SANACIJE, REKONSTRUKCIJE I ODRŽAVANJE BETONSKIH KONSTRUKCIJA Ivan Ignjatović, dipl. inž. građ.
UVOD Savremeni principi projektovanja Eksploatacioni vek konstrukcije
UVOD Stalni zahtevi za ekonomskim razvojem, efikasnošću, većom upotrebljivošću i zaštitom okoline imaju veliki uticaj na izgradnju 1. povećanje i ubrzana gradnja 2. uvođenje novih materijala 3. novi koncepti projektovanja 4. složenije konstrukcije 5. nova i složenija opterećenja, pitanja trajnosti 6. veći fokus na nove investicije nego na održavanje postojećih konstrukcija 7. gubitak starog znanja nerazumevanje posledica ovih promena dovodi do ozbiljnih problema
UVOD posledica ovoga je porast svesti o: 1. značaju trajnosti 2. velikom koštanju zamene konstrukcije i potrebi da se maksimizira eksploatacioni vek 3. važnosti održavanja konstrukcija 4. potrebi za blagovremenim, pouzdanim i sistematičnim povratnim informacijama o ponašanju tokom eksploatacije
UVOD odgovor na ovo je uvođenje sistema upravljanja i održavanja kako bi: 1. baratali informacijama i čuvali relevantne podatke 2. planirali i organizovali održavanje 3. pripremali i upravljali budžetom za održavanje 4. projektovali nove, trajnije konstrukcije sa produženim vekom eksploatacije
UVOD podaci moraju biti sačuvani u obliku i na način da se mogu koristiti prilikom ocene stanja uvode se automatski sistemi za kontrolu kombinovani sa razvojem informacionih sistema novi propisi imaju tendenciju da preporučuju ili zahtevaju značajno veći obim dokumentacije
Ocena stanja Održavanje Trajnost
DEO 1 OSNOVNI POJMOVI TRAJNOSTI I POUZDANOSTI Trajnost u građevinskim propisima Upotrebni vek i trajnost konstrukcije Mehanizmi deterioracije Faze degradacije betona i granična stanja Pouzdanost konstrukcije
DEO 2 PRORAČUNSKI DOKAZI ZA RAZLIČITE DETERIORACIONE MEHANIZME Depasivizacija armature usled karbonizacije Kvantifikacija parametara Brojni primer Depasivizacija armature usled prodora hlorida Kvantifikacija parametara Brojni primer
RAZVOJ TEME TRAJNOSTI BETONSKIH KONSTRUKCIJA Construction Product Directive European Commission (1988) Bilteni, izveštaji, standardi (RILEM, CEB, FIP, ISO) Agenda 21 on Sustanable Constructions (1999) Model propisa za projektovanje prema upotrebnom veku konstrukcije (fib, 2006.) General principles on the design of structures for durability (ISO, 2008.)
TRAJNOST KONSTRUKCIJE Trajnost konstrukcije mera ispunjenja funkcija Kvantifikovanje ispunjavanja funkcija projektovanje prema trajnosti zasnovano na ponašanju konstrukcije (engl. performance based durability design) Funkcionalni zahtev minimalni kapacitet nosivosti maksimalna prihvatljiva deformacija maksimalna propustljivost za gasove i tecne supstance Odgovarajuci osnovni parametri cvrstoca betona i celika, dubina korozije, dubina oljuskanog dela zaštitnog sloja moduo elasticnosti, skupljanje, tecenje, temperaturne promene, sleganja propustljivost betona, kapilarnost, difuzija, velicina i položaj prslina
TRAJNOST KONSTRUKCIJE Kvalitet betona u smislu trajnosti zavisi od prenosnih (transportnih) karakteristika betona Propustljivost stepen protoka fluida kroz čvrsto telo Koeficijent difuzije Transportne karakteristike betona Interakcija sredine i betona Provođenje vode, CO 2, kiseonik, hloridi...
TRAJNOST KROZ PROPISE BAB 87 Veličina zaštitnog sloja betona Parametri: vrsta elementa,stepen agresivnosti sredine, marka betona, prečnik i vrsta armature, način ugrađivanja betona Marka betona agresivnost sredine grede, stubovi <MB 25 MB 25 ploče, grede, ljuske, stubovi zidovi ploče, ljuske, zidovi slaba 2.5 2.0 2.0 1.5 srednja 3.0 2.5 2.5 2.0 jaka 4.0 3.5 3.5 3.0 Proračun na osnovu iskustvenih preporuka
TRAJNOST KROZ PROPISE Evrokod 2 a nom =a min +Δa dev Parametri: uslovi sredine, uslovi prijanjanja, vrsta čelika, klasa čvrstoće betona... Klasifikacija sredine Prateći standard EN 206-1:2002: vodocementni faktor, količina cementa, sadržaj uvučenog vazduha Upotrebni vek od 50 godina
Upotrebni vek od 50 godina!
TRAJNOST KROZ PROPISE Prateći standard EN 206-1:2002: vodocementni faktor, količina cementa, sadržaj uvučenog vazduha
SERVICE LIFE DESIGN (fib, 2006) Model propisa Projektovanje u odnosu na trajnost betonskih konstrukcija bazirano na: Ponašanju (engl. Performance based durability design) Pouzdanosti Postupak proračuna u 4 koraka
SERVICE LIFE DESIGN (fib, 2006) 1. Kvantifikovanje mehanizma deterioracije a) Vrsta deterioracionog procesa b) Definisanje modela c) Kvantifikovanje parametara iz modela 2. Definisanje graničnog stanja prema kome se projektuje a) depasivizacija armature usled karbonizacije b) prsline usled korozije armature c) odljuskavanje zaštitnog sloja betona usled korozije armature d) lom betonskog preseka usled gubitka poprečnog preseka armature
PROJEKTOVANJE PREMA UPOTREBNOM VEKU (SERVICE LIFE DESIGN, fib, 2006) 3. Definisanje tipa graničnog stanja a) Granično stanje upotrebljivosti b) Granično stanje nosivosti 4. Proračunski dokaz graničnog stanja a) potpuna probabilistička metoda, b) metod parcijalnih koeficijenata sigurnosti c) metoda bazirana na iskustvenim preporukama d) sprečavanje deterioracionog procesa
MEHANIZMI DETERIORACIJE 1. Korozija armature i korozija kablova za prethodno naprezanje usled: a) karbonizacije betona b) prodora hlorida 2. Oštećenja usled deterioracije betona a) ciklusi smrzavanja i odmrzavanja, b) alkalno- agregatna reakcija (AAR), c) reakcija sulfata sa aluminatima u betonu, d) odloženo formiranje etringita, e) mikro- biološko dejstvo.
