теорія до теми 3

1. Поняття про дефекти і пошкодження.

Недосконалість, отримана конструкцією на стадії виготовлення і монтажу, називається дефектом;

недосконалість, отримана в процесі експлуатації, - пошкодженням.

Осередками розвитку пошкоджень часто є дефекти виготовлення і монтажу.
Дефекти характеризують початковий стан конструкцій. Пошкодження виникають і розвиваються в часі і залежать від терміну експлуатації та інтенсивності дій. В результаті низької якості робіт з виготовлення і монтажу конструкцій, порушень правил технічної експлуатації в конструкціях з’являються відхилення від проектних розмірів і форми понад допустимі межі.

Правильно поставлена діагностика на ранній стадії дає можливість запобігти розвитку дефектів та обмежитися при цьому виконанням незначних робіт для їх усунення.

Якість виготовлення і монтажу конструкцій, а також правила їхньої технічної експлуатації регламентуються ДБН, ДСТУ та галузевими документами.

2. Класифікація дефектів і пошкоджень

Дефекти в конструкціях будівель можна поділити на:

• зовнішні (поверхневі) і внутрішні (глибинні),невидимі при візуальному огляді;
• легко або важко усуваються;
• такі, які не розвиваються та розвиваються у часі від спільної дії навантаження й середовища.

У конструкціях мають місце дефекти й пошкодження, що виникають при виготовленні, транспортуванні, монтажу таексплуатації. Часто вид дефекту і пошкодження збігаються і при обстеженні неможливо з’ясувати причину його виникнення. Первісна наявність дефекту сприяє його перетворенню на пошкодження, тому важливий ретельний контроль за якістю при виготовленні конструкцій на заводах і будмайданчику, що виконується відповідними службами.

Міра впливу дефектів і пошкоджень на працездатність і експлуатаційну придатність конструкцій залежить від значущості елемента, вузла, з’єднання та ступеня небезпеки самого дефекту і пошкодження. Спостереження за експлуатаційним та аварійним станом конструкцій з різних матеріалів дали можливість оцінити вплив дефектів і пошкоджень та розподілити їх на такі категорії за ДБН В. 1.2-14:2018.

Залежно від наслідків, які можуть бути викликані відмовою, розрізняють три категорії відповідальності конструкцій та їх елементів:

А – конструкції та елементи, відмова яких може призвести до непридатності до експлуатації будівлі (споруди) або її частини.
Б – конструкції та елементи, відмова яких може призвести до ускладнення нормальної експлуатації будівлі (споруди) або до відмови інших конструкцій, які не належать до категорії А.
В – конструкції, відмова яких не призводить до порушення функціонування будівлі (споруди) в цілому або інших конструкцій або їх елементів. 

У складі категорії А можуть виділятися конструкції категорії А1 (головні несучі конструкції), безвідмовність яких забезпечує будівлю або споруду від повного руйнування при аварійних впливах, навіть якщо її подальше використання за призначенням при цьому стане неможливим без капітального ремонту.
До категорії А1 слід також відносити елементи, відмова яких може стати безпосередньою причиною аварійної ситуації з прямою загрозою для людей або довкілля (запобіжні клапани в посудинах високого тиску, деталі та конструктивні елементи, що забезпечують герметизацію резервуарів із сильнотоксичними речовинами).

Оцінювання дефектів і пошкоджень потребує досвіду й навичок. У навчальній і технічній літературі про обстеження будівельних конструкцій містяться відомості з цього питання.
Не можна виключати помилки при проектуванні, але це не дефект конструкції, як це трактується в нормативному документі, це неправильно запроектована конструкція. Наслідки таких помилок можуть бути фатальними без наявності дефектів і накопичення пошкоджень.

3. Основні види дефектів.

У практиці будівництва зустрічаються різноманітні види дефектів.

У конструкціях із монолітного залізобетону часто можна зустріти:

• прошарки сміття, ґрунту, льоду, снігу, особливо в місцях стикування стін і колон із фундаментами, в ростверках; 
• пустоти, утворені в результаті зависання бетону при великому насиченні конструкції арматурою, а також під закладними деталя­ ми й гільзами для труб;
• грубі та пористі шви, що утворюються при перервах у бетонуванні і недостатньому очищенні та обробітку поверхні;
• наявність бетону, підданого заморожуванню в ранньому віці або не підданого необхідній тепловій обробці
• розшарування і неоднорідну структуру бетону, викликану дією напірних вод на свіжовкладену бетонну масу або обезводнення її при пересушенні.

