Durabilitate

1DURABILITATEACONSTRUCIILOR

DURABILITATEACONSTRUCIILOR

Dr.ing.NAGYGYRGYTams

2014 v1


Schimbareamediului

nceputulanilor1900

Sfritulanilor 1900

(Prof.BjrnTljsten)


Totceeaceesteconstruittrebuientreinut

Maimultsaumaipuintotceestenjurulnostru(Prof.BjrnTljsten)


Roman Pantheon, 126 AD


ExempludinSUA

(http://www.infrastructurereportcard.org)


ExempludinSUA

(http://www.infrastructurereportcard.org)

Grading CriteriaThe 2009 Report Card for America's Infrastructure followed a traditional letter grade scale.A = 90-100%B = 80-89%C = 70-79%D = 51-69%F = 50% or lower


DEFINIII

(Prof.BjrnTljsten)

NTREINERE: Meninereaperformanelor structuralelaniveluloriginal(Maintenance)

REPARAIE: mbuntireaperformanelor structuralelaniveluloriginal(Repair)

MBUNTIRE:Cretereaperformanelor structurale(Upgrading)

Performan: Durabilitate Capacitateportant Estetic Funcionalitate


DEFINIII

(Prof.BjrnTljsten)

DurabilitateCoroziunenghe/dezgheReaciialcaliisilicioase(agregate)(AlkaliSilicaReaction)

CapacitateportantModeledecalculmaiexacteParametrimaterialerealeCoeficieniparialiConsolidri

EsteticDepindedeculturDincencemaiimportant

FuncionalitateStructuraseaflncondiiibuneiarecapacitiportantesuficiente,darnusepoateutilizaaacumsevrea


CRETEREANEVOILORPENTRUCONSOLIDARE

(Prof.BjrnTljsten)

Structuriistorice Infrastructuri Reconstrucii

20 40%investiiinoi 60 80%Reparaii/mbuntiri

10


IMPORTANAINFRASTRUCTURILOR

(Prof.BjrnTljsten)

Drumuri Poduri Ciferate Baraje Tuneluri Cldiriindustriale

Majoritateainfrastructuriloresteconstruitdinbetonarmat celmaiimportantmaterialalnostru

Aeroporturi Porturi Centraleenergetice Liniidedistribuie Staiideepurare

11


CEESTEBETONUL?

12


FACTORIICAREAFECTEAZSTRUCTURA

(Prof.BjrnTljsten)

13


TIPURIDEFISURI

(Newman&Choo)

14


FISURIDINTASAREABETONULUI

Aparla30min6oredelaturnare

(Newman&Choo)

15


FISURIDINTASAREABETONULUI

Aparla30min6oredelaturnare

(Newman&Choo)

16


FISURIDINCONTRACIAPLASTICABETONULUI

Aparla1 6oredelaturnare

(Newman&Choo)

17


FISURIDINCONTRACIAPLASTICABETONULUI

Aparla1 6oredelaturnare ngeneralau: max.3mmdeschidere

adncimede2050mm

(Newman&Choo)

18


COMPLEXITATEAPROBLEMEI

(Prof.BjrnTljsten)

Universiti

StandardeAteprenori

Proiectani

Clieni

Documentaiiexistente?

Metodadecalcul?

Economie?

Teste?

Testenedistructive?

Condiiilestructuriiexistente?

Programdeurmrire?

TipulstructuriiCalcululoriginalMaterialeMetodedembuntireMediuEsteticAnalizacicluluidevia

19


INFORMAIINECESAREPENTRUEVALUARE

(Prof.BjrnTljsten)

Evaluareasistemuluidentreinere/reparaie/consolidaresebazeazpeurmtoareleinformaiiicunotine:

1) Tipuldedeteriorare,cauzadeteriorrii,loculdeteriorrii

2) Necesitateaconsolidrii(mbuntirii)

3) Cerinelestructuriireparateiprocedeuldereparare

4) Datereferitoarelastructuraveche,metodaimaterialulpentrudentreinere/reparaie/consolidare

5) Existenateoriilorpentruanalizainteraciunilorntrentreinere/reparaie/consolidareistructur

20



(Prof.BjrnTljsten)

a. Coroziuneaarmturilorb. nghe/dezghe(interniextern)c. Reaciialcaliiagregate(silicioase)d. Scurgerea(dizolvarea)varuluisaucalciuluie. Reaciicusulff. Degradridincauzaacizilorg. Degradridincauzasriih. Reaciibiologicei. Abraziunea

Efectesuprapuse????

