1 Επικάλυψη και κατηγορία σκυροδέματος (ελάχιστα απαιτούμενα για τον έλεγχο ανθεκτικότητας) Κατηγορίες περιβαλλοντικής έκθεσης του ΕΛΟΤ ΕΝ206-1 Οι κατηγορίες περιβαλλοντικής, αναλόγως του είδους της πιθανής επιβλαβούς για την ανθεκτικότητα της κατασκευής δράσης (exposure=έκθεση στο περιβάλλον) διαιρούνται στις ακόλουθες κατηγορίες: Χ0 : Χωρίς διακινδύνευση διάβρωσης ή προσβολής ΧC1 ως ΧC4 : ιάβρωση από ενανθράκωση ΧS1 ως ΧS3 : ιάβρωση από χλωριόντα θαλασσινού νερού (Sea) ΧD1 ως ΧD3 : ιάβρωση από χλωριόντα πλην θαλασσινού νερού (chloride?) ΧF1 ως ΧF4 : Προσβολή ψύξης απόψυξης (Freeze) ΧA1 ως ΧA3 : Χημική προσβολή (chemical Attack) Σε κάθε κατηγορία ο βαθμός επικινδυνότητας αυξάνει από το 1 (ελαφρύτερη κατάσταση) ως το 3 ή 4 (δυσμενέστερη κατάσταση). Ενδεικτικά παρατίθεται η περιγραφή του περιβάλλοντος στην περίπτωση διάβρωσης από ενανθράκωση (σε παρένθεση αναφέρονται ενδεικτικές περιπτώσεις ισχύος): ΧC1: Ξηρό ή μόνιμα υγρό (Σκυρόδεμα εντός κτιρίων με πολύ χαμηλή υγρασία αέρος. Σκυρόδεμα μόνιμα βυθισμένο στο νερό) ΧC2: Υγρό, σπανίως ξηρό (Επιφάνειες σκυροδέματος υπό μακροχρόνια επαφή με νερό, λ.χ θεμελιώσεις) ΧC3: Μέτρια υγρασία (Σκυρόδεμα εντός κτιρίων με μέτριο ή υψηλό ποσοστό υγρασίας αέρος. Εξωτερικό σκυρόδεμα προσβαλλόμενο από την βροχή) ΧC4: Περιοδικά υγρό και ξηρό (Επιφάνειες σκυροδέματος σε επαφή με το νερό, εκτός της έκθεσης XC2).
ΧS1: Μέτρια υγρασία (Κατασκευές παράκτιες ή πλησίον της θάλασσας) 2 ΧS2: Μόνιμα εντός του θαλασσινού νερού (Τμήματα λιμενικών έργων) ΧS3: ιαβροχή και παλιρροϊκή εναλλαγή. (Τμήματα λιμενικών έργων) ΧD1: Μέτρια υγρασία (Επιφάνειες εκτεθειμένες σε εναέρια χλωριόντα) ΧD2: Υγρό, σπανίως ξηρό (Έκθεση σε βιομηχανικά λύματα που περιέχουν χλωριόντα. Πισίνες) ΧD3: ιαδοχικοί κύκλοι υγρού και ξηρού (Τμήματα γεφυρών εκτεθειμένα σε διαβροχή που περιέχει χλωριόντα. άπεδα. Πλάκες σταθμών οχημάτων) ΧF1: Μέτριος κορεσμός με νερό χωρίς αντιπαγωτικές ουσίες (Κατακόρυφες επιφάνειες εκτεθειμένες σε βροχή και παγετό) ΧF2: Μέτριος κορεσμός με νερό με αντιπαγωτικές ουσίες (Κατακόρυφες επιφάνειες έργων οδοποιίας εκτεθειμένες σε παγετό και αντιπαγωτικές ουσίες) ΧF3: Υψηλός κορεσμός με νερό, χωρίς αντιπαγωτικές ουσίες (Οριζόντιες επιφάνειες εκτεθειμένες σε βροχή και παγετό) ΧF4: Υψηλός κορεσμός με νερό, με αντιπαγωτικές ουσίες ή θαλασσινό νερό ( άπεδα και οδοστρώματα και εκτεθειμένα σε παγετό και αντιπαγωτικές ουσίες. Επιφάνειες απευθείας εκτεθειμένες σε βροχή και παγετό). ΧΑ1: Ελάχιστα τοξικό περιβάλλον ΧΑ2: Ελάχιστα τοξικό περιβάλλον ΧΑ3: Υψηλά τοξικό περιβάλλον (Εδάφη και υδροφόρος ορίζων) (Εδάφη και υδροφόρος ορίζων) (Εδάφη και υδροφόρος ορίζων)