MEHANIZMI DETERIORACIJE KOJE TRETIRA MODEL PROPISA 1. karbonizacija betona 2. prodor hlorida 3. oštećenja betona usled dejstva mraza i 4. oštećenja betona usled simultanog dejstva mraza i soli protiv formiranja leda.
Pasivizacioni sloj KARBONIZACIJA BETONA
KARBONIZACIJA BETONA Depasivizacija armature + vlažnost + kiseonik korozija armature Konstrukcije naročito izložene karbonizaciji: Dimnjaci Tuneli Objekti u visoko-urbanim sredinama
Izvor hlorida PENETRACIJA HLORIDA Morska voda So protiv smrzavanja Kontaminiran agregat Voda za spravljanje betona Mehanizmi prenosa hloridnih jona Difuzija Kapilarna sukcija Potencijalno ugrožene konstrukcije: Otvorene javne garaže Bazeni Mostovske konstrukcije
SMRZAVANJE I ODMRZAVANJE
ALKALNO AGREGATNA REAKCIJA Reakcija aktivnog silicijuma iz agregata sa alkalijama u cementu-alkalno-silikatni gel Preduslovi: agregat koji sadrži reaktivni silicijum (opal, kalcedon, tridimit...) dovoljno alkalija koje se rastvaraju u vodi najčešće iz cementa (alkalni hidroksidi Na 2 O, K 2 O); smatra se da je minimalna količina alkalija neophodnih za reakciju 0,6% neisparljiva voda u cementnom kamenu (neophodna za reakciju i širenje AS gela) i njegova nepropustljivost
DEGRADACIJA BETONA I GRANIČNA STANJA Stepen deteriorizacije Period inicijalizacije 1 Depasivizacija armature 2 Formiranje prslina Period propagacije 4 3 Oljuskavanje zaštitnog sloja betona 3 4 Kolaps konstrukcije 2 1 Vreme izloženosti [godine] Upotrebni vek konstrukcije?
UPOTREBNI VEK Upotrebni vek: Tehnički Funkcionalni Ekonomski Dužina upotrebnog veka (ISO 2394): Kategorija Proracunski upotrebni vek [god] Primeri 1 10 Privremeni objekti 2 10 do 25 Zamenjivi delovi konstrukcije, nosaci, ležišta 3 15 do 30 Poljoprivredni i drugi slicni objekti 4 50 Zgrade i slicne konstrukcije 5 100 i više Monumentalne zgrade ili objekti, mostovi
TIPOVI GRANIČNIH STANJA (SA ASPEKTA TRAJNOSTI) Granično stanje upotrebljivosti (SLS) Granično stanje nosivosti (ULS)
Granično no stanje upotrebljivosti (SLS)
Granično no stanje nosivosti (ULS)
Granično no stanje upotrebljivosti (SLS)
Granično no stanje nosivosti (ULS)
Granično no stanje nosivosti (ULS)
PROJEKTOVANJE PREMA UPOTREBNOM VEKU (SERVICE LIFE DESIGN, fib, 2006) Model propisa Projektovanje u odnosu na trajnost betonskih konstrukcija bazirano na: Ponašanju (engl. Performance based durability design) Pouzdanosti Postupak proračuna u 4 koraka
POUZDANOST KONSTRUKCIJE ISO 2394: Opšti principi pouzdanosti za zgrade: sposobnost konstrukcije da zadovolji postavljene zahteve pod specifičnim uslovima tokom upotrebnog veka, prema kome je projektovana EN 1990: 2002:...nosivost, upotrebljivost, trajnost
POUZDANOST KONSTRUKCIJE Ponašanje konstrukcije opisano grupom promenljivih X= [X 1,,X n ] Funkcija graničnog stanja Z(X) Z(X) 0... bezbedno stanje konstrukcije Z(X) < 0... neželjeno stanje (lom) konstrukcije Verovatnoća loma, P f Pf = PZ { ( X) < 0} Indeks pouzdanosti, β β = Ф U 1 ( P ) f P f 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 ß 1.28 2.32 3.09 3.72 4.27 4.75 5.20
POUZDANOST KONSTRUKCIJE EN 1990: 2002: tri klase pouzdanosti: RC1, RC2, RC3 Klasa prema pouzdanosti Minimalne vrednosti za ß ref. period 1 god. ref. period 50 god. RC1 5.2 4.3 RC2 4.7 3.8 RC3 5.2 3.3 EN 1990: 2002: indeks β za klasu RC2 Granicno stanje Ciljni indeks pouzdanosti, ß ref. period 1 god. ref. period 50 god. Nosivost 4.7 3.8 Upotrebljivost 2.9 1.5
POUZDANOST KONSTRUKCIJE EN 1990: 2002: klase prema posledicama (CC1,CC2,CC3) Klase posledica CC3 CC2 CC1 Opis Teške posledice usled gubitka ljudskih života ili velike ekonomske socijalne i posledice po okolinu Prihvatljive posledice usled gubitka ljudskih života, prihvatljive ekonomske i posledice po okolinu Blage posledice usled gubitka ljudskih života i male ekonomske socijalne i posledice po okolinu Primeri zgrada ili građevinskih radova Tribine, javne zgrade gde bi posledice loma bile teške (koncertne dvorane) Poslovne i stambene zgrade, javne zgrade gde su posledice loma srednje Poljoprivredni objekti gde ljudi obično ne ulaze (skladišta ) CC1 RC1, CC2 RC2, CC3 RC3
POUZDANOST KONSTRUKCIJE Vrsta konstrukcije Klasa posledica klasa posledica (CC) klasa pouzdanosti (RC) Klasa pouzdanosti + tip graničnog stanja indeks pouzdanosti (β) Indeks pouzdanosti koeficijent sigurnosti
