Kapasitetsberegning og tilstandsvurdering av korrosjonsskadet betongbru: Lundevann bru

(1)

ESPEN KJETSÅ MZAFAR IBRAHIM

VEILEDERE

Jan Lindland (Universitet i Agder) Jostein Myromslien (Statens vegvesen)

Universitetet i Agder, 2017 Fakultet for teknologi og realfag Institutt for ingeniørvitenskap

Kapasitetsberegning og tilstandsvurdering av

korrosjonsskadet betongbru:

Lundevann bru

(2)

1

Forord

Denne oppgaven er utarbeidet som den avsluttende delen av det 2- årige masterstudiet i Bygg, sivilingeniør ved Universitet i Agder (UiA), institutt for ingeniørvitenskap. Oppgaven er utført over en periode på 20 uker og utgjør i praksis 30 studiepoeng per student. I forkant av arbeidet med

oppgaven har det i tillegg blitt utført et forprosjekt, tilsvarende 30 studiepoeng per student, som inneholdt forundersøkelser og tilegning av nødvendig kunnskap for å gjennomføre arbeidet med masteroppgaven.

Oppgaven er forfattet av Espen Kjetså og Mzafar Ibrahim, med Statens vegvesen som ekstern samarbeidspartner. Jan Lindland har fungert som intern hovedveileder, og Jostein Myromslien har vært formell veileder eksternt hos Statens vegvesen.

Gjennom arbeidet med masteroppgaven har vi tilegnet oss god kunnskap innen betongens nedbrytningsmekanismer, og hvilke konsekvenser disse kan få for bestandigheten av

betongkonstruksjoner. Oppgaven har spesielt gitt oss kunnskap om hvilke effekter kloridinitiert armeringskorrosjon kan få for den lastbærende evnen til betongbruer, og særlig for Lundevann bru, som var vært det spesifikke objektet i denne oppgaven.

Hovedutfordringene ved arbeidet har vært knyttet til utarbeidelse av gode analysemodeller og dels manglende informasjon om materialene på konstruksjonsdelene på brua.

Det forutsettes at leseren har kunnskap om grunnleggende temaer innen ingeniørvitenskap.

Vi vil rette en stor takk til Jan Lindland for veiledning og lån av nødvendig feltutstyr, i forbindelse med utførelsen av spesialinspeksjonen. Vi ønsker også rette en takk til Katalin Vertes for supplerende veiledning. Videre vil vi takke Jostein Myromslien fra SVV Region sør (Skien), og Espen Bie Gundersen fra Statens vegvesen Region sør (Arendal), for informasjon om brua og lån av verneutstyr.

Grimstad, 22.05.2017

(3)

2

Abstract

This master thesis deal with calculation and condition assessment of Lundevann bridge, which is a corrosion-damaged bridge with decks of pretensioned concrete beams, spanning between transversal beams. The transversal beams are connected to piles which transfers the loads to the ground.

The thesis presents the theoretical basis that underlies the calculations, as well as literature on the concrete's decomposition mechanisms. Loads and load combinations are calculated by the

Norwegian Road Safety Authority's Handbook R412 for bridge classification, and the capacity checks are performed according to NS-EN 1992-1-1 (Eurocode 2). The bridge is modeled in Autodesk Robot Structural Analysis Professional 2017, and used for analysis of dimensional loads.

Capacity control of the constructive parts of the bridges is performed for its undamaged condition according to current regulations. A visual inspection and a special inspection have been carried out with extraction of new concrete samples, which together with previous inspections forms the basis for an assessment of the current damage level on the bridge. RCT and ISE methods have been carried out in order to analyze the concrete samples, and perform chloride measurements. New samples that correspond to previous withdrawal points are compared to evaluate the development of chloride content in the concrete elements.

Based on capacity checks and damage assessment calculations have been made in order to estimate the consequences the damage will have for the load bearing capacity of Lundevann bridge. This has been done by examining the consequences of loss of concrete cover in the pressure zone, and by reducing the reinforcement area.

Capacity controls of the bridge in undamaged condition indicated that the bridge elements have sufficient load bearing capacity. The transversal beam in axis 9 has, however, exceeded the bending moment capacity in the longitudinal direction of the bridge, and attention should be paid. The extent of damage due to corroded reinforcement is greatest for the transversal beams of axis 2-8, and extensive corrosion of the tension reinforcement above the supports (piles) may be critical to the beams bending capacity. Since the damage level is difficult to determine exactly without direct measurements, the need of remediation measures on the transversal beams seems to be large.

(4)

3

Innholdsfortegnelse

Forord ... 1

Abstract ... 2

Figurliste ... 7

Tabelliste ... 11

Symbolliste ... 13

1 Innledning ... 17

2 Samfunnsperspektiv ... 19

3 Teori ... 20

3.1 Standarder og håndbøker... 20

3.1.1 Standarder ... 20

3.1.2 Håndbøker ... 20

3.2 Armert betong ... 22

3.2.1 Virkemåte ... 22

3.2.2 Sammensetning ... 22

3.2.3 Spennarmert betong ... 23

3.3 Betongens nedbrytningsmekanismer ... 23

3.3.1 Armeringskorrosjon ... 23

3.3.2 Fysisk nedbrytning ... 26

3.3.3 Kjemisk nedbrytning ... 27

3.3.4 Biologisk nedbrytning ... 28

3.4 Laster ... 29

3.4.1 Permanente laster ... 29

3.4.2 Variable laster ... 29

3.4.3 Deformasjonslaster ... 39

3.4.4 Lastkombinasjoner ... 44

3.5 Peleteori ... 46

3.6 Beregninger i bruddgrensetilstand ... 50

3.6.1 Aksialkraft ... 50

3.6.2 Bøyemoment ... 51

3.6.3 Skjærkraft ... 52

3.6.4 Torsjon ... 54

3.7 Konsekvenser av armeringskorrosjon ... 57

(5)

4

3.7.1 Mekanisk oppførsel ... 57

3.7.2 Reduksjon av armeringens tverrsnitt ... 58

3.7.3 Innvirkning på stålets styrke og duktilitet ... 59

3.7.4 Innvirkning på heftegenskaper ... 60

3.7.5 Innvirkning på momentkapasitet ... 61

3.7.6 Innvirkning på skjærkapasitet ... 62

4 Forskerspørsmål ... 65

5 Case og materialer ... 66

5.1 Case ... 66

5.1.1 Lundevann bru ... 66

5.2 Materialer ... 68

5.2.1 Materialegenskaper for betong... 68

5.2.2 Betongoverdekning ... 69

5.2.3 Materialegenskaper for slakkarmering ... 69

5.2.4 Spennarmerte bjelker ... 70

5.2.5 Peler ... 72

6 Metode ... 73

6.1.1 Antakelser for lastberegninger ... 73

6.2 Modellering i Robot Structural Analysis ... 77

6.2.1 Valg av modell ... 77

6.2.2 Aksesystemer ... 79

6.2.3 Noder ... 80

6.2.4 Elementer ... 81

6.2.5 Tverrsnitt ... 83

6.2.6 Randbetingelser ... 85

6.2.7 Laster ... 87

6.2.8 Mesh ... 89

6.2.9 Analyse ... 90

6.3 Visuell inspeksjon ... 94

6.3.1 Bakgrunn og formål ... 94

6.3.2 Fokusområde ... 94

6.3.3 Aksesystem ... 94

6.3.4 Inspeksjonsutstyr ... 95

6.3.5 Utførelse av inspeksjon ... 95

(6)