3 2.1 Επικάλυψη οπλισμών Η επικάλυψη των οπλισμών είναι η απόσταση μεταξύ της επιφάνειας του οπλισμού εγγύτερα στην πλησιέστερη επιφάνεια του σκυροδέματος (συμπεριλαμβανομένων συνδέσμων, συνδετήρων, επιφανειακού οπλισμού, κλπ) και της πλησιέστερης επιφάνειας σκυροδέματος. Η επικάλυψη που χρησιμοποιείται στους υπολογισμούς και δηλώνεται στα σχέδια είναι η ονομαστική επικάλυψη και ορίζεται ως εξής: cnom = cmin + cdev (εξ. 1) όπου: c dev σχεδιαστική ανοχή κατά τον σχεδιασμό για αντιμετώπιση αποκλίσεων = 10mm : Συνιστώμενη τιμή - εάν η κατασκευή υπόκειται σε σύστημα διασφάλισης ποιότητας, στο οποίο ο έλεγχος περιλαμβάνει μετρήσεις της επικάλυψης του σκυροδέματος, μπορεί να ληφθεί: 10 mm c dev 5 mm - σε προκατασκευασμένα στοιχεία: 10 mm c dev 0 mm c min ελάχιστη επικάλυψη προκειμένου να διασφαλιστούν: - ασφαλής μεταφορά των δυνάμεων συνάφειας - η προστασία του χάλυβα έναντι διάβρωσης (ανθεκτικότητα σε διάρκεια) - επαρκής πυροπροστασία (βλ. EN 1992-1-2) cmin,b cmin = max cmin,dur + cdur,γ - cdur,st - cdur,add (εξ. 2) 10 mm cmin,b ελάχιστη επικάλυψη βάση απαίτησης συνάφειας Προκειμένου να μεταφερθούν με ασφάλεια οι δυνάμεις συνάφειας και να διασφαλιστεί επαρκής συμπύκνωση του σκυροδέματος = διάμετρος ράβδου = διάμετρος ράβδου + 5 mm (διάμετρος αδρανών > 32 mm) = ισοδύναμη διάμετρος n = n b (δέσμη ράβδων) cmin,dur ελάχιστη επικάλυψη βάση περιβαλλοντικών συνθηκών (βλ. Πίνακα 1) cdur,γ πρόσθετη ασφάλεια στοιχείου = 0 : Συνιστώμενη τιμή
4 cdur,st απο της ελάχιστης επικάλυψης σε περίπτωση χρήσης ανοξείδωτου χάλυβα = 0 : Συνιστώμενη τιμή cdur,add απο ελάχιστης επικάλυψης για πρόσθετη προστασία επίστρωσης σκυροδέματος = 0 : Συνιστώμενη τιμή Πίνακας 1: Απαιτήσεις τιμών ελάχιστης επικάλυψης, c min,dur, από άποψη ανθεκτικότητας σε διάρκεια για χάλυβα οπλισμού Περιβαλλοντολογική απαίτηση για την cmin,dur (mm) Κατηγορία έκθεσης σύμφωνα με τον Πίνακα 2 Κατηγορία Κατασκευής XC2 / XD1 / XD2 / XD3 / X0 XC1 XC4 XC3 XS1 XS2 XS3 S1 10 10 10 15 20 25 30 S2 10 10 15 20 25 30 35 S3 10 10 20 25 30 35 40 S4 10 15 25 30 35 40 45 S5 15 20 30 35 40 45 50 S6 20 25 35 40 45 50 55 Η βασική κατηγορία κατασκευών είναι η S4 για διάρκεια ζωής σχεδιασμού 50 χρόνια. Σε περίπτωση που συντρέχει ένα από τα τέσσερα κριτήρια του Πίνακα 2 η κατηγορία κατασκευής τροποποιείται αναλόγως: είτε αυξάνεται (>S4) είτε μειώνεται (<S4). Πίνακας 2: Συνιστώμενη τροποποίηση κατασκευής ως προς την βασική κατηγορία S4 Κατηγορία Κατασκευής Κριτήριο Χρόνος ζωής σχεδιασμού 100 χρόνια Κατηγορία Περιβαλλοντικής Έκθεσης X0 XC1 XC2 / XC3 XC4 XD1 XD2 / XS1 Κατηγορία C30/37 αντοχής 1) 2) ομικό στοιχείο με γεωμετρία πλάκας ιασφάλιση ειδικού ελέγχου ποιότητας παραγωγής σκυροδέματος C30/37 C35/45 κατη γορίας κατά 1 C40/50 C40/50 C40/50 XD3 / XS2 / XS3 C45/55 1. Η κατηγορία αντοχής και ο λόγος νερού/τσιμέντου w/c θεωρούνται ότι είναι συσχετιζόμενες τιμές. Μπορεί να προβλέπεται μια ειδική σύνθεση (είδος σκυροδέματος, λόγος νερού/τσιμέντου w/c, λεπτόκοκκο υλικό) με σκοπό να προκύψει χαμηλή διαπερατότητα. 2. Το όριο μπορεί να μειώνεται κατά μία κατηγορία αντοχής εάν προβλέπονται αεροπηκτικά σε ποσοστό φυσαλίδων μεγαλύτερο του 4%.
