Rakennuksen elinkaaritekniikka ja elinkaarikustannukset

Transkriptio

1 RAK-C3004 Rakentamisen tekniikat Rakennuksen elinkaaritekniikka ja elinkaarikustannukset Hannu Hirsi 2015 Tarveselvitys Hankesuunni t-telu Rakennussuunni t-telu Rakentamisvaihe Käyttöönotto Käyttö ja ylläpito Korjaaminen Uuskäyttö ja ylläpito Purku Kestävä rakentaminen osana kiertotaloutta : Syötteet : Materiaalit ja energia luonnosta Rakennusmateriaalit Kierrätys Suunnittelu Esivalmistus, Uudelleen valmistus Jäännösjäte Purku ja keräys Kiertotalous Käyttö, ylläpito ja korjaaminen Jakelu Tuotokset : Sivutuotteet Kierrätysmateriaalit Jätteet Päästöt vesistöihin, ilmaan ja maahan 1

2 Kertausta : Rakennusamateriaalien valinta : 1. Toiminnalliset vaatimukset : Turvallisuus, terveellisyys ja viihtyisyys. 2. Suunniteltu käyttöikä : Esteettinen, tekninen ja taloudellinen käyttöikä. 3. Kulttuuri : Rakennettu ympäristö, perinteet ja asenteet. 4. Resurssit : Työvoiman, koneiden ja materiaalien saatavuus. 5. Taloudellisuus : Hankinta-, ylläpito-, korjaus- ja (purkukustannukset). 1. Toiminnalliset vaatimukset 2. Suunniteltu käyttöikä 3. Kultturitekijät 4. Resurssit. 5. Taloudellisuus Puu Betoni Teräs Tiili, harkot X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X Käsitteitä : Käyttöikäsuunnittelu : Rakennusten säilyvyyssuunnittelua, jossa säilyvyysvaatimukset esitetään vaadittavina käyttöikinä. Tavoitekäyttöikä : Rakenteet ja niiden suojaukset saavuttavat tavoitekäyttöiän, kun materiaalien vanheneminen tai turmeltuminen ei estä niiden käyttöä Tekninen käyttöikä : Käyttöönoton jälkeinen aika, jona rakenteen, rakennusosan, järjestelmän tai laitteen tekniset toimivuusvaatimukset täyttyvät. Rasitusluokka : Kuvaa ympäristön ja käytön aiheuttamia olosuhteita. 1 = vaikea, 2 = normaali, 3 = kevyt. Tarkastusväli : Aikaväli, jonka kuluttua rakenteen, rakennusosan, järjestelmän tai laitteen kunto ja toimivuus on tarkastettava. Tarkastusvälien tulee olla sellaisia, että tarkastuskohde pysyy kunnossa tarkastusten välisen ajan. Huoltoväli : Aikaväli, jonka kuluttua rakenteelle, rakennusosalle, järjestelmälle tai laitteelle tehdään huoltosuunnitelman mukaiset, tarvittavat tarkastusja huoltotoimenpiteet. Kunnossapitojakso : Tarkoitetaan keskimääräistä aikaväliä, jonka jälkeen määrätty kunnossapitotoimenpide toistetaan. Kunnossapito : Rakenteen, rakennusosan, järjestelmän tai laitteen korjaamista osittain uusimalla, täydentämällä, kunnos-tamalla tai pinnoittamalla. Kuntoarvio : Kiinteistön tilojen, rakennusosien, taloteknisten järjestelmien ja ulkoalueiden kunnon aistinvarainen selvittäminen ja korjaustarpeiden yleispiirteinen arviointi sekä niiden määrämuotoinen raportointi. Kuntoarviot päivitetään tai uusitaan noin 5 vuoden välein. 2

