Soudržnost betonu je klíčovou vlastností pro zajištění stability a trvanlivosti betonových konstrukcí. Pro její zjištění a posouzení únosnosti betonu a kotvení se využívá řada normovaných a nedestruktivních metod. Tento článek se zaměřuje na přímé výsledky získané z modelů a na specifické požadavky norem, jako jsou ACI 318-19 a AISC 360-16.
Únosnost betonu v tlaku
Únosnost betonu v tlaku je hodnocena jako poměr mezi maximálním ekvivalentním hlavním napětím fc,eq získaným z analýzy metodou konečných prvků a limitní hodnotou f'c,lim. Ekvivalentní hlavní napětí vyjadřuje ekvivalentní jednoosé napětí pro obecný trojosý stav napjatosti.
\[f_{c,eq} = \sigma_{c3} - \sigma_{c1}\]
Hodnotu fc,eq lze tedy přímo porovnat s limity jednoosé únosnosti.
Soudržnost a kotvení
Smykové napětí v soudržnosti je hodnoceno samostatně jako poměr mezi napětím v soudržnosti τb vypočteným metodou konečných prvků a pevností v soudržnosti fbu. Ačkoli pevnost v soudržnosti není v ACI 318-19 explicitně definována, výpočet kotevní délky lze nalézt v oddíle 25.4.2.
Čtěte také: Druhy betonových tašek: co je třeba vědět
Pevnost v soudržnosti je základním vstupem pro stanovení kotevní délky, viz R25.4.1.1 a ACI Committee 408 1966. Lze ji vypočítat následujícím způsobem:
Předpokládejme, že pokud zakotvíme výztužnou tyč do betonového bloku na kotevní délku ld nebo větší, vytažení vyztužení povede k přetržení vyztužení, nikoli k vytažení z betonu. To lze vyjádřit následujícím vzorcem:
\[\pi\cdot d_{b} \cdot l_{d} \cdot f_{bu}=f_{y}\cdot A_{s}\]
kde:
- db je průměr výztužné tyče,
- ld je kotevní délka,
- fbu je pevnost v soudržnosti,
- fy je mez kluzu vyztužení,
- As je plocha výztužné tyče.
Z výše uvedeného lze snadno odvodit vzorec pro výpočet pevnosti v soudržnosti:
Čtěte také: Vlastnictví plotu na hranici
\[f_{bu}=\frac{f_{y}\cdot A_{s}}{\pi\cdot d_{b} \cdot l_{d }}\]
Kotevní délka ld se pak stanoví podle ACI 318-19 Tabulky 25.4.2.3 takto:
\[l_{d}=\left( \frac{f_{y}\cdot\psi_{t}\cdot\psi_{e}\cdot\psi_{g}}{C\cdot\lambda\sqrt{f'_{c}}} \right)\cdot d_{b}\]
kde:
- C = 25 (2,1 pro metrické jednotky) pro pruty č. 6 a menší a žebírkové dráty,
- C = 20 (1,7 pro metrické jednotky) pro pruty č. 7 a větší,
- λ = 1,0 pro beton normální hmotnosti,
- ψt, ψe, ψg jsou stanoveny podle ACI 318-19 Tabulky 25.4.2.3.
Je podporováno pouze nepovlakované nebo pozinkované (galvanizované) vyztužení, takže ψe = 1,0.
Čtěte také: Vše o hmoždince Shark Twist
Posouzení vytažení pro kotvy s hlavou
Pro kotvy s hlavou je implementováno dodatečné stop kritérium pro posouzení tlačeného betonu (drcení) nad hlavou kotvy - vytažení. Během analýzy je sledována tlaková síla přenášená kontaktem hlava-beton a porovnávána s limitní hodnotou stanovenou podle ACI 318-19, odst. Ψc,p je součinitel trhlin při vytažení podle 17.6.3.3 a je vždy uvažován jako 1,0, tj. hodnota pro potrhaný beton. Jakmile kontaktní síla dosáhne této normou stanovené limitní hodnoty, je spuštěno stop kritérium a analýza je ukončena dříve, než je únosnost při vytažení překročena.
