Ενανθράκωση με διάβρωση

[Ροδοπουλος]

Βρείτε την παραμορφωση των κόμβων στον σεισμό και κερδίστε ενα Iphone 5

[Ροδοπουλος]

Συνεχίζω. Στο Monash (και άλλα 19 πανεπιστήμια) ξεκινήσαμε μια προσπάθεια απο το 2003 να φτιάξουμε ενα μοντέλο που θα μπορεί να αναγνωρίζει τα προβλήματα της διάβρωσης απο ενανθράκωση, χλωριόντων και συνδυασμό, χρησιμοποιώντας βάσεις δεδομένων της NASA και Japan Aerospace Exploration Agency όπου βλέπουμε συγκεντρώσεις CO2 απο δορυφορικές αναλύσεις (IBUKI), υγρασία, θερμοκρασία, ταχύτητα ανέμου κλπ. Για να κάνουμε το μοντέλο πρακτικό και οχι ιδεατό όπως τα πολλά που υπάρχουν βάλαμε παραμέτρους όπως ποιότητα τελικής επιφάνειας, διάρκεια ωρίμανσης του σκυροδέματος στο καλούπι, τύπο τσιμέντου, τυπικές κοκκομετρικές καμπύλες, κλπ. Συνολικά υπάρχουν 122 παράμετροι που υπολογίζονται. Η στατιστική επεξεργασία του μοντέλου γίνετε μέσω ενος νευρωνικού δικτύου το οποίο μας δίνει μέγιστη και ελάχιστη τιμή ειδικά σε παραμέτρους που δεν υπάρχει γνωστή διαδραστικότητα. Επιμέρους αναλύσεις είναι δυνατές αλλα λόγω πολυπλοκοτητας παραμένουν καθαρά ακαδημαικές.

 

Μέχρι στιγμής έχουμε στο νευρωνικο μας 1662017 εισαγωγές απο 170000 κτήρια κατοικιών και γραφείων, 26000 σήραγγες, 914 λιμενικά απο 97 χώρες (και απο την Ελλάδα). Σας παραθέτω σήμερα το κέντρο της Αθήνας. Στο γράφημα έχουμε περάσει τις απαιτήσεις το ΕΝ206-1 και προσπαθούμε να το κρίνουμε. Οι αναλύσεις που βάζω αφορούν ανεπίχριστα.

 

Στην φωτο 1 βλέπουμε τις ελάχιστες απαιτήσεις του ΕΝ 206-1 για 50 χρόνια. Στην 2 το κέντρο της Αθήνας που καλύπτει η λύση και στην 3 τα αποτελέσματα.

 

XC1 MIN FAILS AT 43.4 YEARS

XC1 MAX FAILS AT 27.2 YEARS

XC2 MIN PASS

XC2 MAX FAILS AT 46

XC3 MIN PASS

XC3 MAX PASS

XC4 MIN PASS

XC4 MAX PASS

[Ροδοπουλος]

Στο 1462 έχουμε τις παραδοχές του ΕΝ206-1 και επιπλέον

 

Ποιότητα επιφάνειας σκυροδέματος καλή όπως εικόνα 1

 

Concrete Crack Width (mm)=0

Encased Hydration time (days) = 7

Casting Ambient Temperature=25

Cover Thickness deviation (mm) = 0

 

Βάση μελετών το Cover Thickness standard deviation σ(Χι)= 4,32mm for C=30mm, σ(Χι)= 2,96mm for C=20mm, σ(Χι)= 7,11mm for C=40mm. Οι τιμές επηρεάζονται απο πολλούς παραμέτρους και ειδικότερα απο την κοκκομετρία, την γεωμετρία του στοιχείου, τα ρεοπλαστικά του σκυροδέματος, κλπ. Στο μοντέλο έχουμε θεωρήσει οτι οι παραπάνω τιμές με αρνητικό πρόσημο θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψιν απο τον μελετητή. Στην περίπτωση των αποκλίσεων έχουμε

 

 

XC1 MIN FAILS AT 30.06 YEARS

XC1 MAX FAILS AT 18,65 YEARS

XC2 MIN PASS

XC2 MAX FAILS AT 31

XC3 MIN PASS

XC3 MAX PASS

XC4 MIN PASS

XC4 MAX PASS

Edited Ιανουάριος 25 , 2013 by Ροδοπουλος

[Ροδοπουλος]

συνεχίζω.....

