Καλώς ήλθατε

Συνδεθείτε ή εγγραφείτε ως Μέλη, προκειμένου να σχολιάσετε αναρτημένα άρθρα, slides κλπ ή/και να διατυπώσετε τις δικές σας απόψεις για οποιοδήποτε θέμα τεχνικού ενδιαφέροντος.

Κυριακή, 27 Σεπτεμβρίου 2020

Η σειρά αυτή των άρθρων συνεχίζεται με θέματα που αφορούν την υγροσκοπικότητα των υλικών και τις επιπτώσεις της στις κατασκευές.

Η πλάκα ... "της πλάκας" Μέρος B-1 (στο τέλος ... το B θα το ονοµάσουµε τι µας έµελε να ... µάθουµε στα γεράµατα) Χρήστος ΡοδόπουλοςΠρόλογος (γενικός, ασαφής και καθόλου ... δηµιουργικός) Επειδή το άρθρο αυτό µάλλον θα το διαβάσουν περισσότερο οι Αθηναίοι (στην Αθήνα µας αρέσει να βλέπουµε πολλά "µπετά") ελπίζω να µην έχω την ... τιµωρία του Φρύνιχου. Ο Φρύνιχος, που λέτε, έµεινε στην ιστορία για το πρόστιµο ύψους χιλίων δραχµών που του επέβαλαν οι Αθηναίοι ως τιµωρία εξ αιτίας της παράστασης του έργου «Μιλήτου Άλωσις». Το έργο απαγορεύτηκε γιατί θεωρήθηκε ότι προξενούσε λύπη και προσέβαλε την ευαισθησία των Αθηναίων υπενθυµίζοντάς τους τα δεινά που υπέφερε η Μίλητος όταν την κατέκτησαν. Η πρόθεση του Φρύνιχου προφανώς δεν ήταν απλά και µόνο να σοκάρει το κοινό του, το οποίο σύµφωνα µε τον Ηρόδοτο κατά την διάρκεια της παράστασης ξέσπασε σε γοερούς θρήνους, αλλά να τους βάλει να σκεφτούν. Τελικά µάλλον δεν σκέφτηκαν αρκετοί και ο Φρύνιχος πλήρωσε το χιλιάρικο. ∆οµικά ή τεχνικά υλικά θεωρητικά µάθαµε. Λέω θεωρητικά διότι για κάποιον παράξενο λόγο υπήρχε/υπάρχει η λογική ότι το µάθηµα είναι από τα εύκολα τα κοινώς "χαλαρά µε τον καφέ". Σε µερικές σχολές διδάσκονται στο 1ο εξάµηνο, αλλού στο 3ο και 4ο, αλλού είναι 1 µάθηµα αλλού είναι 4 µαθήµατα. Το µάθηµα σχεδόν σε όλες τις Πολυτεχνικές Σχολές Πολ. Μηχ. Ασχολείται µε την παραγωγή, τον έλεγχο και κάποια εργαστηριακά για το σκυρόδεµα. Στους Αρχιτέκτονες τα ίδια και χειρότερα ή καλύτερα. Γενικά πολύ λίγα πράγµατα και ελάχιστες ώρες. Αν µάλιστα κρίνω και από την ύλη, για παράδειγµα, την σχολής Πολ. Μηχ. του ΕΜΠ (εικόνα 1), καταλήγω στο συµπέρασµα ότι είναι "δύσκολο" να µάθει και να κατανοήσει ο φοιτητής όλα τα αντικείµενα του µαθήµατος. Αυτό στα µαθηµατικά διατυπώνεται ως:f(δύσκολο) → (αδύνατο)Εικόνα 1:Υλη του µαθήµατος Τεχνικά Υλικά της Σχολής Πολιτικών Μηχανικών του ΕΜΠ1 / 16 Θεωρώ λοιπόν ότι στην καλύτερη των περιπτώσεων θα θυµόµαστε γενικά, αόριστα και επιγραµµατικά µόνον µερικά πραγµατάκια 2 ώρες µετά τις εξετάσεις ή το πολύ για 121,2 λεπτά της ώρας. Μια ... εκπαιδευτική "πρακτική" θα ήταν ίσως να έπαιρναν όλοι οι φοιτητές 4,5/10 by default (ασχέτως τι έγραψαν) για 2-3 εξεταστικές στην σειρά, αλλά ακούγεται παράλογο και πράγµατι έτσι είναι. Το πρόβληµα είναι παγκόσµιο βέβαια ... Θα µου πείτε: Να πας στο ΜΙΤ αν δεν σου αρέσει εδώ! Μύθος 1. Στο ΜΙΤ στους ΠΜ δεν υπάρχει κανένα µάθηµα στο πρόγραµµα για τα Τεχνικά Υλικά. Το γράφω διότι πολλοί νοµίζουν ότι εµείς τα κάνουµε όλα χάλια και οι άλλοι όλα καλά. Ανοίγει παρένθεση Στα τµήµατα Επιστήµης των Υλικών µια από τα ίδια έχουµε. Άσε βέβαια που αν δίδασκαν τα τµήµατα αυτά τα δοµικά υλικά σε βάθος θα είχαµε προβλήµατα στο ΤΕΕ µε τα επαγγελµατικά δικαιώµατα και άντε να βγάλεις άκρη. Πλάκα στην πλάκα, σε ορισµένα ΑΤΕΙ γίνεται µια καλή προσπάθεια, αλλά αφήστε το διότι άνοιξα πολλά µέτωπα. Για να µάθει κάποιος κάτι περισσότερο για τα δοµικά υλικά και ειδικότερα στα θέµατα που θα µας απασχολήσουν, εάν επιλέξει Ευρώπη θα πρέπει να πάει στο Delft να κάνει το MSc in Building Engineering. Εκεί θα παρακολουθήσει µαθήµατα που εντάσσονται στην Φυσική του Κτιρίου (Building Physics) Physics; Φυσική; ... ωχ Παναγία µου! (φορά πρώτη). Επειδή αναγκαστικά σου κάνουν και Χηµεία υλικών (... ωχ Παναγία µου!, φορά δεύτερη). Στην πορεία αναρωτιέσαι: "Τι λες ρε Ροδόπουλε που θα