Únosnost kotev a vyztužení
Různá ověření požadovaná normou ACI 318-19 jsou posuzována na základě přímých výsledků poskytnutých modelem. Ověření jsou prováděna pro únosnost betonu, únosnost vyztužení a kotvení (smykové napětí v soudržnosti).
- Všechny typy kotev v tahu - ACI 318-19 kap. 17.7.1.2 (b) + kap. 17.5.3 (a)
- Všechny typy kotev v tlaku - AISC 360-16 kap. 17.7.1.2 (a)
- Šroubový materiál - ACI 318-19 kap. 17.7.1.2 (b) + kap. 17.5.3 (a)
- Spřahovací trny - ACI 318-19 kap. 17.7.1.2 (a) + kap. 17.5.3 (a)
- Vyztužení - ACI 318-19 kap. 17.7.1.2 (b) + kap. 17.5.3 (a)
- Interakce tahu a smyku - ACI 318-19 kap. 17.8
Smyková únosnost kotvy
Únosnost oceli ve smyku pro spřahovací trny se stanoví jako:
\[\phi V_{sa}=\phi_{a,V}\,A_{se,V}\,f_{uta}\]
kde:
- ϕa,v - součinitel snížení únosnosti pro kotvy v tahu podle ACI 318-19 kap. 17.5.3 (a)
- Ase,V - plocha průřezu v tahu (redukovaná závitem)
- futa - stanovená tahová pevnost oceli kotvy, nesmí být větší než 1,9 fya a 860 MPa.
Interakce tahu a smyku
Podle ACI 318-19 kap. 17.8 je přípustné zanedbat interakci mezi tahem a smykem, pokud je splněna podmínka (a) nebo (b):
- (a) Nua/(ϕNn) ≤ 0,2
- (b) Vua/(ϕVn) ≤ 0,2
Pokud Nua/(ϕNn) > 0,2 pro rozhodující únosnost v tahu a Vua/(ϕVn) > 0,2 pro rozhodující únosnost ve smyku, musí být splněna rovnice (17.8.3):
\[\frac{N_{ua}}{\phi N_n}+\frac{V_{ua}}{\phi V_n}\le 1.2\]
Drcení betonu na rozhraní kotva-beton
Smyková únosnost kotvy je také omezena z hlediska drcení betonu na rozhraní kotva-beton. Limitní hodnoty a metoda jejich stanovení jsou podrobně popsány v článku - Smykové chování kotev v železobetonu. Jakmile kontaktní síla dosáhne této limitní hodnoty, je spuštěno stop kritérium a analýza je ukončena dříve, než je únosnost překročena.
Nedestruktivní metody zkoušení betonu
Při hodnocení existujících železobetonových konstrukcí je vždy nutné ověřit vlastnosti betonu a rozmístění výztuže. Pro zjištění pevnosti v tlaku a dalších vlastností betonu je sice metoda jádrových vývrtů referenční, avšak hodnocení historicky či umělecky cenných konstrukcí vyžaduje šetrnější zkoušení. Proto je ideální nejprve beton konstrukce na velkém počtu zkušebních míst vyzkoušet nedestruktivně, a teprve po jejich vyhodnocení odebrat potřebné (minimální) množství vývrtů pro upřesnění nedestruktivních zkoušek.
