Sanácia betónovej konštrukcie po neodbornom zásahu

Po neodbornom zásahu do časti nosnej betónovej konštrukcie – vyrezaní časti nosnej výstuže – sa muselo pristúpiť k zosilneniu nosnej konštrukcie a následnej sanácii.

Predmetná budova bola postavená v 60. rokoch minulého storočia. Má štyri nadzemné a jedno podzemné podlažie. Nosný systém budovy tvorí murovaná konštrukcia s pozdĺžnymi murovanými stenami, doplnená vnútorným pozdĺžnym trojpoľovým železobetónovým rámom. Rám podopiera klasický trámový strop so spojitou železobetónovou doskou. Základy sú pásové a pod osamelými stĺpmi sú pätky.

Skutkový stav

Pri neplánovanej obhliadke budovy s cieľom zistiť jej skutočný stav v súvislosti s využívaním priestorov a poskytnutím stanoviska k ďalšiemu bezproblémovému využívaniu priestorov, pri ktorých sa zmenil účel, respektíve doposiaľ neboli využívané, sa zistili významné poškodenia a poruchy nosnej konštrukcie. V tom čase sa už realizovala rekonštrukcia týchto priestorov, odstránila sa stará technológia a začala sa príprava na ich nové využitie. Počas spomínaných prác sa poškodil nosný systém budovy a následne nastali závažné poruchy aj na jej nesených a priľahlých častiach.

Neodborný zásah do nosnej konštrukcie

Už pri úvodnej vizuálnej obhliadke sa zistili závažné poškodenia železobetónového rámu, početné trhliny na samotnej priečli, trámoch a spojitej železobetónovej doske. Priečľa vnútorného pozdĺžneho rámu bola veľmi vážne poškodená vyrezaním hlavnej nosnej výstuže vo veľmi exponovanej časti rámu (obr. 1 a 2).

Keďže išlo o závažné nedostatky v nosnom systéme budovy, bolo potrebné konať veľmi rýchlo. V rámovej priečli na najnižšom podlaží sa približne v jednej tretine od podoprenia vyrezala časť nosnej výstuže dlhá približne 250 mm. Z celkového počtu 7 ks hlavnej nosnej výstuže sa 4 ks výstuže odstránili.

Keďže išlo o vstupné a zhromaždovacie priestory budovy, bola táto časť rámu najviac exponovaná. Neodborný zásah do nosného systému mal preto havarijné následky. Tie boli viditeľné na nosných konštrukciách aj na ich priľahlých nesených a nenosných súčastiach (obr. 3).

Diagnostika konštrukcie

Prejavy porúch boli také jednoznačné, že sa muselo okamžite konať. Muselo sa pristúpiť k niekoľkým rozhodujúcim krokom a urobila sa ďalšia súvislá diagnostika. Išlo o podoprenie poškodenej rámovej priečle drevenými stĺpikmi (obr. 4) a zastavenie ďalších prestavbových prác v dotknutých miestach.

V nadväznosti na to sa vykonala podrobná diagnostika nosnej konštrukcie a dokumentácia vzniku a šírok trhlín:

• zistené trhliny sa zmerali príložnými meradlami a zdokumentovali (šírka, poloha a sklon);
• metrom sa zamerala poloha trhlín;
• štandardným spôsobom priamo na mieste sa do pripravených podkladov zakreslilo a zdokumentovalo staničenie trhlín;
• všetky realizované činnosti sa zdokumentovali aj fotograficky.

Pasivita trhlín sa skúmala hneď po zistení porúch:

• na najviac poškodené nosné prvky sa na overenie aktivity trhlín osadili sadrové terčíky;
• terčíky sa osadili na rámovú priečľu, trámy a spojitú dosku (obr. 5 a 6).

