Tài liệu Bài giảng bệnh học và sửa chữa công trình

BỆNH HỌC VÀ SỬA CHỮA CÔNG TRÌNH TS. Nguyễn Trung Hiếu – Email: [email protected] 1 T.H. NGUYEN, NUCE MỤC TIÊU MÔN HỌC - Nắm được các khái niệm cơ bản liên quan đến tuổi thọ công trình, hư hỏng công trình - Nắm được nguyên tắc đảm bảo tuổi thọ kết cấu công trình - Nắm được nguyên tắc khảo sát, đánh giá tình trạng hư hỏng của công trình - Nắm được các nguyên nhân gây hư hỏng, làm giảm tuổi thọ công trình - Nắm được các phương pháp sửa chữa , gia cường kết cấu công trình 2 T.H. NGUYEN, NUCE TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH  Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT, kết cấu thép hiện hành  Tiêu chuẩn khảo sát, đánh giá hiện trạng công trình xây dựng  Sổ tay xử lý sự cố công trình xây dựng- tập 1, 2, 3, Vương Hách, Nhà xuất bản Xây dựng, 2000.  Hư hỏng sửa chữa gia cường công trình , Lê văn Kiểm NXB ĐH kỹ thuật TP. HCM, 2000  Concrete Repair and Maintenance Illustrated, P. H Emmons 3 T.H. NGUYEN, NUCE NỘI DUNG MÔN HỌC  Phần 1 : Tổng quan về Bệnh và Tuổi thọ công trình  Phần 2 : Đánh giá hiện trạng chất lượng công trình xây dựng  Phần 3 : Hư hỏng và sửa chữa, gia cường kết cấu bê tông  Phần 4 : Hư hỏng và sửa chữa, gia cường kết cấu thép  Phần 5 : Hư hỏng và sửa chữa, gia cường khối xây  Phần 6 : Hư hỏng và sửa chữa, gia cường kết cấu móng 4 T.H. NGUYEN, NUCE PHẦN I TỔNG QUAN VỀ BỆNH VÀ TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH 5 T.H. NGUYEN, NUCE NỘI DUNG PHẦN 1  SỰ LÀM VIỆC THEO THỜI GIAN CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG  CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG 6 T.H. NGUYEN, NUCE SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG THEO THỜI GIAN VÒNG ĐỜI CỦA MỘT CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Xử lý công trình Nhu cầu thị trường Sửa chữa, bảo dưỡng Đưa vào sử dụng Thiết kế Thi công xây dựng  Luật xây dựng 2003 quy định các hoạt động xây dựng là các công việc từ khi có chủ trương đầu tư đến hết tuổi thọ của công trình 7 T.H. NGUYEN, NUCE SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG THEO THỜI GIAN VÒNG ĐỜI CỦA MỘT SẢN PHẨM XÂY DỰNG  Mỗi sản phẩm (công trình) xây dựng đều có một tuổi thọ nhất định và cần được xác định trước từ khâu thiết kế. Ví dụ một công trình nhà cao tầng thường có thời gian sử dụng trong vòng 50 đến 100 năm và phải đảm bảo các chức năng sử dụng trong suốt thời gian đó  Vì nhiều yếu tố tác động khác nhau, chất lượng (độ bền vững) của công trình xây dựng suy giảm theo thời gian sử dụng  Bảo dưỡng,sửa chữa công trình là yêu cầu tất yếu để đảm bảo được chức năng sử dụng của công trình đồng thời nâng cao độ bền vững của công trình 8 T.H. NGUYEN, NUCE SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG THEO THỜI GIAN SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH  Trong suốt quá trình tồn tại, công trình xây dựng chịu tác động của nhiều nguồn tác động khác nhau:  Tác động cơ học ( tĩnh tải, hoạt tải, tải trọng bất thường….)  Tác động của các yếu tố môi trường ( nhiệt độ, độ ẩm…) Đây là các nguồn gây nên « bệnh « hay sự suy giảm khả năng làm việc, chất lượng của công trình xây dựng 9 T.H. NGUYEN, NUCE SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG THEO THỜI GIAN SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH  Tác động cơ học : được kể đến trong khâu thiết kế công trình, tuy nhiên thực tế làm việc có thể có sự sai khác. Ví dụ: - Do sự thay đổi công năng sử dụng - Do chất lượng thi công không đảm bảo - Do tác động của thiên tai (gió, động đất) vượt quá dự báo khi thiết kế - Do tác động của cháy nổ …. Ảnh hưởng trực tiếp đến sự làm việc của các kết cấu chịu lực 10 T.H. NGUYEN, NUCE SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG THEO THỜI GIAN SỰ LÀM VIỆC CỦA CÔNG TRÌNH  Tác động của các yếu tố môi trường : thường không được kể đến trong khâu thiết kế công trình. Ví dụ : - Sự chênh lệch nhiệt độ môi trường - Biến dạng co ngót (co khô) của vật liệu, biến dạng từ biến …. - Các yếu tố xâm thực từ môi trường Làm suy thoái chất lượng của các vật liệu xây dựng theo thời gian 11 T.H. NGUYEN, NUCE CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG ĐỘ BỀN VỮNG CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Söa ch÷a Kh¶ n¨ng lµm viÖc Độ bền vững cña c«ng tr×nh Ban ®Çu Tèi thiÓu Tuæi thä c«ng tr×nh Thêi gian 12 T.H. NGUYEN, NUCE CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG ĐỘ BỀN VỮNG CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG - Độ bền vững của công trình được hiểu là khả năng chịu lực, độ ổn định, độ an toàn khi sử dụng, khả năng chống thấm, cách âm…. (Rilem, 1986) - Độ bền vững của công trình được xác định từ khâu thiết kế ban đầu và là một hàm của thời gian - Trái ngược với độ bền vững là sự hư hỏng của công trình. Sự hư hỏng công trình có thể hiểu là sự suy giảm độ bền vững của công trình và cũng là một hàm của thời gian 13 T.H. NGUYEN, NUCE CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG ĐỘ BỀN VỮNG CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG - Độ bền vững cũng như hư hỏng của công trình thường được đánh giá ở 3 cấp độ : + Giữa các cấp độ trên có sự tương tác lẫn nhau trong đó có thể coi đảm bảo độ bền của vật liệu trên công trình có ý nghĩa quan trọng 14 T.H. NGUYEN, NUCE CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG ĐỘ BỀN VỮNG CỦA CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Độ bền vững của một công trình xây dựng là tổng thể của rất nhiều các yếu tố tác động khác nhau : Độ bền vững của công trình xây dựng Thiết kế • Giải pháp • Cấu tạo Vật liệu • Bê tông • Cốt thép Thi công • Biện pháp • Trình độ Chế độ bảo trì Do các yếu tố khách quan và chủ quan, độ bền vững của công trình suy giảm theo thời gian đến một mức độ giới hạn. Giới hạn này có thể hiểu chính là tuổi thọ của công trình. 15 T.H. NGUYEN, NUCE CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH Tuổi thọ công trình là khoảng thời gian mà công trình làm việc bình thường đảm bảo các yêu cầu về an toàn được quy định (Theo Eurocode) Công trình làm việc bình thường : Đảm bảo công năng quy định trong hồ sơ thiết kế công trình, dựa trên các điều kiện về trạng thái giới hạn về sử dụng An toàn quy định : liên quan đến độ tin cậy quy định. Độ tin cậy được tính toán trong giai đoạn thiết kế . Tuy nhiên giá trị độ tin cậy giảm dần theo thời gian đến mức độ giới hạn xác định tuổi thọ của công trình 16 T.H. NGUYEN, NUCE CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH Tuổi thọ ( năm) Dạng kết cấu, công trình 10 Kết cấu tạm thời 25 Các bộ phận kết cấu có thể thay thế 25 Kết cấu công trình nông nghiệp 50 Nhà và các kết cấu thông dụng 100 Công trình có ý nghĩa văn hóa; cầu và những công trình xây dựng Quy định về Tuổi thọ của công trình xây dựng theo tiêu chuẩn NF EN 1990 (CH Pháp) 17 T.H. NGUYEN, NUCE CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Các yếu tố chính ảnh hưởng đến tuổi thọ của kết cấu bê tông (theo Eurocode) - Tuổi thọ (hay độ bền) của kết cấu bê tông chịu ảnh hưởng trực tiếp của độ bền của vật liệu cấu thành (bê tông, thép). Độ bền của vật liệu bê tông và vật liệu thép được quyết định bởi quá trình (tốc độ) ăn mòn cốt thép trong kết cấu bê tông. - Các mô hình dự báo tuổi thọ của kết cấu bê tông thường được xây dựng dựa trên các mô hình dự báo tốc độ ăn mòn cốt thép - Tốc độ ăn mòn cốt thép phụ thuộc vào điều kiện môi trường làm việc + chất lượng lớp bê tông bảo vệ. - Xác định các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn cốt thép và xem như “chỉ tiêu độ bền “ 18 T.H. NGUYEN, NUCE CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG - Mô hình dự báo tuổi thọ theo kiến nghị của nhiều tác giả ở Pháp : Các chỉ tiêu về độ bền Đầu vào Mô hình tính toán - Phương trình -Điều kiện ban đầu, điều kiện biên - Quy luật thay đổi của các chỉ tiêu về độ bền Đo đạc các chỉ tiêu độ bền theo một số chu kỳ xác định trên công trình Kiểm tra các quy luật trong mô hình Đầu ra Dự báo tuổi thọ công trình 19 T.H. NGUYEN, NUCE CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG - Mô hình dự báo tuổi thọ theo kiến nghị của nhiều tác giả ở Pháp : Đo đạc tốc độ xâm nhập CO2 trong kết cấu bê tông Đo đạc tốc độ xâm nhập Clorua trong kết cấu bê tông 20 T.H. NGUYEN, NUCE