Navrhování betonových konstrukcí 1
3 Materiály
a)vnitrní prostredí-RH=50%
..•.•
r-;~
2
.~
I\.
<,
<, <,
~
<, t-, I'\.
3
~
<,
5
r:::I--~
~
~
10
~
f\.
20
30
'11II •••
~
t.::::
r-::::
~
•....
C20/25
C25/30
C30/37
C35/4S
C40/5C
c4s75S
C50/6C
C60/7~
C70/8S C80/9~
C90/10S
-
\
50
\
100
7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0
(00. to)
100
1.0 o
rp
300
500
700
900
1100
1300
1500
ho(mm)
b)vnější prostredí-RH=80%
to
1
)--."
2
-c
<,i'ť
,--
1"--..."'
3
""
s
"
~
10
~
~
20
30
,,~
-=
-
I\.
50
C20/25
C25/30
C3~{37
C35 45 C40/50
i'l
CSO/50
C55/67 C60/75
C70/85
C80/9S
C90/105
<;
~
\
100
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
o
100
rp (00. to)
300
500
700
900
1100
1300
1500
ho(mm)
c)
Obr. 3.15 Stanovení součinitele dotvarování <p (00, to) pro beton v běžném prostředí
Pokud pevnost betonu stáří (to) v okamžiku jeho začátku zatěžování je O"c> 0,45!ck (to), je
třeba uvažovat nelineární dotvarování. Takovéto napětí může vzniknout např. u předpjatých
prvků v úrovni předpínaci výztuže. V těchto případech nelineární součinitel dotvarování Q:\.
(co, to ) se stanoví ze vztahu
Q:\.
(co, to)
kde
kcr
=
rp (co, to) . exp(I,5 (kcr - 0,45)),
je poměr napětí
O"c / !cm(tO)
(3.23)
.
Při stanovení hodnoty poměrného smrštění (6cs) se přihlíží jak k účinku vysýchání betonu
(6cd), tak k účinku autogenního (chemického) smršťování (6ca), tedy
78
Navrhováni betonových konstrukcí 1
3 Materiály
Ses= Sed+ Sea.
(3.24)
'r onečnou hodnotu poměrného smrštění vyvozeného
vysýcháním betonu Sed,CXl
lze stanovit ze
vztahu
(3.25)
kde
Sed,Oje jmenovitá hodnota poměrného smrštění vysýcháním betonu, závislá
na třídě beto nu a relativní vlhkosti obklopujícího prostředí; hodnoty jsou
udány v Tab. 3.2 (vztah ProSed,Olze nalézt v Příloze B normy EN 1991-1-1
[9]);
kh
součinitel závislý na jmenovitém rozměru ho; např. při ho = 0,1 m je ke= 1,0;
při ho = 0,2 m je kh= 0,85; při ho = 0,3 m je kh= 0,75, pro ho ~ 0,5 m je
kh = 0,70,
ho
jmenovitý rozměr (ho = 2 Ae I u), kde Ac je plocha příčného průřezu beto nu
a u je obvod průřezu, který je vystaven vysýcháni.
Tab. 3.2 Jmenovité hodnoty neomezeného poměrného smrštění Ccd,O (v 0/00) vysýcháním (střední
hodnota, variační součinitel cca 30 %) pro beton s cementem CEM třídy
Relativní vlhkost v %
lekllek,cube
fMPal
20/25
40/50
60/75
80/95
90/105
- odnotu poměrného smršťování
stanovit ze vztahu
20
40
60
80
90
100
0,62
0,48
0,38
0,30
0,27
0,58
0,46
0,36
0,28
0,49
0,38
0,30
0,24
0,25
0,21
0,30
0,24
0,19
0,15
0,13
0,17
0,13
0,10
0,08
0,07
O
O
O
O
O
Sed(l)
vyvozeného vysýcháním v časovém intervalu t. t; lze
t
stáří betonu v uvažovaném okamžiku,
ts
stáří beto nu na začátku vysýchání (obvykle konec ošetřováni betonu).
ho
jmenovitý rozměr příčného průřezu prvku (2Ae / u).
= odnotu autogenního smršťování betonu stáří t dnů lze stanovit ze vztahu
Sea(t) =
Pas
(t). Sea(00) ,
kde
Sea(00) = 2,5 (fck - 10). 10-6 ,
Pas (t)
= (1 - exp (-0,2 tO,s) .
- učinitel příčného
přetvoření
-:-0 beton bez trhlin a hodnotou
..,)0
betonu
(Poissonův součinitel) se uvažuje hodno o
° pro beton s trhlinami.
učinitel teplotní délkové roztažnosti
0.2
lze uvažovat hodnotou 10.10-6 K-I.
79
Navrhování betonových konstrukcí 1
3 Materiály
3.2
výztuž
3.2.1
výztuž betonových
konstrukcí
Pro vyztužování
železobetonových
betonových
konstrukcí
se pouzrva nejčastěji
betonářská výztuž. Obvykle jsou to ocelové výztužné pruty, dráty a svařované sítě.
V poslední době se používá pro vyztužování i nekovová výztuž.
U předpjatých
konstrukcí je hlavní předpínací výztuž. Pro tuto výztuž se používají
vysokopevnostní dráty, lana a tyče ze speciálních ocelí. Vysokopevnostní dráty lze použít
jako jednotlivé nebo svinuté do spletenců nebo jako lana. Předpínací výztuž bývá někdy
nazývána "tvrdou" výztuži. V předpjatých konstrukcích se používá i výztuž betonářská,
která zde bývá někdy nazývána "měkkou" výztuži.
U spřažených konstrukcí se používá v tažených oblastech tzv. tuhá výztuž (např. válcované
profily), v tlačených oblastech se využívá beton, spolupůsobení obou se musí zajistit tzv.
spřahovacími prvky (Obr. 3.16). Tuhá výztuž se používá někdy i v tlačených prvcích,
zejména jsou-li kladeny požadavky na jejich štíhlost a vysokou únosnost. V pozemních
stavbách se pro stropní konstrukce používají i tvarované plechy s výlisky (plechobetonové
stropy).
~A~~T
b)
c)
Obr. 3.16 Spřažené nosníky
3.2.2
Betonářská
výztuž
Betonářská
vložka je základním prvkem betonářské výztuže. Betonářská vložka je
prodávána pod obchodním názvem betonářská ocel. Je to výrobek z oceli kruhového nebo
téměř kruhového průřezu, vhodný pro výztuž do betonu. Betonářská vložka může být hladká
(bez upraveného povrchu), žebírková (minimálně s dvěma řadami příčných žebírek, která
jsou rozložena rovnoměrně po délce vložky) nebo kruhového průřezu s vtisky (s vtlačovaným
profi1em). Příklady úpravy povrchu vložek jsou uvedeny na Obr. 3.17. Základní rozměr
betonářské vložky je udáván jmenovitým průměrem, který se u žebírkové vložky stanoví
z rovnosti tíhy 1 m hladké a žebírkové vložky (Obr. 3.18). Jmenovitá plocha průřezu
u žebírkové vložky je plocha průřezu, která odpovídá příčnému průřezu hladké betonářské
vložky stejného jmenovitého průřezu. Pro nosnou betonářskou výztuž se doporučuje používat
vložky jmenovitého průměru alespoň 5,0 mm. Obvykle se vyrábějí vložky do jmenovitého
průměru 32 mm; pro vyztužování mostních a speciálních konstrukcí lze použít i vložky
větších jmenovitých průměrů.
Základní betonářské
vložky jsou: tyč, drát.
Tyč je výrobek dodávaný jako přímá (rovná) výztužná vložka. Tyč může mít povrch hladký
nebo se žebírky. Jmenovitý průměr tyče bývá zpravidla 8 mm a větší.
80
Navrhování betonových konstrukcí 1
3 Materiály
Drát je hladká nebo profilovaná (s žebírky nebo vtisky) výztužná vložka, dodávaná
ve svitcích; ze svitků je dále zpracována na výztuž. Jmenovitý průměr drátu bývá až 14 mm.
Válcovaný drát je výrobek válcovaný za tepla, navinutý do svitku. Jmenovitý průměr drátu
bývá obvykle 5 mm a větší. Válcovaný drát může být dále tvářen (např. za studena) a pak
použit jako výztuž do betonu, výrobu svařovaných sítí apod.
