Evaluacija pukotina u armiranobetonskim konstrukcijamaAutor: Frank Roos, Neuried

može predstavljati sveobuhvatni prikaz.

2 Vrste pukotina

Ovisno o izgledu i uzroku pukotina razlikujemo različite vrste pukotina. Brzi pregled daje slika 1. Pri tome treba uzeti u obzir da ZTV-ING [1] daje definiciju razdjelnih pukotina koja odstupa od literature.

1 Uvod

Armirani beton je kombinirani materijal iz čelika i betona. Tek se nastankom pukotina iz čelika prenose spomena vrijedne sile. Umijeće načina izvedbe je među ostalim u tome da širina pukotina bude takva da pukotine s gledišta "normalnog promatrača" ne budu vidljive prostim okom, da deformacije elemenata ne budu prevelike, a utjecaji iz okoliša ne mogu štetiti čeliku sadržanom u betonu.

Priznata tehnička pravila dopuštaju, ovisno o uvjetima okoline, max. računsku širinu pukotina između 0,1 mm i 0,4 mm. Ljudsko oko primjećuje pukotine od 0,1 mm do 0,2 mm, ali one u pravilu u potpunosti nisu štetne za konstruktivni element.

Prepoznati i klasificirati rizike koji proizlaze iz pukotina te iz toga izraditi funkcionalni koncept održavanja, može biti složeni zahtjev. On pretpostavlja vrlo dobra znanja kako o svojstvima čelika i betona tako i o mehaničkim osnovama dimenzioniranja armiranog betona.

U nastavku će se prvo dati pregled vrsta i uzroka pukotina. Nakon toga prikazat će se rizici u betonskim i armirano-betonskim konstrukcijama koji proizlaze iz pukotina te predstaviti osnove za evaluaciju pukotina.

Naposljetku će se na temelju četiri primjera iz prakse pokazati kako se mogu evaluirati pukotine u cilju održavanja. Na temelju raznolikosti problematike pukotina prilog ne

razdjelne pukotine

pukotine od savijanja

pukotine od smicanja

uzdužne pukotine i pukotine na spoju s armaturom

zbirne pukotine

površinske pukotine, mrežaste pukotine ili krakelire

Slika 1: Pojavni oblici pukotina

sustav na pomičnom ležaju bez / s armaturom

bez prisile = bez nastanka pukotina

sustav na nepomičnom ležaju bez armature

prisila = pojedinačna pukotina

sustav na nepomičnom ležaju s armaturom

prisila = disperzija pukotina

Slika 2: Posljedice kraćenja konstruktivnog elementa na temelju pada temperature kod različitih konstrukcija

Razdjelne pukotine nastaju zbog centrične ili blago ekscentrične vlačne sile, većinom uzrokovane prisilom. Razdjelne pukotine idu kroz cijeli konstruktivni element i dijele ga na nekoliko dijelova.

Pukotine od savijanja nastaju kod konstruktivnih elemenata opterećenih savijanjem i sežu neposredno ispod zone pritiska. (prema ZTV-ING se pukotine od savijanja nazivaju razdjelnim pukotinama).

Pukotine od smicanja nastaju prevelikim opterećenjem poprečnim silama. One kod greda prolaze od mjesta uvođenja opterećenja do ležaja.

Uzdužne pukotine mogu nastati npr. na temelju zakazivanja veze ili uslijed korozije i prolaze uzduž dulje osi armaturne šipke.

Zbirne pukotine nastaju iz pukotina od savijanja kod vrlo visokih konstruktivnih elemenata kad se ne izvodi armatura koda distribuira pukotine.

Mrežaste pukotine uzrokovane su stezanjem ili isušivanjem. Pukotine su više ili manje nepravilne ili mrežastog oblika.

3 Uzroci pukotina

Postoji mnoštvo uzroka koje mogu dovesti do nastanka pukotina u betonu odnosno armiranom ili prednapetom betonu. Grubo ih se može podijeliti na sljedeće tri skupine:

1. statički i konstruktivni uzroci

2. uzroci uvjetovani obradom3. uzroci uvjetovani

materijalom i fizikalnim uvjetima

3.1 Statički i konstruktivni uzroci

3.1.1 PrisilaUkoliko na nekom konstruktivnom elementu utjecaji koji ne ovise o opterećenju ne dovedu do rezultanta opterećenja, potrebno je ležaj konstruktivnog elementa predvidjeti na način da bez prisile može doći do deformacija koje iz toga rezultiraju (npr. kraćenje zbog hlađenja). Vlastita naprezanja konstruktivnog elementa koja nastaju zbog tih utjecaja nestaju kroz presjek elementa i ne rezultiraju dodatnim rezultantama opterećenja. Primjer za to je sustav prikazan na slici 2 lijevo. On se može kod jednakomjernog hlađenja kako je prikazano skratiti u svim smjerovima.

