Οι αρχές της συντήρησης των κατασκευών από σκυρόδεμα

Η έλλειψη της συντήρησης δεν είναι ομόνος λόγος της υποβάθμισης του σκυροδέματος. Η υποβάθμιση μπορεί να οφείλεται σε μια σειρά παραγόντων, όπως η υψηλή δοσολογία νερού στο ανάμιγμα, η εσφαλμένη μελέτη συνθέσεως του σκυροδέματος, τα σφάλματα των στατικών υπολογισμών, οι κακοτεχνίες κατά την κατασκευή, η ενανθράκωση, η διάβρωση του οπλισμού ή η υπερφόρτωση της κατασκευής.

Η επισκευή κατασκευής από σκυρόδεμα έγκειται στην αποκατάσταση ή αντικατάσταση του σκυροδέματος ή του φλοιού επικαλύψεως των οπλισμών της κατασκευής μετά την πάροδο αρκετού χρόνο από την αρχική χύτευση. Οι επεμβάσεις αυτές αφ’ ενός μεν είναι δαπανηρές και αφ’ ετέρου απαιτούν κατασκευαστική εμπειρία. Επισημαίνεται ότι το κόστος αυξάνεται σημαντικά όταν η ποιότητά τους δεν είναι ικανοποιητική, με αποτέλεσμα την πρόωρη αστοχία τους και την ανάγκη επανάληψής τους σε μικρό χρονικό διάστημα.Συνήθως το ζητούμενο από μια επέμβαση επισκευής είναι η αποκατάσταση της στάθμης εξυπηρέτησης της κατασκευής και η εξασφάλιση ότι το επισκευασθέν στοιχείο ή τμήμα θα διατηρηθεί κατά τον αναμενόμενο χρόνο ζωής της συνολικής κατασκευής.Προς το παρόν δεν υπάρχουν τυποποιημένες διαδικασίες για τον έλεγχο του κατά πόσον μια επισκευή είναι επιτυχής. Επιπρόσθετα, μετά την αφαίρεση των ικριωμάτων είναι πρακτικά ανέφικτο να διεξαχθούν έλεγχοι και ο κύριος του έργου συνήθως μένει με την εντύπωση ότι η επισκευή είναι καλώς καμωμένη και ότι δεν υπάρχουν αστοχίες ή προσεχείς αστοχίες. Όμως μετά την παρέλευση κάποιου χρονικού διαστήματος (όχι υποχρεωτικά μεγάλου) αρχίζουν κάποιες τοπικές απολεπίσεις ή γίνονται εμφανή σημεία διάβρωσης του οπλισμού.

Είναι λοιπόν εμφανές ότι απαιτούνται διαδικασίες ελέγχου ποιότητας (Quality Control, QC) και διασφάλισης ποιότητας (Quality Assurance, QA) για την εξασφάλιση της αξιοπιστίας της επισκευής. Από μόνες τους οι διαδικασίες QC και QA δεν συνεπάγονται, βέβαια, την αξιοπιστία (reliability). Το πρόβλημα με τις επισκευές στοιχείων μιας κατασκευής από σκυρόδεμα είναι ότι συχνά δεν ανταποκρίνονται προς τους τεθέντες στόχους. Σημεία αστοχίας μιας επισκευής είναι η εμφάνιση ρηγματώσεων στο επισκευαστικό υλικό, λεκέδες απo σκουριά και αποκολλήσεις από το υπόστρωμα. Οι ρηγματώσεις και οι αποκολλήσεις μπορούν να συμβούν ακόμα και μετά από μερικές ώρες από την εφαρμογή του υλικού, ή/και μετά από μήνες, και μπορούν να αποδοθούν σε κακοτεχνίες, ανεπαρκή αγωγή (curing), έντονο άνεμο,συστολή ξήρανσης κ.λπ.Ο βασικότερος ίσως λόγος εμφάνισης αστοχιών στις επουλώσεις σκυροδέματος (μπαλώματα, patching), σε μικρό χρόνο μετά την εφαρμογή τους, είναι ότι το υποκείμενο πρόβλημα δεν έχει αντιμετωπισθεί δεόντως. Ως αστοχία επουλώσεως μπορεί να θεωρηθεί και όταν το επισκευαστικό υλικό δεν είναι συμβατό με την υφή και το χρώμα του παλαιού σκυροδέματος.

