Στοιχεία Τεχνολογίας σκυροδέματος

Transcript

1 Στοιχεία Τεχνολογίας σκυροδέματος Σχεδιασμός για ανθεκτικότητα Επικαλύψεις στο σκυρόδεμα Χ. Ζέρης

2 Το Ευρωπαϊκό πλαίσιο Μελετών και Εκτέλεσης έργων. ΚΤΣ 97, 2012 Συσχέτιση μεταξύ Κανονισμών, ΕΝ και λοιπών Προτύπων των υλικών ΕΚΩΣ ΕΑΚ ΚΑΝΕΠΕ Ευρωκώδικας 8 2

3 Σχεδιασμός για ανθεκτικότητα στο σκυρόδεμα Δυσμενείς επιδράσεις Δράση χλωριόντων Ενανθράκωση Χημική προσβολή (οργανικά, θειικά κλπ.) Ψύξη απόψυξη Τριβή - απότριψη ΕΝ Σύνθετα τσιμέντα Τσιμέντα ανθεκτικά σε θειικά (SR) ΕΝ Σχεδιασμός έργων για ανθεκτικότητα ΕΝ Ευρωκώδικας 2 3

4 Τυπικές αστοχίες ανθεκτικότητας Παράδειγμα νησιωτικού έργου έντονα διαβρωμένου λόγω θαλασσίων χλωριόντων και χρήσης επιχρίσματος με ασβέστη χωρίς επαρκή επικάλυψη Ιαν Χ. Ζέρης 4

5 Τυπικές αστοχίες ανθεκτικότητας Παγοπληξία 5

6 Τυπικές αστοχίες ανθεκτικότητας Χλωριόντα Ιαν Χ. Ζέρης 6

7 Τυπικές αστοχίες ανθεκτικότητας. Α/Η Σταθμός παραγωγής ενεργείας Ενανθράκωση, χλωριόντα, θειικά και άλλα χημικά 7

12 Μηχανισμός διάβρωσης στο σκυρόδεμα Το σκυρόδεμα περιέχει μικρορωγμές 1. Υγρασία και θερμοκρασιακές εναλλαγές 2. Μηχανικές δράσεις 3. Χημικές δράσεις και 4. Παγετός, υπερφόρτιση και λοιποί δραστικοί παράγοντες που αυξάνουν τη διαπερατότητα του σκυροδέματος Σκυρόδεμα υψηλής διαπερατότητας Περιβάλλον Άνοιγμα ρωγμών Διάβρωση του οπλισμού Φόρτιση 12

13 Μηχανισμός διάβρωσης των οπλισμών από ιόντα χλωρίου Η οξείδωση του οπλισμού από χλωριόντα (ή θειικά) αποτελεί τη συνηθέστερη μορφή διάβρωσης στις υφιστάμενες κατασκευές στη διάρκεια ζωής τους. Ο μηχανισμός διάβρωσης των οπλισμών λόγω έκθεσης σε ιόντα χλωρίου δίδεται παραπλεύρως. Η ενανθράκωση του σκυροδέματος δρα επικουρικά στη διαβρωτική λειτουργία των ιόντων χλωρίου. Χλωριόντα (Cl - ) P. Μehta, P. Monteiro, 2005, Concrete. 13

14 Μηχανισμός διάβρωσης των οπλισμών από ιόντα χλωρίου Έλεγχοι στο πεδίο και στο Εργαστήριο Δοκιμή ενανθράκωσης Μέτρηση διαφοράς δυναμικού 5-6 cm Ζώνη ενανθράκωσης πυρήνα 14

15 Περιβαλλοντική έκθεση Το ΕΛΟΤ ΕΝ ταξινομεί τις κατηγορίες περιβαλλοντικών δράσεων με βάση τις οποίες γίνεται ο σχεδιασμός ενός έργου ΟΣ για ανθεκτικότητα. Ο Ευρωκώδικας 2 ταξινομεί τις Κατηγορίες έργου (S1-) και τη Διάρκεια ζωής σχεδιασμού (για μόνιμες κατασκευές 50 έτη τουλάχιστον, που μπορεί να αυξηθεί και στα 100 έτη για σημαντικά έργα). 15

16 3.2 Κατηγορίες περιβαλλοντικής έκθεσης κατά ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1: Ουδεμία τρωτότητα σε διάβρωση Κατηγορία Χ0 Περιγραφή των συνθηκών περιβάλλοντος Σκυρόδεμα χωρίς οπλισμό ή εντοιχισμένα ειδικά μεταλλικά τεμάχια. Ωπλισμένο σκυρόδεμα με ή χωρίς εντοιχισμένα ειδικά μεταλλικά τεμάχια, σε εξαιρετικά ξηρή κατάσταση. Ενδεικτικές περιπτώσεις ισχύος ΩΣ στο εσωτερικό κτιρίων με εξαιρετικά χαμηλό ποσοστό υγρασίας 16

