Elgeseter bru Elgeseter bru

Elgeseter bru Elgeseter bru Elgeseter bru er bygd fra 1949-51 og er en betongbru i 9 spenn Spenninndeling er 21.25 m+7x22.5 m +21.25 m=200 meter Bredde = 23.40 m fordelt på rekkverksrom, 2 opphøyde gangbaner à 3.15 m og 5 kjørefelt à 3.10 m. Hovedbæresystemet består av 4 slakkarmerte bjelker c/c 5.5 m understøttet av sirkulære søyler ø800. Søylerekke nærmest nordre landkar er leddet i topp øvrige søyler er støpt monolittisk til bruoverbygningen. Pendellager på nordre landkar, fast innspent på søndre landkar Brua er i 2008 fredet etter kulturminneloven 1

Elgeseter bru - historikk 1985-86 Fjerning av trikkeskinner Vanngjennomtrenging ved utkraging Membran lagt på broplate og fortau (usikkerhet mhp membran) Fall oppbygd med opptil 50 mm asfalt Fortau utvidet (se tegning) 1990 Fugen har lukket seg 17-18 cm (Alkalireaksjoner har medført at broen er blitt lengre samt landkarforskyvninger) Pilarene heller Ny fuge etablert 2

Elgeseter bru - historikk 1998 Impregnering med monosilan 3 pilarer behandlet, derav 2 som måles Alle riss kartlegges 2003 For søyler med monosilan nedadgående fuktighet stedvis under alkalireaksjon grensen på 80% RH Prøveprosjekt med forsterkning med karbonfiber etableres på søyler i akse 2 Retter opp akse 9, 8 og 7 ved å kappe topp og støper på nytt. 7 og 8 påføres sementbasert fleksibelt belegg 2013 Sluttrapport for prøvefelt på søyler fremlagt. Elgeseter bru Alkaliereaksjoner i overbygning I forbindelse med inspeksjon av Elgeseter bru i 2011 / 2012 er det funnet store riss/sprekker i de underliggende brubjelker. Det er fra tidligere kjent at brua «vokser» som følge av alkaliereaksjoner og tiltak er utført i 2003. Kalkutslag er markant på ytterside av ytterbjelker og på underside av brudekke under fortau på begge sider. Tidligere har fortau blitt utbedret, dette arbeidet kan ha skadet membran på overside av brudekke slik at betongen oppnår tilstrekkelig fuktbelastning til å drive en alkalie-kisel reaksjon. Slagregn vil gi tilstrekkelig fuktbelastning på ytterbjelker samtidig som de beskytter innerbjelker mot fuktbelastning. For Elgeseter bru betyr dette at ytre deler av brudekke og de ytterste bjelkene får volumvekst. De indre bjelker og til dels bruplate på den indre/midtre delen av brua har ikke denne veksten, men blir utsatt for tvangstøyninger fra den fuktbelastede delen av brua. 3

4

5

6

7

8

Vurdering av bruas bæreevne etter inspeksjon Konsekvenser Sprekker med opp til 6mm kan være avgjørende for konstruksjonens bæreevne. Armering med glattstål med stor diameter medfører sannsynlighet for at heftkapasiteten mellom betong og armering er overskredet i et område omkring de synlige sprekkene Stivheten er dermed sterkt redusert Følgende må vurderes/analyseres Bæreevne over riss/sprekk for skjærkrefter Bæreevne over riss/sprekk for momentbelastning Bæreevne av resterende brukonstruksjon som følge av den kraftomlagring som oppstår som følge av riss/sprekk To trinns vurdering er under utførelse Innledende vurdering basert på enkel bjelkeanalyse (utført) Detaljert tredimensjonal analyse av skadet område Innledende vurdering Enkel bjelkemodell En av fire bjelker modellert, dvs. en innerbjelke Utført statiske analyser hvor det er tatt hensyn til endring av statisk system pga. alkalireaksjoner Sjekket for egenvekt (struktur + super), trafikklast (BK10/50) og effekt av alkaliereaksjon Lasteffekt av alkaliereaksjon er vanskelig å kvantifisere ut fra langtidslast, risset tverrsnitt. Viser at konstruksjonen med små overskridelser kan bære effekten av omfordeling som følge av momentledd basert på en del gitte forutsetninger Skjæroverføring rundt skade vil være vanskelig om armering ikke er intakt 9

