BI52 Diagnostika stavebních konstrukcí

1. BI52 Diagnostika stavebních konstrukcí Modernizace výuky na Fakultě stavební VUT v Brně v rámci bakalářských a magisterských studijních programů CZ.04.1.03/3.2.15.2/0292 Přednáška č. 9:Monitoring stavebních konstrukcí Ing. Petr Cikrle, Ph.D. 2008

2. Modernizace výuky na Fakultě stavební VUT v Brně CZ.04.1.03/3.2.15.2/0292 ÚSTAV STAVEBNÍHO ZKUŠEBNICTVÍ BI52 Diagnostika stavebních konstrukcí PROGRAM PŘEDNÁŠKY: A. ÚVOD B. HODNOCENÍ KONSTRUKCÍ – ZÁKLADNÍ POJMY C. OBECNÝ SYSTÉM HODNOCENÍ KCÍ PODLE ČSN ISO 13822 D. PŘÍKLAD HODNOCENÍ EXISTUJÍCÍ KONSTRUKCE E. ZÁVĚR

3. Poruchy(změna proti původnímu stavu - nespolehlivost) dle závažnosti dle způsobu projevu dle typu konstrukce dle stavebních materiálů dle části konstrukce dle příčin vzniku Příčiny vzniku poruch: provozní podmínky přetížení konstrukce změny v podzákladí dynamické účinky změny ve statickém působení účinky vnějšího prostředí působení chemikálií vliv provozu v okolí zanedbání údržby účinky katastrof, poddolování stárnutí a únava materiálu přetvoření konstrukcí a napětí vyvolané objemovými změnami Vady a poruchy staveb • Vady(nespolehlivost z hledisek bezpečnosti, vzhledu, trvanlivosti) • předprojektová činnost • projektová činnost • stádium výroby

4. lupa se stupnicí pro určení šířky a stavu okrajů trhlin; bodový reflektor nebo endoskop pro zjištění průběhu trhliny v hloubce zdi; měřicí mikroskop s nitkovým křížem; kontrolní sádrové destičky (mají jen omezenou použitelnost); sestava většího počtu pevně osazených ocelových trnů po obou stranách trhliny, pro měření posuvným měřítkem; sestava většího počtu terčů, rozmístěných po obou stranách trhliny, pro měření mechanickými sázecími tenzometry; sestava dvou pevně osazených tyčových tenzometrů s úchylkoměrem, různě orientovaných vzhledem k rovině trhliny; strunové tenzometry speciálně pro sledování posunu v trhlině ; videoextenzometry (bezdotykové měření vzdálenosti těžišť bodů); geodetické metody; optická vlákna, pro lokalizaci míst největších posunů. měřická pásma a soupravy s invarovým drátem ( distometr Iseth). Přístroje pro měření posunů v trhlinách

5. Přístroje pro měření posunů v trhlinách

6. Přístroje pro měření posunů v trhlinách

7. Aparatura vyvinutá na Northwest University v Illinois, USA, umožňující automatizované měření posunů a okamžitý přenos dat pomocí Internetu Automatizovaný systém měření posunů v trhlinách

8. Metrologický rozbor měření posunů Hollanův příložný tenzometr • Základna 200 mm • Úchylkoměr 0,01 mm/10 mm • etalon invar, ocel • kontaktní teploměr A[x,y], B [0,a], C[0,0]

9. Obecný postup EAL-R2 Matematické vyjádření závislosti Xi - odhady xi, Identifikování všech korekcí Sestavení seznamu všech zdrojů nejistoty dle příčin vzniku Vypočtení rozptylůs2x pro opakovaně měřené veličiny, pro jednotlivé hodnoty Určení vztahu rozptylů s2xi všech vstupních proměnných k výstupní proměnné a výpočet rozptylu s2y Výpočet rozšířené (celkové) nejistoty u u = k×sy , k=2 Aplikace na Hollanův tenzometr Změna délky základny Korekční člen na rozdílnou teplotu etalonu Změna šířky trhliny Korekční člen na rozdílnou teplotu základny Seznam nejistot – kalibrace úchylkoměru, osoba měřiče, osazení do měřicích bodů, teplota konstrukce a etalonu, nejistota a zdi i etalonu… s2y = 31,10 mm2, směrodatná odchylka sy = 5,58 mm celková nejistota měření u = 2 × 5,58 = ±11,2 mm. Výpočet nejistot měření

10. Změna délky Dl části konstrukce Dl = a l DT a je součinitel délkové teplotníroztažnosti materiálu, v K-1; l je délka dilatační části, v m; DT je změna teploty, v K. Součinitele délkové teplotní roztažnosti a: cihly (5-7).10-6 K-1 cihel. zdivo 5.10-6 K-1 beton 12.10-6 K-1 ocel 12.10-6 K-1 hliník 23.10-6 K-1 dřevo podél 3.10-6 K-1 dřevo napříč 32.10-6 K-1 Vliv teploty na chování trhliny Základní předpoklady

11. Denní teploty ovzduší v Brně 1998-2001 • Zimní extrémy prosinec, leden nebo únor, obvykle dvě výrazné hodnoty • Letní extrémy červen, červenec nebo srpen, ne tak výrazné jako v zimě • Je třeba vzít v úvahu tepelnou setrvačnost zdiva

