Ako diagnostikovať (železo)betónové konštrukcie?

Či už ide o betónové, alebo železobetónové konštrukcie, sú to väčšinou prvky s dlhodobou životnosťou. Ak vylúčime vedľajšie stavby alebo konštrukcie pozemných a inžinierskych stavieb, sú to v podstate vždy nosné konštrukcie alebo konštrukcie s veľkým významom. Okrem bežných pravidelných prehliadok je v niektorých prípadoch potrebné vykonať ich diagnostiku. Kedy a ako?

Prečo by sme mali diagnostikovať (železo)betónové konštrukcie? Existuje viacero dôvodov, prečo robiť diagnostiku. Dôvodom môže byť podozrenie na zníženú únosnosť, ohrozenú bezpečnosť. V takom prípade sa zvyčajne pozorujú vizuálne prejavy nejakej chyby alebo až poruchy stavebnej konštrukcie – nadmerné priehyby, trhliny, priesaky alebo výrony vody alebo (ak sa do konštrukcie zabudovali meracie zariadenia/sondy) sa pozorujú zvyčajné deformácie pri nižších napätiach.

Druhou bežnou skupinou dôvodov na vykonanie diagnostiky sú pravidelné kontroly a plánovanie údržby. Patria sem napríklad kontroly stavu mostov alebo cementobetónových krytov. Tretím dôvodom sú ekonomické dôvody, keď sa napríklad odhaduje zostatková životnosť konštrukcie a spracováva sa podnikateľský plán/investičný zámer, teda je potrebné zistiť, aký je reálny technický stav stavebnej konštrukcie či už pri zachovaní charakteru prevádzky, alebo pri adaptácii na nové využitie.

Poslednou, ale rovnocenne využívanou možnosťou je posúdenie bezpečnosti a schopnosti prenášať špecifické zaťaženia napríklad stavebnej konštrukcie vystavenej účinkom požiaru alebo určenie príčin kolapsu stavebnej konštrukcie. Tu je však potrebné poznamenať, že diagnostikovaniu ich príčin či následkov sa musí venovať zvýšená pozornosť.

Objednávatelia, ktorí požadujú diagnostiku (železo)betónových konštrukcií, zvyčajne potrebujú získať informácie o príčine poruchy a o zostatkovej životnosti stavebnej konštrukcie(í). V niektorých prípadoch aj odpoveď na otázku, či je stavebná konštrukcia bezpečná, resp. či dokáže bezpečne preniesť určité očakávané zaťaženia po adaptácii stavby.

Ako by mali prebiehať prípravné práce a samotná diagnostika?

Na diagnostiku by sa mal vždy použiť osvedčený algoritmus metodických krokov diagnostiky, ktorý by mal byť súčasťou každej sanácie alebo jej predchádzať. Počas prvotného rozhovoru s objednávateľom sa získavajú základné informácie o dôvode diagnostiky, o stavbe, členení budov, rozsahu prác a v neposlednom rade o termínoch plnenia. Zvyčajne nasleduje operatívna interná porada o schopnosti uchádzať sa o zákazku (najmä z hľadiska termínov).

Povrch CBIII krytu parkoviska vo Zvolene

V prípade kladného výsledku sa dohodne prvotná obhliadka konštrukcie (stavby a súvisiacej prevádzky). Počas nej zistí jeden až dvaja kooperujúci experti na problematiku špecifických expozícií (napr. na problematiku chémie fermentačných procesov v prípade diagnostiky nádrží bioplynových staníc) predpokladaný rozsah prác a expertíz. Zadávateľ je potom informovaný o výsledkoch zistení. Na urýchlenie návrhu vhodného riešenia si tím väčšinou vyžiada projektovú dokumentáciu skutočného vyhotovenia (resp. plánovaného stavu, ak ide o adaptáciu prevádzky). Po obhliadke sa spracuje cenová ponuka s predpokladaným rozsahom diagnostických prác.

Podzemné garáže polyfunkčnej budovy v Bratislave

Rozsah diagnostických prác nie je definitívny vzhľadom na to, že sa vopred nevie určiť rozptyl výsledkov a rovnorodosť materiálu v stavebnej konštrukcii. Z princípu by sa mal indikovať mierne väčší rozsah prác, ako sa očakáva, „ak pôjde všetko dobre“, aby sa eliminovalo riziko navyšovania ceny. Cenová ponuka sa prezentuje s uvedením jednotkových cien za jednotlivé skúšky. To znamená, že v prípade neopodstatnenosti rezervy na počet skúšok sa zákazníkovi faktúruje úmerne znížená cena.