Tažený drát je výrobek zhotovený tvářením za studena, navinutý do svitků. Tváření
za studena se provádí tažením drátu válcovaného za tepla průvlakem nebo průchodem
pod tlakem hnaných válců s následným navinutím. Pro dosažení požadovaných vla o'
může být v průběhu výroby provedeno ještě tepelné zpracování.
b
tf)
-lo
o
~
~
~
~
~
~
~
~
~
~
~
~
a)
b
.,.
f"-
ln
<O
D
o,
c)
b)
d)
Obr. 3.17 Vložky žebírkové a s vtisky: a) žebírková B500A, b) žebírková B500B,
c) 10505 (ČSN 425538), d) vložka s vtisky
r
Dl
f
b
DETAIL A
h
íi
Obr. 3.18 Jmenovitý průměr (0)
3etonářská výztuž se vyrábí z betonářských
ocelí, které mají ve srovnání s be-o e
ohonásobně větší pevnost. Pevnost oceli v tahu i tlaku je stejná a bývá u betonářský h
li mezi 320 až 700 MPa. Závislost mezi napětím a přetvořením se vyjadřuje praco 'ním
. gramem, který lze zjistit při trhací zkoušce vzorku výztužného prutu. Z praco
o
-"agramu oceli (Obr. 3.19a) je zřejmé, že až po mez úměrnosti platí přibližne Hoo rů "
" 'on, tj. OS / es = Es. Po překročení této meze klesá poměr (J"s / es vzhledem k plasti :
crotaženlm stále rychleji. Na mezi kluzu při napětí OSy se prut začne plasticky protaho
.:. říčně zužovat, napětí zůstává zhruba stejné. Pokud je v pracovním diagramu tato ez
zřetelně vyznačena, nazýváme ji vyznačenou mezí kluzu. Při dalším zatěžování nastává
:. časné zpevnění oceli. Napětí vzrůstá, avšak při rychlejším růstu přetvoření, až do dosazení
eze pevnosti ft. Přetržení nastává tak, že na prutu se vytvoří zúžení (krček), ve kterém e
_ t přetrhne. Klesání křivky pracovního diagramu je způsobeno tím, že napětí ve vvzruži
_ cítáme při uvažování nezúženého průřezu.
81
Navrhování betonových konstrukcí 1
3 Materiály
O"c
ft
=
kfyk
fyk
ft = kfo.2k
fO•2k
Obr. 3.19 Pracovní diagramy betonářské oceli: a) za tepla válcovaná, b) za studena tvářená
Oceli s vyznačenou mezí kluzu se někdy tváří za studena (Obr. 3.19b). Při tomto tváření se
využívá poznatku, že prut, ve kterém bylo vyvozeno napětí O"sl > O"sy a pak byl odlehčen,
se chová při novém zatěžování jako prut lineárně pružný téměř až do napětí OSI. Toto lze
vysvětlit tím, že při uvedeném zatěžování se vyvodila plastická trvalá přetvoření odpovídající
dosaženému napětí O"sl, takže při novém zatěžováni do napětí O"sl se ocel chová pružně.
Tvářením za studena se zvyšuje mírně i pevnost, ale samozřejmě zmenšuje se tažnost. Oceli
tvářené za studena ztrácejí přirozenou mez kluzu a je třeba stanovit tzv. mez 0,2,
nazývanou smluvní (dohodnutou) mezí kluzu. Touto mezí rozumíme napětí, při kterém po
odlehčení je trvalé poměrné protažení 0,2 %. Tuto mez považujeme ve výpočtech za mez
kluzu. Pro použití ocelí jako výztuže do betonu je rozhodující právě mez kluzu. Pokud
bychom využívali při provozním zatížení oceli nad tuto mez, docházelo by k velkému
protažení vložek, a tím i k nadměrným trvalým přetvořením a velkému trvalému rozevření
trhlin; konstrukce by přestaly sloužit svému účelu. Mimoto při velkém protažení vložek
dochází i k jejich příčnému zužování, a tím k odtržení vložek od obklopujícího betonu, tedy
ke ztrátě soudržnosti vložek s betonem.
Způsob výroby tyčí a svitků volí výrobce. Jako příklad způsobu výroby je možno uvést:
- válcování za tepla bez další úpravy nebo válcování za tepla s okamžitým tepelným
zpracováním v trati (řízené ochlazování z doválcovací teploty),
- tažením za studena (kroucením nebo protahováním výrobku vyválcovaného nejprve
za tepla bez podstatné redukce plochy průřezu),
- válcováním nebo tažením drátu za studena s podstatnou redukcí plochy průřezu.
Svařované sítě se průmyslově vyrábí z betonářské výztuže. Jejich používání může výrazně
zmenšit staveništní pracnost, a tím i dobu výstavby. Svařovaná síť (nosná) je výztužný prvek
tvořený podélnými a příčnými, navzájem k sobě kolmými dráty nebo tyčemi, jež jsou
v místech křížení spojeny ve výrobně na automatických strojích elektricky odporovým
svařováním nosnými svary, jejichž nosnost je předepsána normou. Sítě jsou dodávány jako
rovinné, při menších průměrech drátů mohou být dodávány ve svitcích. V současné době jsou
nosné sítě vyráběny převážně ze žebírkových drátů. Konstrukce
sítě je dána údaji
o průměrech drátů a jejich geometrickém uspořádání. Svařovaná síť má jednotlivé nebo
dvojité podélné dráty (ležící ve směru průchodu sítě svařovacím automatem) a příčné dráty
(ležící kolmo k drátům podélným). Při výrobě sítí jsou příčné dráty vždy umístěny na drátech
podélných. Roztečí se rozumí osová vzdálenost rovnoběžných (podélných, popř. příčných)
výztužných drátů v síti. Pokud se jedná o dvojité dráty, měří se vzdálenost mezi společnými
82
Navrhování betonových konstrukcí 1
3 Materiály
hlavními osami. Přesah je vzdálenost konce drátu (podélného nebo příčného) od osy prvního
křížícího drátu v síti; u dvojitých drátů se přesah měří od společné hlavní osy. Rozměr sítě je
charakterizován délkou a šířkou. Délka sítě je rozměr delší strany sítě nezávisle na způsobu
výroby. Šířka sítě je rozměr kratší strany sítě nezávisle na směru výroby.
Sítě se vyrábějí z drátů jmenovitého průměru 4 až 12 mm při odstupňování po 0,5 mm;
pro nosnou výztuž se doporučuje používat dráty průměru alespoň 5 mm. V ČR je sortiment
drátů používaných k výrobě sítí užší, neboť zde nejsou zatím k dispozici svařovací automaty
pro dráty větších průměrů (zatím se vyrábějí sítě z drátů do průměru 9 mm, ze zdvojených
drátů do průměru 8 mm). Svarový spoj vložek musí u nosných svařovaných sítí přenést
ve střihu sílu rovnající se 0,3 síly, jež by v tlustší ze spojovaných vložek vyvodila napětí
rovné mezi kluzu vložky.
Do betonářské výztuže řadíme i příhradoviny (lattice girder) definované jako dvou nebo tří
rozměrné prvky tvořené horním pásem, jedním nebo dvěma pásy dolními a spojitými
diagonálami, které jsou přivařeny nebo mechanicky spojeny s pásy, např. filigránové nosníky
vyráběné jako výztuž spřažených betonových stropů.
Původně byla snaha vyrábět výztužné vložky s charakteristickými vlastnostmi a tvary
uvedenými v normě ENV 10080 [29a). Toto však při přepracovávání této normy na normu
EN 10080 [29b] narazilo na odpor výrobců výztuže, neboť by to znamenalo velké změny
ve výrobě a tedy i velké investiční náklady. Proto bylo dohodnuto, že jednotlivé státy budou
vyrábět výztuže při využití stávajících výrobních zařízení. Sjednocení se uvažuje
v budoucnosti při změnách výrobního zařízení. Proto j sou v EN 10080 [13b] uvedeny pouze
základní údaje bez číselných hodnot a doporučení, upřesnění se ponechává na dalších EN.
Proto jsou v dalším uvedeny oceli vyráběné podle stávajících platných ČSN s požadavky
na oceli uvedenými v EN 10080 [29b] a EN 1992-1-1 [9).
Značka betonářských ocelí vyráběných podle ČSN je tvořena pětimístnýrn číslem. První
dvojčíslí udává třídu oceli. U betonářských ocelí zařazených do třídy 10 udává druhé dvojčíslí
číselné značky cca 1110 hodnoty normové (charakteristické) meze kluzu v MPa, na pátém
místě je pak jedna z číslic 5 až 9, které označují další vlastnosti oceli. Stav materiálu, daný
použitou technologií, se označuje doplňkovou číslicí u označení jakosti (např. O - tepelně
nezpracovaný, 9 - řízeně ochlazovaný). U některých ocelí je způsob výroby důležitý, neboť
může mít vliv např. na svařitelnost vložky, její následnou tepelnou úpravu apod. Např. vložky
vyrobené z oceli 10505.9 (řízeně ochlazované) jsou deklarovány v ČSN 41 0505 jako vhodné
ke svařování, avšak u těchto svařovaných vložek je třeba počítat s menší únosností
než u svařovaných vložek vyrobených z oceli 10505.0 (tepelně nezpracované); rovněž vložky
z oceli 10 505.9 nesmí být dále tepelně upravovány (např. ohýbány za tepla apod.). Úchytná
oka sloužící pro dopravu prefabrikátů musí být navržena z oceli 11 373 válcované za tepla
(oceli tažené za studena jsou výslovně zakázány). Podle ČSN pro výrobu a dodávání
jednotlivých tříd betonářské oceli platí příslušné ČSN týkající se jakosti, rozměrů
a technických dodacích předpisů.