Ορισμός της συντήρησης

Ως συντήρηση θα μπορούσε να ορισθεί η διαδικασία διατήρησης τμημάτων ή στοιχείων μιας κατασκευής ή η αποκατάστασή τους κατά τρόπον ώστε η κατασκευή να διατηρεί τη λειτουργικότητά της.Η διαδικασία αυτή περιλαμβάνει: Ελέγχους, Δοκιμές, Επιθεωρήσεις, Ρυθμίσεις ή Ευθυγραμμίσεις, Αφαίρεση, Αντικατάσταση, Επανεγκατάσταση, Ανίχνευση/Έρευνα προβλημάτων, Επισκευές, Τροποποιήσεις, Ανακατασκευή, Επανορθώσεις κ.λπ. Παρά το γεγονός ότι τόσο το σκυρόδεμα, όσο και το επισκευαστικό υλικό μπορούν να είναι υψηλής ανθεκτικότητας, όλα τα παρα πάνω απαιτούνται, τόσο για το σκυρόδεμα, όσο και για το επισκευαστικό υλικό. Η συντήρηση διακρίνεται σε δύο βασικές κατηγορίες: Συντήρηση αποκατάστασης (Corrective maintenance):

Η συντήρηση, η οποία απαιτείται ώστε σε περίπτωση αστοχίας η κατασκευή, να απο κατασταθεί στην προβλεπόμενη ή επιθυμητή στάθμη λειτουργικότητας. Περιλαμβάνει την διαπίστωση του αιτίου τηςαστοχίας, τον εντοπισμό του προβλήματος (θέση επέμβασης), την αφαίρεση, αντικατάσταση ή επισκευή του στοιχείου/μέλους και την επαλήθευση του αποτελέσματος.

Οι επεμβάσεις για την συντήρηση ενός δομήματος πρέπει να σχεδιάζονται και να διευθύνονται από τεχνικούς που διαθέτουν επαρκή εμπειρία, οι οποίοι θα λαμβάνουν υπόψη τους τους ακόλουθους παράγοντες: Ηλικία του δομήματος. Χαρακτηριστικά του φυσικού περιβάλλοντος του δομήματος.

Χρήση δραστικών ουσιών στο δόμημα.Προηγούμενες εργασίες συντήρησης. Κόστος των επεμβάσεων. Απαιτήσεις αξιοπιστίας των επεμβάσεων αποκατάστασης. Ο ανθρώπινος παράγων παίζει καθοριστικό ρόλο στις διαδικασίες συντήρησης των κατασκευών. Το πρόγραμμα συντήρησης καθορίζει τις μεθόδους και διαδικασίες για την υποστήριξη του συστήματος (ή κατασκευής) καθ’ όλην τη διάρκεια της ζωής του. Περιλαμβάνει τον καθορισμό και την χρήση όλων των απαιτούμενων υλικών για τη διαρκή υποστήριξη του συστήματος/κατασκευής.

Σε γενικές γραμμές πρέπει να περιλαμβάνει: Περιγραφή της προβλεπόμενης στάθμης της συντήρησης.

Τους υπεύθυνους για τη συντήρηση (κατασκευαστής / παραγωγός – τελικός δικαιούχος). Κριτήρια για την εξασφάλιση των διαφόρων υλικών/εξαρτημάτων.

Παράγοντες αποτελεσματικότητας των επεμβάσεων. Απαιτήσεις αξιοπιστίας.Τις συνθήκες υπό τις οποίες θα επιτελείται η συντήρηση. Βασικός στόχος ενός προγράμματος συντήρησης (maintenance plan) είναι η εξασφάλιση αξιοπιστίας στις πραγματοποιούμενες επεμβάσεις επισκευών/αποκαταστάσεων της κατασκευής. Ο όρος αξιοπιστία συσχετίζεταιάμεσα με τους εξής παράγοντες: Το σύστημα (κατασκευή). Τις πιθανότητες. Τις επιδόσεις. Τον στόχο στάθμης λειτουργικότηταςπου τίθεται εκάστοτε. Τις επικρατούσες συνθήκες. Ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Βασικής λοιπόν σημασίας είναι να προσδιορισθούν τα βασικά αίτια βλάβης ή αστοχίας μιας κατασκευής, δηλαδή οι τεχνικές αβεβαιότητες και πιθανότητες. Η εκτίμηση της αξιοπιστίας, ως διαδικασία, συνίσταται στην συλλογή (κατά διαστήματα) στοιχείων για την τεχνική κατάσταση της κατασκευής (στοιχεία input) και τον προσδιορισμό των προσθέτων δαπανών που απαιτούνται για την επίτευξη συγκεκριμένης στάθμης λειτουργικότητας της κατασκευής. Ο έλεγχος και η διασφάλιση ποιότητας αναφέρονται σε συγκεκριμένο χρόνο αποδεικνύοντας την τήρηση ή μη συγκεκριμένωναπαιτήσεων, την ύπαρξη ή μη συγκεκριμένων χαρακτηριστικών της κατασκευής.