µου βγει η Παναγία για να κάνω µια µονωσούλα!" Ας απαντήσω αρκετά πρακτικά. Μια µελέτη για HVAC (Θέρµανση - Αερισµός Κλιµατισµός) µε Building Physics (διαφορετικά HVAC δεν γίνεται !!! και ας πιστεύετε ότι θέλετε και ας έχετε όσες ΤΟΤΕΕ θέλετε) πληρώνεται όσο 5 µελέτες για προεντεταµένες γέφυρες. [Not in Greece of course or countries similar to Greece living in time-difference. Herein time is expressed in terms of technological time and applied science.] Μην ρωτήσει βέβαια κανένας γιατί µπερδεύουµε το HVAC µε την µόνωση διότι θα µου πέσουν και τα υπόλοιπα µαλλιά που δεν έχω. Εµένα προσωπικά, όλοι αυτοί οι τίτλοι αντικειµένων της εικόνας 1 µου θυµίζουν διετές µεταπτυχιακό παρά µάθηµα, αλλά όπως έγραψα προσωπικά (δεν γεννήθηκα διεκδικώντας κανένα αλάθητο και εννοείται ότι θέλω να αποφύγω την τύχη του Φρύνιχου). Κλείνει η παρένθεση2 / 16 Παραδοχή 11 Ας δεχθούµε λοιπόν ότι από υλικά δεν γνωρίζουµε όσα θα έπρεπε. Το όσο θα έπρεπε είναι διπλωµατικό !!. Αν µε ρωτούσατε καθώς έβγαινα από την εφορία -όπου θα τα είχα πάρει στο κεφάλι- θα έλεγα ότι έχουµε µαύρα µεσάνυχτα. Μετά από µερικά τσίπουρα θα έλεγα "κάτι από λίγο". Το σίγουρα είναι ότι ακόµα και ντέφι τελείως να ήµουνα θα παράµενα στο "κάτι από λίγο". Επειδή µιλάµε για δοµικά ή τεχνικά υλικά καλό είναι να ψάξουµε πως αντιµετωπίζεται το θέµα και σε άλλες Σχολές. Στην Σχολή Αρχιτεκτόνων του ΕΜΠ, στο µάθηµα Τεχνολογία δοµήσιµων υλών2 γίνεται µια σχετική αναφορά στο θέµα του άρθρου που διαβάζετε, αλλά επιτρέψτε µου να πω ότι είναι επιφανειακή. Όρκο δεν παίρνω, απλά intuition, gut feeling, etc. Το σίγουρο είναι ότι στα τµήµατα Χηµείας και Χηµικής Μηχανικής θα βρούµε επάρκεια γνώσης αλλά ...άντε µετά να πείσεις τους ΠΜ στο ΤΕΕ για το ποιος γνωρίζει περισσότερα περί µονώσεων, HVAC, κλπ. Γνώσεις βέβαια διαθέτουν τα µέλη ∆ΕΠ και µάλιστα κάποια βιβλία που κυκλοφορούν, όπως τα Τεχνικά Υλικά των καθηγητών Κορωναίου & Πουλάκου, είναι αρκετά καλογραµµένα για προπτυχιακό επίπεδο.Παραδοχή 2 Αρα γνώσεις υπάρχουν -και ταυτόχρονα υπάρχει και ανάγκη προώθησής τους- αλλά για ένα διαβολεµένο λόγο υποβιβάζονται, για να µην πω κρύβονται. Λέω κρύβονται διότι από τα προγράµµατα σπουδών θεωρώ ότι θα ήταν καλύτερο να περιορίσουµε λίγο τα Αγγλικά, Γαλλικά και κάποια άλλα "ιστορικά" µαθήµατα και να επικεντρωθούµε περισσότερο στα πιο τεχνικά. Τα υλικά βέβαια δεν είναι καθαρά τεχνικό µάθηµα αλλά έχουν πολύ από Χηµεία, Φυσική, Μαθηµατικά και γενικά κάτι δικές τους αρχές. Σαφώς τα πράγµατα για τον οδηγό σπουδών δεν έχουν την απλότητα της µεταποιητικής κοπτοραπτικής (άστε λίγο τους µεγάλους σχεδιαστές και την Μύκονο) αλλά µπαίνουµε σε άλλη συζήτηση και το σταµατάµε εδώ. Μην νοµίζετε ότι έγραψα παραπάνω τίποτα πρωτοποριακό και ριζοσπαστικό. Για να κάνεις αλλαγές σε οδηγό σπουδών πρέπει να κάνεις τροµερή έρευνα αγοράς σε βάθος 20 ετών, να κάνεις κάτι τρελές πολυ-παραµετρικές αναλύσεις και να σκοτωθείς µε συναδέλφους που θα τους κόψεις ώρες ή/και µαθήµατα, κλπ. Με λίγα λόγια θες µια ευελιξία. Αν ο συνάδελφος είναι στην Ελλάδα τότε εκ των πραγµάτων θα διδάσκει το ίδιο µάθηµα µέχρι να βγει σε σύνταξη και ...παίζεται. Μπορείς βέβαια να προσλάβεις διδάσκοντες, να αυξήσεις τα µέλη ∆ΕΠ σε µερικές εκατοντάδες, να αυξήσεις τις ώρες διδασκαλίας σε 70 την εβδοµάδα, κλπ. Προφανώς ο λογαριασµός θα ανέβει (σε €), οι φοιτητές θα αγοράσουν κάποια ηµέρα όλη την παραγωγή της ΦΑΓΕ σε γιαούρτι και ο χώρος του ΕΜΠ θα δει για πρώτη φορά στην Ιστορία του µια άσπρη ηµέρα. Please, µην πάρετε γιαούρτια µε φρούτα και µου χαλάσετε το άσπρο. 