21



(Prof.BjrnTljsten)

a. CoroziuneaarmturilorArmturanucorodeaznbetonulbundatoritvaloriimariavaloriidepH(cca13)Secreeazunstratdensdeoxidpearmtur[Fe(OH)2].

Beton

Oxiddefier

Armtur

22



(Prof.BjrnTljsten)

a. Coroziuneaarmturilor

Cauzele Cloruri nglobai (turnai) (acceleratori, balast sau apa de amestecare) Cloruri din exterior (ap de mare, sruri de dezgheare)

Cnd concentraia de cloruri atinge un nivel critic, armtura va ncepe scorodeze (cca. 0.4% din masa cimentului)

Cloruri cu micare liber (sub form de ioni n apa din pori)

Cloruri legai chimic fizic

23


(PauloMonteiro)

1) Tipuldedeteriorare,cauzadeteriorrii,loculdeteriorriia. Coroziuneaarmturilor Procesuldecoroziune

24


(PauloMonteiro)

1) Tipuldedeteriorare,cauzadeteriorrii,loculdeteriorriia. Coroziuneaarmturilor Schimbarevolumetric

25


(Prof.BjrnTljsten)

1) Tipuldedeteriorare,cauzadeteriorrii,loculdeteriorriia. Coroziuneaarmturilor iniiatdecloruri

Cesentmplcndoeluldevinedepasivat?

Cl

Cl

Cl Clabsorbit

Clabsorbit +Fe(OH)2 Fe(OH)2Cl+OH

26


(Prof.BjrnTljsten)

Distanadelasuprafa(mm)

C

o

n

i

n

u

t

d

e

c

l

o

r

u

r

i

(

%

d

i

n

m

a

s

a

c

i

m

e

n

t

u

l

u

i

)

0,4

armtur

Acoperiredebeton


27


(Prof.BjrnTljsten)


Coroziunedearmturiniiatdecloruri

28


1) Tipuldedeteriorare,cauzadeteriorrii,loculdeteriorriia. Coroziuneaarmturilor iniiatdecarbonatare

nmp

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 +H2Obeton mediunumaiestealcalin numaiexistprotecie

sereducepH1314lapH78

CO2 nusentmplnimic!H2O nusentmplnimic!

Dar CO2 + H2O H2CO3 (acidcarbonic)

DupdepasivareH2CO3 atacarmtura ruginire

29


Ca(OH)2 barelesuntprotejate

atacdeCO2

Stratulcarbonatat

Dupoperioadlung

Stratulcarbonatat

AtacdeCO2 SAUH2OFRPROBLEME

AtacdeCO2 + H2O RUGIN

RUGIN fisurilongitudinale

1) Tipuldedeteriorare,cauzadeteriorrii,loculdeteriorriia. Coroziuneaarmturilor iniiatdecarbonatare

30


(Prof.BjrnTljsten)


MicareaCO2ratadedifuziunenaeraCO2 estede104 orimaimaredectpentruCO2 dizolvatnap.

a. Coroziuneaarmturilor iniiatdecarbonatare

(Prof.BjrnTljsten)

Bjlklag

(Prof.BjrnTljsten)

(Prof.BjrnTljsten)

37


(Prof.BjrnTljsten)

1) Tipuldedeteriorare,cauzadeteriorrii,loculdeteriorriia. Coroziuneaarmturilor combinaiacarbonatriiiaclorurilor

Carbonatare

Distanadelasuprafa(mm)

C

o

n

i

n

u

t

d

e

c

l

o

r

u

r

i

(

%

d

i

n

m

a

s

a

c

i

m

e

n

t

u

l

u

i

)

0,4

armtur

Acoperiredebeton

Cloruri

38


(Prof.BjrnTljsten)

Cndapangheaarelocoexpansiunede9%

Poriidinbetonvariazdelananometrilamilimetri.