5

6.4 Spesialinspeksjon... 97

6.4.1 Bakgrunn og formål ... 99

6.4.2 Fokusområde ... 99

6.4.3 Lokaliseringssystem ... 100

6.4.4 Inspeksjonsutstyr ... 102

6.4.5 Utførelse av inspeksjon ... 103

6.5 Måling av kloridinnhold i borestøv ... 105

6.5.1 Ioneselektiv elektrode (ISE) ... 106

6.5.2 Rapid Chloride Test (RCT) ... 112

7 Resultat og diskusjon ... 122

7.1 Lastberegninger ... 122

7.1.1 Laster til analyse i Robot ... 122

7.1.2 Tap av forspenning ... 122

7.2 Dimensjonerende krefter ... 124

7.2.1 Dekke ... 124

7.2.2 Tverrbjelker akse 2-8 ... 125

7.2.3 Peler ... 127

7.2.4 Tverrbjelke akse 9 ... 127

7.2.5 Søyle akse 9 ... 129

7.3.2 Peler ... 134

7.3.3 Tverrbjelke akse 9 ... 135

7.3.4 Søyle akse 9 ... 138

7.4 Skadevurdering ... 141

7.4.1 Visuell inspeksjon ... 141

7.4.2 Materialprøver 1997 - Stærk & Co. ... 159

7.4.3 Materialprøver 2010/11 - Dagfin Skaar A/S ... 162

7.4.4 Materialprøver 2017 ... 163

7.4.5 Sammenlignbare materialprøver ... 166

7.4.6 Bomskader ... 175

7.5 Konsekvenser av skadeomfang ... 175

8 Diskusjon ... 182

(7)

6

8.1 Dimensjonerende krefter ... 182

8.3 Vurdering av skadeomfang ... 184

8.3.1 Kloridinnhold i betongen ... 184

8.3.2 Armeringskorrosjon ... 188

8.3.3 Karbonatisering ... 192

8.3.4 Anbefaling av vedlikeholdstiltak ... 193

8.4 Konsekvenser av skadeomfang ... 193

9 Konklusjon ... 195

10 Anbefalinger ... 198

10.1 Forslag til videre arbeid ... 198

10.2 Råd til oppdragsgiver ... 198

11 Referanser ... 199

12 Vedlegg ... 201

12.1 Obligatorisk egenerklæring/gruppeerklæring ... 201

12.2 Publiseringsavtale ... 202

12.3 Brudata ... 203

12.4 Tegningsgrunnlag ... 204

12.5 ISE- prosedyre ... 216

12.6 Vindlastberegninger ... 217

12.7 Beregning av temperaturlast ... 221

12.8 Beregning av kryptall ... 224

12.9 Beregning av svinntøyning ... 227

12.10 Beregning av forspenningstap ... 230

12.11 Input for kraftverdier ved modellering ... 239

12.12 Dekke ... 248

12.13 Bruddgrensetilstand for tverrbjelke akse 2-8 ... 258

12.14 Bruddgrensetilstand for peler ... 273

12.15 Bruddgrensetilstand for tverrbjelke akse 9 ... 276

12.16 Bruddgrensetilstand for søyle akse 9 ... 295

12.17 Redusert kapasitet tverrbjelker akse 2-8 ... 314

12.18 Registreringer fra spesialinspeksjon ... 328

(8)

7

Figurliste

FIGUR 3.1:EFFEKTEN AV ARMERING I BETONG [11] ... 22

FIGUR 3.2:SAMMENSETNING AV BETONG [11] ... 22

FIGUR 3.3:DANNELSE AV PASSIVFILM I ARMERTE BETONGKONSTRUKSJONER [11] ... 23

FIGUR 3.4:KORROSJON PÅ ARMERING ETTER AT PASSIVFILMEN ER BRUTT [11] ... 24

FIGUR 3.5:AVSKALLING SOM FØLGE AV RUSTSPRENGNING [11] ... 24

FIGUR 3.6:ULIKE GRADER AV KARBONATISERING [11] ... 24

FIGUR 3.7:FORLØP FOR GROPTÆRING (PITTING), TYPISK FOR KLORIDINITIERT KORROSJON [11] ... 25

FIGUR 3.8:TYPISK KRAKELERINGSMØNSTER FOR ALKALIREAKSJONER [11] ... 27

FIGUR 3.9:TILLATT TRAFIKKLAST PÅ EKSISTERENDE BRUER LANGS DET OFFENTLIGE VEINETTET [7] ... 30

FIGUR 3.10:VERTIKALE LASTER FOR DE ULIKE BRUKSKLASSENE [7] ... 31

FIGUR 3.11:BREDDE AV LASTFELT [7] ... 32

FIGUR 3.12:OPPSTILLING AV TO LASTFELTER FOR MINIMUM FØRINGSBREDDE 6,0 METER OG INGEN SIDEKANT [7] ... 32

FIGUR 3.13:VERDIER FOR BREMSELAST [7] ... 33

FIGUR 3.14:INTERPOLASJONSDIAGRAM FOR BESTEMMELSE AV BREMSELAST [7] ... 33

FIGUR 3.15:VINDLASTENS RESULTERENDE KRAFTKOMPONENTER [4] ... 35

FIGUR 3.16:VIRKNING AV SPENNINGSNIVÅ OG VARIGHET PÅ BETONGTØYNING [10]. ... 39

FIGUR 3.17:VIRKNING AV SVINNTØYNING PÅ SPENNINGSDIAGRAMMET [10] ... 40

FIGUR 3.18:ARBEIDSGANG VED PELEDIMENSJONERING ETTER GRENSETILSTANDSMETODEN [9] ... 47

FIGUR 3.19:FAGVERKSMODELL FOR BEREGNING AV SKJÆRKAPASITET [2] ... 53

FIGUR 3.20:SKJÆRSTRØM PÅ TYNNVEGGET HULLTVERRSNITT [2] ... 54

FIGUR 3.21:EFFEKTEN AV ARMERINGSKORROSJON PÅ LASTBÆRENDE KAPASITET, STIVHET OG KRAFTOMLAGRING PÅ ET BETONGELEMENT [18] ... 58

FIGUR 3.22:MODELLER FOR REDUKSJON AV ARMERINGSAREALET VED KARBONATISERING- OG KLORIDINITIERT KORROSJON [17]. ... 59

FIGUR 3.23:FORHOLD MELLOM RELATIV HEFTFASTHET OG KORROSJONSDYBDE FOR HJØRNESTENGER MED OG UTEN TVERRARMERING [17]. ... 60

FIGUR 3.24:ANTATT SAMMENHENG MELLOM SKJÆRSPENNINGSFORDELING I BETONGEN OG KRAFT I ARMERINGEN I FORSKJELLIGE SNITT AV ET SKJÆRSPENN [17]. ... 63