3 Elinkaarikustannukset : Rakennusten ja rakenteiden kokonaiskustannuksia arvioitaessa kustannuksia pitää tarkastella rakennuksen koko elinkaaren ajalta. Rakennuksen elinkaari : Suunnittelusta, rakentamiseen, käyttöön ja ylläpitoon, korjaamiseen, uuskäyttöön ja ylläpitoon, purkamiseen. Elinkaaren kustannukset koostuvat rakentamisen ja korjaamisen pääomakustannuksista, käyttöja ylläpitokustannuksista ja purkamiskustannuksista. Ympäristö- ja sosiaalisia vaikutuksia on edelleen vaikea arvioida. Suunnittelun yhteydessä on kiinnitettävä riittävästi huomiota käyttökustannuksiin ja ylläpitokustannuksiin. Käyttöikä Elinkaaritalous Käyttökustannus Ylläpitokustannus Tuotantokustannus Materiaalien turmeltumismallit : Mallit kuvaavat materiaalien mittojen tai ominaisuuksien pienenemistä tai heikkenemistä ajan funktiona : Mallit koostuvat materiaalia, rakennetta tai ympäristöä kuvaavista parametreista, Mallien muuttujana yleensä aika. Turmeltumisnopeus voi olla : 1. Kiihtyvä puun lahoaminen. 2. Tasainen raudan ruostuminen. 3. Hidastuva betonin karbonatisoituminen. Hankalin tapaus on kiihtyvä tuhoutuminen. 3

4 Betonin vaurioituminen : Betoni voi vaurioitua : Mekaanisesti ulkoisen voiman vaikutuksesta. Pakkasrapautumalla (toistuva jäätyminen ja sulaminen). Sisäisesti alkalikiviainereaktion vaikutuksesta rapautumalla. Kemiallisesta ulkoisesta vaikutuksesta rapautumalla. Karbonatisoitumalla ja Liukenemalla (kalsiumhydroksidi). Home- ja värivauriot. Betonille haitallisia aineita : Hiilidioksidi (yhdessä veden kanssa heikko happo). Hapot (betonin tuhoutuminen). Sulfaatit (betonin tuhoutuminen, raudoituksen korroosio) Cloridit (raudoitusten ruostuminen, pakkasrapautuminen) Magnesium- ja ammoniumsuolat. Jos betoni on hyvin tiivistä sen kestävyys on myös hyvä : myös sementin laatu ja runkoaineen laatu vaikuttavat betonin kestävyyteen. (Ca(OH) 2 +CO 2 > CaCO 3 + H 2 O) Teräsbetonirakenteen vaurioituminen : Betoninen alkalisena ympäristönä riittää suojaamaan betoniteräksiä korroosiolta : karbonatisoituminenpienetää alkaallisuutta, raudoitus alkaa ruostumaan. Cloridit käynnistävät ruostumisen jo alkaalisessa betonissa. Voidaan suojata katodisella suojauksella. Alumiini, lyijy ja sinkki kestävät huonosti alkaalissa ympäristössä. Suolojen kulkeutuminen Merkkiainekoe (fenoliftaleiini) paljastaa, että raudoitus on karbonatisoituneessa vyöhykkeessä 4

5 Metallien korroosio : Perimmäinen syy metallien korroosioon : metallit eivät ole pysyviä, metallit eivät esiinny luonnosa puhtaana vaan kemiallisina yhdisteinä, malmeina. rikastettujen metallien energiapitoisuus on suurempi kuin malmien. Metallien syöpymistä ei voi kokonaan estää mutta sen nopeutta voi hidastaa : ympäristön merkitys on ratkaiseva. yleinen, tasainen korroosio on paras vaihtoehto. paikallinen pistekorroosio jännityksen alaisena on huonoin vaihtoehto. Rakennusaineiden kosketus voi aiheuttaa korroosiota : vaaralliset aineyhdistelmät. kosketuskohta synnyttää hapen konsenraatio-eron ja veden kondenssipisteen. Raeraja on kosketuskohta mikrotasolla. Jännitys-, eroosio ja korroosioväsyminen : paljastuu uuttaa anodista pintaa, kiihtyvällä nopeudella. Esimerkki korroosiosta : Esimerkki teräksen korroosionopeudesta : Teräksellä kromin lisääminen pysäyttää korroosion. Ruostumattoman teräksen pinnalle tullut naarmu ei johda korroosion kiihtymiseen, vaurio korjaantuu itsestään. Työstettävyys hitsattavuus ominaisuudet poikkeavat, käytännössä erikoisosaamista. Pintakäsittelyt mahdollisia. 5