Ako se sustav s reduciranim stupnjevima slobode (ovdje govorimo o statički nedefiniranim sustavima, usp. sliku 2 sredina) izloži padu temperature, i ovaj će se

element skratiti u svim smjerovima. Susjedni elementi će ostati stabilni i spriječiti tako deformaciju. Time nastaju vlačna naprezanja, tzv. prisilna naprezanja. Ako u konstruktivnom elementu ne postoji armatura, ta naprezanja mogu dovesti do pukotine. Čim se pojavi prva pukotina, time se u potpunosti relaksiraju naprezanja. Pri tome se pukotina uglavnom otvara za onaj dio za koji bi se element skratio kod slobodne deformabilnosti.

Drugačiji je slučaj kod elemenata s armaturom. Ako element ima premali udio armature, armatura se nakon stvaranja prve pukotine počinje gibati, a pukotina se dalje otvara. Ako je element međutim točno dimenzioniran na prisilu te je ugrađena armatura dovoljna za tu vrstu opterećenja, to dovodi do fino distribuiranog stvaranja pukotina (usp. slika 2 desno). Zbroj deformacija svih pukotina odgovara otprilike putu za koji bi se element skratio u slučaju slobodne deformabilnosti. No s obzirom na to da je taj put raspodijeljen na veliki broj pukotina, pojavljuju se u vezi korozije tek neopasne i većinom nevidljive pukotine male širine.

Prisilna naprezanja ne mogu biti uzrokovana samo zbog jednakomjerne promjene temperature u presjeku elementa. I stezanje betona, slijeganje stupova ili nejednakomjerna raspodjela temperature preko presjeka koja nastaje npr. zbog

jednostranog utjecaja sunca, na gradilištu ne poštuju osni i dovoljno osiguran u položaju.

mogu proizvesti prisilna naprezanja.

3.1.2 ArmaturaKod izbora armature i njenog vođenja odnosno polaganja postoje brojni izvori pogrešaka koji mogu dovesti do nastanka pukotina. I nepostojanje statički odnosno konstruktivno potrebne armature može dovesti do pukotina. Primjer za to bile bi npr. zaboravljene vilice na slobodnom rubu ploče.

I izbor presjeka pojedinih armaturnih šipki može biti nepovoljan. Malo armaturnih šipki velikog promjera imaju kod iste površine presjeka manju površinu vezanja s betonom nego više armaturnih šipki manjeg promjera te tako dovode do većih širina pukotina.

I nepoštivanje minimalnog promjera valjaka za savijanje armaturnog čelika prilikom projektiranja i izvedbe može za posljedicu imati pukotine. Prevelikim savijanjem smanjuje se nosivost čelika te na taj način mogu kod premalog promjera valjaka za savijanje na beton djelovati velike sile devijacije. Pri tome se može punktualno postići tlačna čvrstoća betona što eventualno dovodi do iznenadnog zakazivanja betona. I pukotine ili pucanje zaštitnog sloja betona moguće je zbog premalog promjera valjaka za savijanje.

Premale duljine sidrenja armature dovode ili do pucanja armaturnih šipki ili do prevelikih pukotina. Skoro u svim slučajevima je time ugrožena stabilnost objekta.

Pored poštivanja ravnoteže sila posebnu pažnju prilikom projektiranja treba pokloniti vođenju armature koje ispunjava kompatibilnost deformacije (usp. pogl. 6.3 Vrh stupa).Ako se prilikom projektiranja ili

rubni razmaci za tiple ili druga pričvrsna sredstva i ugradbene elemente, mogu nastati nekontrolirane pukotine koje eventualno mogu dovesti do pucanja zaštitnog sloja betona ili do izbijanja elemenata sidrenja.

3.1.3 Odabir presjekaOtvori u pločastim elementima dovode u području oštrih kuteva ili pravog kuta do vrlo velikog vršnog naprezanja koje mora prihvatiti odgovarajuća armatura. U suprotnome dolazi s velikom vjerojatnošću do nastanka pukotina s velikim širinama pukotina. U vodonepropusnim objektima to može dovesti do propuštanja.

Slika 3: Primjer slabljenja presjeka kroz kanal koje može dovesti do nastanka pukotine na donjoj strani stropa.

Disponiranjem kanala u stropnoj ploči nastaje skok u presjeku (slika 3). On izaziva smanjenje unutrašnje poluge, a time i rast tlačnih sila u betonu i vlačnih sila u čeliku. Zbog toga u ovom području može doći do potrebe većeg presjeka armature. Ako se ista ne uzme u obzir, vrlo je vjerojatan nastanak pukotina. Često se pri tome prekoračuje granica tečenja čelika i pukotina se može otvoriti na nedopušteno veliku širinu. Stvaranjem pukotina može doći do veći progiba, povećanog rizika od korozije te eventualno čak do ugrožavanja nosivosti. Slične problematične posljedice može imati potiskivanje gornje zone armature iznad stupa ukoliko isti distancerima nije

3.1.4 Tlo i slijeganjeZbog različitih slijeganja pojedinih objekata i drugih promjena oblika koji nisu uzeti u obzir može također doći do stvaranja pukotina. Elementi koji se dograđuju na već postojeće objekte moraju biti ili u potpunosti odvojeni reškama ili tako dimenzionirati da se mogu prihvatiti slijeganja koja nastupe. To kod vitkih elemenata ili elemenata osjetljivih na deformacije kao npr. vratnih lukova praktički nije moguće. Reške stoga treba konzekventno tako dimenzionirati da bez štete mogu prihvatiti deformacije koje nastupe.

