Инспекция на съществуващи сгради и съоръжения

Д-р инж. Емануела Манолова, проектант Настоящата статия представя основните аспекти, свързани с видовете репарации, които се прилагат върху конструктивните елементи в периода на експлоатацията им в зависимост от степента на увреждането им или промяната на натоварването им. Проследени са причините, довели до влошаване на експлоатационната надеждност, както и целесъобразността от реконструирането на сградите в сравнение с изграждането им наново. Показани са отделните етапи, необходими за изготвянето на подробен доклад за техническото състояние на конструкцията и вида на репарация върху нея. Дадени са отделните най-често използвани системи за реконструкция. В инвестиционната строителна практика често се налага да се реконструират и модернизират съществуващи сгради и съоръжения. От една страна, те биха могли да се използват при реализацията на нови индустриални инвестиционни проекти, но от друга – степента на тяхната конструктивна надеждност не е установена. След нейното проучване чрез използване на съществуващите познати методи за това възниква въпросът, дали може някои от сградите или съоръженията да се използват при реализацията на нови инвестиционни проекти. Това налага да бъде изготвен отделен проект за тяхното конструктивно усилване чрез използването на съвременни средства и методи. Освен това те следва да се реконструират в съответствие с действащата нормативна база при проектирането и да отговарят на заложените там изисквания. Промени в конструктивните системи Нуждата от промяна на конструктивните схеми на сградите се дължи на няколко основно причини. Най-често срещаната е намалената носеща способност, довела до недопустими деформации и разрушения. Друга основна причина е промяната на функцията на сградата, което най-често предизвиква промени в цялостното конструктивно решение. Интервенциите, които се прилагат върху съществуващите сгради, най-общо биха могли да се разделят на три групи: поддръжка на сградите и съоръженията, реконструкция на конструктивните елементи и модернизацията им (1). Поддръжка Поддръжката включва запазване целостта на носещата конструкция в нейния първоначален вид, без да се променя конструктивната схема (сн. 1). В периода на експлоатация на сградата или съоръжението в зависимост от условията, на които се подлага, тя може да бъде сведена до минимум или да продължи през цялото време на използване, с което да се намалят разходите по реконструкция. Това следва да бъде направено след технико-икономическа обосновка. Реконструкция След извършването на техническа оценка за пригодността на конструкциите особено при достигане на планирания им жизнен период много често се налага взимане на спешни мерки за тяхната реконструкция и рехабилитация (сн. 2). Влошеното състояние на конструктивните елементи следва да бъде възстановено, което включва постигане на първоначално заложените им технически параметри. При запазване на първоначалната функция на обектите и липса на допълнителни натоварвания те могат да бъдат изградени отново в проектния си вид. Реконструирането обхваща целия процес на възстановяване и реновиране на структурните елементи, като описва причините, довели до разрушението. Премахват се увредените повърхности и участъци и на тяхно място се поставят подходящи репарационни материали, които увеличават живота на конструкцията. Модернизация Усилването и цялостното модифициране на конструкцията над проектното й ниво се нарича модернизация (сн. 3). Модернизацията се прилага всеки път, когато прилаганите товари върху изследвания обект се променят в резултат на смяна на функцията му или нормите за проектиране. Усилването включва целия процес по обновяване на структурната система чрез усилване на отделни елементи, премахване на дефектирали и/или добавяне на нови. Това налага много прецизно обследване състоянието на съществуващите елементи и тяхното влияние върху новоформираното общо поведение на конструкцията. Причини за влошаването на екслоатационната надежност Установено е, че съществуват множество причини, които биха могли да доведат до влошаване на носещите функции на сградите. Най-често срещаните се дължат на: • промяна на натоварванията върху съществуващите сгради; • грешки при проектирането на конструкциите или при изпълнението им; • грешки при реконструирането и модернизирането им; • инциденти при експлоатацията; • влошаване на съществуващите конструкции/използваните материали. Различните физически, химически и физикохимически процеси, които влияят върху конструктивните елементи при изготвянето и експлоатацията им, дават своя голям ефект върху състоянието на конструкциите и изграждащите ги материали. Голяма част от тях действат съвместно, което води до синергетичен ефект при влошаване на характеристиките им (сн. 4 и сн. 5). Такива причини могат да са: • агресивно въздействие от агресивни агенти (газообразни, течни и твърди); • променливо замръзване – размръзване; • дифузия на вода и течности; • алкало-силициева реакция; • действие на високи температури; • абразивни въздействия; • корозионни процеси; • други. Работни процедури за реализацията на нови инвестиционни проекти Реализирането на нови инвестиционни проекти в сферата на строителството в съответствие с предназначението им е сложен процес, който включва оценка на целесъобразността. Фиг. 1 представя сравнителна характеристика между новостроящи и реконструирани конструкции при различни сгради (жилищни, обществени и други) според разходите при изграждането им. Ефективността им е оценена в проценти от 0 до 100, като най-видима е разликата при обществените и индустриалните сгради, където разходите за реконструкция надвишават значително тези за построяване наново, докато при жилищните сгради те са еднакви. Разбира се, приложената схема е със сравнителен характер и няма претенции за цялостност и всеобхватност на проблема. На фиг. 2 е представена схематично