HÅNDBOK - DAMANALEGG, BETONGDAMMER

1 Betongdammer

• Generelt

• Historikk

• Før 1920

• 1920 - 1930

• 1930 - 1940

• 1940 - 1950

• Etter 1950

1.1 Generelt

Dambyggingsmetoder- og byggematerialer har variert gjennom tidene. Selv om betongdammene ikke er blandt våre eldste damtyper, har de likevel rukket å få et godt hundreår på seg, i det betong for alvor tatt ble i bruk i norsk dambygging omkring århundreskiftet 1800 – 1900. Det er fra denne tid vi regner moderne, norsk dambygging.

Vel 50 % av de i alt ca 2500 norske dammer i klassene 1-, 2-, 3-, 4- (og dels 0) underlagt NVE’s regelverk er betongdammer. Eier (den ansvarlige) er ansvarlig for at klassifiserte dammer driftes og fremstår på slik måte og i slik stand og standard som regelverket krever.

Vi inndeler betongdammene i tre hovedtyper, gitt av utforming og virkemåte. Hovedtypene kan igjen inndeles i forskjellige underliggende varianter og kombinasjoner med egne betegnelser.

• Massivdammer/gravitasjonsdammer

• Buedammer/hvelvdammer

• Platedammer

Virkemåten til dammene er forskjellig. Massivdammen får sin stabilitet og sikkerhet ved egenvekt alene – den er ikke, eller i svært liten grad, avhengig av armering, stiller svært beskjedne krav til trykkfasthet i betongen, og er generelt meget robust og lite ømfintlig for skader. En seksjon av en massivdam er generelt stabil selv om en naboseksjon er skadet eller fjernet.

Buedammer utnytter bueformen til å skape vesentlig trykkspenninger i tverrsnittet, og man sparer betongvolum i forhold til en gravitasjonsdam. Buedammer kan gjøres meget slanke, men blir da i økende grad ømfintlige for skader. Damtypen er i noen grad avhengig av armering.

Platedammen er en meget slank, lett damtype. Den skrå vannsiden gjør at vanntrykket selv bidrar som stabiliserende faktor. Konstruksjonen er helt avhengig av armering, og er ømfintlig for skader.

Sikkerhetsvurderinger for en dam er avhengig av hvorledes dammen bærer de påførte krefter og det vil derfor være forskjellige former for svikt som er av betydning for de forskjellige damtyper. Nedenfor er de forskjellige damtyper behandlet hver for seg, når det gjelder en del typiske skader.

Det vil ved de fleste anlegg være komponenter som ikke direkte har betydning for dammens sikkerhet i tradisjonell forstand, men som vil ha betydning for sikkerheten til de som ferdes på og eventuelt rundt anlegget. Dette kan være broer, gangbaner, trapper, etc. hvor det kan være svikt ved bæreevne, eller sikkerhetsdetaljer som f.eks. rekkverk, gjerder, varselskilt, etc. Dette er også en type svikt som ikke er avhengig av damtype, men av forholdene ved det enkelte anlegg.

1.2 Historikk

Ved vurdering av eldre dammers standard, tilstand og kapasiteter er det nødvendig å kjenne til prosjekteringsmåter og regelverk, materialer, arbeidsmidler- og metoder og øvrige forhold som gjaldt da dammen ble bygget. Det kan derfor være nyttig se litt på de viktigste utviklingstrinn gjennom 1900-tallet.

1.3 Før 1920

Betongdammer fra denne periode er uarmerte massivkonstruksjoner. Betongtilvirk-ing og utstøping foregikk med enkle metoder. Blandingsforhold, gitt i volumdeler sement/sand/singel ble ofte nokså røft målt. Vannmengde ble ikke oppgitt. Tilslags-materialene kunne være lite egnet, og sementinnholdet var som regel sparsomt. Der i mot var vanntilsetningen oftest rikelig. V/C-faktor på 1,5 – 2 eller enda dårlige-re var ikke uvanlig, og sementmengden kunne være ned mot 100 - 125 kg pr m3 betong.

Det var ikke uvanlig å bruke tilhuggede,- eller egnede bruddstein, murt i forband på luft- og vannside. Ett steinskift av gangen ble lagt opp og brukt som “forskalling”, og betongen ble fylt lagvis i for hvert steinskift. Dette ga gjennomgående, horisontale støpeskjøter. I tillegg ble det ofte brukt sparestein, såkalte prosentstein i betongen, se figuren under.

Der det ikke ble brukt murt luft- og vannside men forskalling, brukte man gjerne en noe sterkere blanding ut mot forskallingen, og en svakere inne i massivet. Overflaten på slike dammer kan derfor ofte gi et inntrykk av betongkvaliteten som ikke er representativ for betongen i dammens indre.

Betongen var oftest svært bløt, porøs og dårlig komprimert. Støpeskjøtene ga rikelig anledning til vanngjennomgang. Vanngjennomgang (surt vann) vasket med årene ut deler av sementens bindemiddel (kalk), og betongens egenskaper ble ytterligere redusert. Imidlertid er betongen i slike konstruksjoner lite påkjent, slik at massivdammenes stabilitet likevel ikke behøver å være faretruende dårlig, selv om sikkerhetsmarginene ikke tilfredsstiller dagens krav. Stabilitet mot glidning, både i bunnfuger og i glideskikt i støpeskjøter kan bli negativt påvirket som følge av forring-else i betongkvaliteten, mens stabiliteten mot velt ikke påvirkes nevneverdig.

Det hendte også at man brukte en svært “mager” betong med stiv konsistens, særlig i åpne former. Betongen ble “stampet” med forskjellige manuelle metoder. I hensikt å sikre god heft til underliggende betongskikt, la man gjerne først ut en tyntflytende vann/sementvelling før man la ut den stivere betongen. Følgen ble at støpeskjøten hadde særdeles dårlig kvalitet som ga lett adgang for vanngjennomstrømning. Det er heller ikke ualminnelig å finne store, tomme groper inne i slike konstruksjoner. For eksempel kan sparstein lagt i rikelige mengder ligge så tett sammen at de danner steinreir med hulrom i mellom, som betongen ikke har trengt inn i under utstøpingen. Utvasket betong og hulrom kan utgjøre en viss andel av det samlede volum i en slik dam, som i visse tilfeller kan andra mot 10 - 15% av dammens ytre volum. Kjerneboringer viser ofte store kjernetap. “Ytterhuden”, enten den består av murverk av hugne steinblokker eller en sterkere betongblanding ut mot forskallingen kan være intakt og fin, mens den dekker over uhumskheter som finnes inne i massivet. Målt mot dagens regelverk holder nevnte dammer ikke mål, men krever kompenserende tiltak.

1.4 1920 - 1930

I dette tiåret ble våre første lette betongdammer bygget. Det var slanke konstruksjoner utført i armert betong. Slanke konstruksjoner betyr trange former og til dels omfattende armering. Komprimeringsutstyr som betongvibrator var ennå ikke kjent. For å sikre at hver armeringsstang skulle bli godt omhyllet med betong under støpingen, brukte man betong med svært bløt eller nesten flytende konsistens, og betongen ble ofte dumpet i forma fra relativt store høyder. Det var imidlertid en gryende forståelse for betydningen av forholdet vann/sement, og V/C faktor på 1,0. ble ofte lagt til grunn. Dette var jo et radikalt fremskritt fra tidligere tider, men fremdeles langt tilbake for hva vi bruker i dag.

Vannrikeligheten i betongen og uegnede utstøpningsmetoder førte til separasjon under utstøping og ujevn kvalitet i det ferdige produkt. Det tok derfor ikke så lang tid før de første betongskader viste seg, og skadene ble etter hvert ganske omfattende. Vannmettet, porøs betong ga vanngjennomgang og frostsprengning gode muligheter, og dette viste seg snart i form av avskalling, større og mindre gropdannelser i overflaten, og til dels blottlegging av armering med derav følgende rustangrep. Betong med tilstrekkelig sementinnhold er alkalisk, noe som gir betongen rustbe-skyttende evne. Slanke dammer er armerte. Vanngjennomgang i betongen “spiser” av kalkinnholdet, og dermed reduseres betongens rustbeskyttende effekt.

Botemiddelet mot vanngjennomgang var den gang å påføre vannsiden en såkalt vanntett puss, ofte også supplert med påsmurt tjære- eller bitumenholdig tetnings-middel. Luftsiden ble lappet igjen med mørtel der hvor avskallingene var store. Reparasjonene hadde begrenset levetid og måtte gjentas med visse mellomrom, og vedlikeholdskostnadene ble etter hvert betydelige.

Som i massivdammene fra tidlige tider hadde også de lette konstruksjoner hulrom og svakhetspartier, om enn i mindre omfang. Forsiktig utnyttelse av materialenes styrkepotensial lå til grunn også her, så det var en del “å gå på” når det gjaldt sikkerhet, slik at ingen av dammene fra denne tiden truet med, eller gikk til brudd. De fleste måtte imidlertid kondemneres etter noen år.

1.5 1930 - 1940

Vi fikk vår første norske betongstandard, NS 427, i 1939. Imidlertid kom NIF allerede i 1930 ut med sin “Meddelelse Nr 1” om anbefalte betongkvaliteter i dammer. Anbefalingene gikk både på sementinnhold og V/C faktor, og resulterte i vesentlige kvalitetsforbedringer. Til massivkonstruksjoner ble anbefalt en sementmengde på 250 – 275 kg/m3, mens tilsvarende for slanke, armerte konstruksjoner var 320 – 350 kg/m3. V/C faktoren ble anbefalt til ikke dårligere enn 0,8 - 1,0 for massiv-konstruksjoner, og 0,6 – 0,65 for slanke konstruksjoner (plater, buer, hvelv ol).

