Savetovanje SAVR EMENI M MATER IJALI II P POSTUPCI S SANACIJE GR AEVINSK IH O OBJEK ATA
Beograd 26. novembar 2013.
Savetovanje:
SAVREMENI MATERIJALI I POSTUPCI SANACIJE GRAEVINSKIH OBJEKATA
Izdava Izdavai:
Udruženje inženjera gra!evinarstva, geotehnike, arhitekture i urbanista "Izgradnja" , Beograd, Beograd, Kneza Kneza Miloša 7a/II i Univerzitet u Beogradu, Gra!evinski fakultet, Beograd, Bulevar Bulevar kralja Aleksandra Aleksandra 73/I
Editori:
Prof. dr Mihailo Muravljov, dipl.inž.gra!. Prof. dr Boško Stevanovi", dipl.inž.gra!.
Tehni Tehnika priprema:
Stoja Todorovi" - Saška
Štampa: Šta mpa:
"ANAGRAM" d.o.o. – Zemun
Tiraž:
250 primeraka
SADRŽAJ Prof. dr Vlastimir Vlastimir Radonjanin, Radonjanin, dipl.inž.gra. Prof. dr Mirjana Malešev, dipl.inž.gra dipl.inž. gra. REPARATURNI MALTERI - PRIMENA U OKVIRU SANACIONIH RADOVA Stru!ni rad ..................................................................... ................................................................................................ ...........................
1
Prof. dr Dragica Jevti$, dipl.inž.tehn. SPECIJALNI BETONI I MALTERI I NJIHOVA PRIMENA U SANACIJAMA Nau!ni rad ..................................................................... ................................................................................................ ...........................
19
Prof. dr Mihailo Muravljov, dipl.inž.gra. PRAKTI PRAKTINA PRIMENA KARBONSKIH TRAKA I TKANINA ZA SANACIJU I OJA OJAANJE KONSTRUKCIJA Stru!ni rad ..................................................................... ................................................................................................ ...........................
31
Mihailo Petrovi$, dipl.inž.gra. INJEKCIONE MASE I POSTUPCI INJEKTIRANJA KONSTRUKCIJSKIH ELEMENATA Stru!ni rad ..................................................................... ................................................................................................ ...........................
55
Doc. Dušan Ignjatovi$, dipl.inž.arh. Doc. mr Nataša &ukovi$ Ignjatovi$, dipl.inž.arh. PRIMENA TERMOVIZIJSKOG SNIMANJA U PROCENI ENERGETSKE EFIKASNOSTI ZGRADA Pregledni Pregledni rad .................................................................. ............................................................................................. ...........................
63
Prof. dr Aleksandra Krsti$-Furundži $, dipl.inž.arh., Tatjana Kosti$, dipl.inž.arh., mr Marija Gruji$, dipl.inž.arh. ENERGETSKI ASPEKT OBNOVE PREFABRIKOVANIH STAMBENIH OBJEKATA U BEOGRADU Nau!ni rad ..................................................................... ................................................................................................ ...........................
81
Dr Nada Deni$, dipl.inž.tehn., prof. dr Dragica Dragica Jevti$, dipl.inž.tehn. POSTUPCI ZA SANACIJU VLAGE U ZIDOVIMA Pregledni Pregledni rad .................................................................. ............................................................................................. ...........................
97
Dijana Mi!ev, dipl.inž.arh. PROBLEMATIKA SANACIJE KROVOVA Pregledni Pregledni rad .................................................................. ............................................................................................. ...........................
111
Prof. dr Radenko Pejovi$, dipl.inž.gra#. PRIMERI SANACIJE BETONSKIH MOSTOVA Struni rad ................................................................................................
125
Drago Ostoji$, dipl.inž.gra#. POBOLJŠANJE SEIZMI%KE OTPORNOSTI OBJEKATA Struni rad ................................................................................................
145
Prof. dr Boško Stevanovi$, dipl.inž.gra#. NEKI SPECIFI%NI PRIMERI SANACIJE OBJEKATA Struni rad ................................................................................................
155
PREDGOVOR Sanacija objekata podrazumeva veoma opsežne radnje koje za rezultat uvek imaju sanirani objekat , pri emu se intervencije ove vrste naješ$e izvode na objektima koji $e nakon sanacije i dalje ostati u istoj funkciji; me#utim, sanacione intervencije se ponekad vrše i iz razloga prenamene postoje$ih objekata. Tokom svog eksploatacionog veka praktino svi gra#evinski objekti su, u manjoj ili ve$oj meri, izloženi nepovoljnim uticajima, pri emu to u velikom broju sluajeva dovodi do njihove degradacije u smislu funkcionalnosti i nosivosti. U takvim situacijama se neizbežno mora i$i na razliite sanacione radove, koji vrlo esto podrazumevaju vrlo složene zahvate, a koji se, osim sa tehniko-tehnološkog aspekta, uvek moraju razmatrati i sa aspekta ekonominosti i trajnosti rešenja. Uzroci koji dovode do potrebe za sanacionim intervencijama mogu biti razliite prirode, poevši od grešaka koje se mogu javiti pri projektovanju i izvo#enju objekata, preko neadekvatne eksploatacije i održavanja, pa do razliitih ošte$enja usled atmosferskih i incidentnih dejstava. Izrada projekta sanacije, kao i samo izvo#enje sanacionih intervencija, zahteva vrlo solidno poznavanje ve$eg broja konstrukcijskih disciplina (opšta teorija konstrukcija, armirnobetonske, prednapregnute, eline, drvene konstrukcije i dr.), ali i visok stepen znanja iz oblasti gra#evinskih materijala i tehnologije gra#enja. U okviru projekta sanacije i njegove realizacije, naroito je važno pravilno koncipiranje i izvo#enje pojedinih konstrukcijskih i drugih detalja. Za razliku od prošlih vremena, kada je za izvo#enje sanacionih radova mogao da bude primenjivan samo relativno mali broj postupaka, a tako#e i vrlo skroman asortiman adekvatnih materijala, u savremenoj praksi graditeljima stoji na raspolaganju izuzetno širok izbor savremenih materijala, a tako#e i niz novih sanacionih tehnika koje su proistekle baš kao rezultat razvoja na podru ju materijala. Sa materijalima i postupcima o kojima je ovde re postoje ve$ vrlo pozitivna iskustva, a što se posebno odnosi na produženje eksploatacionog veka saniranih objekata, odnosno na period posle završetka sanacije u kome objekat ispunjava sve zahtevane performanse. U ovom Zborniku radova štampani su radovi izloženi na Savetovanju
SAVREMENI MATERIJALI I POSTUPCI SANACIJE GRA&EVINSKIH OBJEKATA, koje je organizovano sa ciljem da se doma$a struna javnost upozna sa nekim dometima ostvarenim na podru ju saniranja gra#evinskih objekata primenom savremenih materijala i sanacionih postupaka. Pored navedenog, Savetovanje $e svakako dati i odre#en doprinos razvoju u oblasti materijala i tehnika sanacije gra#evinskih objekata. Prof. dr Mihailo Muravljov, dipl.inž.gra#. Prof. dr Boško Stevanovi$, dipl.inž.gra#.
Prof. dr Vlastimir Radonjanin1 Prof. dr Mirjana Malešev2
STRU' NI RAD UDK:
REPARATURNI MALTERI - PRIMENA U OKVIRU SANACIONIH RADOVA REZIME Reparaturni malteri pripadaju grupi specijalnih materijala i sistema, namenjenih prvenstveno produženju trajnosti, odnosno eksploatacionog veka betonskih konstrukcija. Intenzivno su poeli da se razvijaju i primenjuju od sedamdesetih godina dvadesetog veka. U radu je data klasifikacija reparaturnih maltera, nabrojani su uslovi kvaliteta, opisane su tehnike ugra#ivanja i navedene su mogu$e oblasti primene. Ukratko su objašnjene odredbe Evropskog standarda EN 1504 (Proizvodi i sistemi za sanaciju i zaštitu betonskih konstrukcija), koje se odnose na reparaturne maltere.
Klju(ne re(i: reparaturni malteri, beton, armatura, ošte$enja, sanacija, primena
REPAIR MORTARS - APPLICATION IN REPAIR WORKS SUMMARY Repair mortars belong to the group of special materials and systems, primarily intended to increase durability and service life of concrete structures. Repair mortars have been developed and used intensively since the late 1970's. Classification of repair mortars, as well as quality requirements, methods of installation and possible areas of application, are presented in the paper. The provisions of the European Standard EN 1504 (Products and Systems for the protection and repair of concrete structures), relating to the repair mortar are briefly explained.
Key words: repair mortars, concrete, reinforcement, damage, repair, application
1
Fakultet tehnikih nauka, Departman za gra#evinarstvo i geodeziju, Trg Dositeja Obradovi'a 6, Novi Sad 2 Fakultet tehnikih nauka, Departman za gra#evinarstvo i geodeziju, Trg Dositeja Obradovi'a 6, Novi Sad
1
UVOD Betonske konstrukcije su u toku svog eksploatacionog veka izložene razliitim agresivnim i destruktivnim uticajima, koji naješ$e izazivaju razliita ošte$enja betona i armature. Opseg ošte$enja armiranobetonskih konstrukcija je veoma veliki, ali se generalno može podeliti u dve kategorije: − problemi narušene trajnosti armiranobetonskih konstrukcija i − razliite vrste konstrukcijskih ošte$enja. Ove dve kategorije ošte$enja se mogu lako preklopiti, tako da su mnoge konstrukcije pogrešno dijagnosticirane i sanirane. Takve greške mogu biti ja ko skupe i mogu dovesti do neprijatnih situacija, pa ak i do sudskih procesa. Zbog toga je apsolutno jasno da je uvek bolje prvo utvrditi uzrok (ili eš$e uzroke) ošte$enja nego se odmah upuštati u analizu i izbor materijala i tehnika sanacije. Iako je teško povu$i jasnu granicu izme#u razliitih postupaka i tehnika izvo#enja sanacije i zaštite betona, ovi specifini gra#evinski radovi mogu se, obzirom na uzroke nastalih ošte$enja, generalno podeliti u dve grupe: − sanacija ošte$enog ili dotrajalog betona i armature, što podrazumeva lokalne i površinske "popravke-intervencije" i preventivna zaštita betona, − konstrukcijska sanacija, koja se naješ$e vezuje za pojam pojaavanja konstrukcije usled ugrožene nosivosti i stabilnosti ili zato što se menja namena ili optere$enje objekta. Ova grupa sanacionih radova obuhvata i zamenu izrazito ošte$enih elemenata ili delova konstrukcijeili ak i promenu statikog sistema konstrukcije. Cilj konstrukcijskih sanacionih mera je obezbe#enje postoje$e ili novoprojektovane nosivosti i stabilnosti konstrukcije, dok se lokalnim i površinskim sanacionim merama produžava eksploatacioni vek objekta i obezbe#uje njegova funkcionalnost. Nekonstrukcijskim sanacionim radovima treba posvetiti dužnu pažnju, jer su jednostavniji i jeftiniji od konstrukcijskih sanacionih radova. Me#utim, ako se "lokalni" sanacioni radovi ne izvrše na vreme, usled progresivnog propadanja konstrukcije, u relativno kratkom vremenskom periodu, ukaza$e se potreba za ozbiljnim i skupim sanacionim zahvatima. Kompleksnost sanacije armiranobetonskih konstrukcija se, pored složenog procesa dijagnosticiranja uzroka nastalih ošte$enja, ogleda i u slede$im injenicama: − nepostojanje originalne tehnike dokumentacije (veoma esto u praksi), − dileme pri izboru odgovaraju$eg postupka pripreme betona i armature za sanaciju, − dileme pri izboru odgovaraju$eg reparaturnog materijala i postupka njegove ugradnje, − nedovoljno obueni radnici i nedostatak specijalizovane opreme za izvo#enje saanacionih radova, − ogranienja, koja prozilaze iz zahteva vlasnika objekta (bez buke, bez prašine, kratko vreme za sanaciju itd.). 2
Zbog navedenih injenica, mnoge sanacije su u praksi neuspešno izvedene, a investitori i vlasnici objekata su esto nezadovoljni performansama saniranih objekata. U prilog tome govori i analiza, ije je rezultate objavio "Con-Rep-Net" 2004 godine u Velikoj Britaniji: "razoaravaju$e je da samo 75% izvedenih sanacija preživi 5 godina, 25% preživi 10 godina, a svega 5% preživi 25 godina". To je bez sumnje jedan od osnovnih razloga za pripremu i donošenje novog Evropskog standarda EN 1504 "Proizvodi i sistemi za sanaciju i zaštitu betonskih konstrukcija". Ovaj standard, koji ima 10 delova, $e sigurno doprineti boljem razmevanju svih faza u procesu sanacije betonskih konstrukcija, kao i efikasnijem izvo#enju sanacionih radova i njihovoj kontroli.