Značka betonářských ocelí vyráběných podle EN 10080 [29a] je tvořena prvním písmenem
udávajícím skupinu ocelí (betonářská ocel B), dále následuje číslo udávající charakteristickou
hodnotu meze kluzu v MPa a poslední písmeno udává třídu tažnosti (A - normální, B vysoká, C - velmi vysoká), např. B500A. Výrobky se třídí podle značky, třídy tažnosti,
jmenovitého průměru, charakteristiky povrchu a svařitelnosti. Norma EN 10080 [29b] uvádí
charakteristické vlastností ocelí pro výztuž do betonu (bez číselných údajů) a postupy pro
jejich ověřování.
Pro navrhování betonových konstrukcí podle EN 1992-1-1 [9] jsou u betonářské oceli
důležité následující charakteristické
vlastnosti: - mez kluzu (vyznačená nebo smluvní), 83
Navrhování betonových konstrukcí 1
3 Materiály
maximální skutečná mez kluzu, - tažnost, - ohýbatelnost, - charakteristika soudržnosti, průřezové rozměry a tolerance, - únavová pevnost, - svařitelnost. Použijeme-li při návrhu
konstrukce betonářskou výztuž vyrobenou podle jiných zahraničních norem, je nutné přihlížet
nejen k uvedené mezi kluzu, ale je nutno porovnat i všechny další její důležité
charakteristické vlastnosti.
Mez kluzu udávají dnes výrobci hodnotou R; Podle hutních norem se tato mez vztahuje
na hodnoty založené na dlouhodobé úrovni kvality výroby. Při navrhování betonových
konstrukcí používáme však charakteristickou mez kluzu fyk (podle dřívějšího označení
normovou mez kluzu Rsn) založenou pouze na výztuži použité v konstrukci. U meze kluzu je
charakteristická (normová) hodnota udána 5% kvantilem. Neexistuje přímý vztah mezi fyk
(resp. Rsn) a hodnotou R; Metody hodnocení a ověřování meze kluzu R; uvedené v hutních
normách poskytují však dostačující ověření i pro hodnotufydresp. Rsn). Maximální skutečná
mez kluzu fy,max nesmí pak přesáhnout hodnotu 1,3fyk .
Tažnost podle EN 1992-1-1 [9] je dána charakteristickými hodnotami &uk a (ft / !y)k . Hodnota
&uk udává poměrné celkové prodloužení při největším tahovém napětí dosaženém při trhací
zkoušce výztuže; hodnota (ft / fy)k udává poměr mezi pevností a mezí kluzu dosaženými
při trhací zkoušce. Charakteristické hodnoty zde představují 10% kvantil. Tažnost podle
norem ČSN je udána procentem, o které se zkušební tyč trvale protáhne na určité odměrné
délce kolem místa porušení při trhací zkoušce; při odměrné délce 10 průměrů výztužné
vložky označuje se tažnost A10 [%]. Sledování tažnosti je důležité zejména z hlediska
možných plastických deformací výztuže.
Ohýbatelnost je charakterizována chováním výrobku při zkoušce ohybem. Podle EN
1992-1-1 [9] se zkouška ohýbatelnosti provádí zpětným ohybem vložky podle trnu
předepsaného poloměru, přičemž při prvním a zpětném ohybu (provedeném po umělém
stárnutí vložky - ohřevem), nesmí vzniknout viditelné trhliny na povrchu vložky. Obdobná
zkouška ohybem je předepsána i podle ČSN, ale bez zpětného ohýbání. Ohýbatelnost je
důležitá z hlediska předepsaných minimálních hodnot vnitřních průměrů zakřivení betonářské
výztuže v normách pro navrhování betonových konstrukcí.
Soudržnost betonářské výztuže s betonem závisí především na geometrii povrchu vložky.
V zásadě mohou být betonářské
vložky s hladkým nebo žebírkovým povrchem. Vložky
s žebírkovým povrchem se vyrábějí zejména u výztuží s vyššími mezemi kluzu, neboť
takovéto vložky vykazují lepší soudržnost s betonem a tím umožňují vytvoření většího
množství trhlin menší šířky než vložky s hladkým povrchem při stejném namáhání výztuže.
U žebírkových vložek je podle EN 1992-1-1 [9] soudržnost závislá na vztažné ploše žebírek
f«, kterou lze stanovit z geometrie žebírek; podle ČSN je soudržnost udána součinitelem
žebírek. Požadované hodnoty vztažné plochy žebírek, resp. tvaru žebírek jsou uvedeny
v normách pro navrhování.
Tolerance bývají udávány v % mezní úchylky hmotnosti; jsou nutné z hlediska dodržení
požadované spolehlivosti navrhovaných betonových konstrukcí.
Svařitelnost podle ČSN může být zaručená, dobrá nebo obtížná (svařování se nedoporučuje).
Podle EN jsou oceli svařitelné nebo nesvařitelné. Podle druhu svarového spoje, jeho
namáhání (jednorázové, opakované) a druhu výztuže se pak uvažují součinitele svaru.
Svařování musí být prováděno podle EN ISO 17660 [13].
Vzhledem k tomu, že charakteristické vlastnosti výztuže se musí zavádět do výpočtu,
EN 1992-1-1 [9] uvádí tabulku rozmezí charakteristických hodnot, které musí výztuž
splňovat, aby ji bylo možno použít při navrhování podle této normy (Tab. 3.3). Z tabulky je
84
Navrhování betonových konstrukcí 1
3 Materiály
zřejmé, že při použití normy EN 1992-1-1 [9] se připouští pouze výztuž se žebírkovým
povrchem. Použijeme-li tedy při návrhu normu EN 1992-1-1 [9], je nutné u pouzi:
betonářské výztuže přihlížet nejen k mezi kluzu, ale porovnat i všechny její další důležité
charakteristické vlastnosti s požadavky uvedenými v Tab. 3.3. Pokud výztuž ne hovuje
uvedeným požadavkům, je třeba pro návrh použít individuální postupy.
é
Tab. 3.3 Požadované vlastnosti betonářské výztuže (označení viz Obr. 3.19)
. Výrobek
Třída tažnosti
Charakteristická
mez kluzu/yk,
popř.jl2k [MPa]
Minimální
hodnota k
=
(j;/ /y)k
Charakteristická
hodnota "uk [%]
Rozmezí únavového napětí (pro
N ~ 2. 106 cyklů s horní mezí fJf'kl)
Ohýbatelnost
Pevnost svaru ve střihu
Soudržnost:
Vložka 0 [mm]
minimálrú vztažná
5-6
plocha žebírekfRmin
6,5 - 12
>12
Max. odchylka
Vložka 0 nUTI
hmotnosti, jedno~8
tlivá vložka v %
>8
Tyče a vyrovnané
A
B
svitky
C
A
Svařované
B
Kmntil
sítě
-.0
400 až 600
~ 1,05
~ 1,08
~ 2,5
~ 5,0
~1,l5
< 1,35
~ 7,5
~ 1,05
~ 1,08
~ 1,15
<1,35
10
~ 2,5
~ 5,0
~ 7,5
10
~ 150 MPa
%
-
C
10
~ 100 MPa
zkouška ohybem"
-
-
0,3 A1)!vk
0,035
0,040
0,056
..
II1lllllllUlll
-,O
-.0
± 6,0
±4,5
1 Hodnota fJ - doporučená hodnota uvedená v EN 1992-1-1 [9] je fJ = 0,6.
:. A je průřezová plocha drátu.
3 Zkouška zpětným ohybem podle EN 10080 [29b], průměr tmu podle EN 1992-1-1 [9].
ČR se připouští použití výztuží s charakteristickou mezí kluzu 400 až 600 .MPa, hovujicí
alším vlastnostem požadovaným v Tab. 3.3, Betonářské výztuže vyráběné v ČR podle
CSN,vyhovující výše uvedeným požadavkům, jsou uvedeny v Tab. 3.3a.
Tab.3.3a
Přehled betonářských výztuží vyráběných v ČR vyhovujících požadavkům tabulky 3.~
Tažnost
výztuž
Označení
Jmenovitý
průměr
Povrch
/yk
[MPa]
ftk
[MPa]
10425
V
6,8 až 32
žebírkový
420
520
B
dobrá
10505.0
R
8 až 36
žebírkový
500
550
B
dobrá
10505.9
R
8 až 36
žebírkový
500
550
B
podmínečná
KARl drát
W
4,5,6,7,8,(10)
žebírkový
500
550
B
Sítě
SZ
4,5,6,7,8
žebírkový
500
550
B
Svařiteln
SI
Pokud se použije výztuž vyráběná v zahraničí (např. v Německu, Rakousku apod.) pak je
třeba ověřit zda podle Národní přílohy EN 1992-1-1 tohoto státu je možno použit tuto '·ztuz.
_-ávrhová pevnost výztuže v tahu i v tlakujyd
fyd =fyk lr«,
(3.31)
8
Navrhování betonových konstrukcí 1
3 Materiály
kde
J'S
je součinitel spolehlivosti výztuže,
/yk
charakteristická mez kluzu (vyznačená, nebo smluvní - mez 0,2).