Betongvibratoren ble tatt i bruk. Denne muliggjorde langt bedre utstøping, særlig i trange former. Man kunne bruke stivere konsistens og unngå betydelig grad av separasjon. Betongen ble mer homogen og mer trykksterk, og støpefeil som medførte hulrom og steinreir var ikke lenger noe stort problem

Større sementinnhold ga imidlertid raskere og høyere temperaturutvikling, og dermed fikk man nye problemer, nemlig krymping og svinnriss. Botemidler mot dette var bl a å bruke grovere sement med langsommere reaksjonstid (mer grovmalt sement) og dermed lavere temperaturutvikling, legge inn svinnarmering og vanne den nystøpte betongen i første del av herdeprosessen, slik at overflaten ikke tørket ut.

Betongdammer fra denne tiden er av langt bedre kvalitet og holdbarhet enn betong-dammer fra de foregående tiår. Tidens tann gnager likevel også på 30-årenes betongdammer. Frostskader og lekkasjer i bevegelsesfuger og støpeskjøter har krevd til dels betydelige vedlikeholdsarbeider, men dammene har alt i alt holdt seg rimelig bra.

Tilslagsmaterialer fra visse steder i landet har i ettertid vist seg å inneholde alkali-reaktive stoffer. Alkalireaksjoner er ett av flere mulige kjemiske angrep på betong, og kan medføre skader med ulike konsekvenser, fra det rent kosmetiske til det svært alvorlige. Reaksjonene er langsomtutviklende, så vi har enda ikke sett den fulle virkning av alle såkalte betongsykdommer. Erfaringer fra andre land har imidlertid vist at alkaliskader i visse steder og konstruksjoner har hatt en urovekkende utvikling, og har i enkelte tilfeller medført at dammer har måttet kondemneres.

1.6 1940 - 1950

To måneders krig i Norge, etterfulgt av okkupasjon, satte landets legale styremakter ut av funksjon i fem år. Forholdene medførte bl a generell mat- og vareknapphet. Sement, det lille som ikke gikk til okkupantens prioriterte oppgaver, ble som så mange andre produkter tilsatt diverse erstatnings- og rene fyllstoffer som hadde liten eller ingen betydning for bindeeffekt og trykkstyrke. Nevnte stoffer kunne utgjøre opp til 30 volumprosent. Selv om krigs- og okkupasjonstiden tok slutt i 1945, gikk det likevel mange år før forsyningsforholdene normaliserte seg. Rasjonering og kriseprodukter var vanlig til langt ut i 1950-årene, og for enkelte produkter til ut i 1960-tallet.

Det ble ikke bygget mange betongdammer i dette tiåret. Materialknapphet og anstrengt økonomi i etterkrigsårene som følge av store og kostbare gjenreisnings-arbeider etter krigstidens herjinger og ødeleggelser gjorde at de få dammene som ble bygget kan ha varierende og dels dårlig kvalitet.

1.7 Etter 1950

De fleste og største norske dammer, herunder også betongdammer, er bygget etter 1950. Sementkvaliteten var gjenstand for løpende utvikling og forbedring, og den generelle teknologiske utvikling medførte bedre prosjekteringsmetoder, material-kvaliteter, betongtilvirknings,- utstøpings- og byggemetoder samt bedre kontroll, som alt i alt resulterte i langt høyere kvalitet i de ferdige produkter.

Det er en del nye faktorer fra denne tiden som det er særlig verd å merke seg, nemlig:

• Tilsetning av filler og andre, graderte kornstørrelser kan i mange tilfeller bedre betongsandens korngraderingskurve, noe som igjen bidrar til å redusere nødvendig vann,- og dermed også sementmengde, for å oppnå den tilsiktede kvalitet.

• Man stilte krav til kvalitetsdokumentasjon av tilslagsmaterialene, herunder også kornform, renhet og trykkstyrke

• Tilsetningsstoffer i betongen, herunder pozolaner og andre additiver med kjemisk og/eller mekanisk virkning ble alminnelige. Disse kan retardere eller akselerere betongens avbindingstid, gjøre den ferske betongen mer plastisk og utstøpings-vennlig, gi betongen høyere trykkfasthet og gjøre det ferdige produkt mer mot-standsdyktig mot frostskader. Vi kjenner imidlertid kanskje ikke mulige langtids bivirkninger for alle disse kjemiske produkter, herunder om, og i hvilken grad additivene kan forsterke, - eller medvirke til å utvikle såkalte betongsykdommer som vi tidligere var ukjent med, men som har vist seg i de senere tiår.

• Norsk sement har et forholdsvis høyt alkaliinhold. Dette er gunstig i visse sammenhenger, men kan være til ulempe i andre sammenhenger. Høyt alkaliinhold gir betongen rustbeskyttende effekt, men vil også kunne gi sterkere alkalikieselreaksjoner (AAR) og større skadeutvikling der de reaktive forutset-ninger for øvrig er til stede.

• Armeringsstålet produseres i stor grad av resirkulert stål. Stålet har fått langt høyere fasthetsegenskaper både med hensyn til strekk og trykk. En ulempe er imidlertid at resirkuleringen, sammen med andre årsaker, har gjort stålet mer rustdisponert enn tidligere.

2 Massivdammer

• Lekkasje

• Tett drenasjesystem

• Fundamenterosjon

• Armeringskorrosjon

• Alkalireaksjoner

• Frostskader

• Sprekker og riss

• Overbelastning

• Fuger

Massivdam (gravitasjonsdam) er den eldste betongdam-typen i Norge. Dammens egenvekt er det viktigste stabiliserende element og typen kalles derfor også for gravitasjonsdam. Utført på enkleste måte har dammen et trapesformet tverrsnitt med en vertikal oppstrøms side og en skrå nedstrøms side. Varianter hvor også oppstrømssiden er skrå er ikke uvanlig. Vinkelen på nedstrøms side er normalt i området 1,0:1,25 til 1,0:2,5 avhengig av kronebredde og høyde. Mange lukedammer, pilarer og terskler, er massivdammer. Massive betongdammer er en videreføring av tidligere tiders murdammer og ble tatt i bruk da betong ble et billigere bygningsmateriale enn det tradisjonelle murverk.

På en gravitasjonsdam virker følgende laster:

• Vanntrykk mot oppstrøms flate

• Oppdrift eller poretrykk, fra vanntrykk i sprekker og riss i selve dammen og i fundamentet under dammen

• Reaksjonkrefter fra fundamentet

• Istrykk

Avgjørende for stabiliteten og sikkerheten av en massiv gravitasjonsdam er følgende faktorer:

• Kontroll med oppdriften

• At fundament og damkonstruksjon tåler de trykkpåkjenninge de utsettes for og som normalt er konsentrert i dammens bakside

• At fundament og damkonstruksjon tåler de skjær- eller glidningskrefter som påføres

Det er normalt å gi dammen en slik utforming at den under normale laster har trykkspenninger i hele tverrsnittet. Dette reduserer faren for at det oppstår store riss og sprekker på vannsiden som igjen kan lede vann under trykk inn i konstruksjonen. Konstruksjonen skal være så tung at den ikke glir mot underlaget eller i svake sjikt som f.eks. horisontale støpeskjøter. Disse kravene gir dammens tykkelse i et hvert horisontalsnitt.

Massive betongdammer er derfor ikke primært avhengig av armering for bæring og betraktes derfor normalt som en uarmert betongkonstruksjon selv om det i enkelte dammer er lagt inn en mindre overflatearmering for å fordele eventuelle riss. I enkelte dammer og spesielt i lave dammer, er det brukt bolter for å bære krefter fra istrykket. Det er da også vanlig at den armeringsmengden boltene representerer føres videre opp i dammen helt opp til kronen. Spesielt overløpsdammer vil ha liten vekt der istrykket angriper og en forsterkning med armering i de øvre deler av dammen er vanlig. I dammer der dette ikke er gjort vil betongen utsettes for strekkspenninger.

Når betong støpes ut og herder vil den kjemiske prosessen i betongen medføre en temperaturstigning og deretter en avkjøling. Dette medfører små temperaturavhengig dimensjonsendringer som sammen med det svinnet som oppstår ved herding og uttørking, kan gi oppsprekking av konstruksjonen. Spesielt på store massive konstruksjoner som ikke er armert, eller svært lite armerte, slik det er for de aller fleste massive damkonstruksjoner, er en oppdeling av konstruksjonen med svinnfuger viktig for å unngå oppsprekking. Normalt vil en for en vanlige massiv damkonstruksjon velge en fugeavstand på fra 5 til 10 m. For at fugene skal fungere etter hensikten må det ikke være armering gjennom fugen og ved støp mot herdet betong må den herdede betongflaten ikke være preparert slik at den gir heft i fugen.

Fugene utføres oftest bare som svinnfuger, men kan også i noen tilfeller være laget som en kombinert svinn og ekspansjonsfuge ved at det er lagt inn et fleksibelt fugeinnlegg som f.eks. en impregnert trefiberplate eller liknende. Inne i fugene mot oppstrøms side er det lagt inn et fugebånd i plast eller kobber som skal tette fugen mot lekkasje. På utsiden er fugen ofte dekket med fugemasse.

