plik

Norma PN-EN 13791 - pytania o definiowanie klasy wytrzymałości
betonu

2011-10-20

Norma  PN-EN  13791  Ocena  wytrzymałości  betonu  na  ściskanie  w  konstrukcjach  i
prefabrykowanych  wyrobach  betonowych  jest  stosowana  w  Polsce  od  ponad
roku.  Praktyka ukazuje w szczegółach jej wady i zalety.

W porównaniu  do  poprzednich  przepisów  norma  PN-EN  13791  [1]  jest  dokumentem  bardziej
uporządkowanym,  co  powoduje  znaczne  uproszczenie  w jej  stosowaniu.  Z normą  tą  są  ściśle
związane normy dotyczące odpowiednio pobierania próbek mieszanki betonowej [2], wykonywania
i pielęgnacji  próbek  [3]  i normy  określające  wytrzymałość  na  ściskanie  próbek  [4].  Norma  [5]
podaje podstawowe zasady co do wymiarów i sposobu pobierania rdzeni betonu przez wiercenie.
Dyskusja  nad  tym  dokumentem  trwa  nieprzerwanie,  a jej  początek  miał  miejsce  na  długo  przed
wprowadzeniem  ich  do  użytku.  W pierwszej  kolejności  należy  przytoczyć  opracowanie  wielu
autorów  pod  kierunkiem  prof.  Lecha  Czarneckiego  [6].  Szczegółowe  omówienie  i objaśnienia  do
normy  znajdujemy  także  w artykule  Andrzeja  Moczko  [7].  Także  autor  niniejszego  opracowania
wypowiadał się o stosowaniu tej normy do badań betonu ustroju nośnego mostu w [8].
Nową sytuacją jest wprowadzenie normy do użytku.

Wada ocen normowych wg PN-EN 13791
Omawiana  norma  [1]  ma  szczególnie  ważne  znaczenie  w grupie  wymienionych  standardów,
ponieważ  wiąże  ze  sobą  dwa  sposoby  wyznaczania  podstawowej  miary  wytrzymałości  betonu,  tj.
klasy  wytrzymałości  betonu.  Wcześniej  do  oceny  betonu  przyjmowano  równorzędnie  próbki
laboratoryjne  i odwierty  rdzeniowe,  tym  bardziej  że  wymiary  próbek  walcowych  w obydwu
przypadkach  były  ze  sobą  zbieżne.  Obecnie  wyraźnie  rozdzielono  próbki  pielęgnowane
w laboratorium  –  próbki  znormalizowane  –  od  próbek  pobieranych  poprzez  odwiercanie
z konstrukcji – rdzenie.
Nie  budzi  zastrzeżeń  wprowadzone  przez  autorów  normy  odróżnienie  spodziewanych  wyników
z testów  na  próbkach  znormalizowanych.  Próbki  znormalizowane  powinny  być  transportowane  do
laboratorium,  a następnie pielęgnowane  w ściśle określony  sposób,  tak  wyznaczona  wytrzymałość
charakterystyczna jest oznaczana jako f

. Materiał w konstrukcji, mimo iż wykonawca będzie dążył

do możliwie dobrych warunków pielęgnacji, na ogół nie wytworzy warunków zakładanych normowo
dla  pielęgnacji  laboratoryjnej.  Beton  będzie  wiązał  i twardniał  inaczej,  powstały  materiał  będzie
miał  niższe  wszystkie  charakterystyki,  w tym  wytrzymałościowe.  Różnica  pomiędzy  tymi  dwoma
wytrzymałościami jest w normie oszacowana na

f

ck,is

= 1/0,85 ≈ 1,18(~18%) (1)