1Χρησιµοποιώ την λέξη παραδοχή διότι η λέξη συµπέρασµα προαπαιτεί απόδειξη παραδοχών και δεν είµαι σίγουρος ότι υπάρχει κάτι τέτοιο.2Πιασάρικος τίτλος που κολλάει µε την Αρχιτεκτονική (σίγουρα βέβαια όποιος τον βρήκε, µάλλον δεν θα είχε σκεφθεί σε ποιο τµήµα ακριβώς είναι ∆ΕΠ)3 / 16 Το Νεράκι και το ∆οµικά υλικά Οτιδήποτε υπάρχει επάνω στον πλανήτη Γη υπόκειται σε ένα αλισβερίσι µε το νερό. Εµείς, οι άνθρωποι, ως θηλαστικά το χρειαζόµαστε για να επιζήσουµε. Το ίδιο και τα φυτά, τα δέντρα, τα ψάρια και τα πτηνά. Αναφέροµαι στα πτηνά που πετάνε και όχι στα πτηνά που περπατάνε. Τα πτηνά περπατητές ανήκουν στους ανθρώπους. Όλα τα υπόλοιπα πράγµατα επάνω στον πλανήτη Γη και ειδικότερα αυτά που φτιάξαµε µόνοι µας οι άνθρωποι - αυτά που φτιάχνουµε µε τα χεράκια µας και λέγονται man made σιχαίνονται το νερό. Το σιχαίνονται διότι τα καταστρέφει. Το νερό λοιπόν, ο αέρας, ο ήλιος, κάποιοι οργανισµοί και το χωµατάκι βρίσκονται σε µια ιστορική διαµάχη περισσότερο από 200.000 χρόνια µε αυτά που φτιάχνουµε. Όταν λοιπόν µιλάµε για την περιβόητη ωφέλιµη ζωή ενός υλικού ή µιας κατασκευής µιλάµε για τον λόγοA = Τωφέλιµο / (200.000 + Τωφέλιµο) οπότε αν βάλουµε 50 χρόνια για το σκυρόδεµα τότε το Α είναι 0,00024, τα 120 χρόνια των γεφυρών δίνουν 0,00059 κ.ο.κ. Με λίγα λόγια ότι φτιάχνουµε σε αυτή την Γη ανήκουν στο εύρος του µαθηµατικού λάθους σε σχέση µε την ιστορία της ανθρωπότητας. Θα αναρωτηθείτε γιατί µετράω την ιστορία από το µηδέν και έβαλα τα 200.000 χρόνια και όχι κάτι άλλο... Οι επιστήµονες δέχονται σήµερα ότι ο άνθρωπος υπάρχει ως είδος επί 200.000 χρόνια. Αν εσείς µου βρείτε επιστηµονική εξήγηση γιατί η ωφέλιµη ζωή µιας κατασκευής (άρα και των υλικών) πρέπει να είναι 50 άντε 50,1 χρόνια και όχι 500 χρόνια να µου την γράψετε. ∆ιευκρίνηση: Κάθε κατασκευή φτιάχνεται από υλικά. Όταν µια κατασκευή δεν έχει υλικά δεν είναι κατασκευή αλλά σχέδιο κατασκευής. Όταν λοιπόν λέµε 50 χρόνια ωφέλιµης ζωής κατασκευής υποχρεωτικά δεχόµαστε ότι τα υλικά θα κρατήσουν και αυτά τουλάχιστον 50 χρόνια. Μπορούµε όµως να αποδείξουµε µαθηµατικώς ότι τα υλικά θα κρατήσουν Τ ≥ 50 χρόνια; Αν ναι, τότε µπορούµε να αλλάξουµε το 200.000 της παραπάνω σχέσης σε 50 ... Ας µην πιάσουµε την Ακρόπολη, τις Πυραµίδες κλπ, διότι άντε να γλυτώσουµε κανένα δεκαδικό. Και να µην αρχίσουµε να λέµε ότι η Ακρόπολη φτιάχτηκε από µάρµαρο που το βρήκαµε έτοιµο στην φύση, οπότε δεν είναι man made material αλλά natural material. Και ας µην ξεχνάµε αν µιλήσουµε στους αρχαιολόγους για ... ωφέλιµη ζωή της Ακρόπολής ως κατασκευή, θα µας κλείσουν τρόφιµους for a lifetime (και µε το δίκιο τους!). Αν πιστεύετε βέβαια ότι τα υλικά µας τα έστειλαν οι Αρειανοί µε courier, αφήστε το άρθρο και πιάστε κανένα βιβλίο µυστικισµού. Αν νοµίζετε ότι κάνω χιούµορ κάντε στα παιδιά στο σχολείο την απλή ερώτηση: Ποιός έφτιαξε τα smartphones; Αν σας απαντήσουν η Samsung ελάτε να κάνουµε παρέα κλαίγοντας γοερά, που έλεγε και ο Ηρόδοτος. Το γοερό κλάµα είναι και µε ΦΠΑ, για όποιους νοµίζουν ότι θα γλυτώσουν.4 / 16 Παραδοχή 3 Ότι λοιπόν φτιάχνουµε το φτιάχνουµε για να "κρατήσει" χρονικά στα όρια του µαθηµατικού λάθους. Αποφθέγµατα ότι το µπετόν για παράδειγµα είναι αθάνατο, ανήκουν στο ιδεατό και µάλιστα µετά από την χρήση πολλών ληγµένων φαρµάκων ταυτόχρονα. Θα µου πείτε: "Και τότε τι µας τσαµπουνάνε διάφοροι περί ελάχιστης ωφέλιµης ζωής, εγγύησης, κλπ και εµείς τους πιστεύουµε;" Η ωφέλιµη ζωή είναι στην λογική της ευχής ή αν θέλετε στην λογική πχ που πάµε στον γάµο και µετά στην χαιρετούρα λέµε να ζήσετε στους νεόνυµφους. Τι πάει να πει να ζήσετε; Για πόσο να ζήσετε; Και αν χωρίσετε; Και αν σας πέσει στο κεφάλι καµία πλάκα και ψάχνετε για αυθαίρετο στον Παράδεισο; Επιστηµονικά λοιπόν όταν λέµε ωφέλιµη ζωή κάνουµε µια εκτίµηση χρονο-επάρκειας κάτω από συγκεκριµένες συνθήκες λειτουργίας που πρέπει να ορίσουµε εκ των προτέρων. Ας το κάνουµε λίγο πιο