6 Säänkestävä teräs : Säänkestävä teräs ruostuu aluksi normaalisti, mutta ruostekerros on normaalia tiiviimpää estäen hapen pääsyn teräkseen, ruostuminen hidastuu : Kupari ja ulkoilman happi ja kosteus muodostavat tiiviin patinakerroksen. Korroosiokerroksen vaurioiduttua, muodostuu uusi suojaava korroosiokerros. Ruoste tahrii kuten tavallisen teräksen ruostekin. Seosaineita ovat: kupari, kromi ja nikkeli sekä eräissä laaduissa myös fosfori. Ruostuminen hidastuu 1/3... 1/5 osaan seostamattoman teräksen ruostumisnopeudesta. Rautaruukki : Cor-ten teräs (esim. S235JOW, W = weather) Sähkökemiallinen korroosio : Korroosioon vaikuttavat tekijät : 1. ANODINEN REAKTIO syöpyminen 2. KATODINEN REAKTIO pelkistyminen 3. Sähköä johtava (vesi)liuos, jonka kautta anodi ja katodi ovat NESTEKONTAKTI:ssa 4. Anodin ja katodin välillä METALLINEN KONTAKTI 5. Anodin ja katodin välinen POTENTIAALIERO Reaktion nopeus on seurausta potentiaalierosta jos muut edellytykset ovat olemassa. Ilman epäpuhtaudet vaikuttavat rakenteiden korroosioon : rikkiyhdisteet muodostavat rikkihappoa, tuhoaa oksidikerrokset. CO 2 muodostavat hiilihappoa. Meri-ilmasto, maantiesuola... Matallien epäpuhtaudet ja raerajat. Heikko sähkövirta! Ilmassa tapahtuva korroosio, perustyypit : 1. Kromityyppi ; korroosio lakkaa tiiviin suojakalvon muodostuttua. 2. Kuparityyppi ; korroosio hidastuu ja suojaklvo tulee yhä paksummaksi. 3. Sinkkityyppi ; suojakalvo häviää jatkuvasti, korroosiollavakionopeus. 6

7 Sinkkikerroksen syöpyminen : Sähkösinkitys on murto-osan kuuma- sinkityksen paksuudesta : Alumiinin korroosio : Alumiinin korroosion estää sen tiivis oksidikerros : Anodisointi eli eloksointi: oksidikerroksen kasvattaminen sähkökemiallisesti n. 500-kertaiseksi voidaan värjätä muutamilla värityypeillä. Eloksoitua alumiinia ei voi muokata. Kemiallinen hapetus : kromatointi ja fosfatointi käytetään lähinnä maalauksen esikäsittelynä, parantaa tartuntaa. Korroosiota ei pääse tapahtumaan jos oksidikalvo ei rikkoudu : kalvo pysyy hyvin kiinni ja paikkautuu itsestään. kalvo syöpyy betonissa, emäksisessä ympäristössä. Vältettävä alumiinin kosketusta kupariin, suojaamattomaan teräkseen tai messinkiin. Alumiinikiinnikkeet tai ruostumaton, kuumasinkitty, kadmioitu kiinnike. Pistesyöpymät mahdollisia. 7