Vann som trenger inn i dammen fra vannsiden gjennom sprekker i dammen og mellom dam og fundament gir dammen en oppdrift. Denne er en vesentlig destabiliserende kraft på enhver massiv dam. Det er derfor i mange tilfeller lagt vekt på å redusere denne oppdriften mest mulig. Dette gjøres først og fremst ved innlegging av drenasje i dam og fundament, gjerne i kombinasjon med en tetthetsprøving av fundamentet og injeksjon for å tette der fjellet ikke er tett nok. Disse tiltakene reduserer inntrenging av vann og leder bort det som allikevel trenger inn.

For små dammer er tiltakene utført slik at de sjelden kan inspiseres og dokumenteres i ettertid. Større massive dammer har normalt boret drenshull fra et gangbart galleri, der det er mulig å inspisere drenasjen. Når denne virker, kan man regne med redusert oppdrift under dammen.

Nedenfor er de vanligste skader observert på massive betongdammer listet opp. For hver enkelt type skade er det gjort en evaluering av betydningen av denne skaden. Skade kan være oppstått som følge av en type skade eller som en sum av flere skadetyper. Det vil være av betydning for vurderingen av skaden at skademekanismen og skadeårsaken er kjent. I gjennomgangen nedenfor er det skademekanisme som er benyttet som inngangsparameter. Følgene former for skade er behandlet:

2.1 Lekkasje

Lekkasje kan forekomme i selve damkroppen, gjennom sprekker eller i dammens fundament. Normalt vil en lokal lekkasje ikke ha noen betydning for en betongdams sikkerhet. Det vil i praksis ikke kunne oppstå så stor lekkasje at det fører til erosjon hverken i betongen eller i fundamentet så lenge dette består av rimelig godt fjell. Det er som indikasjon på at det kan være større poretrykk i konstruksjonen eller i fundamentet enn det som er lagt til grunn i dimensjoneringen, at lekkasjen er av sikkerhetsmessig interesse. Dårlig utførte horisontale støpeskjøter kan føre til lekkasje, forhøyet poretrykk (større oppdrift) i store deler av tverrsnittet, og redusert sikkerhet.

Generelt er det regnet med at poretrykket avtar jevnt fra vannsiden av dammen til luftsiden og at lekkasjeveien i fundamentet ender tett opptil dammens nedstrøms side. Indikasjon på at dette ikke er oppfylt kan være:

• Vann lekker i hele feltlengden fra horisontale sprekker

• Vann lekker ut av fjellet et stykke nedenfor dammen

Lekkasjer fra horisontale riss/sprekker tyder på at det er større oppdrift på en rissflate enn forutsatt og dammen har lavere sikkerhet enn forutsatt. Vannsig fra lange horisontale riss som fryser til om vinteren kan gi forhøyet oppdrift når is tetter risset i nedstrøms ende.

Lekkasje i fundamentet i god avstand fra dammen tyder på oppdrift over et større område enn antatt og dammens sikkerhet er redusert.

2.2 Tett drenasjesystem

En del massive betongdammer er utstyrt med drenasjesystem i form av drenasjehull boret fra et innvendig galleri eller gang i betongen, eller ved innlegging av drensrør, halvkløvinger, i samme posisjon som galleriet.

Slike drenasjesystemer ble benyttet for å redusere oppdriften i dammen og i fundamentet. Der det er brukt et galleri hvor enden av drenshullene kan inspiseres, er det til enhver tid mulig å dokumentere at systemet fungerer som forutsatt og eventuelt bore nye hull. Dersom det bare er brukt hele drensrør og halvkløvinger, vil det i ettertid ikke være mulig å dokumentere at systemet er virksomt. Det kan i mange tilfeller ikke engang dokumenteres hvorledes systemet virkelig ble bygget.

Drenasjesystemet vil i første rekke tettes til med kalkavleiringer avsatt av vann som har løst opp kalk i betongen på sin vei til drenasjesystemet. Kalken avsettes der vannet møter luft inneholdende CO2.

Uansett dokumentasjon skal drenasjesystemer holdes i funksjon så godt det lar seg gjøre. Et vel fungerende system vil redusere oppdriften på dammen. Sikkerheten reduseres om drenasjen ikke fungerer.

Tettes de enkelte drenshull reduseres dammens sikkerhet.

Systemet kan være anlagt for drenasje av fugen mellom fjell og betong og vil da mangle drenasjehull opp i damkroppen og ned i fundamentet.

2.3 Fundamenterosjon

Fundamenterosjon oppstår oftest i forbindelse med overløpsseksjoner og der det ofte renner mye vann, men frost kan også sprenge løs partier i dammens fundament . Det er i første rekke erosjon i dammens bakkant, på luftsiden, som er av betydning for sikkerheten. En erosjon her av noen størrelse kan medføre at dammen får redusert sikkerhet mot brudd.

Dersom det oppstår erosjon på oppstrøms side vil dette påvirke stabiliteten av dammen i mindre grad, fordi spenningene her er små ved fullt vanntrykk på dammen. Men fordi tetning mellom dam og fundament forsvinner, kan det føre til økende oppdrift og svekket stabilitet for dammen.

Dette gjør at den effektive fundamentflaten blir mindre og dammens sikkerhet mot velting og glidning reduseres.

Dette reduserer fundamentbredden, men på den siden hvor spenningene er lave og betydningen for stabiliteten mindre. Erosjon på oppstrøms side kan resultere i øket oppdrift da tetningen mellom fjell og dam reduseres.

2.4 Armeringskorrosjon

Armeringskorrosjon vil normalt ha liten betydning for massive dammer. For lave dammer eller lave partier av større dammer vil det kunne være behov for bolter, spesielt mot istrykk. Da fortsettes normalt boltearmeringen i et nett opp til kronen som sikrer eventuelle støpeskjøter. Eventuell korrosjon vil være av størst betydning for boltenes kapasitet, men disse vil også være vanskeligst å kontrollere.

Lave massive dammer krever ofte bolter og armering av vannsiden gjennom horisontale støpeskjøter for å oppta laster fra istrykk.

2.5 Alkalireaksjoner

Alkalireaksjoner i massive betongdammer er normalt ikke av betydning før skaden har ført til omfattende oppsprekking av betongen. Allerede i en tidlig fase kan det oppstå trykkspenninger i dammens lengderetning dersom utvidelse hindres av innspenning i dammens ender. Dette kan medføre at klaringer i forbindelse med luker presses sammen og luker kiler seg fast.

Normalt vil spenninger i dammens lengderetning ikke medføre noen sikkerhetsrisko. Dersom dammen er lang og det er vinkelendringer i aksen vil det kunne oppstå skadelige forskyvninger ved vinkelpunktet. Dette kan medføre at riss åpner seg og gir redusert friksjon og øket oppdrift.

Dette gjør dammen utett og gir tilgang for vann som igjen gir frostsprengning.

2.6 Frostskader

Frostskader gjør seg gjeldende på to måter enten ved at vann fryser i betongens porestruktur som så fører til at betongen går i oppløsning, eller at vann i sprekker og riss fryser, en prosess som stadig utvider rissene.

Begge typer frostskader starter som et overflatefenomen og vil først kunne føre til armeringskorrosjon ved at dekningssjiktet med betong over armeringen skades. En massivdam er normalt mindre sårbar for frostskader enn en armert konstruksjon. Ofte vil det imidlertid kunne observeres mer skade på disse konstruksjonene enn på nærliggende armerte konstruksjoner. Dette kan skyldes at det er brukt en betong med et lavere masseforhold (mindre sement og mer vann) enn det er brukt i tilsvarende armerte konstruksjoner.

2.7 Sprekker og riss

Sprekker vil kunne dannes som et resultat av svinn og temperaturspenninger når større massive konstruksjoner støpes. Overflateriss vil normalt ikke påvirke dammens sikkerhet, men vil kunne være angrepspunkt for nedbryting av frost. Riss i massive konstruksjoner vil normalt ikke være gjennomgående. Sprekker derimot vil ofte være gjennomgående. Av gjennomgående sprekker vil normalt vertikale eller nær vertikale, sprekker ikke ha betydning for sikkerheten.

Horisontale sprekker kan indikere større inngang av vann i konstruksjonen og derved større oppdrift.

2.8 Overbelastning

Permanente deformasjoner som oppstår som følge av overbelastning er en indikasjon på at dammen ikke fungerer som forutsatt og at det kan være alvorlig fare for sikkerheten. Sikkerhetsrisikoen avhenger av hva som er årsaken til overbelastningen. Generelt vil høyt istrykk utgjøre en mindre risiko enn om årsaken er ekstrem flom. Dette fordi istrykket reduseres når konstruksjonen viker unna. Ved ekstrem flom vil det, dersom overløpets geometri ikke er utformet for den aktuelle vannstand, kunne oppstå undertrykk som øker på kjenningen ut over det statiske vanntrykket mot oppstrøms side. Dette undertrykket kan pulsere og gi en ugunstigere belastning.

Nedenfor er det gitt en oversikt over symptomer på overbelastninger, årsak og betydning for anlegget.