λιανά µε την παρακάτω ερώτηση, Ποια είναι η ζωή µιας πλάκας δώµατος οπλισµένου σκυροδέµατος αφηµένης στην µοίρα της χωρίς "ρουχαλάκια" (ας πούµε στεγάνωση); (Α): 50 χρόνια, (Β): Παίζεται, (Γ): Αθάνατη Αν απαντήσατε "50 χρόνια" έχετε διαβάσει κάτι από κανονισµούς και τα έχετε κάνει µαντάρα στο µυαλό σας (διαβάστε τα παραπάνω ΠΑΛΙ). Αν απαντήσατε "παίζεται" ακολουθείτε την πρακτική της "δηµιουργικής ασάφειας". Αν είπατε "αθάνατη" έχετε µάλλον αριθµό µητρώου ΤΕΕ < 10.000. Η απάντηση είναι ότι κανείς δεν µπορεί να γνωρίζει µε ακρίβεια. Σίγουρα όµως είναι σηµαντικά µικρότερη από τα 50 χρόνια. Αν απαντούσαµε βέβαια σε όρους δοµικής ακεραιότητας θα λέγαµε: πιθανότητα αστοχίας < 10% για 0-10 χρόνια, <30% για 10-20 χρόνια κλπ. Το παραπάνω ανήκει στην λογική lies, lies and statistics. Στην πραγµατικότητα η ερώτηση είναι παντελώς λάθος και εξηγώ. Έχουµε στην ουσία 3 υποσυστήµατα που χαρακτηρίζονται από διαφορετικούς µηχανισµούς υποβάθµισης. Το πρώτο είναι το σκυρόδεµα, το δεύτερο ο χάλυβας οπλισµού, το τρίτο η πλάκα. Αν δεν τα ενώσουµε ως ένα υπερ-σύστηµα, δηλαδή ως µια κατασκευή, αλλά τα δούµε µεµονωµένα, τότε έχουµε 2 ανεξάρτητα υποσυστήµατα (σκυρόδεµα/χάλυβας) και ένα µερικώς εξαρτηµένο (πλάκα δώµατος). Με αυτή την λογική καταλαβαίνετε γιατί η απάντηση για τα 50 χρόνια είναι λάθος. Τα 50 χρόνια αναφέρονται στο υπερ-σύστηµα, την κατασκευή, και όσι στα υποσυστήµατα! Εύλογα θα µου πείτε "Άµα πω τέτοια στον ιδιοκτήτη θα µε θεωρήσει βλαµµένο" και θα έχετε δίκιο αλλά το πάω λίγο διαφορετικά.Πριν ξεκινήσουµε µε τους µηχανισµούς υποβάθµισης καλό είναι να φτιάξουµε µια κοινή βάση για το αφήγηµα που θα ακολουθήσει.5 / 16 Τι γίνεται όταν έχουµε ένα κοµµάτι σκυρόδεµα χωρίς χάλυβα αφηµένο στο περιβάλλον; Το σκυρόδεµα είναι πορώδες υλικό. Πορώδες σηµαίνει ότι έχει "τρούπες". Οι τρούπες είναι κούφιες (3D). Οι κούφιες τρύπες συνδέονται µεταξύ τους µε µικροσκοπικά "τρούπια" σωληνάκια (3D). Τα σωληνάκια συνδέονται σε δίκτυο. Στα αγγλικά το λέµε capillary network, στα Ελληνικά, πολύ ελεύθερα, τριχοειδές δίκτυο. Βρίσκεις την τρυπούλα στην επιφάνεια, ακολουθείς το δίκτυο και φθάνεις στην Ανάφη. Η Ανάφη δεν είναι πάντα στην άλλη επιφάνεια (παρειά) αλλά µπορεί να είναι και ενδιάµεσος προορισµός. Το µόριο του νερού είναι 2,75 Å. Το παράξενο Å ονοµάζεται Angstrom και είναι µονάδα µέτρησης. Σε µέτρα είναι ίσον µε 10-10 (δηλαδή µηδέν, υποδιαστολή, 9 µηδενικά καί άσσος). Το µόριο του υγρού αέρα είναι ελαφρύτερο από τον αέρα. Το µόριο του υγρού αέρα έχει 2 µονάδες ατοµικού βάρους από το υδρογόνο και 16 από το οξυγόνο, σύνολο 18. Το διατοµικό οξυγόνο (Ο2) έχει 32 µονάδες και το διατοµικό άζωτο (Ν2) 28 µονάδες. Αθροίζοντας µόνο τα 2 βασικά συστατικά του αέρα έχουµε 60 µονάδες ατοµικού βάρους σε σχέση µε τις 18 του υγρού αέρα. Οι "τρούπες" στο σκυρόδεµα (το τριχοειδές δίκτυο) είναι πολύ µεγαλύτερες από το µόριο του υγρού αέρα. Η διαφορά τους υπό κλίµατα αντιστοιχεί µε το πέρασµα ενός ποντικιού του αγρού µέσα από την σήραγγα στην Κακιά Σκάλα!Παραδοχή 4 Ο νωπός αέρας περνάει πάντα µέσα από το σκυρόδεµα. Το σκληρυµένο σκυρόδεµα περιέχει νερό, και µάλιστα πολύ νερό. ∆εν υπάρχει κανένα λάθος σε αυτό που γράφω και το ξαναλέω: Το σκληρυµένο σκυρόδεµα έχει µέσα του νερό και µάλιστα πολύ νερό! Όταν το σκυρόδεµα ξεκινάει ως νωπό µίγµα του βάζουµε νεράκι. Το νεράκι το βάζουµε για να αντιδράσει το τσιµέντο και να γίνει κόλλα που τελικά θα πήξει. Αν δεν είµαστε στο εργαστήριο θα βάλουµε πολύ περισσότερο από όσο χρειάζεται το τσιµέντο. Ας πούµε ότι έχουµε 300 κιλά τσιµέντο στο κυβικό. Το τσιµέντο αυτό χρειάζεται, ας πούµε, 90 λίτρα νερό για να αντιδράσει και να πήξει (πλήρης ενυδάτωση). Εµείς όµως βάλαµε 180 κιλά νερό (πχ Ν/Τ=0,6). Ας πούµε ότι