FIGUR 3.25:PRINSIPIELL SKISSE AV VIRKEMÅTEN TIL TRYKKBUE VED SKJÆR I BETONG [19] ... 63

FIGUR 5.1:OVERSIKTSBILDE OVER LUNDEVANN BRU (VEDLEGG 12.3) ... 66

FIGUR 5.2:OPPRISS AV LUNDEVANN BRU VEDLEGG (12.4) ... 67

FIGUR 5.3:GRUNNRISSET AV LUNDEVANN BRU INNDELT I HOVEDAKSER OG HIMMELRETNINGER ... 67

FIGUR 5.4:ANTALL MULIGE SPENNTAU OG DERES POSISJONER I NOB- BJELKER [15] ... 71

FIGUR 5.5:PELETVERRSNITT AV TYPEN HERCULES 600 ... 72

FIGUR 6.1:RETNINGER AV VINDPÅVIRKNINGENE PÅ BRUER [4] ... 74

FIGUR 6.2:MODELL AV HELE BRUA (AKSE 2-9) ... 77

FIGUR 6.3:DEKKEMODELL FOR ANALYSE AV LUNDEVANN BRU ... 78

FIGUR 6.4:MODELL MED TVERRBJELKE OG PELER FOR ANALYSE AV LUNDEVANN BRU ... 79

FIGUR 6.5:BRUMODELLENS GLOBALE AKSESYSTEM ... 79

FIGUR 6.6:TVERRBJELKENES- OG PELENES LOKALE AKSESYSTEM ... 80

FIGUR 6.7:OVERSIKT OVER OPPLAGERNODENES NUMRE I DEKKEMODELLEN ... 81

FIGUR 6.8:MODELLERT DETALJ AV DEKKENE VED AKSE ... 82

FIGUR 6.9:DETALJ AV DEKKENE VED AKSE I TEGNINGSGRUNNLAGET ( VEDLEGG 12.4) ... 82

FIGUR 6.10:PELENES SYMMETRILINJER I MODELL ... 82

FIGUR 6.11:PELENES SYMMETRILINJER I TEGNINGSGRUNNLAG (VEDLEGG 12.4) ... 82

FIGUR 6.12:KONSTRUKSJON AV TVERRBJELKE, SØYLE OG PELER I AKSE 9... 83

FIGUR 6.13:PELENES POSISJONER PÅ TVERRBJELKE I AKSE 9 ... 83

FIGUR 6.14:TVERRSNITT AV MODELLERT BRUDEKKE ... 84

FIGUR 6.15:TVERRSNITTET TIL TVERRBJELKENE FRA AKSE 2 TIL 8 ... 84

(9)

8

FIGUR 6.16:TVERRSNITTET TIL TVERRBJELKEN I AKSE 9 ... 84

FIGUR 6.17:TVERRSNITTET TIL SØYLEN I AKSE 9 ... 84

FIGUR 6.18:TVERRSNITTET TIL PELENE AV TYPEN HERCULES 600 ... 85

FIGUR 6.19:MODELLERTE FJÆRSTIVHETER PÅ PELENE I AKSE 2-8 ... 86

FIGUR 6.20:MODELLERTE FJÆRSTIVHETER PÅ PELER OG SØYLE I AKSE 9 ... 86

FIGUR 6.21:MODELLERT LAST FRA REKKVERK ... 87

FIGUR 6.22:EKSEMPEL PÅ MODELLERT LAST FRA VIND ... 87

FIGUR 6.23:MODELLERT TRIPPELBOGGILAST I TO LASTFELTER, HER PLASSERT MED MAKSIMAL EKSENTRISITET ... 88

FIGUR 6.24:MODELLERT BREMSE-/ AKSELERASJONSLAST SAMMEN MED TRIPPELBOGGILAST ... 89

FIGUR 6.25:MODELLERT SIDELAST SAMMEN MED TRIPPELBOGGILAST ... 89

FIGUR 6.26:MESHET BENYTTET FOR KALKULASJON AV DEKKET ... 90

FIGUR 6.27:DEFINERTE LASTBANER I BRUAS LENGDERETNING ... 91

FIGUR 6.28:UNDERSØKTE POSISJONER FOR TRAFIKKLAST I BRUAS LENGDERETNING ... 92

FIGUR 6.29: ETABLERT AKSESYSTEM FOR LUNDEVANN BRU ... 95

FIGUR 6.30:GRUNNRISSET AV LUNDEVANN BRU, INNDELT I HOVEDAKSER OG HIMMELRETNINGER ... 100

FIGUR 6.31:LOKALT AKSESYSTEM FOR POSISJON LANGS TVERRBJELKENE ... 100

FIGUR 6.32:HØYDEINNDELING FOR POSISJONER LANGS PELENE ... 101

FIGUR 6.33:LOKALISERING AV POSISJONER LANGS KANTBJELKER I DEKKENE ... 101

FIGUR 6.34:BENYTTET AGGREGAT, BORHAMMER OG SLAGDRILL ... 102

FIGUR 6.35:MÅLING AV OVERDEKNING MED PROFOMETER ... 103

FIGUR 6.36:UTTAK AV BORESTØV ... 104

FIGUR 6.37:MEISLING AV PRØVEOMRÅDE ... 104

FIGUR 6.38:KARBONATISERINGSTEST MED FENOLFTALEINLØSNING ... 105

FIGUR 6.39:BETONGPRØVER FERDIG BLANDET FOR ISE- MÅLINGER ... 107

FIGUR 6.40:KJEMIKALIER TIL BRUK I ISE- METODEN ... 109

FIGUR 6.41:KLARGJØRING AV MÅLEUTSTYR FOR ISE- METODEN ... 109

FIGUR 6.42: ETABLERTE STANDARDKURVER FOR ISE- METODEN ... 110

FIGUR 6.43:VEIING AV BETONGSTØV TIL ISE- MÅLINGER ... 111

FIGUR 6.44:REGISTRERING AV MÅLTE SPENNINGER I EXCEL FOR ISE- METODEN ... 111

FIGUR 6.45:BEREGNING AV KLORIDINNHOLD I MÅLTE PRØVER ETTER ISE- METODEN ... 112

FIGUR 6.46:MIDLET KLORIDINNHOLD FRA ISE- MÅLINGER ... 112

FIGUR 6.47:NØDVENDIG UTSTYR FOR RCT- MÅLINGER [24] ... 113

FIGUR 6.48:RESULTATENE FRA SAMMENLIGNINGEN AV AASHTOT260 OG RCT[25] ... 114

FIGUR 6.49:MANUELT KALIBRERINGSSKJEMA FOR RCT- MÅLINGER [23] ... 115

FIGUR 6.50:PRESISJON VED HØYE KLORIDKONSENTRASJONER ... 116

FIGUR 6.51:PRESISJON VED LAVE KLORIDKONSENTRASJONER ... 116

FIGUR 6.52:KALIBRERINGSKURVER FOR RCT-METODEN ... 118

FIGUR 6.53KLARGJØRING AV BETONGPRØVER TIL RCT ... 118

FIGUR 6.54:VEIING AV BETONGSTØV TIL RCT ... 118

FIGUR 6.55:KALIBRERINGSVERDIER FOR RCT I EXCEL ... 119

FIGUR 6.56:KALIBRERINGSVÆSKER TIL RCT-METODEN ... 119

FIGUR 6.57:SPENNINGSMÅLINGER FOR RCT I EXCEL ... 120

FIGUR 6.58:MÅLING AV BETONGPRØVER VED RCT... 120

FIGUR 6.59:BEREGNINGER AV KLORIDINNHOLD FOR RCT I EXCEL ... 120

FIGUR 6.60:MIDLET KLORIDINNHOLD FRA RCT-METODEN ... 121

FIGUR 7.1: OVERSIKTSBILDE AKSE 1(KONSOLL) ... 141

FIGUR 7.2:OVERSIKTSBILDE AKSE 2 ØST ... 142

FIGUR 7.3:KORRODERT ARMERING I AVSKALLINGSOMRÅDET ... 142

FIGUR 7.4:LANGSGÅENDE SPREKK OG KORRODERT ARMERING ... 142

FIGUR 7.5:OVERSIKTSBILDE AKSE 2 VEST ... 143

(10)