Schmidtovo kladívko (sklerometrické metody)
Schmidtovo kladívko patří mezi tzv. „tvrdoměrné“ (sklerometrické) metody. Požadovaná veličina se zjišťuje nepřímo prostřednictvím měření velikosti pružné reakce od vyvozeného úderu. Vnitřní rázový člen přístroje - „kladivo“ narazí definovanou energií na povrch betonu a odrazí se zpět. Velikost odrazu je závislá na tvrdosti betonu. Pomocí přepočtového diagramu sestávajícího ze tří křivek, které odpovídají třem základním směrům rázu (nahoru, dolů, nebo vodorovně), se určuje pevnost v tlaku v N/mm2. Protože se při těchto zkouškách beton vůbec neporuší, nebo se poruší jen tak málo, že tím není narušena funkce zkušebního tělesa, dílce nebo konstrukce, patří tato zkouška mezi tzv. „nedestruktivní“ metody zkoušení betonu.
Postup měření
- Na zkušebních místech se vybroušením za sucha pomocí brusného kamene odstraní zkarbonatovaná vrstva betonu.
- Před každou sérií zkoušek se tvrdoměr ověří na kalibrační kovadlině, stejně tak po ukončení zkoušení.
- Razník tvrdoměru se přiloží na zkušebním místě kolmo na povrch betonu, přičemž se celý tvrdoměr stlačuje plynulým pohybem, až se vyvodí ráz.
- Velikost úseku odrazu ukáže ručička na stupnici.
- Na každém zkušebním místě se provede nejméně devět čtení.
- Ze všech platných měření na jednom zkušebním místě se vypočte medián.
- Pevnost betonu se zjistí odečtením z převodního diagramu nebo tabulky.
Schmidtovo kladívko je určeno pouze k měření obyčejného hutného betonu, který je zhotoven z běžně používaného kameniva s objemovou hmotností zrn větší než 2500 kg/m3 a z portlandského cementu.
Ultrazvukové měření
Ultrazvukovým přístrojem lze měřit čas, který potřebuje ultrazvukový signál k průchodu celou vrstvou betonu a tím posuzovat kvalitu betonového prvku v celém průřezu. Ultrazvuková metoda má proti tvrdoměrům několik výhod. Zejména není nutné brousit povrch na strukturu betonu a dále zjišťujeme vlastnosti betonu v celé tloušťce. Podmínkou je ovšem dobrá přístupnost dvou protilehlých povrchů zkoušeného prvku.
Kombinovaná metoda
Je vypracována kombinovaná metoda složená z měření Schmidtovým kladívkem a ultrazvukovým přístrojem, která dává přesnější výsledky. U podlah je však nevýhodou, že lze ultrazvukem provádět pouze tzv. nepřímé měření (tj. na ploše), čímž je potlačen vlastní efekt kombinované metody.
Odtrhová zkouška soudržnosti
Důležitým parametrem finálních úprav povrchu je jejich soudržnost s podkladem, na který jsou naneseny. Tato soudržnost je ovlivněna jak kvalitou podkladu, tak schopností finální úpravy k němu přilnout. Základní podmínkou pro provedení kvalitní finální úpravy podlahy je dostatečná pevnost podkladu v tahu. Podstatou zkoušky je změření tahové síly, kolmé ke zkoušenému povrchu, potřebné k odtržení vrstvy, nebo úpravy, pomocí nalepeného zkušebního terče definovaných rozměrů.
Pracovní postup
- Povrch se obrousí do roviny diamantovým kotoučem a očistí.
- Přilepí se zkušební terč, který musí být vycentrován a celoplošně přilepen.
- Po vytvrzení lepidla se upevní odtrhový přístroj a seřídí se do směru kolmého působení síly na rovinu terče.
Diagnostika a sanace betonu
Vzniklé trhliny a možnost jejich dalšího šíření způsobují ohrožení bezpečnosti a životnosti stavebního díla, proto si problematika sanace trhlin zaslouží pozornost. K tomu, aby mohl být stanoven správný postup sanace, je třeba znát příčinu vzniku trhlin v dané konstrukci. Ne každá trhlina způsobuje problém a vyžaduje urychlenou opravu.
Příčiny vzniku trhlin v betonu
- Smykové a tahové napětí - vzniká při nerovnoměrném zatížení konstrukce.
