Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering?

Transkript

1 Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? Prosjekt 2 Armeringskorrosjon, Aktivitet 4 Vedlikehold av spennarmerte betongkonstruksjoner Lise Bathen / Karla Hornbostel Statens vegvesen, Vegdirektoratet TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering?

2 Topografien i Norge er unik! Vi har elver, øyer, fjell og daler som gjør bruer til en viktig del av vår infrastruktur. De er en forutsetning for vår mulighet til å forflytte oss. Kort sagt er Norge ett land av bruer du kan simpelthen ikke komme deg langt uten bruene! Foto: Lise Bathen Sandsfjordbrua (2015) 580 m lengste spenn 290 meter, lettbetong i midtspennet TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 2

3 Eksempler for norske bruer med spennarmert betong Varoddbrua, Dolmsundbrua og Sandsfjordbrua er eksempler på de mer enn 2000 bruene som er bygget med bruk av spennarmert betong. Brunavn Lengde på bru Åpnet Drammensbrua /2006 Nordhordlandsbrua Sandesundbrua 1528/ /2008 Mjøsbrua Hardangerbrua Tresfjordbrua Gjemnessundbrua Sotrabrua Måløybrua Sandnessundbrua Sandsfjordbrua, Rogaland Foto: Lise Bathen TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 3

4 Terminologi for spennsystemer Spennenhet: En armeringsenhet (en spennkabel, et tau eller en stang) med forankringer, som spennes og forankres som en enhet. Spennkabel: Består av flere spenntau. Spenntau: En vikling av tråder, normalt 7 tråder. 6 tråder slått i spiralform rundt en rett sentertråd. Spennstål: For spenntau som benyttes i Norge: fpk (karakteristisk fasthet for direkte aksialstrekk) = 1860 MPa fp0,1k (spenning som gir 0,1 % permanent forlengelse av spennstålet) = 1640 MPa TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 4

5 Føroppspent betong Tøyd armering, forankret i spennbenker, støpes inn i betongen og kappes etter at betongen har nådd nødvendig fasthet. Kreftene i spennarmeringen overføres til betongen/forankres på heft. Brukes i prefabindustrien for bl.a. bjelker, hulldekker og DT-elementer. Spennarmeringen er tau eller tråder. TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 5

6 Etterspent betong Spennarmeringen spennes opp/tøyes etter at betongen har oppnådd en krevet fasthet. Oppspenningen skjer med spesielle jekker. Kreftene overføres til betongen I forankringer Ved omlenkingskrefter Ved friksjon Spennarmeringen er kabler eller stenger. TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 6

7 Etterspent betong - Interne kabler Interne kabler er plassert i kanaler innstøpt i betongen. Dette er i hovedsak rør av stålblikk ( >= 0.5mm ), rørdimensjonen må være tilpasset kabelstørrelsen. I aktiv ende spennes og låses en kabel i en aktiv forankring, i passiv ende må kabelen være forankret før oppspenning. Etter oppspenning av kablene injiseres kabelkanalene med en sementbasert masse, som etter herding kan overføre krefter på heft mellom kabel og den omkringliggende betongen. Injiseringsmørtelen tjener to hensikter: Korrosjonsbeskyttelse av spennsystemet Kraftoverføring fra spennkablene til betongtverrsnittet TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 7

8 Bestandighet - Historien internasjonalt «Den første brua som raste, og var bygget etter teknikken med spennkabler, var Bickton fotgjengerbro i Hampshire i Storbritannia i Rust hadde spist opp spennkablene, og Bickton-kollapsen satte konstruksjonsformen på dagsordenen. I 1985 styrtet Ynes-y-Gwabs, West Glamorgan i Wales i Storbritannia og i 1992 skjedde det i Belgia, da en bru kollapset uten forvarsel av samme årsak. Senere har det samme skjedd i Italia og i USA.» Ref.: NRK, Østlandssendingen TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 8

9 Problemer pga korroderte kabler internasjonalt Flere eksempler: Mid-Bay bridge, Florida m lang bro, bygd i 1993, Avrustet kabel i 2000 River Schelde Bridge, Belgia Kollapset i 1992 Sunshine bridge, Florida Åpnet i 1987 Reparert for 75 mill NOK i 2000 pga korroderte kabler TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 9