ρούφηξαν και τα αδρανή µας 4-5 κιλά και έχουµε µια διαφορά 55 κιλά. Αυτά τα 85 κιλά που πήγαν; Θα µου πείτε ότι το υπόλοιπο νερό εξατµίζεται. Εξατµίζεται όµως όλο, ή να το πω καλύτερα είναι φυσικώς δυνατό να εξατµιστεί όλο; Η απάντηση είναι ΝΑΙ, γίνεται να εξατµιστεί πλήρως, αν πάµε και το αφήσουµε σε µια περιοχή µε ΜΗ∆ΕΝ σχετική υγρασία ή σε κανένα φούρνο κενού. Όσον και αν ακούγεται απίθανο, στην Γη έχει καταγραφεί σχετική υγρασία 0%. Συνέβη στις 20-21 Οκτωβρίου του 2013 στην περιοχή Alice Springs της Αυστραλίας.6 / 16 Εικόνα 2:ΜΗ∆ΕΝ σχετική υγρασία για 2 ηµέρες το 2013Είναι ιδιαίτερα σηµαντικό να καταλάβουµε την διαφορά µεταξύ του τι ορίζει η Φυσική ως "στεγνό" και τι ορίζει το πρότυπο DIN 52620 ως "στεγνό". Κατά την Φυσική στεγνό είναι το υλικό που δεν περιέχει καθόλου νερό, σε οποιαδήποτε φάση. Κατά το DIN 52620 στεγνό είναι το υλικό που δεν περιέχει νερό σε ποσότητα µεγαλύτερη από αυτή που έχει χηµικά δεσµευτεί. Όταν ένα δοµικό υλικό σε επαφή µε το νερό απορροφά υγρασία µε τριχοειδή εισρόφηση, καλείται τριχοειδώς ενεργό, αν αυτό δεν συµβαίνει, θεωρείται υδρόφοβο. Ένα τριχοειδώς ενεργό υλικό εισροφά το υγρό νερό µέχρις ότου φτάσει σε µια κατάσταση κορεσµού. Η κατάσταση αυτή ονοµάζεται τριχοειδής κορεσµός. Μπορούµε να ξεπεράσουµε την κατάσταση του τριχοειδούς κορεσµού αν η κινητικότητα των µορίων του νερού είναι υψηλή. Αυτό συµβαίνει όταν το νερό είναι υπό πίεση, όπως πχ σε ένα φράγµα ή όταν η θερµοκρασία του ξεπέρνα τους 20 °C (εικόνα 3). Την κατάσταση του τριχοειδούς κορεσµού την ορίζουµε στην µονάδα του χρόνου µε τον συντελεστή εισρόφησης νερού µε µονάδες kg/m2 h1/2. Κατ' ουσία πρόκειται για το ρυθµό κορεσµού (βλέπε h = hours) αλλά βαριέµαι να το εξηγήσω και υπάρχει και ο γούγλης.7 / 16 Εικόνα 3:Συντελεστής εισρόφησης νερού για διαφορετικές συνθέσεις σκυροδέµατος σε σχέση µε την θερµοκρασίαΜπορεί να ακουστεί περίεργο, αλλά µπορούµε να ξεπεράσουµε πιο εύκολα την κατάσταση του τριχοειδούς κορεσµού µέσω του µηχανισµού της διαπίδυσης υδρατµών µε µεγάλο θερµοκρασιακό εύρος ή µεγάλη διαφορά πίεσης υδρατµών. ∆υσκολευτήκατε και το καταλαβαίνω. Ας το κάνουµε λοιπόν ταληράκια. Το πως µπαίνει, πως "ρουφιέται" και πως εγκλωβίζεται το νερό σε οποιαδήποτε φάση στο σκυρόδεµα ας το αφήσουµε αρχικά στην άκρη. Τους Μηχανικούς ενδιαφέρει το πόσο νερό µπορεί να βρεθεί µέσα στο σκυρόδεµα υπό µορφή π.χ. ανοιγµένου βάρους kg/m3. ∆ηλαδή αυτό που µας ενδιαφέρει είναι ο όρος total water content. Ένα πορώδες υλικό µπορεί θεωρητικά να απορροφήσει υγρασία µέχρις ότου όλοι οι πόροι του γεµίσουν µε νερό. Το γεγονός αυτό δεν παρέχει όµως καµία πληροφορία για την πραγµατική χωρητικότητα αποθήκευσης υγρασίας κάτω διάφορες συνθήκες έκθεσης. Για να ξεπεράσουµε ως Μηχανικοί το πρόβληµα αυτό (αν ήµασταν Φυσικοί δεν θα είχαµε τέτοια προβλήµατα) ορίζουµε τον όρο total water content συναρτήσει της σχετικής υγρασίας του περιβάλλοντος. Στην εικόνα 4 έχουµε ένα χαρακτηριστικό διάγραµµα total water content ως προς την σχετική υγρασία περιβάλλοντος.8 / 16 Εικόνα 4:Σχηµατική καµπύλη total water content υλικούΥπάρχουν 3 χαρακτηριστικές περιοχές στην καµπύλη: Η περιοχή Α ονοµάζεται υγροσκοπική περιοχή και καλύπτει το εύρος σχετικής υγρασίας 0-95% (η υγρασία είναι καθαρά σε αέρια φάση ή νωπός αέρας). Η υγροσκοπική περιοχή τελειώνει σε µια κατάσταση ισορροπίας ή υγροσκοπικού κορεσµού (µέγιστη στάθµη εισρόφησης νωπού αέρα). Η περιοχή Β ονοµάζεται τριχοειδής περιοχή και καλύπτει το εύρος σχετικής υγρασίας 95-100%. Η υγρασία στην περιοχή αυτή κυµαίνεται από ένα µίγµα αέριας/υγρής φάσης µέχρι την πλήρως υγρή φάση. Η τριχοειδής περιοχή τελειώνει και αυτή σε µια κατάσταση ισορροπίας που είδαµε παραπάνω (τριχοειδής κορεσµός). Η περιοχή Γ ονοµάζεται υπερκορεσµένη περιοχή σε σταθερή σχετική υγρασία 100% και παρουσιάζεται µόνο όταν η κινητική ενέργεια του µορίου της υγρασίας είναι υψηλότερη από την ενέργεια των µορίων της τριχοειδούς περιοχής, πχ υδροστατική πίεση σε ένα φράγµα ή θερµοκρασία υγρής φάσης >20 °C. Κάθε πορώδες υλικό που βρίσκεται στην περιοχή Α θα καταλήξει σε µια ισορροπία µε τον νωπό αέρα (ποσοστό υγρασίας). Αυτό µπορούµε να το δηλώσουµε όπως είδαµε στην παραπάνω εικόνα µε τον όρο total water content. Οταν λοιπόν βρίσκουµε στην βιβλιογραφία για το υλικό Χ το διάγραµµα του total water content στην ουσία βλέπουµε τις τιµές ισορροπίας ανά διαβάθµιση υγρασίας.9 / 16 Για παράδειγµα στην εικόνα 5 έχουµε για υγρασία περιβάλλοντος 60%, ποσότητα υγρασίας ισορροπίας 1.39% ή 31,9 kg/m3 και για υγρασία περιβάλλοντος 80% ποσότητα υγρασίας ισορροπίας 2.12% ή 48,5 kg/m3 (πολλαπλασιάζουµε µε την πυκνότητα κάθε υλικού). Ιδιαίτερη προσοχή θα πρέπει να δώσουµε στο γεγονός ότι η πυκνότητα του υλικού, πχ 2.300 kg/m3 για το σκυρόδεµα της εικόνας 5, αναφέρεται σε απολύτως στεγνό υλικό (dry density).Εικόνα 5:Καµπύλη total water content για συγκεκριµένο σκυρόδεµαΕπειδή η χαρακτηριστική καµπύλη του total water content εµφανίζει σταθερότητα στην περιοχή θερµοκρασιών από 5 µέχρι και 70 °C κάνουµε χρήση του όρου ισόθερµη καµπύλη (isotherm). Επειδή τα παραπάνω δεν µας λένε και πολλά από πλευράς "επαγγέλµατος", ας κάνουµε ένα µικρό παράδειγµα µπας και καταλάβουµε. Ας πούµε ότι ρίχνουµε ένα γέµισµα σε µία πλάκα σκυροδέµατος. Κάπου έχουµε ακούσει ότι για να βάλουµε πλακάκια θα πρέπει το γέµισµα να στεγνώσει. Αν δεν στεγνώσει, τα πλακάκια θα κουφώσουν ή θα αρχίζουν να ανεβαίνουν το Έβερεστ. Και στις δύο περιπτώσεις θα µας κυνηγάνε µε το δίκιο τους. Αν µάλιστα έχουν πληρώσει και > 30 €/m2 κινδυνεύουµε σοβαρά για πολύ ξύλο. Ας θεωρήσουµε ότι το γέµισµα µας, πάχους 50 mm, περιέχει στο αρχικό µείγµα 170 kg/m3 νεράκι. Βάλαµε τόσο τσιµέντο ώστε από τα 170 kg/m3 να δεσµευτούν χηµικά τα 70 kg/m3. Μας έµειναν λοιπόν 100 kg/m3. Ας ονοµάσουµε αυτά τα 100 kg/m3 παραµένουσα υγρασία (built-in moisture). Την ποσότητα των 100 kg/m3 παραµένουσας υγρασίας µπορούµε να εκφράσουµε και υπό την µορφή 5 kg/m2. Η χαρακτηριστική ισόθερµη total water content καµπύλη του γεµίσµατος δίνεται στην εικόνα 6.10 / 16 Εικόνα 6:Iσόθερµη total water content καµπύλη του γεµίσµατοςΕρώτηση 1η : Πόσο νερό πρέπει να εξατµιστεί ανά m2 ώστε να έχουµε ισορροπία µε σχετική υγρασία 60; Απάντηση: Βήµα 1Απο την ισοθερµική καµπύλη του υλικού βρίσκουµε ότι η υγρασία ισορροπίας σε σχετική υγρασία 60% είναι 24,16 kg/m3 ή 1,2 kg/m2.Βήµα 2Αφαιρούµε λοιπόν από τα 5 kg/m2 τα 1,2 kg/m2 και έχουµε 3,8 kg/m2.Βήµα 3Γράφουµε "απαιτούνται να εξατµιστούν 3,8 kg/m2".Ερώτηση 2η : Πότε το γέµισµα σε µια πλάκα εσωτερικού χώρου στεγνώνει ταχύτερα; Επιλογές: (α) Το καλοκαίρι, (β) Το χειµώνα, (γ) Όταν η σχετική υγρασία του περιβάλλοντος είναι χαµηλή Απάντηση:(γ) Όταν η σχετική υγρασία του περιβάλλοντος είναι χαµηλή.Αν απαντήσατε (α) ή (β) ξεχάσατε τον όρο ισοθερµική (µας είναι παντελώς αδιάφορη η θερµοκρασία !) Μην µπερδεύεστε µε την ηλιακή ακτινοβολία και την εξάτµιση. Είπαµε "σε µια πλάκα εσωτερικού χώρου". 11 / 16 Ερώτηση 3η : Ο κατασκευαστής µας επιτρέπει να τοποθετήσουµε πλακάκια όταν το γέµισµα έχει υγρασία <3%. Σε πόσο χρόνο εκτιµάται ότι κάτι τέτοιο θα συµβεί; Επιλογές (α) 60-90 ηµ., (β) 250-350 ηµ., (γ) Άγνωστο, πρέπει να µετρηθεί. Απάντηση:Άγνωστο.Αν απαντήσατε (α) ή (β), έχετε λογική εργολάβου και θέλετε να πληρωθείτε ασχέτως αποτελέσµατος. Πάµε να δούµε γιατί καταλήγουµε στο "άγνωστο". Το 3% που ακούτε και πιθανότατα έχετε διαβάσει και σε προδιαγραφές, π.