2.9 Fuger

Massive dammer utføres med fuger med fra 5 til 10 m avstand. Disse fuger har vært utført med fugebånd av plast eller som tidligere med kobberblikk som tetning. Noen fuger utføres kun for å tillate svinn og de enkelte seksjoner er da støpt i direkte kontakt. Noen fuger er utført for å ta både svinn og ekspansjon, betongseksjonene er da støpt med et mellomlegg av en porøs plate som kan presses sammen. Mot overflaten legges det ofte en fugemasse. Slik fuger av denne type utføres og den svært dårlige holdbarhet disse fugematerialene har, er de ikke egnet som tetting mot vanntrykk.

Observeres det at fuger presses sammen er dette ofte en indikasjon på at konstruksjonen er utsatt for alkalireaksjoner. Sammenpressede fuger kan være det første varsel og kan vise seg før det er oppstått andre tydelige tegn på reaksjon.

3 Buedammer

• Generelt

• Lekkasje og stabilitet av fundament og vederlag

• Fundamenterosjon

• Armeringskorrosjon

• Alkalireaksjoner

• Frostskader

• Sprekker og riss

• Overbelastning

3.1 Generelt

Buedammer eller hvelvdammer som de også kalles overfører kreftene fra vanntrykket til fjellet på dammens sider og bunn. Disse dammene bygges på steder der damstedet er relativt smalt i forhold til damhøyden.

Dammene utføres enten som tynne armerte konstruksjoner eller som tykke uarmerte konstruksjoner. De kan utføres som enkle buer med konstant radius fra topp til bunn, og betegnes da som enkeltkrumme, eller de kan utføres med varierende radius, økende mot toppen og da med en relativt sett lik åpningsvinkel og får da en dobbelkrum form. Av dobbelkrumme former er det mange varianter avhengig av damstedets form, dammens størrelse og konstruktørens preferanser.

Tynne armerte buedammer utføres normalt i seksjoner på 7 til 15 m bredde adskilt med en svinnfuge med bredde ca. 1m. Denne gjenstøpes når alle seksjonene er ferdig støpt og de enkelte seksjoner er herdet og avkjølt. Kan utstøpingen av fugen gjøres på et tidspunkt av året hvor temperaturen er omtrent lik gjennomsnittstemperaturen er dette det gunstigste.

Tykke eller massive buedammer støpes oftest i seksjoner som ligger mot hverandre men der støpefronten forskyves for å gi annen hver seksjon anledning til noe svinn før neste seksjon støpes. Disse dammene er ofte så store at det legges inn kjølerør for å ta ut varmen fra betongens herdeprosess. Ved avsluttet støping og herding kan det være aktuelt å injisere de vertikale fugene mellom seksjonene for å få et jevnest mulig forløp av krefter i alle dammens deler.

I dammer der en forventer at det kan oppstå lekkasje i støpeskjøter legges det inn fugebånd enten av et plaststoff eller av kobber.

Avgjørende for dammens sikkerhet er følgende forhold:

• Hvelvets bæreevne sett ut fra de spenninger som opptrer og de materialegenskaper som er innebygget i konstruksjonen

• Fjellfundamentets evne til å bære de påførte krefter uten deformasjoner

• At fjellet er tett slik at grunnvannstrykket ikke stiger i området nedstrøms dammen og at det av den grunn utløses ras

Nedenfor har vi listet opp de vanligste former for skade observert på buedammer. For hver enkelt type skade er det gjort en evaluering av betydning for dammens sikkerhet denne skaden kan antas å ha. Skade kan være oppstått som følge av en type skade eller som en sum av flere skadetyper. Det vil være av betydning for vurderingen av skaden at skademekanismen, henholdsvis skadeårsaken er kjent. I gjennomgangen på neste side er skademekanisme benyttet som inngangsparameter.

Følgende skademekanismer er behandlet:

• Lekkasje og stabilitet av fundament og vederlag

• Fundamenterosjon

• Armeringskorrosjon

• Alkalireaksjoner

• Frostskader

• Sprekker og riss

• Overbelastning

3.2 Lekkasje og stabilitet av fundament og vederlag

Lekkasje i dammens fundament eller vederlag er først og fremst en indikasjon på at det kan være større poretrykk i fjellet enn ønskelig. Desto lenger unna dammen det observeres lekkasje og desto kraftigere denne er desto større sikkerhetsrisiko representerer poretrykket.

I fundamentet kan høyt poretrykk bevirke at områder nedstrøms dammen løfter seg og forstyrrer dammens feste i fjellet. Dersom dammen er konstruert slik at den er avhengig av dette opplegget kan dette føre til sammenbrudd av hvelvet. Mange dammer kan imidlertid tåle at deler av opplegget i dammens underside svikter uten å bryte sammen.

I vederlagssonen vil høyt poretrykk kunne forårsake ras og svikt i vederlagets evne til å bære reaksjonskreftene fra hvelvet. Bortfall av bæreevne i vederlaget er en svært alvorlig sikkerhetsrisiko.

Det kan være svært vanskelig å se på overflaten om det er farlig høyt poretrykk i fjellet nedstrøms en dam. Der geologien er slik at det kan være fare for høyt poretrykk i områder nedstrøms dammen bør det foretas kontinuerlige poretrykksmålinger.

3.3 Fundamenterosjon

Fundamenterosjon oppstår først og fremst på dammer med flomløp over damkronen og erosjon oppstår i området hvor flomvannet treffer fjellet. Dersom store vannmengder passerer over et flomløp over lengre tid og fjellet i nedslagsområdet er dårlig, vil det danne seg en grop. Denne vil med tiden kunne bli dypere og vil stabilisere seg først når flomvannet styrter ned i et basseng med dybde på opptil 40 % av fallhøyden. Erosjon av en slik grop vil for mange dammer føre til alvorlig svikt i fundamentet og være en alvorlig trussel mot sikkerheten.

På godt fjell vil ikke prosessen gi merkbar erosjon i løpet av dammens levetid men soner med oppsprukket fjell vil raskt kunne eroderes vekk.

Noen dammer har overløp i siden med flomvannet rennende ned langs dammens vederlag. I slike tilfeller kan det i partier med dårlig fjell oppstå erosjon som kan føre til ras og reduksjon i vederlagets bæreevne.

3.4 Armeringskorrosjon

Tynne armerte hvelvdammer utsettes for belastninger som resulterer i strekkspenninger i hvelvet. Hvelvet armeres for å oppta disse spenninger uten at det skal dannes riss større enn det som ansees som maksimalt tillatt rissvidde. I mange tilfeller vil dammen bære også uten armering, men da med en stor grad av opprissing. Ved registrering av armeringskorrosjon i et hvelv må det regnes med at armeringen er bærende inntil noe annet er bevist gjennom en kontrollberegning.

Massive hvelvdammer konstrueres uten armering, eventuelt med en overflatearmering for å fordele eventuelle riss. Armeringskorrosjon på slike dammer er ikke av sikkerhetsmessig betydning.

3.5 Alkalireaksjoner

Alkalireaksjoner i et hvelv kan gi en volumutvidelse av betongen som vises ved at hvelvet deformeres og får en utbøyning i oppstrøms retning. Denne utbøyningen vil være permanent og komme i tillegg til den variasjon som er forårsaket av vannlasten og temperaturen. Det vil også kunne observeres en svak heving av damkronen.

Alkalireaksjoner vil gi opprissing som i sin tur gir mulighet for armeringskorrosjon. En konstruksjon som skades av riss forårsaket av alkalireaksjoner vil lett få skadene forsterket av frost. Alkalireaksjonene vil ikke svekke betongens trykkstyrke, men konstruksjonen svekkes med opprissing og oppsprekking av betongen. Denne prosessen er synlig og skadene blir å vurdere i forhold til de riss og sprekker som observeres. Betongsvellingen vil gi tilleggsspenninger der utvidelsene ikke kan foregå uhindret. For et hvelv vil disse tilleggsspenningene komme i tillegg til de andre spenningene i hvelvet. Ved deformasjoner av betydning må det foretas en beregningsmessig gjennomgang av hvelvet for å se at det ikke oppstår spenninger over det tillatte.

3.6 Frostskader

Frostskader påvirker et hvelv på samme måte som en hvilken som helst betongkonstruksjon.

Frostskadet betong er først og fremst en indikasjon på at betongen i konstruksjonen ikke har den nødvendige kvalitet. For eldre konstruksjoner kan dette gjelde hele konstruksjonen mens det for nyere konstruksjoner kan det være tegn på at enkeltblandinger har hatt for lav kvalitet.

Frostskader opptrer først i overflaten på steder utsatt for fryse/tine påkjenninger i fuktig tilstand. Dette er for hvelv ofte på dammens krone og i skvalpesonen.

3.7 Sprekker og riss

Riss vil i første rekke utgjøre en fare for korrosjonsangrep på armeringen samt også å være et angrepspunkt for frost skader. Riss som er under 0,3 mm vide er normalt ufarlige for konstruksjonen når det gjelder armeringskorrosjon.

Riss som utvikler seg til sprekker blir et angrepspunkt for korrosjon slik at alle sprekker som krysser hovedarmering på områder hvor denne er utnyttet må kontrolleres grundig.

3.8 Overbelastning

Overbelastning vil for buedammer først og fremst vise seg som en større deformasjon enn ventet eventuelt kombinert med utvikling av synlige riss. Overbelastning som fører til høyere betongspenninger og eventuell knusing i betongen antas å ville være lokal og opptre i forbindelse med uregelmessig geometri langs hvelvets rand. Normalt vil et hvelv ha en betydelig overkapasitet mot trykkbrudd i betongen. Eventuelle skjevheter i hvelv eller skjevbelastninger kan i uheldige tilfeller gi opphav til ustabilitet og utknekking.