10 De la Concorde overpass, Montreal, Canada, 30. september 2006 Foto: Montreal Gazette TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 10

11 Typiske skadeårsaker og skader på spennsystemer Skadeårsaker Dårlig utførelse / dårlig injiseringspraksis Dårlig injiseringsmørtel Hulrom nær lufteslanger i høybrekk av kanaler Hulrom ved forankringer Skader på kabelkanaler Kabelsystem som står uinjisert Overbelastede spennsystemer Skader Korrosjon av spenntråder og spennkabler Korrosjon i forankringssonen/anker Korrosjon av spennkabler i områder som er etterinjisert for å fylle hulrom TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 11

12 Konsekvenser I 1992 nedla britiske transportmyndigheter forbud mot prosjektering og bygging av etterspente konstruksjoner: manglende korrosjonsbeskyttelse av kabler Forbudet ble opphevet først i TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 12

13 Konsekvenser av forbudet -> utvikling av regelverk i Europa Forbudet mot etterspent armering i Storbritannia førte internasjonalt til et faglig dypdykk, rapportert blant annet i fib Bulletin 20, Britiske TR 47 med flere. 1996: Injiseringsstandarder NS-EN 445, 446 og : ETAG 013 (Guideline for European Technical Approval of Post- Tensioning kits for Prestressing and Structures) 2003: CEN CWA TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 13

14 Hva med Norge? Fagopprustingen internasjonalt påvirket lite praksis i Norge frem til 2000-tallet. Da kom en erkjennelse av at vår injiseringsmasse hadde for stor vannutskillelse og at prøvingsmetoden som ble benyttet var for liberal. I Norge har vi unngått de store hendelsene, muligens på grunn av Norsk Betongforenings publikasjon 13 (1982) og 14 (1986). Krav om kolloidkverner som blandemaskin for injiseringsmørtler Større faglig oppmerksomhet på injisering gjennom NB 13 og NB14 Utvikling av ny injiseringsmasse (inn i NB14 i 2005) TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 14

15 Regelverk i Europa og Norge idag 2005: Revidert Norsk Betongforenings publikasjon 14. Krav til «ny» injiseringsmasse ble tatt inn samt krav til nye prøvemetoder 2007: Nye utgaver av NS-EN 445, 446 og : NS-EN med Nasjonalt Tillegg med eget kapittel om forspenning 2015: Revidert Norsk Betongforenings publikasjon nr.14 Spennarmeringsarbeider TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 15

16 Antall bruer registrert i Brutus med spennarmering 700 Antall registrerte spennarmerte bruer i Brutus Flere fylker har i Brutus registrert 0 stk spennarmerte bruer i perioden DVS dette tallet stemmer mest sannsynlig ikke TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 16

17 Registrerte bruer med fordeling på brutype Antall bruer satt i drift Bjelkebru Platebru Kassebru FFB Hengebru Skråstag Sprengverksbru Byggeår / pr 10-år Flere fylker har i Brutus registrert 0 stk spennarmerte bruer i perioden DVS dette tallet stemmer mest TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? sannsynlig ikke. 17

18 Inspeksjon av bruer i Vegvesen Bruene i Norge er underlagt systematisk inspeksjon. Denne systematikken gjør at vi har gode forutsetninger for å oppdage skader på bruene. Alle bruer skal ha hovedinspeksjon hvert femte år (noe nyansering ifht plassering i vegnettet), og årlige, mindre omfattende visuelle kontroller. TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 18

19 Inspeksjon av bruer med spennarmert betong Tilstandskontroll av disse systemene er kritisk for konstruksjonenes bæreevne og trafikksikkerhet. Foreløpig har ikke inspeksjonene avdekket farlige skader på etterspente spennkabler i norske bruer. Dagens bruinspeksjoner inkluderer ikke undersøkelse av de etteroppspente spennsystemenes tilstand. Inspeksjonene har avdekket svært alvorlige skader på bruer med føroppspente spennkabler. Foto: Maylen Torsteinbø RV, 2017 TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 19