Apadinporiimaimicinghealatemperaturimaisczutedectapanporiimaimari

Exemplu:apantrunporcilindriccuD=10 nmngheala25oC,pncndntrunadeD=100 nmngheala3oC)

1) Tipuldedeteriorare,cauzadeteriorrii,loculdeteriorriib.nghe/dezghe

39


(Prof.BjrnTljsten)

Ipoteza1:Teoriacompresiuniihidraulice:

Prin naintarea ngheului n pori, apa creeaz presiune care afecteaz scheletulbetonului

Ipoteza2:Efecteosmotice:

Cndsecreeazgheanpori,aceastaducelacretereaconcentraieideioninapadinvecintate.Ioniisuntmaipuinimobilidectmoleculeledeap.Apasetransportpnlainterfaagheii,undengheaiducelacretereapresiuniiilafisurarenscheletuldebeton.


40


(Prof.BjrnTljsten)


Degradareaprinnghedepindede: Saturaiacuap Permabilitateamaterialului Rezistenalantindereabetonului Sistemul/structuradeporialbetonului(raportA/C,aditivi,etc) Sareadinpori(Cl) Coninutdeaer

Niciunadintreipotezeanterioarenupotexplicasingurproblemadenghedezgheprobabilesteocombinaiedeefecte

41



42


(Prof.BjrnTljsten)

1) Tipuldedeteriorare,cauzadeteriorrii,loculdeteriorriic.Reaciialcaliiagregate(silicioase)

Esteoreacie fizicochimicntreagregatipastadeciment,oreacielent,carepoatedurapnla20deaninaintedeafivzut

Agregatulpoatereacionacualcaliinpastadecimentideacreaungelhigroscopic(=absoarbeumezealadinaer)

Degradrile aparninteriorulbetonuluisubformdecreteredevolum,urmatdefisurare

Seformeazunmodtipicdefisurare,undefisurileauderegulculorinchiseisuntumede,chiardacbetonul esteuscat

43


(Prof.BjrnTljsten)

1) Tipuldedeteriorare,cauzadeteriorrii,loculdeteriorriic.Reaciialcaliiagregate(silicioase) Condiiideapariie

Agregatreactiv

Coninutdealcaliipestevaloareacritic(35kg/m3)

Coninutdeap(RH>80%)

44(Prof.BjrnTljsten)

45(Prof.BjrnTljsten)

46


(Prof.BjrnTljsten)

1) Tipuldedeteriorare,cauzadeteriorrii,loculdeteriorriic.Reaciialcaliagregate(silicioase)

Cumsepoateevita?

Utilizareaunorcimenturicuconinutredusdealcalii Utilizareaunorcimenturicucenuzburtoare Adaosdeprafdesiliciu Utilizareaunoragregatecuriscnproporiemaimicde20%

47


(Prof.BjrnTljsten)

1) Tipuldedeteriorare,cauzadeteriorrii,loculdeteriorriid.Scurgerea(dizolvarea)(leaching)

Apacarescurgeprinfisurileexistentedinbeton,dizolvmineraledinpastadecimentsaudinagregate.

Ionii dizolvai ca i calciul (Ca2+) sunt transportai, iar apa suprasaturat seprelinge pe element, putnd precipita, constituind depozite n fisuri sau pesuprafaa elementului.

Scurgereanprimulrndesteoproblemdecosmetic

Procesulcteodatpoateproduceautovindecareafisurii.

Poatedaindicaiidesprefisuri

48


(Prof.BjrnTljsten)(PauloMonteiro)

49


Condiiidemediu

50


Condiiidemediu

51


Acoperireadebeton

execution

52


Acoperireadebeton

53


Claseindicativederezisten

54


Clasificarestructuralrecomandat

55


2)Necesitateaconsolidrii(mbuntirii)

Cerinenoipentrustructurileexistente(norme/coduri)

Greelideexecuiesaudeproiectare

Cerinenoiabeneficiarului/Reconstrucii/Extinderi

Accidente/Evenimente

Deteriorareastructurilor/materialelorexistente

(Prof.BjrnTljsten)

Atunci Acum

56


2)Necesitateaconsolidrii(mbuntirii)

(Prof.BjrnTljsten)

Accidente:1989 LomaPrieta Earthquake

57


(Prof.BjrnTljsten)

3)Cerinelestructuriireparateiprocedeuldereparare

ntreinerea,reparareaiconsolidarea,respectivevaluarea acestora,trebuiessebazezepeoseriedecerine,nprimulrnddefinitedesocietate,deproprietarul iutilizatorul structurii.