REPARATURNI MALTERI Pod reparaturnim malterskim kompozicijama naješ$e se podrazumevaju materijali kojima se u postupku sanacije nadokna#uju, lokalno ili površinski, ošte$eni delovi betonskih ili zidanih konstrukcija. U nekim sluajevima reparaturne malterske kompozicije mogu se i preventivno primeniti u cilju zaštite, odnosno poboljšanja svojstava postoje$ih armiranobetonskih konstrukcija. Danas se pod pojmom reparaturnih maltera podrazumevaju kompozitni materijali sa razliitim vezivima, puniocima i hemijskim i mineralnim dodacima, a u zavisnosti od namene upotrebljavaju se i agregati sa zrnima krupnijim od 4mm. Mogu se primenjivati za: pove$anje prionljivosti; zalivanje ankera, popunjavanje šupljina u betonu i spojevima; injektiranje prslina i pukotina; lokalno "betoniranje" nadokna#ivanje nedostaju$eg dela elementa konstrukcije; površinsku reparaciju betona; antikorozionu zaštitu armature; antikorozionu zaštitu betona, obezbe#enje vodonepropustljivosti; obezbe#enje ravnosti podloge; itd. Oigledno je da reparaturni malteri, kao gra#evinski materijali posebne namene, imaju izuzetno široku oblast primene u sklopu nastojanja da se postoje$e betonske konstrukcije sauvaju od "propadanja", a ošte$ene konstrukcije "poprave". Reparaturni malteri moraju da zadovolje niz vrlo strogih zahteva, kako u pogledu kvaliteta samog materijala, tako i pogledu postupaka spravljanja i ugra#ivanja. U našoj tehnikoj regulativi ne postoje propisi i standardi u kojima su definisana potrebna svojstva reparaturnih maltera. Analizom iskustvenih podataka iz primene reparaturnih maltera i prikupljenih tehnikih podataka o fabriki proizvedenim reparaturnim malterima, sva zahtevana svojstva mogu se generalno podeliti u dve grupe: − osnovna (zajednika) svojstva i − posebna svojstva. Osnovna svojstva su karakteristina za sve vrste reparaturnih maltera. Ova svojstva reparaturnim malterima obezbe#uju njihovu primarnu funkciju, tj. popravljanje ošte$ene betonske konstrukcije. Ovom grupom svojstava reparaturni malteri moraju da obezbede: 3
dobru prionljivost za podlogu, zapreminsku stabilnost za vreme i posle ovrš$avanja (da nemaju ili da imaju vrlo malo skupljanje), − termiku kompatibilnost sa materijalom koji se sanira, − odgovaraju$u vrednost modula elastinosti, − lako pripremanje, ugra#ivanje i obradu, − jednaka ili ve$a mehanika svojstva od materijala koji se sanira, − visoku vrednost pH faktora i − što manju otvorenu poroznost, odnosno što manje upijanje vode. Pored osnovnih svojstava, od reparaturnih maltera se u nekim sluajevima može zahtevati ispunjenje i posebnih svojstava, ija je funkcija zaštita i pove$anje trajnosti postoje$ih betonskih konstrukcija. U grupu posebnih svojstava spadaju: − vodonepropustljivost, − otpornost na dejstvo mraza, − otpornost na agresivne uticaje (neorganske kiseline, baze, rastvori soli, organska jedinjenja i dr.), − otpornost na habanje, − propustljivost para i gasova, − postojanost na UV zraenje, − viskoznost i dr. − −
KLASIFIKACIJA REPARATURNIH MALTERA Reparaturni malteri mogu se generalno klasifikovati prema nameni, sastavu, veliini zrna punioca, stepenu pripremljenosti i postupku ugra#ivanja. Zbog ogranienog obima, u okviru ovog rada, autori su sa aspekta namene analizirali samo reparaturne maltere za lokalnu i površinsku sanaciju armiranobetonskih konstrukcija. Za ovu grupu reparaturnih maltera data je klasifikacija, uslovi kvaliteta i mogu$nosti primene na osnovu odredbi standarda EN 1504. Evropski standrd EN 1504 definisao je 4 klase reparaturnih maltera: R1, R2, R3, R4. Podela je izvršena prvenstveno na osnovu zahtevanih vrednosti vrsto$e pri pritisku i modula eleastinosti, mada su specificirani i uslovi kvaliteta u pogledu athezije za betonsku podlogu, kao i za pojedina svojstva trajnosti (Tabela 1). Kvalitetnija grupa reparaturnih maltera, kojoj pripadaju klase R4 i R3, koristi se za konstrukcijsku sanaciju, a reparaturni malteri klasa R2 i R1 za nekonstrukcijsku sanaciju. Ovakva podela je uvedena iz praktinih razloga, jer omogu$ava projektantima sanacije da izaberu odgovarajui reparaturni malter u zavisnosti od kvaliteta betonske podloge, uvažavaju$i osnovni princip sanacije "isto sa istim". Naime, poznato je da nekompatibilnost reparaturnog maltera i betonskog substrata ugrožava kvalitet sanirane betonske konstrukcije, a esto dovodi i do prevremenog otkaza na kontaktu izme#u sanacionog materijala i betonske podloge. 4
Tabela 1 - Uslovi kvaliteta konstrukcijskih i nekonstrukcijskih reparaturnih maltera na bazi cementa
Uslovi kvaliteta Zahtevano svojstvo
Metoda ispitivanja Konstrukcijski malteri Klasa R4 Klasa R3
'vrsto$a pri pritisku
EN 12190
≥ 45MPa
≥ 25MPa
Modul elastinosti Sadržaj hlor jona Napon prianjanja za podlogu
EN 13412 EN 1015-17
≥ 20GPa
≥ 15GPa
EN 1542
≥ 2MPa
Spreeno skupljanje / EN 12617-4 širenje Trajnost - otpornost EN 13295 na karbonizaciju Trajnost - termika kompatibilnost nakon EN 12617-4 zamrzavanja / odmrzavanja Kapilarno upijanje EN 13057
Nekonstrukc. malteri Klasa R2
Klasa R1
≥ 15MPa
≥ 10MPa
bez zahteva
) 0.05% ≥ 1.5MPa
≥ 0.8MPa
napon prianjanja nakon ispitivanja ≥ 2MPa ≥ 1.5MPa ≥ 0.8MPa bez zahteva dk ) kontrolnog betona
bez zahteva
napon prianjanja nakon 50 ciklusa ≥ 2MPa
≥ 1.5MPa
) 0.5kg/m2h0.5
≥ 0.8MPa viz. pregled
bez zahteva
Pre konanog izbora odgovaraju$e klase reparaturnog maltera, neophodno je da se uradi analiza betonske konstrukcije koju treba sanirati i to sa aspekta kvaliteta postoje$eg betona, intenziteta i vrste optere$enja, kao i klimatskih i eksploatacionih uslova. Pravilan izbor pojedinih klasa reparaturnih maltera može se ilustrovati slede$im primerima: − Reparaturni malter klase R4 treba izabrati kada se sanira konstrukcija od betona visoke vrsto$e, koja je izložena velikom optere$enju i/ili kada postoje posebni zahtevi u pogledu trajnosti, − Reparaturni malter klase R3 treba izabrati kada se sanira konstrukcija od betona normalne vrsto$e, koja je izložena standardnom optere$enju i/ili kada postoje posebni zahtevi u pogledu trajnosti, − Reparaturni malter klase R2 treba izabrati kada se sanira betonska konstrukcija, pri emu sanirana zona ne uestvuje u prenosu optere$enja, ali kada postoje odre#eni zahtevi u pogledu trajnosti, − Reparaturni malter klase R1 treba izabrati kada se sanira betonska konstrukcija, pri emu sanirana zona ne uestvuje u prenosu optere$enja i kada ne postoje nikakvi zahtevi u pogledu trajnosti.
5
OBLAST PRIMENE REPARATURNIH MALTERA Novi Evropski standard za sanaciju i zaštitu betonskih konstrukcija definisao je razliite principe i metode sanacije, radi spreavanja ili zaustavljanja hemijskih i fizikih procesa deterioracije betona i korozije armature. Predmetni principi sistematizovani su u dve grupe: − principi za sanaciju ošte$enja betona i − principi za sanaciju ošte$enja izazvanih korozijom armature. Mogu$a oblast primene reparaturnih maltera, kao i odgovaraju$i principi i metode sanacije, koji su definisani u standardu EN 1504, dati su u tabeli 2. Tabela 2 – Oblast primene reparaturnih maltera prema EN 1504 Oblast primene Reprofilacija reparacija betona Konstrukcijsko ojaanje Pove$anje otpornosti na fizike i mehanike uticaje Pove$anje otpornosti na hemijske uticaje Ouvanje ili ponovno uspostavljanje pasivnosti zaštitnog sloja armature
Oznaka principa Princip 3
Oznaka metode Metod 3.1 Metod 3.2 Metod 3.3
Opis metode Runo nanošenje maltera Ugradnja betona Nanošenje maltera ili betona tehnikom torkretiranja
Princip 4
Metod 4.4
Dodavanje maltera ili betona
Princip 5
Metod 5.3
Dodavanje maltera ili betona
Princip 6
Metod 6.3
Dodavanje maltera ili betona
Metod 7.1 Princip 7 Metod 7.2
Pove$anje zaštitnog sloja armature sa dodatnim slojem cementnog maltera ili betona Zamena kontaminiranog ili karbonizovanog betona
Za saniranje lokalnih ošte$enja betonskih elemenata dubine 1 - 5 cm koriste se reparaturni malteri koji sadrže punioc maksimalne veliine zrna do 4mm. Ova vrsta maltera mora da zadovolji sve nabrojane osnovne uslove kvaliteta (visoke mehanike karakteristike, termiku kompatibilnost sa podlogom, zapreminsku stabilnost itd.), što se postiže koriš$enjem kvalitetnih komponetnih materijala, dodataka i aditiva. Kao malteri za lokalne popravke ošte$enog betona, mogu se koristiti: − cementni malteri, − cementni malteri sa aditivima, − mineralno modifikovani cementni malteri, − polimerima modifikovani cementni malteri i − polimerni (epoksidni) malteri. Sve pomenute vrste maltera nude se zadnjih godina u varijanti mikroarmiranih maltera, ime se smanjuje skupljanje, pove$ava vrsto$a na zatezanje, pove$ava 6
duktilnost, itd. Nabrojani reparaturni malteri mogu biti fabriki proizvedeni, ili se mogu spravljati na mestu ugra#ivanja. Naješ$e su plastine konzistencije. Praksa je pokazala da se za saniranje predmetnih ošte$enja naješ$e koriste mikroarmirani polimer-modifikovani cementni malteri. Ako se radi o lokalnim ošte$enjima dubine do 1cm, njihova popravka može se izvršiti istim vrstama reparaturnih maltera koji se koriste za dublja ošte$enja, samo se maksimalno zrno u puniocu ograniava na 2mm. Površinska reparacija obuhvata popravku plitkih i/ili dubokih ošte$enja kojima je zahva$en ve$i deo betonske površine. Reparaturni malteri koji se u ovakvim sluajevima primenjuju, tako#e moraju da ispune sve nabrojane osnovne uslove kvaliteta, a u odre#enim sluajevima i neke iz grupe posebnih svojstava (napr. vodonepropustljivost, otpornost na agresivne uticaje, otpornost na habanje itd.) koja su važna za obezbe#enje trajnosti reparirane površine. U opštem sluaju, za popravku velikih površinskih ošte$enja, mogu se koristiti ve$ spomenute osnovne vrste reparaturnih maltera. Me#utim, naješ$e se koriste malterske kompozicije na bazi cementa, prvenstveno zbog obezbe#enja kompatibilnosti sa betonskom podlogom, da se ne bi spreavao proces difuzije i zato što je ekonomski neopravdano koristiti iste epoksidne maltere, izuzev u sluaju kada su površine izložene znaajnim destruktivnim uticajima. Ukoliko se radi o ošte$enjima manjih dubina (reda veliine nekoliko mm max. 10mm), mogu se koristiti: − paste (u okviru kojih se kao materijal za ispunu koristi kameno brašno) i − malteri (u okviru kojih se kao punioc koristi pesak sa zrnima do 1mm). Za ošte$enja dubine izme#u 1 i 5cm koriste se reparaturni malteri sa puniocem granulacije do 4mm, a dublja ošte$enja saniraju se razliitim vrstama sitnozrnih reparaturnih betona. Malteri za površinsku reparaciju obino imaju plastinu konzistenciju, a mogu se spravljati doziranjem i mešanjem komponenata na mestu ugra#ivanja ili se koriste fabriki pripremljeni reparaturni malteri.
FABRI%KI PRIPREMLJENI REPARATURNI MALTERI Za razliite vrste reparaturnih maltera, koji se po pravilu dobijaju mešanjem više razliitih komponentnih materijala, uobiajeno je da se koriste u formi fabriki pripremljenih materijala. Osnovni razlog je zato što se od reparaturnih maltera zahteva ispunjavanje veoma strogih uslova kvaliteta, koji se lakše mogu posti$i u kontrolisanoj proizvodnji sa opremljenim laboratorijama i iskusnim strunjacima, nego pripremanjem na samom gradilištu. Neki od pozitivnih efekata fabrikog pripremanja malterskih mešavina, su: − ujednaen i kontrolisan kvalitet komponentnih materijala, − ujednaen i kontrolisan kvalitet gotovog maltera, − smanjenje rizika od pogrešnog odabira i doziranja komponentnih materijala i nedovoljnog homogenizovanja na gradilištu, − smanjenje fizikog rada na samom gradilištu. 7
Fabriki pripremljeni reparaturni malteri, u zavisnosti od upotrebljenih komponentnih materijala, na tržištu se mogu na$i kao: − jednokomponentni materijali (suve mešavine) kojima se dodaje samo odre#ena koliina vode neposredno pre ugradnje, − dvokomponentni materijali (suva mešavina i tena komponenta) koji se mešaju prema uputstvu proizvo#aa pre ugradnje. Jednokomponentni materijali predstavljaju "suve mešavine" u kojima su zastupljene sve vrste komponente (punioc, mineralna veziva, mineralni dodaci, praškasti aditivi, vlakna za mikroarmiranje, pigmenti, itd.). Potrebna koliina vode dodaje se neposredno pre ugradnje prema uputstvu proizvo#aa ili u zavisnosti od željene konzistencije maltera. Dvokomponentni materijali, pored "suve" mešavine vrstih komponenti sadrže i tenu fazu u kojoj su zastupljena polimerna veziva, aditivi u tenom stanju i eventualno odre#ena koliina vode. Zbog velikog uticaja polimera i tenih dodataka na svojstva svežeg i ovrslog maltera, razmere mešanja su strogo definisane. Uz preporuke o težinskim ili zapreminskim odnosima mešanja sastavnih delova maltera, proizvo#ai ovih materijala daju i slede$a uputstva: − nain skladištenja i rok upotrebe (6 - 12 meseci), − vrstu opreme i potrebno vreme za homogenizaciju, − nain pripreme podloge, − postupak i potrebnu opremu za ugra#ivanje maltera, − "otvoreno" vreme rada nakon pripreme maltera za ugra#ivanje, − debljine slojeva u kojima se može nanositi, − granine termo-higrometrijske uslove za rad, − nain negovanja ugra#enog maltera.
PRIPREMA BETONSKE POVRŠINE ZA UGRAIVANJE REPARATURNIH MALTERA Pre nanošenja reparaturnih maltera mora se obaviti priprema betonske površine za sanaciju. Generalno pravilo za ovu operaciju je da betonska podloga mora biti ista i kompaktna. Iako se za pripremu betonske podloge mogu primeniti brojne metode, voda pod pritiskom (400 – 2000 bara u zavisnosti od kvaliteta betonske podloge) se poslednjih godina koristi veoma esto. Prednost ove metode u pore#enju sa drugim metodama, je što se "zdrava" betonska podloga ne ošte$uje dodatno i što nakon tretmana površina ostaje ista i zasi$ena vodom. U sluaju velikih horizontalnih površina mogu se primeniti i tehnike peskarenja, pogotovo ako oprema za peskarenje omogu$ava vakuumsko usisavanje. Za lokalnu pripremu betonskih površina mogu se koristiti runi alati za štemovanje, pri emu treba voditi rauna o izazvanim vibracijama i mogu$em ošte$ivanju armature. Zona sa koje je uklonjen ošte$eni sloj betona bi trebalo da bude pravilnog geometrijskog oblika, sa zaseenim završetkom pod uglom od 900 (slika 1). 8
Debljina odštemovanog betona na krajevima (d) mora se prilagoditi vrsti reparaturnog maltera, odnosno maksimalnom zrnu agregata, ali pri tome ne bi smela da bude manja od 5mm.
