elektrooporowych do pomiarów autor: mgr inż. Mateusz Surma 25

26 4a. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru ODKRZTAŁCENIA Tensometria elektrooporowa c.d. Mostek Wheatstone`a autor: mgr inż. Mateusz Surma 26

27 4a. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru ODKRZTAŁCENIA Tensometria elektrooporowa c.d. Zalety: Wady: autor: mgr inż. Mateusz Surma 27

28 4a. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru ODKRZTAŁCENIA Tensometria mechaniczna pomiar przyrządem mechanicznym o ustalonej bazie pomiarowej, np. ekstensometr typu Demeck. Zalety: - metoda niewymagająca specjalistycznego sprzętu, - niewrażliwa na warunki atmosferyczne Wady: - brak ciągłości pomiaru, - dokładność autor: mgr inż. Mateusz Surma 28

29 4a. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru ODKRZTAŁCENIA Tensometry strunowe, pomiar zmiany częstości drgań struny wskutek jej odkształcenia. Zalety: metoda łatwa w stosowaniu, ciągłość pomiaru, niewrażliwość na warunki atmosferyczne Wady: koszt czujników, wymiary geometryczne Tensometria indukcyjna zasada pomiaru jak w przypadku indukcyjnego przetwornika przemieszczeń. Zależności korelacyjne pomiędzy zmianą napięcia w uzwojeniu cewki a przemieszczeniem metalowego rdzenia. autor: mgr inż. Mateusz Surma 29

30 4a. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru PRZEMIESZCZENIA Ugięcie - przemieszczenie osi odkształconej elementu w dół. Wygięcie - przemieszczenie osi odkształconej elementu w górę. autor: mgr inż. Mateusz Surma 30

31 4b. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru PRZEMIESZCZENIA Ugięciomierze zegarowe autor: mgr inż. Mateusz Surma 31

32 4b. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru PRZEMIESZCZENIA Indukcyjne przetworniki przemieszczenia autor: mgr inż. Mateusz Surma 32

33 4c. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru SIŁY Elektrooporowe Hydrauliczne Mechaniczne autor: mgr inż. Mateusz Surma 33

34 4d. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru RYS W zależności od czynnika który je powoduje, rysy występują w formach o różnych kształtach, szerokościach czy rozstawach: rysy prostopadłe do osi podłużnej elementu, biegnące wzdłuż całej wysokości przekroju (osiowe rozciąganie) - rysunek a), rysy prostopadłe mające stały rozstaw, których zasięg kończy się poniżej osi obojętnej przekroju (zginanie) - rysunek b), rysy ukośne (są wynikiem działania naprężeń pochodzących od sił tnących) rysunek c), rysy podłużne wzdłuż prętów zbrojeniowych rysunek d), rysy powierzchniowe (zmian temperatury, wilgotności, skurcz) rysunek e). autor: mgr inż. Mateusz Surma 34

35 4d. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru RYS Ograniczenia zarysowania Można dopuścić do występowania rys bez jakiejkolwiek próby ograniczenia ich szerokości pod warunkiem, że nie obniżają one użytkowalności, ani nie powodują obniżenia trwałości konstrukcji. Dzięki odpowiedniemu sprężeniu zarysowanie można całkowicie wyeliminować. PN-EN , str. 109: autor: mgr inż. Mateusz Surma 35 Autor: dr inż. Wit Derkowski

36 4d. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru RYS USZKODZENIA TRWAŁE Rysa - widoczna na elemencie nieciągłość o niewielkiej zwykle długości i rozwartości do 0,3 mm. Pęknięcie - deformacja o znacznej długości (np. przez całą długość ściany) zwykle dzieląca element na oddzielne części (na przestrzał). Szczelina - rysa lub pęknięcie o znacznej szerokości zwykle więcej niż 0,5 mm. autor: mgr inż. Mateusz Surma 36 Autor: dr inż. Wit Derkowski