9

FIGUR 7.6:RUSTUTSLAG I NORDRE DEL AV TVERRBJELKE ... 143

FIGUR 7.7:AVSKALLING OG FRILAGT ARMERING I SØRLIG ENDE AV TVERRBJELKE ... 143

FIGUR 7.10:OPPSPREKKING OG DELAMINERING ... 144

FIGUR 7.11:BLOTTLAGT ARMERING I SØRLIG ENDE AV TVERRBJELKE ... 145

FIGUR 7.12:RUSTUTSLAG OG RISS PÅ PS2 OG TVERRBJELKE ... 145

FIGUR 7.14:RUSTUTSLAG OG OPPRISSING I SØRLIG DEL AV TVERRBJELKE ... 146

FIGUR 7.16:PÅBEGYNNENDE AVSKALLING OG DELAMINERING I NORDLIG DEL AV TVERRBJELKE ... 146

FIGUR 7.18:AVSKALLING OG KORRODERT ARMERING I SØRLIG DEL AV TVERRBJELKE ... 147

FIGUR 7.19:AVSKALLING OG KORRODERT BØYLE I SØRENDEN AV TVERRBJELKEN ... 147

FIGUR 7.20:STOR LANGSGÅENDE SPREKK PÅ PS1 I AKSE 5 ... 148

FIGUR 7.22:OPPRISSING I ØVRE HJØRNET PÅ MIDTEN AV TVERRBJELKE ... 148

FIGUR 7.23:MINDRE OPPSPREKKING I UNDERKANT AV TVERRBJELKE, OVER PS5 I AKSE 5 ... 149

FIGUR 7.25:AVSKALLING I SØRENDEN AV TVERRBJELKE ... 149

FIGUR 7.26:FRILAGT OG KORRODERT ARMERING LANGS PS1 I AKSE 6 ... 150

FIGUR 7.28:OPPSPREKKING AV GAMMEL UTBEDRING (MØRTEL) ... 150

FIGUR 7.29:OPPSPREKKING OG AVSKALLING LANGS PS6 I AKSE 6 ... 151

FIGUR 7.31:AVSKALLING OG KORRODERT ARMERING I ØVRE HJØRNE AV TVERRBJELKENS NORDLIGE DEL ... 151

FIGUR 7.32:VISUELT DÅRLIG BETONG OG KORRODERT ARMERING PÅ PS6 I AKSE 7 ... 152

FIGUR 7.34:OPPSPREKKING I ØVRE DEL AV TVERRBJELKE MELLOM PS5 OG PS6 ... 152

FIGUR 7.35:AVSKALLING OG KORRODERT ARMERING PÅ PS2 I AKSE 7 ... 153

FIGUR 7.37:RUSTUTSLAG OG RISS PÅ NORDLIG DEL AV TVERRBJELKEN ... 153

FIGUR 7.38:KORRODERT ARMERINGSBØYLE I SØRLIG ENDE AV TVERRBJELKE ... 154

FIGUR 7.39:AVSKALLING I NORDLIG ENDE AV TVERRBJELKE ... 154

FIGUR 7.40:VISUELT DÅRLIG BETONG PÅ PS6 I AKSE 8 ... 155

FIGUR 7.41:VISUELT DÅRLIG BETONG PÅ PS2 I AKSE 8 ... 155

FIGUR 7.43:AVSKALLING I HJØRNE PÅ SØRLIG DEL AV TVERRBJELKE ... 156

FIGUR 7.45:AVSKALLING PÅ ENDEFLATEN AV TVERRBJELKE ... 156

FIGUR 7.47:AVSKALLING I ØVRE HJØRNEKANT AV SØYLE ... 157

FIGUR 7.48:OVERSIKTSBILDE DEKKEBJELKE SØR, AKSE 1-2 ... 157

FIGUR 7.49:SPREKK I UNDERFLENSEN PÅ DEKKEBJELKE SETT FRA SIDEN OG I UNDERFLENSEN SETT NEDENFRA ... 158

FIGUR 7.50:AVSKALLING OG KORRODERT ARMERING UNDER FUGE AKSE 4 ... 158

FIGUR 7.51:STOR AVSKALLING OG KORRODERTE SPENNKABLER VED OPPLEGG AKSE 7 ... 158

FIGUR 7.52:STOR AVSKALLING OG KORRODERTE SPENNKABLER VED OPPLEGG AKSE 9 ... 159

FIGUR 7.53:FORVITRET BETONG OG KORRODERTE SPENNKABLER VED OPPLEGG AKSE 9 ... 159

FIGUR 7.54:KLORIDPROFIL FOR PRØVENE P02 OG P1 ... 167

FIGUR 7.55:KLORIDPROFIL FOR PRØVENE 27-28 OG P2 ... 168

(11)

10

FIGUR 7.60:KLORIDPROFIL FOR PRØVENE PELSYD/1-2/P12 ... 173

FIGUR 7.62: TVERRBJELKE I AKSE 8 FØR BANKING ... 175

FIGUR 7.63:TVERRBJELKE I AKSE 8 ETTER BANKING ... 175

FIGUR 8.1:MY- DIAGRAM SOM FØLGE AV BREMSELAST ... 182

FIGUR 8.2:VIRKNINGENE AV VERTIKALE LASTKOMPONENTER PÅ MY- DIAGRAMMET ... 182

FIGUR 8.3:MY- DIAGRAM MED SAMTLIGE LASTER PÅSATT ... 182

FIGUR 8.4:KLORIDENES SANNSYNLIGE TRANSPORTVEI VED AVRENNING FRA FUGE ... 184

FIGUR 8.5:SAMMENLIGNING AV KALIBRERINGSKURVER FOR KLORIDMÅLINGER AV PELER ... 187

FIGUR 8.6:KORRODERT BØYLE PÅ TVERRBÆRER ... 188

FIGUR 8.7:BØYLE UTEN KORROSJON PÅ TVERRBÆRER ... 189

FIGUR 8.8:AVSKALLINGER OG SYNLIG ARMERINGSKORROSJON I OVERKANT AV TVERRBJELKE ... 189

FIGUR 8.9:PEL MED TYDELIG ARMERINGSKORROSJON OG SKADER ... 190

FIGUR 8.10:PEL UTEN SYNLIG ARMERINGSKORROSJON OG SKADER... 190

FIGUR 8.11:PRØVEOMRÅDE PÅ DEKKEBJELKE NORD VED AKSE 9 ... 191

FIGUR 8.12:DEKKEBJELKE NORD VED AKSE 9– FØR RENGJØRING ... 192

FIGUR 8.13:DEKKEBJELKE NORD VED AKSE 9– ETTER RENGJØRING ... 192

FIGUR 8.14.MÅLT KARBONATISERINGSDYBDE FOR PRØVE P9 ... 193

(12)

