Säilyvyys

Betonijulkisivujen säilyvyydellä ymmärretään sekä teknistä, että ulkonäön säilyvyyttä.
Säilyvyyteen vaikuttavia tekijöitä ovat :

  • halkeilu
  • pakkasenkesto
  • teräskorroosio
  • pintojen epätasainen likaantuminen
  • pinnoitteiden irtoaminen
  • saumausten irtoaminen

Tässä osassa tarkastellaan teknistä säilyvyyttä.

Betonirakenteiden säilyvyyssuunnittelu käsittää seuraavat vaiheet:

  1. Rakennuksen tilaaja valitsee rakennuksen tavoitekäyttöiän rakennuksen käyttötarkoituksen  mukaan.
  2. Tavoitekäyttöiän perusteella suunnittelija määrittelee rakennuksen suunnitellun käyttöiän. Tämän jälkeen tärkeimmille rakennusosille valitaan kullekin omat suunnittelukäyttöiät. Rakennusosien käyttöikävaatimukset vaihtelevat rakennusosittain. Niiden ei tarvitse olla yhtä pitkät kuin koko rakennuksen.
  3. Rasitusluokkien määrittely.
  4. Betonin laatuparametrien, halkeamaleveyden, rakennemittojen ja muiden käyttöikään vaikuttavien tekijöiden määrittely siten, että  suunnittelukäyttöikään liittyvät vaatimukset täyttyvät.
Taulukko 1

Tavoitekäyttöikä

Rakennuksen tilaajan tulisi määritellä tavoitekäyttöikä mm. seuraavien tekijöiden perusteella:

  • elinkaaren rahatalous
  • elinkaaren luonnontalous ja energiatalous
  • elinkaaren käytettävyysominaisuudet
  • elinkaaren tekninen toimivuustaso (mekaaninen, akustinen, lämpö-ja kosteustekninen)
  • turvallisuus, viihtyisyys ja terveellisyys

EN 1990 mukaan suunniteltu käyttöikä on määriteltävä. Tilaajan asettama tavoitekäyttöikä toimii lähtötietona suunnittelijan säilyvyyssuunnittelulle.

Suomalaisissa ohjeissa (RIL 216-2001) suositellaan EN 1990 poiketen rakennuksen primääristen kantavien rakenteiden (perustukset ja kantava runko) suunnitelluksi käyttöiäksi yhtä korkeampi luokka, kun rakennuksen suunniteltu käyttöikä on korkeintaan 50 vuotta. Näin tavallisissa rakennuksissa, joiden suunniteltu käyttöikä on 50 vuotta, otetaan kantavan rungon ja perustusten suunnittelukäyttöiäksi 100 vuotta.

Samoissa ohjeissa annetaan mahdollisuus valita sekundääristen rakennusosien (täydentävät rakenteet) ja ulkoseinien pintakerrosten sekä kattorakenteiden suunnittelukäyttöiäksi yhtä (tai useampaa alempi luokka), kun rakennuksen suunniteltu käyttöikä on vähintään 100 vuotta.

Suunniteltu käyttöikä

Suunniteltu käyttöikä määritellään ajanjaksoksi, jonka ajan betonirakenteen ominaisuudet valitulla todennäköisyydellä säilyvät rakenteelta vaadittavalla tasolla edellyttäen, että sitä pidetään asianmukaisessa kunnossa. Suunniteltu käyttöikä arvioidaan normaalisti 95% varmuustasolla käyttäen log-normaalista jakaumaa. Näin suunnitellun käyttöiän ollessa 50 vuotta, 5% kyseisistä rakenteista voi vaurioitua ennen 50 ikävuotta, puolet kestää lähes 150 vuotta ja pitkäikäisimmät kestävät n. 300 vuotta.

Kuva 4

Kun suunniteltu käyttöikä ylitetään, rakenteen käyttöikää voidaan jatkaa paikallisilla korjauksilla.

Suunnitellun käyttöiän saavuttaminen edellyttää, että rakenteille tehdään säännöllisiä tarkastuksia ja huoltokorjauksia käyttöiän aikana.

Rasitusluokat

Käyttöikäsuunnittelun perusperiaatteena on, että suunnittelija valitsee rasitusluokat, joihin rakenne joutuu sekä ajanjakson, jonka rakenteen tulee kestää kyseisissä olosuh    teissa. Tarpeettoman ankaria rasitusluokkia tulee välttää, sillä ylimitoitus johtaa kalliisiin rakenteisiin, joiden valmistus voi olla hyvin hankalaa.

