BI52 Diagnostika stavebních konstrukcí

Prezentace na téma: "BI52 Diagnostika stavebních konstrukcí"— Transkript prezentace:

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

2 PROGRAM PŘEDNÁŠKY: A. ÚVOD B. HODNOCENÍ KONSTRUKCÍ – ZÁKLADNÍ POJMY
Modernizace výuky na Fakultě stavební VUT v Brně CZ / /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 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

4 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).

5 Přístroje pro měření posunů v trhlinách

6 Přístroje pro měření posunů v trhlinách

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

8 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.

9 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]

10 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.

11 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 K-1 beton K-1 ocel K-1 hliník K-1 dřevo podél K-1 dřevo napříč K-1

12 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

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

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

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

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

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

18 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

19 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

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

21 Porovnání teplotní citlivosti posunů měřených trhlin

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

23 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

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

25 Měření posunů

26 Základny č. 91, 92 Rok Rok 2001

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

28 Základna č. 91 – časový průběh posunů

29 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)

30 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.

31 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.

32 E. ZÁVĚR Pro hodnocení existujících konstrukcí norma ČSN ISO 13822
Modernizace výuky na Fakultě stavební VUT v Brně CZ / /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.

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