Overbelastning mot vederlag og fundament som fører til at opplegget svikter er en meget alvorlig hendelse, men antas å være lite sannsynlig.

Dersom det ved en inspeksjon skulle observeres tegn som tyder på at konstruksjonen er eller har vært overbelastet må det omgående foretas en nærmere undersøkelse og eventuelt en ny beregning av hvelvet for å kontrollere hva som kan være årsak til de symptomer som er observert. En overbelastning av en buedam skal betraktes som en alvorlig hendelse.

4 Platedammer

• Generelt

• Lekkasje

• Fundamenterosjon

• Armeringskorrosjon

• Alkalireaksjoner

• Frostskader

• Sprekker og riss

• Overbelastning

4.1 Generelt

Denne damtypen er stabiliseres i hovedsak av vanntrykket mot den skrå damplaten. Vanntrykkets vertikale komponent gir dammen den nødvendige veltestabilitet og den nødvendige tyngde for å motstå glidning. En platedam virker derfor på samme måte som en massiv gravitasjonsdam med den forskjell at egenvekten er erstattet med vekt av vann mot platens skrå oppstrøms side, samtidig som den hule konstruksjonen gjør at oppdriften mot selve dammen nærmest er bortfalt. Det kan imidlertid fortsatt være oppdrift på sprekker i fjellfundamentet.

Mellom pilarene er det en damplate som er utført som en tynn, armert betongkonstruksjon. Platen kan enten være utført med skjøter over hver pilar og vil da virke som en fritt opplagret konstruksjon, eller den kan være utført med skjøter i feltet i platens momentnullpunkt og virker da som en kontinuerlig plate. Platen kan være armert sammen med pilaren, men den vanligste utførelsen er med glidefuge mellom pilar og plate. Dette hindrer at det under støpingen utvikles setningsriss i platen i området mot pilaren.

Mellom de enkelte platefelt er det anordnet svinn og ekspansjonsfuger. Disse er utstyrt med fugebånd enten av plast eller kobber, fugeinnlegg av impregnert trefiberplate eller en asfaltmasse og til slutt er fugen forseglet med fugemasse.

Kreftene i pilarene er normalt små slik at disse vanligvis inneholder lite armering. Noen dammer er utformet, og pilarene dimensjonert slik at om et platefelt skades og bryter sammen og vannet strømmer ut mellom to pilarer, så skal ikke pilarene knekke ut av vanntrykket. Dette øker armeringsbehovet og gjør enkelte tverravstivninger nødvendig.

Platedammer utføres ofte med en isolasjonsvegg av betong på nedstrøms side. Denne veggen er ofte utført av betongelementer støpt på stedet. Isolasjonsveggen vil ikke redusere temperaturen på damplatens luftside med mer enn ca. 5-10°C og i en del tilfeller har en funnet at kostnaden ikke motsvarer effekten. Isolasjonsveggen vil imidlertid gi dammen et mer massivt utseende og eventuelle lekkasjer i damplaten vil heller ikke være synlige.

Avgjørende for stabiliteten og den generelle bæreevne for en platedam er:

• Pilarene med fundament tåler de krefter de utsettes for

• Pilarene dimensjoneres slik at de ikke velter eller glir

• Platefeltene tåler de krefter de utsettes for

• Fundamentet er stabilt og det bygges ikke opp poretrykk i fundamentet som kan forstyrre denne stabiliteten

Nedenfor vil de vanligste former for skade observert på platedammer være listet. For hver enkelt type skade er det gjort en evaluering av betydning for dammens sikkerhet denne skaden kan antas å ha. Skade kan være oppstått som følge av en type skade eller som en sum av flere skadetyper. Det vil være av betydning for vurderingen av skaden at skademekanismen, henholdsvis skadeårsaken er kjent. I gjennomgangen nedenfor er skademekanisme benyttet som inngangsparameter.

Følgende skademekanismer er behandlet:

• Lekkasje og stabilitet av fundament og vederlag

• Fundamenterosjon

• Armeringskorrosjon

• Alkalireaksjoner

• Frostskader

• Sprekker og riss

• Overbelastning

4.2 Lekkasje

Lekkasje kan forekomme enten i selve damkroppen, gjennom sprekker og riss eller i dammens fundament. Normalt vil en lekkasje ikke ha noe betydning for en betongdams sikkerhet. Det vil i praksis ikke kunne oppstå så stor eller kraftig lekkasje at det fører til erosjon hverken i betongen eller i fundamentet så lenge dette består av rimelig godt fjell. Det er som indikasjon på at det kan være poretrykk i fundamentet at lekkasjen er av sikkerhetsmessig interesse. Med stort poretrykk i fundamentet vil konstruksjonen få større oppdrift enn forutsatt og dermed ha en mindre sikkerhet.

Generelt er det regnet med at poretrykket er meget begrenset og bare gjør seg gjeldende under selve bunnen av frontplaten. Det er bare i spesielle tilfeller at det regnes med poretrykk i et større område i fundamentet. Indikasjon på at det kan være poretrykk i fundamentet under dammen er at det kommer vann ut av fjellet godt nedstrøms luftsiden av platen eller også nedstrøms pilarene.

4.3 Fundamenterosjon

Fundamenterosjon oppstår først og fremst på dammer med flomløp over damkronen og erosjon oppstår i området hvor flomvannet treffer fjellet. Dersom store vannmengder passerer over et flomløp i lengre tid og fjellet i nedslagsområdet er dårlig, vil det kunne oppstå erosjonsskader. Spesielt i området ved bakkant av pilarene vil erosjon være farlig for sikkerheten. Det er ved norske platedammer regnet med at fjellet er godt og at vannmengdene i overløp er små slik at det ikke vil oppstå erosjonsskader av betydning i dammens levetid. Ved dårlig fjell og mye vann i overløpet er likevektstilstanden dannelse av en grop i fjellet som først er stabil når dybden er ca. 40 % av fallet. Dette er en likevektstilstand som ikke kan aksepteres og et hvert tegn på erosjon nedstrøms en platedam i området ved bakkant pilar må repareres før den får utvikle seg.

Noen dammer har overløp i siden med flomvannet rennende ned langs dammen. I slike tilfeller kan det i partier med dårlig fjell oppstå erosjon også av vannet som renner langs dammen.

4.4 Armeringskorrosjon

Armeringskorrosjon vil ha stor betydning for en platedam. Spesielt er platen følsom for svekkelser i armeringen. Dammen er helt avhengig av at den armerte betongplaten som danner selve vanntetningen og som bærer vanntrykket mellom pilarene er uskadet. Pilarene er i mindre grad avhengig av armering, men også i disse vil det være partier som krever at armeringen er relativt uskadet for at sikkerheten skal være ivaretatt.

Dersom armeringskorrosjon registreres på en dam vil følgende områder være de mest belastede, og de det er viktigst er uskadet:

• I platefelt på luftsiden, horisontalarmering

• Over opplegg på vannsiden, horisontalarmering

• Ved plateskjøter, horisontalarmering og eventuelle bøyler

• Nederste 0-4 m på platen, vertikalarmering luftside

• På lave deler av dammen hvor det er brukt bolter, vertikalarmering langs platens kant mot fjell

4.5 Alkalireaksjoner

Alkalireaksjoner i platedammer fører til oppsprekking av betongen og ekspansjon som klemmer og skader dilatasjonsfuger. Allerede i en tidlig fase kan det oppstå trykkspenninger i dammens lengderetning når ekspansjonen hindres av innspenning i dammens ender. Dette kan medføre at fuger utsettes for store horisontale trykkspenninger med knusninger og avskalling i kantsonen. I denne prosessen kan også lukeåpninger bli presset sammen og luker kiler seg fast.

Spenninger i dammens lengderetning gir i første fase ingen ugunstige tilleggsspenninger i damplaten. Det kan imidlertid utvikle seg så store lokale trykkrefter ved fugene at en avskalling vil gi svekkelse og økt fare for korrosjonsangrep i dette området. Dersom dammen er lang og det er vinkelendringer i aksen vil det kunne oppstå skadelige forskyvninger ved vinkelpunktet. Dette kan medføre at riss åpner seg og at det oppstår uønskede deformasjoner og krefter mellom plate og pilarer.

4.6 Frostskader

Frostskader gjør seg gjeldende på to måter: enten ved at vann fryser i betongens porestruktur som så fører til at betongen går i oppløsning, eller at vann i sprekker og riss fryser, en prosess som stadig utvider rissene.

Begge typer frostskader starter som overflatefenomen og vil først kunne føre til armeringskorrosjon ved at dekningssjiktet med betong over armeringen skades. Skadene som utvikler seg kan for eldre konstruksjoner være et tegn på at det er benyttet betong med for høyt masseforhold og uten tilsetning av luftinnførende stoffer. Skadene vil da kunne komme på alle utsatte steder av konstruksjonen. For nye konstruksjoner støpt med betong med lavt masseforhold og bruk av luftinnførende stoffer, vil frostskade normalt opptre på betong hvor det har vært en feil i blandingsforholdet. Skadene vil i slike tilfeller være begrenset til områder med dårlig betong.

