Zosilลovanie betรณnovรฝch konลกtrukciรญ vonkajลกรญm predpรคtรญm
Zosilลovanie vonkajลกรญm predpรคtรญm je elegantnรก, รบฤinnรก, trvanlivรก aย cenovo vรฝhodnรก metรณda na zosilลovanie rรดznych betรณnovรฝch konลกtrukciรญ. Zvlรกลกลฅ vรฝhodnรก je na zosilลovanie konลกtrukciรญ sย valcovitรฝm tvarom, ako sรบ nรกdrลพe, silรก, komรญny aย chladiace veลพe. Analรฝza prรญฤin porรบch aย zosilnenie sa realizovali na prรญklade komรญna aย vyhnรญvacej nรกdrลพe.
Spoloฤnรฝm znakom valcovitรฝch konลกtrukciรญ, ako sรบ nรกdrลพe, silรก, komรญny aย chladiace veลพe, je veฤพkรฝ pomer medzi plochou vystavenou obklopujรบcemu prostrediu aย prierezovรฝmi rozmermi. Vzhฤพadom na charakter aย vyuลพรญvanie tรฝchto konลกtrukciรญ je ich spoฤพahlivosลฅ, teda bezpeฤnosลฅ, pouลพรญvateฤพnosลฅ aย trvanlivosลฅ, najviac ohrozenรก objemovรฝmi zmenami od teplotnรฝch รบฤinkov, korรณziou betรณnu aย vรฝstuลพe. Vย prรญpade nรกdrลพรญ sa ฤasto vyskytuje poddimenzovanie stien. Uvedenรฉ รบฤinky sรบ prรญฤinou vzniku aย rozvoja zvislรฝch trhlรญn, ktorรฉ mรดลพu spรดsobiลฅ ฤiastoฤnรบ alebo รบplnรบ stratu schopnosti prvku alebo konลกtrukcie plniลฅ poลพadovanรฉ funkcie.Zosilลovanie 150 m komรญna
Komรญny, podobne ako chladiace veลพe, patria ku konลกtrukciรกm, ktorรฉ sรบ zaลฅaลพenรฉ predovลกetkรฝm vlastnou tiaลพou, vetrom, seizmicitou aย รบฤinkami objemovรฝch zmien. Na rozdiel od chladiacich veลพรญ je vย betรณnovom drieku komรญna vรคฤลกรญ teplotnรฝ spรกd, vyvolanรฝ vysokou teplotou odvรกdzanรฝch spalรญn (do 300 ยฐC). Aj keฤ je betรณnovรฝ driek zย vnรบtornej strany chrรกnenรฝ ochrannรฝm puzdrom, moลพno na komรญnoch pozorovaลฅ vznik aย rozvoj trhlรญn od teplotnรฉho spรกdu. Vyznaฤujรบ sa nasledovnรฝmi spoloฤnรฝmi znakmi: zvislรฝ priebeh, malรฉ mnoลพstvo, veฤพkรฉ dฤบลพky.