12. Kostel sv. Michala v Brněsledování poruch v souvislosti s výstavbou Velkého Špalíčku

13. Poruchy kostela sv. Michala 3,4,5 1,2 6 12,13 14,15 9 7 8 S 10,11 16

14. Opravy trhlin kostela sv. Michala směr jižní věž Nová trhlinka 0,25 mm

15. Statické zajištění kostela 1) Staré kované táhlo (jižní věž) 2) Věnec nad sakristií 3) Mezi věžemi (severní věž) 1 3 2

16. Měření posunů v trhlinách kostela sv. Michala • 16 měřicích míst (33 základen) Hollanovým přílož. tenzometrem • kontinuální měření strunovým tenzometrem

17. Měřicí místo č. 1 nad sakristií • Závislost mezi posunem v trhlině D s [mm] a teplotou konstrukce Tk [°C]: • D s=d s Tk+konst. • d sje teplotní citlivost posunu [mm.K-1] • d s=-0,055 mm. K-1 • při změně teploty konstrukce o +20 °C se trhlina uzavře o D s=-1,10 mm

18. Dilatační chování zdiva při ztužení věncem Stěna, uprostřed svislá trhlina, dole neposuvná podp. Průběh deformací zdi při oteplení konstrukce o +10°C Průběh poměrných přetvoření ve zdivu při oteplení o +10°C Průběh deformací zdi po betonáži věnce a ohřátí zdi o +10°C Poměrná přetv. ve zdivu s věncem, při ohřátí zdi +10°C Průběh deformací zdi s věncem po ochlazení zdi o -20°C

19. Kostel sv. Michala - měřicí místo 11 na východní zdi

20. Porovnání teplotní citlivosti posunů měřených trhlin

21. Porovnání teploty na různých místech konstrukce kostela sv. Michala s teplotou ovzduší

22. Kostel Nanebevzetí P. Marie v Brně - Zábrdovicích • Kostel z 2. pol. 17. století, poruchami rozdělený na dvě části. • Podrobný monitoring trhlin od roku 1991 (částečný již od r. 1973). S

23. Poruchy vlivem sedání • 1, 2 – poruchy hlavního vchodu vlivem poklesu průčelní zdi • 3 – pokles podlahy vlivem poklesu nosných pilířů (> 100 mm]

24. Měření posunů 9.8.1973

25. Základny č. 91, 92 • Rok 1991-1992 • Rok 2001

26. Základny č. 91 - teplotní závislost • Základna 91, rok 1991-1992Ds91,1991= -0,0538Tk+0,7302 Ds91,r=|d| DTk = = 0,0538.18 = 0,97 mm • Základna 91, rok 2001 Ds91,2001=-0,0538Tk+1,9247 Ds91,trv=+0,119mm/rok

27. Základna č. 91 – časový průběh posunů

28. Základní modely časového průběhu posunů • 1. Konstantní periodická časová řada (dilatační spára) • 2. Mocninná p. časová řada s klesající tendencí (konsolidace) • 3. Lineárně rostoucí periodická časová řada • 4. Mocninná p. časová řada s rostoucí tendencí (eskalace)

29. Metodický postup měření posunů v trhlinách Projekt měření posunů • účel a druh měření (etapová, periodická, kontinuální); • údaje o geologických, geotechnických a hydrogeologických poměrech; • údaje o způsobu založení, funkci a zatěžovacím postupu stavební konstrukce; • hodnoty očekávaných posunů (poklesy zákl. půdy, průhyby apod.); • požadovaná přesnost měření s ohledem na očekávanou velikost posunů; • metody měření s rozborem nejistot měření; • způsob označení a zajištění bodů měřickými značkami; • časový plán měření a podmínky ukončení měření; • způsob matematického a grafického zpracování a vyjádření výsledků.

30. Časový průběh měření • Minimální doba sledování u staveb má být 15 měsíců; • Minimální četnost měření by měla být 11 etap (např. I., II., IV., VI., VII., VIII., X., XII., I., II. a zase IV. měsíc. • Pro stanovení prognózy vývoje posunů v trhlině je zapotřebí doba 3 až 5 let.; Další zásady - nutnost sledovat teplotu; Výpočty hodnot posunů ihned po měření; při přerušení prací zajistit návaznost měření. • Nutnost komplexního posouzení - sladění geotechnických, stavebně materiálových a statických průzkumů s měřením posunů v trhlinách a geodetickým měřením objektů.

31. Modernizace výuky na Fakultě stavební VUT v Brně CZ.04.1.03/3.2.15.2/0292 ÚSTAV STAVEBNÍHO ZKUŠEBNICTVÍ BI52 Diagnostika stavebních konstrukcí E. ZÁVĚR • Pro hodnocení existujících konstrukcí norma ČSN ISO 13822 • Průzkum je součástí hodnocení konstrukce • Prohlídka, průzkum a monitorování kce • Dříve průzkum předběžný, podrobný a doplňkový • Nový přístup k průzkumům – podrobně zkoumáme kritická místa konstrukce. Postup opakujeme, dokud neznáme odpověď na všechny otázky. • Rozsah průzkumu dle jeho účelu, stáří konstrukce a jejího stavu.

32. Modernizace výuky na Fakultě stavební VUT v Brně CZ.04.1.03/3.2.15.2/0292 ÚSTAV STAVEBNÍHO ZKUŠEBNICTVÍ BI52 Diagnostika stavebních konstrukcí DĚKUJI ZA POZORNOST !