Slika 1. Pravilan završetak odštemovanog dela betona
"Otkrivena" armatura se mora o oistiti od korozionih naslaga i cementnog kamena. Za ovu operaciju mogu se primeniti ži žiane etke, a u slu sluaju velikih površina sa vidljivom armaturom, primenjuje se voda pod pritiskom. METODE ZA POVE* POVE*ANJE PRIONLJIVOSTI Pojedini reparaturni malteri mogu zahtevati nanošenje posebnog sloja za pove$ pove$anje prionljivosti izme# izme#u reparaturnog maltera i betonske podloge. U slu sluajevima kada se koriste posebni materijali za pove$ pove$anje prionljivosti, nanošenje sredstva za vezu "staro - novo" mora se uraditi sa posebnom pažnjom i mora se vremenski isplanirati u zavisnosti od trenutka nanošenja reparaturnog materijala. To zna znai da treba voditi ra rauna da ne do# do#e do prevremenog vezivanja i isušivanja odabranog sredstva za ostvarivanje athezije. U suprotnom, formira$ formira$e se barijera koja $e onemogu$ onemogu$iti povezivanje reparaturnog materijala i betonske podloge. Materijali za pove$ pove$anje prionljivosti na bazi cementa se uglavnom nanose prskanjem ili etkama, dok se sredstva na bazi epoksida epoksida i lateksa lateksa nanose pomo$ pomo$u valjka, etke ili prskanjem. Bez obzira da li se materijal za pove$ pove$anje prionljivosti koristi ili ne, treba obaviti ispitivanja na licu mesta da bi se utvrdio kvalitet ostvarene athezije izme# izme#u reparaturnog maltera i betonske podloge. U praksi se za in-situ ispitivanje ostvarene athezije naj naješ$ eš$e koristi "pull-off" metoda (slika 2). bušenje
lepljenje metalnog diska
upanje upanje
Slika 2. Pull-off" Pull-off" metoda (postupak ispitivanja adhezije)
9
TEHNIKE UGRAIVANJA REPARATURNIH MALTERA Uzrok mnogih pogrešno izvedenih sanacionih radova i nepredvi# nepredvi#enog pove$ pove$anja troškova sanacije je izbor neodgovaraju$ neodgovaraju$e tehnike ugra# ugra#ivanja reparaturnih materijala. Odabrani postupak ugra# ugra#ivanja treba da omogu$ omogu$i nanošenje/ugra# nanošenje/ugra#ivanje odgovaraju$ odgovaraju$eg reparaturnog maltera na pripremljenu podlogu i da, na taj na nain, obezbedi zahtevana svojstva saniranog elementa konstrukcije. Reparaturni materijal mora u potpunosti da "obuhvati" armaturu, da postigne zadovoljavaju$ zadovoljavaju$u adheziju za podlogu i da ispuni pripremljene praznine i šupljine u betonu, bez segregacije. segregacije. Adhezija izme# izme#u reparaturnog maltera i postoje$ postoje$e podloge zavisi od stepena pripremljenosti površine betona i od reakcije izme# izme#u reparaturnog materijala i podloge. Pojedini reparaturni malteri zahtevaju nanošenje specijalnih premaza za ostvarivanje boljeg kontakta sa pripremljenom površinom. Ako se reparaturni malteri nanose direktno na pripremljenu podlogu, moraju biti "samolepljivi", odnosno moraju imati ve$ ve$u koli koliinu veziva (npr. cementne paste ili epoksidne smole), da bi potpuno navlažili -zasitili podlogu. Za ostvarivanje potpunog kontakta izme# izme#u reparaturnog materijala i podloge potrebna je odre# odre#ena "sila". "sila". Vrsta "sile" "sile" zavisi od postupka nanošenja nanošenja materijala. U slu sluaju nanošenja mistrijom, reparaturni materijal se zbija - "lepi" na pripremljenu površinu pritiskom, pritiskom, koji preko mistrije proizvodi radnik. U slu sluaju ugra# ugra#ivanja nalivanjem, pritisak kojim se "lepi" reparaturni malter za podlogu ostvaruje se unutrašnjim vibriranjem ili hidrauli hidraulikim pritiskom pumpi za beton ili za malter. Kod postupaka koji koriste velike brzine kretanja zrna materijala (torkretiranje), "lepljenje" za podlogu se s e ostvaruje preko udarne energije. Postupak "pakovanja" suvih reparaturnih materijala izvodi se primenom alata za ru runo nabijanje. Veoma je važno da u toku spravljanja i ugra# ugra#ivanja reparaturnog materijala ne do do##e do segregacije. Segregacija komponentnih materijala može promeniti fizi fizika svojstva reparaturnog maltera i na taj na nain može umanjiti primarnu funkciju reparaturnog materijala - da vrati konstrukciju u originalno stanje. Pre kona konanog izbora vrste reparaturnog materijala i postupka ugra# ugra#ivanja, mora se proveriti "izvodljivost" sanacije. Pri tome se obi obino analiziraju slede$ slede$a pitanja: − Da li se sanacija može izvesti s obzirom na ograni ogranienja koja je specificirao projektant konstrukcije ili vlasnik objekta? − Da li odabrani postupak ugra# ugra#ivanja dozvoljava da se sanirana konstrukcija koristi u okviru planiranog vremena? ugra#ivanja može sprovesti u predmetnoj − Da li se odabrani postupak ugra# radnoj sredini (objektu)? − Da li se mogu angažovati iskusni izvo# izvo#ai za realizaciju konkretnog projekta sanacije? 10
Ako je odgovor na bilo koje od postavljenih pitanja "ne" ili "možda", onda se ponovo mora razmotriti izbor materijala materijala za sanaciju i postupka ugra# ugra#ivanja. Uobi Uobiajeno je da se u praksi izbor odgovaraju$ odgovaraju$eg reparaturnog maltera i postupka ugra# ugra#ivanja sprovede u nekoliko koraka: obezbe#uje vrsto$ vrsto$u i trajnost, ime se − Izbor reparaturnog materijala, koji obezbe# na najbolji na nain sanirana konstrukcija "vra$ "vra$a" u projektovano stanje. − Izbor postupka tehnike ugra# ugra#ivanja, kojom $e se uspešno naneti odabrani reparaturni materijal na pripremljenu pr ipremljenu betonsku podlogu. − Analiza fizi fizikih svojstava i zahteva za ugra# ugra#ivanje reparaturnih materijala radi provere izvodljivosti odabranog sanacionog rešenja. ugra#ivanja da bi se − Eventualna izmena reparaturnog materijala ili tehnike ugra# obezbedila izvodljivost sanacije. Svaka sanacija predstavlja jedinstvenu kombinaciju radnih uslova, izvo# izvo#aa sanacije, postoje$ postoje$eg betona, projekta konstrukcije i reparaturnog materijala. Mnogi problemi se mogu pojaviti ako na samom po poetku nije osiguran odgovaraju$ odgovaraju$i kvalitet i ako ne postoji kontrola kvaliteta u toku izvo# izvo#enja sanacije. Pre po poetka sanacije bira se kvalifikovani izvo# izvo#a, koji može pokazati uspešno izvedene sanacije u kojima je koristio planirani postupak ugradnje (lista referenci). Ako postoji bilo kakva sumnja su mnja ili nedoumica u kvalifikovanost izvo# izvo#aa, reparaturni materijal ili postupak ugra# ugra#ivanja, treba razmotriti izvo# izvo#enje "probne sanacije". Tokom izvo# izvo#enja sanacionih radova treba razviti odgovaraju$ odgovaraju$i sistem kontrole da bi se verifikovala usaglašenost sa specificiranim zahtevima. Fizi Fizika i mehani mehanika svojstva maltera mogu se proveriti ispitivanjem uzoraka uzetih na mestu ugra# ugra#ivanja. Athezija se može utvrditi bušenjem cilindara kroz reparaturni materijal i betonsku podlogu i ispitivanjem cilindri cilindrinog uzorka na aksijalno zatezanje (Pull off metoda). Pri tome se i vizuelnim pregledom može oceniti povezanost reparaturnog materijala i podloge, kao i homogenost homogenost i stepen zbijenosti reparaturnog maltera. Reparaturni malteri za sanaciju betona, koji su detaljno opisani i klasifikovani u EN 1504, su u istom standardu dalje podeljeni prema postupku ugra# ugra#ivanja (nanošenja) u tri grupe: − Reparaturni malteri koji se ugra# ugra#uju/nanose ru runo (hand / trowelled), t rowelled), − Mašinski naneti (prskani) reparaturni malteri (Sprayed Concrete Repair Mortars), ugra#uju nalivanjem (Flow Applied). − Reparaturni malteri koji se ugra# Runo ugra# Ru ugra#ivanje reparaturnog maltera se može sprovesti na dva na naina, mistrijom i tehnikom "suvog" pakovanja
Ugra!ivanje reparaturnog materijala tehnikom "suvog pakovanja" Tehnika "suvog pakovanja" se sastoji u ru runom ugra# ugra#ivanju veoma suvog reparaturnog maltera i nabijanja mase u predvi# predvi#eni prostor. Za zbijanje se koristi ru runi alat, na primer, eki$ eki$ i nabija nabija (slika 3). Nakon završenog ugra# ugra#ivanja, površina maltera se završno poravnava mistrijom. 11
Reparaturni materijal se meša do dobijanja uniformne mase u kohezivnom plastinom stanju, a zbog relativno malog vodocementnog faktora, nakon pravilnog ugra#ivanja i zbijanja, dobija se materijal dobre vrsto$e, zadovoljavaju$e trajnosti i vodonepropustljivosti. Konzistencija reparaturnog maltera treba da bude takva da omogu$i da se malter oblikuje kao grudva-lopta, bez raslojavanja i otpadanja komada. Koristi se uglavnom za lokalno "krpljenje" malih površinskih ošte$enja u betonu, a pogotovo za lokalnu sanaciju rebara sitnorebrastih i kasetiranih me#uspratnih konstrukcija, kao i za popunjavanje rupa za ankere i zatege. Koristi se i za popunjavanje prostora oko kotvi kod naknadnog prednaprezanja. Za "suvo pakovanje" se u praksi obino koriste razliite vrste portland cementnih maltera i modifikovanih cementnih maltera. Zbog toga što postupak ugra#ivanja zahteva intenzivno angažovanje radne snage, ova tehnika se retko koristi za "velike" sanacije.
Alat za runo zbijanje Oplata Reparaturni malter za suvo pakovanje
Slika 3. Tehnik + "suvog pakovanja"reparaturnog materijala
12
UGRA&IVANJE REPARATURNOG MALTERA MISTRIJOM Ova tehnika se koristi za "krpljenje" plitkih i malih - lokalnih pripremljenih zona na betonskom elementu. Izvodi se mistrijama, špahtlama i drugim pogodnim runim alatima koji omogu$avaju da se reparaturni materijal nanese na pripremljenu podlogu. U toku nanošenja reparaturni malter se izlaže odre#enom pritisku da bi se ostvarila dobra adhezija sa podlogom (slika 4).
Slika 4. Postupak nanošenja reparaturnog materijala pomo$u mistrije
Uspeh tehnike nanošenja maltera mistrijom je u velikoj meri zavisan od pripremljenosti površine betonske podloge i od ume$a radnika. Na svaki nain treba osigurati da ovu operaciju izvode radnici koji imaju zahtevanu spretnost i odgovaraju$e iskustvo. Pravilnom tehnikom ugra#ivanja (položaj mistrije, pravac nanošenja, ugao, pritisak na podlogu, itd.) mora se spreiti "zarobljavanje" vazduha ispod nanetog materijala, što može umanjiti napon prianjanja. Iskusni radnici reparaturni malter ugra#uju mistrijom tako, da minimalno otpada sa nanetih površina. Za izvo#enje se mogu koristiti: − portland-cementni malteri, − cementni malteri sa hemijskim dodacima, − mineralno modifikovani cementni malteri, − polimerima modifikovani cementni malteri i − polimerni (epoksidni) malteri. Preporuka je da se koriste fabriki pripremljeni reparaturni malteri na cementnoj osnovi, koji su modifikovani polimerima ili mineralnim dodacima kao što je slikatna prašina. Pored veziva, potrebno je voditi rauna i o vrsti i granulometrijskom sastavu agregata, pa se esto koriste granulometrijski prilago#eni sitni agregati. Upotreba fabriki pripremljenih reparaturnih maltera mora biti u skladu sa uputstvima proizvo#aa. Konzistencija reparaturnih maltera treba da bude takva da se malter može ugra#ivati navedenim alatima. Osim toga, malter treba da ima i potrebnu 13
tiksotropnost, odnosno da omogu$i nanošenje na vertikalne površine i horizontalne površine iznad glave. Ova tehnika sanacije se ne preporuuje u situacijama kada je vidljiva armatura, zbog poteško$a pri zbijanju reparaturnog materijala oko i iza armaturnih šipki. U praksi se esto na betonsku podlogu prvo nanosi samo "pasta" iz reparaturnog maltera, a zatim i sam reparaturni malter, radi pove$anja prionljivosti. Reparaturni malter se mora naneti pre nego što je poelo vezivanje pripremnog sloja, odnosno "mokro na mokro". U situacijama kada je potrebno naneti više slojeva, da bi se obezbedila ve$a ukupna debljina novog sloja, površine prethodnih slojeva treba da budu "grublje" da bi se ostvarila bolja adhezija sa narednim slojem. Od posebne važnosti je i pravilna nega reparaturnih maltera (pogotovo portland cementnih maltera) iji je zadatak da sprei isušivanje nanetog materijala pre nego što je hidratacija u ve$oj meri obavljena. Ugra!ivanje reparaturnog materijala prskanjem - postupkom torkretiranja
"Torkret" se definiše kao beton ili malter, koji se pneumatski prenosi velikom brzinom kroz crevo do površine na koju se ugra#uje. Velika brzina materijala prilikom udara na površinu betonske podloge, obezbe#uje neophodan pritisak za kompaktiranje nanetog materijala i za postizanje dobre prionljivosti za površinu podloge. Postupak torkretiranja omogu$ava ugra#ivanje reparaturnih materijala na pravilne i nepravilne vertikalne površine i horizontalne površine iznad glave, bez upotrebe oplate. Pri tome, materijal se može nanositi sa udaljenosti od nekoliko metara. Postoje dva osnovna postupka torkretiranja: − suvi postupak, pri kome se prethodno mešaju agregat i cement, prenose pneumatski (pomo$u komprimovanog vazduha) kroz crevo, a voda se dodaje direktno u diznu neposredno pre izbacivanja materijala velikom brzinom na površinu podloge (slika 5) i − mokri postupak, pri kome se prethodno izmešaju agregat, cement i voda, zatim se mešavina transportuje kroz crevo, a komprimovani vazduh se dodaje da bi se reparaturni materijal "izbacio" velikom brzinom na površinu podloge (slika 6). Pored obinih cementnih maltera, postupkom torkretiranja se mogu ugra#ivati i polimer modifikovani cementni malteri, mikro-armirani malteri, malteri sa razliitim mineralnim dodacima (silikatnom prašinom i sa drugim vrstama pucolanskih dodataka).
14
Dovod vode
Ventil za vodu
Dizna
Torkret mašina Odskok Komprimovani vazduh Komprimovani vazduh
Slika 5. Ugra#ivanje reparaturnog materijala postupkom "suvog" torkretiranja
Ugra#ivanje reparaturnih maltera postupkom prskanja se naješ$e primenjuje u slede$im sluajevima: − kada je pristup elementu konstrukcije koji se sanira otežan, − kada se eliminisanjem oplate postižu ekonomski efekti, kao što je sanacija zaobljenih ili nepravilnih površina podloge, − kada se saniraju velike vertikalne površine ili horizontalne površine iznad glave.
Slika 6. Ugra#ivanje reparaturnog materijala postupkom "mokrog" torkretiranja
Torkretiranje se u praksi koristi za sanaciju ošte$enog betona u: − elementima donjeg stroja mostova, − pristaništima, 15
− kanalima, − branama, − silosima i − zgradama.
Kvalitet ugra#enog reparaturnog materijala u velikoj meri zavisi od veštine radnika koji izvodi torkretiranje.