Για να ενταχθούν τα χαρακτηριστικά αυτά σε ένα σύστημα προσδιορισμού της αξιοπιστίας πρέπει να συσχετίζονταιμε παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η αξιοπιστία (διασύνδεση των αποτελεσμάτων του ποιοτικού ελέγχου με τηναξιοπιστία). Μη αξιόπιστα συστήματα ήκατασκευές είναι σχεδόν βέβαιο ότι θα αστοχήσουν, η δε αστοχίαέχει σειρά αιτίων, όπως: Φυσιολογική φθορά. Περιβαλλοντικοί παράγοντες. Κάποιο ελαττωματικό στοιχείο / μέλος της κατασκευής.

Χαμηλή ποιότητα (ως προς έναή περισσότερα κριτήρια). Εσφαλμένος σχεδιασμός. Η μειωμένη αξιοπιστίασυνεπάγεται πρόσθετο κόστος: Το κόστος της αστοχίας (ζημιές, διακοπή λειτουργίας [σταλία], αποκατάσταση). Το κόστος αναβάθμισης της αξιοπιστίας του συστήματος – κατασκευής. Γενική προσέγγιση στην εκτίμηση της υφιστάμενης κατάστασης του δομήματος. Στη σημερινή εποχή πολλοί βιομηχανικοί τομείς έχουν καθορίσει στρατηγικές για την εκτίμηση (assessment) της καταστάσεως των υπαρχουσών εγκαταστάσεων και κατασκευών τους και την επιμήκυνση του χρόνου ζωής τους. Η συνήθης προσέγγιση είναι η βήμα προς βήμα εκτίμηση, αρχίζοντας από μία γενική οπτική επιθεώρηση και καταλήγοντας σε λεπτομερειακή ανάλυση της δομικής αξιοπιστίας. Η μεθοδολογία περιλαμβάνεται στα πρότυπα ISO 2394 και ISO 1382 Η μεθοδολογία συλλογής πληροφοριών, η αποτίμηση της υπάρχουσας φέρουσας ικανότητας μέσω στατικής ανάλυσης καιη επιλογή μέτρων για την αποκατάσταση και ενίσχυση, συνιστούν διαδικασίαλήψης αποφάσεων η οποία αποσκοπεί στην ανάδειξη των πλέον αποτελεσματικών ερευνών και τροποποιήσεων που είναι αναγκαίες για την κάλυψη νέων απαιτήσεων χρήσης της κατασκευής και τηνάρση τυχόν αμφιβολιών αναφορικά μετην κατάσταση και τις μελλοντικές επιδόσεις του δομήματος.

Βήματα της αποτίμησης

1.Αφορμή για την αποτίμηση
(Assessment initiator).
2.Επισκόπηση του συστήματος, των δράσεων και της κατάστασης (Review system, actions and conditions).
3.Είναι εύλογο να γίνει αποτίμηση; (Assessment reasonable?).
4.Λεπτομερέστερος προσδιορισμός του συστήματος, των δράσεων και των αντιδράσεων με βάση τα στοιχεία από το βήμα (2) (Refine system, actions and reactions).
5.Προσδιορισμός αβεβαιοτήτων ή/και στοχευόμενης στάθμης ασφαλείας (refine uncertainities and/or target safety levels).
6.Υπολογιστική αποτίμηση (Numerical assessment).
7.Εργαστηριακή αποτίμηση (Experimental assessment).
8.Καθαίρεση στοιχείων κατασκευής (Demolish object).
9.Μείωση της στάθμης περιβαλλοντικής έκθεσης (Reduction of exposure level).
10.Αποκατάσταση (Restoration).
11.Διατήρηση (Preservation).
12.Ανάλυση κόστους-οφέλους (cost benefit analysis) Μέθοδοι εργαστηριακής και υπολογιστικής αποτίμησης. Συνιστάται η ανάλυση να αρχίζει από ένα βασικό επίπεδο (απλουστευμένο) και να κλιμακώνεται. Οι συνήθεις υπολογιστικές εκτιμήσεις από τις απλούστερες στις πιο σύνθετες είναι οι εξής: Γραμμική ανάλυση και έλεγχος επιμέρους στοιχείων (Σύμφωνα με τους ισχύοντες κανονιμούς). Υπολογισμός δράσεων και αντιδράσεων με μεγαλύτερη ακρίβεια (Refined). Γραμμικός ικανοτικός έλεγχος ελαστικής συμπεριφοράς (Linear elastic redundancy analysis). Μη γραμμική ανάλυση και έλεγχος στοιχείων (Πλαστική ανάλυση). Ανάλυση δομικής αξιοπιστίας κατά Bayesian (Structural reliability analysis, using Bayesian event updating). Προφανώς η κάθε μία από τις μεθόδους αυτές δεν είναι κατάλληλη για όλες τις περιπτώσεις. Συχνά για την ανάλυση σε υψηλότερο επίπεδο απαιτούνται πρόσθετα δεδομένα εργαστηριακών ελέγχων και δοκιμών.

