Navzdory snahám o dodržení jakosti při výstavbě železobetonových konstrukcí je poměrně běžnou vadou nesprávné vyztužení v rozporu s projektem, které může zapříčinit závažné poruchy konstrukce. Prokázat tyto vady lze pomocí nedestruktivních zkušebních metod, avšak klíčová je volba vhodného postupu i zařízení.
S nedodržením výztuže předepsané v projektové dokumentaci se setkáváme nejen u starších objektů, ale i u staveb současných. O příčinách těchto chyb, ať už v dobách dávno i nedávno minulých, nebo v současnosti, můžeme jen spekulovat.
S tímto jevem se setkáváme při stavebně-technických průzkumech. V těch vzácných případech, kdy se dochovala projektová dokumentace například u monolitických železobetonových skeletů z 30. let 20. století, je poměrně běžné například využití výztužných prutů jiných průměrů, než je uvedeno ve výkresech. Příčina (zejména na konci 30. let) tkví patrně v nedostatku konkrétní výztuže na trhu. Nicméně tehdejší stavitelé či stavbyvedoucí byli natolik erudovaní, že operativně přepočítali výztuž tak, aby tu původně předepsanou nahradili v daném místě alternativou jiných průměrů. Ze statického hlediska pak byl většinou např. celkový průřez výztuží v daném místě vyšší, tedy na straně bezpečnosti. Takovéto odchylky se pak nemohly stát příčinou pozdějších poruch konstrukcí. Pochopitelně i v minulých dobách se vyskytly případy nepřesného uložení výztuže v rámci daného průřezu, ale jsou spíše výjimečné.
Ve srovnání s touto érou se v dnešní době setkáváme s problémem odchylky skutečného vyztužení od projektovaného relativně častěji. Příčin je řada, ale ve většině případů jde buď o vyslovenou technologickou nekázeň při vázání či ukládání armokošů, špatné čtení výkresů, či záměrný krok v případech, kdy je v reálu nemožné nebo krajně obtížné dodržet to, co projektant uvedl ve výkresech. Na výsledku se ve finále podepíše nedostatečná kontrola před vybetonováním příslušného prvku konstrukce. Víra řady stavebních firem, že daný problém se skryje v betonu, kde jej již není možné prokázat, je až pozoruhodná navzdory výskytu následných poruch konstrukce ve formě trhlin či nadměrných průhybů a podobně.
Prokázání daných vad je poté častým úkolem nedestruktivního zkušebnictví. Ústav stavebního zkušebnictví Fakulty stavební Vysokého učení technického v Brně má s těmito úkoly již několik desítek let zkušeností.
Metody pro stanovení polohy výztuže
V současnosti disponuje oblast stavebního zkušebnictví de facto čtyřmi metodami pro stanovení polohy výztuže v železobetonové konstrukci.
Sekané sondy – metoda založená na mechanickém odstranění krycí vrstvy betonu bouracím kladivem. Je to metoda běžně užívaná při stavebně-technických průzkumech starších konstrukcí. Pro užití na nových konstrukcích ve výše uvedených případech je zcela nevhodná, neboť ve většině případů je jakékoli poškození povrchu konstrukce nežádoucí.
Elektromagnetické indikátory výztuže – přístroje založené na principu elektromagnetického pole, tvorbě vířivých proudů a magnetických vlastnostech ocelové výztuže. Zásadní nevýhodou je omezení dané principem metody, kdy jsme výrazně limitováni hloubkou uložení výztuže pod povrchem konstrukce, vzdáleností jednotlivých prutů a obecně složitostí vyztužení. Nicméně u jednoduše vyztužených konstrukcí jde o metodu, díky které je možné jednoduše a rychle kontrolovat například dodržení krytí a podobně. Poslední generace přístrojů již poskytuje jistou možnost vizualizace výstupů (např. Proceq Profometer PM-630 nebo Hilti PS-200 Ferroscan) a zpřesnění stanovení odhadu průměru výztužných prutů.
Georadar – metoda založená na principu vysílání vysokofrekvenčních elektromagnetických pulzů do materiálu a detekce jejich odrazu na nehomogenitách v prostředí. S příchodem radaru Hilti PS-1000 začala být tato metoda vysoce využitelná i pro výše uvedené problémy, výhodou je hloubkový dosah (až 400 mm), okamžitá vizualizace výsledku a možnost zachycení více vrstev výztuže za sebou. Nevýhodou je naopak nemožnost stanovení průměru a typu výztuže.