Ugra!ivanje reparaturnog maltera pomo"u oplate i nalivanja Tehnika standardnog ugra#ivanja betona i drugih reparaturnih materijala ("liven na licu mesta") je jednostavna zamena ošte$enog betona odgovaraju$im reparaturnim materijalom. Ova tehnika se naješ$e koristi pri sanacijama i obino je najekonominija. Reparaturni materijal se ugra#uje u prostor "ogra#en" oplatom. Ako se radi o sanaciji, koja obuhvata samo jedan deo poprenog preseka (slika 7), onda se ova tehnika primenjuje za sanaciju stubova, zidova i spoljnih ivica ploa. Preporuuje se da reparaturni malter bude sa malim vodocementnim faktorom, ali da bude tene konzistencije koja omogu$ava lako nalivanje. Reparaturni malter treba da ima malo skupljanje i da omogu$ava ostvarivanje dobre adhezije sa okolnim betonom. Sanaciju sa klasinim cementnim malterima ne treba izvoditi, ako se radi o deterioraciji betona usled razliitih agresivnih uticaja. Na primer, ako je beton bio ošte$en usled delovanja neorganskih kiselina ili je bio ošte$en usled habanja, može se oekivati da $e element konstrukcije saniran klasinim malterom, ponovo biti ošte$en zbog istih razloga. Me#utim, portland cementni malteri, modifikovani silikatnom prašinom, lateksima, epoksidima itd., mogu produžiti životni vek saniranih konstrukcija.
Slika 7. Sanacija dela poprenog preseka (oplata i nalivanje na licu mesta)
16
LITERATURA [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19]
"Technical Dictionary", EMO-Europian Mortar Industry Org., 2nd Edition, 2000., pp.49. Austin, S., Robins, P., Pan, Y.: "Shear bond testing of concrete repairs", Journal "Cement and Concrete Research", No. 29, 1999., pp.1067-1076. BASF - The Chemical Company: European standard EN 1504 - A simplified, illustrated guide for all involved in concrete repair, pp. 48. Bilik, J., Morsy, K.: "Compatibility of Repair Materials", Building research Journal, Vol. 49, No. 1, Bratislava, 1996., pp.9. Cabrera, J. G., Al-Hasan, A. S.: "Performance properties of concrete repair materials", Journal "Construction and Building Materials ", Vol. 11, No. 5-6, 1997., pp.283-290. CON REP NET: Network Newsletter No.4, November 2004, Special Issue: Future performance - discussion on industry response to owners’ aspirations, pp. 15. Cusson, D.: "Durability of Repair Materials", ACI Journal "Concrete International", Vol. 18, No.3, March 1996., pp.34-39. Decter, M. H., Keeley, C.: "Durable concrete repair - importance of compatibility and low shrinkage", Construction and Building Materials, Volume 11, Issues 5-6, 1997., pp.267-273. Emmons, P. H., Vaysburd, A. M., McDonald, J. E., Poston, R. W.: "Selecting Durable Repair Materials: Performance Criteria", ACI Material Journal, Vol. 22, No.3, 2000., pp.38-47. Emmons, P. H., Vaysburd, A. M., McDonald, J. E.: "A Rational Approach to Durable Concrete Repairs", ACI Journal "Concrete International", Vol. 15, No.9, September 1993., pp.40-46. "European Norms on Designed Mortars", EMO-European Mortar Organization, 2002., pp.9. "European Standards for Repair and Protection of Concrete", Huw. Dav. Cons., 2001., pp.7. Mahaffey, D.: "Concrete Repair in the New Millennium", Australian Concrete Constr., 1999. Mangat, P. S., Limbachiya, M. K.: "Repair material properties for effective structural application", Cement and Concrete Research, Volume 27, Issue 4, April 1997., pp.601617. MAPEI: Protection and repair of concrete in compliance with European standard UNI EN 1504, pp. 51. McDonald, J. E., Vaysburd, A. M., Emmons, P. H., Poston, R. W., Kesner, K.: "Selecting Durable Repair Materials: Performance Kriteria - Summary", Journal "Concrete International", Vol. 24, No. 1, January 2002. McGovern, M. S.: "Cracking down on repair materials", Journal "Concrete Construction", 1999. Muravljov, M., Radonjanin, V., Malešev, M.: "Fabriki pripremljene malterske mešavine", JUDIMK, Uvodni referat na savetovanju "Stanje u proizvodnji osnovnih gra#evinskih materijala", Zbornik radova, Beograd, Jun 2001., str. 77-90. Muravljov, M., Radonjanin, V., Malešev, M.: "Reparaturni malteri", poglavlje u monografiji "Specijalni betoni i malteri - svojstva, tehnologija, primena", Beograd, 1999., str. 207-224.
17
[20] [21] [22] [23] [24] [25]
18
Poston, R. W., Kesner, K., McDonald, J. E., Vaysburd, A. M., Emmons, P. H.: "Concrete Repair Material Performance - Laboratory Study", ACI Material Journal, Vol. 98, No. 2, March-April 2001., pp.137-148. Radonjanin, V.: "Parametarska analiza karakteristika reparaturnih maltera sa aspekta njihove primene pri sanaciji AB konstrukcija", Doktorska disertacija, Beograd, 2003., str. 732. Radonjanin, V., Malešev, M., Foli$, R., Pavlovi$, P. (2008): Repair of the Bearing Structure of the Culture Center in Gradiška After a Fire, 12th International Conference "Structural Faults & Repair - 2008", Edinburgh, UK, June 2008, pp. 10. Radonjanin, V., Malešev, M. (2008): Sanacija betonskih konstrukcija u svetlu novih evropskih standarda, Uvodno predavanje, Simpozijum Društva gra#evinskih konstruktera 2008, Zlatibor, 24-26 Septembar 2008, Zbornik radova, str. 147-158. Radonjanin, V., Malešev, M., Foli$, R. (2009): Uporedna analiza regulative u oblasti sanacije betonskih konstrukcija, Izgradnja, vol. 63, iss. 9-10, pp. 421-433. SIKA: The repair and protection of reinforced concrete with Sika in accordance with European standards EN 1504, pp. 52.
Prof. dr Dragica Jevti$, dipl.inž.tehn. 1
NAU' NI RAD UDK:
SPECIJALNI BETONI I MALTERI I NJIHOVA PRIMENA U SANACIJAMA REZIME U radu se prikazuju spravljanje i ispitivanje maltera i betona nižih zapreminskih masa, tj "lakih" maltera i betona, na bazi agregata od stiropora i reciklirane gume. Daju se mogu$nosti poboljšanja u smislu termoizolacije i odvo#enja vodene pare sa ravnih krovova, kao i primeri primene maltera izradjenih uz dodatak reciklirane gume.
Klju(ne re(i: malter, stiropor, reciklirana guma, primena
SPECIAL CONCRETES AND MORTARS AND THEIR APPLICATION IN REPAIR SUMMARY This article presents the preparation and investigation of mortar and concrete of lower densities, or "lightweight" mortar and concrete, based on the styropore or recycled rubber as aggregate. Improvement possibilities in terms of thermal insulation and water vapour removal from flat roofs are presented, as well as application examples of mortars with recycled rubber.
Keywords: mortar, styropore, recycled rubber, application
1
Univerzitet u Beogradu Gra#evinski fakultet, Bulevar kralja Aleksandra 73, Beograd
19
UVOD Savremena gra# gra#evinska industrija bazira se na produkciji velikih koli koliina kompozita tipa betona i maltera. Sastav, tehnologija spravljanja, na nain upotrebe i ugra# ugra#ivanja ovih kompozita razlikuje se u zavisnosti od konkretne oblasti primene materijala. Podela betona i maltera na "obi "obine" i "specijalne" može se vršiti prema razli razliitim kriterijumima. Na primer, pr imer, kao specijalni betoni mogu se, prema Evrokodu 2, tretirati svi betoni ije se zapreminske mase nalaze van intervala zapreminskih masa obi obinih - normalnih betona od 2000 do 2800 kg/m3. Zna Znai, u specijalne betone svrstavaju se kako tzv. "laki" betoni ije su zapreminske mase najviše 2000 kg/m3, tako i "teški" betoni ije su zapreminske mase ve$ ve$e od 2800 kg/m3 (u svim slu sluajevima radi se o zapreminskim masama o ovrslih betona izmerenim nakon sušenja o na temperaturi 105-110 C). Kod nas se, pak, kao specijalni betoni definišu svi betoni koji imaju vrsto$ vrsto$e pri pritisku (marke) ve$ ve$e od 60 MPa, a u svetu i kod nas tako# tako#e je rasprostranjen i stav da su specijalni betoni svi oni betoni koji se dobijaju upotrebom nekih drugih veziva - a ne cementa. U ovom radu bi$ bi$e re rei o betonima i malterima niže zapreminske mase od "normalnih betona" spravljenih uz dodatak stiropora i reciklirane gume kao agregata tj. onim koji se mogu tretirati kao "laki". Zašto su izabrani baš ovi betoni i malteri? Kao prvo, to je široko podru podru je primene EPS betona (betona na bazi ekspandiranog polistirena) i maltera, posebno na liniji li niji energetske efikasnosti i sanacija, a kao drugo, mogu$ mogu$nost koriš$ koriš$enja recikliranih materijala u sve prisutnom principu održivog gra# gra#evinarstva.
EPS BETON (BETON NA BAZI GRANULA EKSPANDIRANOG POLISTIRENA) Ekspandirani polistiren je otkriven 1951. godine i vrlo brzo je po poeo da se primenjuje u lakim betonima. EPS beton je beton koji se spravlja na bazi granula ekspandiranog polistirena, tj. granula od materijala koji odgovara materijalu u tablama pod nazivom stiropor. Granule ekspandiranog polistirena mogu se nabaviti kao gotove, ali ukoliko se radi o proizvodnji ve$ ve$ih koli koliina EPS betona, ekonomi ekonomino je da se ekspandiranje polistirena vrši u samom pogonu za proizvodnju betona. Ekspandiranje nabavljenih kompaktnih kuglica polistirena može se izvesti u vru$ vru$oj o o vodi temperature cca 98 C, ili u pari temperature cca 110 C. Zapreminska masa ovako dobijenog agregata uglavnom se kre$ kre$e od 15-40 kg/m3. EPS beton se spravlja mešanjem cementa, vode, granula ekspandiranog polistirena, dodatka betonu b etonu pod nazivom aditiv EPS, sa peskom ili bez njega, zavisno od željene zapreminske mase i termoizolacionih karakteristika. Kao što se vidi, za spravljanje EPS betona neophodno je upotrebiti poseban aditiv - aditiv EPS, koji ne dozvoljava da lagane kuglice polistirena u svežoj mešavini isplivaju na površinu. 20
Površine kuglica polistirena ina inae se ne mogu nakvasiti vodom zbog malog ugla kvašenja, pa dodatak EPS uti utie na pove$ pove$anje tog ugla, ime se omogu$ omogu$ava kvašenje. Doziranje aditiva je težinsko (maseno), a granula zbog veoma male zapreminske mase, zapreminsko. Prema nekim preporukama, redosled doziranja komponenti pri spravljanju EPS betona je slede$ slede$i: u mešalicu se prvo ubacuju pesak, cement i aditiv EPS (koji je u praškastom stanju), pa se masa meša cca 20 sekundi; zatim se dodaje ekspandiran polistiren i mešanje produžava za još oko 20 sekundi; nakon ovoga ovoga mešavini se dodaje voda i sve se meša dok masa ne postane potpuno homogena (još oko cca 60 sekundi). Koli Koliina cementa kod EPS betona kre$ kre$e se od 300-500 kg/m3, što zavisi od traženog kvaliteta betona. Vodocementni faktor kod ovih betona je obi obino od 0,350,40. Veli Veliine granula svakako uti utiu na kvalitet betona, tj. na njegovu vrsto$ vrsto$u pri pritisku. Pri tome treba imati na umu da ve$ ve$e granule (3-5 mm) uvek daju manje vrsto$ vrsto$e betona, pa kroz prethodna ispitivanja treba usvojiti optimalnu veli veliinu granula koja $e odgovarati konk konkretnom retnom slu sluaju betona. Kako se ekspandirani polistiren sastoji od veoma velikog broja vazdušnih mehuri$ mehuri$a, tj. kako njegovu strukturu ini skup zatvorenih $elija, ovo svojstvo, osim dobre termoizolacione sposobnosti, uslovljava i otpornost na kapilarno i difuzno upijanje vodene pare, što ina inae nije slu sluaj kod ve$ ve$ine ostalih plasti plastinih masa tipa penoplasta. U tabeli 1 daje se nekoliko receptura za EPS-betone razli razliitih zapreminskih masa. S obzirom na sve napred navedeno, ukupna poroznost EPS betona se može usvojiti u vidu sume zapremine EPS granula granula i dodatnih dodatnih pora u masi betona od cca 15% (na primer, za beton sa zapreminskom masom od 1000 kg/m3 prikazan u tabeli 2, p ≅ 33 + 15 = 48%). Vrednosti u tabeli 1 zadovoljavaju relaciju mc γ sc
+
mv γ sv
+
m p γ sp
+
m EPS EP S γg
+
m a d,E PS PS γ s,ad
+ v p = 1 ,
pri emu je uzeto slede$ slede$e: 3 γ sc (specifina masa cementa), sc = 3100 kg/m (specifi 3 (specifina masa vode), γ sv sv = 1000 kg/m (specifi 3 (specifina masa kvarcnog peska), γ sp sp = 2600 kg/m (specifi 3 γ g = 43 kg/m (zapreminska masa granula ekspandiranog polistirena), 3 γ s,ad (specifina masa aditiva EPS), s,ad = 2000 kg/m (specifi v p = 0,15 (sadržaj vazdušnih pora u cementnoj pasti).