 

στο prEN1990 θα βρείτε εαν πίνακα όπως αυτό στην εικόνα για διάφορα Reliability Classes (clause 6)

 

σαν pf ορίζετε το failure probability και σαν β το reliability index

 

Απο το Model code οι τιμές που έχουμε για το β ΣΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ SLS είναι

 

XC1 β=0,5

XC2 β=1.5

XC3 β=1,5

XC4 β=2.0

 

οπως βλέπετε για μεγάλες τιμές του β η πιθανότητα μειώνετε. Οι παραπάνω τιμές είναι οι ελάχιστες επιτρεπτές. Εδω μπαίνει η διαφορά μεταξύ SLS, ULS. Εαν έχετε μελετήσει με μικρή διαφορά (capacity factor>0.85) τότε θα πρέπει να διασφαλίσουμε οτι η πιθανότητα για διάβρωση είναι μικρή (μεγάλο β). Αυτή με απλά λόγια είναι η λογική του Model Code.

 

Τώρα έχει ιδιαίτερη σημασία να καταλάβουμε την διαφοροποίηση μεταξύ των XC. Το XC1 αναφέρετε συνήθως σε εσωτερικούς χώρους όπου αρκετοί παράμετροι που επηρεάζουν την ενανθράκωση (τον μηχανισμό διάχυσης) δεν υπάρχουν. πχ. δεν υπάρχει διαβροχή και μεγάλες διαφοροποιήσεις της θερμοκρασίας απο τον ήλιο (στέγνωμα των πόρων, απελευθέρωση CO2). Λογικά λοιπόν παίρνει μικρό β. Το XC2,3 μιλάνε για χώρους όπως θεμελίωση και εξωτερικούς και προστατευμένους. Εδω θα βάλουμε μεγαλύτερο β λόγω ειδικά της θεμελίωσης που δυστυχώς δεν είναι προσβάσιμη (δεν θα μας δείξει πρόβλημα πριν να είναι αργά) και άρα θα πρέπει να μειώσουμε την πιθανότητα αστοχίας. Στο τέλος το XC4 μιλάει συνήθως για σημαντικά στοιχεία (περιμετρικά υποστυλώματα, βάθρα, κλπ) που πρέπει πάση θυσία να μην αστοχήσουν (sensitivity to SLS/ULS ratio).

 

Πολλοί επικριτές του Model CODE λένε οτι δημιουργεί ένα παζλ σκυροδεμάτων που δεν γίνεται να εφαρμοστούν, π.χ. άλλο σκυρόδεμα στην θεμελίωση και άλλο σε εσωτερικό δοκάρι στο 3ο όροφο.

 

Προφανώς και αυτό είναι λάθος διότι και το Model CODE και το ΕΝ206-1 μιλάνε για ελάχιστες τιμές. Το σίγουρο είναι όπως έδειξα και παραπάνω οτι επειδή ακριβώς το ΕΝ206-1 μιλάει για ελάχιστες τιμές (όπως είδαμε παραπάνω οι ελάχιστες δεν βγαίνουν πάντα, π.χ. XC1 Athens) θα πρέπει να επιλέγουμε την αντοχή του σκυροδέματος και την επικάλυψη βάση του β που θέλουμε. Με λίγα λόγια να τρέξουμε το Model CODE ανάποδα.

 

Στα μεγάλα έργα πάντοτε προσπαθούμε να κάνουμε μια τεχνο-οικονομική ανάλυση σε 2 σενάρια α) μικρό capacity factor και άρα μικρό λόγο SLS/ULS ratio ή β) μεγάλο β. Πολύ απλά μπορεί με μικρό επιπλεον κόστος στον χάλυβα να ρίξουμε το SLS/ULS ratio σε σχέση με το κόστος πχ C35 και αντίθετα.

Edited Ιανουάριος 25 , 2013 by Ροδοπουλος

[Ροδοπουλος]

Πάμε τώρα πίσω στην Αθήνα να δούμε τι κάνουμε συνήθως

 

C20/25

C=20mm

Τ= 50 χρόνια

ακόμα και εαν όλα τα άλλα είναι σωστά π.χ. στο καλούπι για 7 ημέρες, χωρίς ρωγμές, κλπ

Min Max bmin bmax XC1 3.85 4.85 -1.05 -1.77 XC2 3.33 4.39 -0.57 -1.47 XC3 2.79 3.16 0.01 -0.39 XC4 1.11 3.22 2.71 -0.45

 

τα αρνητικά σημαίνουν οτι την κάτσαμε την βάρκα!!!!!