17 Κατηγορίες περιβαλλοντικής έκθεσης κατά ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1: Διάβρωση λόγω ενανθράκωσης Κατηγορία ΧC1 ΧC2 ΧC3 ΧC4 Περιγραφή των συνθηκών περιβάλλοντος Σκυρόδεμα σε περιβάλλον ξηρό ή μονίμως υγρό Περιβάλλον υγρό, σπανίως ξηρό Περιβάλλον μέτριας υγρασίας Διαδοχικοί κύκλοι υγρού και ξηρού Ενδεικτικές περιπτώσεις ισχύος ΩΣ στο εσωτερικό κτιρίων με χαμηλό ποσοστό υγρασίας Σε μακροχρόνια επαφή με νερό Θεμελιώσεις ΩΣ στο εσωτερικό κτιρίων με μέτριο ή υψηλό ποσοστό υγρασίας Σε εξωτερικό περιβάλλον προστατευμένο από τη βροχή Σε επαφή με νερό και δεν ανήκει στην κατηγορία ΧC2. 17

18 Κατηγορίες περιβαλλοντικής έκθεσης κατά ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1: Χλωριόντα πλην θαλασσινού νερού Κατηγορία ΧD1 ΧD2 ΧD3 Περιγραφή των συνθηκών περιβάλλοντος Μέτρια υγρασία Υγρό, σπανίως ξηρό Διαδοχικοί κύκλοι υγρού και ξηρού Ενδεικτικές περιπτώσεις ισχύος Επιφάνειες εκτεθειμένες σε εναέρια χλωριόντα Στοιχεία από σκυρόδεμα εκτεθειμένα σε βιομηχανικά λύματα που περιέχουν Cl - Πισίνες Τμήματα γεφυρών εκτεθειμένα σε διαβροχή περιεκτική σε Cl - Δάπεδα, Πλάκες σταθμών οχημάτων. 18

19 Κατηγορίες περιβαλλοντικής έκθεσης κατά ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1: Διάβρωση λόγω χλωριόντων από θαλασσινό νερό Κατηγορία ΧS1 ΧS2 ΧS3 Περιγραφή των συνθηκών περιβάλλοντος Έκθεση σε εναέρια χλωριόντα αλλά σε μη άμεση επαφή με το νερό Μονίμως εντός του θαλασσινού νερού Ζώνες διαβροχής, κατεωνισμού και παλιρροϊκής εναλλαγής Ενδεικτικές περιπτώσεις ισχύος Κατασκευές πλησίον ή επάνω στην ακτή Τμήματα λιμενικών έργων 19

20 Κατηγορίες περιβαλλοντικής έκθεσης κατά ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1: Διάβρωση λόγω παγετού (ψύξη / απόψυξη) Κατηγορία ΧF1 ΧF2 ΧF3 ΧF4 Περιγραφή των συνθηκών περιβάλλοντος Μέτριος κορεσμός με νερό, χωρίς αντιπαγωτικές ουσίες Μέτριος κορεσμός με νερό, με αντιπαγωτικές ουσίες Υψηλός κορεσμός με νερό, χωρίς αντιπαγωτικές ουσίες Υψηλός κορεσμός με νερό, με αντιπαγωτικές ουσίες ή θαλασσινό νερό Ενδεικτικές περιπτώσεις ισχύος Κατακόρυφες επιφάνειες εκτεθειμένες σε βροχή και παγετό Κατακόρυφες επιφάνειες έργων οδοποιίας εκτεθειμένες σε παγετό και αντιπαγωτικές ουσίες Οριζόντιες επιφάνειες εκτεθειμένες σε βροχή και παγετό Δάπεδα και οδοστρώματα εκτεθειμένα σε παγετό και αντιπαγωτικές ουσίες Επιφάνειες απευθείας εκτεθειμένες σε βροχή και παγετό 20

21 Κατηγορίες περιβαλλοντικής έκθεσης κατά ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1: Διάβρωση λόγω χημικών δράσεων Κατηγορία ΧA1 ΧA2 ΧA3 Περιγραφή των συνθηκών περιβάλλοντος Ελάχιστα τοξικό περιβάλλον (βλ. ΕΝ 206-1) Μέτρια τοξικό περιβάλλον (βλ. ΕΝ 206-1) Υψηλά τοξικό περιβάλλον (βλ. ΕΝ 206-1) Ενδεικτικές περιπτώσεις ισχύος Εδάφη και υδροφόρος ορίζοντας 21