Frostskader vil kunne føre til armeringskorrosjon når overdekningen smuldrer opp. Redusert overdekning og svekket betong i overdekningssjiktet kan også føre til redusert heft mellom betong og armering. Reduseres betongens fasthet i armeringssonen kan dette føre til brudd.

4.7 Sprekker og riss

Riss vil i første rekke utgjøre en fare for korrosjonsangrep på armeringen og kan være et angrepspunkt for frostskader. Riss som er under 0,3 mm vide er normalt ufarlige for konstruksjonen når det gjelder armeringskorrosjon.

Riss som utvikler seg til sprekker blir et angrepspunkt for korrosjon slik at alle sprekker som krysser hovedarmering på områder hvor denne er utnyttet skal kontrolleres grundig.

Sprekker og riss kan også være et tegn på at konstruksjonen har vært overbelastet.

4.8 Overbelastning

Overbelastning vil for platedammer først og fremst vise seg som en større deformasjon enn ventet eventuelt kombinert med utvikling av synlige riss.

Dersom det ved en inspeksjon skulle observeres tegn som tyder på at konstruksjonen er eller har vært overbelastet må det omgående foretas en nærmere undersøkelse og eventuelt en ny beregning av dammen for å kontrollere hva som kan være årsak til de symptomer som er observert. En overbelastning av en platedam skal betraktes som en alvorlig hendelse.

5 Skadekatalog

Denne fremstillingen av skadetyper og årsaker er kortfattet og enkel. Det henvises generelt til faglitteraturen når det gjelder mer detaljert beskrivelse.

Matrisen er sakset fra [10] «Tilstandsanalyse av Betongkonstruksjoner», og gir grunnlag for definisjoner og terminologi.

5.1 Kort beskrivelse av skadeårsaker

Nedenfor gis en kort beskrivelse av hver skadeårsak som er nevnt i den horisontale, øverste linje i matrisen. For hver årsak nevnes de symptomer som kan opptre, ifølge punktene i matrisen.

Felles for en rekke skader er at de er knyttet til inntrengning av fukt og til nedbrytning av sementlimet i betongen ved forskjellige kjemiske reaksjoner. En generell nøkkel til å oppnå bestandig betong ligger i høy tetthet/lav permeabilitet på betongen. Dette oppnås generelt ved å sørge for tilstrekkelig lavt masseforhold, vann/sementtall, i betongen, og en god herdeperiode hvor uttørking hindres. Dette har igjen øket trykkfasthet som bieffekt. For å motvirke visse typer angrep er det også viktig å sørge for et visst minimumsinnhold av sement, og for riktig type sement.

Ved reparasjoner av skadet betong er det viktig å ha årsaker klart for seg, slik at de rette forholdsregler kan tas når det gjelder sementvalg, betongsammensetning og etterbehandling.

5.1.1 Uttørkingssvinn

Uttørkingssvinn viser seg ved:

• Tilfeldige sprekker

• Krakelering

Under og etter herdningen vil overskudd av porevann fordampe når forholdene ligger til rette for det. Uttørkingen fører til volumreduksjon, svinn, i sementlimet, og det oppstår strekkrefter. Betongen kan/ vil risse opp, spesielt hvis svinn oppstår før betongen har nådd tilstrekkelig fasthet, og hvis deler av konstruksjonen er forhindret fra å bevege seg.

Uttørret betong vil svelle hvis den igjen blir våt/fuktig. Betong som er konstant fuktig vil ikke ha uttørkingssvinn.

Det kan være vanskelig å skille mellom riss fra uttørkingssvinn og fra temperaturkrefter.

5.1.2 Plastisk svinn

Plastisk svinn kan vise seg som:

• Riss langs armering

• Tilfeldige riss

• Krakelering

I motsetning til uttørkingssvinn foregår plastisk svinn i den ferske betongen. Det skjer ved betong som er så seig og tett at vann som fordamper fra overflaten ikke erstattes av vann som trekkes opp fra underliggende betong. Resultatet er at den ferske betongen sprekker i overflaten. Problemet er særlig uttalt ved silikabetong, og er en av grunnene til at slik betong må beskyttes særskilt mot uttørring i fersk tilstand.

5.1.3 Plastisk setning

Plastisk setning viser seg gjerne ved riss langs armering, som følge av at betongen setter seg og blir hengende på armeringen. Årsak kan være manglende kompaktering i kombinasjon med feil konsistens på betongen. Slike setninger kan skape lekkasjeveier langs armering eller innstøpt gods.

5.1.4 Armeringskorrosjon

Tegn på at korrosjon foregår eller kan foregå er:

• Direkte blottlagt armering

• Avskalling - spesielt langs armeringsjern

• Bom

• Delaminering

• Riss med utfelling

• Rustutfelling på overflaten

Humusholdig vann vil også farge betongen brun. Fargen vil imidlertid ligge jevnt på alle flater som jevnlig settes under vann, mens rustutfelling opptrer på avgrensede områder.

Korrosjonsproduktet rust har ca. 10 ganger større volum enn stålet. Når rusten utvikler seg oppstår derfor et indre trykk som fører til oppsprekking i eller avskalling av betongen som omgir armeringen.

Fersk betong virker som rustbeskytter fordi sementlimet er sterkt basisk (alkalisk), med pH-verdi ca 12,5. Det dannes et beskyttende/passiverende sjikt på stålets overflate. Uavhengige forutsetninger for at stålet skal begynne å ruste er:

• Betongen mister sin rustbeskyttende evne. (Se karbonatisering, nedenfor) Hvis det er passende tilgang på fukt og oksygen, vil korrosjon starte over de områder der rustbeskyttelsen er tapt

• Tilgang på klorider. (Se klorider nedenfor) Klorider som trenger inn til stålet vil bryte igjennom det passiverende sjikt og korrosjon kan starte dersom det er tilgang på fukt og oksygen

Vesentlig for å hindre korrosjon er:

• Tett betong

• Tilstrekkelig overdekning til armeringen

Det er den ferske betongens innhold av kalsiumhydroksyd (Ca(OH)2), som gir rustbeskyttelse gjennom den høye pH-verdien. Rustbeskyttelsen går tapt hvis pH synker under 10. Dette kan skje ved en prosess som kalles karbonatisering. Det er en kjemisk reaksjon mellom luftens karbondioksyd (CO2) og betongens kalsiumhydroksyd som resulterer i at det dannes kalsiumkarbonat (CaCO3 ). Innholdet av kalsiumhydroksyd synker, og pH reduseres til ca 9. Prosessen starter ved overflaten og vil etter en tid nå inn til armeringen. Dersom det er tilstrekkelig fuktighet og tilgang på oksygen, vil armeringen korrodere. Korrosjon som stammer fra karbonatisering vil ofte skje over større områder og resultere i riss langs armering og avskalling av betong.

Når kloridinnholdet i betongen blir for høyt, vil stålets passiverende film ødelegges og stålet begynner å ruste om det er fuktighet tilstede. Kloridnivået kan være for høyt som en følge av klorider innblandet i betongen,(akselleratorer, sjøvann) eller fordi salter trenger inn i den ferdige betongkonstruksjonen fra overflaten. Dette kan være sjøvann eller tinesalter. Faregrensen for klorider angis som Cl-ioner i prosent av sementvekt og det vil typisk kunne være en grense for kloridinnhold ved fra 0,4 % til 2,0 %, der verdier under 0,4 ikke vil resultere i skade mens verdier over 2,0 så godt som alltid vil gi skade.

Korrosjon startet av klorider kan ofte gi lokal groptæring som ikke følges av avskalling. Dette kan gi svekkelse av bæreevnen uten at det synes på overflaten.

Tiden det tar for karbonatiseringen eller kloridene å nå inn til armeringen, slik at korrosjon kan starte, kalles initieringsfasen. Det er om å gjøre at initieringsfasen blir så lang som mulig, alternativt at den blir så lang som forutsatt ved prosjekteringen, eksempelvis 60 år eller 100 år. Det som i størst grad påvirker lengden av initieringsfasen er:

• Tettheten av betongen

• Tykkelse på overdekning

• Miljø (tilgang på karbondioksyd og/eller klorider)

Betongens tetthet påvirkes mest av betongens masseforhold som bør være så lavt som praktisk mulig. Forholdene nevnt ovenfor ligger til grunn for kravene i standarder og forskrifter vedr. masseforhold og overdekning som følge av miljøklasse.

I praksis vil sprekker og riss som oppstår av forskjellige årsaker (plastisk svinn, uttørkingssvinn, temperatursprekker, bøyesprekker) kunne være en like viktig årsak til korrosjon som mangler ved betongkvaliteten.

Skader som oppstår ved armeringskorrosjon vil være en reduksjon av tverrsnittet på armeringen og dermed svekkelse av bæreevnen. Også armeringens samvirke med betongen vil svekkes gjennom avskalling av betongen i overdekningssjiktet. Denne siste skadetypen kan være vel så alvorlig for bæreevnen som en reduksjon i armeringstverrsnittet. Manglende innfesting av armeringen kan gi sprøbrudd (plutselig sammenbrudd) og ved inspeksjon av konstruksjoner med armeringskorrosjon må faren for heftbrudd undersøkes meget nøye. Selv uten korrosjon på armeringen vil armering som ligger med liten eller ingen overdekning ha mindre heft (dårligere innfesting i betongen enn forutsatt) og konstruksjonens bæreevne vil være svekket.