11

Tabelliste

TABELL 3.1:SANNSYNLIGHET FOR KLORIDINITIERT KORROSJON VED BRUK AV STANDARD SEMENT [11] ... 25

TABELL 3.2:LASTKOMBINASJONER FOR SAMTIDIGHET AV TEMPERATURLAST ... 39

TABELL 3.3:DIMENSJONERENDE LASTKOMBINASJONER I BRUDDGRENSETILSTAND [13] ... 46

TABELL 3.4:FORHOLD AV BETYDNING FOR VALG AV REDUKSJONSFAKTOREN (FA)[9] ... 49

TABELL 3.5:ANBEFALTE VERDIER FOR REDUKSJONSFAKTORER [9] ... 50

TABELL 3.6:FORESLÅTTE VERDIER FOR 𝐼𝑐𝑜𝑟𝑟, AVHENGIG AV MILJØKLASSER [17] ... 59

TABELL 3.7:INNVIRKNING AV KORROSJON PÅ BØYESTYRKEPARAMETERE [19] ... 62

TABELL 5.1:BRUDATA FOR LUNDEVANN BRU ... 67

TABELL 5.2:KONSTRUKSJONSDELENES MATERIALER- OG KVALITETER ... 68

TABELL 5.3:MATERIALEGENSKAPER FOR BETONGKVALITET B45[2] ... 68

TABELL 5.4:MATERIALEGENSKAPER FOR BETONGKVALITET B20[2] ... 69

TABELL 5.5:KONSTRUKSJONSDELENES OVERDEKNING, I HENHOLD TIL TEGNINGSGRUNNLAGET ... 69

TABELL 5.6:MATERIALDATA FOR ARMERINGSSTÅL [14] ... 70

TABELL 5.7: MATERIALEGENSKAPER OG OPPSPENNING FOR SPENNARMERINGEN [2] OG [15] ... 71

TABELL 6.1:EGENVEKT ... 73

TABELL 6.2: ... 75

TABELL 6.3:DEFINERTE LASTBANER FOR TRAFIKKLAST ... 91

TABELL 6.4:DEFINERTE LASTPOSISJONER FOR TRAFIKKLAST I LENGDERETNING ... 92

TABELL 6.5:OVERSIKT OVER UNDERSØKTE LASTKOMBINASJONER MED TILHØRENDE FAKTORER... 93

TABELL 6.6:UTSTYR BENYTTET UNDER GJENNOMFØRING AV VISUELL INSPEKSJON ... 95

TABELL 6.7.FREMGANGSMÅTEN FOR GJENNOMFØRT VISUELL INSPEKSJON ... 96

TABELL 6.8:KODER FOR VURDERING AV SKADEGRAD [8] ... 97

TABELL 6.9:KODER FOR VURDERING AV SKADEKONSEKVENS [8] ... 97

TABELL 6.10:OVERSIKT OVER BENYTTET UTSTYR VED UTFØRELSE AV FELTARBEID ... 102

TABELL 6.11:OVERSIKT OVER GJENNOMFØRINGEN AV SPESIALINSPEKSJONEN 2017 ... 105

TABELL 6.12:NØDVENDIG UTSTYR FOR GJENNOMFØRING AV ISE- METODEN ... 106

TABELL 6.13:PROSEDYRE FOR GJENNOMFØRINGEN AV ISE-MÅLINGER... 112

TABELL 6.14:PROSEDYRE FOR GJENNOMFØRINGEN AV RCT-MÅLINGER ... 121

TABELL 7.1:OVERSIKT OVER LASTENE SOM INNGÅR I ANALYSEMODELLEN ... 122

TABELL 7.2.BEREGNET KRYPTALL OG SVINNTØYNING FOR SPENNARMERTE BJELKER ... 123

TABELL 7.3:TAP AV SPENNKRAFT FOR SPENNTAUENE I OVERKANT AV BJELKEN ... 123

TABELL 7.4:TAP AV SPENNKRAFT FOR SPENNTAUENE I UNDERKANT AV BJELKEN ... 123

TABELL 7.5:DIMENSJONERENDE FORSPENNING ETTER TAP AV SPENNKRAFT ... 123

TABELL 7.6:TRIPPELBOGGILASTENS DEFINERTE POSISJONER ... 124

TABELL 7.7:DIMENSJONERENDE KREFTER FOR DEKKENE ... 125

TABELL 7.8:DIMENSJONERENDE KREFTER FOR TVERRBJELKER AKSE 2-8 ... 127

TABELL 7.9:DIMENSJONERENDE KREFTER FOR PELENE ... 127

TABELL 7.10:DIMENSJONERENDE KREFTER FOR TVERRBJELKE I AKSE 9 ... 129

TABELL 7.11:DIMENSJONERENDE KREFTER FOR SØYLE I AKSE 9... 131

TABELL 7.12:KAPASITETSKONTROLLER I BRUDDGRENSETILSTAND FOR TVERRBJELKER AKSE 2-8 ... 132

TABELL 7.13:KAPASITETSKONTROLL FOR MEST BELASTEDE PEL AKSE 2-9 ... 134

TABELL 7.14:KAPASITETSKONTROLL FOR TVERRBJELKE I AKSE 9 ... 135

TABELL 7.15:KAPASITETSKONTROLL FOR SØYLE I AKSE 9 ... 138

TABELL 7.16:SKADEOVERSIKT FRA DEN VISUELLE INSPEKSJONEN ... 159

TABELL 7.17:GRENSEVERDIER FOR VURDERING AV KLORIDINNHOLD I % AV SEMENTVEKT [23] ... 159

TABELL 7.18:RESULTATER AV MATERIALUNDERSØKELSER FRA 1997[23] ... 161

TABELL 7.19:GRENSEVERDIER FOR VURDERING AV KLORIDINNHOLD I % AV BETONGVEKT [23] ... 162

(13)

12

TABELL 7.22:GRENSEVERDIER FOR VURDERING AV KLORIDINNHOLD I % AV BETONGVEKT [23] ... 163

TABELL 7.23:RESULTATER AV MATERIALUNDERSØKELSER FRA 2017 ... 164

TABELL 7.24:RESULTATER AV MATERIALUNDERSØKELSER FRA 2017 ... 166

TABELL 7.25:SAMMENLIGNING AV KLORIDINNHOLD FOR TVERRBJELKE I AKSE 2 ... 167

TABELL 7.26:SAMMENLIGNING AV KLORIDINNHOLD FOR PEL SØR (PS1) I AKSE 2 ... 168

TABELL 7.28: SAMMENLIGNING AV KLORIDINNHOLD FOR PEL SØR (PS1) I AKSE 3 ... 171

TABELL 7.30:SAMMENLIGNING AV KLORIDINNHOLD FOR PEL NORD (PS6) I AKSE 5 ... 172

TABELL 7.33:INNVIRKNINGEN AV ARMERINGSKORROSJON PÅ TVERRBJELKENS MOMENTKAPASITET I FELT (AKSE 2-8) ... 178

TABELL 7.34:INNVIRKNINGEN AV ARMERINGSKORROSJON PÅ TVERRBJELKENS MOMENTKAPASITET OVER STØTTE (AKSE 2-8) ... 179

TABELL 7.35:INNVIRKNINGEN AV ARMERINGSKORROSJON PÅ TVERRBJELKENS SKJÆRKAPASITET VED STØTTE (AKSE 2-8) ... 181

(14)

13

Symbolliste

Latinske store bokstaver

A Totalt arealet av tverrsnittet ytre omkrets medregnet innvendig hulrom (torsjon) Ab Balansert armeringsmengde

As Strekkarmeringens tverrsnittsareal As’ Trykkarmeringens tverrsnittsareal Ac Arealet av betongtverrsnittet

Ak Arealet som omsluttes av tverrsnittsdelenes senterlinjer medregnet innvendig hulrom (torsjon)

𝐴_𝑠𝑤 Skjærarmeringens tverrsnittsareal

Asl Tverrsnittsarealet av strekkarmeringen med en forankringslengde ≥ (lbd + d) 𝐴_{𝑟𝑒𝑓,𝑥} Vindlastens referanseareal i x- retningen

𝐴_𝑝 Tverrsnittsarealet av spennarmeringen Ep Elastisitetsmodul for spennarmeringen 𝐸_𝑠 Elastisitetsmodul for slakkarmeringen Ecm Midlere elastisitetsmodul