22 Κατηγορίες περιβαλλοντικής έκθεσης κατά ΕΛΟΤ ΕΝ και : Τριβή - απότριψη Κατηγορία ΧΜ1 ΧΜ2 ΧΜ3 Περιγραφή των συνθηκών περιβάλλοντος Μέτρια έκθεση σε απότριψη (οχήματα με ελαστικά με αεροθάλαμο) Βαριά έκθεση σε απότριψη (περονοφόρα οχήματα με ελαστικούς τροχούς) Ακραία έκθεση σε απότριψη (περονοφόρα οχήματα με σιδηροτροχούς) Ενδεικτικές περιπτώσεις ισχύος Βιομηχανικά δάπεδα και οδοστρώματα 22

23 Παράδειγμα Τμήμα Α: Παγετός XF4 με υψηλό υδροκορεσμό και χρήση αντιπαγωτικών αλάτων. Απότριψη XT2, θεωρώντας οδόστρωμα από σκυρόδεμα Τμήμα Β: Ενανθράκωση XC4 και παγετός ΧF2 (χαμηλότερη κατηγορία, καθώς είναι προστατευμένο από το άνω τμήμα της γέφυρας-οδόστρωμα) και για τους ίδιους λόγους (χρήση αντιπαγωτικών αλάτων) Τμήμα Γ: Χ0 (προστατευμένο σκυρόδεμα), ή ΧΑ1, αν υπάρχουν δεδομένα για χημική προσβολή από άλατα του εδάφους (π.χ. θειικά, φωσφορικά) Τμήμα Δ: Ενανθράκωση XC2, καθώς το τμήμα αυτό θα είναι κατά βάση αρκετά υγρό λόγω εγγύτητας με το έδαφος. Τμήμα Ε: Ενανθράκωση XC4 και παγετός ΧF2 (χαμηλότερη κατηγορία, καθώς είναι προστατευμένο από το άνω τμήμα της Ιαν. γέφυρας-οδόστρωμα) Χ. Ζέρης 23 Ε Δ Α Γ Β

24 Σχεδιασμός για ανθεκτικότητα κατά ΕΝ Απαιτήσεις ανθεκτικότητας Για την επίτευξη της απαιτούμενης ανθεκτικότητας, κάθε δομικό στοιχείο θα προστατεύεται με κατάλληλα μέτρα. Οι απαιτήσεις ανθεκτικότητας θα λαμβάνονται υπόψη στα ακόλουθα: Φέρων οργανισμός Επιλογή των υλικών Κατασκευαστικές λεπτομέρειες Εκτέλεση Ποιοτικός έλεγχος Επίβλεψη Ειδικά μέτρα (π.χ., ανοξείδωτος χάλυβας, προστατευτικές επαλείψεις, καθοδική προστασία) 24

25 Επικάλυψη οπλισμών Για την απαιτούμενη ανθεκτικότητα σε περιβαλλοντική έκθεση ελέγχεται η επικάλυψη του οπλισμού c. Στα σχέδια και στους υπολογισμούς προδιαγράφεται η ονομαστική επικάλυψη: c nom c nom = c min + Δc dev Την c min καθορίζουν : Αντοχή σε συνάφεια Ανθεκτικότητα (ΕΝ , ΕΛΟΤ ΕΝ 206-1) Πυρκαγιά (ΕΝ ) Η Δc dev αφορά την αποδεκτή αύξηση της ελάχιστης επικάλυψης, στα σχέδια και στη μελέτη, λόγω των συνθηκών κατασκευής και ορίζεται στον Ευρωκώδικα 2 ανάλογα με τον έλεγχο ποιότητας της κατασκευής και τον τύπο του στοιχείου. Χ. Ζέρης c nom Ιαν

26 Ονομαστική επικάλυψη οπλισμών c nom στα σχέδια c nom = c min + Δc dev c nom c nom 26

27 Διαφοροποίηση της επικάλυψης Δc dev λόγω των συνθηκών κατασκευής Η ονομαστική επικάλυψη c nom = c min + Δc dev χρησιμοποιείται στους υπολογισμούς και προδιαγράφεται στα Σχέδια. Προτείνεται και ισχύει γενικά ότι Δc dev = 10 mm (ΕΠ). Η παραπάνω τιμή Δc dev μειώνεται σε περιπτώσεις συνεχούς και επακριβούς μέτρησης (10 mm Δc dev 5 mm) και μέτρησης εξαιρετικής ακρίβειας (5 mm Δc dev 0 mm) των ανοχών στις διαστάσεις των τύπων (π.χ. στην προκατασκευή, σε εργοστάσιο). c nom = c min + Δc dev 27