Tredimensjonal analyse Formål med tredimensjonal analyse: Kvantifisere lasteffekt av alkaliereaksjonen på resterende deler Vurdere tredimensjonal lastbæring for å dokumenterer/forbedre forutsetninger i den enkle bjelkeanalysen Dokumentere lastbæring forbi sprekk Evaluere effekt av reparasjonstiltak Analyse har som formål kun å dokumentere bæreevne, ingen detaljert studie av alkalireaksjoner Utfører analyse i to nivå: Hele brua modellert i nivå 1 Detaljert modell av et avgrenset område rundt sprekk i nivå 2 Nivå 2 benytter nivå 1 som randbetingelse Modell av hel bru nivå 1 Oppløsning nivå 1 Oppløsning nivå 2 Tredimensjonal analyse Modellerer trafikklast (BK10/50) for å studere romlig bæring av denne uten sprekk Modellerer sprekk for å studere effekt på omfordeling av last til andre bæreelement Modellerer sprekk for å studere effekt på lastbæring rundt denne Trafikklast for maksimal skjær over sprekk Lastvirkning studert på nivå 2 modell 10

Tverrsnittskontoll Studert opprinnelig utforming og armeringsføring Brua har en meget slank utforming og en tilpasset armeringsføring Utformingen har et svakt punkt for aksiell strekklast i momentnullpunkt (dvs. brua er ikke dimensjonert for last fra alkalireaksjonen) Generelt er bjelker godt armert i lengderetning, opp til 20Ø32 St52 glattstål i UK midt felt Lite gjennomgående lengdearmering i momentnullpunkt, kun 3Ø32 Utfordringen er å føre skjær over dette området 11

17.06.2013 Alkalireaksjoner i betong Faglig bakgrunn, historikk, regelverk for nye konstruksjoner Fagdag NVF brugruppe 7. mai 2013 Bård Pedersen Tunnel og Betong seksjonen TMT, Vegdirektoratet Hva er en alkalireaksjon? Reaksjon hvor reaktiv kvarts løses opp (fordrer høy ph, dvs høy mengde alkalihydroksider) Videre reaksjon med K, Na (og Ca) Alkaligelen er vannsugende og sveller ved vannopptak (fordrer høy nok fukt) Gir volumøkning og opprissing når strekkfastheten overskrides 1

17.06.2013 Hva er en alkalireaksjon forts Høyere fukt i betongen gir økt hastighet. Kritisk grense på ca 80 % RF? Går fortere ved høyere temperatur Tar som regel 15-20 år med norske bergarter og i norsk klima før skader blir synlige Alkalireaksjoner tegn og konsekvenser Krakeleringriss på frie flater Riss parallelt med belastningsretningen Klemming av fuger Forskyvning av lagre Ekspansjon/ deformasjon Interaksjon med andre mekanismer som frost og korrosjon 2

17.06.2013 Effekt av fukt Synlige skader i noen tilfeller begrenset til konstruksjonsdeler utsatt for rennende vann Sement pasta Silika i tilslagspartikler løses delvis opp og produserer alkali gel Reaktiv tilslagspartikkel (Ryolitt) Slide 6-9.-10. desember 2010 Bård Pedersen Børge Johannes Wigum Tynnslip - plan polarisert lys 3

17.06.2013 Slide 7-9.-10. desember 2010 Bård Pedersen Børge Johannes Wigum Fluoriserende lys Et paradoks Mange alkalireaktive bergarter vil brukt som finmalt pulver gi pozzolan reaksjon i stedet for alkalireaksjon. På samme måte kan udispergert silikastøv i agglomerater > 2-300 μm føre til alkalireaksjon.. Tilgjengelig mengde Ca lokalt er antagelig styrende, høyt nok Ca/Si-forhold kan gi C-S-H i stedet for svellende alkali-gel 4

17.06.2013 Litt historikk Stanton, 1940: første beskrivelse i litteraturen, basert på observasjoner i California Museæus, 1962: «Alkalikiselsyre-reaksjoner i betong», hovedoppgave NTH Kjennerud, 1978 «Alkaligrusreaksjoner påvist i Norge. Skadene mer vanlige enn antatt» (Plan og Bygg). Påvist reaksjoner i massive betongfundamenter på Rjukan samt svømmebasseng i Skien Hovedoppgaver NTH 1986-1990 (Haugen, Wigum..) Svendsen & Torblaa 1989: Alkalireaksjoner i norske betongdammer, NVE. Påvist AR-skader på 8 dammer. Historikk forts. Jensen, 1993: «Alkali aggregate reactions in Southern Norway», Dr.Techn. avhandling. Jensen, Haugen 1996: Alkalireaksjoner i Nord- Norge, 3 rapporter Fra 1996: Norsk Betongforening Publ 21: «Bestandig betong med alkalireaktivt tilslag» NB 21 Revidert i 2004, innskjerpede regler mht klassifisering av tilslag Detaljerte regler for «funksjonsprøving av betong med reaktive tilslag» 5