POUZDANOST KONSTRUKCIJE Indeksi pouzdanosti prema predlogu Modela propisa (fib, 2006) Opis Korozija izazvana karbonizacijom Korozija izazvana hloridima iz vazduha, soli protiv smrzavanja Korozija izazvana hloridima iz morske vode Klasa pouzdanosti SLS Depasivizacija ULS Lom RC1 1.3 (p f 10-1 ) 3.7 (p f 10-1 ) RC2 1.3 (p f 10-1 ) 4.2 (p f 10-1 ) RC3 1.3 (p f 10-1 ) 4.4 (p f 10-1 ) RC1 1.3 (p f 10-1 ) 3.7 (p f 10-1 ) RC2 1.3 (p f 10-1 ) 4.2 (p f 10-1 ) RC3 1.3 (p f 10-1 ) 4.4 (p f 10-1 ) RC1 1.3 (p f 10-1 ) 3.7 (p f 10-1 ) RC2 1.3 (p f 10-1 ) 4.2 (p f 10-1 ) RC3 1.3 (p f 10-1 ) 4.4 (p f 10-1 )
POUZDANOST KONSTRUKCIJE EN 1990: 2002: tri klase pouzdanosti: RC1, RC2, RC3 Klasa prema pouzdanosti Minimalne vrednosti za ß ref. period 1 god. ref. period 50 god. RC1 5.2 4.3 RC2 4.7 3.8 RC3 5.2 3.3 EN 1990: 2002: indeks β za klasu RC2 Granicno stanje Ciljni indeks pouzdanosti, ß ref. period 1 god. ref. period 50 god. Nosivost 4.7 3.8 Upotrebljivost 2.9 1.5
PRORAČUNSKI DOKAZI (Pot)puna probabilistička metoda Metoda parcijalnih koeficijenata sigurnosti Iskustvene preporuke Postupci za sprečavanje deterioracije Metoda indikatora trajnosti
Puna probabilistička metoda Model deterioracionog procesa Definisanje parametara modela Predstavljanje parametara preko funkcije raspodele Definisanje jednačine graničnog stanja (grupisane vrednosti uticaja od dejstava, E i otpornosti, R) Jednačina metode: p{} = p = pr { < E} < p dep 0 Više parametara složeniji postupak programi (STRUREL) Primena za izuzetno značajne objekte
Metoda parcijalnih koeficijenata sigurnosti Proračunski dokaz da za sve relevantne proračunske situacije, nijedno relevantno granično stanje nije prekoračeno Model deterioracionog procesa proračunske vrednosti dejstava, uticaja od dejstava i nostivosti koeficijenti sigurnosti
Metoda parcijalnih koeficijenata sigurnosti Proračunske vrednosti dejstava date su kao: E Proračunske vrednosti otpornosti ili svojstava materijala R d = γ E d e k = R γ Karakteristične vrednosti ispitivanja pod specifičnim uslovima, faktori konverzije k m
Iskustvene preporuke Dimenzionisanje Izbor materijala Procedure izvođenja Nema modela i parametara procesa deterioracije Aktuelni način obezbeđivanja trajnosti
Postupci za sprečavanje procesa deterioracije Nema proračuna, nema kvantifikacije parametara Mere zaštite i stvaranje uslova u kojima beton neće biti izložen agresivnom dejstvu sredine upotreba fasada, membrana, korišćenja nereaktivnih materijala (nerđajući čelik) primena elektro-hemijske metode za sprečavanje korozije armature.
Metoda indikatora trajnosti Ne izvodi se jednačina graničnog stanja Tabulisane limitirajuće vrednosti indikatora trajnosti Indikatori trajnosti - ključnih parametara modela mehanizma deterioracije (poroznost, koeficijent difuzije hlorida, permeabilnost...). Hibridna metoda, nastavak EC2 metodologije
TRAJNOST KROZ PROPISE Prateći standard EN 206-1:2002: vodocementni faktor, količina cementa, sadržaj uvučenog vazduha
Metoda indikatora trajnosti Ključne razlike: korišćenje parametara iz odgovarajućeg modela mehanizma deterioracije vrednosti indikatora trajnosti za različita trajanja upotrebnog veka Primena: naročito pogodna metoda za određivanje aktuelnog stanja konstrukcije sa aspekta trajnosti
ZAKLJUČAK Aktuelni pristup: Nema kvantifikacije stvarnih uslova izloženosti Upotrebni vek nije normiran Nisu poznata granična stanja koja mogu biti dostignuta Nema sigurne baze za iskustvene preporuke Trajnost deo projekta od sekundarnog značaja
PRORAČUNSKI DOKAZ ZA GRANIČNO STANJE DEPASIVIZACIJA ARMATURE USLED KARBONIZACIJE Primena pune probabilističke metode Jednačina metode: dep Jednačina graničnog stanja: p{} = p = pr { E < 0} < p p{} = p = pa { x ( t ) < 0} < p dep c SL p{} verovatnoća da se desi depasivizacija armature a debljina zaštitnog sloja [mm] x c (t SL ) dubina karbonizacije nakon vremena t SL [mm] t SL proračunski upotrebni vek [godine] p 0 zahtevana (ciljna) vrednost verovatnoće 0 0
PRORAČUNSKI DOKAZ ZA GRANIČNO STANJE DEPASIVIZACIJA ARMATURE USLED KARBONIZACIJE Proračun dubine karbonizacije (DuraCrete, Darts): x t k k k R C twt 1 c() = 2 e c ( t ACC,0 + εt) S () x c (t) dubina karbonizacije u određenom trenutku vremena t [mm] t vreme [godine] k e funkcija okoline k c parametar izvođenja k t parametar povraćaja R -1 ACC,0 inverzna vrednost otpornosti betona na karbonizaciju [(mm 2 /god)/(kg/m 3 )] ε t greška C S koncentracija CO 2 u vazduhu [kg/m3] W(t) funkcija vremenskih prilika.