Hodnoty součinitele spolehlivosti výztuže rs budou udány v příloze. Doporučené
v mezních stavech únosnosti podle EN 1992-1-1 [9] jsou: pro trvalou a dočasnou
situaci J'S = 1,15, pro mimořádnou návrhovou situaci rs = 1,0; při návrhu na účinky
EN 1992-1-2 [30]. Doporučená hodnota rs v mezních stavech použitelnosti
1992-1-1 [9] rs = 1,0. Menší hodnoty rs lze připustit pouze při splnění zvláštních
(kontrola tolerancí atd.).
hodnoty rs
návrhovou
požáru viz
podle EN
podmínek
Součinitel teplotní délkové roztažnosti výztuže lze předpokládat hodnotou 10.10-6 K-I.
Modul pružnosti betonářské výztuže Es se uvažuje 200 GPa.
Při běžném navrhování lze předpokládat pracovní diagram betonářské oceli (Obr. 3.20):
a) se stoupající větví s návrhovým mezním poměrným přetvořením
napětím k/yk/rS při poměrném přetvoření Cuk, kde k = (ft / /y)k,
cud
a maximálním
b) s vodorovnou větví bez omezení poměrného přetvoření,
kde
rs
cud
je součinitel spolehlivosti výztuže,
návrhové mezní poměrné přetvoření oceli; doporučená hodnota uvedená
v EN 1992-1-1 [9] cud = 0,9 Cuk.
O"S
kfyk
fyk
fyd=fyk/Ys
{yd/Es
Obr. 3.20 Pracovní diagram betonářské výztuže (pro tah i tlak): A - idealizovaný, B - návrhový
Betonářské výztuže mohou být opatřeny povlakem, popř. epoxidovým potahem. U těchto
povlakových výztuží se však snižuje soudržnost s betonem. Ukázalo se, že vložky opatřené
povlakem jsou velmi citlivé na porušení tohoto povlaku, zejména při zpracování výztuže
na stavbě; již velmi malé narušení povlaku může vyvolat důlkovou korozi.
Byly činěny pokusy vyrábět i betonářské vložky z korozivzdorné oceli, zde je však otázka
ceny.
Nekovová výztuž bývá označována jako FRP (fibre reinforced plastics) - polymery
vyztužené vlákny. Vlákna jsou z materiálů s vysokou pevností spojená pomocí pryskyřic.
Nejvhodnější jsou vlákna skleněná, aramidová nebo karbonová (CFRP).Vyrobená výztuž má
obvykle hladký povrch a nemá dostatečnou soudržnost s betonem. Nekovovou výztuž lze
použít jako výztuž betonářskou, předpínací, rozptýlenou. Pro zesilování betonových
konstrukcí se vyrábí tato výztuž ve formě pásků i tkanin (plošná výztuž). Pro betonářskou
nekovovou výztuž se ukázal nejvhodnější kompozit se skleněnými vlákny, s možností
86
Navrhování betonových konstrukcí 1
3 Materiály
vytvoření povrchových
(výztuž COMBAR).
3.2.3
Předpínací
žebírek - obdobných jako u ocelové prutové betonářské výztuže
výztuž
Předpínací drát (za studena tažený) je základním výrobkem předpínací výztuže. Předpínací
drát se vyrábí z válcovaného drátu tažením za studena za vhodných metalurgických podmínek
pro tažení. Povrch drátu je obvykle pokryt zbytkem maziva používaného při tažení.
V závěrečné fázi výroby drát bývá podroben ještě termomechanickému zpracování. Povrch
drátu je hladký nebo upravený (s vtisky). Drát je navíjen na cívky velkých průměrů.
V ČR bývá tento drát označován jako patentovaný, je vyráběn s hladkým povrchem.
V závislosti na způsobu výroby může být tento drát nepopouštěný nebo popouštěný
(v závěrečné fázi výroby se drát ohřeje na teplotu cca 400°C a následně ochladí ve vodě; tím
se zvýší mez kluzu až na 85 až 90 % jeho pevnosti a vzroste i hodnota jeho tažnosti).
Patentované dráty se vyrábějí též jako stabilizované s vyšší či nižší hladinou pevnosti
(v závěrečné fázi výroby se napnou až na 1 % protažení při teplotě 400°C; stabilizací se
získají nejen upravené mechanické vlastnosti drátu, ale hlavně se sníží jeho relaxační ztráty).
Předpínací dráty se vyrábějí obvykle v průměrech 2 až 7 mm a v závislosti na průměru
a způsobu výroby o pevnosti 1400 až 1800 MPa.
Lana sestávají z jistého počtu za studena tažených drátů svinutých dohromady ve stejném
měru a se stejnou roztečí. Rozteč se volí s přihlédnutím k rozměru a typu lana. Lano se
obvykle podrobuje následnému termomechanickému zpracování a v konečné fázi je navíjeno
a cívky. Lano může být vytvořeno ze tří drátů svinutých dohromady kolem teoretické
společné osy; častěji však bývá lano vytvořeno ze sedmi drátů, přičemž jádro tvoří přímý drát
kolem kterého je svinuto šest drátů v jedné vrstvě. Lano se obvykle popisuje průměrem
kružnice opsané příčnému průřezu lana a pevností použitého drátu. Plocha průřezu lana je
dána součtem průřezových ploch jednotlivých drátů. Lana se používají pro predem
. odatečně předpjaté konstrukce a prvky. Lana mohou tvořit i vnitřní nesoudržnou predpínací
.ýztuž (lana v obalech jsou zabetonována do konstrukce; lana jsou připojena ke konstruk i
uze v místech kotvení, dodatečné napínání lan), popř. i vnější předpínací výztuž: lana
hráněná proti korozi umístěná vně betonového průřezu; připojená ke konstrukci pouze
.otvami a deviátory, dodatečné napínání lan). Vnitřní nesoudržná lana jsou obvykle ulozena
. obalech z vysokohustotního polyethylénu spolu s mazivem.
Předpínací tyče jsou válcovány za tepla ze speciálních ocelí s vysokou mezí kluzu. Tyče se
.Tábějí s hladkým nebo žebírkovým povrchem. Předpínací tyče se vyrábějí obvykle
- růměrech 20 až 40 mm. Používají se pro dodatečné předpínání, a to jako předpínací v '·ztuž
s držná s betonem i nesoudržná (vnitřní a vnější).
Značka předpínací oceli se podle prEN 10138 [30] udává písmenem udávajícím skupínu
_celi (předpínací výztuž Y) a pak následuje číslo udávající minimální pevnost oceli v tahu
_ !Pa.
-ýrobky (předpínací drát, pramence, předpínací tyče) se třídí podle této prE
s přihléd-
nim k:
- pevnosti, která je vyjádřena charakteristickou hodnotu zkušebního napětí 0,1 (fpO.lk
napětí při trvalém protažení 0,1 %);
- charakteristické hodnotě poměru (fpk/ .hO,lk) pevnosti v tahu a zkušebního napětí O 1
a charakteristické hodnotě poměrného protažení při maximálním zatížení (Buk);
8
Navrhování betonových konstrukcí 1
3 Materiály
- třídě relaxačního chování (třída 1: dráty a lana běžné, třída 2: dráty a lana s nízkou
relaxací, třída 3: tyče);
rozměru;
- charakteristice povrchu. Pracovní diagram typické předpínací oceli je uveden na Obr.
3.21.
Materiálové hodnoty pro předpínací výztuž jsou uvedeny v prEN 10138 [30]. Tato norma
uvádí charakteristické, minimální a maximální hodnoty založené na sledování dlouhodobé
úrovně kvality výroby. Při navrhování
betonových
konstrukcí
používáme
však
charakteristickou zkušební mez.ho,lk a charakteristickou tahovou pevnost řj, založenou pouze
na výztuži použité v konstrukci. Neexistuje přímý vztah mezi soubory těchto dvou hodnot.
Charakteristické hodnoty 0,1 % zkušební síly FpO,lk dělené průřezovou plochou, udané
v prEN 10138 [30] jako S«, spolu s metodami zkoušení a ověřování, poskytují dostačující
ověření i pro hodnotu .ho, 1 k. Vlastnosti ocelí, které nevyhovují prEN 10138 [30], musí být
uvedeny v Evropských technických osvědčeních. Předpínací ocel se nesmí svařovat, pouze
lana mohou obsahovat vystřídané svary drátů, které však musí být provedeny před tažením
za studena.
fpk
- - - - - ----:,.-:;..;;..- --......,
fpO,lk
0,1
"!
&._uk
---,l
Obr. 3.21 Pracovní diagram pro předpínací oceli (hodnoty pro tahové napětí a přetvoření)
Pro běžné navrhování průřezů
znázorněný na Obr. 3.22:
lze předpokládat
pracovní
diagram
předpínací
oceli
a) se stoupající větví s návrhovým mezním poměrným přetvořením &ud;může být založen
na skutečném pracovním diagramu (pokud je tento znám) s napětím nad mezí pružnosti
redukovaným podle Obr. 3.22;
b) nebo s vodorovnou
kde
rs
větví bez omezení poměrného přetvoření,
je součinitel spolehlivosti výztuže,
&ud návrhové mezní poměrné přetvoření oceli uvedené v národní příloze;
doporučená hodnota podle EN 1992-1-1 [9] &ud= 0,9 &uk;pokud nejsou
známy přesnější hodnoty, lze uvažovat &ud= 0,02 a.ho,lk/.hk = 0,9.
