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 BI52 Diagnostika stavebních konstrukcí Přednáška č. 9: Monitoring stavebních konstrukcí Ing. Petr Cikrle, Ph.D. 2008

PROGRAM PŘEDNÁŠKY: A. ÚVOD B. HODNOCENÍ KONSTRUKCÍ – ZÁKLADNÍ POJMY 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

Vady a poruchy staveb 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 (nespolehlivost z hledisek bezpečnosti, vzhledu, trvanlivosti) předprojektová činnost projektová činnost stádium výroby Poruchy (změna proti původnímu stavu - nespolehlivost) dle závažnosti dle způsobu projevu dle typu konstrukce dle stavebních materiálů dle části konstrukce dle příčin vzniku

Přístroje pro měření posunů v trhlinách 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

Přístroje pro měření posunů v trhlinách

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

Stanovení cílů práce · Analýza korekcí systematických chyb pro zvolenou metodu měření; · Uvedení obecného postupu pro stanovení nejistot měření a jeho aplikování na konkrétním případě měřidla; · Definování měřených veličin, porovnání posunu v měřicí základně s posunem v trhlině (změnou šířky trhliny); · Analyzování vlivu teploty na chování trhliny ve zdivu v souvislosti s volbou správné metody měření (typ přístroje, jeho nastavení a rozsah); · Použití statistické analýzy pro zjištění závislostí mezi velikostí posunů a teplotou; · Provedení a vyhodnocení praktických měření na zděných konstrukcích; porovnání teoretických předpokladů s reálným chováním konstrukce; · Definování základních modelů průběhu posunů v trhlinách pomocí časových řad; · Vypracování návrhu jednotného metodického postupu pro měření posunů v trhlinách zděných konstrukcí.

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]

Výpočet nejistot měření Obecný postup EAL-R2 Matematické vyjádření závislosti   Xi - odhady xi, Identifikování všech korekcí Sestavení seznamu všech zdrojů nejistoty dle příčin vzniku Vypočtení rozptylů s2x 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.

Vliv teploty na chování trhliny Základní předpoklady Změna délky Dl části konstrukce Dl = a l DT a je součinitel délkové teplotní roztažnosti 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

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

Kostel sv. Michala v Brně sledování poruch v souvislosti s výstavbou Velkého Špalíčku

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

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

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

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

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 s je 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

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

Kostel sv. Michala - měřicí místo 11 na východní zdi

Porovnání teplotní citlivosti posunů měřených trhlin

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

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

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

Měření posunů 9.8.1973

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

Základny č. 91 - teplotní závislost Základna 91, rok 1991-1992 Ds91,1991= -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

Základna č. 91 – časový průběh posunů

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)

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.

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.

E. ZÁVĚR Pro hodnocení existujících konstrukcí norma ČSN ISO 13822 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.

DĚKUJI ZA POZORNOST ! BI52 Diagnostika stavebních konstrukcí 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 !