5 ιαδικασία Υπολογισμού απαιτούμενης επικάλυψης: α) Αν ο χρόνος ζωής του έργου είναι 50 χρόνια, τότε για κατηγορία S4 η ενδεικτική κατηγορία αντοχής σκυροδέματος δίνεται από τον Πιν. 3. β) Η Κατηγορία Κατασκευής ενδέχεται να τροποποιηθεί εν σχέσει προς την S4 αν συντρέχουν οι λόγοι που φαίνονται στον Πιν. 2. γ) Η ελάχιστη τιμή επικάλυψης c min,dur ανάλογα με τις συνθήκες έκθεσης και τις κατηγορίες κατασκευής S1 ως S6 δίνονται από τον Πιν. 1. Ως κατηγορία λαμβάνεται εκείνη που προκύπτει από τον Πιν. 2, με βάση την Κατηγορία S4 (για χρόνο ζωής 50 έτη). Επίσης ισχύουν και οι ακόλουθοι περιορισμοί για ειδικές περιπτώσεις σκυροδέτησης: Για σκυρόδεμα χυτό επί τραχειών επιφανειών, η ελάχιστη επικάλυψη πρέπει γενικά να αυξάνεται Για σκυρόδεμα χυτό επί διαμορφωμένου εδάφους (συμπεριλαμβανομένου του gross-beton) cmin = 40 mm (Συνιστώμενη τιμή) Για σκυρόδεμα χυτό απευθείας επί του εδάφους cmin = 75 mm (Συνιστώμενη τιμή) Η σύνθεση του σκυροδέματος επιδρά τόσο στην προστασία του οπλισμού όσο και στην αντοχή του σκυροδέματος έναντι προσβολής. Για τον λόγο αυτόν στον ΕΚ2 δίνονται ενδεικτικές κατηγορίες αντοχής σκυροδέματος για τις διάφορες κατηγορίες περιβάλλοντος, οι οποίες φαίνονται στον Πίνακα 3. Ο Πίνακας αυτός ισχύει για διάρκεια ζωής σχεδιασμού 50 έτη, και συνιστώμενη Κατηγορία Κατασκευής: S4.
Πίνακας 3: Ενδεικτικές κατηγορίες αντοχής σκυροδέματος αναλόγως των κατηγοριών περιβάλλοντος 6 Κατηγορία Περιβαλλοντος Ενδεικτική κατηγορία αντοχής ιάβρωση οφειλόμενη σε ενανθράκωση ιάβρωση οφειλόμενη σε χλωρίδια ιάβρωση οφειλόμενη σε χλωρίδια από θαλάσσιο νερό XC1 XC2 XC3 XC4 XD1 XD2 XD3 XS1 XS2 XS3 C20/25 C25/30 C25/30 C30/37 XD1 XD2 XD3 XS1 XS2 XS3 Κατηγορία Περιβαλλοντος Κανένας κίνδυνος Προσβολή από παγετό/επανυγροποίηση Χημική προσβολή X0 XF1 XF2 XF3 XA1 XA2 XA3 Ενδεικτική κατηγορία αντοχής C12/15 C30/37 C25/30 C30/37 C30/37 C35/45
7 Παραδείγματα υπολογισμού απαιτούμενου πάχους επικάλυψης και ελάχιστης συνιστώμενης σκυροδέματος 1 o Παράδειγμα (βάσει Ευρωκώδικα 2) εδομένα: ομικό στοιχείο: πλάκα ιάμετρος διαμήκους οπλισμού: = 12mm Κατηγορία Έκθεσης Περιβάλλοντος ΧC1 - Επιδιωκόμενος χρόνος ζωής σχεδιασμού της κατασκευής: 50 έτη - ιασφάλιση ειδικού ποιοτικού ελέγχου σκυροδέματος: OXI Ζητούμενα: 1) Υπολογισμός της ελάχιστης σκυροδέματος 2) Υπολογισμός της ονομαστικής επικάλυψης: cnom = cmin + cdev Υπολογισμός: 1) Ελάχιστη κατηγορία σκυροδέματος: C20/25 (από Πίνακα 3, για XC1) 2) Ελάχιστο πάχος επικάλυψης: Η βασική κατηγορία S4 τροποποιείται ως εξής σύμφωνα με τον Πίνακα 2: - Επιδιωκόμενος χρόνος ζωής σχεδιασμού 50 έτη: ± 0 κατηγορίες - Κατηγορία αντοχής C20/25 : ± 0 κατηγορίες - ομικό στοιχείο με γωμετρία πλάκας : - 1 κατηγορία - ιασφάλιση ειδικού ποιοτικού ελέγχου σκυροδέματος: ± 0 κατηγορίες Κατηγορία: S4 (- 1) S3 Από Πίνακα 1: (ΧC1, S3): c min,dur = 10 mm όπου cmin είναι η μέγιστη από τις ακόλουθες τρεις τιμές: cmin,b = = 12 mm cmin = max cmin,dur + cdur,γ- cdur,st - cdur,add = 10 mm+0+0+0=12 mm 10 mm και c dev = 10 mm Συνιστώμενη τιμή σχεδιαστικής ανοχής