21
Tabela 1. Nekoliko receptura za EPS beton Sastojci 3
Cement (kg/m ) Kvarcni pesak (kg/m3) Aditiv EPS (kg/m3) EPS (m3) (kg - za frakciju 2/6) Vodocementni faktor Pore Zapreminska masa granula (γ g)
600 450 0 50 0,510 21,93
800 500 213 25 0,420 18,06
Zapreminska masa (kg/m3) 1000 1200 1400 500 500 500 445 653 861 25 25 25 0,330 0,250 0,170 14,19 10,75 7,30 ≈ 0,35 15% (0,150 m3)
1600 500 1043 25 0,100 4,30
≈ 43 kg/m3
'vrsto$ vrsto$e pri pritisku f p (MPa) EPS betona zavise od ostvarene ukupne poroznosti p, pri emu je f p = K (1 - p)3, a
p = 90 - 0,04 γ
gde je poroznost u %, a γ u u kg/m3. Koeficijent K ima slede$ slede$e vrednosti: K = 56 MPa - za mc = 500 kg/m3, K = 36 MPa - za mc = 400 kg/m3, K = 23 MPa - za mc = 300 kg/m3. Neke karakteristike EPS betona betona daju se u tabeli 2. Tabela 2. Neke karakteristike EPS betona (kg/m3)
λ
(W/moC)
E (GPa)
Otpornost prema delovanju mraza i soli
1-2 1,5 - 3,5
550 800
0,08 0,22
-
zadovoljava
3-6 5 - 10 8 - 12 10 - 20
1000 1200 1400 1600
0,30 0,38 0,50 0,65
6,5 10,5 14,5
zadovoljava
Vrsta
f p (MPa)
Termoizolacioni Konstrukcijskotermoizolacioni
γ
Jedno od najvažnijih svojstava EPS kompozita, kao što se vidi, svakako je njihova zapreminska masa koja može da varira u širokim granicama. Kod termoizolacionih maltera i betona ova karakteristika obi obino se kre$ kre$e od 150-800 3 kg/m , dok ona kod konstrukcijsko-termoizolacionih maltera i betona varira izme# izme#u 3, 1000-1600 kg/m . Odgovaraju$ Odgovaraju$e vrednosti koeficijenta toptlotne provodljivosti kre$ kre$u
22
se u granicama od 0,05-0,22 W/moC za termoizolacione, odnosno od 0,30-0,65 W/moC za konstrukcijsko-termoizolacione (tabela 2). Mehanike karakteristike EPS betona i maltera (na primervrsto$e pri pritisku I savijanju) imaju relativno niske vrednosti, ali ipak dovoljne da bi se obezbedilo ouvanje integriteta materijala pri prevozu, skladištenju, montaži i eksploataciji. Radni σ-ε dijagrami EPS betona imaju približno pravolinijski oblik sve do napona koji odgavaraju cca 1/2 vrsto$e pri pritisku, sa modulima elastinosti koji se orijentaciono, za konstrukcijsko-termoizolacione betone, kre$u u granicama od 6-15 GPa. Skupljanje ovakvih kompozita iznosi od cca 0,9 do cca 1,7‰ što je znaajno ve$e u odnosu na klasine betone (maltere). Me#utim, ovaj efekat se može znatno smanjiti mikroarmiranjem, na primer putem polipropilenskih vlakana, o emu govore brojni eksperimentalni rezultati autora ovog lanka. Na ovaj nain, kombinovanjem EPS i mikroarmiranih kompozita, pove$avaju se i mehanike vrsto$e (naroito pri zatezanju i savijalju) i duktilnost predmetnih materijala. Pored ostalih dobrih osobina EPS betoni i malteri imaju povoljna akustina svojstva, kao i zadovoljavaju$u vatrootpornost i biootpornost. EPS betoni i malteri imaju danas široku primenu u razliitim oblastima gra#evinarstva. Kao najznaajnije vidove primene, svakako treba izdvojiti slede$e: za zidanje pregradnih i spoljašnjih zidova upotrebom EPS blokova i ploa, za utopljavanje, obzi#ivanje i malterisanje fasada, kao me#uspratne i krovne ploe, kao izolacioni paneli, u putogradnji pri izradi nasipa na nedovoljno nosivom tlu (s obzirom na upotrebu veoma lakog materijala obezbe#ena je stabilnost trupa nasipa i na terenima izuzetno slabih nosivosti), u oblasti prefabrikacije betonskih elemenata, kao "izgubljena" oplata pri izradi razliitih konstrukcijskih i nekonstrukcijskih elemenata od klasinog betona i armiranog betona, za izravnavaju$e slojeve i slojeve za pad, itd. Kao primer EPS kompozita sa kojim su autori imali prilike da se detaljnije upoznaju, može se navesti materijal pod komercijalnim nazivom Simprolit, koji predstavlja patentirani polistirolbeton na bazi agregata od ekspandiranih granula polistirola - stiropora. U okviru Instituta za ispitivanje materijala i konstrukiija na Gra#evinskom fakultetu u Beogradu vršena su obimna ispitivanja kako svojstava osnovnog materijala - Simprolita, tako i proizvoda na bazi ovog materijala - blokova za zidanje, krovnih ploa i me#uspratnih ploa. Simprolit karakteriše relativno niska vrednost zapreminske mase (150-300 3 kg/m ) i veoma nizak koeficijent toplotne provodljivosti (0,055-0,085 W/m⋅°C), koji praktino ne zavisi od vlažnosti materijala. Veliina paroprostljivosti kre$e se izme#u 0,110-0,135 mg/m⋅h⋅Pa, što zidovima napravljenim od Simprolita omogu$ava da normalno 'dišu'. Predmetni materijal poseduje tako#e i dobra zvukoizolaciona svojstva. Tako na primer, mogu$e je sniziti nivo buke i do 40 dB – u zavisnosti od debljine primenjenog kompozita. Popreni presek Simprolit polistirol-betona, na kome se jasno vidi struktura predmetnog kompozitnog materijala, dat je na slici 1.
23
Slika 1. Struktura Simprolita
Ve$ina napred navedenih svojstava Simprolita ispitana je u okviru Instituta za materijale i konstrukcije na Gra#evinskom fakultetu Univerziteta u Beogradu. Izme#u ostalog, program ispitivanja obuhvatio je i odre#ivanje veliine kapilarnog upijanja vode. Prilikom tih ispitivanja, srednja vrednost visine kapilarnog penjanja vode iznosila je manje od 4 cm, što predstavlja veoma dobar rezultat s obzirom na ukupnu visinu uzoraka od 20 cm. Naredna fotografija (slika 2) prikazuje uzorke Simprolita nakon pomenutog testiranja.
Slika 2. Visina upijanja vode nakon testa kapilarnog penjanja
Visoka otpornost na dejstvo mraza tako#e karakteriše Simprolit: nakon 50 ciklusa smrzavanje-odmrzavanje (izme#u +15oC i -20oC), pad vrsto$e iznosio je svega 1,5% - 1,8%. Predmetni materijal je i ekološki pogodan – laboratorijski testovi 24
pokazali su da njegov indikator toksinosti ima oko 1,5 - 2,0 niže vrednosti od onih koje su dozvoljene referentnim standardima. Simprolit je tako#e bio-otporan u odnosu na sve vrste insekata i razliite tipove bakterija. Simprolit se koristi za proizvodnju razliitih elemenata od lakog betona, kao što su: termoizolacioni fasadni paneli, blokovi za spoljašnje zidove, blokovi za pregradne zidove, prefabrikovani pregradni zidni paneli, me#uspratne ploe, krovne ploe, sistemi za odvo#enje vodene pare, itd. Neki od pomenutih elemenata i sistema ispitivani su na Gra#evinskom fakultetu u Beogradu – u okviru Instituta za materijale i konstrukcije. Izme#u ostalog, obavljena su laboratorijska ispitivanja u cilju odre#ivanja ponašanja pod optere$enjem pojedinih elemenata, kao i celokupnog Simprolit sistema za termoizolaciju i odvo#enje vodene pare koji se primenjuje na ravnim krovovima. Tako#e, izvršeni su i testovi na osnovu kojih sa može izvesti zakljuak o otpornosti na dejstvo mraza Simprolit blokova ispunjenih svežim betonom. Simprolit sistem za termoizolaciju i odvo#enje vodene pare se generalno sastoji od slede$ih elemenata: "SPBS60" blokovi (dimenzije: 60x12x19cm), "SOP3" jednoslojne Simprolit termoizolacione ploe (debljine 3cm), Simprolit monolit, ploe i ulošci od stiropora, PVC folije i cevi (parni konduktori). Me#utim, prilikom laboratorijskih ispitivanja tretirani su samo nose$i elementi sistema. Imaju$i ovo u vidu, slede$i tipovi uzoraka su odabrani kao reprezentativni: – "SPBS60" blok (dimenzija: 60x12x19cm) bez uložaka stiropora; – "SPBS60" blok (dimenzija: 60x12x19cm) sa ulošcima stiropora umetnutim u šupljine u središtu bloka; – "SOP3" jednoslojna Simprolit termoizolaciona ploa (debljine 3cm); – kompletan Simprolit sistem sa tri horizontalna sloja, koja se sastoje od dva "SPBS60" bloka sa ulošcima stiropora i jedne "SOP3" ploe, kao što je prikazano na slici 4. Srednja vrednost zapreminske mase ispitivanih Simprolit blokova iznosila je 195 kg/m3. Na slici 3 prikazani su Simprolit blok "SPBS60" i jednoslojna termoizolaciona Simprolit ploa "SOP3".
a)
b)
Slika 3. Simprolit blok "SPBS60" (a) i jednoslojna termoizolaciona ploa "SOP3" (b)
25
Ulošci koji su koriš$eni za ispunjavanje šupljina unutar blokova bili su iseeni iz ploa stiropora (zapreminska mase γ ≅ 30 kg/m3). Na slici 4 vidi se da je sistem formiran tako da su šupljine u donjem redu blokova ispunjene samo delimino stiroporom, u cilju obezbe#enja uspešnog odvo#enja vodene pare iz sistema. S druge strane, šupljine u okviru blokova koji se nalaze u gornjem redu ispunjene su u potpunosti ulošcima stiropora.
Sloka 4. SIMPROLIT sistem za termoizolaciju i odvo#enje vodene pare
Uzimaju$i u obzir sve napred navedene rezultate eksperimentalnih istraživanja, može da se izvede generalni zakljuak po kome Simprolit sistem za termoizolaciju i odvo#enje vodene pare sa ravnih krovova ima zadovoljavaju$u nosivost, a njegove deformacije koje odgovaraju eksploatacionim optere$enjima ne premašuju dozvoljene granice za ovaj tip elemenata konstrukcije. Tako#e, može se uoiti da postoji dobra korelacija izme#u rezultata ostvarenih prilikom ispitivanja pojedinanih elemenata i rezultata za Simprolit sistem kao celinu. Prema prikazanim eksperimentalnim rezultatima, može se izvu$i još jedan zakljuak: da pri uobiajenim nivoima optere$enja (ispod 500 kg/m2, odnosno 0,005 MPa) vertikalne deformacije Simprolit sistema za ravne krovove iznose svega nekoliko desetih delova milimetra, dok za maksimalne vrednosti optere$enja u eksploataciji (3500-4000 kg/m2, odnosno 0,035-0,040 MPa), te deformacije ne prelaze 3 mm. Imaju$i u vidu sve napred navedeno, oigledno je da Simprolit sistem za termoizolaciju i odvo#enje vodene pare zadovoljava neophodne uslove za primenu prilikom izvo#enja ravnih krovova – kako sa aspekta nosivosti, tako i sa aspekta gra#evinske fizike.
26
MALTERI NA BAZI RECIKLIRANE RECIKLIRANE GUME U drugom delu ovog rada prikaza$ prikaza$e se rezultati laboratorijskih ispitivanja maltera sa razli razliitim procentom zamene agregata recikliranom gumom. Zahvaljuju$ Zahvaljuju$i svojim povoljnim svojstvima kao što su elasti elastinost, trajnost, otpornost na cikluse smrzavanja i odmrzavanja, gumeni granulat ve$ ve$ ima veliku primenu u niskogradnji. Ve$ Ve$ nekoliko decenija reciklirana guma se koristi kao dodatak asfaltima u izgradnji puteva, obzirom da se upotrebom takvih kompozita ostvaruje niz prednosti: smanjenje buke, puta ko koenja, pove$ pove$anje otpornosti na dejstvo mraza, kao i duži upotrebni vek kolovoza uz pove$ pove$anu otpornost na pojavu pukotina na ve$ ve$em temperaturnom rasponu. Kompoziti na bazi gumenog granulata tako# tako#e se koriste za izradu galanterije za putnu industriju: parking i stubi$ stubi$i za signalizaciju, ivi ivinjaci, pružni prelazi, pragovi, saobra$ saobra$ajne barijere, itd. Gumeni granulati, tako# tako#e, zbog napred navedenih svojstava, našli su veliku primenu pri izradi elemenata za železnice kao što su gumeni paneli, pragovi, ublaživa ublaživai brzina i dr. [3, 4]. Upotreba recikliranog gumenog agregata u betonima i malterima (frakcionisanog u standardne frakcije, poput prirodnog agregata) datira još iz sedamdesetih godina prošlog veka. Me# Me#utim, prou prouavanje njihovih fizi fizikomehani mehanikih svojstava i plasiranje ovih kompozita u oblastima gde mogu da daju svoj maksimum još je u po poetnoj fazi. Jedna od potvr #enih prednosti takve primene gumenog agregata je unapre# unapre#enje trajnosti kompozita koji sadrže gumeni agregat. Postoji nekoliko istraživanja sprovedenih u cilju utvr #ivanja mogu$ mogu$nosti postizanja optimalnog sastava betonske mešavine sa dodatkom gume, koja poseduje maksimalnu otpornost na dejstvo mraza, uz istovremeno zadržavanje vrsto$ vrsto$e kompozita u zadovoljavaju$ zadovoljavaju$im granicama [5]. Rezultati prikazani u ovom radu predstavljaju deo obimnijih eksperimentalnih istraživanja, sprovedenih u Laboratoriji za materijale Instituta za materijale i konstrukcije Gra# Gra#evinskog fakulteta Univerziteta u Beogradu. Predmetna ispitivanja imala su za cilj optimizaciju sastava razli razliitih mešavina cementnih kompozita, odnosno postizanje najboljih performansi u smislu trajnosti, uz istovremeno o ouvanje fizi fiziko-mehani ko-mehanikih svojstava na zadovoljavaju$ zadovoljavaju$em nivou. Upotrebljen je cement tipa CEM II, PC 35M (V-L-S) 42.5 N "Holcim", Novi Popovac, sa specifi specifinom masom od 2960 kg/m3 i sa zapreminskom masom u rastresitom stanju u iznosu od 890 kg/m3. Prirodni re reni agregat "Moravac", proizveden u separaciji "Branko Moravac", sa veli veliinom zrna izme# izme#u 0/4 mm (pesak) je koriš$ koriš$en prilikom predmetnih ispitivanja. Granulometrijski sastav upotrebljenog agregata prikazan je na slici 1. Utvr #ene su i specifi specifina i zapreminska masa peska, u iznosu od 2617 kg/m3 i 1640 kg/m3, respektivno.