przy czym wytrzymałość wyznaczana na pobranych rdzeniach ma oznaczenie f

ck,is

Ta różnica powoduje, że podwyższa się wartości charakterystyczne z próbek rdzeniowych. W sensie
przynależności do klasy wytrzymałości betonu mamy przesunięcie w górę o jeden stopień, np. jeśli
wytrzymałości  rdzeniowe,  w MPa,  wyniosłyby  odpowiednio  dla  walców  i sześcianów  20/25
(odpowiednik  klasy  C20/25),  to  po  podzieleniu  przez  0,85  otrzymamy  23,5/29,4,  czyli  klasę
C25/30.
W tym  miejscu  należy  zadać  pytanie: czy  zależy  nam,  by  znać  cechy  betonu  po  28  dniach
w konstrukcji,  czy  też  dążymy  do  poznania  betonu  jako  takiego  i podstawą  naszego
myślenia o nim jest wynik z laboratorium?
Autorzy  oryginału  (EN  13791)  normy  [1]  wybrali  wariant  drugi,  przyjmując  jako  wielkość
odniesienia  wyniki  badań  laboratoryjnych.  Bez  wątpienia  mamy  tu  możliwość  precyzyjnego
i powtarzalnego  w sensie  empirycznym  rozpoznania  wytrzymałości  materiału.  Stąd  wyniki
rozpoznania  wytrzymałości  in  situ  są  korygowane  do  rezultatów  z próbek  znormalizowanych.
Trzeba  uznać,  że  w powyższym  trybie  procedura  oceny  betonu  jest  bardziej  uporządkowana
i bardziej ścisła w sensie definicyjnym. W tej sytuacji zadajmy kolejne pytanie: czy są „uboczne”
skutki takiego podejścia?
Niestety  są  i generują  wyliczony  powyżej błąd  wynoszący  ~18%. W procesie  projektowania
konstrukcji  betonowych  podstawowym  parametrem  projektowym  jest  klasa  betonu.  Stosowane
w stanach  granicznych  wytrzymałości  charakterystyczne  i obliczeniowe  są  ściśle  związane
z założoną klasą betonu. A zatem projektant, zakładając w projektowanej konstrukcji klasę C25/30,
nie  dopuszcza  stanu,  że  w rzeczywistości  będzie  tam  beton  o wytrzymałości  charakterystycznej
w MPa, odpowiednio na walcach i sześcianach 20/25.

Jako  potencjalny  argument  przeciw  powyższemu  wywodowi  przyjmijmy  opcję,  że  wszystkie
obniżenia  wytrzymałości  projektowych  są  objęte  częściowymi  współczynnikami  bezpieczeństwa.
Jeśli tak, to system częściowych współczynników bezpieczeństwa, już teraz słabo czytelny, staje się
jeszcze  bardziej  skomplikowany  interpretacyjnie,  ponadto  był  wprowadzony  nie  po  to,  by
uwzględniać inne cechy niż materiałowe i wynikające z umownych sposobów obciążania.

W przypadku  konstrukcji  mostowych  stosuje  się  przy  wymiarowaniu  metodę  naprężeń  liniowych
(NL),  zakładając,  że  jest  to  ujęcie  sprężyste.  Metoda  NL  daje  ok.  50-procentowy  zapas  nośności
w porównaniu  do  projektowania  w budownictwie  ogólnym,  gdzie  obowiązuje  paraboliczna
dystrybucji  naprężeń  normalnych  w strefie  ściskanej.  O mosty  możemy  zatem  być  spokojni,  ale
potencjalne  zapasy  nośności  przy  wymiarowaniu  analizą  plastyczną  ulegają  czytelnej  redukcji.
Zdaniem  autora  wprowadzone  normą  [1]  rozpoznanie  betonu  w konstrukcji  nie  porządkuje
wielkości stosowanych podczas wymiarowania.
Ponieważ  niniejsze  rozważania  mają  schemat  kolejnych  pytań  i prób  odpowiedzi,  to  sformułujmy
jeszcze jedno pytanie: czy w opisanej sytuacji można znaleźć dobre i proste rozwiązanie?
Jeśliby  przyjąć,  że  interesuje  nas  wytrzymałość  betonu  w konstrukcji  jako  cecha  podstawowa,  to
należy dopuścić, iż bazą do wyznaczania klasy wytrzymałości betonu jest wynik z analizy wartości
wytrzymałości na próbkach rdzeniowych, czyli:

f

ck,is (cyl)

→

ck (cyl)

ck (cube)

(2)

tzn. uznając konieczność korelacji pomiędzy wynikami laboratoryjnymi a in situ za pomocą faktora
0,85,  wartości  wytrzymałości  z próbek  znormalizowanych  należałoby  modyfikować  przez
pomnożenie  przez  0,85  i tak  zredukowane  także  stanowiłyby  podstawę  do  wyznaczenia  klasy  wg
formuły:

ck (cyl)

· 0,85)/(f

ck (cube)

0,85) →

ck (cyl)

ck (cube)

(3)

wówczas wszystkie powyższe rozważania stają się zbyteczne. We wzorach (2) i (3) literą C
oznaczono klasę wytrzymałości betonu.

Przytoczony schemat postępowania nie jest niczym nowym, a nawet odwrotnie był i jest stosowaną
powszechnie procedurą na budowach, gdzie wykonuje się próbki „świadki”, które dojrzewają
w warunkach  istniejących  na  budowie. Uzyskane  z nich  wartości  wytrzymałości  są  miarą
wytrzymałości betonu w konstrukcji lepszą niż wynik ze ściskania próbek znormalizowanych.
Istnieje  jeszcze  przejściowo  jeden  aspekt  powyższych  wątpliwości  interpretacyjnych  klasy
wytrzymałości  betonu.  Zarówno  w zeszłym  roku,  jak  i w ciągu  najbliższych  kilku  lat  będą
realizowane  projekty  wykonane  wg  starych  norm  PN,  w których  klasa  wytrzymałości  betonu  była
definiowana  inaczej  niż  w normach  PN-EN.  Inwestorzy  często  domagają  się,  aby  wytrzymałości
betonu  w konstrukcji  były  wyznaczane  bez  dzielnika  0,85,  na  zasadzie  przyjętych  wcześniej
dokumentacji  technicznych.  Powstaje  zatem  trudna  sytuacja,  która  miała  miejsce  np.
w przypadkach opisanych w [8] i [9].
Niniejszy  wywód  jest  rezultatem  stosowania  normy  [1]  w praktyce,  ale  odpowiednie  przykłady
rachunków,  które  także  były  inspiracją  do  formułowania  powyższych  pytań,  można  znaleźć  np.
w [6],  str.  166–167.  Tam  też  znajdujemy  komentarz  cytowany  tu  w skrócie: nowe  przepisy
normowe