структурната надеждност на сградите по време на целия период на използване при зададен проектен клас на експлоатация от 70 години. След това проектантът е заложил намаляване на носимоспособността и възможно разрушение. Често поради влиянието на различни причини носещата способност намалява дори преди достигане крайния си проектен жизнен период и се нуждае от реконструкция и/или рехабилитация. С оглед на предотвратяване на евентуални инциденти се взимат мерки за отстраняване на влошеното състояние на елементите, с което се покачва и структурната й надеждност. По този начин може да се удължи нормалното функциониране на обекта. Преди взимането на конкретно решение за реконструкция и рехабилитация трябва да бъдат извършени следните стъпки: запознаване с проектната документация на обследвания обект, визуална инспекция на място, безразрушителни и разрушителни методи за определяне състоянието на конструктивните елементи, анализ и изследвания, необходимост от усилване, цялостно решение – избор на най-подходящото решение, подробен анализ. Извършването на техническото обследване (предварително и подробно) се реализира от специализирана работна група от експерти по схемата, представена на фиг. 3, като приключва с изготвяне на подробен доклад. Примери на някои най-често срещаните конструктивни решения Усилването на строителните конструкции може да се постигне чрез използване на много и различни методи, като намаляване на подпорните разстояния, добавяне на допълнителни елементи, обтегачи, вътрешни и външни предварително напрегнати след бетониране конструктивни системи, увеличаване на напречното сечение, композитни материали, както и комбинация от отделните методи. Прилагането на отделни системи за усилване трябва ефективно да работят със съществуващата конструкция, за да могат да преразпределят по-пълноценно приложените товари. В настоящата статия са представени накратко някои от тези методи. Увеличаване на напречното сечение Този метод на усилване включва поставяне на допълнително осигуряване от стоманобетон към съществуващата конструкция във вид на покритие или кожух. Чрез прилагането на сегментно увеличаване на колони, греди, плочи или стени може да се увеличи тяхната носеща способност или коравина. Най-често срещаното увеличение на сечението е в размер от 5 – 8 см за плочи и от 8 до 12 см за колони. Фиг. 4 детайлно описва начина на увеличаване на напречното сечение на греда с цел нарастване на носещата й способност поради увеличеното натоварване и направената оценка за невъзможност за поемане на огъващите моменти и срязващите сили. Този ефект е постигнат чрез добавянето на допълнителни стоманени пръти, който да поемат силите, поставени в бетонни кожуси, които увеличават напречното сечение. Друг нов метод за увеличаване носимоспособността на конструктивните елементи чрез увеличаване на напречното сечение е използването на свръх високо­якостен бетон (СВЯБ) без влагане на конвенционална армировка (6). Композитни строителни материали и системи Композитните фиброармирани полимерни системи (Composites-Fiber reinforced polymer (FRP) systems) принадлежат към класа на високоякостните тънкостенни усилващи елементи, които са във вид на листове, тънки ламели или пръти, свързани към бетонните елементи с помощта на епоксидна смола, за увеличаване на носещата способност. Основните им предимства при реконструирането и усилването на строителните конструкции се отнасят към невъзможността за развитие на корозионни процеси, бързина и технологичност на полагане, естетичен външен вид, минимум интервенция и сравнително ниската им цена. Както при повечето външни усилващи системи, връзката между РКР системата и съществуващия бетон е съществена, поради което е и много важна подготовката на бетонната повърхност преди поставянето им. Най-често се нанася един слой от епоксидна смола, в някои случаи и по два. След отлежаване РКР системите увеличават капацитета на елемента, върху който са поставени, поради повече от 10 пъти по-голямата им якост на опън от обикновената стомана. Фиг. 5 илюстрира възможностите са поставянето им върху различни елементи. Предварително напрегнати след бетониране конструктивни системи На фиг. 6 е представена външна постнапрегната система, използвана като ефективен метод за усилване на стоманобетонни греди. Предварително са обработени всички пукнатини на елементите и стеблата на гредите са бетонирани наново с цел да бъде запазена непрекъснатостта им. Впоследствие, след бетониране, е поставена усилващата система и е приложена опънна сила във въжетата според проектното предписание. При настоящата икономическа ситуация в нашата страна, при която инвестиционните потоци са значително ограничени, все по-често се налага да се пристъпва към реконструкцията на съществуващи сгради и съоръжения. Наред с това силно амортизираното състояние на сградния фонд ще ни принуждава да пристъпваме към неговата модернизация. Строителната наука и практика разполагат с модерни методи и средства за инспекция и обследване, както и със съвременни материали и технологии за изпълнението на целите на инвестиционните проекти. ЛИТЕРАТУРА 1. Johnson, Deterioration, maintenance and repair of structures, Krieger Publishing Company, 1980 2. Joachim Schindler, Anne Schurbohm, ifo Schnelldienst, Institut für Wirtschaftsforschung, 2002 3. Dr. B. Vidivelli, Rehabilitation of concrete structures, 2011 4. El-Reedy, Steel reinforced concrete structures, CRC-Press, 2007 5. https://cenews.com/article/4146/keys-to-success-structural-repair-andstrengthening-techniques-for-concrete-facilities 6. Манолова Е., Назърски Д., Петров Б., Захариева Р. Предизвикателства пред създаването в България на супервисокоякостен бетон като нов строителен материал, XI Международна конференция ВСУ, София, 2011. 7. https://www.marico.com.pl/eng/oferta/wzmacnianie-konstrukcji 8. https://www.structuraltechnologies.com/product/external-post-tensioning