27
98.2
100 90
81.5
Pesak Guma
) 80 % ( i 70 Y z a 60 l o r p i 50 n l a u 40 t n e c 30 o r P 20
100
83.5
66.3
53.8
14.2 11.9
10 1.9
0.1
0.3
0
0.125
0.25
0.5
1
2
4
8
di (mm)
Slika 5. Granulometrijske Granulometrijske krive upotrebljenih agregata a gregata
Granulometrijska kriva gumenog agregata (proizvedenog od strane firme "Tigar" iz Pirota) je tako# tako#e prikazana na slici 5. Zapreminska masa zrna agregata i zapreminska masa gumenog agregata u rastresitom stanju iznosile su 1150 kg/m3 i 470 kg/m3, respektivno. Pored kontrolne, referentne mešavine E, napravljene bez dodatka gumenog agregata, spravljeno je još šest serija maltera (G1, G2, G3, G4, G5 i G6), sa sadržajem gume koji je varirao u rasponu od 10% do 60% iste zapremine prirodnog agregata (pesak), videti tabelu 3. Sve serije maltera su napravljene sa istim masenim odnosima komponenti, karakteristi karakteristinim za standardni cementni malter, tj agregat:cement = 3:1 i voda: cement = 1:2. Fizi Fiziko-mehani ko-mehanika svojstva maltera napravljenih sa gumenog agregata upore# upore#ena su sa odgovaraju$ odgovaraju$im osobinama referentnog maltera, ozna oznaenog sa E. Ispitivanja maltera u svežem stanju obuhvatila su slede$ slede$a svojstva: zapreminska masa (-sv), razlivanje (d) i procenat (. (. p) uvu uvuenog vazduha. Ova svojstva su prikazana u tabeli 3, za sve serije. Procenat uvu uvuenog vazduha je odre# odre#en u skladu sa relevantnim standardom. Tabela 3. Svojstva maltera u svežem stanju
Serija: -sv (g/cm3)
28
E
G1
G2
G3
G4
G5
2.290 2.262 2.182 2.108 2.107 2.104
G6 2.068
d (mm)
156
165
177
180
181
182
182
. p (%)
4.25
4.00
4.50
4.35
4.50
4.60
5.60
Fizi Fiziko-mehani ko-mehanika ispitivanja maltera u o ovrslom stanju (sprovedena pri starosti od 28 dana) obuhvatila su slede$ slede$a svojstva: zapreminsku masu ((-28), vrsto$ vrsto$u pri savijanju (f s) i pritisku (f p), atheziju (f ad elastinosti (E); oni su prikazani u ad) i modul elasti tabeli 4. Prilikom ispitivanja adhezije su upotrebljene betonske plo ploe dimenzija 40x40x5cm, u svojstvu podloge. Nakon pripreme, sveže malterske mešavine su ru runo nanete na površinu plo ploa, u sloju od 3 cm. Betonske plo ploe su prethodno o oiš$ iš$ene pomo$ pomo$u eli eline etke i natopljene vodom jedan sat pre nanošenja maltera. Nega nanetog maltera je vršena tokom narednih 28 dana pokrivanjem vlažnom tkaninom. Adhezija je testirana pomo$ pomo$u "Pull-off" ure# ure#aja proizvedenog od strane firme "Controls", brzinom od 0,5kN/s±0,1kN/s. Tabela 4. Svojstva o ovrslih maltera pri starosti od 28 dana
Serija:
E
G1
G2
G3
G4
G5
G6
-28 (g/cm3)
2.143 2.130 2.080 1.990 1.970 1.970 1.890
f s (MPa)
7.63
7.38
6.50
5.88
5.63
5.00
4.37
f p (MPa)
46.6
39.8
32.8
29.4
20.6
18.8
16.6
f ad ad (MPa)
2.22
2.03
1.99
1.81
1.79
1.72
1.59
E (GPa)
25.6
23.0
22.4
21.6
20.1
19.5
19.2
Na osnovu rezultata ispitivanja može se zaklju zakljuiti da što se ti tie fizi fizikih svojstava, zapreminska masa u svežem i o ovrslom stanju opale su do oko 10% sa pove$ pove$anjem sadržaja gumenog agregata, dok su razlivanje i sadržaj vazduha blago pove$ pove$ani. Kod modula elasti elastinosti pad je iznosio oko 25%. U pogledu mehani mehanikih svojstava, najve$ najve$i pad je zapažen kod vrsto$ vrsto$e pri savijanju i pri pritisku. Sprovedena ispitivanja su pokazala da je zamena od 60% (zapreminski) agregata u cementnom malteru gumenim agregatom dovela do smanjenja od 64,4% vrsto$ vrsto$e pri pritisku maltera, pri starosti od 28 dana. U pogledu mehani nikih osobina, pad adhezije bio je najmanji, i iznosio je 28,4% za seriju sa 60% gume (zapreminski). Pored toga, iz tabele 4 je o oigledno da su sve vrednosti adhezije prelazile uobi uobiajeni minimum od 1,5 MPa. Sve osobine izgleda da padaju gotovo linearno, u skladu sa rezultatima rezultati ma istraživanja sprovedenih od strane drugih istraživa istraživaa. Sa inženjerske ta take gledišta, jasno je da upotreba reciklirane gume u svojstvu agregata u malterima i betonima može biti uspešna u izvesnoj meri, u pogledu fizi fizikomehani mehanikih svojstava [13]. Smanjena zapreminska masa pruža mogu$ mogu$nost da se projektuju laki betoni i malteri. Imaju I maju$$i u vidu druge prednosti ovih kompozita (npr. zvuna i toplotna izolacija, otpornost na mraz, otpornost na udar), postoji realna zvu mogu$ mogu$nost njihove primene u odre# odre#enim slu sluajevima, nakon postizanja optimalnog
29
balansa izme#u sadržaja gumenog agregata s jedne strane, i prihvatljivog nivoa fiziko-mehanikih svojstava dobijenih kompozita sa druge. S obzirom da cementni kompoziti sa dodatkom gumenog agregata imaju odlinu apsorbciju vibracija, visoku apsorbciju zvuka, nižu osetljivost na t emperaturne promene, ovi kompoziti sa dodatkom reciklirane gume tako#e imaju primenu u izradi obloga za izolaciju krovova, zvunih barijera u gra#evinarstvu, vodootpornih membrana, podloga za sportske terene i de ja igrališta, poploavanje šetališta, bašta, prostora oko bazena, itd.
ZAHVALNOST U radu je prikazan deo istraživanja koje je pomoglo Ministarstvo prosvete, nauke i tehnološkog razvoja Republike Srbije u okviru tehnološkog projekta TR 36017 pod nazivom: "Istraživanje mogu$nosti primene otpadnih i recikliranih materijala u betonskim kompozitima, sa ocenom uticaja na životnu sredinu, u cilju promocije održivog gra#evinarstva u Srbiji".
LITERATURA [1] [2] [3] [4] [5]
[6] [7]
30
Jevti$ D, Zaki$ D, Savi$ A: Investigation of cement based composites made with recycled rubber aggregate, Hemijska industrija, 2012, DOI:10.2298/HEMIND111203010J Muravljov M., Jevti$ D.: Gra# evinski materijali 2, Akademska misao, 2003. R. Siddique, Waste Materials and By-Products in Concrete, Scrap Tires, Chapter 4, Springer; 1 edition, (2007) 121-145. United Nations. 1987., Report of the World Commission on Environment and Development , General Assembly Resolution 42/187, 11 December 1987. Jevti$, D., Zaki$, D., Devi$, M., Marki$evi$, J.: ApplicationoOf Polystyrene-Based Concrete As A High-Performance Thermo-Insulation Composite, 5th International Conference "Research and Development in Mechanical Industry" RaDMI 2005, 04-07. September 2005, Vrnjaka Banja, Serbia and Montenegro, pp. 710-715. Zaki$, D., Jevti$ D., Živkovi$, S., Devi$, M.: Testing of Simprolit Thermo-Insulation and Steam Conduction System For Flat Roofs, 11. Internationa Symposium MASE 2005, Ohrid, septembar 2005., pp. 433-438. Zaki, D., Jevti, D., Devi, M.: Simprolit-sistema - Éffektivnoe rešenie dlja ob'ektov, podvergajuš i hsja vozdejstviju nizkih temperatur v processe stroitel'stva i ékspluatacii, NII Stroitel'noj fiziki Raasn - 50 let, Stroitel'naja fizika v XXI veke, Materialy naunotehnikoj konferencii, Moskva, 2006, ISBN 5-902630-03-07.
Prof. dr Mihailo Muravljov, dipl.inž.gra#.1
STRU' NI RAD UDK:
PRAKTI%NA PRIMENA KARBONSKIH TRAKA I TKANINA ZA SANACIJU I OJA %ANJE KONSTRUKCIJA REZIME: U radu se sa praktinog aspekta obra#uje problematika ojaanja betonskih konstrukcija postupkom lepljenja dodatnih nose$ih elemenata u vidu karbonskih traka i tkanina. Nakon uvodnog dela, u okviru koga se razmatraju neka opšta pitanja vezana za primenu ovih materijala u praksi, izlažu se osnove prorauna koje se odnose kako na armiranobetonske tako i na prednapregnute konstrukcije, priemu se, osim egzaktnih, obra#uju i uproš$eni postupci primenljivi u velikom broju praktinih sluajeva. U radu se tako#e prikazuju i neki specifini sluajevi primene karbonskih traka kao elemenata za ojaanje konstrukcija. Na kraju rada govori se o osnovnim tehnikim uslovima koji važe pri sanacijama i ojaanjima betonskih konstrukcija putem lepljenja karbonskih traka.
Klju(ne re(i: karbonska traka, traka-tkanina, traka-laminat, epoksidni lepak
PRACTICAL APPLICATION OF CARBON STRIPS AND FIBERS FOR STRUCTURAL REMEDIATION AND STRENGTHENING ABSTRACT: The paper addresses the issue of concrete structural remediation by adhesive bonding of carbon plates and fabric on load-bearing elements. After introductory part, in which some general issues related to the application of these materials in practice are discussed, calculation basis which relates to both reinforced and prestressed concrete structures is presented, whereby, in addition to the exact, simplified procedures are also considered in a great number of cases. The paper also presents some specific applications of carbon strips for strengthening of structural elements. Finally, the paper gives basic technical requirements for concrete structural remediation and strengthening using adhesive bonding of carbon strips.
Key words: carbon strips, carbon fabric (Wrap), carbon plates (CFRP), epoxy adhesives
1
Univerzitet u Beogradu Gra#evinski fakultet, Bulevar kralja Aleksandra 73, Beograd
31
UVOD Karbonske trake i tkanine predstavljaju savremene materijale koji se vrlo široko koriste pri sanacijama i ojaanjima konstrukcija. One se najviše primenjuju u oblasti betonskih konstrukcija (nearmiranih, armiranih i prednapregnutih), ali se isto tako koriste i na podru jima drugih konstrukcija – zidanih, drvenih, pa i metalnih. Karbonske trake i tkanine se izra#uju od karbonskih (ugljeninih) vlakana prenika 0.01 do 0.10 mm, pri emu se one proizvode kao: – trake-lamele (laminati), u kojima su vlakna, koja su orijentisana u pravcu pružanja trake, me#usobno slepljena odgovaraju$im epoksidnim vezivom (na taj nain dobijaju se „kruti “trakasti elementi); – trake-tkanine, koje se dobijaju razliitim tkanjem "konaca" formiranih od karbonskih vlakana (na taj nain dobijaju se savitljivi elementi – slini proizvodima tekstilne industrije). Trake-lamele mogu da prihvate samo optere$enja (zatežu$e sile) u podužnom pravcu – u pravcu pružanja vlakana, dok trake-tkanine mogu da budu nosive u više pravaca – u zavisnosti od naina tkanja „konaca“, odnosno orijentacije vlakana. U vezi sa tim postoje slede$e vrste traka-tkanina: • monoaksijalne – trake-tkanine koje su tako tkane da imaju vlakna (“konce") samo u jednom - podužnom pravcu, • biaksijalne – trake-tkanine koje su tako tkane da imaju vlakna (“konce") u dva me#usobno upravna pravca, • trake sa dijagonalnim tkanjem – trake-tkanine koje su tako tkane da imaju dva sistema vlakana (“konaca") koji sa podužnom osom trake zaklapaju uglove od 45o. Primena karbonskih traka-lamela i traka-tkanina svodi se na njihovo lepljenje odgovaraju$im epoksidnim lepkovima za spoljašnje površine konstrukcijskih elemenata koji se saniraju ili ojaavaju. Ti lepkovi predstavljaju proizvode koje, po pravilu, zajedno sa trakama odnosno tkaninama, isporuuje proizvo#a odre#enih traka (tkanina). To podrazumeva da se, u principu, uvek koristi lepak kompatibilan sa odre#enom trakom (tkaninom), a što se skoro redovno definiše i uslovljava od strane proizvo#aa trake (tkanine). Ovde se posebno istie da se karbonske trake-lamele i trake-tkanine u praksi primenjuju iskljuivo kao elementi za prihvatanje zatežu$ih sila koje se javljaju u presecima konstrukcija. To znai da se jedna traka-lamela (u daljem, kra$e reeno: traka) koristi iskljuivo za prihvatanje sila koje deluju u njenom podužnom pravcu, dok se jedna traka-tkanina (u daljem, kra$e reeno: tkanina) koristi za prihvatanje zatežu$ih sila koje deluju u pravcu (pravcima) pružanja “konaca" od kojih je izatkana. Karbonske trake i tkanine se proizvode u praktino neogranienim dužinama. Trake-lamele imaju debljine (t f ) do oko 2mm i širine (b f ) do 200mm; tkanine, pak, imaju efektivne (neto) debljine (debljine „konaca“) do nekoliko desetih delova milimetra (do cca 0,2mm), dok su im širine naješ$e 200 - 1000mm. 32
Ovde se napominje da se karbonske tkanine u praksi deklarišu i preko svojih površinskih masa, koje se naješ$e kre$e izme#u 200 i 300g/m2. 'vrsto$e pri zatezanju karbonskih traka-lamela kre$u se do oko 3000MPa, dok njihove granine deformacije (dilatacije) pri lomu mogu da iznose i cca 2%. Pri ovome, moduli elastinosti traka-lamela naješ$e se kre$u do vrednosti 200000MPa. Karbonske tkanine, pak, imaju vrsto$u pri zatezanju preko 3000MPa, dok kod njih granine deformacije pri lomu mogu da iznosi oko 1,5%. Pri ovome, njihovi moduli elastinosti naješ$e iznose preko vrednosti 200000MPa.
a)
b)
Slika 1. Postupak ispitivanja jedne karbonske trake (a) i opšti oblik radnog dijagrama (b)
Osnovne fiziko-mehanike karakteristike karbonskih traka-lamela i tkanina o kojima je napred bilo rei, a koje je neophodno poznavati pri njihovoj primeni, u opštem sluaju odre#uju se ispitivanjma. Na slici 1a prikazana je dispozicija jednog takvog ispitivanja, dok je na slici 1b predstavljen radni dijagram dobijen istim ispitivanjem na osnovu koga se mogu „proitati“ i usvojiti svi osnovni fizikomehaniki parametri koji karakterišu jednu traku-lamelu (ili tkaninu) – vrsto$a pri zatezanju, granina deformacija pri lomu i modul elastinosti. Kao što pokazuje slika 1b, radni dijagrami karbonskih traka-lamela, a to važi i za tkanine, u celokupnom naponskom podru ju su pravolinijski. Na istoj slici, komparacije radi, prikazan je i radni dijagram armaturnog elika, pa se na osnovu njega i na osnovu svega napred reenog može zakljuiti da odnos vrsto$e karbonskih traka (tkanina) i armaturnog elika iznosi 6 do 8, pri emu granina deformacija pri lomu karbonskih traka (tkanina) može da bude i do dva puta ve$a od granine deformacije armaturnog elika koja se usvaja u iznosu 1,0% (10‰). Što se, pak, tie modula elastinosti, armaturni elik u najve$em broju sluajeva ima nešto ve$i (ali ne i mnogo ve$i) modul elastinosti od karbonskih traka (tkanina). 33
PRIMENA KARBONSKIH TRAKA I TKANINA U OBLASTI BETONSKIH KONSTRUKCIJA Lepljenje karbonskih traka i tkanina za betonske površine pri sanacijama i ojaanjima konstrukcija podrazumeva prethodnu pripremu tih površina; one moraju da budu ravne ili samo blago talasaste - orapavljene peskarenjem ili brušenjem. Pored niza drugih uslova o kjoma $e na kraju ovog rada biti više rei, pri primeni karbonskih traka (tkanina) postoji i uslov da se one mogu lepiti samo za betonske elemente dovoljno visokih mehanikih karakteristika, što znai da se apliciranje traka (tkanina) može izvoditi samo na betonskim podlogama koje pokazuju zadovoljavaju$i stepen prianjanja (athezije) izme#u betona i lepka.