KVANTIFIKACIJA PARAMETARA Funkcija okoline, k e Uticaj nivoa vlažnosti na koeficijent difuzije CO 2 Referentni klimatski podaci: Relativna vlažnost vazduha: RH=65% k e 1 = 1 RH RH Podaci iz obližnje meteorološke stanice Beta ili Weibull-ova raspodela real 100 ref 100 f f e e g e
KVANTIFIKACIJA PARAMETARA Uticaj nege betona na efektivnu otpornost betona na karbonizaciju k c - parametar izvođenja b c - eksponent regresije t c - period negovanja [dani]. Parametar izvođenja, k c k c = t c 7 b c Normalna raspodela Srednja vrednost Standardna devijacija μ= -0,567 σ= 0,024
KVANTIFIKACIJA PARAMETARA Inverzna karbonizaciona otpornost, R ACC,0-1 Određuje se ubrzanim karbonizacionim testovima (ACC test), u laboratorijskim uslovima R 1 ACC,0 = Odnos inverznih karbonizacionih otpornosti betona pod laboratorijskim i prirodnim uslovima: x τ c 2 R 1 NAC,0 = k t R 1 ACC,0 + ε t k t parametar regresije koji uzima u obzir uticaj ubrzanog testa na rezultate dobijene pod prirodnim uslovima (normalna raspodela) ε t faktor greške koji uzima u obzir netačnosti koje se dešavaju povremeno kada se koristi ACC test (normalna raspodela)
KVANTIFIKACIJA PARAMETARA Uticaj sredine, C S Koncentracija CO 2 u vazduhu C = C + S S,atm. C S,emi. Tunelske konstrukcije, dimnjaci Trend rasta koncentracije CO 2
KVANTIFIKACIJA PARAMETARA Funkcija vremenskih prilika, W Uticaj lokalnih klimatskih uslova vlaženje površine betona W = t 0 referentno vreme [god], konstantan parametar čija je vrednost 0,0767 (28 dana) w eksponent vremena ToW vreme vlaženja : ToW ) p SR verovatnoća jake kiše sa vetrom b w eksponent regresije, t 0 t ( p SR 2 b w = t 0 t w broj_ kišnih_ dana_ u_ godini ToW = 365
PRORAČUNSKI DOKAZ ZA GRANIČNO STANJE DEPASIVIZACIJA ARMATURE USLED KARBONIZACIJE Proračun dubine karbonizacije (AFGC): x () ( ) c t = γ f RH k t γ faktor izloženosti karbonizaciji f(rh) uticaj relativne vlažnosti vazduha k karakteristika prenosa kroz beton (funkcija klase čvrstoće betona)
PRORAČUNSKI DOKAZ ZA GRANIČNO STANJE DEPASIVIZACIJA ARMATURE USLED KARBONIZACIJE γ faktor izloženosti karbonizaciji Tip konstrukcije Faktor izloženosti karbonizaciji (γ) Konstrukcije izložene visokoj koncentraciji CO 2 1.5 Konstrukcije zaštićene od kiše 1.2 Konstrukcije izuzetno izložene padavinama 0.9 k karakteristika prenosa kroz beton (funkcija klase čvrstoće betona) k 1 = 365 0.06 2.1 R C 28
PRORAČUNSKI DOKAZ ZA GRANIČNO STANJE DEPASIVIZACIJA ARMATURE USLED KARBONIZACIJE f(rh) uticaj relativne vlažnosti vazduha f HR HR HR 2 ( ) = 3.5833 + 3.4833 + 0.2 1.20 1.00 0.80 f(rh) 0.60 0.40 0.20 0.00 0 20 40 60 80 100 RH
PRORAČUNSKI DOKAZ ZA GRANIČNO STANJE DEPASIVIZACIJA ARMATURE USLED KARBONIZACIJE Primena metode parcijalnih koeficijenata sigurnosti Jednačina graničnog stanja: ad xcd, ( tsl) 0 a d proračunska vrednost debljine zaštitinog sloja [mm] a=a - a d k x c,d (t SL ) proračunska vrednost dubine karbonizacije u vremenu t SL [mm]. x (t ) = 2 k k (k R γ + ε )C t W(t ) 1 c,d SL e,d c,d t,d ACC,,k 0 R t,d S,d SL SL x t k k k R C t Wt 1 c() = 2 e c ( t ACC,0 + εt) S ()
PRORAČUNSKI DOKAZ ZA GRANIČNO STANJE DEPASIVIZACIJA ARMATURE USLED KARBONIZACIJE Evrokod 2: 2 a nom nom =a min +Δa
BROJNI PRIMER_1 Fasadni betonski element, izložen sušenju i vlaženju Metoda parcijalnih koeficijenata sigurnosti Debljina zaštitnog sloja u funkciji vremena? Ključni parametri: funkcija okoline k e inverzna karbonizaciona otpornost betona određena ubrzanim testovima R ACC,0-1 debljina zaštitnog sloja a Indeks pouzdanosti: β=1,3 koeficijenti sigurnosti!