8 Kuparin patinoituminen : Sään vaikutuksesta kuparin pintaan muodostuu oksidikerros : maaseutuilmastossa muuttuu karbonaateiksi, teollisuusilmastossa sulfaateiksi ja meriilmastossa klorideiksi. Patina muodostaa suojakerroksen kuparin pinnalle : Ilman epäpuhtaudet vaikuttavat syöpymisnopeuteen. Ainoa metalleista, jonka väri muuttuu kokonaan toiseksi : Punaruskeasta > kuparinruskea > vihreä. Syövyttää rautaa ja sinkkiä sähkökemiallisesti : eristetään lyijylevyllä. Messinkejä haittaa sinkkikato : aiheuttaa pistesyöpymiä vesijohtokalusteissa. Kuparimateriaalissa joskus esiintyvät epäpuhtaudet saattavat aiheuttaa pitemäisiä syöpymiä : tämän tyyppisiä ongelmia esiintyi vielä 1970-luvulla asennetuissa kupariputkissa. Varauduttava suunnittelussa liukoisten suolojen likaavaan vaikutukseen. Lämmöneristeiden pitkäaikaiskestävyys : Mikään ei ole ikuista, eivät lämmöneristeetkään : Solupolyuretaani : Haihtuvat freonit, UV, kutistuminen. Solupolystyreeni : Kosteus, muurahaiset, kutistuminen. Mineraalivilla : Kosteus, puun lahoaminen, kasvualusta. Lasivilla : Kosteus, homehtuminen, painumat. Selluvilla : Kosteus, kokoonpainuminen. Kevytsora : Liettyminen. Korkki : Kosteus, lahoaminen. Vaahtolasi : Hmmmmmmm... 8

9 Vedeneristysten ja höyrysulkujen pitkäaikaiskestävyys : Suomessa on käytetty höyrysulkuina monenlaisia, lyhytikäisiä tuotteita : Osa polyetyleenisistä höyrynsulkumuoveista, mitä Suomessa on käytetty, eivät täytä pitkäaikaisvaatimuksia. Höyrynsulkujen jatkoksissa, läpivienneissä ja paikkauksissa on käytetty erilaisia teippejä, joista osa on ollut hyvin lyhytikäisiä. Höyrynsulut saattavat kannatella yläpohjan eristeitä, jatkuvasti kuormitettuna ne viruvat ja niissä olevat reiät alkavat kasvaa. Saunojen muovilla vahvistetut alumiinifoliot eivät sovi lainkaan saunojen eristeiksi. Kipsilevyjen siveltävät vesieristeet, mitä käytettiin aiemmin runsaasti, saattavat kovettua ja haljeta. Kivirakenteiden pitkäaikaiskestävyys : Edes kivirakenteet eivät ole ikuisia : Saumojen vaurioituminen. Taustarakenteiden vaurioituminen. Alustan liikkeet. Lämpöliikkeet. Kallion kirkon kivijulkisivupinnat jouduttiin purkamaan ja muuraamaan uudelleen ; Vesisateella vesi tunkeutui laastisaumoista ja rapautti taustalaastin hiekkamaiseen tilaan. Samoin myös tiilirunko oli rapautunut ja vettä oli päässyt sisäpintaan saakka. Tuomiokirkon pilareiden rappaus on jouduttu uusimaan ankaran säärasituksen takia 1 / 10 v. 9

10 Uutena asiana Puurakenteiden turmeltuminen : Puun vauriomekanismit : Puun mekaaninen vaurioituminen : halkeamat, ruhjoumat, murtumat. puun kuivuminen, kiinnikkeet, vahingot. murtorajatilat. Puun kemiallinen vaurioituminen : radikaalit, jotka syntyvät ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta. emäkset ja hapot. Puun biologinen vaurioituminen : bakteerit. homesienet. sinistäjäsienet. lahottajat. hyönteiset. Sukkessiivinenvaurioituminen mekanismit mahdollistavat vaurion etenemisen seuraavaan vaiheeseen (Hannu Viitanen). Ylläpito Arkkitehti! Pinnoitettu puurakenne Jännitysmuodonmuutoksia Jäätymistä ja sulamista Kosteusmuodonmuutoksia Pinnoite rikkoutuu Puu rikkoutuu Biologinen vaurioituminen mahdollista Ympäristö 10