17.06.2013 6

17.06.2013 Hvordan diagnostisere alkalireaksjoner? 1. Indikasjon: Visuelt i felt (riss og tegn på ekspansjoner) 2. Dokumentasjon: Strukturanalyser på utborede kjerner (riss og gel, bergarter) Indikasjon visuelle registreringer Opprissing Krakeleringsriss på frie flater Riss parallelt med belastningsretningen Utfelling av gel i riss Mest opprissing på fuktutsatte flater Sammenklemming av fuger Forskyvning av lagre Deformasjoner 7

17.06.2013 Dokumentasjon av alkalireaksjoner Utboring av kjerner Strukturanalyser kjerner, plan- og tynnslip Registrering av riss, utfellinger, reaksjonsrender rundt tilslag Identifikasjon av alkaligel og reagerte bergarter Krever spesialkompetanse! Larsen, S. m.fl..: Experiences from extensive condition survey and FEM-analyses of two Norwegian concrete dams with ASR, 13th ICAAR, Norway, 16-20 June 2008 Jensen, V: Elgeseter bru: Fukt- og ekspansjonsmålinger inntil 2007, NBTL rapport nr R07191, 2007 8

17.06.2013 Hva gjør en bergart reaktiv? Det er mineralet kvarts (silika, SiO 2 ) som kan gi problemer De fleste norske bergartene inneholder kvarts, men det som er avgjørende er hvordan denne opptrer. En bergart kan bli reaktiv ved innhold av: Finkornet kvarts (< 130 m) Deformert kvarts (f.eks i mylonitter) I noen andre land: flint, opal, kalsedon etc. som gir mye raskere reaksjonsmønster Petrografisk metode 1-2 mm 1000 punkter telles 2-4 mm 1000 punkter telles Gjennomsnittlig andel risikobergarter (%) Norge: Generell kritisk grense 20% 9

17.06.2013 Utbredelse av alkalireaktive bergarter i Sør-Norge 10

17.06.2013 Forkastninger: områder med mulig forekomst av kataklastiske bergarter (Avhandling Viggo Jensen, 1993) Fra NGUs Pukk- og grusregister (NORMIN 2000, Alkalireaksjoner i betong) 11

17.06.2013 Prinsipp for sikring mot alkalireaksjoner Reaktive tilslagskorn Kan også elimineres ved tilsetning av pozzolaner som mikrosilika og flygeaske Alkalireaksjon Sikring mot alkalireaksjon ved at minst ett av hjørnene elimineres Høyt fuktnivå (> ca 80 % RF) Na,K OH (alkalier) Alkaligrenser for sementer dokumentert med betongprismemetoden - gjeldende for alle typer/mengder av norske reaktive tilslag Portlandsement (CEM I): < 3,0 kg/m 3 Na 2 O-ekv. alkalier Norcem Standard FA: < 6,5 / 7,0 kg/m 3 Na 2 O-ekv. alkalier Norcem Anlegg FA: < 5,5 kg/m3 Na2O-ekv. Alkalier Embra Miljøsement: < 4,0 kg/m 3 Na 2 O-ekv. Alkalier For detaljert, ajourført info, se Vedlegg C til NB21 på Norsk Betongforening sine hjemmesider 24 12

17.06.2013 Hva gjør SVV i forhold til nybygg? SVV følger i alle hovedsak nasjonale regler gitt av NB 21 For noen konstruksjoner med prosjektert lang levetid eller spesiell viktighet gis strengere regler, f.eks ved å sette krav om Sv < 10 % Hardangerbrua, Bjørvika-tunnelen. Varige konstruksjoner 2012-2015 Aktiviteter: TB1: Tilstandsutvikling nyere bruer TB2: Alkalireaksjoner i betong (Eva Rodum) TB3: Overflatebehandling betong TB4: Overflatebehandling stål TB5: Riss og korrosjon TB 6: Fuger 13