Prรญฤinou vzniku tรฝchto trhlรญn je vodorovne pรดsobiace ohybovo-ลฅahovรฉ namรกhanie betรณnovรฉho drieku komรญna od rozdielu teplรดt na vonkajลกom aย vnรบtornom povrchu. Vย zimnom obdobรญ, keฤ spรกd teplรดt pri prevรกdzke komรญna moลพno zapรญsaลฅ vย tvare Ti ยปย Te (obr. 1, REZ Aย โ A), vznikajรบ zvislรฉ trhliny na vonkajลกom povrchu. Ak je komรญn mimo prevรกdzky, dochรกdza za slneฤnรฉho poฤasia kย obrรกtenรฉmu spรกdu teplรดt (Ti < Te), ktorรฝ vyvolรกva ลฅahovรฉ napรคtia na vnรบtornej strane drieku. Ten nie je ฤasto vรดbec vystuลพenรฝ, vย dรดsledku ฤoho sa vย ลom vytvorรญ menลกie mnoลพstvo ลกirokรฝch trhlรญn (obr. 1, REZ B โ B). Vzniku tรฝchto trhlรญn sa dรก ลฅaลพko zabrรกniลฅ. Ak ich ลกรญrka aย napรคtie vo vรฝstuลพi neprekroฤia urฤitรฉ limitnรฉ hodnoty, vรคฤลกinou nie je ohrozenรก bezpeฤnosลฅ aย pouลพรญvateฤพnosลฅ komรญna. Vย kaลพdom prรญpade majรบ nepriaznivรฝ vplyv na trvanlivosลฅ. ลฝelezobetรณnovรฝ driek komรญna je vystavenรฝ stupลom vplyvu prostredia XC4 (striedavรฉ suchรฉ aย mokrรฉ prostredie), XF3 (znaฤne nasรฝtenรฉ vodou bez rozmrazovacรญch cyklov), XA1 (slabo agresรญvne chemickรฉ prostredie) [1]. Pre prostredie XC4 sa vย EN 1992-1-1 [2] odporรบฤa maximรกlna ลกรญrka trhlรญn 0,3 mm. Vย ฤSN 73 4111 [3] sa vย dรดsledku teplotnรฝch รบฤinkov pripรบลกลฅa najvรคฤลกia ลกรญrka trhlรญn 0,2 mm.
Obr. 1 Vznik zvislรฝch trhlรญn v drieku komรญna od teplotnรฉho spรกdu
ล รญrku zvislรฝch trhlรญn aย veฤพkosลฅ napรคtia vรฝstuลพe vย trhline moลพno kontrolovaลฅ druhom, mnoลพstvom, priemerom aย tvarom povrchu vodorovnej prstencovej vรฝstuลพe. Navyลกe sรบ ovplyvnenรฉ aj pevnosลฅou betรณnu, hrรบbkou steny aย krycej vrstvy. Vย tab. 1 je uvedenรฝ prehฤพad oย vรฝvoji poลพiadaviek na minimรกlny stupeล vystuลพenia komรญnov vodorovnou prstencovou vรฝstuลพou vย zahraniฤnรฝch normovรฝch predpisoch.
Tab. 1 Minimรกlny stupeล vystuลพenia betรณnovรฉho komรญna vodorovnou vรฝstuลพou [4]
Hodnoty vย tabuฤพke dokumentujรบ narastajรบci vรฝznam prstencovej vรฝstuลพe so stupลom poznania รบฤinkov objemovรฝch zmien aย sรบ reakciou na ลกirokรฉ zvislรฉ trhliny vย starลกรญch komรญnoch:
- DIN 1056 zvรฝลกenรญm minimรกlnej plochy vรฝstuลพe zย 0,15 na 0,4 %,
- ACI 307 rozdelenรญm vรฝstuลพe kย obom povrchom aย ohraniฤenรญm maximรกlneho napรคtia zvislej aย vodorovnej vรฝstuลพe.
Vzhฤพadom na nedostatoฤnรฉ vystuลพenie drieku komรญnov vodorovnou vรฝstuลพou pri vonkajลกom povrchu aย ฤastรบ absenciu vรฝstuลพe pri vnรบtornom povrchu vznikajรบ ลกirokรฉ zvislรฉ trhliny. Ak je napรคtie vo vodorovnej vรฝstuลพi vรคฤลกie ako medza klzu pouลพitej ocele, dochรกdza kย plastickรฉmu pretvรกraniu vรฝstuลพe vย trhline aย zvรคฤลกovaniu ลกรญrky trhlรญn. Ak sa uvรกลพi zรกroveล prebiehajรบca korรณzia vรฝstuลพe vย trhline, je veฤพmi pravdepodobnรฉ, ลพe vย priebehu niekoฤพkรฝch rokov sa narastajรบcou ลกรญrkou trhlรญn prstencovรฝ prierez drieku komรญna rozdelรญ na niekoฤพko viac-menej samostatne pรดsobiacich segmentov. Trhlinami cez celรบ hrรบbku drieku mรก prierez podstatne nepriaznivejลกie rozdelenie zvislรฝch napรคtรญ aย narastรก aj priehyb komรญna od รบฤinkov vodorovnรฉho zaลฅaลพenia.