Ved god betong vil det ved de normale miljøpåkjenninger som norske dammer utsettes for være lite armeringskorrosjon. Der det likevel observeres korrosjon er dette som oftest forbundet med svært dårlig betong og/eller feilaktig liten overdekning.

5.1.5 Frostsprengning

Frostsprengning kan vise seg ved:

• Avskallinger

• Oppsmuldring/forvitring

• Tilfeldige sprekker

• Krakelering

• Overflateslitasje/groper

Frostsprengning oppstår som følge av indre spenninger i betongen når porevannet fryser.

Vanlig frostsprengning kan først opptre som en krakelering for deretter i å kunne utvikle seg til forvitring og oppsmuldring. Krakelering oppstått under utførelsen kan være utgangspunkt for frostsprengning. Riss i et krakeleringsmønster som utsettes for frostsprengning vil utvides over tid.

Frostsprengning motvirkes av:

• Luftporer i betongen i riktig mengde og størrelse

• Tett betong - det vil si betong med lavt masseforhold/høy fasthet. For betong med meget høy fasthet/tetthet synes krav til luftinnhold å være mindre viktig

Bakenforliggende årsaker til frostsprengning er for dårlig betong, feil spesifisert, feil utført eller begge deler.

5.1.6 Frysing i fersk tilstand

Betong som fryser i fersk tilstand vil bli ødelagt. Islinser dannes i sementlimet, og fasthet vil ikke bli utviklet.

5.1.7 Alkalireaksjoner

Alkalireaksjoner viser seg som:

• Mørke, fuktige riss. eventuelt med utfelling av gelmasse

• Krakelering, eventuelt med utfelling av gelmasse

• Deformasjoner/ekspansjon

• Oppsmuldring

Alkalireaksjoner er reaksjoner mellom alkalier i sementen (betongen) og spesielle reaktive mineraler i tilslaget. Ved reaksjonen dannes et gel som gir volumutvidelse og indre spenninger i betongen. Dette fører til oppsprekking og senere nedbryting av betongen. Reaksjonen krever minst 80% fuktighet samt alkalier og reaktivt tilslag. Den går raskere på partier som varmes av solen.

En kombinasjon av krakelering, oppsprekking og utfelling av gel er det som normalt kjennetegner alkalireaksjoner. Reaktivt tilslag i Norge er av typer som reagerer forholdsvis langsomt, og krakeleringsmønster viser seg på overflaten lenge (10 - 20 år) etter at konstruksjonen ble støpt. Enkelte steder i utlandet har man imidlertid tilslag hvor reaksjonene viser seg raskt etter utstøping. Mønsteret viser seg først på områder av konstruksjonen som vender mot sør og som utsettes for soloppvarming. Langs rissene legger det seg gjerne en gelsubstans som tørker og gir et inntrykk av at betongen er fuktig. Gelutfelling er et typisk symptom på at riss og krakelering skyldes alkalireaksjoner og ikke andre ting.

For enkelte større konstruksjoner kan deformasjoner fra volumutvidelse være det første tegn på at en alkalireksjon finner sted. Dette vises ved at f.eks. svinnfuger klemmes sammen, eller ved at kronen på hvelvdammer deformeres permanent mot vannsiden.

For at reaksjonen skal komme igang kreves:

• Tilstrekkelig mengde alkalier

• Reaktivt tilslag

• Fuktighet i betongen på minst 80%

Når betongen først er støpt er det ikke noe å gjøre med hverken alkalier eller reaktivt tilslag, og for dammer er det også lite som kan gjøres med fuktigheten. Betong som står ubeskyttet utendørs får en fuktighet som gir reaksjoner, mens betong inne i oppvarmede rom normalt vil tørke ut slik at reaksjonene ikke kommer igang.

Alkalireaksjon er en skadetype som er under stadig utvikling i negativ retning når den først er kommet igang. Det vil derfor være riktig med en strengere bedømming av riss/krakelering fra alkalireaksjoner enn fra andre årsaker.

Hvor lenge reaksjonen pågår avhenger av forholdene. I enkelte tilfelle vil det etter en del år kunne påvises at reaksjonen er stoppet eller brent ut, men det er vanskelig å fastslå når dette skjer.

5.1.8 Utluting - kalkutfelling

Utluting/kalkutfelling viser seg som oppbygging av kalsiumkarbonat på luftsiden av en betongkonstruksjon med lekkasje.

Kalkfattig vann som lekker gjennom betong vil løse opp noe av kalken i bindemiddelet. Når dette vannet når nedstrøms side og kommer i kontakt med luft, reagerer den oppløste kalken med luftens CO2 og danner kalsiumkarbonat. Disse kalkutslagene kan med årene bli relativt omfattende og dekke store deler av nedstrøms flate. Dersom det i rissene finnes armering eller annet jern som ruster, farges ofte utslaget brunt. For betong med masseforhold under 0,6, vil dette ikke medføre en merkbar svekkelse av konstruksjonen. For eldre betongkonstruksjoner produsert med masseforhold vesentlig over 0,6 kan betongen være så porøs at utvaskingen skjer i et slikt omfang at det kan gå ut over materialegenskapene. I såfall bør tiltak vurderes for å tette/minske lekkasjen. Ved store lekkasjer kan det foregå en utvasking fra kalk av betongen uten at det avsettes noe på betongens nedstrøms flate, fordi vannet passerer så raskt at det ikke får den nødvendige tid til å reagere med luftens CO2 på betongflaten.

5.1.9 Sulfatangrep

Sulfatangrep kan vise seg som opprissing/krakelering som senere går over til en oppsmuldring av betongen.

Sulfater (visse svovelforbindelser) reagerer med aluminater i sementen og danner stoffer som ekspanderer og sprenger betongen i stykker. Sulfater kan finnes i grunnvannet og i visse bergarter, for eksempel alunskifer. For moderate innhold av sulfater er det tilstrekkelig å bruke masseforhold lavere enn 0,5 og rikelig med sement, for sterkere angrep brukes sulfatresistent sement og masseforhold lavere enn 0,45.

5.1.10 Syreangrep

Syrer angriper og oppløser sementlimet, og viser seg ved oppsmuldring/forvitring av betongen. Syregraden måles ved pH-verdien. Angrep fra surt vann som forekommer i praksis, ned til pH 4,5 – 4,0, kan som regel forebygges ved bruk av lavt masseforhold og høyt sementinnhold. For sterkere syrer vil det være nødvendig å bruke særlige membraner som hindrer kontakt med betongen.

5.1.11 Saltangrep (tinesalter)

Angrep fra salter viser seg ved:

• Avskalling

• Groptæring

• Rustutfelling

Buk av tinesalter til å fjerne snø og is forsterker fryse/tineproblemet for betong, og kan føre til øket groptæring og avskalling i overflaten. Bruk av høykvalitetsbetong med lufttilsetning vil redusere problemet. Mer alvorlig er at saltene fremmer korrosjon av armeringen. Salting av broer eller andre armerte konstruksjoner bør derfor unngås.

5.1.12 Temperaturbelastning

Konstruksjoner som i løpet av levetiden blir utsatt for store temperaturvariasjoner, vil stadig utvide seg og trekke seg sammen. Dette kan føre til opprissing og sprekker. For massive konstruksjoner kan temperaturforskjellene mellom overflaten og det indre av betongen bli store, noe som kan føre til overflatesprekker.

5.1.13 Temperatur i herdnende betong

Virkning av temperaturkrefter i herdnende betong viser seg som:

• Gjennomgående sprekker

• Tilfeldige riss/sprekker

• Krakelering

Herdnende betong utvikler varme, og en masse som varmes opp vil utvide seg. Når betongen igjen avkjøles, vil den trekke seg sammen, og sprekker oppstår der sammentrekking hindres. Spesielt utsatt er massive, grove konstruksjoner slik som gravitasjonsdammer og grove pilarer. Temperaturforskjellen mellom betongoverflaten og det indre av betongen kan bli betydelig for slike konstruksjoner, noe som kan føre til sterke strekkspenninger og oppsprekking på overflaten. Sprekkene kan også bli gjennomgående der hvor konstruksjoner er hindret mot å trekke seg sammen – eksempler er støttemurer og pilarer støpt mot fjell eller fastholdt av andre konstruksjoner.

Man vil i praksis søke å minske varmeutviklingen på forskjellige måter – ved å spare på sementen, ved å bruke sement som utvikler lite varme, og ved kjølesystemer.

I praksis kan det være vanskelig å skille mellom sprekker fra temperaturbelastning og fra uttørkingssvinn. Begge typer sprekker skyldes at en sammentrekning blir hindret.

5.1.14 Kavitasjon

Dette er et fenomen som kan opptre i strømmende vann med høye hastigheter, 10-15 m/sek og mer. Under visse forhold kan det oppstå undertrykk/vakuum i vannstrømmen, og det dannes dampblærer. Disse blærene klapper så brått sammen når trykket igjen øker. Dette forårsaker sjokkbølger som i styrke kan sammenliknes med slag fra en hammer mot betongoverflaten. Det dannes kavitasjonsgroper i overflaten. Fenomenet kan opptre både i lukkede strømningstverrsnitt og ved fri strømning når det opptrer ujevnheter i overflaten som påvirker de lokale trykkforholdene i vannstrømmen. Eksempler er lukeføringer, brå tverrsnittsendringer ved lukeutløp, markerte sprang/overganger/ujevnheter i konstruksjonen. I verste fall kan kavitasjon føre til meget omfattende erosjonsskader.