Terästen korroosion osalta käyttöikä riippuu

  • betonipeitteestä
  • halkeamien leveydestä
  • betonin lujuusluokasta (XC)
  • betonin vesi-sementtisuhteesta (XD ja XS)

Pakkasenkestävyyden osalta suunnittelija valitsee normaalisti rasitusluokan ja suunnitellun käyttöiän. Betonin valmistaja vastuulle jää varmistaa, että betoni täyttää sille asetetut pakkasenkestävyysvaatimukset.

Suunnittelija valitsee rakenteen rasitusluokan seuraavien rasitustekijöiden suhteen:

  • karbonatisoitumisen aiheuttama korroosio, XC-luokat
  • kloridien aiheuttama korroosio, XD ja XS-luokat
  • jäätymis-sulamisrasitus, XF-luokat
  • kemiallinen rasitus, XA-luokat

Rasitusluokat ja niitä koskevat suunnitteluohjeet on esitetty julkaisuissa EN-206-1, by 50 ja by 51.

Taulukkomitoitus

Taulukko 2
Taulukko 3

Yksinkertaisella taulukkomitoituksella voidaan mitoittaa rakenteet kaikissa rasitusluokissa. Taulukot 50 ja 100 vuoden suunnittelukäyttöiälle on esitetty julkaisuissa  EN-1992-1-1 kansallisessa liitteessä sekä standardin EN 206-1 kansallisessa liitteessä.


Taulukko 4
Kuva 5

Pienennetyt mittapoikkeamat ks. myös EN 1992-1-1 liite A ja EN 1992-1-1 kansallinen liite.

Halkeamaleveyksien raja-arvot rasitusluokittain on esitetty EN-1992-1-1 kansallisessa liitteessä ja EN 206-1 kansallisessa liitteessä.


Taulukko 5
Kuva 6

 

Taulukkomitoitus on yksinkertainen menetelmä, mutta se ei mahdollista optimointia. Menetelmä johtaa tarpeettomaan käyttöiän ylimitoitukseen, mikäli rakenteen betonin puristuslujuus ei ole lähellä taulukon 2. minimitasoa. Mikäli betonin puristuslujuus ylittää taulukon 2. vaatimustason, on suositeltavaa käyttää laskennallista mitoitusta.


Taulukko 6
Taulukko 7

Laskennallinen mitoitus (kerroinmenetelmä)

Laskennallinen mitoitus on suositeltava menetelmä ulkorakenteille, joihin kohdistuu pakkasrasitus, mutta ei pakkassuolarasitusta. Menetelmä kattaa käyttöiät 50-200 vuotta.

Rakenteiden käyttöikä arvioidaan erikseen eri rasitusluokkien suhteen ja näistä lyhin käyttöikä on määräävä.
Jos rakenteissa on käytetty ruostumatonta terästä, niitä ei tarvitse mitoittaa karbonatisoitumisen suhteen. Tällöin käyttöikä terästen korroosion suhteen oletetaan olevan 200 vuotta betonipeitteestä huolimatta.
Rakenteiden käyttöikää laskettaessa otetaan huomioon myös pinnoitteiden vaikutus. Rakenteiden tulee kuitenkin olla materiaaliominaisuuksiltaan sellaisia, että ne täyttävät vähintään 50 vuoden suunnittelukäyttöiän ilman suojaavia pinnoitteita.
Laskentakaavat on esitetty julkaisussa by 50.

Yksityiskohtien suunnittelu

Kuva 7b
Kuva 7

Säälle alttiiden rakenteiden liittymien, reunadetaljien ja valumavesien oikealla suunnittelulla voidaan lisätä rakenteiden käyttöikää ja vähentää huoltokustannuksia.

Elementtien saumoja on käsitelty tarkemmin BES 2010 ohjeessa Saumat.

Kuva 8

Piirustukset

Piirustuksiin merkitään säilyvyyden osalta:
Rakenteesta:

  • rasitusluokat ja rakenteen suunniteltu käyttöikä
  • terästen betonipeitteen nimellisarvo ja sallittu mittapoikkeama

Betonista:

  • lujuusluokka
  • kiviaineksen suurin raekoko (=ylänimellisraja)
  • vesi-sementtisuhde rasitusluokissa XD ja XS
  • mahdolliset lisävaatimukset (kun rakenteeseen tai sen valmistukseen kohdistuu erityisiä vaatimuksia)
Liity postituslistalle