Fagdag Alkalireaksjoner NVF norsk brugruppe 07.05.2013 Alkalireaksjoner i norske betongbruer Status og aktiviteter innenfor Varige konstruksjoner Eva Rodum, Tunnel- og betongseksjonen, TMT Innhold Status Eksempler bruer med AR Varige konstruksjoner TB2 Bakgrunn Hovedfokus System for dokumentasjon, kartlegging og oppfølging i felt Preventive tiltak for å bremse utviklingen Konstruktive konsekvenser og forsterkning Eksempler på aktiviteter Felt/labundersøkelser av Folda bru Tiltak Fagdag Norsk brugruppe i NVF, 2013-05-07 Alkalireaksjoner i norske betongbruer Status Alkalireaksjoner i norske betongbruer Eksempler på bruer med AR Problematikken har vært kjent i flere tiår Levd i skyggen av kloridinitiert armeringskorrosjon Mindre aggressiv utvikles langsomt Mindre risiko for akutt alvorlig skade forvarsel Men: Opprissing kan gi følgeskader i tidligere alder Omfanget er ukjent BRUTUS ca 300 bruer. Usikre data pga mangelfulle retningslinjer for diagnostisering I alle regioner Langt framskredne skader: Spesielt bruer fra 1950-60-tallet Antall bruer med betydelige skader vil øke! Vi mangler verktøy for å håndtere situasjonen Jernbanebru, Trondheim Risikobergarter (søyle): 13% i sand, 1% i stein Bygd 1970 3,0 mm Foto: NBTL, 2011 Elgeseter bru, Region Midt 6 Foto: Norconsult Kjøkøysund bru (1970), Region Øst 1

Fagdag Alkalireaksjoner NVF norsk brugruppe 07.05.2013 Elgeseter bru Lengde 200 m, 9 spenn Fugeåpning: Redusert fra 200 til 20 mm på 50 år Lengdeutvidelse av overbygning -> forskyvning av søyletopper -> tilleggskrefter l = 200 mm Sælid bru, Region Øst Pilar 19S Rissvidde 1,1mm Tromsø bru, Region Nord Tromsø bru, Region Nord Fetsund bru, Region Øst 2

Fagdag Alkalireaksjoner NVF norsk brugruppe 07.05.2013 Varige konstruksjoner TB2 Bakgrunn: Et økende antall bruer har utviklet betydelige skader pga alkalireaksjoner Regionene etterspør verktøy/retningslinjer for inspeksjon, vurdering og tiltak HB 136: Inspeksjonshåndbok for bruer mangelfull på AR Hovedfokus: System for dokumentasjon, kartlegging og oppfølging i felt Preventive tiltak for å bremse utviklingen Konstruktive konsekvenser og korrektive tiltak (forsterkning) 13 Foto: Jan Lindgård, SINTEF Damkonstruksjon, gangbane HB 136: Inspeksjonshåndbok for bruer Skadeårsak 25: Materialfeil -> alkalireaktivt tilslag Alkalireaksjoner nevnt i forbindelse med: Skadetype 14: Riss/sprekk (NB! AR ikke nevnt ved skadetypene 12: Bevegelse, 13: Deformasjon, 15: Brudd) Uklart når det skal/kan angis skadeårsak 25 Nok med indikasjoner eller krav om dokumentasjon? Dette gjøres ulikt! Data i BRUTUS (SINTEF 2004) Gir BRUTUS riktig bilde på situasjonen når det gjelder omfang av bruer med AR? Neppe 300 bruer er registrert med alkalireaksjoner. De fleste av disse er ikke undersøkt ved strukturanalyser Ca 9000 konstruksjonselementer er registrert med riss/sprekker. For ca halvparten av disse er det ikke angitt årsak, og for ca 1000 er angitt svinn/kryp. 1100 elementer er registrert med bevegelse. Kun ett av disse er angitt med årsak AR. Elgeseter bru, Norges mest omtalte AR-bru, var inntil nylig ikke registrert med AR i BRUTUS, heller ingen bruer i Troms fylke (hvor det er dokumentert flere) Revisjonsbehov HB 136 Retningslinjer for presis diagnostisering Dokumentasjon av alkaligel i tynnslip Metoder/systemer for å kunne si noe om skadeomfang Nåsituasjon (opprissingsgrad) Utviklingen over tid (ekspansjonshastighet) Aktuelle måleparametre Rissvidder (i felt og lab) Ekspansjon (bolter) Fugeåpninger Forskyvninger Utprøving av metoder på konkrete bruer 2012-13: To bruer i Nord-Trøndelag Folda bru (1969) Nærøysund bru (1981) Felt Systematiske rissviddemålinger Ekspansjonsmålinger Laboratorium på utborede kjerner Grad av indre opprissing Bestemmelse av kritiske parametere for skadeutviklingen Rekonstruksjon av resept -> Vurdering iht dagens regelverk Bestemmelse av vanninnhold i betongen 3