28 Eλάχιστη επικάλυψη c min c min max c min,dur c c c c dur, min,b 10mm dur,st dur, add c min,b : ελάχιστη επικάλυψη λόγω αντοχής σε συνάφεια, c min,b c min,dur : ελάχιστη επικάλυψη λόγω ανθεκτικότητας c min,dur +Δc dur,γ : πρόσθετη επικάλυψη ασφαλείας (0 mm, ΕΠ) -Δc dur,st : μείωση επικάλυψης λόγω ανοξείδωτου χάλυβα (0 mm, ΕΠ) -Δc dur,add : μείωση επικάλυψης λόγω άλλων μέτρων (0 mm, ΕΠ) Οι ελάχιστες επικαλύψεις c min,dur για δεδομένες Κατηγορίες Περιβαλλοντικής Έκθεσης καθορίζονται στο ΕΝ Εν τούτοις, το ΕΛΟΤ ΕΝ (Πίνακας Ε.Π. ΣΤ.1) καθορίζει δυσμενέστερες τιμές ανάλογα με την Κατηγορία έκθεσης και τον τύπο του τσιμέντου στη σύνθεση. Ιαν. Για 2014 Κατηγορίες ΧΤ1 ΧΤ3, η c min αυξάνεται Χ. Ζέρης ανάλογα κατά 5, 10, 15mm (ΕΠ). 28

29 Ελάχιστη επικάλυψη c min,b για αντοχή λόγω συνάφειας Διάταξη ράβδων οπλισμού Ελάχιστη επικάλυψη c min,b (c min,b > c min,b +5 mm εφόσον D max > 32 mm) Μεμονωμένες ράβδοι Φ Διάταξη δέσμης οπλισμών Φ n (= Φ n b 55 mm) μετράται από την εξώτατη περίμετρο της δέσμης C min,b = Φ 3 n b 4 ματίσεις, κατακόρυφοι οπλισμοί n b 3 λοιπές περιπτώσεις 29

30 Όρια στη σύνθεση και επικαλύψεις για ανθεκτικότητα. Πίνακας Ε.Π. ΣΤ.1, ΕΝ

31 Οριακές τιμές περιεκτικότητας και ιδιοτήτων σκυροδέματος και επικαλύψεων οπλισμού c min,dur (από Πίνακα Ε.Π. ΣΤ.1, ΕΝ 206-1) Κατηγορία Έκθεσης X0 Ν/Τ (Ενεργό) Δεν τίθεται όριο XC1 0,65 25 XC2 0,60 25 Επικάλυψη c min,dur mm XS1 0,50 40 εφόσον C26, 45 XS2 0,50 εφόσον C25 Επί πλέον, ο Πίνακας ΕΠ ΣΤ-1 δίδει επί πλέον όρια στη σύνθεση (), στην ελάχιστη Κατηγορία Αντοχής και στο ποσοστό αερακτικού (για παγοπληξία). 31

32 Αλλαγή στην ελάχιστη επικάλυψη c min,dur για Κατηγορία έργου Sx κατά EN ΒΑΣΙΚΗ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΕΡΓΟΥ (S4) ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΕΚΘΕΣΗΣ (ΕΝ 206-1) Χ0 XC1 XC2/XC3 XC4 XD1/XS1 XD2/XS2 XD3/XS3 Τ = 100 έτη +2 Αύξηση Cxx (εφόσον < 4% αερατικό) Λειτουργία Πλάκας Ειδικός Έλεγχος Ποιότητας? 30/37 30/37 35/45 40/50 40/50 40/50 45/

33 Ελάχιστη επικάλυψη c min,dur για ανθεκτικότητα ανά Κατηγορία Έργου (S1-S6) 33

34 Αυξήσεις της c min λόγω ειδικών συνθηκών κατασκευής Σε περιπτώσεις έκθεσης σε τριβή απότριψη η ελάχιστη επικάλυψη θα αυξάνεται κατά 5mm, 10mm, 15mm (Κατ. Έκθεσης XT1, XT2, XT3) Σε περιπτώσεις στοιχείων εν επαφή με το έδαφος και σε στοιχεία με εμφανή αδρανή προτείνεται η τιμή της ελάχιστης επικάλυψης c min να μην είναι μικρότερη από : + 40 mm (διαμορφωμένο έδαφος, μπετόν καθαριότητος) + 75 mm (μη διαμορφωμένο έδαφος) + 5 mm τουλάχιστον (εμφανή αδρανή) c nom = c min + Δc dev 34

