Στο παρόν άρθρο παρουσιάζονται τύποι επιτόπου μετρήσεων και δοκιμών που παρέχουν δεδομένα για την υπολογιστική αποτίμηση της δομικής επάρκειας για τον προσδιορισμό των μηχανικών χαρακτηριστικών των δομικών υλικών και την αξιολόγηση της έκτασης των φθορών μιας μεταλλικής κατασκευής.
Του κ. Χάρη Ι. Γαντέ
Οι υφιστάμενες μεταλλικές κατασκευές, και ιδιαίτερα οι παλαιότερες, εμφανίζουν συχνά φθορές λόγω ανεπαρκούς συντήρησης, διάβρωσης μελών και μέσων σύνδεσης, απώλειας ευθυγραμμίας μελών και επιπεδότητας ελασμάτων, ή λόγω τυχηματικών φορτίων, όπως είναι σεισμός, πυρκαγιά ή πρόσκρουση οχήματος.
Ακόμη και αν δεν υπάρχουν φθορές, η αποτίμηση της φέρουσας ικανότητας είναι αναγκαία σε περιπτώσεις αλλαγής χρήσης ή φορτίων. Για την αποτίμηση αυτή είναι απαραίτητος ο προσδιορισμός των μηχανικών χαρακτηριστικών των δομικών υλικών και η καταγραφή και αξιολόγηση της έκτασης των φθορών.
Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται, κατά περίπτωση, επιτόπου μετρήσεις και εργαστηριακές δοκιμές, που παρέχουν πολύτιμα δεδομένα για την υπολογιστική αποτίμηση της δομικής επάρκειας, για την αξιολόγηση της ανάγκης ενισχύσεων, καθώς και για το σχεδιασμό τέτοιων ενισχύσεων. Σε αυτό το σύντομο ενημερωτικό άρθρο αναφέρονται συνοπτικά διάφοροι τύποι επιτόπου μετρήσεων και εργαστηριακών δοκιμών και παρουσιάζονται χαρακτηριστικές φωτογραφίες από συναφείς δραστηριότητες του Εργαστηρίου Μεταλλικών Κατασκευών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (ΕΜΠ).
Απαραίτητο στάδιο της αξιολόγησης μιας υφιστάμενης κατασκευής είναι η γεωμετρική αποτύπωση των φερόντων δομικών στοιχείων, τα οποία σε μεταλλικούς φορείς περιλαμβάνουν και τις συνδέσεις. Εάν υπάρχουν διαθέσιμα σχέδια, στόχος της αποτύπωσης είναι η επιβεβαίωσή τους, ενώ συχνά τέτοια σχέδια δεν ανευρίσκονται, οπότε οι αποτυπώσεις χρειάζονται για τη σύνταξη πρωτογενών σχεδίων. Οι γενικές γεωμετρικές διαστάσεις του φορέα αποτελούν αντικείμενο τοπογραφικής αποτύπωσης, αλλά οι λεπτομέρειες των συνδέσεων απαιτούν παρατήρηση από μικρή απόσταση, μετρήσεις με παχύμετρο ή με κατάλληλη συσκευή υπερήχων, καθώς και με παραδοσιακό τρόπο όπως με μετροταινία, αλλά και καταγραφή σε σκαριφήματα για την εν συνεχεία σύνταξη σχεδίων.
Με δεδομένη την ευπάθεια σε διάβρωση των μεταλλικών δομικών στοιχείων που είναι εκτεθειμένα στα καιρικά φαινόμενα, αλλά και τη συχνή έλλειψη επαρκούς συντήρησης, συχνά εκδηλώνονται φαινόμενα διάβρωσης τα οποία υποβαθμίζουν τη δομική επάρκεια. Για την αξιολόγηση του βαθμού διάβρωσης και την εκτίμηση της απομένουσας διάρκειας ζωής μπορούν να πραγματοποιηθούν επιτόπου μετρήσεις με χρήση ηλεκτρονικού μικροσκοπίου και να ταξινομηθεί η διάβρωση σε επίπεδα σύμφωνα με το πρότυπο ISO 8501-1.
Εφόσον υπάρχει αντιδιαβρωτική προστασία αλλά δεν είναι γνωστά τα χαρακτηριστικά της, ή και για λόγους εξακρίβωσης του πάχους βαφής κατά την παραλαβή ενός νέου έργου, υπάρχει δυνατότητα απλών επιτόπου μετρήσεων του πάχους βαφής με μη καταστροφικές μεθόδους.
Εάν η ποιότητα του δομικού χάλυβα που έχει χρησιμοποιηθεί στο έργο δεν είναι γνωστή, ή για σκοπούς επιβεβαίωσης αυτής της ποιότητας, μπορούν να πραγματοποιηθούν επιτόπου σκληρομετρήσεις για προσεγγιστικό προσδιορισμό των μηχανικών χαρακτηριστικών, αφού προηγηθεί τρόχισμα και καθαρισμός της επιφάνειας.