χ. για βαφές ή επικόλληση ινοπλισµένων πολυµερών (ΙΟΠ), αντιστοιχεί στην ανάγνωση συγκεκριµένης συσκευής του εµπορίου. Στην συσκευή αυτή, το 3% είναι το καλιµπράρισµα του σένσορα σε σχέση µε την ισοθερµική καµπύλη του υλικού που µετράει και είναι καταχωρηµένο στην µνήµη της συσκευής. Συνήθως το 3% αναφέρεται σε συγκεκριµένο σκυρόδεµα, συνήθως µε Ν/Τ=0,5. Αν λοιπόν µετράµε γέµισµα και όχι σκυρόδεµα µε Ν/Τ=0,5, το 3% δεν έχει καµία πρακτική σηµασία και οδηγεί σε λάθη (εικόνα 7).Εικόνα 7:Μην πάρετε την συσκευή και αρχίσετε να µετράτε ότι βρείτε που έχει τσιµέντοΣτην εικόνα θα παρατηρήσετε ότι στο πάνω µέρος του µετρητή υπάρχει κλίµακα µε ενδείξεις 0-6% από στο κάτω µέρος άλλη µια µε ενδείξεις 0-100%. Στην περίπτωση του 3% η µέτρηση αντιστοιχεί σε σχετική υγρασία 50% για το σκυρόδεµα. Ενδιάµεσα υπάρχει η κλίµακα για γέµισµα που περιέχει π.χ γύψο. Το 3% για το σκυρόδεµα αντιστοιχεί σε 5% για το γέµισµα. Στην ουσία η συσκευή "εµπεριέχει" τις ισοθερµικές καµπύλες 2 υλικών, του σκυροδέµατος και του γεµίσµατος µε γύψο. Το πρώτο στοιχείο λοιπόν που µας οδηγεί στην απάντηση "άγνωστο" είναι ότι το ίδιο το 3% δεν αναφέρεται σε κάποια συγκεκριµένη ισοθερµική καµπύλη ή, αν θέλετε, αν δεν γνωρίζουµε την ισοθερµική καµπύλη του υλικού µας (γέµισµα) δεν µπορούµε να ξέρουµε πότε το γέµισµα είναι αρκετά στεγνό για να δεχτεί το πλακάκι.12 / 16 Το πρώτο πρόβληµα λοιπόν όταν φτιάχνουµε το δικό µας γέµισµα είναι ότι δεν ξέρουµε την ισοθερµική του καµπύλη για το total water content και άρα δεν µπορούµε να ορίσουµε µια αξιόπιστη στάθµη υγρασίας που να µας επιτρέπει ή όχι την τοποθέτηση του πλακιδίου. Το πρόβληµα δεν είναι βέβαια το πλακάκι αλλά η κόλλα που θα βάλουµε για να κολλήσει. Το ίδιο πρόβληµα θα έχετε και µε τα περισσότερα έτοιµα γεµίσµατα του εµπορίου. Η πληροφορία δεν παρέχεται εκτός και αν τους φωνάξετε αυστηρά ή φτιάξετε το κίνηµα "∆εν Αγοράζω αν δεν µου δώσετε την ισοθερµική του υλικού". Η πιο αξιόπιστη σήµερα διαδικασία για την µέτρηση της υγρασίας, π.χ. στο γέµισµα, είναι το Πρότυπο ASTM F2170 "Standard Test Method for Determining Relative Humidity in Concrete Floor Slabs Using in situ Probes". Το Πρότυπο µπορεί να χρησιµοποιηθεί σε κάθε υλικό τσιµεντοειδούς βάσης, µε την προϋποθεση είναι ότι το probe (αισθητήρας) εισχωρεί σε βάθος συνήθως 2/3 του ολικού πάχους και παραµένει εκεί 72 ώρες ώστε να φτάσουµε στην υγροσκοπική ισορροπία. Είδατε πως σας ξαναγυρίζω στην ισορροπία !! Ο αναγνώστης πιθανότατα θα έχει ήδη αρχίσει να απορεί (αν όχι δεν πειράζει, µην τρελαθούµε κιόλας). Εφ' όσον όπως είδαµε παραπάνω το ποσοστό υγρασίας εξαρτάται από την σχετική υγρασία του περιβάλλοντος χώρου (κατάσταση ισορροπίας), τότε αν µετρήσουµε το γέµισµα το πρωί µε σχετική υγρασία 70% και το µεσηµέρι µε 30% θα πάρουµε διαφορετικές µετρήσεις. Με λίγα λόγια ποτέ δεν θα ξέρουµε µε σιγουριά πότε το γέµισµα είναι "στεγνό για πλακάκια". Για να λυθεί το πρόβληµα αυτό, το πρότυπο ASTM F2170 αποµονώνει το probe από τις µεταβολές υγρασίας του περιβάλλοντος χώρου και δίνει την µέση τιµή µετά από 72 ώρες, ενώ η µέτρηση χρησιµοποιείται συγκριτικά (κάνουµε µετρήσεις 72 ωρών ανά 30 ηµέρες και βλέπουµε την µεταβολή της µέτρησης). Θα µου πείτε: "Είσαι καλά παλληκάρι µου που θα πω στον ιδιοκτήτη να πληρώσει για τις µετρήσεις, να περιµένει επί µήνες ... και βλέπουµε;" Συµφωνώ και επαυξάνω για την λογική ενός µικρού ιδιοκτήτη αλλά αν πάτε σε κανένα Dubai για δουλειά θα σας το ζητήσουν. Οπότε γράφω ... για να σας βοηθήσω στο interview! Επειδή πολλοί θα την κόψουν για Dubai θα σας µάθω µερικά πιασάρικα επιστηµονικά κόλπα µήπως και σας κάτσει καµία δουλειά εκεί στα ξένα. Μου φωνάζει βέβαια και ο Παναγιώτης ο Αναγνωστόπουλος στην λογική "Ασε ρε συ τα πολύ επιστηµονικά και γράψε και τίποτα που να το καταλαβαίνει ο κόσµος (πιασάρικοι κανόνες ορθής πρακτικής)."