35 Απαιτήσεις για ανθεκτικότητα κατά ΕΚΟΣ (Τι ισχύει ακόμη σήμερα) 4 Κατηγορίες Έκθεσης 1 Ελάχιστα διαβρωτικό περιβάλλον 2 Μέτρια διαβρωτικό περιβάλλον 3 Παραθαλάσσιο (< 1 Km) 4 Πολύ διαβρωτικό περιβάλλον c nom = c min +[5,10mm] c min > 15mm ή > Φ+10[Κατ. 1,2] / > Φ+20[Κατ. 3,4] c min = 75 / 40 mm επί εδάφους (μη διαμορφ./ διαμορφ.) 35

36 Το σκυρόδεμα σε πυρκαγιά Αλιβέρι, 2007 Ιαν Χ. Ζέρης 36

37 Το σκυρόδεμα σε πυρκαγιά Αλιβέρι,

38 Επικάλυψη για πυρκαγιά Πρόσθετες απαιτήσεις για την επικάλυψη των οπλισμών στο σκυρόδεμα Πλην ανθεκτικότητας, πρόσθετες απαιτήσεις για την επικάλυψη δίδονται: Σεπτέμβριος 2007, Αλιβέρι Ευβοίας ΕΝ Απαιτήσεις συνάφειας ΕΝ Πυρκαγιά. Αποφυγής απώλειας της επικάλυψης Αντοχής σε δεδομένη διάρκεια έκθεσης στην πρότυπη πυρκαγιά 38

39 Συμπεριφορά των υλικών σε πυρκαγιά Θερμής έλασης Πυριτικά αδρανή Ασβεστολιθικά αδρανή Ψυχρής έλασης Απώλεια αντοχής σε θλίψη του σκυροδέματος Απώλεια αντοχής σε διαρροή του οπλισμού Ιαν Χ. Ζέρης 39

40 Απώλεια επικάλυψης : Εκρηκτική αποφλοίωση και Αποκόλληση της επικάλυψης Η εκρηκτική αποφλοίωση της επικάλυψης : Σε στοιχεία εκτεθειμένα σε πυρκαγιά θα αποφεύγεται. Εναλλακτικά οι συνέπειες αυτής θα λαμβάνονται υπόψη στον υπολογισμό αντοχής και δυσκαμψίας. Εξαρτάται από το μέγεθος της επικάλυψης και την περιεχόμενη υγρασία, εφόσον αυτή υπερβαίνει το 3%. Δομικά στοιχεία σε έκθεση Χ0 και XC1 μπορούν να θεωρηθούν ότι περιέχουν ένα ποσοστό υγρασίας 3% άρα εξαιρούνται ελέγχου (ΕΠ). Δεν απαιτούνται περαιτέρω έλεγχοι για δομικά στοιχεία από συνήθη σκυροδέματα, τα οποία σχεδιάζονται βάσει των Πινάκων περί ελαχίστων γεωμετρικών διαστάσεων και επικάλυψης οπλισμού. Αποκόλληση της επικάλυψης λόγω μακροχρόνιας έκθεσης στην πυρκαγιά: Εφόσον η επικάλυψη στον άξονα του οπλισμού είναι ή υπερβαίνει τα 70 mm, απαιτείται επιδερμικός οπλισμός (min Φ4/100) για αποφυγή της αποκόλλησης αυτής σε βάθος χρόνου έκθεσης. 40

41 Εφαρμογή: Σχεδιασμός με τη μέθοδο των 600 o C Δοκός ορθογωνικής διατομής R60 R90 R120 Διάχυση θερμοκρασίας σε ορθογωνική διατομή 600/300 Ιαν Χ. Ζέρης 41

42 Εφαρμογή: Σχεδιασμός δοκών με πίνακες Οι Πίνακες αφορούν πλακοδοκούς εκτεθειμένες σε τρεις παρειές καθ όλη τη διάρκεια της πυρκαγιάς. Για έκθεση σε τέσσερεις παρειές, ισχύουν πρόσθετες διατάξεις. Αφορούν αποκλειστικά τα σχήματα διατομών που δείχνονται παραπλεύρως. Ελέγχονται οι ελάχιστες γεωμετρικές διαστάσεις για τυπικές διατομές: bw, bmin, a asd (για γωνιακές ράβδους, μονή στρώση) asd bw b b b deff 42