Betรณnovรฝ komรญn sย vรฝลกkou 150 m je vย prevรกdzke od roku 1963. ลฝelezobetรณnovรฝ driek mรก vย dolnej ฤasti priemer 10,95 m aย hrรบbku 585 mm, na hornom okraji priemer 6,84 m aย hrรบbku 180 mm. Skutoฤnรฝ stupeล vystuลพenia drieku vodorovnou prstencovou vรฝstuลพou pri vonkajลกom povrchu, zistenรฝ profometrom Proceq SA, sa pohyboval po vรฝลกke komรญna vย rozpรคtรญ od 0,1 do 0,21 %. Vnรบtornรฝ povrch je podฤพa projektovej dokumentรกcie bez vรฝstuลพe. Teplota komรญnom odvรกdzanรฝch neodsรญrenรฝch plynov bola 175 ยฑ15 ยฐC.
Vย roku 1994 sa na drieku zaznamenali zvislรฉ trhliny, ktorรฉ dosahovali dฤบลพku niekoฤพkรฝch metrov aลพ desiatok metrov aย ลกรญrku 0,2 aลพ 1,8 mm. Pri dlhodobom sledovanรญ dynamiky ลกรญrky trhlรญn sa zistilo, ลพe ich ลกรญrka sa postupne zvรคฤลกuje. Ako ukรกzal vรฝpoฤet, tento stav je nรกsledok plastickรฉho pretvรกrania vรฝstuลพe vย mieste trhlรญn vย dรดsledku poddimenzovania vodorovnej vรฝstuลพe drieku komรญna, ktorรก je namรกhanรก za medzou klzu. Poฤas prehliadky vย roku 2001 sa na drieku zaznamenali zvislรฉ trhliny so ลกรญrkou 0,3 aลพ 3,0 mm (obr. 2). Na zรกklade tรฝchto skutoฤnostรญ sa odporuฤilo driek komรญna zosilniลฅ tak, aby sa stabilizovala ลกรญrka jestvujรบcich trhlรญn aย zabrรกnilo sa tvorbe novรฝch trhlรญn.
Obr. 2 Priebeh a ลกรญrka trhlรญn na rozvinutom povrchu drieku komรญna, porovnanie skutoฤnej, projektovanej a potrebnej plochy vodorovnej vรฝstuลพe
Kritรฉriom nรกvrhu vรฝstuลพe potrebnej na zosilnenie komรญna bolo dosiahnutie takรฉho stavu napรคtia, pri ktorom ลกรญrka trhliny od teplotnรฉho zaลฅaลพenia neprekroฤรญ ลกรญrku 0,3 mm aย napรคtie vย betonรกrskej vรฝstuลพi charakteristickรบ medzu klzu fyk = 400 MPa.
Nรกvrh zosilnenia sa vyhotovil vo dvoch alternatรญvach:
- zosilnenie uhlรญkovรฝmi lamelami sย rozmermi 60 ร 1,4 mm sย modulom pruลพnosti El = 210 GPa vย dolnej ฤasti komรญna, respektรญve sย rozmermi 50 ร 1,2 mm sย modulom pruลพnosti El = 165 GPa vย hornej ฤasti komรญna, sย osovou vzdialenosลฅou 400 mm.
- zosilnenie vonkajลกรญm predpรคtรญm lanami Monostrand รLs15,5 mm/1 600 MPa, sย osovou vzdialenosลฅou 300 aลพ 400 mm.
