Nedestruktivní diagnostické metody pro posouzení stávajícících dřevěných konstrukcí

1 Úvod

Vývoj konstrukčních materiálů na bázi dřeva umožňuje realizaci architektonicky zajímavých dřevěných konstrukcí velkých rozponů. Tyto současné dřevěné konstrukce jsou používány i v objektech, které jsou zařazeny do vyšší třídy následků dle ČSN EN 1990 [2], jako jsou stadiony, koncertní sály, nádražní haly, apod. Z tohoto důvodu je věnována značná pozornost vývoji diagnostických metod pro hodnocení stávajících dřevěných konstrukcí. Potřeba hodnocení jakékoli stávající konstrukce je obvykle založena na některém z těchto důvodů:

• Zjevná vada projektu nebo vada při realizaci konstrukce
• Změna užívání stavby
• Viditelné poruchy konstrukce nebo její části
• Snížená provozuschopnost
• Důsledky vyjímečných událostí
• Za účelem hodnocení zbytkové životnosti konstrukce

Proces hodnocení stávající konstrukce je dostatečně definován v příslušných normách [2, 4]. Obvykle však každá konkrétní vyšetřovaná konstrukce vyžaduje specifický přístup vzhledem k rozsahu a složitosti řešené problematiky.

Metodika hodnocení konstrukčního systému dřevostaveb vyplývá z příslušných Eurokódů [3], ale hodnocení materiálových vlastností dřeva, jako datový vstup pro analýzu dřevěné konstrukce, je složitým technickým problémem. Závěry z hodnocení konkrétní vyšetřované dřevěné konstrukce mohou mít charakter kvalitativního popisu nebo kvantitativních charakteristik [5].

V současné době je využíváno mnoho metod pro hodnocení dřevěných konstrukcí, např. [5]:

• Vizuální hodnocení
• Akustické metody
• Metodika pro mapování trhlin
• Měření podmínek vnějšího prostředí
• Měření vlhkosti dřeva
• Endoskopické metody
• Metody založené na penetračním odporu
• Metody založené na odporu při vrtání
• Metody založené na odporu při vytahování
• Destruktivní metody založené na odběru materiálu z konstrukce (např. jádrové vývrty) a následné zkoušky v laboratoři
• Metody založené na snímání napěťových vln
• X-ray
• Snímání dynamické odezvy
• Zátěžové testy (proti zatížení)
• Měření deformací
• Mikroskopické a chemické laboratorní metody
• Makroskopické laboratorní metody

Většina těchto metod má propracovanou metodiku a současně jsou známy zkušenosti z realizace metody. Primární problém je však v aplikovatelnosti laboratorně vyvinutých metodik ve skutečných, reálných konstrukcích. Dalším, souvisejícím problémem je otázka, zda metody, které byly použity, jsou schopny dodávat spolehlivé a měřitelné informace.

Měření přístrojem RESISTOGRAPH se řadí mezi metody založené na snímání odporu při vrtání. Výzkumná skupina Stavebních hmot se v rámci své odborné činnosti věnovala také vývoji metodiky pro aplikaci IN SITU. Z grantových prostředků byl zakoupen přístroj RESISTOGRAPH PD 200 od firmy IML-Instrumenta Mechanic Labor GmbH.

2 Metodika měření přístrojem RESISTOGRAPH PD 200

Tato diagnostická metoda je primárně určena pro identifikaci skrytých vad a vnitřního poškození v rámci konstrukčního dřevěného průřezu [1, 6] nebo kmenů v lesních porostech. Způsob měření je rozdílný při laboratorním testování a při testování IN-SITU. Laboratorní aplikací metody se zabývá více autorů [1]. IN-SITU měření obvykle navazuje nebo probíhá současně s jinými nedestruktivními metodami, např. s měřením pomocí přístroje PILODYN. Kombinace laboratorního testování a IN-SITU měření je možno provádět v případě, že lze ze stávající konstrukce vyjmout dřevěný prvek, který je dostatečně reprezentativní pro vyšetřovanou konstrukci.

Obr. 1: Měření přístrojem RESISTOGRAPH PD 200 v krovu klášterního kostela v Želivě

Použití přístroje RESISTOGRAPH je vhodné pro potvrzení přítomnosti hniloby na určitém místě, nebo pro zjišťování skrytých vad, obvykle trhlin a suků. Definovat jiné typy skrytých vad ze záznamové křivky je obtížné.