Betónová konštrukcia poškodená mrazom

Po akceptovaní cenovej ponuky sa okamžite preberie (pripravená) projektová dokumentácia a začína sa príprava prác in situ. Zostaví sa definitívny tím expertov. Keď je zloženie tímu známe, začínajú sa plánovať diagnostické práce (jedna alebo viac etáp). S nimi súvisí aj absolvovanie rôznych školení u objednávateľa a vybavenie povolení na vstup, na fotografovanie atď. S uvedeným treba počítať najmä v priemyselných areáloch. Na začiatku diagnostických prác experti vytypujú miesta deštruktívnych skúšok, resp. odberu vzoriek a technici ich označia. Potom začnú s odberom vzoriek pod neustálym dohľadom aspoň jedného z expertov. Medzičasom experti vykonávajú nedeštruktívne skúšky alebo merania a dokumentujú stav predmetnej stavebnej konštrukcie.

Zásaditosť prostredia v okolí korodujúcej výstuže mostnej rímsy

Už počas meraní je tak možné operatívne riadiť tím technikov z hľadiska množstva a polohy odobratých vzoriek. Po ukončení diagnostiky in situ sa (zvyčajne) pokračuje laboratórnymi skúškami odobratých vzoriek. Tím expertov zadefinuje chronologický postup skúšok tak, aby sa maximalizovala využiteľnosť odobratých vzoriek. Po ich vykonaní tím expertov zanalyzuje výsledky a vykoná syntézu zistení z nedeštruktívnych a deštruktívnych skúšok. Hlavný expert zhrnie zistenia v záverečnej správe a podrobí závery diagnostiky internej diskusii/oponentúre. Spracovaný dokument sa potom prezentuje objednávateľovi.

Sanácia stropnej konštrukcie uhlíkovými lamelami

Niekedy sa stane, že objednávateľ požaduje aj návrh sanácie alebo odhad nákladov. V takomto prípade sa spracuje rámcový návrh postupu sanácie s upozornením, že konkrétne riešenie (varianty riešenia) sanácie by sa malo(i) overiť na skúšobných plochách (vzorkách). Samozrejme, odhad ceny je možné vyhotoviť, no opäť by sa malo uvažovať už v tejto fáze s miernym navýšením, aby sa predišlo nepríjemnému prekvapeniu pri reálnom dopytovaní sanačných firiem.

Zvýšenie odolnosti stropnej dosky proti prepichnutiu

Podľa toho, či je predmetná konštrukcia z nevystuženého alebo vystuženého betónu, rozlišujú sa vlastnosti, ktoré sú pre funkčnosť, a teda aj posudzovanie rozhodujúce (tab.). Zámerne sme vybrali pojem „posudzovanie“. Na vysvetlenie použijeme príklad. Ak existuje požiadavka na posúdenie pevnosti a modulu pružnosti betónu stavebnej konštrukcie (značného veku), prípadne po požiari, nemáme veľmi na výber a tieto parametre je potrebné získať nepriamymi metódami – napr. tvrdomernou a ultrazvukovou. Na základe nich sa využitím známych všeobecných (alebo vlastných – spresnených) korelačných vzťahov získajú parametre posudzovaných vlastností.

Diagnostické metódy

Existuje množstvo diagnostických a skúšobných metód, ktoré je možné deliť z hľadiska použitia (in situ, teda v teréne, alebo v laboratóriu). Priamo na stavebnej konštrukcii sa uplatňujú najmä nedeštruktívne metódy, ako napríklad: merania presnosti a rozmerov stavebných konštrukcií, tvrdomerné metódy stanovenia pevnosti v tlaku; meranie dynamického modulu pružnosti (prípadne aj hĺbky trhliny v betóne) ultrazvukovou metódou, meranie hrúbky krycej vrstvy výstuže a lokalizácia polohy výstuže (rôznymi metódami podľa požadovanej presnosti), stanovenie objemovej hmotnosti, resp. vlhkosti tzv. troxlerovou metódou, stanovenie hutnosti betónu Torrentovou metódou, zisťovanie prítomnosti rôznych chemických látok na povrchu stavebnej konštrukcie pomocou indikátorov, (dlhodobé) meranie okrajových podmienok okolitého prostredia, meranie povrchovej vlhkosti betónu kapacitnou metódou; meranie pH (hĺbky karbonatácie) betónu metódou závrtov do stavebnej konštrukcie s použitím vhodného indikátora (napr. fenolftalein) a meranie vibrácií a/alebo deformácií stavebnej konštrukcie pri určitom zaťažení.

V laboratóriu je zvyčajne účelné vykonať kontrolné skúšky dôležitých mechanických vlastností na odobratých vzorkách. Tieto vlastnosti závisia od charakteru a využitia stavebnej konštrukcie (napr. pevnosť v tlaku na zvislých prútových konštrukciách a pevnosť v ťahu pri ohybe pri horizontálnych konštrukciách). V laboratórnych podmienkach sa stanovujú aj objemové hmotnosti (dôležité napríklad na určenie stáleho zaťaženia), dynamické moduly pružnosti, zostatková plocha účinného prierezu výstuže a obsah chloridov v betóne.

Výsledky obidvoch skupín metód je potrebné analyzovať a dať do vzájomnej súvislosti podľa rôznych spoločných znakov stavebnej konštrukcie, prevádzky alebo zaťažení. Inými slovami, je potrebné vykonať syntézu zistení. Znakom stavebnej konštrukcie môže byť jej statická schéma, vystuženie a/alebo existujúca porucha, ktorá predurčuje mechanizmus skracovania zostatkovej životnosti. Podľa tohto mechanizmu je potrebné ďalej posúdiť aktuálny stav aj z doterajšieho vývinu poruchy a odvodiť predikciu dosiahnutia istého nevyhovujúceho stavu.

Zisťovanie hĺbky karbonatácie závrtmi

V niektorých prípadoch môže tento stav zadefinovať objednávateľ napríklad maximálnou odchýlkou od miestnej rovinnosti, ktorá ešte umožní prevádzku. Ak však ide napríklad o konštrukciu žeriavovej dráhy, potom je nevyhovujúci stav zadefinovaný prostredníctvom medzných stavov. Niekedy môže byť rozhodujúca odolnosť betónu proti účinkom vody (resp. mrazuvzdornosť), inokedy zase efektívna (neskorodovaná) plocha výstuže v betónovom priereze a statická únosnosť. Zostatkovú životnosť preto treba predpovedať s ohľadom na veľké množstvo okrajových podmienok.

Na záver

Diagnostika (železo)betónových konštrukcií a prípadná následná sanácia je náročná činnosť spojená s vysokými požiadavkami na kvalifikáciu, dostatočné technické zázemie a kapacity ľudských zdrojov jej vykonávateľa. Opísané metodické kroky vytvárajú základný predpoklad úspešnej diagnostiky a neskôr aj sanácie. Investorom odporúčame počas sanácie zabezpečiť supervíziu kvality stavby alebo aspoň audit kvality stavby. 

TEXT: Ing. Jana Olšová, Stavebná fakulta STU a Bria Invenia, s. r. o., Bratislava, Dr. Peter Briatka, MBA, COLAS Slovensko, Košice
foto: archív autorov

Literatúra

1. Bilčík, J. – Cesnak, J.: Poruchy a rekonštrukcie nosných sústav. Životnosť, poruchy a rekonštrukcie nosných betónových a murovaných konštrukcií, STU, Bratislava, 1998.
2. TP05/2002: Prognózovanie vplyvu porúch na zaťažiteľnosť mostov a stanovenie zostatkovej životnosti mostov. Metodická príručka, Slovenská správa ciest, Apríl 2002.
3. Diem, P.: Zerstorungsfreie Prufmethoden fur das Bauwesen (Nedeštruktívne metódy skúšania v stavebníctve). Bauverlag, Wiesbaden und Berlin, 1982.
4. Pavlík, A. – Doležel, J.: Nedeštruktívne vyšetrovanie betónových konštrukcií. SNTL Praha, Praha, 1977.
5. Křístek, R.: Matematické modely karbonatácie betónu a vápennej malty. VUT v Brně, Fakulta stavební, Ústav chemie, Brno, 2003.
6. Matoušek, M.: Vliv vzdušného kysličníku uhličitého na betonové konstrukce. In: Životnost nosných konstrukcí betonových staveb a panelových domů. ČVTS, Brno, 1975, s. 89-92.
7. Janotka, I. – Krajči, Ľ.: Stanovenie stupňa karbonatácie betónu. Ústav stavebníctva a architektúry SAV, Bratislava, 2001.
8. Likeš, J. – Laga, J.: Základní statistické tabulky. SNTL – Nakladatelství technické literatury, Praha, 1978.
9. Jílek, M.: Statistické toleranční meze. SNTL – Nakladatelství technické literatury, Praha, 1988.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály 6/2017.