 

Ας πούμε οτι

 

C25/30

C=20mm

Τ= 50 χρόνια

ακόμα και εαν όλα τα άλλα είναι σωστά π.χ. στο καλούπι για 7 ημέρες, χωρίς ρωγμές, κλπ

Min Max bmin bmax XC1 3.24 4.08 -0.47 -1.24 XC2 2.81 3.70 0.02 -0.92 XC3 2.35 2.66 0.20 0.21 XC4 0.93 2.71 3.04 0.14

 

Ας πούμε οτι

 

C25/30

C=25mm

Τ= 50 χρόνια

ακόμα και εαν όλα τα άλλα είναι σωστά π.χ. στο καλούπι για 7 ημέρες, χωρίς ρωγμές, κλπ

Min Max bmin bmax XC1 3.09 3.89 0.52 -0.37 XC2 2.68 3.53 1.07 0.01 XC3 2.25 2.54 0.56 1.27 XC4 0.89 2.59 4.27 1.20

 

βέβαια θετικό δεν σημαίνει και καλό διότι έχουμε ελάχιστη απαίτηση 1.28!!!!!!!!!!

 

Θα δείτε οτι μόνο για

 

C30/37

C=35mm

Τ= 50 χρόνια

ακόμα και εαν όλα τα άλλα είναι σωστά π.χ. στο καλούπι για 7 ημέρες, χωρίς ρωγμές, κλπ

Min Max bmin bmax XC1 2.37 2.98 2.47 1.50 XC2 2.05 2.70 3.04 1.92 XC3 1.72 1.95 1.39 3.24 XC4 0.68 1.98 5.84

3.17

 

ξεπερνάμε το 1,3, 1,5, 2.0 με μικρή πιθανότητα αστοχίας στο XC3 Min!!!!

Edited Ιανουάριος 25 , 2013 by Ροδοπουλος

[Ροδοπουλος]

Ας προσπαθήσουμε όμως να δούμε το σενάριο που ο ΚΤΕ έχει αποφασίσει να κάνει το έξτρα κόστος και ας δούμε το προβλήματα που θα έχουμε.

 

Στο

C30/37

C=35mm

Τ= 50 χρόνια

Αθήνα κέντρο

 

όπως είδαμε παραπάνω θα έχουμε φωτό 1.

 

Ας πούμε οτι δημιουργούνται ρωγμές 0,1 τότε θα έχουμε φωτό 2. μέχρι στιγμής είμαστε ΟΚ εκτός απο το XC3.

 

Ας πούμε ότι δημιουργούνται ρωγμές 0,1 αλλα δεν τα αφήνουμε 7 ημέρες στο καλούπι αλλα 3 και δεν βάζουμε βοηθητικό ξεκαλουπώματος τότε θα έχουμε φωτό 3. Πάλι έιμαστε ΟΚ εκτός απο το XC3.

 

 

Με λίγα λόγια αυτή η αύξηση της κατηγορίας και της επικάλυψης αρχίζει πλέον να δρά καταλυτικά σε πιθανά λάθη μας. Οι λόγοι είναι αρκετά πολύπλοκοι αλλα κατα βάση έχουν να κάνουν με τις χημικές αντιδράσεις στο σκυρόδεμα και ιδιαίτερα με τον λόγο Ν/Τ που έχει μειωθεί και αναγκάζει το σκυρόδεμα να δημιουργήσει μικρούς πόρους όπως επίσης οτι σε ένα C30/37 κατα βάση θα βάλουμε και εναν πολύ καλό υπερεστοποιητή/μειωτή. Επίσης μην ξεχνάτε οτι σε 3 ημέρες ένα τυπικό C30/37 θα έχει πιάσει αντοχή 25 που είναι περίπου το 55% της τελικής του.

Edited Ιανουάριος 26 , 2013 by Ροδοπουλος

[Ροδοπουλος]

Γενικά το TG 5.6 of fib (2000) έχει εκδώσει κάποιους πίνακες με β η οποίοι όμως περιέχουν ευρος τιμών. Το ευρος υπάρχει για 2 λόγους α) για να διασφαλίσει το έργο απο πιθανές αστοχίες που πιθανόν να μην είδαμε και β) για να μας δώσει μια κατεύθυνση να υπολογίσουμε το κόστος συντήρησης.

 

ΠΧ. στο XC1 μπορούμε να επιλέξουμε β απο 0,5-2,0.