k e,d k c,d R NAC,0,d -1 C S,d t SL W x d BROJNI PRIMER_1 Parametar Jedinica Ulazni podatak RHreal,k [% rel. vlažnosti] 80 RH ref [% rel. vlažnosti] 65 γ RH [-] 1.3 g e [-] 2.5 f e [-] 5.0 b c [-] -0.567 t c [dan] 3.0 k t,d [-] 1.25 R ACC,0,k -1 [(mm 2 /god)/(kgco 2 /m 3 ) 4500 γ R [-] 1.5 ε t,d [(mm 2 /god)/(kgco 2 /m 3 ) 315.5 [kgco 2 /m 3 ] 0.00082 [godine] 0-100 ToW [-] 0.27 b w,d [-] 0.446 p SR [-] 0.1 t 0 [god] 0.0767 x nom [mm]? x [mm] 10
BROJNI PRIMER_1 x (t ) = 2 k k (k R γ + ε )C t W(t ) 1 c,d SL e,d c,d t,d ACC, 0,k R t,d S,d SL SL Potrebna nominalna debljina zaštitnog sloja [mm] 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 28,5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Vreme izloženosti karbonizaciji [godine]
BROJNI PRIMER_1 Fasadni betonski element, izložen sušenju i vlaženju, klimatski prostor- Srednja Evropa Debljina zaštitnog sloja prema BAB 87? Član 113: srednje agresivna sredina: za elemente koji su izloženi vlazi, atmosferskim i slabijim korozivnim uticajima a=a 0 +Δa= 2,0 cm + 0,5 = 2,5 cm Montažni element: a= 2,5 0,5 = 2,0 cm Upotrebni vek?
PRORAČUNSKI DOKAZ ZA GRANIČNO STANJE DEPASIVIZACIJA ARMATURE USLED PENETRACIJE HLORIDA Primena pune probabilističke metode Jednačina metode: p{} = p = pr { E < 0} < p dep 0 Jednačina graničnog stanja: p{} = p = pc { Cat (, ) < 0} < p dep Crit SL 0 p{} verovatnoća da se desi depasivizacija armature a debljina zaštitnog sloja [mm] C crit kritična koncentracija hlorida C(a,t SL ) koncentracija hlorida na dubini a od površine betona, nakon vremena t SL p 0 zahtevana (ciljna) vrednost verovatnoće.
PRORAČUNSKI DOKAZ ZA GRANIČNO STANJE DEPASIVIZACIJA ARMATURE USLED PENETRACIJE HLORIDA Proračun koncentracije hlorida (DuraCrete, Darts): Ccrit = Cx ( = at,) = C0 + ( CS, x C0) 1 erf 2 a x D app, C t C crit kritični sadržaj hlorida [tež.-%/beton], C(x,t) sadržaj hlorida u betonu na dubini x (površina betona: x=0) i u vremenu t [tež.-%/beton], C 0 inicijalni sadržaj hlorida u betonu [tež.-%/c], C S, x sadržaj hlorida u betonu na dubini x, u određenom trenutku vremena t [tež.-%/beton], x dubina sa odgovarajućim sadržajem hlorida C(x,t), a debljina zaštitnog sloja [mm], x dubina konvekcione zone [mm], D app,c koeficijent difuzije hlorida kroz beton [mm 2 /god], t vreme [god], erf funkcija greške (engl. error function).
Difuziono kontrolisan proces (2. Fick-ov zakon) Konvekciona zona Koeficijent difuzije D app,c metoda hloridnog profila D k D k At app, C = e RCM,0 t () k e parametar prenosa uticaja sredine, D RCM,0 koeficijent migracije hlorida [mm 2 /god] rapid test methods k t parametar prenosa, A(t) podfunkcija koje se odnosi na starenje. At t = t () 0 a
KVANTIFIKACIJA PARAMETARA Koeficijent migracije hlorida, D RCM,0 Najznačajniji parametar modela Podaci iz literature ili određeni na osnovu Rapid Chloride Migration method (RCM) D RCM,0 [m 2 /s] w/c eqv. -1 tip cementa 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 CEM I 42.5 R n.d. 2 8.9 10-12 10.0 10-12 15.8 10-12 19.7 10-12 25.0 10-12 CEM I 42.5 R + FA (k=0.5) n.d. 2 5.6 10-12 6.9 10-12 9.0 10-12 10.9 10-12 14.9 10-12 CEM I 42.5 R + SF (k=2.0) 4.4 10-12 4.8 10-12 n.d. 2 n.d. 2 5.3 10-12 n.d. 2 CEM III/B 42.5 n.d. 2 1.4 10-12 1.9 10-12 2.8 10-12 3.0 10-12 3.4 10-12
KVANTIFIKACIJA PARAMETARA Inicijalni sadržaj hlorida, C 0 Izvor hloridima zagađeni agregat cementa Voda Ravnomerna raspodela po poprečnom preseku
KVANTIFIKACIJA PARAMETARA Sadržaj hlorida na zamenjujućoj površini C s, x
KVANTIFIKACIJA PARAMETARA Sadržaj hlorida na zamenjujućoj površini C s, x Uticaj sredine: ekvivalentna koncentracija hlorida u vazduhu rastojanje od izvora hlorida Parametar okoline kvantifikacija potencijalog uticaja sredine (koja sadrži hloride) na beton Potencijal hlorida koji potiču od soli u morskoj vodi: C eqv = C 0,M