są

bardziej

„tolerancyjne”

przy

ocenie

klasy

betonu

w istniejących

konstrukcjach. Zdaniem  autora  takie  podejście  jest  spłyceniem  tematu  w kontekście  procesów
poznawczych.
Dodatkowo  w literaturze  polskiej,  a także  cytowanej  w [6]  literaturze  zagranicznej  nie  podano
wyjaśnienia  do  przyjęcia  dzielnika  0,85.  Z doświadczeń  przeprowadzonych  w Laboratorium
Budownictwa PL wynika, że jest to skutek wielkości pielęgnowanych poprzez zanurzenie w wodzie
powierzchni  próbek  betonu.  Jednak  badania  są  w toku  i dopiero  efekt  powtarzalności  rezultatów
zdecyduje o pełnowartościowym wniosku.
Z normy [1] wynika jeszcze jedna silna sugestia. Nie ma tam żadnych ograniczeń co do pobierania
z konstrukcji  próbek  walcowych  o średnicach  innych  niż  10  cm  czy  ograniczeń  co  do  badania
betonu  z konstrukcji  dociętego  do  sześcianów,  ale  z drugiej  strony  wprowadzenie  zapisu
o równoważności wytrzymałości

f

ck (cyl) φ10

= f

ck (cube) a = 15

(4)

sprowadzi  badania  do  badań  próbek  walcowych  h  =  Ø=  10  cm.  Akurat  w tym  przypadku  można
wskazać  liczne  pozytywy,  np.  osłabienie  dyskusji  nad  krzywymi  korelacji  wartości  wytrzymałości
w funkcji  wymiarów  i kształtów  próbek,  a każdy,  kto  przynajmniej  raz  dobierał  takie  krzywe,  na
pewno doświadczył problemu decyzji przy wyborze spośród wielu możliwości, przy czym zawsze są
to  możliwości  dobrze  uzasadnione  wynikami  badań  laboratoryjnych.  Z drugiej  strony
prawdopodobnie  zaniknie  pobieranie  i badanie  wartościowych  próbek  walcowych  tzw.  słupowych,
które wprost odpowiadają wymiarom próbek znormalizowanych cylindrycznych.

Podsumowanie
Na  ogół  Euronormy  są  u nas  wprowadzane  na  zasadzie  wiernego  tłumaczenia,  a podczas  ich
powstawania  wiele  lat  temu  polskie  środowiska  inżynierskie  nie  brały  dostatecznego  udziału
w prowadzonych dyskusjach, stąd wynika wiele spóźnionych reakcji na zawarte w nich treści. Być
może  przedstawione  powyżej  wątpliwości  są  przejawem  konserwatyzmu,  jednak  przytoczona
argumentacja  ma  podstawy  i praktyczne,  i teoretyczne.  Jest  także  próbą  podjęcia  szerszej
dyskusji, która może potencjalnie dać odpowiedzi na sformułowane problemy.


dr Sławomir Karaś
Katedra Dróg i Mostów
Politechnika Lubelska


Piśmiennictwo
1.  PN-EN  13791:2008  Ocena  wytrzymałości  betonu  na  ściskanie  w konstrukcjach
i prefabrykowanych wyrobach betonowych.
2. PN-EN 12350-1 Badania mieszanki betonowej. Część 1: Pobieranie próbek.
3.  PN-EN  12390-2  Badania  betonu.  Część  2:  Wykonywanie  i pielęgnacja  próbek  do  badań
wytrzymałościowych.
4. PN-EN 12390-3 Badania betonu. Część 3: Wytrzymałość na ściskanie próbek do badania.
5.  PN-EN  12504-1  Badania  betonu  w konstrukcjach.  Część  1:  Odwierty  rdzeniowe  –  Wycinanie,
ocena i badanie wytrzymałości na ściskanie.
6.  Praca  zbiorowa  pod  kierunkiem  L.  Czarneckiego, Beton  według  normy  PN-EN  206-1  –
komentarz PKN, „Polski Cement”, Kraków, 2004.