Komplexní diagnostika betonových konstrukcí: Odhalování skrytých vad a zajištění dlouhodobé stability

Diagnostika staveb je klíčovým krokem pro zjištění skutečného technického stavu objektu. Ať už jde o betonové, nebo železobetonové konstrukce, jsou to většinou prvky s dlouhodobou životností. Pokud vyloučíme vedlejší stavby nebo konstrukce pozemních a inženýrských staveb, jsou to v podstatě vždy nosné konstrukce nebo konstrukce s velkým významem.

Služba zahrnuje komplexní průzkum stavebních konstrukcí pomocí nedestruktivních i destruktivních metod. Cílem je získat přesné informace o materiálovém složení, způsobu založení, stavu nosných prvků, výztuže, míře vlhkosti, přítomnosti trhlin nebo degradace.

Proč diagnostikovat betonové konstrukce?

Existuje více důvodů, proč diagnostiku provádět:

  • Podezření na sníženou únosnost nebo ohroženou bezpečnost: V takovém případě se obvykle pozorují vizuální projevy nějaké chyby nebo až poruchy stavební konstrukce - nadměrné průhyby, trhliny, průsaky nebo výrony vody. Pokud byly do konstrukce zabudovány měřicí zařízení/sondy, jsou pozorovány deformace při nižších napětích.
  • Pravidelné kontroly a plánované údržby: Mimo běžných pravidelných prohlídek je v některých případech potřeba provést diagnostiku, která přináší základní informace o stavu mostů. Na základě výsledku prohlídky může být doporučena oprava mostu, případně diagnostický průzkum pro přesnější stanovení stavu mostu a jednotlivých částí konstrukce.
  • Ekonomické důvody: Například se odhaduje životnost konstrukce a zpracovává se podnikatelský plán či investiční záměr. Je tedy potřebné zjistit, jaký je reálný technický stav stavební konstrukce, ať už při zachování charakteru provozu, nebo při adaptaci na nové využití. Kvalitní dopravní infrastruktura je znakem dobře fungujícího národního hospodářství a potažmo vyspělosti celé společnosti. Ačkoliv jsou mosty projektovány na plánovanou životnost 100 let, zdaleka by takto dlouho nemohly fungovat, pokud by pravidelně nebyl kontrolován jejich stav a prováděna pravidelná údržba. Často platí, že pokud se podaří zachytit poruchu na počátku jejího vzniku, jsou náklady na její odstranění daleko nižší než po měsících až letech nekontrolované degradace. Lokalizovat poruchu včas často znamená detekovat ji ještě dříve, než je viditelná pouhým okem.
  • Posouzení bezpečnosti a schopnosti přenášet specifické zatížení: Například stavební konstrukce vystavené účinkům požáru nebo určení příčin kolapsu stavební konstrukce. Zde je však třeba poznamenat, že diagnostikování příčin či následků se musí věnovat zvýšená pozornost.

Diagnostika pomůže zjistit skutečný rozsah poškození a určit, jaké opravy jsou opravdu potřeba - a jak je provést správně.

Metodika diagnostického průzkumu

Na diagnostiku by se měl vždy použít osvědčený algoritmus metodických kroků diagnostiky, který by měl být součástí každé sanace nebo jí předcházet. Hodnocení stavu mostů je komplexní činnost, při které je potřeba shromáždit maximum informací o konstrukci mostu.