KVANTIFIKACIJA PARAMETARA Sadržaj hlorida na zamenjujućoj površini C s, x Potencijal hlorida koji potiču od soli protiv smrzavanja: C eqv = C = 0, R nc C 0,R prosečan sadržaj hlorida u hloridno kontaminiranoj vodi n prosečan broj posipanja soli tokom godine, c R,i prosečna količina rasutih hlorida tokom jednog posipanja soli h S,i količina vode od kiše i otopljenog snega tokom jedne zimske sezone (dok traje posipanje soli) h Si, Ri,
KVANTIFIKACIJA PARAMETARA Sadržaj hlorida na zamenjujućoj površini C s, x C eqv + izoterme apsorbcije hlorida koncentracija hlorida pri zasićenju, C S,0 Beton pod stalnim uticajem hlorida konstantne koncentracije (npr. u morskoj vodi): C S,0 = C S Beton pod povremenim uticajem hlorida promenljive koncentracije Funkcija prenosa, Δx
KVANTIFIKACIJA PARAMETARA Funkcija prenosa, x zona zapljuskivanja (engl. splash zone), plimska zona (engl. tidal zone), potopljena zona (engl. submerged zone), zonu prskanja (engl. spray zone), atmosfersku zona (engl. atmospheric zone), zona zapljuskivanja : 6,0 mm x 11,0 mm plimska zona : x potopljena zona : x=0 zonu prskanja : x=0
KVANTIFIKACIJA PARAMETARA Kritični sadržaj hlorida C crit Ukupni sadržaj hlorida koji vodi do depasivizacije armature C crit,min = 0,40 tež.-%/cement (AFGE) C crit,min = 0,35 tež.-%/cement (BS) C crit,min = 0,20 tež.-%/cement (fib, Model Code)
PRORAČUNSKI DOKAZ ZA GRANIČNO STANJE DEPASIVIZACIJA ARMATURE USLED PENETRACIJE HLORIDA Primena metode parcijalnih koeficijenata sigurnosti Jednačina graničnog stanja: d d C C ( xt,) 0 Crit C Critd proračunska kritična vrednost koncentracije hlorida C d (x,t) proračunska vrednost koncentracije hlorida na rastojanju x od spoljašnje površine betona nakon vremena t izloženosti dejstvu hlorida
PRORAČUNSKI DOKAZ ZA GRANIČNO STANJE DEPASIVIZACIJA ARMATURE USLED PENETRACIJE HLORIDA Trenutak depasivizacije: d d C = C ( xt,) Crit d d CCrit = CS 1 erf a 2 D () t t d d app, C C Sd proračunska vrednost koncentracije hlorida na površini betona x 2 2 t erf funkcija greške - erf( x) = e dt π a d proračunska vrednost debljine zaštitnog sloja D app,cd proračunska vrednost koeficijenta difuzije hlorida t vreme izloženosti betona dejstvu hlorida 0
PRORAČUNSKI DOKAZ ZA GRANIČNO STANJE DEPASIVIZACIJA ARMATURE USLED PENETRACIJE HLORIDA c CCrit ( c ) anom a = CS γ C 1 erf S γ a CCrit c c c t0 2 ke DRCM,0 kt γ D t t c a 1 CCrit 1 c c c t 0 nom 1 2 c e RCM, 0 t γ D γc CS γ C t a = erf k D k t + a Crit S
PRORAČUNSKI DOKAZ ZA GRANIČNO STANJE DEPASIVIZACIJA ARMATURE USLED PENETRACIJE HLORIDA c CCrit ( c ) anom a = CS γ C 1 erf S γ a CCrit c c c t0 2 ke DRCM,0 kt γ D t t t 2 2 c 1 C 1 Crit 1 = erf 1 c a anom a γc C Crit S γ CS c c c t0 ke DRCM,0 kt γ D t 1 1 n
BROJNI PRIMER_2 AB stubovi mosta preko vodene prepreke (mora) Zahtevana pouzdanost: β=2,3 Metoda parcijalnih koeficijenata sigurnosti T=100 god Debljina zaštitnog sloja?
BROJNI PRIMER_2 Ključni parametri: Površinska koncentracija hlorida Koeficijent difuzije hlorida Kritični sadržaj hlorida Indeks pouzdanosti: β=2,3 sigurnosti koeficijenti potopljena zona : x=0 Inicijalna količina hlorida u betonu: C 0 =0
C crit d C S d k e,d k t,d A(t) γ D D RCM,0 a d Parametar BROJNI PRIMER_2 Jedinica Ulazni podatak C cr [tež.%/beton] 0.9 γ Ccrit [-] 1.05 C S [tež..%/beton] 2.33 γ Cs [-] 1.35 T ref [K] 293 T real [K] 298 b e [-] 4800 [-] 0.85 t 0 [god] 0.0767 a [-] 0.3 [-] 2.2 [m 2 /s] 79 a nom [mm]? a [mm] 12
BROJNI PRIMER_2 Potrebna nominalna debljina zaštitnog sloja [mm] 100.0 90.0 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 85 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Vreme izloženosti dejstvu hlorida [godine]
BROJNI PRIMER_1 Debljina zaštitnog sloja prema BAB 87? Minimalna debljina: a 0 = 2,0 cm jako agresivna sredina: +1,5 cm površina elementa teško dostupna kontroli : +0,5 cm Klizajuća oplata: +1,0 cm a= 2,0 +1,5 + 0,5 +1,0 = 5,0 cm Upotrebni vek?