11 Puun vauriomekanismit jatkuu. Puun biologinen vaurioituminen Ylläpito : -Riittämätön tuuletus. -Vuotavat putket. -Vuotavat vesieristeet. -Kylmäsillat. Fyysinen vaurioituminen tapahtunut Bakteerit Homesienet Sinistäjäsienet Lahottajat Ympäristö : -Muuttuva lämpötila. -Muuttuva kosteus. -Happi. -Itiöitä. Kuolemankello, jumit, muurahaiset. Rakennus vaurioituu Auringonvalon ja hapen vaikutus puuhun : Puuaineksen altistuessa UV-valolle materiaalin ligniinipitoisuus alentuu. Edistää mikrobikasvustojen syntyä ja puun hajoamista. Muut ympäristövaikutukset kiihdyttävät ligniinin hajoamista. Vaurio : vaaleat puulajit tummuvat ja tummat usein vaalenevat, kiilto häviää, pinta karhentuu ja halkeilee, lopulta murentuu. 500 h altistusta UV-valolle. 11

12 Auringonvalon, hapen ja kosteuden vaikutus puuhun : Tehtävä : Etsi kuvasta suunnitteluratkaisuista johtuva syy rakenteiden erilaiseen värjäytymiseen : VT Jari Virta DT Markus Heinonen VT Anna-Mikaela Kaila Palokatkoja.. 12

13 Lahon syntymisen edellytykset : Happi Kosteus LAHO Lämpö Ravinteet - Puurakenteissa on lähes aina olemassa edellytykset rakenteiden vaurioitumiselle, vesi on vaurioitumisen laukaiseva tekijä. Homeriski : Homeriskin alustavaan arviointiin lämpötilan ja kosteuspitoisuuden avulla (ei yksin selitä homeongelmia) : 13

14 Tehtävä : Etsi kuvasta rakenteiden kosteusvaurioitumisen takia vaarallisia rakenneratkaisuja : Puuhun vaurioita aiheuttavat eliöt : Lähtökohtaisesti puu on hyvä kasvualusta; huokoinen, ilmaa ja kosteutta johtava, energiapitoinen, suuri ominaispinta-ala. Bakteerit : esiintyy lähinnä maaperään yhteydessä olevissa, likaantuneissa rakenneosissa, erittäin märässä puussa. puupaaluissa bakteerit ja anaerobiset bakteerit aiheuttavat hidasta vaurioitumista. vaurio : bakteerisyöpymiä soluissa. Homesienet : monenlaisten rakennusaineiden pinnoilla kosteissa olosuhteissa esiintyviä ; LH : C, RH : %. penicillium, mucor, apergillus, gladosporium, rhizopus ja trichoderma vaurio : värivika (musta) ja hajuhaitta, sisä-ilmastoongelmia. 14

15 jatkuu. Sinistäjäsienet : puun pinnoilla ja sisällä, hometta kosteammissa olosuhteissa esiintyviä ; LH : C, RH : 95 %, p-%. Ambrosiella, aureobasidium, ceratocystis, cladosporium ja phialophora. puu harmaantuu UV-valon ja pinnassa kasvavien home ja sinistäjäsienten vaikutuksesta. vaurio : värivika (sininen tai musta), vaikuttaa pinnoitteen pysymiseen. Katkolahottajasienet : Märkä puu, kosteusvauriot, maakosketuksessa. Ascomycetes. katkolahottajasienet hajottavat erittämillään entsyymeillä puun rakenneosia selluloosaa ja ligniiniä solun seinämässä, ulkonäkö säilyy ennallaan. vaurio : värivika, lujuus heikkenee, haurastuttaa puuta. Lahottajat : Valkolaho : Ruskolaho : Katkolaho : 15