Součinitel teplotní délkové roztažnosti
Modul pružnosti předpínací
88
výztuže se předpokládá hodnotou 10.10-6 K-I.
výztuže Ep pro dráty a tyče je 205 GPa, pro lana 195 GPa.
Navrhování
betonových
konstrukcí
1
3 Materiály
Součinitel
spolehlivosti
a dočasnou návrhovou
předpínací
situaci
výztuže
rs =
]'s
se uvažuje
1,15, pro mimořádnou
podle EN 1992-1-1
návrhovou
situaci
[9] pro trvalou
rs = 1,0.
O"p
fpk
fpO,lk
f pd = f pO,l
k /
Ys
fpd/Ep
Obr. 3.22 Pracovní diagram předpínací oceli v tahu: A - idealizovaný, B - návrhový
3.3
Podstata železového betou u
3.3.1
Definice
Prostý a slabě vyztužený
beton lze úspěšně používat na konstrukce,
v nichž pře ládají
tlaková napětí, neboť pevnost betonu v tahu je malá. Malá místní tahová napětí můzeme
zachytit lokální výztuží.
Železový beton je stavivo, které vzniká dokonalým a trvalým spojením betonu a ocelových
. etonářských vložek. Při tvrdnutí betonu se vložky spojí s betonem a působí s ním static cy
společně. Je nutno si uvědomit, že u železobetonu beton v tahu nepůsobí, tahové síl prenásí
:ahová výztuž. Tahové síly musíme však přenést v méně namáhaných oblastech do betonu,
i musíme výztuž zakotvit. Z definice železového betonu lze odvodit konstrukční zásadv
rterých je třeba dbát při vyztužování
prvků a konstrukcí v závislosti na způsobu jeji h
máhání (např. Obr. 3.23). Podle toho, jaké vnitřní síly tahové vložky přenášejí, rozli je e
, 'ztuž tahová a tlaková.
TAH
~H
H+ H ~
TAH
~~t~~~t~+~i~*~LtT=~~y~<~4~tL+Lt
TAH
TAH
Obr. 3.23 Umístění tahové výztuže v konstrukčních prvcích namáhaných ohybem
Tahová
výztuž
se vkládá do tažených
částí konstrukce.
Tahová výztuž se
construkcích
namáhaných
ohybem (desky, trámy, průvlaky apod.), prostým a
szředným tahem (táhla, stěny nádrží apod.) a tlakem s velkou výstředností
( 10
- ovém způsobu porušení).
- -á
n
ková výztuž se vkládá do tlačených konstrukcí proto, aby pomáhala tlačenému l o
_řenést tlakové vnitřní síly, a tím tlačený beton zesilovala. Tlakové výztuže se
UŽÍ -á
~evážně
v konstrukcích
namáhaných
dostředným
tlakem, resp. mimostřednv rn .:: alou výstředností
(sloupy,
pilíře, klenby apod.). V zásadě tlakovou výztuž
9
Navrhování betonových konstrukcí 1
3 Materiály
navrhovat pokud možno malou a v tlaku využívat především beton. Někdy však se snažíme
dodržet průřezové rozměry prvků stejné (např. ve vícepodlažních budovách, při použití
typového bednění apod.) nebo z dispozičních důvodů jsme nuceni dodržet jisté malé rozměry
prvků (malá konstrukční výška apod.), pak tlaková výztuž má své opodstatnění.
3.3.2
Podmínky spolupůsobení betonu a výztuže
Podmínky spolupůsobení betonu a výztuže jsou: soudržnost betonu s výztužnými vložkami,
stejná teplotní roztažnost betonu a oceli, ochrana výztuže před korozí.
Dokonalé a trvalé spojení vložek s obklopujícím betonem je základní podmínkou statického
spolupůsobení obou materiálů. Dokonalost spojení betonu a výztuže je dána soudržností obou
látek, jeho trvanlivost je podmiňována stejnou teplotní roztažností betonu a oceli a dokonalou
ochranou ocelových vložek před korozí.
Soudržnost betonu a výztužných vložek brání při přetváření konstrukce volnému posouvání
vložek v betonu a nutí vložky, aby se přetvářely stejně jako obklopující beton. Soudržnost
vzniká tím, že hydratující cement proniká do všech nerovností povrchu vložek. Účinnost
tohoto spojení zvyšuje do určité míry i sevření vložek, které nastává v důsledku smršťování
betonu. Soudržnost vložek s betonem se zvětší, pokud obklopující beton svírá vložky (působí
v něm tlak kolmo k vložkám); soudržnost lze uměle zvýšit i ryze mechanickými prostředky
(tvarováním povrchu vložek, koncovými úpravami vložek), jak je uvedeno v kap. 10.
Jak bylo uvedeno, tahové síly působící ve výztužných vložkách musí být přeneseny do betonu
v méně namáhaných oblastech, tedy betonářské
vložky musí být zakotveny. Kotvení
betonářské vložky lze zjednodušeně vysvětlit na příkladu výztužného prutu zabetonovaného
do kvádru (Obr. 3.24a). Aby zakotvení prutu do betonu bylo účinné, je třeba stanovit
kotevní délku lb, při které spíše dojde k přetržení prutu vně betonu než k jeho vytažení
z betonu. Tangenciální napětí, které vzniká na povrchu prutu při jeho zatížení silou F, se
rozděluje po délce zabetonované nerovnoměrně; ve výpočtech však pro zjednodušení
uvažujeme průměrnou hodnotu napětí
F
(3.32)
'b=- ,
ulb
kde
F
je síla v prutu,
u
obvod prutu,
lb
délka zabetonování prutu.
Předpokládáme-li, že ve výztužném prutu je dosaženo při jeho přetržení návrhového napětí
v tahu /yd a známe-li hodnotu návrhového napětí v soudržnosti fbd, můžeme pro přímý
výztužný prut jmenovitého průměru 0 stanovit ze vztahu (3.32) kotevní délku
lb
= r/J
fYd .
(3.33)
4 hd
Je nutno si uvědomit, že uvedený příklad přesně nevystihuje skutečné poměry, např. u tahové
výztuže v konstrukci namáhané ohybem. V uvedeném příkladu je beton kvádru namáhán
tlakem, proto odpor proti vytržení prutu je zde větší než bude v ohýbané konstrukci.
Dále je nutno si uvědomit, že při koncových úpravách vznikají přídatná soustředěná tlaková
namáhání betonu, která mohou mohou vést k otlačení betonu, popř. i k odštěpení betonové
90
Navrhování betonových konstrukcí 1
3 Materiál
krycí vrstvy. Z těchto důvodů musí být dodrženy předepsané konstrukční úpravy (poloměry
zakřivení háků, průměry příčných přivařených prutů, předepsané tloušťky krycích vrstev
betonu).
a)
í
í
b)
F
'~
síly působící
no beton
Obr. 3.24 Kotvení výztuže v betonu
betonu je důležité, aby obsahoval dostatečné množství cementu, neboť hydratující cement
řirůstá k povrchu vložek. Dále rozhoduje způsob zpracování betonu. Beton musí být dobře
zhutněn tak, aby přiléhal k výztuži. Jednotlivé vložky musí být ze všech stran obalen
etonem, musí být dodržena tloušťka betonové krycí vrstvy. Na jakost soudržnosti má šak
.liv i umístění vložek v konstrukci. Vložky uložené při betonování konstrukčních prvků
ve vodorovné poloze při dolním povrchu vykazují větší soudržnost s betonem než ložky
uložené při horním povrchu, neboť betonová směs sedá a v důsledku tohoto se odděluje
d vložek umístěných při horním povrchu vyšších prvků. Zvláště výrazně se to projevuje
_ betonových směsí s velkým obsahem vody.
b)
a)
výsledné síly
působící no beton
plocho prokluzu
vnitrní trhliny
Obr 3.25 Deformace v okolí žebírkového prutu: a) při porušení odštěpením betonu
b) při porušení soudržnosti
ocelí je rozhodující povrch vložek, který musí být drsný a čistý. Vložky nesmí být
ečištěny např. vápnem, dehtem, mazadly, hlínou apod. Malé povrchové zrezavění nevadí
- piny rzi se nesmí s povrchu olupovat) a spíše přispívá k soudržnosti, neboť zdrsňuje
_ vrch. Při kotvení vložek s žebírkovým povrchem dochází k tomu, že při kotvení žebírka
_'vczuji tlakové síly na beton, které pak vyvolávají příčná tahová napětí (Obr. 3.25). Ted
orně porušení v důsledku ztráty soudržnosti může dojít k odštěpení betonové krycí vr
: kud tato vrstva nemá dostatečnou tloušťku.
Stejná teplotní roztažnost
betonu a oceli
nerozlučné spojení betonu a výztuže je důležitá okolnost, že se obě látky, beton i ocel
- . lem roztahují přibližně stejně. Kdyby teplotní roztaživost betonu a oceli nebyla stejná,
- - by se při kolísání teploty snažily obě látky roztahovat jinak. To by pak vyvolá alo
povrchu vložek napětí, jimiž by se snižovala soudržnost s betonem.