Зовнішні дефекти в основному належать до числа таких, що легко піддаються виправленню, в той же час глибинні (внутрішні) дефекти можуть викликати необхідність виконання спеціальних робіт для їх усунення.
Кожен дефект характеризується причинами, що його виклика­ли, розмірами, обсягом пошкоджень та прогнозом його можливого розвитку.

Розглянемо основні види дефектів.

• Нерівності є найбільш поширеним видом браку лицевої поверхні бетонних конструкцій. До нерівностей належать невеликі напливи, потовщення, гострі грані, порушення горизонтальних та вертикальних площин, випирання щебеню і гравію за поверхню конструкції. Нерівності можуть з’являтися у результаті викорис­тання неструганої дерев’яної або нежорсткої металевої опалубки, використання рулонних матеріалів в опалубці. Цей дефект знижує якість внутрішнього й зовнішнього опорядження приміщень, приз­водить до швидкого забруднення та лущення поверхні, затримки і накопичення вологи, виникнення вад, вицвілів при побілці й фарбуванні стін та стель і потребує проведення раннього ремонту після введення об’єкта в експлуатацію. Для усунення нерівностей потрібне затирання, штукатурення, шліфування й інші додаткові роботи.
• Каверни та чарунки на поверхні конструкцій виникають у результаті проникнення в бетон і розчин повітряних бульбашок, ум’ятин та виступів опалубки, нагромадження при вібруванні рід­кої фази розчину, розшарування й усадки суміші при різких темпе­ратурних перепадах у режимі теплового обробітку бетону, наяв­ності зайвої води в бетонній суміші, укладки частково замерзлої чи затужавілої суміші. Чарунки можуть з’явитися при бетонуванні в металевій опалубці через відсутність відсмоктування вологи та недостатнє ущільнення суміші. Перераховані дефекти можуть сприяти зниженню міцності бетону і появі технологічних тріщин.

• Оголення арматури викликається порушенням або відсутністю захисного шару бетону, що призводить до корозії металу. Наліт корозії, збільшуючись в об’ємі, розклинює бетон уздовж арматур­них стрижнів. В утворені тріщини проникає волога, яка пришвид­шує процес корозії. На поверхні бетону з’являються іржаві плями, місцями зменшується перетин арматури, а інколи вона виявляється зовсім кородованою. В бетоні вздовж розміщення арматури скуп­чуються продукти корозії у вигляді затверділої порошкоподібної маси.
  Причиною руйнування металу в бетоні може бути не тільки волога, але і дія блукаючих струмів, сольових добавок, що використовувались у бетоні при виготовленні конструкції, а також вплив агресивного середовища. Корозія арматури та закладних деталей у бетоні може проходити й за наявності захисного шару, але при недостатній його товщині або при змащенні арматури, а також при великій чарунчатості бетону, про що наочно свідчить поява іржавих плям та патьоків на поверхні конструкцій.

• Раковини в монолітних конструкціях є найбільш поширеним видом із числа відомих дефектів. Наявність раковин у бетоні вказує на низьку культуру виробництва. Ці дефекти розрізняються своїми розмірами, конфігурацією та глибиною поширення в тілі бетону.
  Вони впливають на загальну монолітність і міцність конструкції й інколи бувають настільки значними, що ставлять під сумнів міц­ність всієї конструкції, тому виникає необхідність в її підсиленні.
  Раковини в залізобетонних підземних та надземних спорудах типу силосних й інших башт викликають протікання і затоплення споруд.
  Раковини можуть бути поверхневими, глибинними та наскріз­ними; у вигляді окремих місцевих утворень або розкиданих по всій поверхні конструкції. Виникнення раковин викликане, як правило, технологічними і конструктивними недоліками: порушенням ви­мог при підборі складу бетону, розшаруванням суміші при транс­портуванні, неправильною укладкою й ущільненням, насиченням конструкції та її вузлів гнучкою і жорсткою арматурою, малим захисним шаром, скупченням закладних деталей. Головною причи­ ною появи раковин є недостатнє ущільнення бетонної суміші.

• Пустоти на відміну від раковин являють собою ділянки, де утворюються порожнини й розриви невизначених розмірів при повній відсутності бетону. Пустоти найчастіше виникають у  конструкціях, насичених арматурою, в місцях скупчення та перехрещення закладних деталей, у тонкостінних конструкціях, при бетонуванні колон із жорсткою арматурою, заповненні бетоном азбестоцементних труб, у результаті зависання бетону в конструк­ціях та їх вузлах. Такі дефекти зустрічаються в опорних частинах колон і балок, прогонів на ділянках різної довжини з повним ого­ленням арматури, в бункерах, ядрах жорсткості, в місцях сполучен­ня монолітних залізобетонних стін із фундаментами.

