Oferowane obecnie nowe możliwości techniczne i technologiczne

technologie – badanie konstrukcji
Fot. 2. Podnośnik hydrauliczny i waga podkładowa
w układzie do realizacji obciążeń próbnych
Fot. arch autora
Fot. arch autora
Fot. 1. Układ do realizacji obciążeń próbnych stropu
Obciążenia próbne
konstrukcji budynków
Oferowane obecnie nowe możliwości
techniczne i technologiczne realizacji
obciążeń oraz pomiarów stwarzają nowe
perspektywy dla stosowania obciążeń
próbnych w badaniach i ocenach konstrukcji
budynków.
mgr inż. Jerzy Kowalewski
W
połowie ubiegłego wieku w wielu krajach w normach i wytycznych zawarte były zalecenia i wskazówki dotyczące stosowania
obciążeń próbnych przy diagnozowaniu i badaniu konstrukcji
budynków. Tradycyjny sposób realizacji obciążeń polegał na
ustawianiu na badanym stropie specjalnie do tego przygotowanych obciążników, worków z cementem lub piaskiem itp. Nieco później zaczęto
stosować obciążenia z wykorzystaniem wody.
Aktualne normy nie zawierają odniesień do obciążeń próbnych i tego
typu obciążenia są rzadko stosowane do badania konstrukcji budynków.
Dużo częściej obciążenia próbne są stosowane w mostownictwie oraz
geotechnice, szczególnie przy badaniu pali. Taki stan wynika z przesłanek
merytorycznych oraz uregulowań formalnoprawnych.
74 Builder
Z punktu widzenia metodyki postępowania i kryteriów oceny bardzo
ważnym opracowaniem jest monografia prof. Bohdana Lewickiego „Obciążenia próbne konstrukcji istniejących budynków”, ITB Warszawa 1999.
W monografii zawarty jest przegląd przepisów i praktyki stosowanej w różnych krajach w zakresie obciążeń próbnych konstrukcji budynków oraz
własne uwagi i sugestie Profesora w tym zakresie.
Oferowane obecnie nowe możliwości techniczne i technologiczne realizacji obciążeń oraz pomiarów stwarzają nowe perspektywy dla stosowania obciążeń próbnych w badaniach i ocenach konstrukcji budynków.
Przykłady realizacji obciążeń próbnych
W nowobudowanym, wysokim i rozległym budynku biurowym wystąpiły wątpliwości, czy zrealizowana konstrukcja jest zgodna z założeniami
projektowymi. Zasadniczą konstrukcję budynku stanowiły żelbetowe
monolityczne stropy, słupy i ściany trzonu komunikacyjnego. Przy badaniach i ocenie konstrukcji, które wykonywał Instytut Techniki Budowlanej,
wykorzystano obciążenia próbne. Obciążenia realizowano za pomocą
wody. Na wybranych fragmentach stropów przygotowane zostały specjalne zbiorniki wykonane z elementów szalunkowych, stalowych ściągów i folii budowlanej (fot. 3). Pomiary geodezyjne przemieszczeń wykonywano na suficie pod obciążonym stropem. Mierzono przemieszczenia
przed obciążeniem stropu, pod koniec okresu obciążenia oraz po odciążeniu stropu.
Podobny przykład wykorzystania wody do realizacji obciążeń próbnych
konstrukcji budynku przez brytyjską firmę STATS pokazano na fot. 4.
marzec 2010
Stosowanie wody jako obciążenia próbnego jest z wielu względów wygodne. Stosunkowo łatwo jest napełniać i opróżniać zbiorniki oraz kontrolować wielkość i rozkład obciążania. Wodę można bezpiecznie stosować
w przypadku obiektów w budowie, szczególnie gdy budynek nie jest wykończony i wyposażony. W przypadku budynków wykończonych, wyposażonych i eksploatowanych używanie wody staje się niebezpieczne, bo
awarie i niekontrolowany wypływ wody grozi znacznymi stratami i przykrymi konsekwencjami.
Inny sposób realizacji obciążeń pokazano na fot. 1 i 2. W związku z projektowaną modernizacją blisko 100-letniego budynku, konieczna była
ocena stanu technicznego i nośności nietypowych stropów. Uznano za
celowe badanie stropu za pomocą obciążeń próbnych.
Tradycyjny sposób realizacji obciążeń polegał na
ustawianiu na badanym stropie specjalnie do tego
przygotowanych obciążników, worków z cementem
lub piaskiem itp. Nieco później zaczęto stosować
obciążenia z wykorzystaniem wody.
W prezentowanym układzie (fot. 1) wykorzystano hydrauliczne siłowniki
samochodowe, podkładkowe wagi samochodowe (fot. 2) oraz typowe
podpory szalunków stropowych. Uruchomienie siłownika powodowało
powstanie siły, która obciążała strop dolny (podłogę) oraz wypierała strop
górny (sufit). Dla takiego sposobu realizacji obciążeń próbnych, przy ustalaniu maksymalnych wartości obciążeń przeanalizowano nie tylko obciążany strop dolny, ale również wypierany strop górny czy nie powstanie
ujemny moment przęsłowy.