Με την εξασφάλιση περισσοτέρων δεδομένων μπορεί να σταθμιστεί ακριβέστερα η στοχευόμενη στάθμη ασφαλείας, οι αβεβαιότητες των συνθηκών έκθεσης, οι αντιδράσεις και οι παραδοχές κατάρτισης του μοντέλου ανάλυσης του συστήματος. Οι εργαστηριακές δοκιμές και έλεγχοι διακρίνονται βασικά στις εξής ενότητες:

Επιθεωρήσεις

Aπλοί οπτικοί έλεγχοι και μετρήσεις, που συχνά γίνονται κατά τις διαδικασίεςτης συντήρησης. Καταστροφικοί έλεγχοι/δοκιμές DT, destructive techniques.

Μη καταστροφικοί έλεγχοι/δοκιμές NDT

Μία άλλη κατηγοριοποίηση μπορεί να γίνει με βάση τα χαρακτηριστικά της αποτιμώμενης κατασκευής: Επίπεδο αντοχών Π.χ. των υλικών (resistance level). Στάθμη έκθεσης Π.χ. μέτρηση έντασης ανέμου ή ύψους κυματισμού.

Σχέση μεταξύ αντοχής και στάθμης έκθεσης Π.χ. μέγιστα φορτία λειτουργίας ή αστοχίας. Λόγοι χρονικοί και οικονομικοί καθιστούν απαραίτητο τον καλό συντονισμό μεταξύ των αναλυτικών και εργαστηριακών μεθόδων αποτίμησης. Σε κάθε περίπτωση είναι σκόπιμο να απαντώνται ερωτήματα όπως:

Τι αναμένεται από τους εργαστηριακούς ελέγχους/δοκιμές; Τα αποτελέσματα που θα προκύψουν θα είναι χρήσιμα για την σκοπούμενη ανάλυση;

Τι δεδομένα απαιτούνται για το επόμενο βήμα των υπολογιστικών εκτιμήσεων; Ποιες είναι οι καταλληλότερες δοκιμές/έλεγχοι για τον επιδιωκόμενο σκοπό;

Τα αναμενόμενα αποτελέσματα δικαιολογούν το κόστος των εργαστηριακών ελέγχων; Το κόστος κύκλου ζωής μιας αποδεκτής στάθμης αξιοπιστίας μπορεί να επιτευχθεί με λογικό κόστος, όμως η υψηλή αξιοπιστία κοστίζει περισσότερο. Το θέμα αυτό συνδέεται άμεσα με το κόστος κύκλου ζωής (Life Cycle Cost) του συστήματος/κατασκευής. Υπό το πρίσμα αυτό όταν ένα σύστημα είναι μειωμένης αξιοπιστίας θα είναι περισσότερο δαπανηρό, ακριβώς για το λόγο αυτό!

Η αύξηση της δαπάνης σχεδιασμού/εκτέλεσης μιας κατασκευής δικαιολογείται όταν με τον τρόπο αυτόν αντισταθμίζονται δαπάνες (κόστος) που θα προκύψουν από παράγοντες όπως: Η συντόμευση της διάρκειας ζωής της κατασκευής. Η υψηλή δαπάνη συντήρησης. Οι επιπτώσεις στην ασφάλεια και την υγεία των χρηστών. Το κόστος αποκατάστασης. Η αιτιολόγηση του αυξημένου κόστους υλοποίησης (cost effectiveness) απαιτεί την αξιολόγηση των παραγόντων αυτών. Κατά συνέπεια, ο βαθμός αξιοπιστίας μετον οποίο πρέπει να υλοποιείται μια κατασκευή, συναρτάται με τις οικονομικές επιπτώσεις μιας κατασκευής μικρότερης αξιοπιστίας. Για την βελτίωση της αξιοπιστίας ενός συστήματος θα πρέπει να εντοπισθούν, να αντιμετωπισθούν ή να μετριασθούν οι βασικές αιτίες των αστοχιών. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται ανάλυση αστοχίας (failure analysis) και τα βασικά της βήματα είναι τα ακόλουθα:

Εντοπισμός των δυνητικών αστοχιών. Συγκέντρωση στοιχείων για τις αστοχίες αυτές. Οπτικός και φυσικός έλεγχος (με απλό φορητό εξοπλισμό).

Διαπίστωση της αστοχίας. Εργαστηριακές δοκιμές