𝐹_𝑤 Resulterende vindkraft G Egenlast

𝐼_𝑣(𝑧) Turbulensintensitet

MRd Betongtrykksonens momentkapasitet NEd Dimensjonerende aksialkraft

NRd Dimensjonerende aksialkraftkapasitet 𝑁_𝑠 Fiktiv kraft for beregning av svinntøyning P Forspenningskraft

P0 Forspenningskraft per spenntau P0, tot Forspenningskraft totalt

𝑃_𝑥 Gjennomsnittlig reduksjon av radius til armeringsstang i mm/ år Q Variabel last

TEd Dimensjonerende torsjonsmoment 𝑇_𝑚𝑖𝑛 Minimumstemperatur

(15)

14 𝑇_𝑚𝑎𝑥 Maksimaltemperatur

𝑇_{𝑐,𝑚𝑖𝑛} Laveste jevnt fordelte temperaturandel 𝑇_{𝑐,𝑚𝑎𝑥} Høyeste jevnt fordelte temperaturandel 𝑇0 Initialtemperatur

∆𝑇_{𝑁,𝑐𝑜𝑛} Maksimalt temperaturkontraksjonsintervall

∆𝑇_{𝑁,𝑒𝑥𝑝} Maksimalt temperaturekspansjonsintervall

TRd, max Dimensjonerende kapasitet for torsjon (trykkbrudd) VRd, max Dimensjonerende skjærkapasitet (trykkbrudd) VEd Dimensjonerende skjærkraft

VRd, c Skjærstrekkapasitet uten beregningsmessig behov for skjærarmering

VRd, s Skjærstrekkapasitet med beregningsmessig behov for skjærarmering

∅𝑡 Diameteren av armeringsstang i mm, etter tiden t i år

∅₀ Den nominelle diameteren av armeringsstang i mm

Latinske små bokstaver b Bredde

bw Den minste bredden av tverrsnittet i trykksonen (mm) 𝑐𝑑𝑖𝑟 Retningsfaktor for vind

𝑐_{𝑠𝑒𝑎𝑠𝑜𝑛} Årstidsfaktor for vind 𝑐_𝑎𝑙𝑡 Nivåfaktor for vind

𝑐_{𝑝𝑟𝑜𝑏} Sannsynlighetsfaktor for vind 𝑐_𝑟(𝑧) Terrengets ruhetsfaktor 𝑐_𝑜(𝑧) Terrengets formfaktor d Effektiv tverrsnittshøyde

𝑑_𝑡𝑜𝑡 Tykkelsen på brudekket inkludert åpne rekkverk 𝑓_𝑝𝑑 Dimensjonerende spenningsverdi for spennarmeringen fck Betongens karakteristiske sylindertrykkfasthet etter 28 døgn fcd Betongens dimensjonerende sylindertrykkfasthet

fctd Betongens dimensjonerende sylinderstrekkfasthet fcm Middelverdi av betongens sylindertrykkfasthet

(16)

15 𝑓_𝑠𝑑 Dimensjonerende armeringsfasthet

𝑓_𝑦𝑤𝑑 Skjærarmeringens dimensjonerende flytegrense fyd Stålets flytegrense

n Antall spenntau

s Senteravstand mellom skjærbøyler 𝑡_{𝑒𝑓,𝑖} Effektiv veggtykkelse (torsjon)

u Den ytre omkretsen av tverrsnittet (torsjon) uk Omkretsen av areal Ak (torsjon)

𝑣_𝑏,0 Referansevindhastighet 𝑣𝑚 Stedsvindhastighet 𝑣_𝑏 Basisvindhastighet

v1 Fasthetsreduksjonsfaktor for betong opprisset på grunn av skjærkraft x Trykksonehøyde

Ø Armeringens diameter

z Tverrsnittets indre momentarm

zi Lengden av sidekanten i del i definert ved avstanden mellom skjæringspunktene for senterlinjene til de tilstøtende delene (torsjon)

Greske bokstaver

∑𝐴_𝑠𝑙 Samlet lengdearmeringareal 𝛼 Trykksonehøydefaktor αcc Faktor

∆𝜎_𝑡 Spenningstap i spennarmering på grunn av temperaturdifferanse Δ𝜎𝑝 Spenningstap i spennarmeringen på grunn av relaksasjon

Δ𝜎_{𝑝,𝑠𝑣𝑖𝑛𝑛} Spenningstap i spennarmeringen på grunn av svinn Δ𝜎_{𝑝,𝑘𝑟𝑦𝑝} Spenningstap i spennarmeringen på grunn av kryp εp0 Initiell tøyning

γs Materialfaktor for armering i bruddgrense

𝜉 Reduksjonsfaktor for ugunstige permanente laster G.

𝛾 Partialfaktor Ψ Kombinasjonsfaktor

(17)

16 γc Materialfaktor for betong i bruddgrense

𝜀_𝑐𝑐 Kryptøyning

𝜀_𝑐0 Momentantøyning for kryp 𝜑(𝑡, 𝑡₀) Kryptall

ε_cs Total svinntøyning

𝜀_𝑐𝑑 Svinntøyning ved uttørking 𝜀_𝑐𝑎 Autogen svinntøyning

𝜎_{𝑝.𝑚𝑎𝑥} Største tillatt spenning i spennarmeringen 𝜀_𝑐𝑢 Tøyningsgrense for betongen

𝜀_𝑠 Armeringstøyning

𝜀_𝑦𝑑 Armeringens flytetøyning

𝜀_𝑢𝑑 Dimensjonerende grensetøyning for armering 𝜀_𝑐𝑢2 Tøyningsgrense for betong

𝜀_𝑐𝑢3 Tøyningsgrense for betong

𝜀_𝑐2 Tøyningen i det maksiamalspenningen nås

∝cc Koeffisient for betong

𝜂 Faktor som er lik 1 for B20-B50 𝜆 Faktor som er lik 0,8 for B20 –B50 𝜏_𝑡,𝑖 Torsjonsskjærspenningen i vegg (i)

𝜃 Vinkelen mellom betongtrykkstaven og bjelkeaksen (skjær)

∝_𝑐𝑤 Koeffisient som tar hensyn til spenningstilstand i trykkgurten (skjær)

(18)

17

1 Innledning

Fram til 1980 tallet ble betong sett på som et vedlikeholdsfritt materiale, noe som har vist seg å være en feil antakelse i ettertid, da betong, som andre materialer, har behov for vedlikehold og tilsyn. I tiden før dette fremsatte standarder og regelverk ingen krav til å klassifisere konstruksjonene i miljø- og eksponeringsklasser. Manglende fokus på bestandighet medførte at betongkonstruksjonene ble prosjektert med liten overdekning og mer permeabel betong, i forhold til dagens krav, uavhengig av hvilket miljø de ble eksponert for. I stedet hadde standardene på den tiden økt fokus på

konstruksjonenes lastbærende evner [1].

Som en konsekvens av det manglende fokuset på bestandighet på denne tiden er det mange betongkonstruksjoner med omfattende skader i dag, og et av de største problemene er armeringskorrosjon som følger av kloridinntrengning i betongen.

Kloridinitiert armeringskorrosjon er spesielt truende for betongkonstruksjoners bæreevne, da dette kan medføre store lokale reduksjoner av armeringens tverrsnitt, som kan være vanskelige å oppdage.

Dette medfører et økt behov for kompetanse vedrørende kartlegging av skadeomfang, og kontroll av den lastbærende evnen på eksisterende betongkonstruksjoner med påvist armeringskorrosjon. Disse kontrollene er spesielt viktige for eldre bruer, da disse er prosjektert etter gamle lastforskrifter.