91
Navrhování betonových konstrukcí 1
3 Materiály
Ochrana oceli před korozí
Beton chrání vloženou výztuž před korozí. Pro spolehlivost této ochrany je důležité, aby
beton krycí vrstvy byl kvalitní, měl malou pórovitost, malou propustnost a malou difúzní
schopnost; beton tedy musí být dostatečně hutný. Dalším požadavkem je dostatečná tloušťka
betonové krycí vrstvy, neboť tuto tloušťku musí překonat agresivní činitele než se dostanou
k výztuži (Obr. 3.26). Na povrchu vložek by se měl vytvořit ochranný cementový povlak.
Aby povlak mohl vzniknout, musí beton obsahovat dosti cementu a betonová směs musí být
dostatečně tvárná. Proto se pro železový beton nehodí "hubené" betony s malým obsahem
cementu, betony s velkým vodním součinitelem a betony, které mají malou hutnost apod.
Korbonotoce
C02
Chloridy
Penetroce
Koroze
CI-
Další
02
H20
---L.---
---.
Obr. 3.26 Tloušťka betonové krycí vrstvy - agresivní činitele
3.4
Trvanlivost a krytí výztuže
3.4.1
Všeobecně
Trvanlivá konstrukce musí splňovat požadavky z hlediska použitelnosti, pevnosti a stability
po dobu její návrhové životnosti (viz Tab. 2.1a), a to bez významné ztráty funkčnosti nebo
nadměrné nepředpokládané údržby. Požadovaná ochrana konstrukce musí být určena
při uvažování jejího zamýšleného používání, provozní životnosti, plánované údržby
a zatížení, hutnosti, kvalitě a tloušťce krycí vrstvy betonu, šířky trhlin atd.
Z hlediska trvanlivosti konstrukce musí být vždy stanovena jistá přijatelná mez porušení.
Vlastní porušování má dvě období (Obr. 3.27):
- počáteční, kdy je překonávána ochranná bariéra korozivními činiteli (karbonatace,
penetrace chloridů, ukládání sulfátů apod.), v tomto období dochází k depasivaci krycí
vrstvy (Obr. 3.26);
- propagační, kdy dochází k rozrušování výztuže, je to proces zrychlující se v čase.
Z hlediska ochrany výztuže se často uvažuje pouze počáteční období (vzhledem k nejistotě
rychlosti postupu propagačního období).
92
Navrhování betonových konstrukcí 1
3 Materiály
Počáteční
období
O~~~==~--------~~
I
stál'í
Technick6
(log t)
životnost
\-
C
V
N
o
.x:
>CI)
o
a.
Obr. 3.27 Fáze porušování
Z hlediska zajištění trvanlivosti konstrukce je velmi významná hutnost a kvalita krycí vrstvy
které jsou závislé na maximální hodnotě vodního součinitele a minimálním množství cementu
(viz EN 206-1 [11]), lze je však též vztáhnout k minimální požadované třídě betonu.
3.4.2
Podmínky prostředí
Jak bylo uvedeno, betonová krycí vrstva je bariérou korozivních činitelů, proto její tloušťka
závisí na agresivitě prostředí obklopujícího konstrukci. Prostředí, ve kterém se konstrukce
nachází, jsou klasifikována stupni vlivu prostředí, jak je uvedeno v Tab. 3.4.
Tab. 3.4 Stupně vlivu prostředí
Označení
prostředí
vztahující
Popis prostředí
1 Bez rizika poškození
Beton bez výztuže nebo
s výztuží v suchém
XO
prostředí
2 Koroze způsobená karbonatací
XCI
Suché, stále mokré
XC2
Mokré, občas
Suché
XC3
Středně vlhké
XC4
Střídavě mokré a suché
''; Koroze způsobená
se k podmínkám
Informativní
prostředí
příklady
podle EN 206-1 [11]
prostředí
Beton uvnitř budov s rúzkou vlhkostí
vzduchu
Beton uvnitř budov s rúzkou vlhkostí
vzduchu, beton trvale ponořený ve vodě
Povrchy betonů vystavené dlouhodobému
působení vody; většina základů
Beton uvnitř budov se středrú nebo velkou
vlhkostí vzduchu;venkovní beton chráněný
proti dešti
Povrchy betonů ve styku s vodou, ne však ve
stupni vlivu prostředí XC2
Min. třída betonu
min. w/c a min.
množství cementu
kg/ml 2)
C12/l-
C20/25; 0,6-.
60
C25/30; 0,60.
O
C30/37; O,- -. 80
C30/37; O -O. 300
chloridy
X01
Středně vlhké
XD2
Mokré, zřídka suché
XD3
Střídavě mokré a suché
Povrchy betonů vystavené chloridům
rozptýleným ve vzduchu
Plavecké bazény; betonové součásti
vystavené působení průmyslových vod
obsahujících chloridy
Cásti mostů vystavené postřiku obsahujícímu
chloridy; vozovky; desky parkovišť
C30/37; O ss. 00
C30/37; O,ss. 00
C35/45; 0.4-.
O
9"
Navrhování betonových konstrukcí 1
3 Materiály
4 Koroze způsobená chloridy z mořské vody
Vystavené slanému
Stavby na mořském pobřeží nebo v jeho
vzduchu, ale ne ve styku
XSl
blízkosti
s mořskou vodou
Trvale ponořené
Cásti staveb na moři
XS2
Smáčené a ostřikované
XS3
Části staveb na moři
přílivem
5 Poškození betonu - střídavé působení mrazu a rozmrzávání
Mírně nasycen vodou,
Svislé betonové povrchy vystavené dešti
bez rozmrazovacích
XFl
a mrazu
prostředků
Svislé betonové povrchy konstrukcí
Mírně nasycen vodou,
pozemních komunikací vystavené mrazu
s rozmrazovacírrů
XF2
a rozmrazovacím prostředkům rozptýleným
prostředky
ve vzduchu
Značně nasycen vodou,
Vodorovné betonové povrchy vystavené dešti
bez rozmrazovacích
XF3
a mrazu
prostředků
Vozovky a mostovky vystavené
rozmrazovacím prostředkům; betonové
Značně nasycen vodou,
s rozmrazovacírrů
XF4
povrchy vystavené přímému ostřiku rozprostředky
mrazovacírrů prostředky a mrazu; omývaná
část staveb na moři vystavená mrazu
6 Poškození betonu - chemické napadení
Slabě agresivní
Přírodní zemina a spodní voda
XAl
Prostředí"
Středně agresivní
Přírodní zemina a spodní voda
XA2
pro střede)
Vysoce agresivní
Přírodní zemina a spodní voda
XA3
pro střede)
C30/37; 0,50, 300
C35/45; 0,45, 320
C35/45; 0,45, 320
C30/37; 0,55, 3003)
C25/30; 0,55, 3003),4)
C30/37; 0,50, 3203),4)
C30/37; 0,50, 3403),4
C30/37; 0,55, 300
C30/37; 0,50, 3205)
C35/45; 0,45, 3605)
I)
Podle EN 206-1 Tab. F.l
Podle EN 206-1 Tab. 2
3) Kamenivo s dostatečnou mrazuvzdorností
4) Minimální obsah vzduchu 4,
5) Síranovzdomý cement
2)
°
(EN 12620)
Kromě podmínek uvedených v Tab. 3.4, je třeba při hodnocení konstrukce uvážit agresivní
nebo nepřímé zatížení zahrnující:
chemické napadení, vznikající např.:
využitím budov nebo konstrukcí (pro skladování tekutin apod.),
roztoky kyselin nebo síranových solí (EN 206-1),
- chloridy obsaženými v betonu (EN 206-1),
reakcí alkalického kameniva (EN 206-1),
fyzikální napadení, vznikající např.:
- teplotními změnami,
- obrusem,
- penetrací vody (EN 206-1).
Příklad přiřazení stupňů vlivu prostředí jednotlivým betonovým prvkům v obytné budově je
uveden na Obr. 3.28.
94
Navrhování betonových konstrukcí 1
3 Materiály
pr;stre~ek pro outo Hlr----~
(XC3).XC4.xn
Podpěro
(XC3).XC4.XF1
r-~mm
Z6klod.
beton vzytu!ený
(XC1 )XC2
Podkladní deska
(XC1) XC2.
zoloZen í v nezOmrzé
hloubce
Obr. 3.28 Stupně vlivu prostředí v obytné budově - podle [21]
3.4.3
Zajištění trvanlivosti
materiálů
a životnosti konstrukcí
Přístup k zajištění spolehlivosti:
Deterministický - používán v současné době; je upřesňován na základě charakteristik
. rostředí, poznatků o transportu korozívních činitelů a modelů porušování materiálů.
Pravděpodobnostní
- přihlížející k požadované životnosti; bude používán v budoucnosti po
získání dostatečného množství vstupních údajů; zatím je používán jen pro upřesňo ání
ěkterých údajů při deterministickém přístupu, neboť je třeba znát:
- statistické rozdělení vlastností materiálu, včetně vlivu složení betonu,
- statistické rozdělení vlivů prostředí i v závislosti na geografické poloze atd.