Cerinelecareseconsiderlaevaluaresepotmprin2tipuri:

1)Cerinedefuncionalitateastructurii dupntreinere,reparareiconsolidare.Estedefinitdecerinedesiguran,desocietate,deexploatare,darialifactorideutilizare.

2)Cerinereferitoarelaproceduradentreinere,reparareiconsolidareprivindimpactulasupramediului iriscurileasuprasntii ntimpulexecuieilucrrilor.Semaiadaugdeasemeneaiperturbrile subformadentreruperintrafic,zgomot,etc.

58


(Prof.BjrnTljsten)

4)Datereferitoarelastructuraveche,metodaimaterialulpentruntreinere,reparareiconsolidare

Bazaevaluriisuntdateledisponibiledespre:materialeledereparaie(proprietimecanice,compoziie,durabilitate,

permeabilitate,etc.) date desprestructuraveche

determinarea/analiza interaciunii abetonuluivechiiamaterialelordereparaiepetermenscurtipetermenlung.

Evaluare metodei i materialului pentru ntreinere, reparare i consolidare sebazeaz pe existena unor metode corecte/bune pentru a obine date.

Date adiionale necesare pentru evaluare: Costurile diferitelor activiti implicate n reparaii Efecte asupra mediului a materialelor de reparaii utilizate

59


(Prof.BjrnTljsten)

5)Existenateoriilorpentruanalizainteraciunilorntrentreinere/reparaie/consolidareistructur

Evaluareasebazeaz peexistenaunorteoriibune(corecte)pentruanalizainteraciunilor(petermenscurtsaulung)ntrebetonulexistentimaterialeledereparare.Astfel,oevaluarenusepoatebazanumaipeoanalizamaterialuluidereparaiinsine,citrebuiessebazezepeonelegereainteraciunii.

Acest lucru este deosebit de important pentru analiza duratei de via istabilitii structurale.

60


(Prof.BjrnTljsten)

Paiideevaluare

1. Selectarea unui principiu potrivit de ntreinere, reparare i consolidare,relevante pentru structura actual, degradarea actual i cerinele actuale

2. Selectarea unei metode/sistem potrivit de ntreinere, reparare iconsolidare pe baza principiului ales

3. Selectarea unor materiale potrivite de ntreinere, reparare i consolidarepentru utilizarea nmetoda aleas, sau selectarea unui proces potrivit aleaspentru problema actual

61


(Prof.BjrnTljsten)

Parametriideevaluare

Odat ce a fost identificat metoda sau sistemul cel mai potrivit de ntreinere,reparare i consolidare, este important s se admite c exist mai multe varianten aceeai metod

n primul rnd metoda/sistemul de ntreinere, reparare i consolidare seevalueaz cu privire la urmtoarele 5 parametri de baz:

1.Stabilitatea i sigurana structural2.Durata de via i durabilitate3.Execuia lucrrilor4.Efecte asupra mediului5.Economie i cost

62


(Prof.BjrnTljsten)

Diferitenivelurideevaluare

Evaluarea metodei sau materialului de ntreinere, reparare i consolidare sepoate face pe 3 niveluri diferite:

Nivelul 1: Soluiile aprobate/acceptate/agreate

Nivelul 2: Evaluare calitativ

Nivelul 3: Evaluare cantitativ

63


(Prof.BjrnTljsten)

Niveluridiferitedeevaluare

Nivelul 1: Soluiile aprobate/acceptate/agreate

Procedura cea mai simpl este s se bazeze pe experiena din reparaiileexecutate anterior, selectnd metode de reparaii i materiale care sau doveditdeja suficient de bune n trecut.Ex: au oferit o durat de via lung structurii reparate

simplu de executat costuri reduse impact redus asupra mediului

Metoda este defensiv, deoarece aceasta va conserva tehnicile vechi. Materiale de reparaii i principiile noi nu pot fi evaluate n acest fel arputea fi efectiv mpiedicate utilizarea lor.