 

Ο λόγος που έχουμε εύρος είναι επειδή το Model Code αναφέρετε σε normal distribution. Στην πραγματικότητα βέβαια ορισμένα φαινόμενα δεν ακολουθούν τέτοια κατανομή. Ενα κλασσικό φαινόμενο είναι ο λόγος Ν/Τ.

 

πχ. Ν/Τ 0,55 και standard deviation 0.05 διότι η απορροφητικότητα των αδρανών δεν είναι σταθερή κατα την φάση της ανάμιξης και έχει δυναμικότητα στον χρόνο. Στην περίπτωση αυτή θα πρέπει να μελετήσουμε το β βάση Monte Carlo, FORM, analytical integration.

 

Αυτό που συνήθως κάνουμε είναι πλοτάρουμε 2 κατανομές πχ του β=1,5 και του β=2 και να δούμε που αλληλοκαλύπτωνται. Αυτη η περιοχή μπορεί να ορισθεί σαν το εύρος συντήρησης. Απο εκεί και πέρα το αφαιρούμε χ φορές απο το β=1,5 μέχρι να μην έχουμε αλληλο-κάλυψη

Edited Ιανουάριος 29 , 2013 by Ροδοπουλος

[Ροδοπουλος]

λαμβάνω πολλά ερωτήματα και προσπαθώ να εξηγήσω.

 

Στο διάγραμμα της φωτογραφίας έχουμε μια τυπική κατάσταση (παράδειγμα). Ο άξονας των Ψ είναι αυτό που ονομάζουμε αστοχία ή failure ή Ζ. Εξ ορισμού το Ζ μπορεί να εκφραστεί σαν τον λόγο του SLS/ULS. Στον άξονα των Χ έχουμε τον χρόνο ή εαν θέλετε καλύτερα την αντίσταση στο χρόνο R (resistance). Παίρνουμε το παράδειγμα της ενανθράκωσης (και το θεωρούμε περιβαλλοντικό φορτίο F) και ας θεωρήσουμε οτι το αρχικό μας Ζ είναι 0,6 για Τ=0 χρόνια (νέο έργο). Το πρώτο Ζ για 0 έως Τ1 είναι η περίοδος ενανθράκωσης μέχρι το πάχος επικάλυψης. Αυτό το θεωρούμε αύξηση του Ζ και πτώση του R διότι απο εδώ και στο εξής έχουμε έναρξη διάβρωσης. Απο το Τ1 εως το Τ2 εχουμε μικρή πτώση συνάφειας και μικρή πτώση της διατομής. Στην περίπτωση αυτή το Ζ είναι πχ 0,75. Απο εκεί και πέρα περνάμε στο σενάριο 2 (Τ2 εως Τ3) και Ζ=0,90 κ.ο.κ. Πάντα μιλάμε για νέο έργο. To Model Code θεωρεί οτι ανάλογα με την κατηγορία CC υπάρχει και ενα β. Το β δεν εχει προφανώς να κάνει μόνο με την διάβρωση αλλα με όλα τα άλλα (φορτία, στροφές, κλπ). Το σίγουρο είναι οτι δεν μπορείς να βάλεις διαφορετικά β σε ένα κτήριο ενω μπορείς να βάλεις διαφορετικά SLS/ULS.

 

Πάμε τώρα να δούμε τον όρο Maintenance Load. Ο ορισμός στα ελληνικά θα μπορούσε να είναι "το β που έχουμε σχεδιάσει/μελετήσει/επιλέξει προς το β που μας διασφαλίζει οτι κατα την διάρκεια της ωφέλιμης ζωή του έργου δεν θα ξεφύγουμε απο ενα όριο το Ζ που θεωρούμε οτι μας διασφαλίζει κατάσταση SLS με μικρή πιθανότητα αστοχίας πχ Pf=10-3.

 

Είναι προφανές οτι Maintenance Load είναι αντιστροφως αναλογο του λογου και ανάλογο του κόστους. Μπορεί κάποιος να δει την δυναμική του Maintenance Load εαν πλοτάρει ενα cumulative distribution σε ευρος όσο η ωφέλιμη ζωή.