Požadavky na trvanlivost
a životnost musí být zahrnuty při uvažovánÍ:
roncepce konstrukce, výběru materiálů, konstrukčních detailů, provádění, kontroly kvali '
rohlídek a plánované údržby, kontrole a speciálních opatřeních (použití nerezavějící oceli
. ovlaků výztuže, katodické ochrany apod.).
Pro zajištění trvanlivosti a životnosti - specifické požadavky:
druh a množství cementu,
maximální hodnota vodního součinitele,
- maximální obsah vzduchu,
minimální tloušťka betonu krycí vrstvy výztuže,
- kontrola trhlin v mladém betonu,
omezení šířky trhlin atd.
3.4.4
Betonová krycí vrstva
Betonová krycí vrstva nosné výztuže je vzdálenost mezi povrchem výztuže přimykajícím se
povrchu betonu (včetně třmínků a spon) a nejbližším povrchem betonu.
Jmenovitá hodnota tloušťky betonové krycí vrstvy Cnom se stanoví jako součet minimální
odnoty krytí Cmin (stanoveného s přihlédnutím k soudržnosti, ke stupni vlivu prostředí
95
Navrhování betonových konstrukcí 1
3 Materiály
a požadované
~Cdev,
tedy
Cnom
=
požární ochraně) a návrhového
Cmin
+ ~Cdev
zvětšení s přihlédnutím
k možné toleranci
(3.34)
.
Hodnota Cmin musí zajišťovat bezpečné přenesení sil z výztuže do betonu soudržností,
ochranu výztuže proti korozi s přihlédnutím ke stupni vlivu prostředí (trvanlivost) a požadovanou požární odolnost (EN 1992-1-2 [10]). Hodnota Cmin se stanoví jako největší z hodnot
vyhovujících požadavkům soudržnosti a podmínkám prostředí
Cmin
kde
max
=
(Cmin,b
; Cmin,dur
+ ~Cdur;y
-
~Cdur,st
-
~Cdur,add
;
(3.35)
10 mm) ,
je minimální krycí vrstva s přihlédnutím k požadavku soudržnosti,
Cmin,b
Cmin,dur
minimální krycí vrstva s přihlédnutím k podmínkám prostředí,
~Cdur,y
přídavná hodnota z hlediska spolehlivosti,
redukce minimální krycí vrstvy při použití nerezové oceli,
~Cdur,st
redukce minimální
(např. povlak výztuže).
~Cdur,add
krycí
vrstvy
při
použití
dodatečné
ochrany
Návrhová hodnota C tloušťky betonové krycí vrstvy třmínků se volí C ~ Cnom,t (viz Obr.
3.29). Tato hodnota se uvádí ve výkresové dokumentaci. Betonová krycí vrstva podélné
výztuže se volí jako větší z hodnot (c + 11t); Cnom,!
~
I
~t (trmínek)
~I (podélný prut)
Obr. 3.29 Tloušťka betonové krycí vrstvy
Poznámka: Z hlediska požární odolnosti musí být splněna podmínka a ~
(viz EN
amin
1992-1-2).
Minimální hodnota
pro:
betonářskou výztuž
Cmin,b
krycí vrstvy s přihlédnutím k požadavku soudržnosti se uvažuje
Cmin,b :
Cmin,b ~
1; nebo
Cmin,b ~
(1; + 5 mm) nebo
kde
1;
t/Jn
dg
(3.36a)
t/Jn ,
(t/Jn
+ 5 mm) při dg> 32 mm,
(3.36b)
je průměr výztužného prutu,
je náhradní průměr skupinové vložky,
největší jmenovitý rozměr zrna kameniva;
dodatečně předpínanou soudržnou výztuž v hadicích
Cmin,b
:
- při kruhové hadici její průměr (max. 80 mm),
- při obdélníkové hadici menší rozměr, nebo 0,5 většího rozměru (max. 80 mm);
předem předpínanou výztuž
96
Cmin,b :
2 násobek průměru drátů lana, 3 násobný průměr drátu.
Navrhování betonových konstrukcí 1
3 Materiály
Tab. 3.5 Doporučená
úprava klasifikace
Kriterium
Zivotnost 100 let
Pevnostní třída betonu
podle EN 1992-1-1
[9]
Třída konstrukce
Stupeň prostředí podle Tab. 3.4
XCI I XC2/XC3 I XC4 I XDI I XD2/XSI
Zvětšení o 2 třídy
I
XO
konstrukcí
I C4~/50 I C4~/50 I
1),2)
C3~/371 C3~/371
C3~/45
Deskové konstrukce
Zvláštní kontrola kvality
I XD3/XS2/XS3
I
C4~/50
~
C45/55
zmenšení o 1 třídu
zmenšení o 1 třídu
Pevnostní třída a wlc jsou považovány za související hodnoty, vztah je předmětem národní normy. Lze
uvažovat i specifické složení betonu (druh cementu, wlc, jemné plnivo) pro zmenšení propustnosti.
2) Uvedenou pevnostní třídu betonu lze snížit o 1 třídu, pokud je obsah vzduchových pórů větší než 4 %.
I)
Tab. 3.4a
lndikativní
pevnostní
třídy (ČSN EN 1992-1-1 Tabulka
Stupně vlivu prostředí
E.l CZ)
podle Tab. 3.4
Koroze
koroze vyvolaná karbonatací
Indikativní pevnostní třída
koroze vyvolaná chloridy
XCI
XC2
XC3
XC4
XDI
XD2
XD3
C16/20
C20/25
C25/30
C30/37
C30/37
C30/37
C3S/45
Poškození betonu
bez rizika
Indikativní pevnostní třída
I)
střídavé působení mrazu a rozmrzá vání
chemické napadení
XO
XFI
XF2
XF3
XF4
XAI
XA2
XA3
C12115
C25/30
C25/301)
C25/301)
C30/3i)
C25/30
C30/37
C35/45
Beton musí být provzdušněn (provzdušnění
min. 4 %), lze použít též neprovzdušněný
beton o 1 třídu vyšší
Doporučené úpravy třídy konstrukce JSOU pak uvedeny v Tab. 3.5a. Pro hodnoty krytí
plati doporučené hodnoty uvedené v Tab. 3.6 a 3.7.
Tab.3.5a
Doporučená
úprava klasifikace
konstrukcí
Cmin.dur
(ČSN EN 1992-1-1, Tab. 4.3CZ)
Třída konstrukce
,
Stupeň vlivu prostředí
podle Tab. 3.4
Kritérium
XO
, ová životnost 80 let
ová životnost
stní třída
100 let
XC2
XC3
XC4
XDl
I
XD
y.
zvětšit
třídu 01
zvětšit
třídu o 1
zvětšit
třídu o 1
zvětšit
třídu o 1
zvětšit
třídu o 1
zvětšit
třídu o 1
třídu 01
zvětšit
třídu o 2
zvětšit
třídu 02
zvětšit
třídu o 2
zvětšit
třídu 02
zvětšit
třídu o 2
zvětšit
třídu o 2
třídu o _
;:: C20/25
;::C25/30
;::C30/37
;::C35/45
~ C40/50
;::C40/50
;::C
Zl
Zy
.-'
XD3
zvětšit
"dno I
zvětšit
řídn o 2
-
;::crr-
I)
I
-'
XCI
vé konstrukce (poloha
•e není ov livněna
_vdUÚll postupem)
:Stěna zvláštní kontrola
,; výroby betonu
zmenšit
třídu o 1
zmenšit
třídu 01
zmenšit
třídu o 1
zmenšit
třídu o 1
zmenšit
třídu o 1
zmenšit
třídu o 1
zrn
třídn 01
zmenšit
01
zmenšit
třídu o 1
zmenšit
třídu o I
zmenšit
třídu o I
zmenšit
třídu o I
Zmenšit
třídu o 1
zmenšit
třídu o 1
zrn šit
třídu o 1
--
zmenšit
třídu o I
zmenšit
třídu o 1
zmenšit
třídu o I
zmenšit
třídu o 1
Zmenšit
třídu o 1
zmenšit
třídu o I
zrn
mdno
::~..DStní třída a poměr wlc se považují za související hodnoty; pro výrobu málo propustného
_ . cementu, hodnota wlc,jenmé plnivo) - viz ČSN EN 206·1 [11].
y'
.'.
betonu lze použít rr~
--
zmenšit
01
--
složení
97
~;.;;.=.-:.-
šit
01
Navrh6vání betonových konstrukcí 1
3 Materiály
Minimální hodnota Cmin,dur krycí vrstvy s přihlédnutím k podmínkám prostředí (trvanlivosti)
se pro uhlíkatou ocel a beton normální hmotnosti volí s přihlédnutím ke stupňům vlivu
prostředí (viz Tab.3.4)
a klasifikaci konstrukcí. Klasifikace konstrukcí se provádí
s přihlédnutím k třídě konstrukce, která zohledňuje požadovanou životnost, druh konstrukce a
zvláštní kontrolu kvality při výrobě. Doporučená třída konstrukce pro návrhovou životnost 50
let je podle EN 1992-1-1 [9] S4 při doporučených pevnostních třídách betonu uvedených
v Tab. 3.4. Doporučené úpravy klasifikace konstrukce s přihlédnutím k druhu konstrukce
a zvláštní kontrole kvality jsou uvedeny v Tab. 3.5. Doporučené
hodnoty Cmin,dur
pro betonářskou výztuž jsou uvedeny v Tab. 3.6 a pro předpínací výztuž v Tab. 3.7.