Denne oppgaven er utarbeidet i samarbeid med Statens vegvesen, og har til hensikt å gi en oversikt over skadeomfanget og den lastbærende evnen til Lundevann bru i Tvedestrand kommune.

Lundevann bru er en del av vegtraseen på Europavei 18, og er ei spennarmert betongbjelkebru, som er fundamentert på tverrbjelker og spissbærende peler.

Det har blitt dokumentert betydelige skader som følger av kloridinitiert armeringskorrosjon på brua tidligere, og det foreligger i skrivende stund konkrete planer om et større vedlikeholdsarbeid på brua.

Statens vegvesen er ikke i besittelse av kapasitetsberegninger for brua i uskadet tilstand, og på bakgrunn av dette var Lundevann bru et svært aktuelt objekt til denne oppgaven.

Denne oppgaven inneholder i hovedsak analyse og kapasitetsberegning av brua i uskadet tilstand og vurdering av skadeomfanget på bruas konstruksjonsdeler, basert på gjennomført visuell inspeksjon- og materialundersøkelser. Det avdekkede skadeomfanget er deretter benyttet til å vurdere bruas lastbærende kapasitet i skadet tilstand.

Kapasitetsberegningene er utført i henhold til krav i NS-EN 1992-1-1 (Eurokode 2): Prosjektering av betongkonstruksjoner [2], og lastene på brua er beregnet etter Statens vegvesens håndbøker for laster på bruer.

Avgrensninger og forutsetninger

For å tilpasse oppgavens omfang er følgende avgrensninger og forutsetninger tatt:

 Konsolldelen av Lundevann bru er utelatt, da det ville blitt for tidkrevende. Dette er også en del av brua som ikke har blitt omtalt i tidligere skaderapporter.

 Det er kun foretatt beregninger i bruddgrensetilstand, da disse er de mest relevante for oppgavens forskerspørsmål.

(19)

18

 Pelene blir kun kontrollerte enkeltvis mot beregnet installert kapasitet. Dette er valgt da fullverdig analyse av pelegruppene krever geotekniske undersøkelser- og kompetanse.

 Dekkene kontrolleres ikke for moment- og skjær i tverretning, som følger av

tidsbegrensning. For dekkene antas det også forenklet at påstøpen over de spennarmerte bjelkene ikke har noe å si for dekkets kapasitet.

 De spennarmerte bjelkene mangler informasjon om forspenning. Beregninger av disse tar utgangspunkt i Statens vegvesens Håndbok 100 for NOB- bruer, utgitt i 1983, da disse synes å samsvare bra med bjelkene som er benyttet på Lundevann bru.

(20)

19

2 Samfunnsperspektiv

Sett i et samfunnsperspektiv er det svært viktig å ha kjennskap til de lastbærende evnene til bruer i det offentlige veinettet, både i uskadet tilstand, og ikke minst bruer hvor det er påvist

armeringskorrosjon.

Hovedårsaken til dette beror på at manglende kontroll på konstruksjoners lastbærende evner også medfører manglende kontroll på trafikantenes sikkerhet. Bruer som er skadet av armeringskorrosjon kan ha betydelig svekket bæreevne uten at det nødvendigvis synes, slik at trafikantene kan være utsatt for fare uten at verken de eller forvaltningsansvarlig instans er klar over det. Følgelig er det svært viktig å tilegne seg informasjon om skadeomfangets påvirkning på bruenes bæreevne tidlig, slik at utbedrende tiltak kan utføres i god tid før det blir uforsvarlig å lede trafikk over den.

Dersom skadeomfanget blir så omfattende at bruer må rives, medfører det normalt at ei ny bru må bygges. Rivning og nybygging har store økonomiske konsekvenser totalt sett, i tillegg til at det er en miljøpåkjenning, i kraft av det høye utslippet av klimagasser i tilknytning til arbeidene.

For ei bru som er en del av en høyt trafikkert vei, vil eventuell stenging eller rivning av en skadet bru kunne få store ringvirkninger for samfunnet. Lundevann bru, som eksempel, er en del av Europavei 18, og er en svært viktig veg mellom Sørlandet og Østlandet, spesielt for langtransport. I tillegg ligger brua i et område med svært begrensede muligheter for omkjøring. Dette vil innebære betydelige logistikkproblemer dersom brua må stenges eller rives, både for private og for næringslivet.

(21)

20

3 Teori

3.1 Standarder og håndbøker

Dette kapittelet presenterer kort de standarder og håndbøker som er aktuelle for arbeidet med denne oppgaven. Eventuelle konflikter mellom de ulike regelverkene løses etter offisiell rang, det vil si at standardene er overordnet håndbøkene, og deretter veiledere og øvrig litteratur.

3.1.1 Standarder

I Norge benyttes i dag Eurokodeserien til prosjektering av konstruksjoner. Eurokodene utgjør en felles europeisk serie standarder på ni deler/temaer, hvor hver del har en eller flere tilhørende standarder. Eurokodene avløste de norske standardene som gjeldende regelverk i Norge i 2009.

I denne oppgaven benyttes NS-EN 1992-1-1: 2004+NA:2008: Eurokode 2: Prosjektering av betongkonstruksjoner - Del 1-1: Allmenne regler og regler for bygninger [2] for

kapasitetsberegningene. Det er også benyttet andre standarder som:

 NS-EN 1991-1-1: 2004+NA:2008: Eurokode 1: Laster på konstruksjoner - Del 1-1: Allmenne laster [3]

 NS-EN 1991-1-4: 2005+NA:2009: Eurokode 1: Laster på konstruksjoner - Del 1-4: Allmenne laster – Vindlaster [4]

 NS-EN 1991-1-5: 2003+NA:2008: Eurokode 1: Laster på konstruksjoner - Del 1-5: Allmenne laster - Termiske påvirkninger [5]

3.1.2 Håndbøker

Statens vegvesen utgir håndbøker som samlet omhandler retningslinjer og veiledere til alle deres fagområder. Håndbøkene er delt inn i to nivåer. Nivå 1 er normaler og retningslinjer og nivå 2 er veiledninger.

Normaler og retningslinjer er kravdokumenter og de viktigste håndbøkene i Statens vegvesen håndbokhierarki. Disse skal alltid ligge til grunn når oppdragstakere utfører arbeid på vegne av Statens vegvesen. Veiledningshåndbøkene er dokumenter som skal fungere som understøtte, og som beskriver mer detaljert hvordan retningslinjene og normalene skal brukes. Samtlige håndbøker er tilgjengelige for allmenheten på Statens vegvesen sine nettsider.

I denne oppgaven benyttes Håndbok N400 Bruprosjektering [6], Håndbok R412 Bruklassifisering [7]

og Håndbok V441 Inspeksjonshåndbok for bruer [8].

Håndbok N400 - Bruprosjektering

Bruprosjekterings- håndboken N400 er en av Statens vegvesen vegnormaler i håndbokserien.

Håndbokens bruksområde og krav gjelder for prosjektering av bruer, ferjekaier og andre bærende konstruksjoner i det offentlige vegnettet, og for private tiltakshavere langs eller over det offentlige vegnettet. Håndboken gjelder for alle faser i konstruksjonenes byggetid og brukstid (100år).

Håndboken gjelder også for vedlikeholdstiltak og reparasjonstiltak.

(22)

21 Utforming og dimensjonering av bruer og andre konstruksjoner skal utføres i henhold til aktuelle standarder, og håndbok N400 som supplement der standardene ikke har spesifikke krav til brukonstruksjoner.