Čtěte také: jak probíhá diagnostika stavebních konstrukcí

  1. Sběr podkladů a informací: Prvním krokem je sběr podkladů a informací o historii konstrukce. V průběhu prvotního rozhovoru s objednatelem je třeba získat základní informace o důvodu diagnostiky, o stavbě, členění budov, rozsahu práce a v neposlední řadě o termínech plnění.
  2. Interní porada a prohlídka: Obvykle následuje operativní interní porada o schopnosti o zakázku se ucházet (včetně termínů). V případě kladného výsledku se dohodne prvotní prohlídka konstrukce (stavba a související provoz). Během prohlídky jeden až dva spolupracující experti na problematiku specifických expozic zjistí předpokládaný rozsah prací a expertiz. Zadavatel je následně informován o výsledcích zjištění. Pro urychlení návrhu vhodného řešení si tým většinou vyžádá projektovou dokumentaci skutečného provedení.
  3. Cenová nabídka: Po prohlídce je zpracována cenová nabídka s předpokládaným rozsahem diagnostických prací. Rozsah diagnostických prací nelze považovat za definitivní, jelikož předem nelze přesně určit rozptyl výsledků a stejnorodost materiálu ve stavební konstrukci. Z principu by se tak měl navrhnout mírně větší rozsah prací, než jaký je očekáván, kdyby všechno šlo tak, jak má - tím se eliminuje navyšování ceny. Cenová nabídka se prezentuje s uvedením jednotkové ceny za jednotlivé zkoušky. To znamená, že v případě přehnaně velké rezervy na počet zkoušek se zákazníkovi fakturuje úměrně snížená cena.
  4. Příprava a provedení prací: Po odsouhlasení cenové nabídky se okamžitě přebere (připravená) projektová dokumentace a začne se s přípravou prací in situ. Sestaví se definitivní tým expertů. Jakmile je složení týmu známé, začnou se plánovat diagnostické práce (jedna či více etap). Na začátku diagnostických prací experti vytipují místa destruktivních zkoušek, resp. odběru vzorků, a technici je označí. Potom proběhne odběr vzorků pod neustálým dohledem alespoň jednoho z expertů. Již v průběhu měření je tak možné operativně řídit tým techniků s ohledem na množství a polohu odebraných vzorků. Tým expertů definuje chronologický postup zkoušek tak, aby se maximalizovala využitelnost odebraných vzorků.
  5. Analýza a závěrečná zpráva: Po vykonání zkoušek tým expertů zanalyzuje výsledky a vykoná syntézu zjištění z nedestruktivních a destruktivních zkoušek. Hlavní expert zjištění shrne v závěrečné zprávě a podrobí závěry diagnostiky interní diskuzi/oponentuře. Zpracovaný dokument se následně prezentuje objednateli. Někdy se stane, že objednatel požaduje i návrh sanace nebo odhad nákladů. V takovém případě se zpracuje návrh postupu sanace s upozorněním, že konkrétní řešení (varianty řešení) sanace by se mělo(y) ověřit na zkušebních plochách (vzorcích).

Metody diagnostiky betonových konstrukcí

Diagnostika využívá moderní metody včetně radarových systémů, endoskopie, termovize nebo rezistografie. Výsledkem je soubor objektivních dat, na jejichž základě lze kvalifikovaně rozhodnout o dalších krocích. Stavebnětechnické průzkumy se provádí na stávajících objektech i novostavbách. Specializujeme se na komplexní diagnostiku železobetonových, ocelových, dřevěných a zděných konstrukcí a to pomocí destruktivních, semidestruktivních (MDT) a nedestruktivních (NDT) metod.

Níže je přehled vybraných metod a přístrojů:

Nedestruktivní metody (NDT)

1. Indikátory výztuže a georadary

  • Princip: Indikátory výztuže využívají metodu, která je založena na elektromagnetickém principu, tvorbě vířivých proudů a magnetických vlastnostech ocelové výztuže. Budící cívky přístroje vytvářejí kolem sondy elektromagnetické pole, které přes beton proniká ke kovové výztuži. Toto primární elektromagnetické pole je hledaným (kovovým) cílem deformováno a vytváří v něm vířivý proud, jež současně snímají přijímací cívky přístroje. Georadar je uživatelsky velice příjemné provedení nekontaktního vysílače a přijímače vlnění. Jeho zabudovaný software pro uživatele již analyzuje rozdíl mezi vysílačem a přijímačem a předá tak signál ve velice srozumitelné podobě. Anténa generuje impulzy a vysílá je do zkoumané konstrukce. Pokud se v prostředí pod povrchem nachází nějaká diskontinuita, dochází k částečnému odražení impulzu zpět k povrchu, kde je tento signál zachycen přijímací anténou. Ocel se svou hustotou a modulem pružnosti velice liší od betonu a tím je ocel dobře rozpoznatelná i když není vidět.
  • Využití: U nových konstrukcí lze pomocí této metody ověřit, zda je výztuž na správném místě a zda bylo dodrženo předepsané krytí. Při diagnostice starších mostů slouží metoda ke stanovení rozteče výztuže v konstrukci a k vytipování vhodných míst pro odběr jádrových vývrtů tak, aby nedošlo k porušení výztuže a znehodnocení vývrtu. Lze provádět jak liniové, tak i plošné skeny s automatickým vyhodnocením polohy výztuže. Pokud nedosahuje hustota vyztužení příliš vysokých hodnot, lze lokalizovat i polohu druhé vrstvy výztuže či kabelových kanálků. Závěry z měření vyznačujeme přímo na konstrukci. V případě zájmu můžeme vytvořit skicu výztuže s popisem průměrů a krytí. Bezkonkurenčním použitím přístrojů je zobrazení situace v betonu, kde je navržena kotevní sestava dodatečně kotvené konstrukce. Pokud neexistuje doklad o provedené výztuži, je skenování na místě nutné, aby se předešlo situacím, které mají finančně a hlavně časově větší dopad než důkladná příprava.
  • Přístroje:
    • Hilti PS 250 Ferroscan: Skener, který vytváří elektromagnetické pole a zároveň vnímá kovové prvky - dráty betonářské výztuže, které toto magnetické pole naruší. Je schopen přibližně určit průměr výztuže a hloubku. Lze prokázat dodržení či nedodržení požadovaného krytí vnější výztuže s výbornou přesností - pod 5mm.
    • Hilti PS 1000 X-scan: Georadar určený pro diagnostiku výztuže v železobetonu. V principu je schopen odhalit jakoukoli cizorodou překážku ve (skoro) homogenním prostředí.
    • Společný monitor pak dokáže data převzít a pohodlně je zpracovat a prohlédnout.