Større hastighet medfører at fenomenet opptrer ved stadig mindre ujevnheter. Det skadde parti ligger like nedstrøms den ujevnhet som var årsak til skaden. Skader som skylles kavitasjon kan utvikle seg svært hurtig og en skade vil ofte gi ujevnheter som fører til ny og kraftigere skade.

En kavitasjonsskade viser seg som en frilegging av grove tilslagskorn i det mørtelmassen tæres bort. Langt kommet skade vil utgjøre groper i konstruksjonen og i alvorlige tilfeller kan store deler av konstruksjonen tæres bort i løpet av bare en flomsesong. I en tidlig fase av en kavitasjonsskade vil den se ut som en slitasje konsentrert på en liten del av en flate like opptil den ujevnhet som er årsak til kavitasjonen. Den ujevnhet skaden representerer, vil så avhengig av tid bli årsak til en ny kavitasjonsskade like nedstrøms den første. Av dette vil det kunne observeres en serie skader etter hverandre.

5.1.15 Erosjon av rennende vann/partikler

Viser seg som generell slitasje, groper, utvasking av overflaten. Stammer fra den nedbrytende effekten av rennende/fallende vann generelt, forsterket av eventuelle sandpartikler i vannet.

5.1.16 Overbelastning/Underdimensjonering

Overbelastning viser seg ved:

• Unormale nedbøyninger/forskyvninger

• Sprekker – Bøyesprekker eller skjærsprekker

• Avskalling/knusning, på grunn av høy belastning nær opplegg

• Åpning/lukking med knusning av fuger

Slike skader kan skyldes:

• Feil beregningsforutsetninger,underdimensjonering

• Feil/uheldig armeringsføring

• Setninger

• Ekspansjoner i betongen – alkalireaksjoner

Forskyvninger omfatter utbøyninger, nedbøyninger og volumendringer som kan betraktes som permanente. Vanlige elastiske deformasjoner antas å være en normal del av en konstruksjons oppførsel og må ikke betraktes som et symptom på skade. Der forskyvninger måles så nøyaktig at vanlige elastiske forskyvninger blir registrert må disse på forhånd beregnes og inngå i måleprogrammet. Forskyvninger registreres gjennom målinger der det er etablert et måleprogram eller der forskyvningene er så store at de blir synlige for det blotte øye uten bruk av måleinstrumenter. Forskyvninger vil i stor grad bli registrert som en årsak til sprekker eller riss samt i noen tilfeller som knusing.

De volumendringer som oppstår i forbindelse med alkalireaksjoner kan påføre konstruksjonen, hovedkonstruksjonen eller eventuelle bikonstruksjoner store tilleggskrefter. Dette fordi det i de fleste tilfeller ikke er gitt konstruktivt rom for utvidelsene og når utvidelsen hindres oppstår tilleggsspenninger. Disse kan være betydelige og gi årsak til overbelastning, med forskyvninger og oppsprekking som resultat. Observeres slike forhold må hele konstruksjonen kontrolleres beregningsmessig. Dette kan trolig best gjøres i forbindelse med en revurdering.

Svikt i fundament på grunn av setninger er en skadetype som normalt bare forekommer ved fundament på løsmasser. Enkelte mindre dammer kan være fundamentert på løsmasse og da vil en setninger være en viktig indikasjon på forandringer i fundamentet og mulig skade. I sjeldne tilfeller kan også fjellfundamenter sette seg litt. I et fjellfundament kan en fundamentheving være en indikasjon på forhøyet grunnvannstrykk eller oppdrift. Dette kan være en situasjon som kan medføre en sikkerhetsrisiko.

Overbelastning kan gi varige deformasjoner av konstruksjonen. Overbelastning vil normalt kunne oppstå i forbindelse med ekstrem flom eller forhold som gir ekstremt istrykk. Dersom en konstruksjon er feil dimensjonert eller feil bygget kan overbelastning oppstå også ved normal belastning.

Overbelastning som følge av ekstrem flom kan forekomme på overløpskroner hvor damprofilet ikke er riktig tilpasset den aktuelle flomvannstand og hvor det danner seg undertrykk mellom dam og vannstråle. Det kan også, spesielt for små dammer, bli betydelige ekstralaster på grunn av høyere flomvannstand enn det dammen er dimensjonert for. I slike tilfeller vil både horisontallasten og oppdriften være påvirket. Spesielt kan dammens sikkerhet være i fare hvis det er ugunstige drenasjeforhold i dammen. Forhold som nevnt ovenfor kan resultere i at enkelte damseksjoner forskyves i forhold til andre.

Overbelastning som følge av istrykk oppstår på spesielle tidspunkt av året. Istrykk har normalt vært regnet til ca. 50-100 kN/m, men det er målt istrykk vesentlig høyere opp mot 300 kN/m. Utsettes en konstruksjon for en så stor overbelastning vil det kunne oppstå skade, eventuelt brudd. En liten forskyvning vil imidlertid medføre at istrykket overføres til andre deler av dammen eller direkte til omliggende terreng. Den totale forskyvning vil dermed kunne bli liten et enkelt år, men over flere år kan den bli merkbar. Har man indikasjoner på at slik forskyvning finner sted, bør det installeres målebolter for kontrollmålinger. Overbelastninger av denne type kan resultere i enten glidning eller rotasjon av dammen. Er overbelastningen rotasjon, kan den gå tilbake når trykket letter mens en glidning vil være en permanent deformasjon. En rotasjon vil åpne for større oppdrift og kan gjøre dammen ustabil.

5.1.17 Utstøpingsskader

Utstøpingsskader viser seg ved:

• Steinreir

• Støpeskjøter hvor lagene ikke er arbeidet sammen

• Grater

• Formavvik p.g.a. deformasjon i forskalingen

Skadene skyldes ofte:

• Mangelfull bearbeiding av betongen

• Overdreven bearbeiding, med separasjon og vannutskillelse som resultat

• Betongen faller fra for stor høyde og separerer

• Feil betongkonsistens

• Feil ved forskalingen

5.2 Veiledning i tilstandsbedømmelse for visse skadetyper

Ved bedømmelsen av en observasjon tas det hensyn til:

• Utviklingen av skaden på lokalt nivå: Er den i en begynnende fase eller langt fremskredet.

• Utbredelsen av skaden i forhold til den bygningsdel den opptrer på:

• Er skaden svært lokal eller dekker den et større område på bygningsdelen

• Årsaken til skaden: Er det en normal aldringsprosess eller foreteelse, eller skyldes den en prosess som krever mer oppmerksomhet.

I prinsippet kan dette illustreres ved det generelle skjema:

2-3*

Liten utbredelse

2-3*

1-2*

*Skadens årsak kan gi bidrag til klassifiseringen

Nedenfor er gitt veiledende skjemaer for tilstandsbedømmelse for en del skadetyper.

• Tilstandsgrad for riss i mønster fordelt over betongoverflaten

• Enkeltriss

• Tilstandsgrad for krakelering

• Tilstandsgrad for lekkasje og utfelling av kalk og rust

• Tilstandsgrad for erosjon - slitasje

• Tilstandsgrad for kavitasjon

• Tilstandsgrad for armeringskorrosjon

• Tilstandsgrad for avskalling/bom

• Tilstandsgrad for forskyvninger

5.2.1 Tilstandsgrad for riss i mønster fordelt over betongoverflaten

3-2

2-1

1-0

5.2.2 Enkeltriss

3-2

2-1

1-0

5.2.3 Tilstandsgrad for krakelering

3-2

2-1

1-0

Krakelering som oppstår i anleggstiden og senere ikke øker i omfang, er normalt mindre farlige enn de som utvikler seg etter en tid.

5.2.4 Tilstandsgrad for lekkasje og utfelling av kalk og rust

Dersom det lekker i riss/sprekker eller støpeskjøter må risset også vurderes. En samlet vurdering av riss og lekkasje kan da bli strengere enn det tabellene viser enkeltvis.

5.2.5 Tilstandsgrad for erosjon - slitasje

5.2.6 Tilstandsgrad for kavitasjon

5.2.7 Tilstandsgrad for armeringskorrosjon

5.2.8 Tilstandsgrad for avskalling/bom

5.2.9 Tilstandsgrad for forskyvninger

For denne type symptom er det ikke mulig å definere tilstandsgrader. Når det er registrert at en konstruksjon utsettes for krefter som medfører varige forskyvninger, alternativt at det skjer deformasjoner i fundamentet, må det foretas en grundig gjennomgang av konstruksjonen for å påvise om de observerte forhold har betydning for dammens sikkerhet. Det kan ikke sies generelt at en liten deformasjon er mindre farlig enn en større deformasjon.

Dersom overbelastningen fører til riss eller sprekker i en armert bærende konstruksjon (plate i en platedam) angis tilstandsgrad for riss og sprekker som vist under avsnittet om riss og sprekker. Dersom overbelastningen fører til skjevheter i konstruksjonen, forskyvninger i fuger etc. må det gjøres en vurdering skaden slik det er beskrevet senere under vurdering av tiltaksgrad.

5.3 Skadetyper - Illustrasjoner

Forskjellige skadetyper er illustrert under sortert etter type skade:

• Avskalling / bom / delaminering

• Sprekker, riss og utfellinger

• Forvitring / erosjon

5.3.1 Avskalling / bom / delaminering

avskalling2.png

5.3.2 Sprekker, riss og utfellinger

5.3.3 Forvitring / erosjon