16 jatkuu. Valkolahottajasienet : Märkä puu maakosketuksessa, kasvavissa puissa, polttopuuvarastoissa. Basidiomycetes. valkolahottajasienet hajottavat sekä ligniiniä että selluloosaa, väri puussa muuttuu joissain tapauksissa. vaurio : muuttuu vaaleaksi, vaikuttaa puun lujuuteen. Ruskolahottajasienet : Märkä puu maakosketuksessa tai hyvin märässä; optimi kost p-%, optimilämpötila C. Basidiomycetes. Lattiasieni, kellarisieni, laakakäävät, aidaskääpä, saunasieni, vinokas pulkkosieni ja ratapölkkysieni. Lattiasieni on vaarallisin ruskolahottaja. ruskolahottajasienet hajottavat erittämillään hapoilla ja entsyymeillä puun rakenneosia selluloosaa ja ligniiniä osuus kasvaa. vaurio : väri tulee ruskeaksi, hauraaksi, vaikuttaa puun lujuuteen. Lahottajasienen elinkaari : Rihmojen päästä erittyy entsyymejä, jotka tunkeutuvat soluseiniin hajottaen niitä. 16

17 Lattiasieni, itkusieni : Itiöemä : litteä, alustanmyötäinen, keskeltä ruosteenruskea ja verkkomaisesti kohopintainen, reunoilta valkea ja pumpulimainen. koko cm. Itiöt : runsaasti ruskeita itiöitä, leijailee rakennuksessa. kasvu käynnistyy % RH:ssa. Rihmasto : tunkeutuu puun sisälle ja saa aikaan puun lahoamisen. Käyttää puun selluloosaa ravinnoksi. rihmastot nuorina valkeita, vanhoina harmaita, vaihtelevan paksuisia. Sieni kuljettaa vettä kuivempaan puuhun ja leviää laajalle myös kivipinnoille. Laho : puu muuttuu ruskeaksi, lohkoutuu kuutioiksi ja lopulta murenee pulveriksi. Korjaus : syy rakenteiden kostumiseen poistetaan, tuuletusta lisätään ja kaikki vaurioituneet + 50 cm rakenteet poistetaan, rakenteet ja kivipinnat puhdistetaan, maaperässä massanvaihto, boorikäsittely Yhteenveto, Muutokset puussa : 17

18 Yhteenveto jatkuu Lujuusominaisuuksien heikkeneminen lahoamisen seurauksena : Puurakenteiden kestävyyteen vaikuttavia tekijöitä : Puumateriaali : Puulaji, perintötekijät, kasvupaikka ja metsänkäsittelytavat. Puun työstö ja käsittely : Puun käyttö : Tiheys, vuosikasvu, oksaisuus, syysuunta sydänpuuta vai pintapuuta solurakenne ja kemia. Tukkien varastointi, sahaus ja kuivaus ja jatkojalostus. rakennuspaikka ja ympäristö, rakenteiden suunnittelu ja toteutus sekä käyttö- ja huoltotavat. 18

19 Rakennus- tai laiteosan käyttöiän huomioon ottaminen : Rakenteiden suunnitteluperusteet Eurokoodin mukaan : Rakenne on suunniteltava ja toteutettava siten, että se tavoiteikänsä (intended life) aikana hyväksyttävällä luotettavuudella ja taloudelliset näkökohdat huomioonottaen : kestää kaikki kuormat ja vaikutukset, jotka todennäköisesti esiintyvät rakennusvaiheen ja käytön aikana ja pysyy tarkoitukseensa soveltuvana. Rakenne tulee suunnitella siten, että sillä on riittävä : rakenteellinen kestävyys (structural resistance), käytettävyys (serviceability) ja säilyvyys (durability) 19