3.1.5 Pogrešno pretpostavljena opterećenjaPremala pretpostavljena opterećenja pri projektiranju dovode do preopterećenja dotičnih konstruktivnih elemenata. Zbog toga kod tih elemenata može doći do nastanka pukotina s većim širinama. I tijekom eksploatacije ili prilikom renoviranja mogu izmjene ili nepoštivanje zadanih granica opterećenja dovesti do preopterećenja pojedinih elemenata s dramatičnim posljedicama za upotrebljivost, trajnost ili čak za nosivost. Primjer za to je prenamjena uredske površine kao arhiva s gustim, visokim regalima punim knjiga.

3.2 Uzroci uvjetovani obradom

Nestručna ugradnja betona u praksi često ima za posljedicu stvaranje pukotina. Visina slobodnog pada betona veća od 1 m može zbog različite gustoće osnovnih komponenti betona dovesti do segregacije betona. Time se pogoršava veza između betona i armature te može doći do stvaranja pukotina, čak i do zakazivanja veze. I prijenos energije vibriranja prilikom zbijanja

Slika 4: Pucanje zida uslijed Slika 5: Stvaranje pukotina zbog prekasne i pogrešne njege. Smrzavanja

pervibratorom na armaturu kod ugradnje betona ometa ili čak sprečava vezu i može imati gore opisane posljedice.

Distanceri koji zapravo moraju osigurati dovoljni zaštitni sloj betona na armaturi, mogu dovesti do pukotina ako se ugradi premalo, preslabih ili premalih distancera. Time se može negativno promijeniti statička poluga ili distanceri djeluju kao predestinirana mjesta loma.

Veliku opasnost u zimi i u prijelaznom vremenu predstavljaju temperature ispod 5˚C – posebice ako tijekom betonaže zbog prodora hladne fronte dođe do pada temperature. Nada da noću već neće biti temperatura nižih od 0˚C ili da je beton tada već postigao dovoljnu čvrstoću (na smrzavanje), dovodi svake godine u studenom i prosincu o povećanja slučajeva šteta i pukotina. I već očvrsli elementi s otvorima u kojima može ostati voda, ugroženi su tijekom cijele zime. Primjeri za to su temeljne čašice ili otvori za ograde u zidovima. Voda koja zaostane u rupama širi se prilikom smrzavanja za do 9% i tako proizvodi eksplozivni pritisak na rubovima. Ako se pri tome postigne čvrstoća betona, može doći do pucanja betonskog elementa (slika 4).

Niti ugrađivanje elastičnih materijala ne može sa sigurnošću spriječiti oštećenja od smrzavanja. Samo potpuno isušivanje otvora može pouzdano spriječiti oštećenja konstruktivnog elementa.

Najveći utjecaj na stvaranje pukotina prilikom ugradnje betona ima međutim njega. To prvenstveno vrijedi za velike i masivne elemente kao što su podne ploče i stropovi. Zaštita betona od prebrzog isušivanja pomoću cerada, izbjegavanje prevelikih temperaturnih razlika polaganjem izolacijskih pokrova te zaštita od preranog opterećenja odnosno mehaničkog opterećenja znatno doprinosi izbjegavanju stvaranja pukotina. Kod njege nije važno samo trajanje i prikladna vrsta njege već prvenstveno pravo vrijeme početka njege. Njega mora započeti odmah nakon ugradnje, već nekoliko sati kasnije može biti prekasno. No u praksi se zbog razloga vremena i troškova često štedi upravo na njezi (npr. premještanje podupirajuće oplate nakon osam sati ili izostanak pokrivanja svježe betoniranih stropova folijama, slika 5).

3.3 Uzorci uvjetovani materijalom i fizikalnim uvjetima

Neoptimalan sastav betona odnosno puzanje i stezanje betona najčešći su uzroci za pukotine uvjetovani materijalom te su općenito poznati kao uzrok nastanka pukotina.

I upotreba agregata kojima se u betonu pod određenim uvjetima izaziva alkalna reakcija, može dovesti do pojava pucanja, a time i do pukotina. No i druge tvari kao što su sulfat, magnezij ili aluminij mogu izazvati pucanje, a time i pukotine u betonu.

