Badania diagnostyczne budynków wielkopłytowych zostały wykonane według procedury przedstawionej na rys. 6.
Rys. 6. Ogólna procedura diagnostyczna w ocenie stanu technicznego budynków wielkopłytowych
Podstawowym elementem diagnostyki budynków wielkopłytowych była identyfikacja systemu konstrukcyjnego, dokonana na podstawie znajomości rozwiązań systemowych (centralnych i regionalnych) oraz informacji zawartych w:
- książce obiektu budowlanego,
- archiwalnych projektach technicznych.
Ocena makroskopowa miała na celu określenie aktualnego stanu technicznego budynków oraz wykonanie inwentaryzacji uszkodzeń elementów, w szczególności tych, które mogłyby świadczyć o powstaniu zagrożenia bezpieczeństwa użytkowania obiektu. W ramach oceny uzyskano od właścicieli lub zarządców obiektów wszelkie informacje dotyczące użytkowania budynków oraz ewentualnych zmian w stosunku do projektów pierwotnych i zakładanego przeznaczenia. W wyniku oceny potwierdzono zgodność stanu rzeczywistego budynków z ich dokumentacją projektową.
Podstawowym elementem oceny makroskopowej były analizy i oceny zarysowań elementów i złączy konstrukcyjnych, przeprowadzona według następującej systematyki:
- uszkodzenia małe: pojedyncze rysy o szerokości rozwarcia do 0,5 mm, występujące w ścianach zewnętrznych, w pasach międzyokiennych, niewidoczne od wewnątrz oraz zarysowania ścian nośnych, np. przy otworach okiennych; uszkodzenia te w przypadku stwierdzenia ich stabilizacji pozostają bez wpływu na bezpieczeństwo konstrukcji,
- uszkodzenia średnie: zarysowania/pęknięcia ścian nośnych (pionowe i/lub poziome) o szerokości rozwarcia do 1 mm i długości nieprzekraczającej jednej kondygnacji; zarysowania stropów do 1 mm występujące na większości kondygnacji w kierunku prostopadłym do rozpiętości płyt stropowych (z pominięciem styków między płytami),
- uszkodzenia duże (poważne): pęknięcia ścian nośnych (pionowe i/lub ukośne) o szerokości rozwarcia od 1 do 5 mm, zwykle przekraczające wysokość jednej kondygnacji, ścian zewnętrznych przy otworach okiennych i drzwiowych o rozwarciu większym od 1 mm, przechodzące przez grubość ściany, powtarzające się na kilku kondygnacjach; zarysowania stropów o rozwartości powyżej 1 mm występujące na większości kondygnacji w kierunku prostopadłym do rozpiętości płyt stropowych.
Występowanie rys powierzchniowych w złączach między płytami ściennymi i stropowymi spowodowane jest zwykle nieciągłością struktury betonu i/lub zaprawy między elementami. W przypadku, gdy rysy powierzchniowe pojawiają się pomiędzy elementami stropowymi (efekt tzw. klawiszowania) przyczyny należy upatrywać w braku poprawnego wykonania podłużnych złączy poziomych, co uwidacznia się zwykle w pęknięciach tynków w miejscach połączeń elementów. Odmiennym rodzajem rys powierzchniowych niezagrażających konstrukcji są rysy na tynkach w miejscach styków prefabrykatów, np. w miejscach przy-legania biegów schodowych do ścian.
Powstanie rys lokalnych może być spowodowane uszkodzeniami mechanicznymi elementów podczas produkcji, transportu lub montażu. Przyczynami występowania tego rodzaju zarysowań mogą być również odkształcenia termiczne, skurcz betonu lub lokalne wytężenie betonu prefabrykatów lub złączy. Lokalne rysy w warstwie zewnętrznej płyt warstwowych są z reguły efektem ograniczenia możliwości odkształceń termicznych tych warstw. Koncepcje ścian trójwarstwowych przewidują zawieszenie warstw zewnętrznych na wieszakach stalowych (o małej sztywności w kierunku poziomym), dopuszczając w ograniczonym stopniu swobodę odkształceń. Rysy lokalne w złączach pionowych są najczęściej efektem wadliwego wykonawstwa lub nieskutecznych rozwiązań projektowych (złącza gładkie). Zarysowania w złączach narożnych są zwykle spowodowane różnicą odkształceń ścian różnie obciążonych lub wygięciem ścian zewnętrznych, poddanych silnemu działaniu promieni słonecznych. Pionowe rysy w nadprożach są często wynikiem nierównomiernego osiadania budynków i/lub ich niewystarczającej sztywności przestrzennej.
Rysy strukturalne (konstrukcyjne), świadczące o naruszeniu ogólnej spójności ustroju nośnego budynków, występują najczęściej w złączach między płytami ściennymi, przechodząc przez całą grubość złączy i inicjując zarysowania poziome pomiędzy stropami. Uszkodzenia takie są efektem występowania nadmiernych sił rozciągających w niedostatecznie przewiązanych płytach ścian w poziomie stropów lub niewystarczającego powiązania na podporach płyt stropowych. Powodem pojawienia się rys strukturalnych mogą być również efekty nierównomiernego odkształcenia podłoża pod budynkami oraz potencjalne (wcześniej ujawnione) wady projektowe lub wykonawcze. W przypadku stwierdzenia występowania rys strukturalnych należy przeprowadzić szczegółowe obliczenia statyczno-wytrzymałościowe z uwzględnieniem zmian sztywności elementów i przy założeniu rzeczywistych właściwości materiałowych.