Z meraní a dokumentovania trhlín sa zistili tieto informácie:

• v doskách sa nachádzali opakujúce sa pozdĺžne trhliny kolmé na umiestnenú hlavnú výstuž dosky, pozdĺž trámov trámového stropu a v strede rozpätia spojitej dosky – v najviac poškodených oblastiach dosky – dosahovala šírka trhliny až 1 mm;
• v trámoch sa objavili významné šikmé trhliny v mieste spoja s rámovou priečľou, ich šírka bola väčšia ako 0,5 mm.
• ďalším problémom, ktorý sa musel riešiť, sa stalo zvýšenie šmykovej odolnosti týchto prvkov;
• v rámovej priečli, na ktorej sa vykonal neodborný zásah – vyrezanie časti výstuže, sa zistili aj veľmi významné trhliny kolmé na pozdĺžnu os priečle;
• trhliny sa lokalizovali v mieste spoja trám – rámová priečľa, boli paralelné z oboch strán trámu najbližšieho k miestu neodborného zásahu;
• trhliny boli aj po celej výške rámovej priečle a plynulo prechádzali do vodorovných trhlín v doske;
• reálne trhliny rozdelili rámovú priečľu na kvázi samostatné bloky spojené iba pozdĺžnou výstužou. Išlo o jasný prejav prekročenia šmykovej odolnosti časti rámovej priečle.

Všetky diagnostické procesy sa vykonávali veľmi flexibilne, intenzívne a vo veľmi krátkom časovom úseku. Zvýšená pozornosť sa venovala sledovaniu deformácií sadrových terčíkov, zmeraniu skutočných rozmerov prvkov, zisťovaniu pevnostných charakteristík betónu a výstuže. Rozmery prvkov rámovej konštrukcie a prvkov trámového stropu sa overovali pomocou metra a pásma (obr. 7).

Keďže objednávateľ neposkytol žiadnu pôvodnú dokumentáciu budovy a nosného systému budovy už vôbec, museli sa pripraviť relevantné podklady na posúdenie nosnej konštrukcie. Preto sa ako ďalšia v poradí zisťovala pevnosť betónu nosného železobetónového rámu, ktorá sa preverila nedeštruktívnou tvrdomernou metódou pomocou Schmidtovho kladivka typu N (obr. 8). Homogenita betónu sa skontrolovala ultrazvukovým prístrojom.

Zvýšená pozornosť sa venovala zdokumentovaniu výstuže. Poloha a počet prútov výstuže sa zisťovali nedeštruktívnou metódou pomocou magnetického indikátora – profometra. Priemer prútov sa zistil na základe mechanického odkrytia výstuže v rozhodujúcich prierezoch. Skorodovaná výstuž sa pred meraním priemeru najprv očistila (obr. 9). Priemer výstuže sa zisťoval pomocou posuvného meradla „šuplery“ (obr. 10).

Polohovanie výstuže spojitej dosky trámového stropu a ostatných dosiek sa vykonalo obdobne ako na trámovej a rámovej priečli. Priemer výstuže sa zisťoval na vybraných miestach, ktoré sa na tento účel odkryli. Poloha výstuže sa zakresľovala priamo na povrch spodnej časti dosky (obr. 11).

Stĺpy rámu v mieste neodborného zásahu do rámovej konštrukcie nevykazovali významné poruchy, ale aj napriek tomu sa vykonala podrobná diagnostika ich skutočného stavu. Podobne ako na trámovej, rámovej priečli a doskách, aj na stĺpoch sa zisťoval priemer výstuže pomocou posuvného meradla a poloha výstuže pomocou magnetického indikátora – profometra. 

Stabilizovanie nosnej konštrukcie

Základnou úlohou po zistení porúch a ich príčin bolo zastaviť proces porušovania nosnej konštrukcie. Prijalo sa rozhodnutie obnoviť funkčnosť prerušenej výstuže, čo sa vykonalo v krátkom čase. Paralelne sa sledovali osadené sadrové terčíky. V priebehu troch dní od ich osadenia sa všetky terčíky porušili. Išlo o jasný signál ďalšieho porušovania konštrukcie. Obnova funkčnosti nosnej konštrukcie sa zabezpečila doplnením chýbajúcej výstuže a privarením k torzám odrezanej výstuže (obr. 12 a 13).

Spojitosť výstuže sa zabezpečila doplnením a následným privarením chýbajúcich častí prútov. Keďže sa z dôvodu zlej dostupnosti zváraných častí nedal realizovať zvar na požadovanej úrovni, pripojili sa ku každému prútu prerušenej výstuže kútovými zvarmi L-profily 35 × 35 × 5 mm, ktorých plocha zodpovedá ploche výstužných prútov. Dĺžky zvarov sa navrhli na plnú možnú silu vo výstuži. Podľa veku konštrukcie a tvaru prútov sa výstuž identifikovala ako výstuž s označením 10 216 (E) s pevnosťou 210 MPa.