Uslijed upotrebe neprikladnog cementa mogu također nastati pukotine. Ovdje treba spomenuti upotrebu aluminatnog cementa. Betoni koji su 50-tih godina proizvedeni ovim cementom, gubili su na temperaturama većim od 22˚C uz vlažnu okolinu svoju čvrstoću. Posljedica je bila enormno stvaranje pukotina povezano s akutnim ugrožavanjem stabilnosti pa sve do urušavanja, dakle konačnog zakazivanja. Iz tog razloga aluminatni cement od 1962. nije više dozvoljen u betonu i armiranom betonu za nosive elemente.

Pored stezanja uzrok za pukotine može biti i skupljanje

hlađenja betona. S obzirom na to da on u tom trenutku više

topline u betonu do određenog stupnja.

odnosno slijeganje svježeg betona. Kod objekta prikazanog na slici 6 radi se o elementu visine oko 100 cm. Oplata ima pad od oko 2% u uzdužnom i poprečnom smjeru. S obzirom na to da se prilikom ugradnje betona u plastičnoj konzistenciji odustalo od naknadnog zbijanja, došlo je do otklizavanja odnosno slijeganja ugrađenog svježeg betona. Zbog toga su nastale dijagonalne pukotine širine do 5 mm koje su djelomično sezale do armature u presjeku. Ispod šipki gornje zone armature nastala su neispravna mjesta (slika 7).

Hlađenje koje slijedi iza razvoja topline hidratacije prilikom otvrdnjavanja cementa dovodi kod nedostajućih protumjera uvijek do stvaranja pukotina u betonu. Mladi beton se širi zbog zagrijavanja uslijed hidratacije cementa. U trenutku tog porasta temperature beton je zbog svoje male čvrstoće još plastičan i deformira se bez da pri tomu nastanu naprezanja vrijedna spomena. Prijelazom topline na rube elementa u jezgri elementa se postižu najviše temperature. Nakon nekog vremena opada kemijska reakcija cementa te se oslobađa manje topline hidratacije. Zbog toga izvana prema unutra dolazi do

nije plastičan, na vanjskoj strani nastaju vlačna, a u jezgri tlačna naprezanja. Ako vlačna naprezanja na rubu elementa postignu vlačnu čvrstoću betona te ako se prekorači njegovo istezanje pri kidanju, dolazi do stvaranja pukotine. S ovim stvaranjem pukotina treba se računati kod normalnih betona od temperaturne razlike ΔT između područja jezgre i rubnog područja od 15 K. To stvaranje pukotina može se spriječiti samo smanjenjem temperaturne razlike u konstruktivnom elementu. To se uglavnom može postići upotrebom cementa koji ima niski razvoj topline hidratacije. Posebno prikladni za to su cementi koji sadrže mljevenu zguru kao što su cementi visokih peći CEM III/A ili CEM III/B prema normi DIN EN 197-1 (2), ovisno o dimenzijama konstruktivnog elementa. Cementi CEM III/B su u pravilu uvijek LH-cementi (LH = low heat), tj. cementi niske topline hidratacije. U europskoj normi EN 14216 (3) normirani su i cementi visokih peći VLH III/B i VLH III/C (VLH = very low heat) čiji razvoj topline hidratacije je još više snižen.

Dodatnom upotrebom letećeg pepela kamenog ugljena može se također smanjiti razvoj

Svakako je pažljivom njegom potrebna pravovremena zaštita površine betona od prebrzog hlađenja pomoću. To može biti npr. upotrebom izolacijskih folija ili prekrivača koje se međutim trebaju postaviti tek kad se postigne maksimum razvoja topline u betonu.

Do stvaranja pukotina može doći i uslijed korozije armaturnog čelika. Obično je čelik u betonu dobro zaštićen od korozije kroz svoju pH-vrijednost od 12 do 13. Ukoliko se antikorozivna zaštita izgubi zbog pada pH-vrijednosti uslijed karbonatizacije betona, te ako postoje ostali preduvjeti za procese korozije, može zbog eksplozivnog pritiska korozijskih proizvoda doći do stvaranja pukotina te naposljetku do pucanja zaštitnog sloja betona.

4 Posljedice stvaranja pukotina u betonskim konstruktivnim elementima

Ovisno o vrsti i okolini pukotine mogu ugroziti sljedeće funkcije betonskog, armiranobetonskog i prednapetog konstruktivnog elementa:

upotrebljivost trajnost nosivost

Slika 6: Dijagonalne pukotine širine do 5 mm

Slika 7: Pukotine do armature, neispravna mjesta ispod armature.

Odgovor na pitanje ugrožavaju li pukotine upotrebljivost, trajnost ili nosivost, vrlo jako ovisi o uvjetima okoline, a time i od svakog pojedinog slučaja.

upotrebljivost (slike 8 i 9). I vlažna mjesta mogu kod odgovarajuće kvalitetne namjene prostora ugroziti upotrebljivost.

konstruktivnih elemenata. Ukoliko se širine pukotina dalje povećavaju, može u pukotini i uz normalne unutrašnje uvjete doći do pojave korozije.