2. Ultrazvukové metody (Pulse-echo)

  • Princip: Základem metody pulse-echo je vysílání mechanických impulzů do zkoumaného prvku. Na rozdíl od georadaru, je však nutný přímý kontakt mezi měřicí sondou a povrchem zkoumané konstrukce. UZ sondu je tedy nutné postupně k povrchu přikládat. Pulse-echo sonda vysílá prostřednictvím budiče impulsy do zkoumané konstrukce, narazí-li impuls při svém prostupu materiálem na hranici mezi dvěma prostředími s různou akustickou impedancí, dochází k jeho částečnému odrazu zpět. Na povrchu je pak odražený impuls zaznamenán prostřednictvím snímače. Z naměřeného času průchodu signálu a rychlosti šíření impulzu v materiálu stanovené při kalibračním měření lze určit hloubky vnitřních rozhraní. Akustické vlny mohou, na rozdíl od elektromagnetických, prostupovat kovem.
  • Využití: Hlavní aplikace této metody je lokalizace trhlin, dutin či poruch a měření tloušťky betonových prvků. Lze ověřit tloušťky uzavřených profilů - hlavně při přejímce hotové konstrukce na stavbě, ale také i při průzkumu existujících konstrukcí. Dále je možné prokázat zdvojení materiálu u tlustých plechů. Po očištění měřených míst lze změřit zbývající tloušťku částí ocelových profilů- stojin, uzavřených profilů a zjistit tak zůstatkovou plochu průřezu zkorodovaného nosníku.
  • Přístroje:
    • Dakota Ultrasonic MMX-6DL: Dvojitá sonda - vysílač UZ signálu a přijímač je jednou součástí. Kalibrace, měření, nastavení známé tloušťky nebo známého materiálu se provádí přes vyhodnocovací přístroj.
    • Pundit PD8050 (Proceq): Měřicí zařízení se skládá z tabletu a z osmikanálové sondy. Při měření vždy jeden kanál vysílá impulzy, zatímco ostatní kanály slouží jako přijímače. Každý jednotlivý budič/snímač má vlastní nezávislý přítlak, díky čemuž je zaručen dokonalý kontakt s měřeným povrchem, lze tak provádět měření i na hrubém betonu.

3. Infračervená termografie (Termokamera)

  • Princip: Infračervená termografie je založená na detekci záření objektů v infračerveném spektru vlnových délek. Zařízení, které detekuje a skládá 2D obraz infračerveného záření se obecně nazývá infračervená kamera, nebo infračervená termografická kamera, zkráceně termokamera. Výsledkem záznamu termokamery je obraz odpovídající intenzitě tepelného vyzařování snímaného objektu. Pokud se pod povrchem nachází nějaká dutina (např. delaminace), působí vzduch, který se v ní nachází jako „izolace“, jež omezuje přenos tepla. Tato porucha způsobuje, že se při změně teploty povrch nad ní zahřívá více než okolí bez závad. Při oteplování konstrukce lze proto očekávat, že oblasti nad dutinou budou teplejší než okolní nepoškozený beton - vzniká tzv. pozitivní teplotní kontrast.
  • Využití: Lze ji za vhodných podmínek použít pro zjišťování plošných poruch na betonových konstrukcích. Tyto poruchy bývají způsobeny například korozí ocelové výztuže. Dále nastává při kontrole sanačních vrstev nejen betonových mostů. Termografickou metodu lze také použít ke zjišťování přítomnosti vody v betonové konstrukci mostu. Měření se vychází ze skutečnosti, že kapalina při vypařování odebírá teplo svému okolí a vlhké povrchy se na termogramech jeví jako chladnější. Pomocí termokamery tak lze odhalit oblasti s přítomností vlhkosti, která nemusí být pouhým okem na první pohled zřejmá. Lze provádět netypické úlohy jako například snímání teplot mechanismů a předpověď zvýšeného tření a poruchy, zkoumat vytížení vodičů elektrického proudu a špatných přechodů, ale je také možné vyhledat profily pod sádrokartonem, netěsnosti a také zabudované topení nebo instalace ve zdech pod omítkou. Zkrátka je možné diagnostikovat cokoli, co má rozdílnou teplotu nebo je tepelně ovlivněné nějakým sledovaným jevem nebo procesem.
  • Přístroje:
    • Termokamera Fluke TI 400 60Hz: Má velice dobré parametry - rozsah -20 až +1200°C, při nastavení úzkého pásma a teplotního rozsahu je velice přesná - citlivost je do 50mK. Je vybavena dvěma přídavnými objektivy - na měření v místnosti - velký zorný úhel, anebo detailů z větší vzdálenosti - malý zorný úhel. Nelze měřit lesklé povrchy jako například chrom, nerez, sklo, vodu. Takové povrchy je třeba pokrýt matným povlakem.