Radiografie – metoda využívající prozáření konstrukce zářením gama ze zdroje Co60 a následně zeslabení záření při průchodu konstrukcí v závislosti na objemové hmotnosti. Vzhledem k zásadnímu rozdílu objemové hmotnosti betonu a hustoty oceli je pak možné na výstupním médiu (radiografickém filmu, paměťové fólii apod.) zobrazit veškerou výztuž a při prozařování z více ohnisek přesně vyhodnotit jak polohu výztuže, tak její průměry.
Radiografie – vhodná metoda v době nedávno minulé
Z výše uvedených popisů jednotlivých metod je jednoznačně zřejmé, že ideální metodou pro stanovení polohy výztuže je radiografie. Ústav stavebního zkušebnictví FAST VUT v Brně v minulých letech řešil řadu případů závažných poruch novostaveb, jejichž příčinou bylo špatné vyztužení. Pro řešení těchto úkolů byla prakticky výhradně používaná radiografie pomocí izotopu Co60. Zásadní výhodou byly 100% výsledky stanovení polohy výztuže, při zachování principu nedestruktivity této metody. Zásadním omezením však byl fakt, že metoda využívá gama zářič vysoké aktivity, což s sebou nese řadu omezení vyplývajících z nutnosti vytyčit a zajistit v místě prozařování přechodné kontrolované pásmo se všemi náležitostmi danými předpisy ve smyslu ochrany zdraví před ionizujícím zářením. V praxi to znamená, že pro aplikaci radiografie na konstrukci je nezbytné v okolí konstrukce zcela zamezit pobytu a pohybu osob po dobu prozařování. Nicméně i tak byla metoda mnohokrát úspěšně využita.
Jak ukázaly zkušenosti, radiografická metoda byla díky vizuální vypovídací schopnosti ideálním prostředkem prokázání špatného vyztužení prvků železobetonových konstrukcí. Její výsledky byly při správné aplikaci stoprocentní a díky vizualizaci velmi dobře dokumentovatelné.
Příklad 1: Prefabrikované vazníky v obchodním centru
Typickým příkladem stanovení příčiny vzniku poruch je případ vazníků nesoucích střešní konstrukci supermarketu. Zároveň jde o typický příklad technologické nekázně při výrobě prefabrikátů daný opomenutím či záměrným vynecháním části vyztužení, které se obtížně provádělo.
Každý vazník byl opatřen třemi otvory pro případné protažení rozvodu vzduchotechniky. U řady vazníků se brzy po uvedení konstrukce do provozu vyskytly poruchy v podobě trhlin na okraji otvorů. Byl proveden radiografický průzkum poškozené oblasti, která jednoznačně odhalila absenci kruhové výztuže, která měla lemovat otvor, a stejně tak výztuže, která měla tvořit radiální paprsky kolem otvoru (obr. 1, 2). Průzkum se prováděl v noci, mimo provoz supermarketu, v celé budově byl vyloučen pobyt a pohyb osob.
Příklad 2: Záměrné neprovázání sloupů mezi podlažími
Příkladem záměrného vytvoření vady s důvěrou, že ji nikdo nezjistí, případně neprokáže, je případ stavby multifunkčního centra. Konstrukce byla řešena jako železobetonový skelet, kde jsou na monolitické sloupy nasazeny prefabrikované vazníky. Každý sloup obsahoval osm prutů hlavní nosné výztuže, z nichž čtyři měly být protaženy otvory v průvlaku a na ně napojen sloup ve vyšším podlaží. Při rozměřování konstrukce došlo k chybě a některé sloupy byly umístěny tak, že se jejich výztuž nacházela mimo otvory v průvlacích. Stavební dozor investora pojal podezření, že prováděcí firma vyřešila záležitost tak, že výztuž sloupů zakrátila, průvlaky usadila natupo bez provázání a o patro výš vytvořila zdání, že je vše v pořádku tím, že do otvorů v průvlacích vsadila krátké kusy výztuže, tvořící kamufláž celého problému. Oprávněnost podezření stavebního dozoru prokázala radiografie horní partie sloupů v 1. PP, která jednoznačně odhalila, že všechny výztuže sloupu jsou ukončeny pod průvlakem (obr. 3, 4).
Volba vhodné metody v současnosti
Současná doba je charakterizovaná obecným zpřísněním veškerých opatření, sloužících k ochraně zdraví pracovníků i obyvatelstva. Logicky se radikálně zpřísňují i veškeré předpisy, sloužící k ochraně osob před účinky ionizujícího záření, mezi které patří i záření gama. K poslední novele platných předpisů došlo k 1. 1. 2017, kdy vstoupil v platnost nový, tzv. Atomový zákon (zákon č. 263/2016 Sb. a navazující vyhlášky).
Ač je radiografie pomocí Co60 nezpochybnitelně ideální metodou pro detekci výztuže v železobetonové konstrukci, její provádění v terénu je v současnosti spojeno s takovým množstvím bezpečnostních i administrativních opatření a v neposlední řadě i s takovými finančními náklady (spojenými s ověřováním zařízení, obnovou zářiče po uplynutí dvou poločasů rozpadu atd.), že využívání této metody v diagnostice konstrukcí je dnes z praktického i finančního hlediska prakticky jen velmi obtížně realizovatelné a udržitelné.
Nabízí se použití alternativních nedestruktivních metod popsaných výše. Naštěstí s rozvojem a modernizací přístrojové techniky je v současnosti náhrada radiografie možná, byť s jistými omezeními, danými možnostmi alternativních metod. Využití elektromagnetických indikátorů je dobře známé a osvědčené, pochopitelně s vědomím omezení této metody. Ve větším množství případů dokáže radiografii ve značném rozsahu nahradit radar, případně radar v kombinaci s magnetickými indikátory poslední generace. Vždy je však třeba mít na paměti omezení, daná fyzikálním principem jednotlivých metod. Stejně tak platí ve vysoké míře, že nejde (zejména v případě radaru) o metody a zařízení, se kterými může pracovat každý bez odborné erudice a zejména bez rozsáhlých zkušeností, jež nelze získat jinak než v praxi.
Příklad 3: Vyztužení železobetonové desky rodinného domu
Cílem průzkumu bylo stanovení polohy ocelové výztuže v základové desce rodinného domu. Tloušťka desky byla 150 mm, výztuž je tvořena kari sítí a dle projektu má ležet v rovině, v předepsané úrovni cca 50 mm nad spodním lícem železobetonové základové desky, položená na základové pasy. Majitel objektu vznesl podezření, že sítě nebyly řádně podepřeny a zůstaly prověšené až ke štěrkovému loži pod základovou deskou (obr. 5), což prováděcí firma odmítla.
Statik s výztuží počítal v rámci dimenzování konstrukce na průhyb a v případě, že by se prokázalo prověšení desky, trval na vytvoření další desky tloušťky 100 mm spřažené se stávající.
Pro stanovení polohy výztuže byl použit radar Hilti PS 1000, jehož dosah a přesnost měření je v tomto případě zcela dostačující. Naopak elektromagnetický indikátor vhodný nebyl vzhledem k velké hloubce pod povrchem a častému předpokládanému překrytí sítí. Byla provedena liniová měření, vždy mezi základovými pasy. Měření jednoznačně prokázala prověšení kari sítí až na štěrkové lože, v některých místech na štěrku ležela většina sítě s výjimkou krajních partií, které se zvedaly nad základový pas (obr. 6, 7). Radar Hilti PS 1000 se v tomto případě ukázal jako ideá-lní zařízení, mimo jiné i díky okamžité vizualizaci výsledku měření.
Na základě výsledků měření přiznala prováděcí firma chybu a bylo přikročeno k vytvoření nové spřažené desky nad deskou stávající.
Příklad 4: Vyztužení prefabrikovaných železobetonových vazníků
Případ je velmi podobný našemu prvnímu přikladu. Prefabrikované železobetonové vazníky průmyslové haly vykazovaly řadu trhlin a značný průhyb. Průzkum měl ověřit správnost vyztužení, projektová dokumentace byla v plném rozsahu k dispozici. Pro řešení byl opět použit radar Hilti PS 1000 pro rychlou vizualizaci polohy výztuží a pro ověření průměrů výztuží byl užit elektromagnetický indikátor Profometer PM-630 (obr. 8, 9).
Na základě výsledků měření z obou metod byly konstatovány pouze drobné nepřesnosti ve vyztužení, hlavní příčina poruch konstrukce byla jiná.
Závěr
Situace, kdy se obor diagnostiky konstrukcí bude muset v budoucnu pravděpodobně ve většině případů obejít bez radiografie, je sice do jisté míry nepříjemná, ale nikoli neřešitelná. Z hlediska bezpečnosti sice pravděpodobně nebude v terénu prováděna radiografie pomocí izotopu Co60, ale v řadě případů je možno radiografii téměř plnohodnotně nahradit kombinací alternativních nedestruktivních metod, které v posledních letech doznaly značného rozvoje. Současně ale pro využití metod, jako je měření pomocí georadaru a elektromagnetického indikátoru, platí více než kdykoli dříve fakt (ověřený dlouhodobými zkušenostmi pracoviště), že jde sice o metody se širokými možnostmi, ale vyžadující značnou erudici obsluhy. Nezkušenost při jejich používání by mohla vést k chybné interpretaci výsledku či nemožnosti naměřené hodnoty vůbec interpretovat, což se ve výsledku projevuje u provozovatelů přístrojů často jistým rozčarováním a zklamáním. Je prostě vždy nezbytné správně zvážit možnosti jednotlivých metod, dané jejich fyzikálními principy, a správně je využít. V případě opravdu hustě a komplikovaně vyztužených prvků je při nemožnosti provést sekanou sondu radiografie stále v plném rozsahu nenahraditelná.
Do budoucna bude jistou možností provádění radiografie pomocí technických rentgenů, které nevyžadují bezpečnostní opatření takového rozsahu jako radiografie s použitím izotopu, ale vzhledem k rozměrům a výkonu rentgenů je v případě železobetonu tato metoda omezena na použití u dobře oboustranně přístupných subtilních konstrukčních prvků.
Poděkování
Článek byl vytvořen v rámci řešení projektu LO1408 AdMaS UP – pokročilé stavební mate-riály, konstrukce a technologie, podporovaného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy v rámci účelové podpory programu Národní program udržitelnosti I.
ONDŘEJ ANTON, VĚRA HEŘMÁNKOVÁ
foto archiv autorů
Literatura:
1) ANTON, O., Z. BAŽANT, P. CIKRLE. Průzkum montovaného obytného domu před jeho rekonstrukcí: sborník recenzovaných příspěvků konference Zkoušení a jakost ve stavebnictví 2016. Brno: Vysoké učení technické v Brně, 2016.
2) CIKRLE, P., O. ANTON. Vývoj nedestruktivních metod pro zkoušení betonu za posledních 25 let. Beton TKS. Praha: 2015.
3) CIKRLE, P., O. ANTON, V. HEŘMÁNKOVÁ. Indikátory výztuže – oživení tradiční metody: příspěvek na konferenci Zkoušení a jakost ve stavebnictví. Brno: Vysoké učení technické v Brně, 2014.
4) ANTON, O., P. CIKRLE, V. HEŘMÁNKOVÁ. Zkušenosti s georadarem při stavebně-technických průzkumech [on-line]. Dostupné z: http://stavba.tzb-info.cz/beton-malty-omitky/10800-zkusenosti-s-georadarem-pri-stavebne-technickych-pruzkumech.
Ing. Ondřej Anton, Ph.D., (*1967)
absolvoval Fakultu stavební VUT v Brně a v současnosti zde působí na Ústavu stavebního zkušebnictví jako odborný asistent. V praxi se zabývá diagnostikou stavebních konstrukcí a nedestruktivním zkušebnictvím ve stavebnictví, je specialistou na radiační metody NDT zkoušení.
Ing. Věra Heřmánková, Ph.D., (*1974)
absolvovala Fakultu stavební Vysokého učení technického v Brně. Působí na Ústavu stavebního zkušebnictví FAST VUT v Brně. V praxi se zabývá diagnostikou stavebních konstrukcí a zkoušením různých stavebních materiálů se zaměřením na dřevo a dřevěné konstrukce.