Po posรบdenรญ obidvoch alternatรญv [5] sa ako jednoznaฤne vhodnรก alternatรญva ukรกzalo zosilnenie drieku komรญna vonkajลกรญmi predpรญnacรญmi lanami. Tento variant zosilnenia je optimรกlny zย hฤพadiska aktivรกcie pridanej vรฝstuลพe aj zovretia kruhovรฉho prierezu drieku komรญna. Vo valcovitej konลกtrukcii vyvolรกvajรบ rovnomerne rozdelenรฉ vodorovnรฉ predpรญnacie lanรก priaznivรฝ stav namรกhania โ po celom priereze pรดsobรญ iba tlakovรฉ napรคtie. Celkovo sa po vรฝลกke drieku komรญna +17,5 do +132,5 m rozmiestnilo 310 kusov lรกn. Na montรกลพ aย predpรญnanie lรกn sa pouลพilo prekladacie konzolovรฉ leลกenie. Lanรก sa predpรญnali jednostranne, vo dvoch etapรกch. Vย prvej etape sa lanรก vyrovnali pri sile 71 kN aย nรกsledne dopli na koneฤnรบ silu 180ย kN. Lanรก sa striedavo kotvili do zvislรฝch kotevnรฝch rebier, umiestnenรฝch na dvoch protiฤพahlรฝch stranรกch drieku. Kotevnรฉ rebrรก zย oceฤพovรฝch valcovanรฝch profilov vย tvare Uย sรบ vย mieste kotvenia zosilnenรฉ privarenรฝmi vรฝstuhami.
Zosilลovanie vyhnรญvacรญch nรกdrลพรญ
Vย ostatnรฝch rokoch sa zaznamenal neรบmerne veฤพkรฝ poฤet porรบch nรกdrลพรญ, ktorรฉ spรดsobujรบ problรฉmy pri prevรกdzke aย nie sรบ vyhovujรบce zย hฤพadiska trvanlivosti. Zย vnรบtornej strany sรบ steny zaลฅaลพenรฉ hydrostatickรฝm tlakom nรกplne, ktorรฝ vย zรกvislosti od okrajovรฝch podmienok uloลพenia steny vyvolรกva ลฅahovรฉ, respektรญve ลฅahovรฉ aย ohybovรฉ namรกhanie stien. Zย รบฤinkov objemovรฝch zmien sa uplatลujรบ najmรค zmraลกลฅovanie, zmena aย spรกd teploty. Zย dรดvodov ลพivotnosti konลกtrukcie, respektรญve ochrany ลพivotnรฉho prostredia alebo obsahu nรกdrลพe, sa nepripรบลกลฅa alebo limituje รบnik lรกtok zย nรกdrลพe aย do nej. Priesaky sa prejavujรบ na povrchu ohraniฤujรบcich konลกtrukciรญ:
- vlhkรฝm alebo lesklรฝm povrchom,
- rosenรญm vody,
- รบnikom vody vย kvapkรกch,
- sรบstredenรฝm รบnikom.
Zย hฤพadiska veฤพkosti plochy priesakov sa rozliลกujรบ ploลกnรฉ priesaky alebo miestne vรฝrony, najฤastejลกie lรญniovรฉ. Prรญฤinou ploลกnรฝch priesakov je priepustnosลฅ betรณnu. Lokรกlne vรฝrony vznikajรบ vย miestach:
- ลกirokรฝch trhlรญn,
- pracovnรฝch aย dilataฤnรฝch ลกkรกr,
- lokรกlnych porรบch betรณnu (naprรญklad ลกtrkovรฉ hniezda),
- potrubnรฝch priestupov.
Vodonepriepustnosลฅ betรณnu ohrozujรบ predovลกetkรฝm trhliny prechรกdzajรบce cez celรฝ prierez (deliace trhliny). Kรฝm podฤพa ฤSN 73 1209 [6] boli vย prรญpade vodonepriepustnรฝch betรณnovรฝch konลกtrukciรญ prรญpustnรฉ iba ฤiastoฤnรฉ trhliny, tak podฤพa ENย 1992-3ย [7] sa vย prรญpade nรกdrลพรญ pripรบลกลฅajรบ aj deliace trhliny. Je to dรดsledok overenรฉho samoutesลovania trhlรญn, ak sรบ na to vytvorenรฉ priaznivรฉ podmienky. Prรญpustnรฉ ลกรญrky deliacich trhlรญn sรบ uvedenรฉ vย tab. 2.