- Smršťování betonu - dochází při vysychání a tuhnutí betonu.
- Korozní poškození výztuže - způsobuje rozpad okolního betonu.
- Mrznutí a tání vody - cyklické změny teplot vedou k rozpínání vody v pórech betonu.
- Chyby při betonáži - špatné složení směsi, nedostatečné hutnění nebo nevhodné podmínky při zrání.
Diagnostika poškození betonu
Správná diagnostika je základem úspěšné rekonstrukce. K posouzení rozsahu poškození se využívají různé metody:
- Vizuální kontrola - identifikace trhlin, odlupování, výkvětů a dalších defektů.
- Ultrazvukové testování - odhalení vnitřních dutin a mikrotrhlin.
- Karbonatace betonu - měření hloubky karbonatace pomocí fenolftaleinu.
- Testy pevnosti - zkoušky odtrhové pevnosti nebo Schmidtovo kladívko.
Metody sanace betonu
Existuje několik metod, jak opravit trhliny v betonu. Výběr vhodné techniky závisí na rozsahu poškození, umístění konstrukce (interiér vs. exteriér) a požadované životnosti opravy.
- Injektáž trhlin: Vpravování speciální injektážní hmoty (epoxidové nebo polyuretanové pryskyřice) do trhliny.
- Povrchové opravy: Pro mělké trhliny a odlupující se beton se používají povrchové opravné malty.
- Stříkaný beton (shotcrete): Metoda vhodná pro větší plochy a konstrukce s rozsáhlým poškozením.
- Katodická ochrana: Speciální metoda používaná při korozním poškození výztuže.
- Výplňové systémy: Pro větší trhliny a dutiny se používají výplňové hmoty na bázi cementu nebo pryskyřic.
- Vytvoření pružného spoje (dilatační spáry): Pro širší aktivní trhliny se dimenzuje pružným těsnicím profilem z polyesteru s vhodným průřezem.
Sanace aktivních a pasivních trhlin
Trhliny se dělí na neaktivní (pasivní) a aktivní. Pasivní trhliny, které neohrožují statickou funkci konstrukce, lze sanovat nátěry, hloubkovým zatmelením, nízkotlakovou injektáží nebo oplášťováním. Aktivní trhliny, které se postupně prodlužují a rozšiřují, vyžadují náročnější sanaci a zpravidla je vždy nutné rekonstruovat statickou funkci narušené části.
| Parametr | Interiér | Exteriér |
|---|---|---|
| Vlhkost | Stabilní | Kolísavá, dešťová voda |
| Teplota | Stálá | Extrémní výkyvy |
| UV záření | Ne | Ano |
| Typ materiálů | Standardní | Odolné vůči povětrnosti |
Příprava betonového podkladu
Základem je připravit beton tak, aby přijal reprofilační materiály a vázal správkový materiál. Vysokotlaký vodní paprsek je nejuniverzálnější metodou pro přípravu betonového podkladu.
Úlohou reprofilace betonového povrchu je obnova trvanlivosti a vzhledu železobetonových prvků. Proces reprofilace nám v poslední době rozšiřuje i způsoby možných metod aplikace inhibitorů koroze. Ty lze použít jako přísady do vody pro reprofilační směsi.
Modely náhradní příhradoviny
Při navrhování výztuže v mezních stavech únosnosti v poruchových oblastech se používají modely náhradní příhradoviny. Tyto modely lze použít i pro prvky, u nichž je předpokládáno lineární rozdělení poměrného přetvoření po průřezu. Modely náhradní příhradoviny se skládají z tlačených prutů, tažených prutů (přenášejí pouze normálovou sílu) a spojovacích uzlů - styčníků. Síly v prvcích prutového systému - náhradní příhradoviny se stanovují z podmínky zachování rovnováhy s působícím zatížením.
tags: #jak #zjistit #soudrznost #betonu #metody