Κόλπο Α: Το υλικό του γεµίσµατος και το interview στο Dubai. Προσοχή:Αν νοµίζετε οτι στο Dubai θα σας ρωτήσουν για το 3D παραµορφωσιακό πεδίο 32,13 mm δεξιά του κόµβου, στον οπλισµό Νο.3, της δοκού ∆14, που επάνω της κάθεται το φυτεµένο υποστύλωµα Κ134, κάνετε τεράστιο λάθος. Αυτά τα έχουν λυµένα από τα γραφεία τους οι µελετητές από την Κίνα/Ινδία που για πλάκα περνάνε τα πάντα στο ANSYS Civil και αν πληρώσεις και πάνω απο 2,0 €/m2 µελέτης στο πετάνε και σε κανένα COMSOL Multiphysics (πάρα πολλοί µε PhD's εκεί κάτω ... )13 / 16 VSE (Very Senior Engineer ή έχω γνωρίσει πολλά πτηνά περπατητές) Κύριε Κώστα πείτε µας ένα τρόπο για να τοποθετήσουµε πλακάκια στο παλάτι του Πρίγκιπα Abdul σε χρόνο µικρότερο από 60 ηµέρες από το ρίξιµο του γεµίσµατος ώστε ΠΟΤΕ µα ΠΟΤΕ να µην υπάρξει κανένα πρόβληµα, διότι υπάρχει ρήτρα ποιότητας και η αποζηµίωση είναι ίση µε τον ετήσιο µισθό σας για τα επόµενα 10 χρόνια; Κώστας Κύριε SE θα σας εξηγήσω το σκεπτικό µου σε ελάχιστο χρόνο, πρώτα επιστηµονικά, µετά πρακτικά και µέσα σε 7 λεπτά θα σας πω και το αρχικό κόστος ανά m2 για να έχουµε µια βάση να ξεκινήσουµε το παζάρι µε τον εργολάβο, ώστε να βγάλουµε και µερικά λεφτά χαλαρά και να "χρηµατοδοτήσουµε" τα ποτά και τα ξενύχτια. Όλα τα υλικά έχουν µια ισοθερµική καµπύλη total water content ως προς την σχετική υγρασία. Αν συγκρίνουµε τις ισοθερµικές καµπύλες διαφόρων υλικών γεµίσµατος θα παρατηρήσουµε ότι διαφέρουν σηµαντικά. Κατά βάση αυτό έχει να κάνει µε τις χηµικές αντιδράσεις των συστατικών, την ποσότητα νερού που εισροφούν/εξατµίζουν κλπ. Επειδή είµαστε engineers δεν µας ενδιαφέρουν οι χηµικές αντιδράσεις και τα καθέκαστα.(α) Γέµισµα 1, κοινό χαρµάνι. Με 40% σχετική υγρασία έχουµε 19 kg νερό.14 / 16(β) Γέµισµα 2, χαρµάνι µε 25% YTONG. Mε 40% σχετική υγρασία έχουµε 3.6 kg νερό. (γ) Γέµισµα 3, χαρµάνι µε 50% YTONG. Με 40% σχετική υγρασία έχουµε 1,7 kg νερό. Εικόνα 8:(δ) Γέµισµα 4, χαρµάνι µε CaSO4. Με 40% σχετική υγρασία έχουµε 2,6 kg νερό.Ισοθερµικές καµπύλες total water content για διάφορα γεµίσµατα.Η κόλλα των πλακιδίων για να αστοχήσει πρέπει να τραβήξει π.χ. 2 kg/m2 νερό. Την κόλλα δεν την νοιάζει τίποτα άλλο. Η λογική λοιπόν είναι να µην βρει ποτέ τα 2 kg/m2 στις 60 ηµέρες. Επειδή το να προσπαθήσουµε να µειώσουµε την σχετική υγρασία του Dubai είναι οικονοµικώς αδύνατο θα επιλέξουµε το γέµισµα που π.χ. για 40% σχετική υγρασία βρίσκει ισορροπία µε λιγότερο απο 2 kg/m2 νερό. Επειδή η ρήτρα είναι µεγάλη, βάλε µπάρµπα 1,0 kg/m2 για να έχουµε αβάντα, µεγάλος είναι ο Αλλάχ. Με λίγα λόγια κύριε SE ας βάλουµε το γέµισµα Νο 3 και σε ένα µήνα να το µετρήσουµε µε την συσκευή ASTM F2170, εικόνα 9.15 / 16 Εικόνα 9:Πως µετράµε την υγρασία κατά ASTM F2170Επιπλέον κύριε SE, το κόστος του γεµίσµατος 3 είναι 1,3 φορές το κόστος του γεµίσµατος 1 που δεν θα στεγνώσει ποτέ, αλλά άµα το φτιάξουµε µόνοι µας θα είναι 0,8 φορές το κόστος του γεµίσµατος 1. Τελικά σας απάντησα σε 5,2 λεπτά της ώρας. Αν µάλιστα υπολογίσετε ότι µε πληρώνετε 40 δολάρια την ώρα, θα βρείτε ότι δαπανήσατε 3,3 δολάρια για τις υπηρεσίες µου, όταν εγώ σας έβγαλα µερικές δεκάδες χιλιάδες..... έπεται συνέχεια16 / 16
Εισάγετε το όνομά σας. *
Εισάγετε το e-mail σας. *
Μήνυμα
Κάντε ένα σχόλιο για το άρθρο. Το μήνυμα σχολίου σας θα δημοσιοποιηθεί μετά από έγκριση από την αρμόδια Επιτροπή.
*

Σφάλμα

Εισάγετε το όνομά σας.

Σφάλμα

Εισάγετε το e-mail σας.

Σφάλμα

Εισάγετε μήνυμα σχολίου.

Σφάλμα

Προέκυψε ένα λάθος κατά την αποστολή του σχολίου σας, παρακαλώ δοκιμάστε ξανά αργότερα.

Μήνυμα

Το μήνυμα σχολίου απεστάλη επιτυχώς. Θα δημοσιευτεί το συντομότερο δυνατό μετά την έγκριση του από την αρμόδια Επιτροπή.