Volba měřicích míst se odvíjí od účelu měření. Měřicí body mohou být určeny cíleně nebo může být stanovena rozteč bodů pro plošné měření. Měření neprovádíme v místech viditelných defektů. Provádíme vždy dostatečný počet měření, abychom měli jistotu, že měřením získáme relevantní údaje. Nicméně, každý vrt znamená další poškození konstrukce, což je pro některé typy konstrukcí nepřijatelné. V případě měření IN SITU je praktické zaznamenávat průběžně všechna fakta a pozorování z jednotlivých měření do polního zápisníku, a to i v případě, že jsou naměřená data ukládána v interní paměti přístroje.

Obr. 2: Detekce skryté trhliny na záznamu z měření přístrojem RESISTOGRAPH PD 200

Obr. 3: Detekce skrytého suku na záznamu z měření přístrojem RESISTOGRAPH PD 200

Obr. 4: Detekce pokročilé hniloby konstrukčního prvku na záznamu z měření přístrojem RESISTOGRAPH PD 200

Při měření přístrojem je vhodné registrovat celý vyšetřovaný profil a to v radiálním směru. Při vadách dřeva jako je např. točitost kmene, může být v měřicím místě registrován tangenciální profil (Obr. 5), což poněkud znesnadňuje interpretaci měření.

Obr. 5: Zachycení tangenciálního profilu na záznamu z měření přístrojem RESISTOGRAPH PD 200

Křivka záznamu typická pro zdravý nepoškozený profil, zachycený radiálně po celé délce vrtu má pravidelně rozmístěné píky a jejich maximální hodnoty jsou přibližně stejné (Obr. 6).

Obr. 6: Záznam z měření přístrojem RESISTOGRAPH PD 200

3 Závěr

Přístroj RESISTOGRAPH PD 200 poskytuje digitalizovaný výstup ve formě křivky záznamu. Křivka záznamu je podkladem pro kvalitativní vyhodnocení měřeného materiálu. Takto lze detekovat skryté vady a poruchy. Z absolutních hodnot píků na křivce záznamu lze předběžně usuzovat na typ dřeviny, popř. na hustotu dřeva. Tyto závěry však lze vyslovit až na základě určitých praktických zkušeností z měření většího počtu konstrukcí.

Využitím různých nedestruktivních metod, např. kombinované měření přístrojem RESISTOGRAPH, FRACTOMETR a přístrojem PUNDIT (akustická metoda) lze získat dostatečné množství dat, které s dobrou spolehlivostí poskytují adekvátní kvalitativní údaje o vyšetřované dřevěné konstrukci. Nevýhodou takového postupu jsou značné nároky na pracnost stavebně – technického průzkumu a následného zpracování dat.

Poděkování

Tento příspěvek vznikl v rámci projektu „Tvorba a internacionalizace špičkových vědeckých týmů a zvyšování jejich excelence na Fakultě stavební VŠB-TUO.“ reg. č. CZ.1.07/2.3.00 /20.0013. Projekt je spolufinancován Evropskou unií prostřednictvím ESF a SR ČR.

Literatura

• [1] Branco, J. M., Piazza, M., Cruz, P. J. S. Structural analysis of two King-post timber trusses: Non-destructive evaluation and load-carrying tests. Construction and Building Materials. Vol. 24 (2010), pp. 371–383.
• [2] ČSN EN 1990 Eurokód: Zásady navrhování konstrukcí. ČNI Praha, 2011.
• [3] ČSN EN 1995 Eurokód 5: Navrhování dřevěných konstrukcí Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby. ČNI Praha, 2006.
• [4] ČSN ISO 13822 Zásady navrhování konstrukcí – Hodnocení existujících konstrukcí. ČNI Praha, 2005.
• [5] Dietsch, P., Kreuzinger, H. Guideline on the assessment of timber structures: Summary. Engineering
• Structures. Vol. 33 (2011), pp. 2983–2986.
• [6] Piazza, M., Raggio, M. NDT Methodts for the assessment of structural timber: Report on the researches carried out at the University of Trento (Italy). In: SACoMaTiS 2008 International RILEM Conference. Varena (LC): 2008, pp. 1039–1047.