Fagdag Alkalireaksjoner NVF norsk brugruppe 07.05.2013 Rissviddemålinger langs definerte linjer Vertikalt på hovedrissretning «Rissindeks» = sum rissvidder /målelengde Bolter for ekspansjonsmåling Etablering av bolter i linjer for oppfølging av ekspansjon over tid Avstand 200 mm DEMEC ekstensometer digital avlesning med 0,001 mm nøyaktighet Mulige feilkilder, f eks fuktinnhold og temperatur http://www.mayes.co.uk Folda bru bygd 1969 Lengde 337 m (225 m) Tårnbein akse 3 Spesifikasjoner B400 Overdekning 50 mm 4

Fagdag Alkalireaksjoner NVF norsk brugruppe 07.05.2013, = = 0,9, Riss i overflata kontra indre opprissing Undersøkelser av planslip Rissmønster Rissindeks CI = [% stein med riss fra tilslag ut i pasta]x0,6+[antall riss (ant/cm 2 ) i pasta] x 0,4 Lindgård J. et.al.: «Experienc from evaluation of degree of damage in fluorescent impregnated plan polished sections of half-cores based on the «creack index method»», 12th ICAAR, 2004 5

Fagdag Alkalireaksjoner NVF norsk brugruppe 07.05.2013 Folda bru tårnsøyle RI = 2,0 6

Fagdag Alkalireaksjoner NVF norsk brugruppe 07.05.2013 Fundament 4 mm Fundament akse 5 (sør) Kjerne mrk 5 Fundament akse 5 (sør) Nautesund bru 1958 Revet 2009 Nautesund bru planslip kjerner fra tårn 3N-4 4N-3 Risikobergarter (landkar): Sand: 43 % Stein: 28 % Foto: PELCON, Danmark 7

Fagdag Alkalireaksjoner NVF norsk brugruppe 07.05.2013 Topp rigel Rissmønster overflate kontra indre deler Funn i internasjonal litteratur Dybden av makroriss i overflata overskrider vanligvis ikke det minste av 1) overdekningen og 2) 1/10 av elementtykkelsen Innenfor denne sonen er opprissingen overflateparallell Våre funn Bekrefter ovenstående Risiko for delaminering i nivå med armering? 8

Fagdag Alkalireaksjoner NVF norsk brugruppe 07.05.2013 Vedlikeholds-/reparasjonstiltak Bakgrunn/status: Det finnes pr i dag ingen veldokumenterte reparasjonsmetoder for konstruksjoner med AR Dersom tiltak skal gjennomføres bør de ha minst ett av følgende to prinsipielle formål: Preventive tiltak: Forebygge/redusere selve ekspansjonen (hastigheten) Korrektive tiltak: Forebygge og/eller redusere effekten av ekspansjonene Preventive tiltak Formål: Forebygge/redusere selve ekspansjonen (hastigheten) Knyttet til det å redusere vanninnholdet i betongen, f eks overflatebehandling, sikre vannavrenning, Eksempler på preventive tiltak utført i SVV: Belegg Forsøk med hydrofoberende impregnering (omfang?) Namsbrua, bygd 1922 - Overflatebehandlet ca 2000 Namsbrua, bygd 1922 - Overflatebehandlet ca 2000 Overflatebehandlet med Cemelastic for ca 10 år siden Foto: E. Rodum, Statens vegvesen Foto: E. Rodum, Statens vegvesen Preventive tiltak 2012: Statusrapport på «Effekt av overflatebehandling og andre preventive tiltak på eksisterende konstruksjoner» Belegg: Best effekt ved påføring før opprissing Beste effekt på slanke konstruksjoner Lukker riss, inntil opprissing Innbygging av fukt og økt nedbrytning Silan (hydrofoberende impregnering): Positiv effekt på RF og ekspansjon Effekt i dybder 100-200 mm Best effekt ved beskjeden opprissing Varierende levetid (knyttet til riss) 2014: Laboratorie-/feltforsøk med overflatebehandling Foto: E. Rodum, Statens vegvesen 9

Fagdag Alkalireaksjoner NVF norsk brugruppe 07.05.2013 Korrektive tiltak (knyttet til konstruktive forhold) Forsterkning ytre fastholding som hindrer volumutvidelse, sikrer omfordeling av laster eller gir jevnere rissfordeling Slissing hindre/utløse indre spenninger som følge av volumutvidelsen Injisering sikre betongens strukturelle og funksjonelle egenskaper Eksempler på korrektive tiltak utført i SVV: Kappestøp og stålkapper + karbonfiber Kapping av fuge og søyletopper Sundfloen hengebru, bygd 1968 - Oppsprekking tårntopp og rigel 1992 - Stålkappe på tårntopp og påstøp rigel 1994 - Overflatebelegg 2000-2005 Erfaringer med AR i - norske Hovedinspeksjon bruer 2010: Ingen visuelle tegn på skader Problemet har tiltatt spesielt for bruer bygd 1950-/1960- tallet (og vil øke) Følges opp gjennom inspeksjonsprogrammet ved visuell kontroll lite systematisk oppfølging og lite oversikt over skadeutvikling (hastighet) Noen få bruer er rehabilitert ved forsterkning Kappestøp og stålkapper eks Elgeseter bru er rehabilitert ved kapping/utløsing av tvangsspenninger Kapping av fuge og søyletopper eks Noen bruer er overflatebehandlet Belegg riss etter noen år - eks Ref: Knut Grefstad, Statens vegvesen Vormsund bru, bygd 1950: - Opprissing søyler 1998 Vormsund bru, bygd 1950: - Stålkapper på søyleflanker 2002 - BRUTUS 2008: Ingen skader i stålkapper Foto: Aas-Jakobsen AS Ref: Knut Grefstad, Statens vegvesen Atna hengebru, bygd 1923 - Oppsprekking tårn - Kappestøp på tårn og rigler 1990 - BRUTUS 2010: Små riss i kappestøp Ref: Knut Grefstad, Statens vegvesen Ref: Knut Grefstad, Statens vegvesen 10

Fagdag Alkalireaksjoner NVF norsk brugruppe 07.05.2013 Elgeseter bru, bygd 1951 - Utvidelse av overbygning med 20 cm 2001 Foto: E. Rodum, Statens vegvesen Foto: E. Rodum, Statens vegvesen Elgeseter bru, bygd 1951 - Kapping/oppretting av søyler 2003 Konstruktive vurderinger Generelt: Ekspansjoner -> tvangskrefter, fugeklemming, forskyvning av lagre, deformasjoner, Strekk i armeringen uten ytre last (-> flytning) Reduksjon i heft mellom armering og betong Endring i materialegenskaper -> primært strekkfasthet og E-modul Konsekvensene av riss og tvangskrefter er svært avhengig av konstruksjonens utforming, armeringsføring, utnyttelse osv Må vurderes for hver enkelt konstruksjon! Ref: Erik Thorenfeldt, SINTEF Konstruktive vurderinger og forsterkning 2012-13: Sluttføring pågående prosjekter på konstruktive konsekvenser og forsterking (Nautesund, Elgeseter) Rapport Nautesund (belastningsprøving) sluttføringsfasen Rapport Elgeseter (karbonfiberforsterkning) 2013-2014: Hva er behovet?? Ressurser?? Mulige aktiviteter Retningslinjer for vurdering av konstruktive konsekvenser? Undersøke effekt av utførte tiltak Nye forsterkningsforsøk (RØ) Andre aktiviteter Utført 2012: Statusrapport på restekspansjon Rapport oppsummering resultater fra tidligere strukturanalyser Pågående: Aks. lab.testing kontra oppførsel i felt Nautesund bru dokumentert langt fremskredne AR i felt Originaltilslag lokalisert Betongresept rekonstruert Akselerert prøving med rekonstruert betong Samsvar med fasit i felt? Effekt av flyveaske Planlagt 2013: Bruer RV Lettbetong alkalireaksjoner? Andre mulige: Følgeskader av riss? Over- kontra underbygning? Foto: EMPA 11

SVV - Fagseminar Konstruktive konsekvenser av AR Hans Stemland SINTEF 1

1992 2

Mekaniske egenskaper (nedre grense) 3

Rissutvikling 4

Rissutvikling forts. 5

Rissutvikling forts. 6

Rissutvikling med tiden 7

Forskjell på laboratorie- og feltprøvestykker 8

Fastholding fra armering 9

Fastholding fra armering forts. 10

Fastholding fra armering forts. 11

Volumøkning som funksjon av vertikalt trykk 12

Trykkfasthet 13

E-modul 14

Trykkfasthet og E-modul som funksjon av ekspansjon 15

Strekkfasthet 16

Strekkfasthet forts. 17

Forsøk av Reinhardt 18

Sent reagerende tilslag, kvarts 19

Skjærforsøk - Nederland 20

Skjærforsøk fort. 21

Skjærforsøk forts. 22

Skjærforsøk forts. 23

Skjærforsøk forts. 24

Skjærforsøk forts. 25

Skjærforsøk forts. 26

Brudd i bøy i bøyler 27

Heftfasthet 28

Nautesund bru

Forsøksopplegg Prøvestykker 1 stk søyleelement, bxhxl = 400x400x2000 mm 3 stk tårnelement, bxhxl = 800x400x2000 mm Testparametre Heft / forankring Lengdearmering: Ø 25 mm, Ks 400, f sy = 400 MPa Forankringslengder: 40 Ø = 1000 mm og 20 Ø = 500 mm Heftspenning ved flytning hhv 2,5 og 5,0 MPa 40 Ø er krav til forankringslengde i NS 3473 Rissdannelse; nye riss i forhold til eksisterende

Materialdata Betong Tårnsøyler, søyler og brudekke; kvalitet A Sylinderfasthet tårnsøyler: 50 70 MPa Landkar; kvalitet B Armering Lengdearmering, Ø25 mm CSF 40, flytespenning ca 400 MPa Bøyler Glattstål, St 37, flytespenning ca 240 MPa 33

Snitt av tårnsøylene med bøyler Ø 10 mm c/c 300 Ø 8 mm c/c 600 34

Dimensjoner og armering for prøvestykkene Type Antall Dimensjon bxhxl (mm) Betegnelse Antall Ø25 mm (på strekksiden) Søyleelement 1 400x400x2000 Søyle akse 2 2 (totalt 4) Element 3A 7 Tårnelement 3 800x400x2000 Element 4A 8 Element 4B 7 35

Skisse av rigg og lastprosedyre Lastprosedyre: Søyleelementet: 1-40 kn, 2-80 kn, 3-120 kn, 4-160 kn osv Tårnelementene: 1-100 kn, 2-200 kn, 3-300 kn, 4-400 kn, 5-500 kn, 6-600 kn osv 36

Riggen 37

Resultater Prøvestykker Forventet flytelast P (kn) Flytelast P (kn) Maks last P (kn) Merknader Lasttilfelle 1 (l b = 40Ø = 1000 mm) Søyle akse 2 135 165 200 Risslast ca 40 kn Ikke forankringsbrudd Element 3A 500 560 650 Risslast like før 100 kn P=600; skråriss Ikke forankringsbrudd Nær skjærbrudd Element 4A 590-650 P=500; rissvidder 0,3-0,5 mm P=600; Hjørnestengene i Ende A trekke seg litt inn P=650; skråriss, 1,5 mm, Ende A P=650; forankringsbrudd i Ende A (glidning) av de 4 hjørnestengene etter ca ½ time Element 4B 500 500 520 Laster på og av noen ganger mellom 300 og 500 kn Ikke forankringsbrudd 38

Resultater forts. Lasttilfelle 2 (l b = 20Ø = 500 mm) Ende A 270 350 350 Søyle akse 2 Ende B 270 350 400 Element 4A Ende B 1180-1000 Ende A 1000 1040 1100 Element 4B Ende B 1000 1000 1100 I utgangspunktet ingen spalteriss ved armeringen P=350; tydelig flytning Ikke forankringsbrudd Spalteriss langs den ene stangen ved start forsøk Ikke forankringsbrudd Lastet først opp til P=500 kn P=600; riss merket 6 P=1000; brudd i det andre spennet etter ca 2 min Ikke forankringsbrudd Lastet først jevnt til P=500 kn P=500; ingen nye riss P=600; riss merket 6 P=1100; skråriss på ene siden, armeringen trekkes litt inn på denne siden (begynnende forankringsbrudd) P=1000; flytning i armeringen Ikke forankringsbrudd 39

Rissutvikling Element 3A, forts. 40

Rissutvikling Element 3A, sideflate 1 41

Rissutvikling Element 3A, sideflate 2 42

Beregnede heftspenninger/fasthet Lasttilfelle 1 Lasttilfelle 2 σ f 400 MPa σ f 500 MPa σ f 400 MPa σ f 500 MPa NS 3473 NS-EN- 1992-1-1 Heftfastheter (MPa) Enkeltstang 2,4 2,9 4,0 5,0 7,0 8,8 Bunt 3,3 4,2 5,7 7,1 5,4 7,6 43

Lasttrinn 1 Element 4A, side 1 44

Lasttrinn 1- Element 4A, side 2 45

Element 4A etter prøving

Forankring Søyleelement Resultater Armering belastet til flytning for l b = 40 og 20 Ø uten glidning Tårnelementer Riss Ingen glidning ved flytning for l b = 40 og 20 Ø før skjærriss Glidning av hjørnestenger ved flytning i en ende for l b = 40 og 20 Ø etter at det ble skjærriss De første rissene følger rissene fra alkalireaksjonen Nye riss på høye lastnivå

Bjelker Moment: AAR ikke signifikant hvis ekspansjon 6 mm/m For ekspansjon > 6 mm/m, opp til 25 % reduksjon observert Vanlige beregningsmodeller med trykkfasthet basert på prøver fra konstruksjonen Spesiell oppmerksomhet knyttet til fare for delaminering Skjær: Ingen signifikant effekt av AAR hvis det er minst 0,2 % bøyler Flere forsøk viser økning i kapasitet pga forspenningseffekt fra armeringen Bjelker/plater uten bøyler viser både økning og reduksjon i kapasitet Beregning baseres på mekaniske egenskaper fra prøver fra konstruksjonen 48

Søyler Trykkfastheten kan være redusert, baseres på prøver fra konstruksjonen Kan bli delaminering ved lengdearmeringen slik at overdekningen ikke er effektiv 49

Heft AAR 4 mm/m gir ingen reduksjon av heftfastheten til glatte stenger og kamstenger hvis det er bøyler eller overdekning av størrelsesorden 4Ø Heftfasthet uten bøyler og overdekning 1,5 Ø kan bli redusert opp til 50 % Reduksjonen er proporsjonal med betongens reduserte spaltestrekkfasthet (Viktig ved opplegg og ved omfarskjøter) 50

Overflatebehandling med karbonfiber 51

Forankringslengde avhengig av aksialstivhet og heftfasthet 52

Kritisk tøyning i riss avhengig av heftfasthet og aksialstivhet 53

Tøyning i karbonfiberlag mellom riss 3 lag Sika Wrap, heftfasthet = 3,0 MPa 54

Jernbanebrua Jernbanebrua Jernbanebrua er klaffebru beliggende i Trondheim sentrum bygd i 1950. Brua hadde opprinnelig trikk- og jernbanespor, men dette er senere fjernet. Brua er i 5 spenn hvorav et bevegelig klaffspenn på 13,5 meter. Total brulengde er på 57 meter Bredde på 18 meter fordelt på 12 meter kjørebane og 2x3 meter gangbane 1

Jernbanebrua Maskinhuset i akse 2-3 er omsluttet av en «spuntkasse» som trolig har vært benyttet i byggefasen som forskaling / «fangdam» for å sikre tørr byggegrop ved peling og støp av bunnplate til maskinhuset. I ferdigtilstand vil spunten hindre utvasking av løsmasser under maskinhuset samt virke som ishud for betongveggene i maskinhuset. Ut fra armeringstegningene er det meget små armeringsmengder i veggene på maskinhuset. Jernbanebrua 2

Jernbanebrua Jernbanebrua 3

Jernbanebrua Jernbanebrua 4

Jernbanebrua Jernbanebrua 5

Jernbanebrua Jernbanebrua 6

Jernbanebrua Konklusjon 1986 Jernbanebrua Det er observert alkalireaksjoner i begge borkjernene som er undersøkt ved hjelp av strukturanaluyse (J 1 Vog J 4 G). Reaksjonene er vurdert som meget framskredne i begge kjerner, men den interne opprissingen er størst i kjerne J 4 G (boret ut i gulvet). En del ettringitt i begge kjerner viser at betongen er fuktbelastet. Kjerne J 2 V og J 3 G er bare undersøkt visuelt. I begge disse kjernene er det også tydelige tegn på at alkalireaksjoner finner sted, selv om dette ikke er verifisert ved strukturanalyse. 7