Općeniti zaključci mogući su vrlo ograničeno. Usprkos toga treba ovdje pokušati navesti grube indicije za evaluaciju. U slučaju dvojbe ili kad se ne može isključiti ugrožavanje stabilnosti, treba u svakom slučaju uključiti stručnjaka za procjenu rizika.

4.1 Upotrebljivost

Upotrebljivost je s velikom vjerojatošću ograničena

ako su širine pukotina > 0,5 mm

ako pukotine provode vodu ili

ako su rubovi pukotina međusobno vertikalno izmaknuti.

Pukotine sa širinama > 0,5 mm dobro su vidljive za promatrača i s većeg odstojanja od elementa. Korisnici ih većinom smatraju ometajućim, čak i ugrožavajućima. Već zbog tog subjektivnog dojma može se ovisno o vrsti namjene ugroziti upotrebljivost.

Ukoliko voda u tekućem obliku prodire kroz pukotine u unutrašnjost objekata, u svakom slučaju više ne postoji

Kod betonskih podova može bog vertikalnog pomaka krajeva pukotina doći do visinskih razlika. Ovisno o namjeni (transporteri i sl.) moguć je negativan utjecaj na upotrebljivost, a u najgorem se slučaju ista se može čak i izgubiti.

4.2 Trajnost

Trajnost je s velikom vjerojatnošću ugrožena

ako pukotine imaju širinu >0,4 mm (suhe poprečne pukotine)

ako pukotine provode vodu i/ili

ako su pukotine opterećene kloridima ili drugim štetnim tvarima koje aktiviraju koroziju.

Karbonatizacija betona se uslijed suhih poprečnih pukotina širina <0,4 mm ne ubrzava znatno niti u području pukotina. Kod odgovarajućih uvjeta okoline (suho i bez štetnih tvari) takve pukotine praktički ne utječu na zaštitu armature od korozije. Na taj način nemaju niti utjecaja na trajnost armiranobetonskih

Ukoliko pukotine povremeno provode vodu (slika 10) ili ako kroz pukotine do armaturu mogu prodrijeti tvari koje potiču koroziju (npr. kloridi), treba pretpostaviti da će relativno brzo doći do korozije, a time i do gubitka učinka armiranja. Kloridi su pri tome zbog sitne korozije s ekstremno visokim stopama ablacije posebno opasni za trajnost. Iz tog razloga elementi koji su opterećeni kloridima ne smiju imati pukotine ili beton treba dodatnim zaštitnim mjerama (npr. premazima) zaštititi od unosa klorida.

4.3 Nosivost

Nosivost je s velikom vjerojatnošću ugrožena ako su pukotine

orijentirane ili imaju velike širine (> 0,4 mm) ili

prolaze uzduž armature.

Ukoliko pukotine pokazuju orijentiranu sliku (slika 11), u pravilu su izazvane naprezanjem koje je izazvano ili opterećenjem ili prisilnim opterećenjem. Ako je širina

Slika 8: Ugrožavanje upotrebljivosti zbog stvaranja mlaka vode

Slika 9: Gubitak upotrebljivosti zbog kloridne vode koja kapa sa stropa

Slika 10: Korijenje kroz nasad i voda koja povremeno prodire dovode do gubitka trajnosti.

Slika 11: Ugrožavanje stabilnosti zbog uzdužnih pukotina u području uzdužne armature nosača.

pukotine osim toga velika, treba pretpostaviti da je armatura u području pukotine prekoračila granicu rastezanja, a time je i počela teći. Čelik je u pukotini iskorišten skoro do svoje granice opterećenja. Ako se i dalje povećava opterećenje odnosno prisila, prvo dolazi do znatnih deformacija, a kod daljnjeg povećanja opterećenja do vlačnog zakazivanja čelika. To za posljedicu ima gubitak nosivosti.

Pukotine koje prolaze uzduž armature mogu dovesti do zakazivanja veze čelika i betona. Time se znatno ograničava prijenos sile s čelika na beton i obrnuto. Taj prijenos sile je međutim neophodno potreban kako bi armirani beton mogao djelovati na predviđeni način. Zakazivanje veze armiranobetonskih konstruktivnih elemenata događa se naglo i većinom pred prethodne najave.

Naravno da i pukotine koje ne ispunjavaju prethodno navedene kriterije mogu ugroziti nosivost.

5 Evaluacija pukotina

Kako bi se moglo procijeniti ima li pukotina negativni utjecaj na trajnost nekog konstruktivnog elementa ili čak ugrožava nosivost, moraju biti poznate sljedeće činjenice:

vrsta pukotine uzrok pukotine

ciklično gibanje rubova pukotine

širina/dubina pukotine tijek odnosno izgled

pukotine vrijeme nastanka pukotine suhi ili vlažni uvjeti okoline štetne tvari (prisutnost

klorida ili drugih tvari koje potiču koroziju)

U praksi se na ta pitanja u pravilu ne može odgovoriti bez detaljnijih ispitivanja.