4. Povlakový tloušťkoměr

  • Princip: Tloušťkoměr pracuje se sondou a metody měření jsou celkem dvě - podle toho, čím se povlak a základ liší - jestli elektrickou vodivostí či magnetismem (metoda vířivých proudů a metoda magnetoinduktivní).
  • Využití: Lze zjistit tloušťku pokovení magnetického základu nemagnetickým povlakem anebo povlak nevodivý na elektricky vodivém podkladu. Povrchy musí být čisté a přístupné. Lze změřit tloušťku duplexního povlaku oceli a pak povlaku na zinku a po odečtení povlaku zjistíme tloušťku zinku.
  • Přístroje: PosiTector 6000.

5. Drony pro vizuální inspekci

  • Využití: Díky velkému rozvoji dronů se objevují i nové způsoby jejich využití, jako jsou prohlídky mostních konstrukcí. Dříve bylo pro kontrolu stavu vyšších mostů nutné použít vysokozdvižnou plošinu nebo tzv. mostní prohlížečku. Tato zařízení lze v mnoha případech nahradit drony. S jejich pomocí lze efektivně prozkoumat špatně přístupné části mostů. Navíc vychází použití dronů cenově i časově výhodněji ve srovnání s pronájmem mostní prohlížečky.

Destruktivní a semidestruktivní metody

  • Jádrové vývrty: Zjišťování pevnosti betonu v prostém tlaku (odběr vzorků včetně laboratorních zkoušek).
  • Zjišťování hloubky karbonatace: Pomocí fenolftaleinového testu.
  • Odtrhové zkoušky: Tahové pevnosti podkladu, přídržnost finálních úprav k podkladu.
  • Kopané sondy: Ověřování hloubky založení objektu a geometrie základových konstrukcí, zjištění míry zhutnění zeminy.
  • Zjišťování vlhkosti a zasolení zdiva: Odběr vzorků včetně laboratorního rozboru.
  • Zjišťování přítomnosti azbestu ve stavbách: Odběr vzorků včetně laboratorního rozboru.
  • Kamerové zkoušky: Komíny, potrubí apod.
  • Průzkumy dřevěných konstrukcí: Měření vlhkosti dřevěných prvků, odběry vzorků a mykologické rozbory.
  • Zjišťování pevnosti zdiva: Z cihel plných pálených pomocí přístroje KV-3 (modernizovaná Kučerova vrtačka).
  • Zjišťování tvrdosti kovů: S převodem na hodnotu meze pevnosti v tahu pomocí přenosného tvrdoměru.
  • Ověřování polohy, krycí vrstvy, dimenze a druhu betonářské výztuže: Sekanými sondami.

Případová studie: Diagnostika bytového domu z 60. let

U bytového domu z 60. let bylo zadavatelem požadováno komplexní posouzení technického stavu před plánovanou rekonstrukcí. Provedli jsme diagnostiku nosných konstrukcí, jádrové vývrty, zkoušky betonu a posouzení výztuže. Zjistili jsme degradaci betonu vlivem karbonatace a lokální poruchy výztuže v železobetonových stropních panelech. Na základě výsledků jsme navrhli cílená sanační opatření a klient tak výrazně ušetřil oproti původně plánované plošné sanaci.

I přesto, že jsou tradiční diagnostické postupy stále hojně používány, vzrůstá postupně důvěra v nové nedestruktivní metody. Autoři příspěvku věří, že jejich hojnější využití je jen otázkou času.

Čtěte také: Zkoušení a diagnostika staveb

Čtěte také: Průvodce diagnostikou nemovitostí před nákupem.

tags: #diagnostika #betonových #konstrukcí

Oblíbené příspěvky: