D12 SIKRING AV ARMERINGEN 81 12.1 SIKRING AV ARMERINGSOVERDEKNING Som det fremgår av punkt 10.2 er en riktig armeringsoverdekning en av de viktigste faktorene for å sikre armerte betongkonstruksjoner den planlagte levetiden. Gjennom mange tilstandskontroller og rehabiliteringsprosjekter har det lenge vært kjent at armeringen likevel ikke alltid blir liggende i konstruksjonen der den er angitt på tegningen. Det er også kjent at mange prosjekterende overser faktiske realiteter som at kamstål har kammer og at bøyde stenger har runde hjørner. Dette kan i enkelte tilfeller føre til at armeringen umulig kan plasseres slik tegningen viser. For å sikre at ønsket armeringsoverdekning oppnås, må man altså regne med et avvik i armeringsplasseringen og samtidig ta hensyn til armeringsstengenes faktiske dimensjoner. Dette ble først satt i praktisk bruk av Statens Vegvesen i 1994 gjennom Internrapport nr. 1731 \25\, og detaljert for praktisk bruk i betongelementbransjen i 1996 i Betongindustrien nr. 2 \26\. Senere er dette tatt inn i NS 3473 i pkt. 17.1.1 \13\ som et krav til den prosjekterende. Prinsippet blir derfor: C min = minimum overdekning (krav) C = tillatt avvik (margin) = C min + C = nominell overdekning (prosjektert) C nom Se figur D 12.1. Det er C nom som skal danne basis for dimensjonering og bøyemål. C Nominell overdekning angis på tegning (C nom ) Minimum overdekning, alle stenger (C min ) Det er helt avgjørende at valget av C i prosjekteringsfasen er koordinert med den praktiske utførelsesprosessen som følger etterpå. Figur D 12.1. Armeringsoverdekning. Faktorer som påvirker valg av toleranser \26\ Toleransen C skal være større enn samlet effekt av følgende delavvik: C form = formavvik C stol = armeringsstolens tilvirkningsavvik C stang = variasjon av armeringsstangens diameter (skråstilte kammer) C bøy = armeringens avvik fra angitt bøyemål C plass = avvik på grunn av armeringsstolenes plassering og forskyvning, sammenbinding eller sammensveising av armeringsstengene, deformasjon av armeringsstenger, støpeprosess etc. I denne sammenhengen har det ingen hensikt i å forsøke seg med avansert sannsynlighetsberegning. Hver enkelt stang i hver enkelt konstruksjonsdel må anses som like viktig i korrosjonssammenheng. Det må derfor gjøres forenklede vurderinger som fører til praktiske retningslinjer som er enkle å bruke, men som samtidig sikrer at armeringen får planlagt betongoverdekning:
82 D12 SIKRING AV ARMERINGEN C form 0 fordi alle former normalt utvider seg, og fordi frie flater som regel bygger mer en angitt på tegningen (tverrsnittsmålene øker). Å anta C form = 0 er altså en konservativ antagelse. Antar C stol 0 fordi eventuelle avvik her er svært små (0 til 2 mm) sammenlignet med de andre avvikene. Dette er altså en liberal antagelse. C stang 0 fordi det er relativt stor sjanse for at kammene treffer armeringsstolen eller kammer på kryssende stenger. Men når man bruker stengenes reelle dimensjoner inkludert kammer, og samtidig antar C stang = 0 er dette en konservativ antagelse. Kapping og bøying av armeringsstenger gir ofte de største avvikene. Det har til nå vært lite vanlig å kontrollere eller kvalitetssikre stengenes kappe- og bøyemål. Normale verdier for C bøy er fra ± 5 mm til ± 10 mm, avhengig av armeringsstangens størrelse og bøyingens vanskelighetsgrad. Det har vært vanlig å angi bøyemålene basert på minimum overdekning (C min ), og så håpe at det utførende leddet (jernbøyer, jernbinder, støper etc.) har erfaring og mulighet for å justere dette, dette er i svært mange tilfeller ikke tilfredsstillende. Konstruksjoner med kompliserte bøyeformer og utstikkende stenger med angitte posisjoner krever at man bestemmer reelle bøyemål på forhånd, og angir disse i bøyelisten. Det samme gjelder forspente elementer der spenntauene skal ligge fast i angitte posisjoner, og tilsvarende gjelder for ståldeler som skal innstøpes på bestemte steder. Man bør derfor bestemme C bøy på forhånd (koblet mot en tilhørende utførelsesprosedyre), og så angi bøyemålene i samsvar med dette. Valg av armeringsstoler, antall stoler, bruk av ryttere, sammenbinding eller sveising av kryssende stenger, antall sammenbindinger og så videre kan også gi store avvik. Man må derfor bevisst velge armeringsstoler og eventuelle monteringsstenger koordinert med bestemte krav til plassering, sammenbinding og kontroll. Normale verdier for C plass er fra ± 1 mm til ± 10 mm, avhengig av konstruksjonstype, støpeprosess og armeringsmodell. Spesielle konstruksjoner kombinert med manglende rutiner kan gi mye større avvik. Svært forenklet blir konklusjonen at man kan anta: C C bøy + C plass = ± 6 mm til ± 20 mm. Med vanlige bøyler kan toleransen fordeles til begge sider, slik at man får C fra ± 3 mm til ± 10 mm. Man har da samtidig sagt at C form + C stol + C stang = 0, noe som normalt er en konservativ antagelse. Eksempel på retningslinjer \26\ Som nevnt i forrige avsnitt er det naturlig å velge ulike sikkerhetsmarginer ( C) avhengig av type og størrelse av elementet, type konstruksjon, utførelseskvalitet, kvalitetssikring, detaljering og så videre. Det er klart at dersom man bøyer nøye, setter armeringsstolene tettere, binder bedre, kontrollerer oftere etc., så vil dette redusere avvikene. Det er også stor forskjell på en jernbøyer som står i en elementfabrikk og bøyer til samme produkt år etter år og som også er i nærheten av støperen og den prosjekterende sammenlignet med armeringsverksteder som bøyer til helt ulike konstruksjoner og prosjekter langt borte. Det er naturlig å ta hensyn til dette i valg av størrelsen på C.
D12 SIKRING AV ARMERINGEN 83 Når det er ønskelig å lage så slanke tverrsnitt som mulig, må man sikre armeringen uten monteringsstenger, og samtidig sette så strenge krav til utførelse og kontroll at C begrenses til det minimale. Inntil det kommer mer detaljerte offentlige armeringsprosedyrer kan for eksempel anbefalingene i \26\ følges: Man kan velge mellom fire ulike utførelsesklasser for armeringsarbeider etter hvordan man velger armeringsstolens høyde i forhold til minimum overdekning (C min ). De fire klassene har som utgangspunkt at armeringsstolens høyde er lik C min pluss 0, 5, 10 eller 15 mm. For stenger som hviler direkte på armeringsstolen og ikke styres av annen armering, betyr dette at C 0, 5, 10 eller 15 mm. For bøyler antas for vanlige konstruksjoner C bøy 3 mm pr. formside, som betyr at C 3, 8, 13 eller 18 mm for disse stengene se tabell D 12.1. Tabell D 12.1. Utførelsesklasser for armeringsarbeider. Utførelses- C Høyde av armeringsstol* Diameter av monteringsstang klasse a** b*** 1 C min 0 mm 3 mm 2 C min + 5 mm 5 mm 8 mm 3.1 C min + 10 mm 10 mm 13 mm 3.2 C min (mot monteringsstang) Ø8 10 mm 13 mm 4.1 C min + 15 mm 15 mm 18 mm 4.2 C min (mot monteringsstang) Ø12 15 mm 18 mm * Det forutsettes at C min og armeringsstolenes høyde varierer med 5 mm intervall. ** Kolonne a: Denne C verdien brukes bare mot rette stenger som fører armeringsvekten direkte ned på armeringsstoler, og som ikke styres av bøyde armeringsjern eller faste spenntau. *** Kolonne b: Denne C verdien tar hensyn til C bøy, og brukes mot bøyde jern. For hver klasse må det utarbeides prosedyrer for: Toleranser for bøyd armering. Kontroll av bøyd armering. Valg av type armeringsstoler. Plassering av armeringsstoler (retning, senteravstand). Sammenbinding eller sveising av stenger (hvordan, hvor). Skjøting (omfar, butt i butt med sveising eller skjøtarmering). Plasseringstoleranser for konstruktiv armering og monteringsstenger (symmetriske toleranser) Kontroll før og etter støping, med utfylling av sjekklister. Prosedyrene må deles opp for forskjellige konstruksjonsdeler, som søyler, bjelker, dekker, ribbeplater, vegger. Utførelsesklasse 3.1 samsvarer med reglene i NS 3465 \7\, utførelsesklasse 4.2 samsvarer med reglene i Internrapport 1731 \25\. Denne publikasjonen bør benytttes som grunnlag for utarbeidelse av prosedyrer for armeringsarbeider. Ved beregning av bøyemål må stengenes reelle dimensjoner anvendes se tabell D 12.2. Tabell D 12.2. Byggemål for kamstål. Nominelt mål: Ø8 Ø10 Ø12 Ø16 Ø20 Ø25 Ø32 Byggemål, mm: 10 12 15 20 25 32 40
84 D12 SIKRING AV ARMERINGEN Av tegninger, bøyelister og beskrivelser må følgende informasjon klart framgå: Konstruktiv armering: Minimum overdekning C min =... mm Nominell overdekning C nom = C min + C =... +... =... mm Tillatt avvik = ± C Bøyemål skal beregnes ut fra nominell overdekning, og skal ikke justeres. Kapplengder justeres av jernbøyer for bøying. Monteringsstenger: Overdekning C min =... mm Tillatt avvik = ± 5 mm Utførelsesklasse for armeringsarbeider er... i henhold til tilhørende prosedyre... I statiske beregninger og i brannklassifisering benyttes nominell overdekning (C nom ). Eksempel D 12.1. Tynn enkeltarmert plate \26\ Dette kan for eksempel være topplaten på et DT element se figur D 12.2. Slakkarmert. Eksponeringsklasse underside: XC3 det vil si minimum overdekning C min = 25 mm Eksponeringsklasse overside: XC1 det vil si minimum overdekning C min = 15 mm Platen skal være så tynn som mulig, men samtidig skal antall armeringsstoler og sammenbindinger være på et rimelig nivå. Det er ikke plass til monteringsstenger, men det forutsettes at det plasseres armeringsstoler på alle Ø8 stenger, og at alle Ø8 stenger indirekte fungerer som monteringsstenger for nettarmeringen. Det forutsettes at alle stenger er rette. Ut fra dette velges utførelsesklasse 2, kolonne a i tabell D 12.1, som betyr at armeringsstolens høyde blir C min + 5 mm = 30 mm på undersiden. Dette gir C = 5 mm. Denne nominelle overdekningen blir: For undersiden: C = C min + C = 25 + 5 = 30 mm For oversiden: C = C min + C = 15 + 5 = 20 mm Minste platetykkelse = 30 + 20 + 10 + 5 = 65 mm (Forutsatt at Ø8 bygger 10 mm, og at nettet bygger 5 mm.) Eksempel D 12.2. Søyle \26\ Søylen produseres liggende i en elementfabrikk se figur D 12.3. Bredde = høyde = 300 mm. Slakkarmert. Eksponeringsklasse alle sider: XC3 det vil si minimum overdekning C min = 25 mm. Dette er et element som er enkelt å armere, støpe og kontrollere, uavhengig av elementlengden. Ut fra årelang erfaring synes det urimelig konservativt å velge høyere armeringsstoler enn C min, i alle fall mot de vertikale formsidene. Horisontale mål (under støping): Armeringsstolene settes mot vertikal side av bøylene, og høyden velges lik C min = 25 mm. Bøylene må bøyes med nødvendig undermål slik at de ikke spreng- Cmon = 20 t = 65 15 Cmon = 30 XC1 XC3 Nettarmering Ø 5 Kamstål Ø 8 Figur D 12.2. Enkelarmert plate. Illustrasjon til eksempel D 12.1. XC3 15 + 2 C = 28 244 C = 28 300 Ø 25 Ø 8 55 10 + 28 Figur D 12.3. Søyle. Illustrasjon til eksempel D 12.2.
D12 SIKRING AV ARMERINGEN 85 er mot formene via armeringsstolene. Utførelsesklasse 1, kolonne b i tabell D 12.1 forutsetter C = 3 mm på begge sider av søylen mot bøylene, som samsvarer med at halvparten av C bøy ± 6 mm fordeles til begge sider. Dette gir nominell overdekning av bøylene: C nom = C min + C = 25 + 3 = 28 mm. Søylens bøylearmering får dermed følgende bøyemål: b = søylebredde 2 C nom = 300 2 28 = 244 mm Bøyemålet angis i bøyelisten. Nominelt aksemål for statiske beregninger og brannklassifisering: a = 28 + 10 + 2 + 30 / 2 = 55 mm (Forutsatt 2 mm klaring mellom bøyle og hovedstang.) Vertikale mål (under støping): I normale tilfeller velges samme armeringsstol under armeringen som på siden det vil si stolhøyden = C min = 25 mm. I kvadratiske tverrsnitt må bøylene av sikkerhetsmessige årsaker ha samme bøyemål i begge retninger det vil si b = 244 mm. Dette betyr at man på undersiden (under støping) får C = 0 og nominell overdekning C nom = 25 mm. På oversiden får man C = 2 3 = 6 mm, og nominell overdekning C nom = 31 mm. Nominelle aksemål må også justeres tilsvarende dersom hovedstangen skal ligge i bøylehjørnet. For rektangulære bjelker som støpes på samme måten som søyler kan det være aktuelt å velge 5 mm høyere armeringsstoler på undersiden enn mot de vertikale sidene, fordi bøylemålene vil være ulike i høyde og bredde, og det er ingen mulighet for å sette bøylen feil. Krav til armeringsplassering Generelle krav til plassering av armering er angitt i NS 3473 pkt. 17.1 \13\ og NS 3465 pkt. 7.6 \17\. Tillatt avvik C er angitt i NS 3465 pkt. 11.6 og tilhørende figur 3B \17\. Med hensyn til bestandighet er det C (minus) som er relevant. Dette betyr at tillatt avvik C = 10 mm. Dette samsvarer med Utførelsesklasse 3.1 i anbefalingene foran (Tabell D12.1). Det er også lov til å bruke monteringsstenger som gis overdekning lik minimumsoverdekningen C min. Dette samsvarer med Utførelsesklasse 3.2 i anbefalingene foran (Tabell D12.1). Det kan benyttes mindre verdier på C dersom produksjonsmetoden gir et mindre avvik enn de gitte verdier, og dette dokumenteres ved kontrollmålinger. For prefabrikkerte betongelementer produsert i henhold til en produktstandard, gjelder produktstandardens krav til toleranser. Vanligvis gir ikke dette andre krav til armeringsplassering. Statens Vegvesen \14\ forutsetter bruk av Internrapport 1731 \25\ som samsvarer med Utførelsesklasse 4.2 ( C = 15 mm, Tabell D12.1). Betongelementforeningen og Vegdirektoratet gjennomførte i 1997 et felles prosjekt med måling av ameringsoverdekningen i brubjelker av typene NIB og NOT. Konklusjonen var at man kunne anta C = 5 mm med de angitte utførelsesprosedyrene \27\. Konklusjon: For prefabrikkerte betongelementer kan man vanligvis bruke C = 0 (3), 5 (8), eller 10 (13) mm se tabell D 12.1. Praktisk bruk er vist i eksempel D 12.1, D 12.2 og bind C pkt. 4.3 (sandwich). Bruk av C mindre enn 10 mm skal dokumenteres ved kontrollmålinger.
86 D12 SIKRING AV ARMERINGEN Armeringsstoler Armeringsstolenes materialkvalitet og utforming har betydning for den lokale bestandigheten i overdekningssjiktet. Tidligere ble det i Norge benyttet prefabrikerte armeringsstoler laget av stål. I dag bruker man armeringsstoler av plast, betong eller kunstfiberarmert mørtel. Materialet som armeringsstoler skal produseres i, bør være: bestandig mot betongens alkalitet korrosjonsbestandig like vanntett som betongen bestandig mot kjemisk nedbrytning Forøvrig henvises til Internrapport nr. 1731 \25\. De siste tretti årene har plast vært det dominerende materialet i armeringsstoler. Plaststolene har hatt ubetydelig målavvik i produksjon, og har ved korrekt bruk sørget for riktig plassering av armeringen i konstruksjonen. Det er blitt stilt spørsmål om plastmaterialenes levetid står i forhold til ønsket levetid i aggressive miljøer. Armeringsstoler i betong er blitt mer vanlige i den senere tid. En årsak er at både betongteknologien og særlig form- og støpeteknikken for armeringsstoler har hatt en rivende utvikling. På denne måten har man fått utviklet et komplett sett med armeringsstoler med ulik form og bruk, der alle de ulike konstruksjonsdelene skal kunne armeres med bruk av armeringsstoler i betong. Internrapport 1731 \25\ sier at armeringsstoler av plast kan benyttes for bygningsdeler i eksponeringsklasser uten kloridbelastning; men ikke i eksponeringsklasser med kloridbelastning. I praksis betyr dette at man ikke anbefaler bruk av armeringsstoler i plast i eksponeringsklasser med kloridbelastning eller sterke kjemiske angrep. Endeflater med spenntau Spennarmerte betongelementer har vanligvis spenntau som under produksjonsprosessen fortsetter utenfor elementet. Etter nedspenning renkappes disse spenntauene inn til betongoverflaten. Hvis man ikke gjør noe med dette, vil spenntauendene bli eksponert i det framtidige miljøet. Hulldekkeendene blir som regel innstøpt slik at dette blir uproblematisk. DT-ender og bjelkeender blir derimot ofte eksponert. Erfaringen viser at dette er uproblematisk i vanlige miljøer (karbonatisering). Er man usikker, bør man smøre endeflatene med epoxy. I agressive miljøer (klorider, kjemisk) skal spenntauendene alltid beskyttes se NS 3473 pkt. 17.1.8 \13\. Dette kan gjøres ved å forsenke området rundt spenntauene, og så renkappe spenntauene inntil den forsenkede overflaten. Deretter fylles området med to lag epoxy med sandpåstrøing, og så pusses hele forsenkningen igjen jevnt med overflaten.