Dr. Orbán Zoltán: Korai vasbeton építmények tartószerkezeti megbízhatóságának megítélése diagnosztikai módszerek alkalmazásával
Tartószerkezeti megbízhatóságon a szerkezet azon képességét értjük , hogy a tervezett élettartamon belül a vele szemben támasztott tartószerkezeti követelményeket egy adott (elfogadott) valószínűséggel teljesíti. Az optimális megbízhatóságot mint célértéket a tervezési szabályzatok általában a teljes élettartamra vonatkozó költségoptimalizálás alapján határozzák meg. Ennek elemei a létesítés, felújítás (átépítés), az esetleges üzemkiesés költségei, a balesetekből eredő kompenzációs költségek , környezeti károsodások költségei stb.
Meglévő szerkezetek tartószerkezeti biztonságának megítélésénél azonban figyelembe kell venni azt a tényt, hogy a szerkezet várható (maradó) használati élettartama eltérő lehet egy új építésű építményétől, továbbá az optimális megbízhatósági szint is másképp alakulhat.
1929-ben épült vasbeton födém videoendoszkópos vizsgálata
Ennek oka, hogy meglévő szerkezet esetében a biztonság növelése legtöbbször megerősítéssel, vagy olyan egyéb beavatkozásokkal történhet, ami általában nagyobb költséggel jár, mint a megvalósítás során nagyobb ellenállású elemek beépítése. Valószínűségelméleti megközelítést alkalmazva mindez a tervezési szabályzatok alapját képező megbízhatósági index (ß) célértékének módosítását (általában csökkentését) eredményezi az új építésű szerkezetekhez képest.
A valószínűségelméleti módszerek helyett a mérnöki gyakorlatban előszeretettel alkalmazzák az osztott biztonsági tényezős eljárásokat, azonban meglévő építmény ellenőrzése esetén figyelembe kell venni azt a tényt is, hogy a számítás alapjául szolgáló paraméterek (pl. anyagjellemzők, geometriai jellemzők, terhelési paraméterek) variabilitása eltérő lehet a tervezési szabványokban az új szerkezetekre feltételezett értékeknél, így az ott javasolt parciális tényezők automatikusan nem alkalmazhatók. Azok célszerű módosítását a megbízhatósági index célértéke (ßopt) és a szerkezeten végrehajtott diagnosztikai vizsgálatok által meghatározott „pontosított” paraméterek alapján lehet megtenni, figyelembe véve a szerkezetre működő korábbi hatásokat is. Erre vonatkozóan igen hasznos öszszefüggéseket ismertetnek az ISO 2394 [1] és ISO 13822 [2] szabványok, valamint a fib Bulletin 80 [3].
Radarvizsgálatok végrehajtása beton alaplemezen
A statikai vizsgálatokhoz számos olyan szerkezeti- és anyagjellemző ismerete szükséges, amely legtöbbször nem áll rendelkezésünkre a szokványos vizsgálatok eredményeként, vagy a meglévő tervek tanulmányozása alapján. Ilyen esetekben célirányos diagnosztikai vizsgálatokat kell végrehajtani, lehetőleg a szerkezet legkisebb mértékű károsításával. Az utóbbi időben egyre inkább tért hódítanak a roncsolásmentes, illetve minimális szerkezeti roncsolással járó vizsgálatok. Ezek a módszerek elsősorban nem az alkotóanyagok szilárdsági tulajdonságairól, hanem a szerkezet felépítéséről, rejtett geometria adottságairól és károsodásairól, felületi és belső inhomogenitásáról szolgáltathatnak hasznos információkat, így általában a szerkezet egészére egy ún. „minőségi jellemzőt” határozhatnak meg. Ez a minőségi jellemző ugyanakkor kiválóan kiegészítheti a hagyományos (pl. roncsolásos) vizsgálati módszerekkel nyert információkat, sőt nagy segítséget nyújthat a szokványos vizsgálatok helyének és szükséges gyakoriságának megállapításához is.