Tab. 2 Limitnรฉ ลกรญrky trhlรญn vodonepriepustnรฝch konลกtrukciรญ [8]
Zย hฤพadiska dynamiky ลกรญrky trhlรญn sa rozliลกujรบ aktรญvne trhliny, ktorรฉ menia svoju ลกรญrku (pod vplyvom zaลฅaลพenia, zmeny teploty aย pod.) aย pasรญvne trhliny, ktorรฉ majรบ konลกtantnรบ ลกรญrku. Samoutesnenie trhlรญn je reรกlยญne iba vย prรญpade pasรญvnych trhlรญn. Keฤลพe sa hladina kvapaliny (kalu) vย nรกdrลพiach neustรกle menรญ, je zrejmรฉ, ลพe zvislรฉ trhliny vย stenรกch nรกdrลพรญ majรบ charakter aktรญvnych trhlรญn aย samoutesnenie ich vodonepriepustnosลฅ nezabezpeฤรญ.
Vย nedรกvnej minulosti sa zosilnili steny viacerรฝch vyhnรญvacรญch nรกdrลพรญ ฤOV na Slovensku aj vย ฤechรกch. Pri skรบลกke vodonepriepustnosti vyhnรญvacรญch nรกdrลพรญ sย objemom 5 200 m3 v Bratislave-Petrลพalke vznikli pod tlakom vody vย stene nรกdrลพe zvislรฉ trhliny [9]. Lรญniovรฉ priesaky vย trhlinรกch aย pracovnรฝch ลกkรกrach spรดsobili, ลพe nรกdrลพe nevyhovovali medznรฉmu stavu pouลพรญvateฤพnosti. Pri overovanรญ sa ukรกzalo, ลพe navrhnutรก ลพelezobetรณnovรก stena sย hrรบbkou 800 mm je schopnรก bez vzniku trhlรญn preniesลฅ tlak vody zodpovedajรบci vรฝลกke vody pribliลพne 8ย m. Hrรบbka steny bola na vรฝลกku 21,6 m poddimenzovanรก (obr. 3a). Ako optimรกlne rieลกenie na zosilnenie steny nรกdrลพe sa ukรกzalo dodatoฤnรฉ predpรคtie nรกdrลพe prstencovรฝmi predpรญnacรญmi lanami, ktorรฉ vniesli tlakovรฉ napรคtie potrebnรฉ na uzavretie zvislรฝch trhlรญn aย zabezpeฤili dostatoฤnรบ tlakovรบ rezervu na zmeny zaลฅaลพenia. Na tento รบฤel sa pouลพili lanรก รLp 15,5 โ 1 800 MPa bez sรบdrลพnosti (Monostrand). Rozmiestnenie lรกn po vรฝลกke steny je znรกzornenรฉ na obr. 3b.
Obr. 3 Vyhnรญvacia nรกdrลพ
a) schรฉma vyhnรญvacej nรกdrลพe, b) rozmiestnenie predpรญnacรญch lรกn po vรฝลกke steny
Na zosilลovanie aย utesnenie vyhnรญvacรญch nรกdrลพรญ sa na Slovensku pouลพili iba predpรญnacie lanรก, kรฝm vย ฤechรกch sa pouลพila kombinรกcia predpรญnacรญch lรกn aย CFRP lamiel. Bolo by zaujรญmavรฉ porovnanie รบฤinnosti aย nรกkladov oboch alternatรญv zosilnenia.
Zย uvedenรฉho je zrejmรฉ, ลพe ลพelezobetรณnovรฉ nรกdrลพe navrhnutรฉ na medznรฝ stav vzniku trhlรญn sรบ pouลพiteฤพnรฉ, iba ak ide oย nรญzke nรกdrลพe. Vย prรญpade nรกdrลพรญ sย vรคฤลกรญm objemom treba pouลพiลฅ predpรคtรฝ betรณn aย tomu prispรดsobiลฅ aj tvar nรกdrลพe. Namiesto klasickรฉho valcovitรฉho tvaru je vhodnรฉ vytvoriลฅ ลกkrupinu sย krivosลฅou vo zvislom aj vodorovnom smere, ฤomu vyhovuje naprรญklad vajcovรฝ tvar sย predpรคtรญm vย oboch smeroch.
Zรกver
รฤinky zaลฅaลพenia, ale aj objemovรฝch zmien, najmรค zmeny teploty alebo veฤพkรฝ teplotnรฝ spรกd vย betรณnovรฝch konลกtrukciรกch ฤasto spรดsobujรบ vznik aktรญvnych trhlรญn. Nedostatoฤnรฉ vystuลพenie vedie kย plastickรฉmu pretvรกraniu vรฝstuลพe vย trhline aย nadmernรฝm ลกรญrkam trhlรญn. Vonkajลกie predpรคtie je รบฤinnรฝ spรดsob na dodatoฤnรฉ zosilลovanie betรณnovรฝch konลกtrukciรญ, respektรญve vย kombinรกciรญ sย inou metรณdou vhodnรฝ spรดsob na utesnenie deliacich trhlรญn. Zvlรกลกลฅ vรฝhodnรฉ je jeho pouลพitie vย betรณnovรฝch konลกtrukciรกch sย valcovitรฝm tvarom, kde vyvolรกvajรบ iba tlakovรฉ napรคtie. Vรฝhodou pouลพitia lรกn Monostrand je nielen spoฤพahlivรก protikorรณzna ochrana oceฤพovรฝch lรกn, ale aj vรฝraznรฉ zmenลกenie strรกt pri trenรญ (ยต = 0,05) vย porovnanรญ sย klasickรฝm injektovanรฝm kรกblom (ยต = 0,2 aลพ 0,35). Tรฝmto spรดsobom sa podarilo uzavrieลฅ zvislรฉ trhliny vย stenรกch vyhnรญvacรญch nรกdrลพรญ aย zabezpeฤiลฅ ich vodonepriepustnosลฅ aย plynotesnosลฅ. Pozitรญvne skรบsenosti sย nรกdrลพami povzbudili autorov kย pouลพitiu predpรญnacรญch lรกn na zosilnenie komรญna. Podฤพa dostupnรฝch informรกciรญ iลกlo oย prvรบ aplikรกciu rovnomerne rozmiestnenรฝch predpรญnacรญch lรกn na komรญne.
TEXT: prof. Ing. Juraj Bilฤรญk, PhD., doc. Ing. Milan Chandoga, PhD.
OBRรZKY: autori
Prof. Ing. Juraj Bilฤรญk, PhD., je vedรบcim Katedry betรณnovรฝch konลกtrukciรญ aย mostov Stavebnej fakulty STU vย Bratislave.
Doc. Ing. Milan Chandoga, PhD., konateฤพ Projstar, s. r. o.
Literatรบra
1.ย ย ย STN EN 206-1: 2010: Betรณn. ฤasลฅ 1: ล pecifikรกcia, vlastnosti, vรฝroba aย zhoda.
2.ย ย ย STN EN 1992-1-1: 2006: Navrhovanie betรณnovรฝch konลกtrukciรญ. ฤasลฅ 1-1: Vลกeobecnรฉ pravidlรก a pravidlรก pre budovy.
3.ย ย ย ฤSN 73 4111: 1961: Vysokรฉ komรญny ลพelezobetonovรฉ.
4.ย ย ย Noakowski, P. โ Schรคfer, H. G.: Rissbildung in Turmschรคften. VGB Kraftwerkstechnik, 1992, Heft 9, s. 823 โ 831
5.ย ย ย Bilฤรญk, J. โ Halvonรญk, J. โ ฤuriลก, D.: Posรบdenie stavu aย podklady pre opravu vonkajลกieho drieku 150 m komรญna ENO, 2001, 52 s.
6.ย ย ย ฤSN 73 1209: 1985: Vodostavebnรฝ betรณn.
7.ย ย ย STN EN 1992-3: 2009: Navrhovanie betรณnovรฝch konลกtrukciรญ. ฤasลฅ 3: Nรกdrลพe na kvapaliny a zรกsobnรญky.
8.ย ย ย Meichsner H.:รber die Selbsdichtung von Trennrissen in Beton, Beton und Stahlbetonbau, 1992, Nr.ย 4, s. 95 โ 99.
9.ย ย ย Chandoga aย kol.: Sanรกcia ลพelezobetรณnovรฝch nรกdrลพรญ ฤOV Petrลพalka. Inลพinierske stavby 8-9/1999, s. 285 โ 289.
ฤlรกnok bol uverejnenรฝ v ฤasopise Stavebnรฉ materiรกly.