Finálna sanácia

Modelovanie konštrukcie a výpočet prierezových síl sa uskutočnili programovým produktom SCIA.
Konštrukcia sa modelovala bez aj s uvážením porúch nosnej konštrukcie. Z analýzy vyplynula potreba zosilniť konštrukciu aj z dôvodu evidentných porúch a významnej redistribúcie prierezových síl. Návrh zosilnenia sa urobil s ohľadom na čo najskoršiu sanáciu. Oceľová konštrukcia sa navrhla tak, aby sa rešpektovala požiadavka objednávateľa. Tou bolo dodržať existujúcu podchôdznu výšku v krajných poliach železobetónového rámu. Takto vznikol návrh podoprieť konštrukciu pod trámami, ktoré podopiera rámová priečľa. Výška oceľových profilov sa upravila na rozdielovú hodnotu medzi výškou rámovej priečle a výškou trámu. Na podoprenie sa navrhli oceľové rúry. Výsledný model zosilnenej konštrukcie je znázornený na (obr. 14).

Návrh prierezov prvkov oceľovej konštrukcie bol obmedzený potrebnou pochôdznou výškou v strednom poli, tomu sa podriadila aj voľba tried použitej ocele. Ďalším limitujúcim faktorom bola požiadavka na optimálne ekonomické riešenie. Nosník so zdvojeným U-prierezom, ktorý podopiera trámy stropu v pozdĺžnom smere, je vyrobený z ocele triedy S 355, ostatné prvky sú z ocele S 235.
Celkovo sa použilo 1 952 kg ocele, z toho 1 228,5 kg ocele triedy S355 a 723,5 kg ocele triedy S235. Proces osadzovania jednotlivých častí podpernej konštrukcie bol veľmi jednoduchý. Na zdvíhanie prvkov oceľovej konštrukcie sa použili závitové tyče (obr. 15).

Pohľad na sanovanú nosnú konštrukciu je na obrázku 16. Spojitý oceľový rám má vo vnútornom poli šikmé podpery. Po namontovaní všetkých prvkov sa na konštrukciu naniesol antikorózny náter.

Schéma časti pôdorysu a lokalizácia poruchy

Pohľad na prerušenú – vyrezanú – výstuž rámovej priečle pred podoprením

Pohľad na popraskanú podlahu nad časťou stropu v mieste poškodenia rámovej priečle

Pohľad na prerušenú – vyrezanú – výstuž rámovej priečle po podoprení dočasnou drevenou konštrukciou

Pohľad na osadené sadrové terčíky na doske

Pohľad na osadené sadrové terčíky na rámovej priečli

Zameranie rozmerov jednotlivých konštrukčných prvkov železobetónového rámu

Nedeštruktívne zisťovanie pevnosti betónu tvrdomernou metódou

Mechanické očistenie výstuže

Meranie priemeru výstuže pomocou posuvného meradla

Zisťovanie polohy výstuže na stropnej doske trámového stropu magnetickým indikátorom – profometrom a zakresľovanie je presnej polohy

Obnova funkčnosti poškodenej rámovej priečle zvarením doplnenej chýbajúcej výstuže

Doplnená chýbajúca výstuž

Model zosilnenej konštrukcie so šikmými stĺpmi

Ukážka procesu zosilňovania konštrukcie

Pohľad na časť zosilnenej konštrukcie pomocou oceľového rámu po ročnom užívaní konštrukcie

Odporúčania

Napriek takmer okamžitému zásahu a veľmi flexibilnej realizácii zosilnenia konštrukcie sa navrhlo dlhodobé sledovanie skutočného správania nosnej konštrukcie, aby sa overila správnosť návrhu sanácie a vylúčil vznik skrytých porúch a ďalších nedostatkov. Po ročnom užívaní konštrukcie sa ukázalo, že sanácia sa navrhla a realizovala správne.

Drobný zásah môže znamenať veľké škody

Niekedy „drobný zásah“ neskúsených pracovníkov do nosného systému budovy môže zapríčiniť významné poškodenia v lokálnej oblasti, no s veľmi nepríjemnými globálnymi dôsledkami. Z pohľadu statiky neexistujú drobné zásahy do nosného systému. Všetky zásahy do nosného systému musí odobriť odborník v danej oblasti – statik.

TEXT + FOTO: doc. ing. sergej Priganc, phd.