  Пустоти легко виявити після зняття опалубки при візуальному огляді та простукуванні бетону молотком. Дещо складніше вияви­ти сховані пустоти в плавальних басейнах і ємностях для збережен­ня рідин, особливо якщо вони оздоблені плиткою. Тут найчастіше звертаються до контрольного заповнення водою й за її фільтрацією знаходять місця протікання.

• Сколи в бетоні виникають від механічних пошкоджень під час розопалублювання виробів, неправильного транспортування, складування і монтажу конструкцій. Різноманітні пошкодження в бетоні зустрічаються при кріпленні конструкцій технологічного обладнання та трубопроводів. Сколи захисного шару в бетоні з’яв­ ляються в результаті корозії арматури, металевих закладних дета­лей, а також через нещільність бетону і попадання в нього вологи.
  Характерні сколи бетону на різну глибину й довжину з’явля­ються в залізобетонних балках у місцях обпирання на них плит, при їх повороті та відсутності металевих прокладок і розчину.
  Причиною сколів може бути також відхилення від проектного армування, зміщення арматури й збільшення захисного шару в зоні обпирання конструкції. Відшарування бетону можна спостерігати в місцях зварювання арматурних стрижнів поблизу опор колон.
  Своєрідний різновид розтріскування і сколу бетону спостеріга­ється при пожежах. Від довготривалої дії високої температури та різкого охолодження водою при гасінні пожежі від залізобетонної конструкції відокремлюються лещадки різної товщини, бетон ніби спучується й розпушується. Під час простукування такий бетон „бучить“, що свідчить про порушення його структури. Відшару­вання бетону починається через 10...20 хвилин після початку пожежі, під час чого змінюється колір бетону, міцність зчеплення його з арматурою, а цементного каменю — з крупним заповнюва­ чем, знижується і міцність самого бетону. При замерзанні води, що попала в пустоти збірних та монолітних залізобетонних конструкцій (багатопустотні настили, отвори для анкерних болтів і т.п.), також можуть виникнути сколи й розриви в конструкціях.

• Виколи та спучення в бетоні зустрічаються в плитах перекриття, фундаментних блоках й інших конструкціях. Виколи являють со­бою заглиблення різної величини, від мілких одиноких гнізд до достатньо великих конусоподібних виямків. Глибина виямків коливається від декількох міліметрів до 5... 10 см, а їх діаметр від 0,5... 1 до 10...25 см. У деяких окремих плитах перекриття налічу­ється до 200 виколів. Цей вид дефектів виникає в результаті своєрідної корозії одного з компонентів крупного заповнювача із деяких порід. У глибині утворених виямків можна помітити сліди частинок зруйно­ваного заповнювача, перетвореного в пилоподібну борошнисту масу. Конструкції, ослаблені великою кількістю таких дефектів, найчастіше потребують підсилення.

• Тріщини (при недопустимій ширині їх розкриття) вказують на неблагополучний стан конструкцій. Вони з часом можуть розкри­ватися і стати причиною розвитку деформацій. Тому тріщини потребують установлення причини їх появи та наступної ліквідації чи обмеження подальшого розкриття. В цегляних будівлях тріщи­ ни в стінах, перемичках, склепіннях й арках викликаються, голов­ним чином, нерівномірним осіданням основ та фундаментів, різною деформативністю навантажених і ненавантажених стін. У залізобетонних конструкціях поява тріщин викликається недостат­нім армуванням, відсутністю просторової жорсткості, температур­но-усадочними явищами, порушенням технології виготовлення конструкцій, їх транспортування, зберігання та монтажу.

Тріщини в металевих конструкціях можуть бути викликані перевантаженням їх або порушенням технології виробництва при виготовленні виробів.

У дерев’яних конструкціях (при використанні деревини з підви­щеною вологістю) під час експлуатації виникають поздовжні трі­щини. Причиною появи цих тріщин є усушка деревини. Такі тріщини не впливають на несучу здатність конструкції, але є місцем збирання сміття, пилу й ін., що тягне за собою появу та розвиток грибків. Тому великі тріщини закладають сумішшю клею з тирсою або шматочками деревини на клеєві.

• Деформація виникає в результаті дії ряду факторів або окре­мого яскраво вираженого порушення, які не тільки змінюють зов­нішній вигляд конструкції, але й можуть різко зменшити її міцність і несучу здатність. Характер розвитку деформацій установлюється на основі натурного обстеження, геодезичних зйомок, інструмен­тальних вимірювань та спостережень.