64


(Prof.BjrnTljsten)


Nivelul 2: Evaluare calitativ

Pe baza experienei de la reparaiile anterioare i pe raionamente semicantitativ i/sau calitative, un inginer cu experien, n multe cazuri, ar puteaface o evaluare bun a unui sistem de reparare i a unui material de repararepentru o situaie dat.

Pe baza rezultatelor de teste a materialelor ce vor fi utilizate, combinate cu unelecalcule elementare, se poate evalua efectul asupra stabilitii structurale imediatdup reparaie.

Utiliznd analize simplificate, se pot face anumite socoteli privind comportareastructurii reparate, adic referitoare la durata de via.

Dezavantajul nivelului 2 de evaluare este similar cu cea a nivelului 1, adicmetodele noi de reparare ar putea fi oprite din cauza lipsei de informaii fiabile.

65


(Prof.BjrnTljsten)


Nivelul 3: Evaluare cantitativ

Nivelurile de evaluare 1 i 2 sunt potrivite pentru evalurile a lucrrilor deexecuie, economice, impactul asupra mediului i a altor cerine cu caracter nontehnic. Aceste tipuri de evaluare ns nu dau informaii cantitative reale privindmodificrile viitoare a proprietilor fundamentale a structurii reparate, cum ar fistabilitatea i limita de serviciu a structurii. Astfel, ele nu pot fi folosite pentru oevaluare mai precis a duratei de via a structurii.

n ultimele decenii pentru structuri noi au fost dezvoltate metode pentrucalculul/proiectarea duratei de via. Aceste principii se pot folosi de asemeneai pentru calculul duratei de via a structurilor reparate.

66


(Prof.BjrnTljsten)


Nivelul 3: Evaluare cantitativDate de intrare n aceste tipuri de calcule sunt: Date despre materiale, valabile la momentul reparrii pentru materialele dereparare, betonul structural original i interfaa dintre acetia. Pentru a obineaceste date sunt necesaremetode de testare.

Teorii pentru calcularea interaciunii structurale ntre materialul de repararea ibetonul structural original. Ar putea fi valabile diferite teorii pentru diferite tipuride sisteme de reparare i diferite tipuri de elemente structurale (grind, stlp,plac, elemente pretensionate, etc)

Teorii pentru calculul schimbrilor ulterioare a proprietilor materiale,determinnd capacitatea structural i limita de serviciu a structurii reparate. nprimul rnd rezistena i rigiditatea betonului, eroziunea seciunii transversale abetonului i rata de coroziune a armturii.

Astfel de teorii se bazeaz pe cunoaterea proceselor distructive. Metode de testare suntnecesare pentru determinarea proprietilor de deteriorare a structurii reparate.

67


(Prof.BjrnTljsten)

Evaluareametodeidentreinere,reparareiconsolidareCauza/tipulinterveniei

Bazatpetesteianalizestructurale

CerinefuncionaleDefinitede:societate,proprietar,utilizator

Selectareametodeiimaterialului

Evaluareametodelorimaterialelorselectate

Duratadevia Stabilitatestructural Execuie Mediu Economie Altele

Decizia

68


(Prof.BjrnTljsten)

Ceputemfacescreasc R isscad S(capacitatea) (solicitare)

Parametri reali ale materialelor, dup ce au fost afectai deprocesul de deteriorarencrcri permanentencrcri staticencrcri mobile i dinamiceCalitatea soluiei de proiectare i a detaliilorRigiditile articulaiilor, condiii de rezemare, modul de ncrcare,condiii de ncrcare, etc.

n mod normal se investigheaz capacitatea portant. Dac aceastanu este suficient, atunci se investigheaz i partea de ncrcri.

69


(Prof.BjrnTljsten)

Caresuntmotiveleevalurii

Au fost gsite degradri ale structurii, fisuri, exfolieri, deformaiimari, decolorri, scurgeri, etc.

Greeli (presupuse) de proiectare sau de execuie

Degradri locale datorit ncrcrilor accidentale, impacte, tasri,etc.