a)
b)
Slika 2. Princip pull-off testa (a) i aparatura za njegovo izvo#enje (b)
Podobnost betonskih površina za lepljenje karbonskih traka i tkanina utvr #uje se metodom "otkidanja" metalnih "peata" zalepljenih za beton konkretne konstrukcije – tzv. pull-off testom. To ispitivanje se sprovodi tako što se "peati" - kruti elementi od elika - pomo$u lepka koji je predvi#en za lepljenje traka (tkanina), lepe za površinu betona prethodno pripremljenu na isti nain na koji $e se to initi pri lepljenju traka (tkanina) za konstrukciju. Oko zalepljenog "peata" mora da bude izveden zasek koji zalazi u dubinu betona, tako da pri izlaganju "peata" sili zatezanja, a pod pretpostavkom regularne situacije, dolazi do "otkidanja" "peata" preko betona (sl. 2a). Na bazi vrednosti sile Z gr pri kojoj je došlo do otkaza "peata" i poznate površine "peata", izraunava se stepen ostvarene athezije izme#u betona i lepka f at , a što u konkretnom sluaju, u izvesnom smislu, definiše i vrsto$u betona pri zatezanju. U vezi sa rezultatima ovakvih ispitivanja postoje slede$i uslovi u pogledu podobnosti betona za lepljenje karbonskih traka, odnosno tkanina: – f at /1,5MPa ako se radi o trakama-lamelama; – f at /1,0MPa ako se radi o trakama-tkaninama. 34
Pull-off test esto se koristi i za ocenu efikasnosti lepljenja karbonskih traka i tkanina za betonske površine (prianjanje – f at,,trake). Ovde $e se kao ilustracija tog postupka prikazati rezultati jednog konkretnog ispitivanja koje je posebno interesantno stoga, što je re o jednoj mostovskoj konstrukciji („stari“ most preko Dunava kod Beške) i što je lepljenje karbonskih traka izvedeno in situ – tokom odvijanja saobra$aja preko mosta, a to znai i u uslovima kada je konstrukcija bila izložena optere$enju sa odre#enim dinamiki efektima. Koncepcija ispitivanja o kome je re podrazumevala je primenu komparativnog postupka, što znai da se želelo da se sprovedenim ispitivanjima do#e do veliina prianjanja predmetnih traka zalepljenih za beton u "mirnom" režimu i u uslovima kada je konstrukcija „radila“ pod pokretnim saobra$ajnim optere$enjem. Ovde se napominje da su se predmetna ispitivanja odnosila na karbonske trake-lamele tipa Sika CarboDur S1214 (trake širine 120mm, debljine 1,4mm), zalepljene za donje površine mostovskih nosaa lepkom Sikadur 31 CF Normal. Odre#ivanje prianjanja navedenih traka za beton, zalepljenih u „mirnom“ režimu, izvršeno je tako što je navedena traka zalepljena za betonske kernove (ukupno 6 komada) prethodno izva#ene iz konstrukcije mosta (sl. 3). Ovi kernovi-uzorci su ispitivani na zatezanje, pa su kao rezultat sprovedenog ispitivanja dobijene slede$e vrednosti prianjanja:
Slika 3. Tri od ukupno šest uzoraka za ispitivanje prianjanja u „mirnom“ režimu
f at, traike, min = 3,21 MPa, f at, trake, max = 4,03 MPa, f at, trake, sr = 3,55 MPa. Ovde se napominje da su svi prikazani uzorci prilikom ispitivanja imali lomove „preko betona“. Ispitivanje prianjanja trake zalepljene za beton pull-off testom u uslovima odvijanja saobra$aja preko mosta sprovedeno je nakon 7 i 28 dana od dana lepljenja. I tom prilikom lomovi su uvek išli „preko betona“, što se ilustruje slikom 4. Nakon 7 dana dobijene su slede$e vrednosti prianjanja trake za beton: f at, trake, min = 5,86 MPa, f at, trake, max = 7,11 MPa, f at, trake, sr = 6,60 MPa, 35
a)
b)
Slika 4. Otkinuti „peati“(a) i izgled površine trake i betona na mestu pull-off testa (b)
dok je posle 28 dana to prianjanje imalo vrednosti: f at, trake, min = 5,78 MPa, f at, trake, max = 7,79 MPa, f at, trake, sr = 6,62 MPa. Kao što se vidi iz prikazanih rezultata, vrednost f at,trake,sr dobijena ispitivanjem uzoraka prikazanih na slici 3 je blizu 2 puta manja od veliina prianjanja koje su dobijene pull-off testom preko "peata" zalepljenih za donju površinu mostovskog nosaa. Mada je re o rezultatima koji su na prvi pogled udni, oni su vrlo logini, pošto, generalno posmatrano, rezultati pull-off testa vrlo mnogo zavise od dubine zasecanja betona. Naime, u praksi se pokazalo da se pri dubinama zasecanja od 510mm dobijaju 1,5 do 2 puta ve$e vrsto$e prianjanja nego u sluajevima kada su te dubine reda veliine 20 do 50mm. Kako su u svim ispitivanjima o kojima je ovde re dobijani lomovi „preko betona“, objašnjenje dobijenih rezultata ispitivanja je u tome da se pri malim dubinama zasecanja, a izvan izvedenog zaseka, sila zatezanja prenosi preko znatno ve$e površine od one koja se dobija zasecanjem, pa se time van zaseka ostvaruju i manji naponi zatezanja u betonu. Na taj nain se, logino, "opasan presek" formira u okviru samog zaseka, pa se stoga i u okviru zaseka male dubine ostvaruje lom. Uzimaju$i u obzir sva data objašnjenja, može se smatrati da su rezultati konkretnih ispitivanja potpuno logini. Naime, veliine prianjanja koje se odnose na uzorke prikazane na slici 3 odnose se u stvari na betonske kernove - cilindre nominalnih prenika 50mm, a dužina 50-70mm, koji su iz razumljivih razloga prethodnom obradom - seenjem na oba kraja - dovedeni na potrebne mere, pa je stoga pri sprovedenim ispitivanjima faktiki dobijena "prava" vrsto$a betona pri zatezanju koja je, kao što je reeno, u najve$em broju sluajeva manja od zatezne vrsto$e betona u okviru zaseka koji se izvodi pri pull-off testu. Sprovedena ispitivanja i izvršene analize pokazale su slede$e: – aritmetike sredine izmerenih napona prianjanja trake zalepljene za beton u uslovima odvijanja saobra$aja preko mosta, a na osnovu rezultata ispitivanja pull-off
36
testom nakon 7 i 28 dana po završetku lepljenja, kre$u se u granicama 6-7MPa, što višestruko premašuje minimalno potrebnu veliinu od 1,5MPa; – laboratorijska ispitivanja prianjanja karbonske trake zalepljene za beton u "mirnom" režimu, pokazuju da se primenom pull-off testa (važi kako za terenske, tako i za laboratorijske uslove), uvek dobijaju povoljniji rezultati od onih koji se dobijaju u laboratoriji primenom metode sa cilindrinim uzorcima ve$e dužine; – merenjem dinamikih karakteristika predmetne konstrukcije, a u sluaju prelaska „teških vozila“ preko mosta, dobijene su slede$e vrednosti: • frekvencija oscilovanja f = 2.3Hz; • maksimalna amplituda dinamikih ugiba cca 1,2mm, na osnovu ega sledi da je izmerena maksimalna razlika dinamikog i statikog ugiba a 0 0,6mm; • maksimalno izmereno ubrzanje g = 0,46m/sec2; • frekvencija oscilovanja T = 1/2,3 = 0,435sec. Na osnovu napred prikazanih izmerenih i sraunatih veliina, proizilazi da se dinamike karakteristike predmetne konstrukcije kre$u u oekivanim, odnosno u dozvoljenim granicama, i da pod takvim okolnostima one nemaju uticaja na proces ošvrš$avanja epoksidnog lepka primenjenog za lepljenje karbonske trake za površinu betona.
PRORA%UN OJA%ANJA ARMIRANOBETONSKIH KONSTRUKCIJA Prorauni armiranobetonskih konstrukcija sa ojaanjima u vidu karbonskih traka (tkanina) danas se naješ$e sprovode primenom metode graninog stanja nosivosti. U vezi sa tim problemi se rešavaju na više naina, ali $e u daljem biti prikazan jedan vrlo jednostavan, ali sa praktine take gledišta dovoljno taan postupak koji, osim toga, daje i rezultate na strani sigurnosti. Proraun o kome re, a pod pretpostavkom da se primenjuju trake-lamele, zasniva se na stavu da se konstrukcije koje se saniraju ili ojaavaju mogu tretirati sa raunskim graninim dilatacijama karbonskih traka $u,trake= $l reda veliine 40% do 50% graninih deformacija koje su dobijene ispitivanjem, pa se na bazi poznatog modula elastinosti trake E trake = E l može dobiti i raunska granina vrednost naprezanja trake % u,trake neophodna za proraun. Na primer, ako je ispitivanjem trakelamele Sika CarboDur S (proizvod firme Sika -Švajcarska) dobijeno slede$e: – srednja vrednost modula elastinosti 180000 MPa, – srednja vrednost vrsto$e pri zatezanju 3100 MPa, – dilatacija pri lomu cca 1,70%,
37
Slika 5. Radni dijagram karbonske trake-lamele tipa Sika CarboDur S
usvajanjem raunske granine dilatacije u iznosu 49% dilatacije koja je dobijena pri lomu, u konkretnom sluaju trake dobi$e se da je $u,trake = $l = 0,833%, pa $e % u,trake biti % u,trake =
0,833·180000/100 0 1500MPa.
Sve napred navedeno ilustrovano je i slikom 5 koja odgovara rezultatima sprovedenog ispitivanja. U sluajevima primene traka-tkanina kao elemenata za ojaanje armiranobetonskih konstrukcija, prorauni ojaanja sprovode se u principu na isti nain kao u sluajevima traka-lamela, pri emu se i kod traka-tkanina neophodni ulazni podaci vezani za traku koja se koristi odre#uju putem odgovaraju$ih eksperimentalnih ispitivanja. Me#utim, sada se pri ispitivanjima ne ide na odre#ivanje veliine % u,trake, ve$ se ide na definisanje raunske vrednosti granine sile zatezanja (nosivosti) trake Z u kao elementa odre#ene širine. Na slici 6 prikazani su rezultati jednog takvog eksperimentalnog ispitivanja koji se odnose na traku-tkaninu Sika Wrap-230 C/45 proizvo#aa Sika (Švajcarska) širine 30cm (nominalna debljina ove trake je 0,131mm).
38
Slika 6. "Radni dijagram" karbonske trake-tkanine Sika Wrap-230 C/45
Ovde se napominje da je u sluaju dijagrama prikazanog na slici 6 za predmetnu traku-tkaninu usvojena veliina $u,trake = $t ≈ 0,8%, na osnovu ega je dobijeno da se u konkretnom sluaju može usvojiti vrednost Z u = 60kN (= 60kN/30cm). Ukoliko bi se, pak koristila traka-tkanina Sika Wrap-230 C/45, širine 60cm, opet nominalne debljine 0,131mm, za nju bi se mogla usvojiti vrednost Z u = 120kN (= 120kN/60cm). Sa napred definisanim ulaznim podacima mogu$e je sprovesti proraun ojaanja za svaki konkretan sluaj konstrukcije, pri emu je veoma važno da se što je mogu$e tanije definiše naponsko-deformaciono stanje u vreme izvo#enja ojaanja tzv. "nulto" ("zateeno") stanje konkretnog konstrukcijskog elementa. U daljem $e se na primeru proste grede prikazane na slici 7 dati osnove prorauna ojaanja konstrukcija izloženih savijanju primenom traka-lamela. U vezi sa tim, kao prvo, treba definisati uticaje u konstrukciji u "nultom" stanju, odnosno definisati momente koji $e biti prisutni za vreme izvo#enja radova na ojaanju (sanaciji), a što je u prvom redu važno iz razloga da se na taj nain ostvari mogu$nost izraunavanja odgovaraju$e dilatacije u postoje$oj - zategnutoj armaturi $ao. Tek nakon toga, kada se definiše veliina $ao, može se pristupiti realizaciji procedure prorauna koja je definisana slikom 8, a koja se u suštini svodi na primenu uobiajenog postupka metode graninog stanja nosivosti armiranobetonskih konstrukcija izloženih savijanju. Drugim reima, proraun potrebnog ojaanja u vidu zalepljene karbonske trake-lamle svodi se na definisanje površine trake Al , tako da njena dilatacija $l bude maksimum $u,trake, a da pri tome dilatacija u postoje$oj zategnutoj elinoj armaturi zadovolji uslov $a ) 1,0% (= 10‰). Pri tome postoji još i uslov
39
M u ( oj ) ≤ 2, M u ( no )
(1)
gde je M u(no) granini moment za neojaani presek, a M u(oj) = M u(no)+M u(l) granini moment za ojaani presek; veliina M u(l), logino, predstavlja granini moment (momenat nosivosti) koji predstavlja iskljuivo posledicu prisustva zalepljenih karbonskih traka-lamela. Napred dat odnos graninog momenata ojaanog preseka i graninog momenta neojaanog preseka (1) predstavlja, u stvari, uslov da se pri primeni ojaanja zalepljenim karbonskim trakama dozvoljava da nosivost ojaanog preseka bude najviše dva puta ve$a od nosivosti neojaanog preseka.
Slika 7. Primer konstrukcije sa ojaanjem u vidu zalepljene karbonske trake-lamele
Slika 8. Dilatacije i unutrašnje sile pri graninom stanju ojaanog pravougaonog preseka
40
Osim egzaktnog prorauna zasnovanog na elementima prikazanim na slici 8, a pod pretpostavkom da granino stanje u posmatranom preseku konstrukcije ne nastupa pri lomu betona, potrebna površina dodatne karbonske trake-lamele Al može dovoljno tano da se izrauna i putem slede$eg izraza:
Al ≅
M u (∆q) . 0,9d σ l , gr
(2)
U ispisanoj relaciji figurišu: M u( &q) - granini momenat od optere$enja &q koje predstavlja razliku ukupnog optere$enja q i optere$enja koje odgovara "nultom" stanju konstrukcije; d - ukupna visina betonskog preseka; % l,gr = % u,trake - granini napon u karbonskoj traci-lameli koji odgovara usvojenoj graninoj deformaciji trake $u,trake. Osim izraunavanja površine A , proraun se može svesti i na odre#ivanje sile l Z u u traci putem izraza
Z u = σ l , gr ⋅ Al = M u (∆q ) / 0,9d ,
(3)
što $e posebno imati smisla pri upotrebi traka-tkanina Ovde treba još jednom napomenuti da izrazi (2) i (3) implicitno podrazumevaju da se celokupno optere$enje &q poverava iskljuivo dodatnoj tracilameli, odnosno traci-tkanini, a da dati betonski presek sa postoje$om $elinom armaturom prihvata samo optere$enje koje odgovara "nultom" stanju konstrukcije.
PRORA%UN OJA%ANJA PREDNAPREGNUTIH KONSTRUKCIJA U sluaju prednapregnutih konstrukcija, na primer nosaa prikazanog na slici 9, tako#e, kao prvo, treba definisati uticaje u konstrukciji u "nultom" stanju, odnosno definisati momente koji $e biti prisutni za vreme izvo#enja radova na ojaanju. S tim u vezi, a primenom metode dozvoljenih napona i potpuno prihvatljive pretpostavke da $e za vreme izvo#enja radova na ojaanju konstrukcija biti izložena iskljuivo delovanju stalnog optere$enja, može se definisati dijagram naprezanja u merodavnom (opasnom) preseku oznaen sa "g" na slici. 10. Ako se taj dijagram superponira sa naponskim stanjem u istom preseku od optere$enja "p", dobi$e se, kako pokazije slika 10, dijagram oznaen sa "g+p" u okviru koga, ukoliko je stvarno neophodno ojaanje konstrukcije, napon % d (g+p) treba da bude ne samo ve$i od dozvoljenog napona zatezanja koji odgovara potpunom predaprezanju, ve$ ve$i i od vrednosti napona zatezanja koji se toleriše pri tzv. ogranienom prednaprezanju.