5.1 Vrsta pukotine

Vrsta pukotine igra veliku ulogu kad se radi o evaluaciji pukotine. Tako su npr. razdjelne pukotine u pravilu opasnije za konstruktivni element od pukotina od savijanja jer kod razdjelnih pukotina mogu plinovi (npr. CO2), štetne tvari (npr. kloridi) i voda lakše prodrijeti u konstruktivni element odnosno proći kroz njega. Pored toga, razdjelne pukotine često izazivaju promjenu statičkog sustava što opet može dovesti do opsežnih preslagivanja opterećenja s daljnjim nastankom pukotina.

Pukotine koje prolaze uzduž armature treba posebno kritički promatrati jer mogu dovesti do iznenadnog zakazivanja veze.

5.2 Uzrok pukotina

Ovisno o uzroku pukotina može potencijal opasnosti biti vrlo različit. Tako sitne, mrežaste površine pukotine koje su

nastale zbog manjkave njege nemaju takvu težinu kao npr. velike pukotine koje su nastale zbog nedostajuće armature.

5.3 Ciklična gibanja rubova pukotine

Gibaju li se rubovi pukotine nakon vještačenja dalje ili ne od velikog je značenja prvenstveno za održavanje.

Ako se npr. pukotine nastale zbog prisilnih naprezanja, a čije širine se mijenjaju zbog promjenjivih temperatura konstruktivnog elementa, injektiraju mehaničkim silama, dolazi većinom neposredno pored injektirane pukotine do ponovnog nastanka pukotine.

5.4 Širina/dubina pukotine

Široke, duboke pukotine treba znatno kritičnije promatrati od uskih, manje dubokih pukotina. Razlog je u tome da u široke, duboke pukotine mogu znatno jednostavnije prodrijeti plinovi, štetne tvari i voda nego u uske, manje duboke pukotine. Voda odnosno štetne tvari mogu u konstruktivnom elementu dovesti do korozije na armaturi ili na betonu.

5.5 Tijek odnosno izgled pukotineOrijentirani izgled pukotine ukazuje na uzroke koje treba tražiti u konstrukciji odnosno statičkom proračunu. Neorijentirane pukotine ukazuju u pravilu na fizikalne uzorke nastanka pukotine

Slika 12: Opadajuća vjerojatnost zaključivanja s opadajućom širinom pukotine

naprotiv nastanu pri opterećenju, vjerojatni su statički razlozi.

5.7 Suhi ili vlažni uvjeti okoline

Suhe odnosno stalno vlažne pukotine u pravilu nisu kritične za trajnost jer ne postoje uvjeti za koroziju čelika. Pukotine koje su izložene stalnoj izmjeni vlažnog i suhog kritičnije su za trajnost jer u tom slučaju postoje idealni preduvjeti za koroziju armature.

5.8 Štetne tvari

Ako kroz pukotinu prodiru u beton štetne tvari može doći do brzih procesa oštećenja kako na armaturi tako i na samom betonu. Primjer za koroziju betona su impulzivna i istovremeno rastvarajuća agresija biogene sumporne kiseline u postrojenjima na bioplin te za koroziju armature utjecaj klorida na parkirnim plohama i podzemnim garažama.

6 Primjeri iz prakse

6.1 Parkirne plohe

Parkirna ploha duga oko 60 m i široka 20 m izvedena je iz armiranog betona. Strop je bio upet preko kraće strane te je ležao na tri grede i zidu kao kontinuiranom nosaču (slika 13).

Nakon dvije godine korištenja došlo je do odvajanja površinskog zaštitnog sustava na gornjoj strani armiranobetonske stropne ploče po kojoj se prometuje. Postojale su pukotine koje provode vodu na donjoj strani stropa (slika 14).

Investitor je prijavio nedostatak. Izvođač je teret nedostatka prebacio na projektanta konstrukcije koji je pogrešno dimenzionirao stropnu ploču. Projektant konstrukcije je naprotiv bio mišljenja da su pukotine nastale zbog stezanja betona

uvjetovane materijalima (npr. krakelire).

Kod klasifikacije širine pukotina mjerenih na objektu treba uzeti u obzir da jedna pukotina širine veće od projektirane granične vrijednosti (računska vrijednost) ne mora biti razlog za reklamiranje cijelog konstruktivnog elementa.To ima dva razloga:

s jedne strane i širina pukotine, slično kao i druge mjerne vrijednosti slijedi statističku distribuciju. Ograničenjem širine pukotina prema važećim tehničkim pravilima ne mogu se sve širine pukotina držati ispod zadane granične vrijednosti.

s druge strane, mjerenje širine pukotine u velikoj mjeri ovisi o vještinama i znanju osobe koja mjeri. S opadajućom širinom pukotina opada iz tog razloga i vjerojatnost

zaključivanja, tj. vjerojatnost da mjerenje stvarno odražava realnu vrijednost (slika 12).

Posve općenito je širina pukotine veća na površini nego na armaturi. Mjerenje na površini je dakle vjerodostojnije.