W przypadku stwierdzenia (podczas oceny makroskopowej) uszkodzeń elementów budynków wielkopłytowych, w szczególności o charakterze strukturalnym, przeprowadza się kontrolne badania materiałowe, w celu:
- identyfikacji parametrów wytrzymałościowych betonu w elementach i złączach,
- określenia zbrojenia prefabrykatów i ich wzajemnych połączeń, rodzaju stali, rozmieszczenia i średnicy prętów oraz ich otulenia betonem (rys. 7),
- właściwości ochronnych betonu względem stali zbrojeniowej (badania fizyko-chemiczne: pH odwzorowanej cieczy porowej betonu/zaprawy, zawartości jonów chlorkowych, potencjały stacjonarnego, gęstości prądu pasywacji i wyglądu elektrody stalowej po badaniu elektrochemicznym).
Rys. 7. Przykład map struktury oraz zbrojenia złącza pionowego w połączeniu ściany wewnętrznej nośnej i ściany usztywniającej /źródło: J. Szulc, A. Mazurek/
Badania materiałowe, z uwagi na ograniczenie uciążliwości użytkowania budynków, przeprowadzić można metodami bezinwazyjnymi i/lub quasi-inwazyjnymi.
Badania materiałowe jakości złączy elementów prefabrykowanych w budynkach wielkopłytowych przeprowadzono za pomocą kamery inspekcyjnej, wprowadzonej w otwory nawiercone skośnie w połączeniach elementów ściennych i stropowych na klatkach schodowych i korytarzach (rys. 8). W ten sposób ocenia się: jednorodność struktury betonu i/lub zaprawy wypełniającej oraz (po uprzednim skanowaniu i lokalizacji zbrojenia) stopień korozji prętów zbrojeniowych.
Rys. 8. Widok i lokalizacja (na rzucie poziomym) miejsc poboru próbek Przykłady obrazów jakości złączy elementów prefabrykowanych w budynku wielkopłytowym /źródło: J. Szulc, A. Mazurek/
W przypadku stwierdzenia podczas czynności wstępnych następujących okoliczności:
- uszkodzeń elementów konstrukcyjnych (zarysowania, pęknięcia, ubytki),
- deformacji elementów konstrukcyjnych powyżej wartości dopuszczalnych (niedokładny montaż, ugięcia stropów),
- rozległych śladów korozji chemicznej i/lub biologicznej zbrojenia i betonu,
- niedostatecznej jakości materiału złączy między elementami, np. niejednorodności struktury wypełniającej,
- wyraźnych odstępstw właściwości wytrzymałościowych i fizyko-chemicznych materia-łów od założeń systemowych i projektowych,
należy wykonać kontrolne obliczenia statyczno-wytrzymałościowe elementów konstrukcyjnych (w uzasadnionych przypadkach ustroju przestrzennego w modelu 3D), weryfikujące spełnienie stanów granicznych oraz ogólnych wymagań dotyczących sztywności, spójności i integralności ustroju nośnego. W obliczeniach należy uwzględnić rzeczywiste, tj. określone w wyniku pomiarów i badań, parametry elementów konstrukcyjnych i wykończeniowych, np. grubości warstw posadzkowych. Wyniki obliczeń stanowią podstawę oceny trwałości i bezpieczeństwa użytkowania obiektu budowlanego; w przypadkach zagrożenia należy zaprojektować i wprowadzić w trybie doraźnym wzmocnienie elementów ustroju nośnego.
PODSUMOWANIE
- Ocena bezpieczeństwa i trwałości została przeprowadzona na podstawie procedury diagnostycznej obejmującej m.in.: ocenę makroskopową i szczegółowe badania materiałowe (in situ i laboratoryjne).
- Badania diagnostyczne zostały przeprowadzone na reprezentacyjnej próbie ok. 400 budynków wielkopłytowych, wzniesionych w systemach centralnych (Wk-70, Szczecin i WUF-T) i regionalnych (WWP, Dąbrowa) zlokalizowanych w województwach: mazowieckim, łódzkim oraz śląskim i dolnośląskim (obszary oddziaływań górniczych).
- W badaniach diagnostycznych uwzględniono specyficzne właściwości budownictwa wielkopłytowego, koncentrując uwagę na jakości wykonania złączy konstrukcyjnych między prefabrykatami stropowymi i ściennymi; z uwagi na uciążliwość czynności badawczych dla użytkowników, w pracach wykorzystano nowoczesne urządzenia pomiarowe (w części bezinwazyjne).
Szczegółowe zasady oceny diagnostycznej budynków wielkopłytowych zostały opisane w wytycznych pt. „Diagnozowanie techniczne budynków wzniesionych w technologiach uprzemysłowionych. Systemy wielkopłytowe”, ITB Warszawa 2018.