Podle Národní přílohy v ČR se uvažuje pro návrhovou
při pevnostních třídách betonu uvedených v Tab. 3.4a.
Tab. 3.6 Minimální hodnoty krytí
Konstrukční
třída
Sl
S2
S3
S4
S5
S6
Cmin,dur
třída konstrukce
S4
požadované z hlediska trvanlivosti pro betonářskou výztuž
Požadavek prostředí pro Cmin,dur [mm]
Stupeň prostředí podle Tab. 3.3
XD2/XS2
XO XCI XC2/XC3 XC4 XDI/XSI
10
20
10
10
15
25
10
10
15
20
25
30
10
10
20
25
30
35
15
35
40
10
25
30
20
40
45
15
30
35
45
20
25
35
40
50
Tab. 3.7 Minimální hodnoty krytí
Konstrukční
Třída
Sl
S2
S3
S4
S5
S6
Cmin,dur
životnost
XD3/XS3
30
35
40
45
50
55
požadované z hlediska trvanlivosti pro předpínací výztuž
Požadavek prostředí pro Cmin,dur [mm]
Stupeň prostředí podle Tab. 3.3
XO XCI XC2/XC3 XC4 XDI/XSI
XD2/XS2
10
15
20
25
35
30
15
10
25
30
35
40
10
20
35
40
45
30
40
10
25
35
45
50
15
30
40
45
50
55
45
20
35
50
55
60
XD3/XS3
40
45
50
55
60
65
V Národní příloze ČSN EN 1992-1-1 se uvádí: Precizní uložení výztuže s přesně vymezenou
polohou a dostatečnou prostorovou tuhostí lze zajistit splněním požadavků uvedených v Tab.
3.8. Dále musí být splněny ještě tyto požadavky: distanční tělíska musí mít certifikát
s garantovanou dostatečnou pevností (doporučuje se test celistvosti na min. 2,5 násobek
hmotnosti armatury). V případě desek musí vzájemné umístění distančních tělísek spodní
vrstvy výztuže a pomocných prvků pro zajištění polohy horní vrstvy výztuže respektovat
tuhost spodní výztuže. Bednění mezi distančními tělísky musí být rovinné, tělíska se nesmí
zabořit do bednění.
Hodnota Cmin musí být prověřena podle EN 1992-1-2 [10] s přihlédnutím
požární odolnosti.
k požadované
Hodnoty .1.cdur;y, .1.Cdur,st, .1.cdur,add maj í podle doporučení uvedeného v EN 1992-1-1 [9]
následující hodnoty. Doporučená hodnota pro ÓCdur;y je O. Pokud se nepoužije nerezavějících
98
Navrhování betonových konstrukcí 1
3 Materiály
ocelí, pak ÓCdur,st
i ÓCdur,add = O.
=
0, neprovede-
li se dodatečná
ochrana
výztuže
proti korozi, pak
Tab. 3.8 Zajištění polohy výztuže v konstrukčních prvcích (ČSN EN 1992.-1-1 Tabulka NA.l)
Desky
JmenovitS' průměr pro podporové kozlíky
Tlouštko desky h
Podporové kozlíky
uložené no
spodní výztuži
-+
O
.
,
-+
uložené na
distančních tělíscích
Sl
t-
4=u
do 300 mm
do 500 mm
12 mm
14 mm
: 0=
t- V-+
Fixace vzdlilenosti
bodově .)
JmenovitS' průměr
nosného prutu
kusů/m2
S'.max
U
Podporové koše
popř, distanční pčsy
Fixace vzdlilenosti
Iiniovli
m/m2
S2.max
450 mm
-
8 ož 10 mm
12 až 14 mm
500 mm
600 mm
4
3
500 mm
přes 14 mm
700 mm
2
1000 mm
2.2
2
700 mm
1.4
1
.) podporové kozlíky lze používat pro desky tlouštky 300 mm
S2
+-
=:TI)': : rr=
~
zvllištní ~í
-
do 6 mm
distanční tělísko
-t
8 mm
nad 500 mm
, ,
Sl
Jmenovitý průměr
do 150 mm
VJCe
4=
C
~+C
distanční tělíska
ochrano
korozi
proti
Nosníky a podpěry
Distanční tělísko v podélném směru
C
C
-#-
distanční tělíska u podpěr
-#-
=t=u
-t
t-
Sl
•
=t:u
~
'IS
distanční tělíska
-+
II
-'<-
}
Sl.max
do 10 mm
500 mm
12 až 20 mm
přes 20 mm
1000 mm
1250 mm
Distanční tělíska v přlčněrn
b popř. h
počet
h
-' or-
~
podélný prut
směru
do 1000 mm
2 distonční tělísko
přes 1000 mm
3 a více dist. tělískek
S".mox = 750 mm
'I
q
b
{-
Stěny
Ql (prut rovnoběžný
s tlakovou silou)
I
do 8 mm
fo-
-'r
za předpoklodu splnění
ustanovení 9.6.4(2)
kusů no
m2 stěny
4
Spony
Sh.mox
kusů na
ml stěny
4
700 mm
1000 mm
2
500 mm
500 mm
4
1000 mm
1
500
4
m
Sh
-' ..-
I--
-ff -ff
C
přes 8 mm
Distanční tělísko
Sk.max
C
f
{Sh
Vysvětlivky
c
betonovli krycí vrstva podle výkresové dokumentace
Fixace vzdlilenosti bodově
oD
distanční tělísko
~
podporově kozlíky
nI?
Fixace vzdlilenosti liniovč
~
spony
podporové koše
99
Navrhování betonových konstrukcí 1
3 Materiály
Zvětšení s přihlédnutím
k možné toleranci L\Cdev. Při návrhu nominální tloušťky krycí
vrstvy Cnom je třeba přihlédnout k možné toleranci L!Cdev uvedené v normě pro provádění.
Pro pozemní stavby je hodnota této tolerance dána v normě ENV 13670-1 [12]. Doporučená
hodnota podle EN 1992-1-1 [9] je &dev = 10 mm.
Pokud však při výrobě prefabrikátů je uplatněn systém zajištění kvality zahrnující opatření
pro zajištění tloušťky betonové krycí vrstvy, podle doporučení EN 1992-1-1 [9] pak lze
při návrhu toleranci redukovat a uvažovat 10 mm 2: L!Cdev 2: 5 mm; pokud je zajištěno,
že použitím velmi citlivých měřících přístrojů budou odmítnuty prvky (např. prefabrikáty)
nesplňující požadavky na požadovanou tloušťku krycí vrstvy, pak lze při návrhu toleranci
redukovat a uvažovat 5 mm 2: L!Cdev 2: O mm.
Při betonáži na nerovné povrchy se doporučuje zvětšit při návrhu krytí o větší odchylku
s přihlédnutím k velikosti nerovností povrchu. Při betonáži na upravený povrch zeminy má
být krycí vrstva nejméně k, [mm] při betonáži na neupravený povrch zeminy pak k2 [mm].
Doporučené hodnoty podle EN 1992-1-1 [9] jsou k1 = 40 mm a k2 = 75 mm.
Pokud je beton namáhán obrusem, má být věnována zvláštní pozornost kamenivu podle
EN 206-1 [11]. Obrus lze připustit při zvětšení betonové krycí vrstvy (obětovaná vrstva).
V takovém případě má být Cmin zvětšena o k, pro třídu obrusu XMl, o k2 pro XM2 a o ks
pro XM3. Doporučené hodnoty podle EN 1992-1-1 [9J jsou k1 = 5 mm, k2 = 10 mm
a k3 = 15 mm. Třída obrusu XM1 představuje střední obrus, typicky u průmyslových ploch
pojížděných vozidly se vzduchovými pneumatikami. Třída obrusu XM2 představuje značný
obrus, typicky u průmyslových ploch pojížděných vysokozdvižnými vozíky se vzduchovými
nebo pevnými pneumatikami. Třída obrusu XM3 představuje extrémní obrus, typicky
u průmyslových ploch pojížděných vysokozdvižnými
vozíky s elastomerovými
nebo
ocelovými koly nebo nákladními vozidly.
E
·E
>
600
2 5
10 15
25
50
100
roky
Obr. 3.30 Příklad závislosti tloušťky betonové krycí vrstvy na životnosti konstrukce
Je třeba si uvědomit, že např. zmenšíme-li požadovanou tloušťku krycí vrstvy z 50 mm
na polovinu, tj. 25 mm, poklesne životnost konstrukce ze 100 roků na cca 16,5 roků, tj.
na 1/6, jak je znázorněno na Obr. 3.30.
100
Download

Skripta (78-100)