Σε τέτοιες περιπτώσεις, λόγω της μικρότερης αξιοπιστίας των μη καταστροφικών σκληρομετρήσεων σε σύγκριση με τις καταστροφικές δοκιμές εφελκυσμού στο εργαστήριο, προτείνεται η λήψη σχετικά μικρού αριθμού δοκιμίων για εργαστηριακό έλεγχο, ώστε έτσι να βαθμονομηθούν οι σκληρομετρήσεις, οι οποίες λόγω ευκολίας και ταχύτητας μπορούν να πραγματοποιηθούν σε μεγάλο αριθμό.
Μη καταστροφικοί έλεγχοι για τον ποιοτικό έλεγχο συγκολλήσεων μπορούν να πραγματοποιηθούν, εκτός από οπτικά, με τις μεθόδους υπερήχων, ραδιογραφίας, μαγνητικών σωματιδίων και διεισδυτικών υγρών.
Για τη διαπίστωση των δυναμικών χαρακτηριστικών υφιστάμενων κατασκευών και τη διερεύνηση της ευπάθειάς τους σε ταλαντώσεις, π.χ. λόγω ανέμου ή κυκλοφορίας, τοποθετούνται αισθητήρες σε κατάλληλες θέσεις του φορέα και καταγράφονται οι επιταχύνσεις, είτε από περιβαλλοντικά αίτια είτε από κινητά φορτία που προκαλούνται επί τούτου, με διάφορα μεγέθη και συχνότητες διέγερσης. Από την επεξεργασία των μετρήσεων προσδιορίζονται οι ιδιομορφές και ιδιοσυχνότητες του φορέα και συγκρίνονται με κανονιστικά επιβαλλόμενα όρια, ανάλογα με τη χρήση του έργου.
Τα αποτελέσματα των μετρήσεων πεδίου συμπληρώνονται και επιβεβαιώνονται από εργαστηριακές δοκιμές. Κυρίαρχο ρόλο σε αυτές καταλαμβάνουν οι δοκιμές εφελκυσμού, κατά τις οποίες τα ορθογωνικά δοκίμια ελασμάτων διαστάσεων περίπου 300mm x 30mm που έχουν ληφθεί στο πεδίο, αφού διαμορφωθούν κατάλληλα, υποβάλλονται σε επιβαλλόμενη εφελκυστική παραμόρφωση μέχρι τη θραύση τους, για προσδιορισμό των μηχανικών χαρακτηριστικών του χάλυβα.
Εκτός από τις δοκιμές εφελκυσμού ελασμάτων, μπορούν επίσης να πραγματοποιηθούν καταστροφικές εργαστηριακές δοκιμές προσδιορισμού αντοχής κοχλιώσεων, είτε σε εφελκυσμό είτε σε διάτμηση, ανάλογα με τις διαμέτρους και τα μήκη των διαθέσιμων προς εξέταση κοχλιών. Μπορούν επίσης να διενεργηθούν καταστροφικές δοκιμές προσδιορισμού αντοχής συγκολλήσεων, καθώς και δοκιμές συγκολλησιμότητας μεταξύ χαλύβων διαφορετικής προέλευσης.
Για τον προσεγγιστικό προσδιορισμό μηχανικών χαρακτηριστικών τόσο των ελασμάτων όσο και των μέσων σύνδεσης, εκτελούνται εργαστηριακές σκληρομετρήσεις, οι οποίες έχουν μεν μικρότερη αξιοπιστία από τις αντίστοιχες καταστροφικές δοκιμές αλλά είναι πολύ ευκολότερες και ταχύτερες, προσφέροντας έτσι ένα ευρύτερο στατιστικό δείγμα.
Τέλος, για τον προσδιορισμό της μικροδομής του χάλυβα και την ακριβέστερη διερεύνηση των κρατήρων διάβρωσης εκτελούνται εργαστηριακές δοκιμές ηλεκτρονικού μικροσκοπίου, οι οποίες παρέχουν καλύτερη ποιότητα συγκρινόμενες με τις αντίστοιχες μετρήσεις πεδίου.
Όπως προαναφέρθηκε, τα αποτελέσματα των παραπάνω επιτόπου μετρήσεων και εργαστηριακών δοκιμών παρέχουν πολύτιμα στοιχεία για την ποιοτική και υπολογιστική αποτίμηση της δομικής επάρκειας υφιστάμενων μεταλλικών κατασκευών, καθώς και για την αξιολόγηση της ανάγκης ενισχύσεων και το σχεδιασμό τους, εφόσον απαιτηθούν.