37 4d. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru RYS SKALA USZKODZEŃ O - pomijalne. Brak widocznych rys lub pojedyncze włosowate rysy na tynkach. 1 - bardzo małe. Drobne rysy w ścianach zewnętrznych, głównie przy otworach okiennych i drzwiowych, widoczne przy dokładnych oględzinach. Pojedyncze zarysowania ścian działowych. Drobne uszkodzenia elewacji. 2 - małe. Wyraźne (do 0,5 mm) pojedyncze rysy w ścianach zewnętrznych (głównie w pasach międzyokiennych), niewidoczne od wewnątrz. Pojedyncze zarysowania ścian nośnych przy otworach okiennych i drzwiowych. Nieliczne zarysowania stropów wzdłuż belek. Spękania ścian działowych. 3 - średnie. Spękania ścian nośnych o rozwarciu do 1 mm, o długości nie przekraczającej jednej kondygnacji. Zarysowania stropów wzdłuż belek (do 1 mm), występujące na większości kondygnacji. Liczne spękania i wydzielanie się ścian działowych i wypełniających (o rozwarciu >1 mm), powtarzające się na kilku kondygnacjach. 4 - poważne. Spękania ścian nośnych o rozwarciu 1-5 mm. Spękania ścian zewnętrznych przy otworach okiennych i drzwiowych, o rozwarciu >1 mm, przechodzące przez całą grubość ściany. Spękania ścian >1 mm o długości większej niż jedna kondygnacja. Zarysowania stropów wzdłuż belek, powtarzające się w pionie, o rozwarciu 1-5 mm. Zarysowania stropów prostopadłe do belek. 5 - bardzo poważne. Spękania ścian nośnych o rozwarciu >5 mm, zwłaszcza przechodzące przez kilka kondygnacji. Spękania stropów o rozwarciu >5 mm. autor: mgr inż. Mateusz Surma 37 Autor: dr inż. Wit Derkowski

38 4d. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru RYS Wsporniki słupowe krótkie Obraz zarysowania wspornika krótkiego prawidłowo skonstruowanego: Zarysowania wsporników źle zaprojektowanych:

39 4d. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru RYS Model naturalnego zarysowania słupów krępych, obciążonych siłą: a) osiową; b) na małym mimośrodzie; c) na dużym mimośrodzie. Zarysowanie słupów ściskanych na dużym mimośrodzie Pionowe zarysowanie słupa wywołane pęczniejąca korozją zbrojenia Obraz zniszczenia słupa Widoczne wygięcie zbrojenia głównego.

40 4d. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru RYS wywołane zginaniem Belki żelbetowe i sprężone wywołane ścinaniem rysy ścinająco - zginające zarysowanie przez przecinanie ukośne miażdżenie betonu rysy ścinająco - ściskające zarysowanie ścinająco - poślizgowe wywołane skręcaniem wywołane innymi czynnikami - skurczem - oddziaływaniami wyjątkowymi

41 4d. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru RYS Płyty jednokierunkowo i krzyżowo zbrojone oraz ustroje płytowo-słupowe obraz zarysowania w płytach jednokierunkowo zbrojonych: - płyta podparta wzdłuż krótszych boków; - płyta podparta wzdłuż wszystkich boków a) zarysowanie dolnej powierzchni stropu wielopolowego; b) zarysowanie powierzchni górnej stropu wielopolowego; c) zarysowanie dolnej powierzchni obraz zarysowania ustroju płytowo słupowego: a) powierzchnia górna, b) powierzchnia dolna

42 4d. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru RYS Mikroskopy (lupki), np. lupka Brinella, wzorniki szerokości rys. autor: mgr inż. Mateusz Surma 42

43 4e. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru DETEKCJA ZBROJENIA Odkrywki autor: mgr inż. Mateusz Surma 43

44 4e. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru DETEKCJA ZBROJENIA Femetr - magnetyczna metod kontroli usytuowania zbrojenia w elemencie autor: mgr inż. Mateusz Surma 44

45 4e. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru DETEKCJA ZBROJENIA Zdjęcia rentgenowskie autor: mgr inż. Mateusz Surma 45

46 4e. Diagnostyka konstrukcji betonowych techniki pomiaru ODLEGŁOŚCI autor: mgr inż. Mateusz Surma 46

47 5. Skala oceny stanu konstrukcji Stan zadowalający - elementy nie wykazują zarysowań, nadmiernych ugięć i śladów korozji. Stan mało zadowalający - elementy wykazują niewielkie zarysowania, nieznaczne ugięcia oraz objawy korozji powierzchniowej, plamy i wykwity na tynkach, nieszczelność pokrycia itp. Stan niezadowalający - elementy uległy znacznej korozji, wykazują objawy znacznych ugięć, uszkodzenia (odpadanie) tynków itp. Stan przedawaryjny - elementy wykazują ugięcia i zarysowania świadczące o przekroczeniu stanu granicznego użytkowalności lub nośności. Stan awaryjny - konstrukcja wykazuje trwałe uszkodzenia i silne zarysowania, pęknięcia, miejscową utratę stateczności itp. Katastrofa budowlana - niezamierzone gwałtowne zniszczenie obiektu budowlanego lub jego części, a także konstrukcyjnych elementów rusztowań, elementów urządzeń formujących, ścianek szczelnych i obudowy wykopów. autor: mgr inż. Mateusz Surma 47