Kod površina po kojima se prometuje dolazi zbog opterećenja do loma rubova pukotine tako da već i pukotine s vrlo malom širinom u unutrašnjosti elementa mogu imati na površini prividno veću, opasnu širinu pukotine.

5.6 Vrijeme nastanka pukotine

Na osnovi vremena nastanka pukotine može se često ograničiti njihov uzrok. Ako pukotine nastanu vrlo rano, vjerojatan je utjecaj topline hidratacije odnosno skupljanja betona. Kod kasnijeg nastanka pukotine uzrok može biti stezanje betona. Ako pukotine

Slika 13: Tlocrt parkirne plohe s projektiranim pokretnim ležajem

Slika 14: Razdjelne pukotine koje provode vodu na stropnoj ploči parkirne plohe

Koji nije bio pravilnog sastava.

Pri detaljnijem ispitivanju uzroka pukotina ispostavilo se da se pokretni ležaj u uzdužnom smjeru koji je predvidio projektant konstrukcije (usp. sl. 13) nije mogao izvesti iz sljedećih razloga:

planirano vođenje vertikalne armature (8 Ø 20 mm) kroz elastomerni ležaj ispod grede (na sl. 13 desno dolje). Time je znatno onemogućena promjena u duljini grede i stropne ploče monolitno povezane s gredom.

pogrešna izvedba reški kao prividnih reški, a ne kao dilatacijskih reški. Na taj se način zidovi nisu mogli savijati preko slabe strane kako je bilo projektirano te tako omogućiti gibanje stropne ploče.

nedostatna izvedba pokretnog ležaja na zidu.

nepoštivanje ukrutnog učinka svjetlarnika na zidu (na slici 13 desna strana).

Zbog pogrešnog projektiranja i nedostatne izvedbe radova znatno je ometano kraćenje armiranobetonskog stropa. Zbog toga je stezanje betona te kasnija prisila zbog temperatura armiranobetonske stropne ploče koje su se mijenjale s godišnjim dobima dovelo do prisilnog opterećenja

stropne ploče. Ona prilikom dimenzioniranja nije bila dimenzionirana na centričnu prisilu te je stoga popucala.

Poštujući rezultate ispitivanja i usporedne proračune proizašle su sljedeće činjenice za evaluaciju pukotina:

vrsta pukotinarazdjelne pukotine

uzrok pukotinajednakomjerna promjena temperature, stezanje betona

ciklično gibanjeda

širina pukotinado 0,5 mm

tijek pukotinauzdužno na glavnu armaturu

dubina pukotinakroz cijeli konstruktivni element

vrijeme nastankaotprilike nakon godine dana tijekom zime

Slika 15: otvor konstruktivne reške zbog kraćenja konstruktivnog elementa uvjetovanog temperaturom

suhe ili vlažnevlažne

djelovanje štetnih tvaridjelovanje klorida kroz vodu koja se cjedila s vozila

Klasifikacija stanja objektaa) Ne postoji upotrebljivost

(voda koja sadrži kloride koja kapa po parkiranim vozilima na parkirnoj plohi koja se nalazi ispod stropne ploče).Ne postoji trajnost (već započeta sitna korozija na armaturi).

b) Nosivost je srednjoročno ugrožena (punktualni gubitak glavne armature zbog sitne korozije).

Održavanje Održavanje je provedeno skidanjem betona opterećenog kloridima s kasnijom reprofilacijom i ugradnjom hidroizolacije prema ZTV-ING.

6.2 Kutevi okvira

Na jednom kutu okvira je nakon demontaže oplate došlo do zakazivanja konstruktivnog elementa kako je prikazano na slici 16. Vođenje armature kako je predvidio projektant konstrukcije prikazano je na slici 17.

Vlačna sila iz gornje armaturne šipke horizontale mora se preko betona prenijeti u armaturu koja se nalazi u

Slika 16: Kut okvira s pukotinama

Slika 17: Pogrešno vođenje armature

ravnoteže sila više nisu potrebne vlačne sile. Sve sile devijacije se tlačnim silama održavaju u ravnoteži koje beton može vrlo dobro prihvatiti.

Poštujući armaturne nacrte i uvjete okoline na licu mjesta proizlaze sljedeće činjenice za evaluaciju pukotina:

vrsta pukotinapukotine od smicanja

uzrok pukotinapogrešno vođenje armature

ciklično gibanjene

širina pukotinado 1 mm

tijek pukotinauzdužno na glavnu armaturu

dubina pukotinado iza armature

vrijeme nastankanekoliko dana nakon betoniranja, ovisno o napretku radova

suhe ili vlažnesuhe

djelovanje štetnih tvarinema

Klasifikacija stanja objektaa) Upotrebljivost nije direktno

pogođena (bilo je planirano oblaganje stupova).

b) Zbog velike širine pukotina ugrožena je trajnost.

c) Nosivost je ugrožena (nepostojeća veza vilica, smanjenje presjeka, stvaranje pukotina zbog poprečnih sila).