20 Käyttöikää vaikuttavia tekijöitä : Käyttöikään vaikuttavat : Rakennustyypit ja niiden käyttötilanteet (tilastokeskuksen tyypitys, asuinkerrostalo, myymälärakennus, toimistorakennus, terveyskeskus, koulurakennus, teollisuushalli, pientalo) Rakennuksen, rakennusosien ja järjestelmien ikä. Ylläpidon; huollon ja kunnossapidon säännöllisyys ja ammattitaito. Rakennuksen yleiset olosuhteet. Osan käyttö ja rasitusluokka. Käyttötarkoituksessa tapahtuneet muutokset. KH LVI Kiinteistön tekniset todetut käyttöiät ja kunnossapitojaksot: 20

21 21

22 22

23 23

24 24

25 25

26 26

27 27

28 28

29 29

30 30

31 31

32 32

33 33

34 Kiinteistön tekniset suunnitellut käyttöiät : 34

35 Rakennusten ja rakenteiden suunniteltu käyttöikä (EN 1990) : Rakenteiden suunniteltu käyttöikä : Aika, jonka rakenteen on kestettävä aiotussa käyttötarkoituksessa normaalilla ylläpidolla ilman tarvetta oleellisille Viitteellinen korjauksille. Esimerkkejä Käyttöikäluokka ikä 1 10 Tilapäisrakenteet Vaihdettavissa olevat rakenneosat (laakerit) Maatalous- ja vastaavat rakennukset Talonrakennukset ja tavanomaiset rakenteet Monumentaaliset rakennukset, infrarakenteet. Luokitus on vaatimuksiltaan tavanomainen, vastaa nykytilannetta. Rakennusten ja rakenteiden suunniteltu käyttöikä I (RIL 216) : Luokka Suunnitteluikä Rakennustyypit Rakennusosat Rajatila Väliaikaiset rakennukset 2 25 Tilapäiset rakennukset 3 50 Tavalliset rakennukset Vaativammat rakennukset 5 > 100 Erikoisrakennukset Rakennuksen IT, lyhytikäiset pinnoitteet, suojaukset. LVISJ-järjestelmät ja niiden osat. Katteet, ikkunat, ovet, täydentävät rakenteet osittain. Pinnoitteet. Perustukset, runkorakenteet, ulkoseinät, vesikattorakenteet, täydentävät rakenteet osittain. Perustukset, runkorakenteet, ulkoseinät, vesikattorakenteet, täydentävät rakenteet osittain. Perustukset, runkorakenteet, ulkoseinät, vesikattorakenteet, täydentävät rakenteet osittain. Vanhanaikaistuminen. Vaurioituminen. Kantavat rakenteet suunnitellaan yleensä rakennuksen luokkaa yhtä ylempään luokkaan. Rakennuksen tai rakenteiden vanhanaikaistuminen. Rakennuksen osien vaurioituminen. Rakennuksen tai rakenteiden vanhanaikaistuminen. Rakennuksen osien vaurioitum. Rakennuksen tai rakenteiden vanhanaikaistuminen. Rakennuksen osien vaurioitum. Rakennuksen tai rakenteiden vanhanaikaistuminen. Rakennuksen osien vaurioitum. 35

36 Esimerkki : Kuinka saavuttaa betonin suunnitteluikä 50 v? Eurooppalainen betonistandardi EN206 : Standardi määrittelee betonin : vesisementtisuhteelle, sementtimäärälle, lujuusluokalle ja ilmamäärälle (pakkasenkestävyys) sallitut raja-arvot olosuhdeluokittain siten, että ko. olevia raja-arvoja noudattamalla saavutetaan vähintään 50 v. käyttöikä. Käyttöikäsuunnittelun menetelmiä : Käyttöikämitoitus (RILEM TC 130 CSL) : Rakenne mitoitetaan täyttämään sille asetettu käyttöikävaatimus. Rakenteen ikäkäyttäytymisen arvioinnissa sovelletaan materiaalien turmeltumismalleja, jotka sijoitetaan mitoitusyhtälöihin. Perinteinen mitoitus : R - S > 0, missä S kuorma tai rasitus. R rakenteen kantavuus tai vaste. Käyttöikämitoitus R(tg) - S(tg) > 0, missä tg tavoitekäyttöikä Mitoitusmenetelmä voi olla : Deterministinen - Rakenteen käyttöikää arvioidaan turmeltumista kuvaavan matemaattisen mallin avulla, käytetään muuttujien keskiarvoja Stokastinen - Muuttujien hajonta otetaan huomioon ja rakenteen laskennallinen käyttöikä esitetään hajontana, malli on tilastollinen. Muuttujien hajonta ja käyttöiän jakaumamuoto tunnettava. Varmuuslukumenetelmä 36