UMESTO ZAKLJUČKA Severna Evropa Bliski istok Kritična koncentracija 34 68 Rastojanje od površine betona [mm] DETERMINISTIČKI PRISTUP TRAJNOSTI
UMESTO ZAKLJUČKA Verovatnoća korozije [%] 34 48,6 68 PROBABILSTIČKI PRISTUP TRAJNOSTI
Pravilnik BAB 87: propisuju se uslovi i zahtevi koji moraju biti ispunjeni pri projektovanju, izvođenju i održavanju konstrukcija i elemenata od betona i armiranog betona betonske i armiranobetonske konstrukcije moraju se održavati u stanju projektom predviđene sigurnosti i funkcionalnosti ako dođe do oštećenja konstrukcije, moraju se preduzimati potrebne mere zaštite, uključujući i mere sanacije
Pravilnik BAB 87: projektom konstrukcije određuje se učestalost kontrolnih pregleda rokovi kontrolnih pregleda ne smeju biti duži od: 10 godina za javne i stambene zgrade 5 godina za industrijske objekte 2 godine za mostove
Pravilnik BAB 87: projektom se predviđaju kontrolni pregledi koji se sastoje od: vizuelnog pregleda gde je uključeno snimanje položaja i veličina prslina i pukotina, kao i oštećenja bitnih za sigurnost konstrukcije kontrole ugiba glavnih nosivih elemenata konstrukcije pod stalnim opterećenjem
Pravilnik BAB 87: u uslovima srednje i jako agresivne sredine obavezno treba kontrolisati stanje zaštitnog sloja armature
Pravilnik o tehničkim normativima za eksploataciju i redovno održavanje mostova: + sadržaj podataka koji se evidentiraju svrha Pravilnika primenjuje se na mostove: na magistralnim i regionalnim putevima na gradskim saobraćajnicama
Pravilnik o tehničkim normativima za eksploataciju i redovno održavanje mostova: osnovni podaci odnose se na postojeće stanje mosta podaci promene stanja registrovano stanje prilikom pregleda evidencija o radovima na održavanju i sanaciji
1. naziv Osnovni podaci 2. lokacija 3. izgradnja 4. održavanje a) vlasnik mosta b) organizacija zadužena za održavanje mosta c) organizacija koja čuva osnovnu tehničku dokumentaciju mosta
Osnovni podaci 5. prepreke i slobodni profili ispod mosta 6. detalji o saobraćajnici preko mosta 7. geodetski podaci 8. saobraćajni znaci 9. kolovozni zastor i izolacija 10. oprema za preglede i intervencije na mostu 11. vodovi preko mosta
Osnovni podaci 12. karakteristike rasponske konstrukcije mosta 13. nosivost mosta 14. stubovi mosta 15. temeljenje mosta 16. ležišta mosta 17. dilatacione sprave 18. odvodnjavanje
Osnovni podaci 19. ograde 20. zaštita od korozije 21. grafička dokumentacija (dispozicija, preseci, detalji) 22. fotodokumentacija
Podaci promene stanja 1. pregledi a) vrsta pregleda b) datum c) izvršioci d) ograničenja 2. održavanje a) vreme izvođenja radova b) izvođač c) specifikacija izvedenih radova
Podaci promene stanja 3. sanacije i rekonstrukcije a) projekat sanacije b) vreme izvođenja radova c) izvođač d) specifikacija izvedenih radova e) garancija
Pravilnik o tehničkim normativima za eksploataciju i redovno održavanje mostova: pregledi mostova su: 1. kontrolni (2 puta godišnje) 2. redovni (jednom u 2 godine) 3. glavni (jednom u 6 godina) 4. vanredni (prema potrebi)
Pravilnik o tehničkim normativima za eksploataciju i redovno održavanje mostova: Kontrolnim pregledima se kontroliše: 1. stanje kolovoza 2. stanje dilatacionih sprava 3. odvodnjavanje 4. stanje zaštitnih odbojnika i ograda
Pravilnik o tehničkim normativima za eksploataciju i redovno održavanje mostova: Redovnim pregledima se kontroliše: 1. isto što i kontrolnim pregledima + 2. ležišta i zglobova 3. zaštita od korozije 4. noseće konstrukcije mosta i stubova
Pravilnik o tehničkim normativima za eksploataciju i redovno održavanje mostova: Glavnim pregledima se kontroliše: 1. isto što i redovnim pregledima + 2. geodetska kontrola 1. nivelanje bar oslonačkih tačaka 2. vertikalnost stubova
Pravilnik o tehničkim normativima za eksploataciju i redovno održavanje mostova: Vanredni pregledi se obavljaju: 1. prema potrebi 2. pre isteka garantnog roka 3. prilikom primopredaje radova na sanaciji
Pravilnik o tehničkim normativima za eksploataciju i redovno održavanje mostova: Redovnim održavanjem mosta sprečava se ili odlaže nastanak većih oštećenja, otklanjaju se manje štete nastale u toku redovne eksploatacije mosta; redovno održavanje je: 1. čišćenje mosta 2. održavanje saobraćajnog profila 3. manje popravke betonske konstrukcije mosta 4. servisiranje ležišta i dilatacionih sprava
Redovno održavanje mosta 1. čišćenje mosta 1. kolovoza 2. pešačkih staza 3. nepristupačnih mesta 4. prostora oko ležišta 5. unutrašnjosti sandučastih konstrukcija 6. dilatacionih sprava 7. slivnika i odvodnih cevi 8. uređenje profila ispod mosta
Redovno održavanje mosta 2. održavanje saobraćajnog profila 1. popravka kolovoza (asfalt, kamena kocka, cementni beton, tucanički zastor, drvo) 2. popravka izolacije 3. popravka i zamena ivičnjaka 4. popravka delova ograda i zamena oštećenih delova
Redovno održavanje mosta 3. manje popravke betonskih konstrukcija mosta 1. zaštitni slojevi 2. betonske barijere, parapeti i venci 3. čišćenje korozije i antikoroziona zaštita armature
Redovno održavanje mosta 4. servisiranje ležišta i dilatacionih sprava 1. servisiranje čeličnih ležišta 2. prepravka ili zamena dilatacionih sprava 3. zamena gumenih elemenata dilatacionih sprava 4. kontrola vijaka, ankera ležišta i dilatacionih sprava
Čišćenje nepristupačna mesta uklanjanje nečistoća, vegetacije, deponovanih materijala i otpadaka otpadni materijali deluju hemijski, mehanički ili kombinovano prostor oko ležišta cilj: zaštititi konstrukciju i funkciju ležišta priprema, a potom korišćenje vode pod pritiskom
Čišćenje unutrašnjost sandučastih konstrukcija čeličnih ili betonskih, otpadni materijal odvojiti od podloge i ukloniti kroz otvor za pristup, primenjuje se tehnička voda i vazduh pod pritiskom.