Недопустимі за величиною деформації можуть бути викликані як статичними, так і ударними, вібраційними, динамічними наван­таженнями, помилками в розрахунках, недоліками в конструюван­ні, низькою якістю матеріалів, порушенням технології виготовлен­ ня та монтажу. До деформацій конструкцій можуть призвести під­копи під фундаменти, зволоження основ, зсув шпунтових огорож.
Пошкодження, пов’язані зі втратою міцності і несучої здат­ності конструкцій, можуть супроводжуватися перекосами, зсувами, осіданням та зміщенням окремих конструкцій.
Не можна допускати, щоб ослаблені (конструкції з дефектами) переходили в аварійний або непридатний для нормальної експлуа­ тації стан. Захист і посилення таких конструкцій повинні виконува­тись до настання їх критичного стану.

4. Помилки проектування конструкцій

Такі помилки, безпосередньо пов’язані з людським фактором, можуть торкатися конкретної людини, тому це питання лежить в етичній площині. Але на користь майбутнім фахівцям на цьому слід зосередити увагу студентів.
Звісно мова не йде про, припустимо, глобальну помилку, що свідчить про низький фаховий рівень виконавця, і яка з’ясується при контрольній перевірці (а це обов’язково в проектуванні) іншим фахівцем. Окремі помилки, на жаль, суб’єктивно неминучі і вони з’являються в проектах, не впливаючи помітно на його якість, а виявляються вже при експлуатації об’єкта. Саме такі помилки можуть бути встановлені на першому етапі проведення обстеження . Вони різноманітні, вгадати їх неможливо.

Розглянемо декілька прикладів.

1. Невідповідність у проекті якості сталі за її хімічним складом умовам експлуатації та роботи металевої конструкції.

2. Неправильний чи недостатній вибір диференційованих у методі розрахунку за граничним станом коефіцієнтів умов роботи конструкції. Така помилка часто з’являється при проектуванні дерев’яних конструкцій - при підборі перерізів елементів визначення фактичного розрахункового опору деревини може бути зроблено правильно, а в розрахунках вузлових з’єднань - неправильно.
3. Недостатня товщина захисного шару бетону, що при низькій його густині стає причиною інтенсивного розвитку корозії робочої арматури. Досить швидко така помилка виявить себе у вологому середовищі або з перемінним замерзанням і відтаненням бетону.

4. Через недбало запроектований водовідвід протікає вода, і в металевих конструкціях починається корозія, в бетонних утворюються висоли з появою продуктів вилуговування на поверхні елементів, у дерев’яних конструкціях починається гниття.
5. Неправильне призначення відносної вологості деревини відповідно до температурно-вологісних умов експлуатації теж сприяє життєдіяльності руйнівних грибків.
6. У слабоармованих за конструктивними міркуваннями місцях залізобетонних конструкцій при транспортуванні можуть з’явитись пошкодження - відколи бетону, тріщини.

7. У зварних металевих конструкціях - невідповідність при ручному зварюванні типів електродів марці сталі.

5. Категорії технічного стану будівельних конструкцій та об'єктів

Технічний стан будівлі (споруди) — це сукупність якісних і кількісних показників, що характеризують експлуатаційну придатність будівлі та її частин порівняно з їх гранично допустимими зна­ченнями.

Обстеженням об'єкта встановлюють фактичні фізико-механічні характеристики несучих та огороджувальних конструкцій - зусилля в елементах та перерізах, дефекти та пошкодження, які знижують несучу здатність та довговічність або перешкоджають нормальній реалізації захисних функцій (забезпечення герметичності, тепло-, звуко-, гідроізоляції тощо).
Співвідношення фактичних експлуатаційних характеристик з проектними та нормативними вимогами з урахуванням граничних станів конструкцій та/або основ відповідно до вимог ДБН В.1.2-14 характеризують ступінь придатності конструкцій, який оцінюється показником "кате­ горія технічного стану".

Стан окремих конструкцій будівель і споруд визначається сту­пенем їх пошкодження та зносу. Оцінювання технічного стану конструкцій проводиться з метою встановлення небезпеки їх руй­нування, тобто ступеня її критичного стану, а також можливості подальшого використання конструкції (з підсиленням або без нього). Це оцінювання проводиться на основі натурного огляду, інструментальних досліджень, а також перевірних розрахунків або випробувань.

За несучою здатністю та експлуатаційними властивостями конструкції належать до одного із таких станів (категорій):

а) "1" - нормальний;

б) "2" - задовільний;

в) "З” - не придатний до нормальної експлуатації;

г) "4" - аварійний.