Charakterystyczną cechą i istotną zaletą układu z siłownikiem jest fakt,
że obciążenia realizowane są według schematu kinematycznego, co podnosi bezpieczeństwo badań, ponieważ w przypadku niespodziewanych
zmian badanej konstrukcji (np. przemieszczenia na skutek przeciążenia)
natychmiast automatycznie następuje zmniejszenie wartości obciążenia.
Omawiane układy z siłownikami zajmują niewiele miejsca, co pozwala
wykonywać pomiary bezpośrednio na powierzchni obciążanej. Całe badanie można prowadzić na jednej kondygnacji budynku. Układy do obciążeń
próbnych z siłownikami i urządzeniami konstrukcyjnymi zostały zgłoszone
do Urzędu Patentowego RP i zarejestrowane pod numerem P387995.
Nowe możliwości realizacji obciążeń próbnych
Przedstawiony wyżej opis układu z siłownikami jest przykładem wykorzystania w trakcie obciążeń próbnych konstrukcji budynków łatwiejszych
w stosowaniu rozwiązań niż obciążenia grawitacyjne.
Oprócz tradycyjnie stosowanych obciążeń statycznych, w charakterze
obciążeń próbnych konstrukcji budynków mogą być stosowane także in-
ne oddziaływania np. o charakterze dynamicznym. Przy ocenie stanu
technicznego elementów konstrukcyjnych mogą być realizowane oddziaływania wywołujące drgania własne konstrukcji. Innym rodzajem oddziaływania mogą być oddziaływania wymuszające propagację fal sprężystych w konstrukcji. Mogą być wykorzystywane również zjawiska emisji
akustycznej AE.
Dla pomiarów zmian konstrukcji i w konstrukcji mamy do dyspozycji nie
tylko tradycyjne metody geodezyjne, ale całą gamę współczesnych urządzeń pomiarowych. Przykładowo można wymienić czujniki światłowodowe
(np. typu FBG), czujniki piezoelektryczne i całe kombajny w postaci laserowych robotów pomiarowych.
Do dyspozycji pozostają wyrafinowane systemy obliczeniowe i bezprzewodowe przesyłanie danych. Przy obciążeniach próbnych mogą być wykorzystywane metody i urządzenia, które tworzone są w ramach modnych
i rozwijanych obecnie systemów SHM (Structural Health Monitoring).
Wszystkie urządzenia i systemy oferowane dla inżynierów budowlanych
przez elektronikę i informatykę cechuje niezawodność i relatywnie niskie
ceny.
Wnioski
Dla obciążeń próbnych konstrukcji budynków dostępne są różne atrakcyjne metody, a do dyspozycji pozostają zaawansowane technicznie
i technologicznie urządzenia i systemy. Dostępne urządzenia ułatwiają realizację obciążeń próbnych, dostępne czujniki i systemy pomiarowe umożliwiają zgromadzenie szerokiego zakresu danych o zachowaniach konstrukcji pod wpływem zastosowanych obciążeń próbnych, a dostępne
systemy obliczeniowe umożliwiają wykonanie wiarygodnych analiz i ocen
konstrukcji budynków.
Za jakością i wysokim poziomem opracowań oferowanych przez zawodowych elektroników i informatyków nie nadążają rozwiązania inżynierów
budowlanych. Jak stwierdza Prof. Lewicki w cytowanej wcześniej monografii, dla obciążeń próbnych konstrukcji budynków brak jest podbudowy
teoretycznej, a dla kryteriów oceny nie ma naukowego uzasadnienia.
Stosowanie obciążeń próbnych konstrukcji budynków wymaga określenia nowych metod postępowania, uwzględniających nowe możliwości
techniczne i technologiczne oraz opracowania nowych kryteriów oceny
uwzględniających wymagania aktualnych przepisów i norm projektowych.
Obciążenia próbne mogą się stać efektywnym i skutecznym narzędziem dla oceny stanu technicznego konstrukcji budynków. Warto podejmować prace studialno-teoretyczne nad wykorzystywaniem obciążeń
próbnych w diagnostyce konstrukcji budynków oraz realizować obciążenia
próbne w praktyce, jako dodatkowy element w trakcie prac diagnostycznych konstrukcji budynków.
mgr inż. Jerzy Kowalewski,
Instytut Techniki Budowlanej
marzec 2010
Fot. arch. STATS http://www.stats.co.uk
Fot. 4. Obciążenia próbne z wykorzystaniem wody
zrealizowane przez brytyjską firmę STATS
Fot. arch autora
Fot. 3. Obciążenia próbne z wykorzystaniem wody
zrealizowane przez Instytut Techniki Budowlanej
Builder 75