Čišćenje bušenje rupa i ugrađivanje drenažnih cevi u donjoj ploči čeličnih ili betonskih sandučastih nosača, cilj evakuacija vode iz sanduka, u najnižim delovima pojedinih prostora u sanduku,
Čišćenje dilatacione sprave vezani materijal odvojiti od površine spojnice, isprati vodom pod pritiskom, izduvati kompresovanim vazduhom, iščupati zaglavljene komade kamena i drugih materijala
Čišćenje slivnici i odvodne cevi uklanjanje većih i manjih otpadaka i mulja, nakon čišćenja kolovoza ako se utvrdi da je rešetka slivnika zapušena,
Čišćenje profila ispod mosta uklanjanje nanosa, otpadaka, vegetacije i drugih smetnji za stabilnost mosta, bezbednost saobraćaja, funkcionisanje uređaja i živodnu sredinu radi se na širini putnog pojasa u punom obimu uklanjanje otpadaka i kamena, korekcija profila, ugrađivanje kamenog nabačaja
Održavanje saobraćajnog profila zamena ili ugrađivanje izolacije kada je udarnim rupama ili mrežastim pukotinama zahvaćeno više od 5% površine mosta hidroizolacije se polažu preko potpuno suve i čiste površine
Održavanje saobraćajnog profila zamena ili ugrađivanje ivičnjaka zaštita vozila i pešaka na celoj dužini manjih mostova: ukoliko su oštećeni ili nedostaju na najmanje 20% dužine, pri čemu je visina iznad kolovoza manja od 15 cm
Održavanje saobraćajnog profila popravka delova ograde i zamena oštećenih delova čelične ispravljanje, zavarivanje, ankerovanje betonske obnavlja se beton i štiti armatura ponovna izgradnja stubića, rukohvata ili ispune ograde, uklanjanja nestabilnih delova betona, betona u stanju raspadanja
Manje popravke betonske konstrukcije popravka betona oštećenog delovanjem vode, soli, mraza ili usled mehaničkih udara, preopterećenja... popravka betonskih površina sitnozrnim betonom ili sanacionim malterima ugrađivanje betona za povezivanje drugih elemenata sa konstrukcijama
Manje popravke betonske konstrukcije zaštita betonskih površina premazima uklanjanje nečistoća koje su na betonske elemente dospele tokom eksploatacije mosta zaštita površina od budućeg agresivnog delovanja sredine popravka betonskih parapata, barijera i venaca zamena betonskih montažnih ploča na pešačkim stazama
Manje popravke betonske konstrukcije čišćenje korozije i antikoroziona zaštita armature uklanjanje nestabilnih delova betona, čišćenje armature čeličnim četkama, dletima,itd., zatim peskarenje nanošenje antikorozionog premaza
Servisiranje ležišta i dilatacionih sprava pregled, provera ispravnosti i radovi na otklanjanju uočenih nedostataka ili zameni odmašćivanje ležišta, peskiranje, izduvavanje peska, nanošenje antikorozionog premaza zamena gumenih tepiha savremenim - na osnovu oštećenja i osmatranja zone oslanjanja odozdo, gde se uočavaju tragovi prodora vode Kontrola zavrnjeva i ankera
OCENA STANJA (fib Techical report) Ocena stanja je interakcija između: Podataka o konstrukciji, okolini i upotrebljivosti Podataka iz postojeće dokumentacije Podataka iz vizuelnih inspekcija Podataka iz in situ i laboratorijskih ispitivanja Razmatranja potencijalnih dodatnih radnji
OCENA STANJA Ocena stanja postojeće konstrukcije se sastoji od sledećih aktivnosti: Planiranja aktivnosti- prikupljanja podataka o istoriji konstrukcije, prva poseta, program rada, predlozi, ugovori Rutinski pregled vizuelni pregled, osnovna testiranja, jednostavna procena stanja konstrukcije i planiranje detaljnijih istraživanja ukoliko su neophodna
OCENA STANJA Detaljna istraživanja specijalna testiranja materijala i analiza deterioracionih procesa za ocenu sigurnosti, trajnosti i predviđanja korozionih procesa Specijalni testovi i istraživanja testiranje odgovora konstrukcije, merenje stvarnih dejstava na konstrukciju
OCENA STANJA Ocena stanja oštećenja bazirana na rutinskim pregledima i detaljnim istraživanjima: Za beton: kategorizacija oštećenih površina konstrukcije Za armaturu i kablove za prednaprezanje: stepen oštećenja, preostala sila prednaprezanja Ocena stanja konstrukcije zasnovana na specijalnim testovima i istraživanjima stvarni kapacitet nostivosti, procena sigurnosti, predviđanje preostalog upotrebnog veka
OCENA STANJA Zašto se vrši ocena stanja? Ako zahteva korisnik ili vlasnik konstrukcije kada je pouzdanost konstrukcije ugrožena usled oštećenja betona ili armature kada konstrukcija treba da ponese dodatna opterećenja da bi se prikupili neophodni podaci za projektovanje sanacije
OCENA STANJA Zašto se vrši ocena stanja? Kada se vrši sistematizacija podataka za veći broj objekata (celokupan fond zgrada na jednom području ili svi mostovi jedne oblasti itd.) Da bi se obezbedila sigurnost, upotrebljivost (funkcionalnost) pod uobičajenim uslovima eksploatacije Da bi se stvorila baza podataka o stanju svake konstrukcije razmatranog fonda, neophodne za donošenje odluka o održavanju Da bi se odredili prioriteti za poprevku, sanaciju ili zamenu teško oštećene konstrukcije
OCENA STANJA Metodologija: Priprema Pregled Ispitivanje Ponovni proračun Strategija za dodatne radove Izveštaj