8 οπότε τελικώς: cnom = cmin + cdev = 12 mm + 10 mm = 22 mm d1 = cnom + ½ L = 22 mm + ½*12 mm = 22 mm + 6 mm = 28 mm h d ράβδος διαμήκους οπλισμού διαμέτρου L d 1 c h = πάχος (ύψος) πλάκας (height of the slab) d = h - d1 = στατικό ύψος πλάκας (effective depth of the slab) c = επικάλυψη οπλισμού (concrete cover) d 1 = απόσταση Κ.Β. διαμ. οπλισμού από την εξωτερική επιφάνεια σκυροδέματος L = διάμετρος ράβδου διαμήκους οπλισμού (Rebar diameter of longitudinal reinforcement)
9 2 o Παράδειγμα (βάσει Ευρωκώδικα 2) εδομένα: ομικό στοιχείο: δοκός, υποστύλωμα διαφοροποίηση ιάμετρος διαμήκους οπλισμού: = 18mm διαφοροποίηση ιάμετρος συνδετήρων: = 10mm διαφοροποίηση Κατηγορία Έκθεσης Περιβάλλοντος ΧC1 - Επιδιωκόμενος χρόνος ζωής σχεδιασμού της κατασκευής: 50 έτη - ιασφάλιση ειδικού ποιοτικού ελέγχου σκυροδέματος: OXI Ζητούμενα: 1) Υπολογισμός της ελάχιστης σκυροδέματος 2) Υπολογισμός της ονομαστικής επικάλυψης: cnom = cmin + cdev Υπολογισμός: 1) Ελάχιστη κατηγορία σκυροδέματος όπως πριν (εξαρτάται μόνον από XC1) 2) Ελάχιστο πάχος επικάλυψης: Η βασική κατηγορία S4 τροποποιείται ως εξής σύμφωνα με τον Πίνακα 2: - Επιδιωκόμενος χρόνος ζωής σχεδιασμού 50 έτη: ± 0 κατηγορίες - Κατηγορία αντοχής C20/25 : ± 0 κατηγορίες - ομικό στοιχείο με γωμετρία πλάκας : ΟΧΙ ± 0 κατηγορία διαφοροποίηση - ιασφάλιση ειδικού ποιοτικού ελέγχου σκυροδέματος: ± 0 κατηγορίες Κατηγορία: S4 ± 0 S4 Από Πίνακα 1: (ΧC1, S4): c min,dur = 15 mm διαφοροποίηση όπου cmin είναι η μέγιστη από τις ακόλουθες τρεις τιμές: cmin,b = = 18 mm * cmin = max cmin,dur + cdur,γ- cdur,st - cdur,add = 15 mm+0+0+0=15 mm 10 mm και c dev = 10 mm Συνιστώμενη τιμή σχεδιαστικής ανοχής οπότε τελικώς: cnom = cmin + cdev = 15 mm + 10 mm = 25 mm
10 *Παρατήρηση: Η παράμετρος cmin,b αναφέρεται στην ελάχιστη απαιτούμενη επικάλυψη των διαμήκων ράβδων οπλισμού προκειμένου να αναπτυχθεί πλήρως η συνάφεια μεταξύ χάλυβα-σκυροδέματος. Επειδή στο cnom περιλαμβάνεται και η διάμετρος του συνδετήρα υπερκαλύπτεται η απαιτούμενη απόσταση για την ανάπτυξη της συνάφειας λαμβάνοντας ως cmin =15 mm). d1 = cnom + ½ L + w = 25 mm + ½*18 mm + 10 mm = = 25 mm + 9 mm + 10 mm = 44 mm d = h - d1 h w (Web reinforcement=stirrup) Συνδετήρας d L (Longitudinal reinforcement) d 1 d 1 h = ύψος στοιχείου d = στατικό ύψος στοιχείου c = επικάλυψη οπλισμού (height of the element) (effective depth of element) (concrete cover) d 1 = απόσταση Κ.Β. διαμ. οπλισμού από την εξωτερική επιφάνεια σκυροδέματος L = διάμετρος ράβδου διαμήκους οπλισμού (Rebar diameter of longitudinal reinforcement) w = διάμετρος ράβδου συνδετήρα (Rebar diameter of stirrup)