Schimbri de destinaie

Cerine noi de ncrcri (ex. schimbarea normativelor)

70


(Prof.BjrnTljsten)

Procesuldedeteriorare

Trebuie decis care este procesul de deteriorare dominant, fiindcmetoda/sistemul de ntreinere, reparare i consolidare poateafecta performana n mod negativ, dac alegerea sa fcut dintrunproces asumat incorect.

Mediidiferite

71


(Prof.BjrnTljsten)

Procesuldedeteriorarengeneral

Ultimaansdealuaomsur

Procesuldedeteriorare

Performanaactual

Ceamaimicperformanacceptat

Duratadeviarmas

P

e

r

f

o

r

m

a

n

Timp

A

B

I

72


(Prof.BjrnTljsten)

Deteriorareaafecteazcapacitateaportant

A

B

I

C

Procesuldedeterioarare

Performanaactual


Deterioarareacapacitiiportante

Timp

Ultimaansdealuaomsur Duratadeviarmas

Ultimaansdealuaomsur

P

e

r

f

o

r

m

a

n

73



Performansczut

Performanaminimprescris

Vrstastructurii

Durabilitateexcelent

P

e

r

f

o

r

m

a

n

U l t i m a a n s d e a l u a o m s u r Interveniinecesare

74


(Prof.BjrnTljsten)


Ancorarea armturii

Cedare din compresiuneFor tietoare

Fisuri de ncovoiere

Acelai proces de deteriorare afecteaz pri diferite a structurii!

trebuie luate msuri acolo unde procesul de deteriorare este cel mai sever, nraport cu capacitatea portant

75


(Prof.BjrnTljsten)

Importanaalegeriimetodei/procesuluipotrivit

Metodapotrivit

Duratadeviarmasfrniciomsur

Timp

Metodanepotrivit

Reparaie

Performansczut

Duratadeviarmascumetodanepotrivit

Performanaactual


Duratadeviarmascumetodapotrivit

P

e

r

f

o

r

m

a

n

76


(Prof.BjrnTljsten)

nmodnormalproprietarulvreastiedac:

Structura este sigur i utilizabil chiar acum

Aceast situaie se va menine ? i pentru ct timp ?

Ce msuri se recomand? n ceea ce privete nevoile viitoare estimate n ceea ce privete funcionalitatea, costul i ntreinerea

77


(Prof.BjrnTljsten)

Cerine

Rezultatul i timpul la care se face o evaluare, n afar de dorinaclienilor, depind de:

TipulstructuriiMrimeaLocaiaFuncionalitateaPosibilitileidorineledeameninestructuranutilizareDocumentedepuse,desenevechi,calculeiistorie

78


(Prof.BjrnTljsten)

Metodologiadeevaluare

T

e

s

t

e

d

e

l

a

b

o

r

a

t

o

r

i

a

n

a

l

i

z

e

f

u

n

d

a

m

e

n

t

a

l

e

E

v

a

l

u

a

r

e

d

e

t

a

l

i

a

t

i

v

i

z

i

t

e

l

a

f

a

a

l

o

c

u

l

u

i

I

n

v

e

s

t

i

g

a

i

i

g

e

n

e

r

a

l

e

n

e

l

e

g

e

r

e

a

p

r

o

b

l

e

m

e

i

Cretereapreciziei

Cost

79


(Prof.BjrnTljsten)

Dificulti

Lipsescdocumentelevechi,desenele icalculeleAcceslimitatpentruinspeciiDistanlunglaobiect=puinevizite/ovizit/frvizite

naseldecircumstaneoabordareconservatoareartrebuisfieluat,nceeacepriveteevaluarea!

80


(Prof.BjrnTljsten)

Concluzii

DeseoriestecomplicatdeareparasauaconsolidastructurileexistentedinbetonCapacitatea portanttrebuiesfientotdeaunamaimaredectefectele dinncrcrisiguranSeriozitate ladegradriMetodedeevaluareMetodepentruntreinere,reparare iconsolidareTotulsedeterioreaz,edoarochestiunedetimpSnuagravmproblema!Dacexistincertitudine,sfimrestrictivi

Contactaiunspecialist !!!

Durabilitate

Documents

Transcript of Durabilitate