37 Esimerkki : Betonipeitteen deterministinen mitoitus Mitoitusyhtälö : R(t g ) - S(t g ) > 0, missät g on tavoitekäyttöikä. Karbonatisoitumiselta suojaavan betonipeitteen vaadittu minimipaksuus : C vaad -k carb. t g 0,5 > 0 C vaad >k carb. t g 0,5 Lähde : Esko Sistonen Vaurioiden luokittelu : Rakenteet vaurioituvat joko rappeutumalla tai ylikuormitusten seurauksena : Rakenteet vaurioituvat lähes aina turmeltumisen seurauksen, kuormitusvauriot ovat äärimmäisen harvinaisia. 37

38 Turmeltumisilmiöiden mallintaminen : Yleensä fysiikaaliset, kemialliset ja sähkökemialliset turmeltumisilmiöt noudattavat seuraavaa mallia : s = k x t n, missä s turmeltumissyvyys tai aste, k kerroin, t aika turmeltumisen alkuhetkestä ja n ajan eksponentti. Vauriomalleilla voidaan kuvata : Betonin pakkasenkestävyyttä. Rapautumisnopeutta. Kulumista. Betonin karbonatisoitumista. Kloridien tunkeutumista betoniin. Betonin puristuslujuuden kasvua. Raudoituksen korroosiota. Turmeltumisprosessi Eksponentti n Karbonatisoituminen 1/2 Kloridi-ioninen diffusio 1/2 Kuluminen 1 Pakkasrapautuminen 1-1/2 Teräksen korroosio 1-1/2 Esimerkki, Raudoitteen korrosioon perustuva käyttöiän mallinnnus Raudoitteen korroosioon perustuva käyttöikä lasketaan ulkoteräsbetonirakenteissa yleensä korroosion aktivoitumisajan ja aktiivisen korroosioajan summana t L = t 0 + t 1, missä t L teräsbetonirakenteen käyttöikä (a) t 0 korroosion aktivoitumisaika (a) t 1 aktiivisen korroosion aika (a) Vastaavasti sinkitylle betoniteräkselle : t L = t 0 + t 1 + t 2, missä t L teräsbetonirakenteen käyttöikä (a) t 0 korroosion aktivoitumisaika (a) t 1 aktiivisen korroosion aika (a) t 2 pinnoitteen aktiivisen korroosion aika (a) 38

39 Esimerkki jatkuu, Käyttöiän laskennan periaate sinkityn raudoitteen tapauksessa t L = t 0 + t 1 + t 2, missä t L teräsbetonirakenteen käyttöikä (a) t 0 korroosion aktivoitumisaika (a) t 1 aktiivisen korroosion aika (a) t 2 pinnoitteen aktiivisen korroosion aika (a) Rakennuksen ja niiden rakennus- ja laiteosien tavoitteellisia suunnitteluikiä Kokonaisuus : Luokka 1 : Luokka 2 : Luokka 3 : Luokka 4 : Luokka 5 : Rakennus > 100 Perustukset Kantava runko Ulkoseinät Vesikattorakenteet Sisäseinät Laitt. suoja- ja kannatinrakenteet Kiinteät kalusteet Katteet Vesieristeet Ikkunat ja ulko-ovet Ulkopinnoitteet Sisäpinnoitteet Talotekniikka