20 Dagens brumasse med spennarmering Eksisterende etterspente bæresystemer kan ha ulik grad av nedbrytning. Visuell inspeksjon av etterspente spennsystemer er vanskelige fordi de typisk er innstøpte i massiv betong og dermed utilgjengelige. Brumassen med spennsystemer øker og den eldes. Gimsøystraumen bru TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 20

21 Undersøkelsesteknikker Undersøkelsemetoder som kan tas i bruk for å kartlegge tilstanden på spennsystemer er flere. Internasjonalt er trenden at flere metoder kombineres. NDT-metodene benyttes for å undersøke flere forhold; Korrosjon Mørteltilstand Hulrom Vannopphopning nedbrytning av innfesting i ankersonen TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 21

22 Undersøkelsesteknikker Tilgjengelige NDT-metoder er Radar GPR (Ground Penetration Radar) TRB webinar on October 10, 2017 TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 22

23 Undersøkelsesteknikker Tilgjengelige NDT-metoder er Radar GPR (Ground Penetration Radar) Røngten Termofotografering IRT (Infrared Thermography) TRB webinar on October 10, 2017 TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 23

24 Undersøkelsesteknikker Tilgjengelige NDT-metoder er Radar GPR (Ground Penetration Radar) Røngten Termofotografering IRT (Infrared Thermography) Magnetisme MFL (Magnetic Flux Leakage) Ultralyd UST, USE Akustikk IE (Impect Echo), S, UPV, LFUT, VT TRB webinar on October 10, 2017 TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 24

25 Undersøkelsesteknikker Tilgjengelige NDT-metoder er Radar GPR (Ground Penetration Radar) Røngten Termofotografering IRT (Infrared Thermography) Magnetisme MFL (Magnetic Flux Leakage), MMFM Ultralyd UST, USE Akustikk IE (Impect Echo), S, UPV, LFUT, VT Elektrokjemiske ECT (Electrical Capacitance tomography), EIS TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 25

26 Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? Det er behov for rutinemessig inspeksjon ved hjelp av ikke-destruktive teknikker (NDT) for sikkert å kjenne tilstanden til spennsystemene. Inspeksjoner med bruk av NDT-teknikker er ikke mye i bruk på grunn av manglende kunnskap og retningslinjer. Metodene som kan benyttes for evaluering av tilstanden har begrensninger for å avdekke korrosjon, kabelbrudd, dårlig injeksjonsmørtel, hulrom, vannopphopning og nedbrytning av kabler i ankersoner og i kabelkanaler. TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 26

27 Formål med Aktivitet 4 Hensikten er å etablere ett verktøy som gir mulighet for å velge den best egnede metode for kartlegging og undersøkelse av tilstanden på etterspente systemer. Prosjektet har målsetning om å etablere en systematikk for hvordan resultater fra ulike NDT-teknikker skal evalueres ut i fra kjente måleparametre. Ved å kjenne tilstand og ha mulighet for å avdekke korrosjon kan egnede tiltak bestemmes. Målet som bruforvalter er å kunne foreta jevnlige og målrettede tiltak for å stanse og forhindre videre skadeutvikling. TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 27

28 Samarbeidspartnere i aktiviteten Samarbeid er inngått med ett pågående doktorarbeidet i regi av HiOA og NTNU; The effect of reinforcement corrosion on the structural behaviour of prestressed bridges in Norwegian costal regions. Samarbeidet vil gi verdifull informasjon og kunnskap om tilstandsvurdering av forspente brukonstruksjoner og verktøy for beregning av restkapasitet. Mulighet for FoU-samarbeid om NDT-teknikker med NTNU undersøkes Problemstillingen er at nåværende NDT-teknologi har begrensninger for vurdering av tilstanden på både kabler og anker i tillegg til injiseringsmørtelens tilstand. Er det mulig å utvikle en systematikk og metode med større nøyaktighet og sikrere kartlegging? TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 28

29 Takk for oss. TEKNOLOGIDAGENE Hvordan kan vi avdekke korrosjon på spennarmering? 29