Održavanje Održavanje je izvršeno ojačanjem s karbonskim kvačicama i dodatnim vatrozaštitnim pločama.

6.4 Montažni vezači

Kod velike je hale prilikom projektiranja bilo predviđeno premalo otvora za tehničku opremu objekta u krovnim vezačima. Na gradilištu su po potrebi, bez konzultacije s projektantom konstrukcije i bez

sredini horizontale. Taj prijenos je moguć samo preko kosih razupora. Ukoliko se ravnoteža promatra u području kosih razupora, brzo postaje jasno da iz nagiba razupore proizlazi vertikalno usmjerena vlačna sila. No s obzirom na to da nije bila predviđena armatura vilicama te u tom smjeru nije bila niti ugrađena bilo kakva armatura, vlačnu silu je morao prihvatiti beton. S obzirom na to da beton posjeduje samo relativno malu vlačnu čvrstoću, došlo je do zakazivanja konstruktivnog elementa.

Čak i ako je zakazivanje očito, za evaluaciju pukotina proizlaze sljedeće činjenice:

vrsta pukotinarazdjelne/uzdužne pukotine

uzrok pukotinaneispunjena ravnotežazbog toga pogrešno vođenje armature

ciklično gibanjene

širina pukotinanekoliko cm

tijek pukotinauzdužno na glavnu armaturu

dubina pukotinakroz cijeli konstruktivni element

vrijeme nastankanekoliko dana nakon betoniranja, ovisno o napretku radova

suhe ili vlažnesuhe

djelovanje štetnih tvarinema

Klasifikacija stanja objekta(očigledno je!)a) Ne postoji upotrebljivost.b) Ne postoji trajnost.c) Ne postoji nosivost.

Održavanje Održavanje nema gospodarskog smisla. Konstruktivni element je srušen i iznova betoniran s izmijenjenim vođenjem armature.

6.3 Vrh stupa

Na vrhu stupa došlo je do stvaranja pukotine koja ide od stropa koso prema dolje prema rubovima stupa. Izvođač je pretpostavio da beton nije imao dovoljnu tlačnu čvrstoću te da je zbog toga došlo do opaženih pukotina. Pogled u armaturni nacrt (slika 18) je pokazao da je vođenje armature točke prodora kroz strop doduše ispunjavalo uvjete ravnoteže, ali ne i uvjete kompatibilnosti. Nastale sile devijacije morale su kod prikazanog vođenja armature biti prihvaćene neposredno ispod stropa kao vlačne sile. Na tom mjestu su doduše bile armaturne vilice, no one su tek nakon stvaranja pukotina mogle prenijeti sile u određenoj veličini. Deformacije uzrokovane stvaranjem pukotina više se ne mogu tolerirati za stup. Nadalje je nepovoljno djelovalo da je najgornja vilica bila koso ugrađena. Prikladno vođenje armature za ovaj slučaj prikazuje slika 19. Sve točke devijacije se zbog takve konstrukcije prenose u stropnu ploču. Zbog toga za postizanje

nerazornog izračuna tijeka armature izvršena naknadna bušenja rupa u vezačima od

Održavanje Održavanje je izvršeno izvedbom čeličnih spojnica koje

[2] DIN EN 197-1 Cement, izdavač. Njemački institut za normizaciju, Berlin, kolovoz

prednapetog betona. Nakon radova pojavile su se pukotine u vezačima.

Neplaniranim bušenjem razdvojeno je 50% vilica protiv smicanja. Proizašle su sljedeće činjenice:

vrsta pukotinapukotine od smicanja

uzrok pukotinarazdvojena armatura

ciklično gibanjene

širina pukotinado 6 mm

tijek pukotinakoso na ležaj

dubina pukotinakroz cijeli konstruktivni element

vrijeme nastankaodmah nakon bušenja rupa

suhe ili vlažnesuhe

djelovanje štetnih tvarinema

Klasifikacija stanja objektaa) Više ne postoji

upotrebljivost (pukotine su vidljive i opasne).

b) Više ne postoji trajnost.c) Nosivost je akutno

ugrožena (moguće iznenadno zakazivanje zbog poprečnih sila).

su obavijale kompletni nosač.

7 Literatura

[1] Dodatni tehnički ugovorni uvjeti i direktive za inženjerske objekte (ZTV-ING), izdavač: Zavod za cestogradnju, Verkehrsblattverlag: 2003.

2004.

[3] EN 14216 Cement – sastav, zahtjevi i kriteriji sukladnosti specijalnog cementa s vrlo niskom toplinom hidratacije, izdavač Njemački institut za normizaciju, Berlin, kolovoz 2004.

Slika 18. Pogrešno vođenje armature s koljenom izvan stropne ploče

Slika 19: Pravilno vođenje armature s koljenom unutar stropne ploče

Slika 20: Armatura protiv smicanja prekinuta naknadnim bušenjem dovela je do gubitka stabilnosti.