Технічний стан конструкції нормальний - категорія технічного стану "1": фактичні зусилля в елементах та перерізах конструкції не перевищують допустимих за розрахунком, відсутні дефекти та пошкодження, які знижують несучу здатність та довговічність або перешкоджають нормальній експлуатації.
 

Технічний стан конструкції задовільний - категорія "2": за експлуатаційними якостями конструкція відповідає категорії технічного стану "1", але мають місце часткові відхилення від вимог проекту, дефекти або пошкодження, які можуть знизити довговічність конструкції або частково порушити вимоги другої групи граничних станів, що в конкретних умовах експлуатації конструкції не обмежує використання об'єкта за визначеним призначенням.
Потрібні заходи захисту конструкції та дотримання встановлених вимог щодо його викорис­ тання.
Технічний стан конструкції не придатний до нормальної експлуатації - категорія "З": конструкція не відповідає категоріям технічного стану "1" та "2" щодо несучої здатності або нор­ мальної реалізації захисних функцій, але аналіз дефектів і пошкоджень з перевірними розра­ хунками виявляє можливість забезпечення її цілісності до проведення ремонту, підсилення або заміни.
Необхідно виконати ремонт, підсилення або заміну конструкції, а до завершення цих заходів використовувати об’єкт за обмеженим режимом експлуатації , контролюючи стан конст­ рукції, навантаження та впливи.

Технічний стан конструкції аварійний - категорія "4": порушені вимоги першої групи граничних станів (або неможливо запобігти цим порушенням), і аналіз дефектів та пошкоджень з перевірними розрахунками показує неможливість гарантувати цілісність конструкції до проведення її ремонту, підсилення або заміни (особливо, якщо можливий "крихкий" характер руйнування), або остаточно втрачена можливість нормальної реалізації захисних функцій конструкції.
Необхідно негайно виключити перебування людей в зоні можливого обвалення та/або вжити заходів, які унеможливлюють таке обвалення до проведення ремонту, підсилення або заміни конструкції або до ліквідації об'єкта.

Будівлі (споруди) в цілому залежно від стану несучих та ого­роджуючих конструкцій належать до одного із наступних станів

а) "1" - нормальний;

б) "2" - задовільний;

в) "З" - не придатний до нормальної експлуатації;
г) "4" - аварійний.

 Об'єкт відносять до категорії технічного стану "1" - нормальний за умови, що всі його конструкції віднесено до категорії технічного стану "1".

Об'єкт відносять до категорії технічного стану "2" - задовільний за умови, що в ньому є конструкції з технічним станом категорії "2" і відсутні конструкції категорії відповідальності А1, А або Б з технічним станом категорії "З" або "4".
Допускається наявність окремих конструкцій категорії відповідальності В з технічним станом категорії "З" за умови, що це не обмежує використання об'єкта за визначеним призначенням.

Об'єкт відносять до категорії технічного стану "З" - не придатний до нормальної експлуа­ тації за умови, що в ньому є конструкції категорії відповідальності А1, А або Б з технічним станом категорії "З" і відсутні конструкції цих категорій відповідальності з технічним станом категорії "4".
Допускається наявність окремих конструкцій категорії відповідальності В з технічним станом категорії "4" за умови відсутності небезпеки від них для життя і здоров'я людей, майна та довкілля.
До завершення заходів із відновлення експлуатаційної придатності (або до виведення з екс­ плуатації) об'єкт має використовуватись за обмеженим режимом експлуатації .

Об'єкт відносять до категорії технічного стану "4" - аварійний за умови, що в ньому є конструкції категорії відповідальності А1, А або Б з технічним станом категорії ''4''.
Експлуатація об'єкта має бути зупинена до відновлення його експлуатаційної придатності або ліквідації.
 За необхідності, за відповідного обґрунтування, обстеження та оцінка технічного стану можуть бути проведені для окремих частин об'єкта, виділених за функціональними або конструк­ тивними ознаками.
Окрема частина об'єкта може бути віднесена до гіршої категорії технічного стану ніж об'єкт в цілому. Ця категорія може не розповсюджуватись на інші частини об'єкта за умови, що немає загрози зниження надійності та безпеки їх використання.

Діагностування технічного стану окремих будівельних конструкцій та об'єкта в цілому здійснюють через виконання необхідної сукупності обстежувальних, розрахункових та аналітичних процедур, перелік і повноту яких визначають у технічному завданні на обстеження.

Технічний стан об'єкта рекомендується діагностувати з врахуванням класу наслідків (від­ повідальності) об'єкта та категорії відповідальності окремих конструкцій.
Визначення класу наслідків (відповідальності) об'єктів здійснюють відповідно до ДСТУ-Н Б В. 1.2-16.