A vizsgálatok során hatékonyan alkalmazhatók azok az eljárások, amelyek több, elsősorban roncsolásmentes szerkezetdiagnosztikai módszer együttes alkalmazásán alapulnak. A georadar felvételeken például reflexiókat okoznak az eltérő tulajdonságú rétegek határai, amelyek követhetőek a mérési vonal mentén, megállapíthatók a szerkezetekbe ágyazott objektumok, üregek helyei, a repedezett tartományok, az erősen nedvesedő helyek, a szerkezet vastagságának esetleges változása, a geológiai határok, a közművek, a betonacélok, stb.
A radarhullámok terjedési sebessége azonban még azonos anyagú közegek esetében is sok paramétertől függ, így a radarfelvételeken ábrázolt mélységskála értékei és a megállapított szerkezeti jellemzők csak közelítő jelleggel vehetők figyelembe. Ezek pontosítása és a mért jellemzők interpretálása az azonos helyen végrehajtott endoszkópos vizsgálattal, más geofizikai módszer (pl. szeizmikus vizsgálat) alkalmazásával, vagy végső esetben fúrt mintavétellel történhet.
Kiékelt csomópont vasalásának kialakítása (1910-es évek eleje)
A régi vasbeton építmények tartószerkezeti megbízhatóságának megítéléséhez a diagnosztikai vizsgálatokkal mért jellemzők statisztikai kiértékelésén túl nagy segítséget nyújt a korabeli tervezési és építési gyakorlat, illetve az építés körülményeinek ismerete. A beton és betonacél előállításának, beépítésének korabeli technológiája nagyban befolyásolja a jelenlegi fizikai és mechanikai jellemzőket, illetve azok variabilitását is.
A múlt század elején épült beton anyagú szerkezetek tervezése során az adalékanyag típusát, maximális szemnagyságát általában nem írták elő, a szemmegoszlási görbe és a víz-cement tényező törvény ebben az időben még nem volt használatos, továbbá az adalékanyagok feltehetően magas agyagiszap tartalommal kerültek felhasználásra. A földnedves beton bedolgozására általában a kézi döngölést alkalmazták, ami az öntött betonhoz képest magasabb szilárdságot eredményezhetett, ugyanakkor a réteges tömörítés a szilárdsági értékek szórását is növelhette a szerkezeten belül. A technológiai réteghatárok okozta reflexiók sok esetben jól követhetők radarfelvételeken és jól igazolhatók mind az endoszkópos, mind a fúrt minták vizsgálata alapján.
A régi vasbeton szerkezetekre jellemző, hogy a betonacélok általában „folyasztott vas”-ból, azaz igen lágy acél anyagból készültek, a ma használatos betonacélokhoz képest jóval alacsonyabb folyáshatárral és annak értékében általában nagyobb szórással.
További kedvezőtlen jellemző, hogy a betonfedés értékek is igen változékonyak lehetnek, a betonacélok sok esetben szinte a felület közvetlen közelében helyezkednek el, ami a porózus beton karbonátosodásával súlyosbítva komoly korróziós veszélyt jelent. A szerkezeti elemek kapcsolatának és a szerkezeti rendszer kialakításának vizsgálatánál is érhetnek bennünket meglepetések. Számos vizsgálat mutatta ki ugyanakkor a XX. század elején épült betonés vasbeton szerkezetek esetenként jelentős teherbírási tartalékát annak ellenére, hogy kialakításuk a jelenlegi előírásoknak távolról sem felel meg.
Tartószerkezeti biztonságuk megítélése az új építésű szerkezeteknél alkalmazott módszerekhez képest eltérő számítási eljárásokat és speciális diagnosztikai módszereket igényel.
[1] ISO 2394: 1998 és ISO 2394: 2015: „General principles on reliability for structures”
[2] ISO 13822: 2010: „Bases for design of structures — Assessment of existing structures”.
[3] fib Bulletin 80: Partial factor method for existing concrete structures