Håndbok R412 - Bruklassifisering

Bruklassifisering blir utført for å bestemme maksimalt tillatt trafikklast for eksisterende bruer ut fra tidligere beregninger, tegninger, dokumenterte materialkapasiteter og tilstand. Regelverket for bruklassifisering består av to håndbøker:

 Statens vegvesen håndbok R412 (Normaler): Bruklassifisering

 Statens vegvesen håndbok 239 (Veiledning): Bruklassifisering

De trafikklastene som bruene skal kontrolleres for er angitt i håndbok R412, som da brukes for å klassifisere eksisterende bruer. I vedlegget i håndbok R412 er det gitt veiledning for å bestemme materialfasthet, last- og materialfaktorer.

Håndbok 239 gir en historisk oversikt over laster og standardtegninger som har blitt brukt for bruer av Statens Vegvesen.

Håndbok V441 – Inspeksjonshåndbok for bruer

Inspeksjonshåndboken for bruer er en veileder, utarbeidet av Statens vegvesen for å sikre

forvaltning, drift og vedlikehold av bruer med god kvalitet og sikkerhet. Innholdet i håndboken tar for seg alt fra planlegging av inspeksjoner og hva de skal inneholde, nødvendig utstyr, gjennomføring av inspeksjoner, samt skadevurdering og rapportering.

Peleveiledningen 2012

Peleveiledningen ble utgitt i 2012 av Norsk geoteknisk forening, og er tilpasset gjeldende Eurokoder og norske standarder. Utgivelsen gir retningslinjer og veiledning tilknyttet prosjektering og utførelse av pelefundamentering under norske forhold. Den behandler også geotekniske problemstillinger knyttet til pelefundamentering.

Peleveiledningen er forankret i aktuelle standarder og regelverk, og fungerer som en forenklet, mer brukervennlig sammenfatning av disse. Det presiseres at veiledningen ikke skal være til hinder for bruk av andre metoder, dersom anvendeligheten kan dokumenteres, og det kan påvises at tilstrekkelig sikkerhet oppnås [9].

(23)

22

3.2 Armert betong

Armert betong som konstruksjonsmateriale har mange positive egenskaper, og er et av de mest brukte byggematerialene i dag. Årsakene til dette er formbarhet, anvendbarhet, økonomi og bestandighet av materialet, som gjør det spesielt brukbart for en del konstruktive anvendelser.

3.2.1 Virkemåte

Betong i seg selv har høy trykkfasthet, men lav strekkfasthet, og må derfor armeres for å kunne ta opp strekkreftene. Ved beregninger kan det antas at betong uten armering nesten ikke kan ta strekkrefter, og derfor har betongens trykkfasthet blitt det viktigste kvalitetsparametret [10]. Figur 3.1 illustrerer det gunstige samvirket mellom betong og armering.

Figur 3.1: Effekten av armering i betong [11]

Uarmert betong vil oppføre seg veldig sprøtt ved brudd, mens en armert betongkonstruksjon vil få økt duktilitet, altså en seigere oppførsel mot brudd. Armeringsstålet har evnen til å motvirke store strekkspenninger, og materialets høye E- modul vil bidra til å begrense opprissingen av betongen, slik at konstruksjonens bestandighet øker [11].

3.2.2 Sammensetning

Betong består av vann, sement, tilslag og eventuelle tilsetningsstoffer, slik det fremgår av figur 3.2.

Tilslag er en fellesbetegnelse for sand, grus og stein. Sement er hovedbestanddelen i betong, som ved tilsetning av vann vil bli omgjort til sementlim, og sørger for å binde det hele sammen til betong.

Tilsetningsstoffer tilsettes for å få oppnå ulike ønskede egenskaper ved betongen. For å oppnå disse egenskapene er et imidlertid viktig at sammensetningen av betongen for øvrig er riktig [11].

Figur 3.2: Sammensetning av betong [11]

(24)

23

3.2.3 Spennarmert betong

Spennarmert betong er betong som påføres en trykkspenning med størrelse og fordeling som er slik at virkningen av ytre laster til en viss grad blir motvirket. Trykkspenningene innføres ved at

spennarmering gis en initialtøyning med en strekkraft som er uavhengig av betongens tøyning.

Strekkraften i spennarmeringen overføres som trykk i betongen ved endeforankringer av spennarmeringen eller ved heft mellom betong og spennarmeringen [10]. De store

bestandighetsfordelene med spennarmert betong er at opprissing og rissvidder begrenses. Dette gir en tettere betong og bedre motstandsdyktighet mot nedbrytningsmekanismer.

3.3 Betongens nedbrytningsmekanismer

3.3.1 Armeringskorrosjon

Armeringskorrosjon er et av de største problemene for bestandigheten til betongkonstruksjoner.

Armering som korroderer kan føre til at konstruksjonen får redusert bæreevne, i tillegg til estetisk forringelse som følger av rustsprengning.

Fersk betong er sterkt basisk og alkalisk, som regel med en pH- verdi mellom 12,5-14. Dette kommer av betongens høye innhold av kalsiumhydroksid, Ca(OH)2, samt alkalier som er fritt oppløste i betongens porevann. Denne høye pH- verdien sørger for at det dannes en oksidfilm (ofte kalt passivfilm) rundt betongens armering, som vil virke korrosjonsbeskyttende for armeringen, slik figur 3.3 illustrerer [11]. Denne passivfilmen er bare noen få nanometer tykk, og består av mer eller mindre av hydratiserte jernoksider, og er immun mot eventuelle mekaniske skader på betongens overflate. Den kan imidlertid bli ødelagt av karbonatisering og ved høy konsentrasjon av klorider i betongen [12].

Figur 3.3: Dannelse av passivfilm i armerte betongkonstruksjoner [11]

Så lenge passivfilmen er til stede, vil det ikke være fare for armeringskorrosjon. Korrosjon kan først starte dersom passivfilmen brytes, samt at det er tilgang på fuktighet og oksygen. Det vil da dannes rustprodukter som kan ha et volum opptil 7 ganger høyt som armeringsjernet. Etter hvert som det dannes mer rustprodukter, vil volumutvidelsen gradvis øke og virke sprengende på betongen. Når disse spenningene blir høyere enn betongens strekkfasthet vil det oppstå riss, før betongen til slutt skaller av i området rundt armeringen. Dette fenomenet omtales ofte som rustsprengning [11].

(25)

24

Figur 3.4: Korrosjon på armering etter at passivfilmen er brutt [11]

Figur 3.5: Avskalling som følge av rustsprengning [11]

Karbonatisering

Karbonatisering av betong er en naturlig kjemisk prosess som oppstår når betongkonstruksjoner eksponeres for luft. Det er karbondioksidet i lufta som sammen med vann reagerer med

kalsiumhydroksidet i betongen, og danner kalsiumkarbonat (CaCO3). Dette medfører at pH- verdien i betongen reduseres til et nivå rundt 8-9. Passivfilmen rundt armeringen brytes dersom pH- verdien kommer under 9,5, og dermed vil armering i karbonatisert betong kunne korrodere ved nok tilgang på luft og fuktighet (RF > 65%).

Karbonatiseringen starter i betongens ytterste sjikt, og beveger seg gradvis innover med avtakende hastighet. Karbonatiseringsdybden vil øke proporsjonalt med kvadratroten av tiden, og korrosjon kan først starte når karbonatiseringsfronten har nådd armeringen.

Figur 3.6: Ulike grader av karbonatisering [11]

Betongens fuktinnhold vil styre mye av hastigheten på karbonatiseringen. Mellom RF 40-90% vil karbonatisering foregå i mer eller mindre grad, og raskest mellom RF 50-60%. Betongens kvalitet vil også ha betydning for hastigheten på karbonatiseringen.