Edited Ιανουάριος 30 , 2013 by Ροδοπουλος

[Ροδοπουλος]

Το maintenance load cost ορίσετε με τις εξισώσεις στην φωτό. To αρνητικό μιλάει για υφιστάμενο ή για "κακό" καινούργιο. Το ICC είναι το κόστος κατασκευής. Μέχρι το σημείο αυτό δεν βάζουμε πληθωριστικές παραμέτρους διότι χρειαζόμαστε πληροφορία που δεν είναι του παρόντος να αναλύσουμε. Το βSLS,safe ορίζετε κοντα στο 3,0 για τα περισσότερα εκτός απο μεγάλες γέφυρες, ουρανοξύστες, νοσοκομεία και βιομηχανικές εγκαταστάσεις υψηλού ρίσκου (πυρηνικοί σταθμοί), πλατφόρμες εξόρυξης, κλπ. Βέβαια πολλοί ιδιοκτήτες ειδικά αλυσίδων ξενοδοχείων επιλέγουν β=3,5 διότι πρέπει να διασφαλίσουν την υπεραξία του ονόματος της επιχείρησης. Πρόσφατα έγινε μια μελέτη για ξενοδοχείο 375 δωματίων στην Φλόριντα των ΗΠΑ με β=4.

 

Η διαδικασία αυτή γίνετε εδώ και 15 χρόνια τουλάχιστον στο εξωτερικό οταν συνειδητοποίησαν οτι το κόστος χρήσης μπορεί να ξεπεράσει το κόστος της αρχικής επένδυσης, οτι δημιουργεί επιπλέον οικονομικό φορτίο στο κόστος λειτουργίας κλπ. Φανταστείτε πόσο σημαντικό είναι οταν εχουμε πχ μια μονάδα παραγωγής ενέργειας που το κόστος, επειδή μια υπο-μονάδα αναγκάζετε να βγεί εκτός λειτουργίας για περισσότερο χρόνο απο το κλασσικό περιοδικό shut-down, εκτινάσσετε. Το ίδιο και χειρότερο είναι στο ξενοδοχείο που δεν υπάρχει περιοδικό shut-down και τα πάντα γίνονται εν λειτουργία.

 

μαζί λοιπόν με το πρηγούμενο μύνημα γίνεται αντιληπτό οτι σήμερα μπορούμε να υπολογίσουμε με μεγάλη ακρίβεια το κόστος χρήσης καθόλο τον χρόνο ζωής. Βέβαια σας δίνω απλοικά παραδείγματα όπως τα γράφει το Model Code, Fib, κλπ. Συνήθως οταν έχουμε πολλά β θα καταφύγουμε σε δέντρα ανάλυσης, grey boxes, event tree, fault tree, Cause-consequence analysis, Markov chains, κλπ.

 

Πολλά πανεπιστήμια σήμερα εχουν μεταπτυχιακό στο θέμα. Εαν πάντως θέλετε να παίξετε λίγο παραπάνω ενα πολύ καλό εργαλείο που είναι και δωρεαν είναι εδωκαι έχει και ευκολο μανουαλ.

 

Προφανώς επιχρίσματα, βαφές, XPS, κλπ επηρεάζουν τα πραγματα αλλα θεωρούνται Risk Mitigators.

 

Ο Ευρωκώδικας δεν βλέπει επιχρίσματα ή οτιδήποτε άλλο δεν θεωρείτε δομικό στοιχείο. Το ΕΝ 1504 βλέπει με την σειρά του ολα αυτά τα υλικά σαν υλικά R (υλικά που αυξάνουν το Resistance). πχ. μια βαφή με Ισοδύναμο πάχος στρώσης αέρα=100m έχει μια συγκεκριμένη δυνατότητα. Στην περίπτωση της βαφής η παραπάνω τιμή των 100 μέτρων είναι το μ (mean value). Εαν έχουμε πχ επιλέψει σαν β για την βαφή 2 τότε έχουμε

 

β=μ/σ -> 2=100/σ -> σ= 50 μέτρα (σ standard deviation). Αρα θα πρέπει να πάμε στον κατασκευαστή των βαφών και να ζητήσουμε το σ σε σχέση με την ζωή. Σήμερα αυτό δίνετε διότι αρκετές βαφές έχουν πιστοποιητικά επιταχυνόμενης έκθεσης.

 

Εν καιρώ.

Edited Ιανουάριος 31 , 2013 by Ροδοπουλος

[kostassid]

Εντός θέματος αλλά εκτός συζήτησης όπως τη συνεχίζει ο συνάδελφος Ροδόπουλος.

Το φαινόμενο της διάβρωσης στις φωτογραφίες γιατί γίνεται και εστιάζεται μόνο σε ένα στοιχείο ;