41
Slika 9. Prednapregnuti nosa sa zalepljenom karbonskom trakom-lamelom
g
c
d
c
Slika 10. Dijagrami naprezanja u nosau koji se ojaava
Proraunski postupak koji u daljem treba primeniti svodi se na to da se, kao prvo, odredi tzv. momenat dekompresije M dek pri kome $e na donjoj ivici preseka biti anuliran ranije prisutan napon % d (g+p), a to znai da treba izraunati pozitivan momenat veliine M dek = % d (g+p)·W d.
(4)
Ovde je sa W d oznaen otporni momenat za donju ivicu posmatranog preseka (u okviru slike 8 ispisane su i sve geometrijske karakteristike datog preseka: površina F , otporni momenat za gornju ivicu preseka W g i otporni momenat za donju ivicu preseka W d ). Nakon definisanja momenta M dek , a saglasno slici 8, treba odrediti i momenat ' M = M(g+p) - M dek ,
(5)
što zna i da se sada ukupni momenat u posmatranom preseku M(g+p) razlaže na momenat M dek i momenat ' M . Prvi od navedenih momenata prihvata neojaani presek, dok momenat ' M treba da prihvati betonski presek sa dodatnom karbonskom 42
trakom. Kako u praksi, u odnosu na nosivost prednapregnutih nosaa, u ovakvim sluajevima nije kritian napon pritiska u betonu ve$ napon zatezanja u "armaturi", a to u konkretnom sluaju znai napon zatezanja u dodatnoj traci-lameli,odnosno tracitkanini, potrebna površina dodatne trake može da se odredi na bazi granine vrednosti momenta dekompresije M dek,u. Ova vrednost, pak, sa dovoljnom tanoš$u može da se dobije na bazi faktora sigurnosti veliine 1.8, pa se, prema tome, može usvojiti da je M dek,u ( 1,8· M dek .
(6)
Kako se sila pritiska u betonu Db prikazana na slici 8 kod prednapregnutih nosaa "T" i "I" preseka sa dovoljnom tanoš$u može prikazati u obliku Db ( 0,5·% g,dek ·d·d 2,
(7)
to se, isto tako, kao dovoljno tana vrednost, za graninu silu u dodatnoj traci-lameli, odnosno traci-tkanini, može usvojiti veliina Z trake,u ( (M dek,u - Db·d/3)/d.
(8)
Na taj nain, a pri primeni traka-tkanina, na bazi dobijene sile Z trake,u= Z u može se direktno usvojiti tip i broj potrebnih traka za ojaanje predmetne konstrukcije, dok se pri primeni traka-lamela u principu prvo odre#uje površina Al putem izraza Z trake,u = Z u = % u,trake⋅ Al ,
(9)
a tek nakon toga, prema dobijenoj površini, usvaja tip i potreban broj traka-lamela.
ANKERISANJE KARBONSKIH TRAKA Pri primeni karbonskih traka (a to važi i za tkanine) u stemima konstrukcija prikazanim na slikama 7 i 9, trake-ojaanja se po pravilu postavljaju samo na delovima nosaa gde su one potrebne za "pokrivanje" momenata savijanja, pri emu one treba da budu "prepuštene" i izvan tih zona, kako bi se obezbedilo njihovo efikasno ankerisanje. Naime, ispitivanja i praktina iskustva govore da pri dostizanju granine nosivosti konstrukcija ojaanih zalepljenim trakama, otkazi takvih konstrukcija nastupaju tako što uvek dolazi do odvajanja krajeva traka od konstrukcijskih elemenata. Do toga, pak, ne dolazi ni po kontaktu traka-lepak, niti preko loma kroz sam lepak, ve$ se ta pojava javlja u vidu smiu$eg mehanizma u okviru koga se, ukljuuju$i i traku u potpuno intaktnom stanju, na kraju trake "kida" površinski sloj betona debljine nekoliko milimetara (3-5mm). S obzirom da otkazi zalepljenih spojeva o kojima je re uvek nastupaju smicanem "po betonu", proizilazi da je f ) – vrsto$a pri smicanju zalepljenog spoja 43
beton-traka – funkcija kvaliteta betona, i da se ta veliina može definisati iskljuivo na bazi odgovaraju$ih eksperimentalnih ispitivanja. U nastavku $e se prikazati jedno takvo ispitivanje koje je sprovedeno primenom dispozicije prikazane na slici 9a, a iji su rezultati prezentirani u tabeli 1. Tabela 1. Rezultati ispitivanja prianjanja (athezije) karbonskih traka-lamela za beton
Uzorak br. 1 2 3
Tip trake
Sika CarboDur S1012 Sika CarboDur S1014 Sika CarboDur S1214
bf /tf (mm/mm)
Pgr (kN)
) gr = f ) = Pgr /21,6xbf
100/1,2
42
1,94
100/1,4
54
2,50
120/1,4
62
2,39
(MPa)
Kao što se vidi, predmetna ispitivanja su sprovedena sa karbonskim trakamalamelama Sika CarboDur S1012 i Sika CarboDur S1214 , pri emu su one za nearmirane betonske gredice preseka 12x12cm, dužine 72cm, od betona MB 30, zalepljene putem epoksidnog lepka Sikadur-30.
Slika 11. Dispozicija ispitivanja prianjanja karbonskih traka-lamela za beton (9a) i shema otkaza (loma) uzoraka (9b)
44
U svim ispitivanjima o kojima je re lom gredica je nastupao na nain predstavljen na slici 11b; do otkaza uzoraka dolazilo je tako što je u neposrednoj zoni jednog od oslonaca prvo "preko betona" otkidan deo trake dužine "c", da bi nakon toga nastupao i lom po kosoj pukotini koja se protezala od donje do gornje ivice betonskog uzorka. Pri ovome, deo trake izvan zone "c" ostajao je i dalje zalepljen za betonsku površinu. Navedena formulacija "preko betona", pak, podrazumeva da je u fazi loma dolazilo do otkidanja jednog tankog površinskog sloja betona debljine 34mm, što znai da je u datom sistemu beton-lepak-traka, beton uvek bio najslabiji medijum. S obzirom na statiki sistem uzoraka i na karaktere lomova o kojima je napred bilo rei, proizilazi da je kod svih uzoraka otkaz nastupao usled dostizanja granine vrednosti napona smicanja ) gr = f ) na kontaktu traka-beton ostvarenom putem primenjenog lepka. Drugim reima, u svim sluajevima o kojima je re, za otkaz uzoraka bila je "odgovorna" transverzalna sila Q; ta sila je bila konstantna duž uzoraka i imala veliinu Q = ±0,5P gr . Imaju$i u vidu sve prethodno reeno, dolazi se do slede$eg izraza: ) gr = f ) = 0,5P gr /(0,9x12xb f ) = P gr /21,6b f ,
pa su tako dobijene vrednosti unete u zadnju kolonu tabele 1. S obzirom da prianjanje (athezija) karbonskih traka za beton neosporno zavisi od kvaliteta betona, vrednosti 1gr = f ) se mogu definisati u funkciji klase vrsto$e betona C, odnosno u funkciji njegove marke MB. S tim u vezi u tabeli 2 prikazuju se rezultati jednog šire koncipiranog eksperimentalnog ispitivanja sprovedenog baš radi odre#ivanja vrsto$a pri smicanju zalepljenih spojeva beton-traka (tkanina), pa se u navedenoj tabeli prikazane vrednosti 1gr = f ) mogu koristiti pri rešavanju velikog broja praktinih problema. Tabela 2. Zavisnost izme#u kvaliteta betona i vrsto$e 1gr = f 1
Klasa betona C
MB )gr = f (MPa)
8/10 10 1,0
16/20 20 1,6
25/30 30 2,0
35/45 40 2,3
40/50 50 2,5
Kako je za armiranobetonske konstrukcije ojaane karbonskim trakama saglasno slici 7 u važnosti izraz τ
=
Qu 0 , 9 dbl
(10)
to u svim presecima nosaa vrednost smiu$eg napona ) treba da bude manja ili jednaka odgovaraku$oj vrednosti 1gr = f ) iz tabele 2, što isto važi i za napon
45
τ
Q u S = I ⋅bl
(11)
koji se odnosi na konstrukcije od prednapregnutog betona prema slici 9. Kao što je reeno, trake-ojaanja, a radi obezbe#enja njihovog efikasnog ankerisanja, treba da budu "prepuštene" i izvan zona nosaa u kojima su one potrebne za "pokrivanje" momenata savijanja, pri emu dužine tih ankerisanja * mogu da se definišu na bazi veliina 1gr = f ) datih u tabeli 2 i u funkciji debljina traka t . Nije teško pokazati da $e dužina * u posmatranom sluaju, a pod predpostavkom ravnomerne raspodele napona f ), biti definisana izrazom λ
= t ⋅
σ l
f
,
(12)
τ
u kome, osim ve$ objašnjenih vrednosti, figuriše i veliina % l - napon u karbonskoj traci (lameli ili tkanini) u preseku u kome poinje njeno ankerisanje. U sluaju zalepljenih karbonskih traka-tkanina, a pod pretpostavkom da na mestu njihovog ankerisanja u traci vlada granini napon % l,gr 0 1500MPa (raunska "vrsto$a" koja reprezentuje najve$i broj sluajeva u praksi) i da je f ) 0 1,0MPa (što odgovara minimalnoj vrednosti iz tabele 2), dobi$e se da je * ( 1500·t .
(13)
Ako se sada uzme u obzir da se u najve$em broju sluajeva efektivne (neto) debljine traka-tkanina kre$u izme#u 0,1 i 0,2mm, sledi da $e pod takvim uslovima dužine ankerisanja * varirati u granicama 150-300mm, što praktino znai da se efikasno ankerisanje bilo koje trake-tkanine ostvaruje ve$ pri dužini * 0 30cm. Za trake-lamele, pak, u principu važi isti, napred dat izraz (12) za odre#ivanje dužine *, pri emu se i sada, analogno prethodnom sluaju, može usvojiti da je f ) 0 2,0MPa. Na taj nain dobi$e se da za trake-lamele sa dovoljnom tanoš$u važi relacija * ( 750·t .
(14)
Me#utim, kod traka-lamela debljine t su znatno ve$e nego kod traka-tkanina, pa bi se mehanikom primenom iste logike kao kod analize sluaja traka-tkanina dobile vrlo velike i sa praktine take gledišta nerealne vrednosti dužine *. Naime, kod traka-lamela nije opravdano da se pri analizi dužine * rauna sa najve$im mogu$im (graninim) naponom u zalepljenoj lameli, ve$ proraun mora da bude zasnovan na stvarnoj vrednosti napona u zoni kraja lamele, a ta je vrednost uvek znaajno manja od maksimalne vrednosti % l,gr . U vezi sa tim pretpostavi$e se da je prisustvo traka-lamela kao elemenata za ojaanje konstrukcija prikazanih na slikama 7 i 9 neophodno samo 46
do preseka udaljenih od oslonaca greda (levih i desnih) za maksimum 0,1l . U tom sluaju $e, ako se pretpostavi da je re o gredama izloženim jednakopodeljenom optere$enju, u tim presecima vladati momenti koji po svojim vrednostima predstavljaju svega 36% maksimalnih momenata, a to znai da se pod takvim uslovima veliina * može prikazati u izmenjenom obliku 2 0 270·t .
(15)
Ako se uzme u obzir da u najve$em broju sluajeva debljine traka-laminata iznose 1,0 do 2,0mm, proizilazi da $e sada dužine ankerisanja * varirati u granicama 270 do 540mm, što praktino znai da se efikasno ankerisanje bilo koje trake-lamele u zoni oslonaca posmatranih greda (na cca maksimum 0,1l od oslonaca) obezbe#uje sa dužinama * od cca 25 do oko 50cm. Napred prikazana analiza dužine ankerisanja karbonskih traka, kao što se može zakljuiti, je krajnje orijentaciona, ali ipak dovoljno ilustrativna jer omogu$ava sagledavanje fenomena i relevantnih uticajnih parametara. Ukoliko, pak, postoji potreba za tanijim definisanjem dužine ankerisanja *, treba koristiti izraz (12) u koji, kao osnovno, treba uvrstiti efektivnu (stvarnu) vrednost napona u traci % l,ef koja odgovara zoni kraja trake, odnosno koja raunski odgovara zadnjem preseku u kome je predmetna traka neophodna kao element za ojaanje konstrukcije. Na taj nain dobi$e se i efektivna (stvarna) dužina ankerisanja *ef preko koje $e biti definisan kraj posmatrane trake. Ovde se napominje da se u praksi karbonske trake za ojaavanje armiranobetonskih i prednapregnutih konstrukcija izloženih savijanju po pravilu naješ$e postavljaju po celokupnim dužinama konstrukcijskih elemenata; na taj nain, bez znaajnijih pove$anja troškova, u potpunosti se "pokrivaju" sve eventualne nepreciznosti vezane za definisanje vrsto$e pri smicanju zalepljenog spoja 1gr = f ) .
Slika 12. Poboljšanje ankerisanja trake-laminata lepljenjem "U" elementa od trake-tkanin
47
Završeci karbonskih traka-lamela a iz razloga poboljšanja njihovog ankerisanja, esto se izvode na nain prikazan na slici 12; kao što se vidi, kraj trake se osigurava jednom nezatvorenom uzengijom - zalepljenim "U" elementom oblikovanim od karbonske trake-tkanine.
JEDAN POSEBAN SLU%AJ NASTAVLJANJA KARBONSKIH TRAKA Mada se karbonske trake-lamele i trake-tkanine proizvode u praktino neogranienim dužinama, u pojedinim situacijama u praksi, a prevashodno iz tehnoloških razloga, potrebno je da karbonske trake budu izvedene i sa nastavcima. I ovaj problem, kao i problem ankerisanja karbonskih traka, može se razrešiti iskljuivo na bazi odgovaraju$ih eksperimentalnih ispitivanja u okviru kojih $e, zavisno od trake koja se nastavlja i od lepka koji se primenjuje, biti definisana potrebna dužina tzv. "preklopa". U nastavku $e se prikazati jedno takvo eksperimentalno ispitivanje koje je sprovedeno radi dobijanja potrebne dužine preklapanja pri sanacionim radovima na jednom armiranobetonskom dimnjaku gde su trake-lamele primenjene po visini dimnjaka u vidu "obrua" koji su zbog velikih dužina morali da se izvode iz nekoliko segmenata (2 do 3). To znai da su u okviru svakog "obrua", a radi obezbe#enja kontinuiteta traka, morali da postoje i nastavci koji su prema projektu predvi#eni da budu izvedeni u vidu zalepljenih prekolpa dužine 100cm. Mada se smatralo da je u konkretnom sluaju navedena dužina preklopa dovoljna za prenošenje sile zatezanja, od strane Sike – proizvo#aa i isporuioca sanacionih materijala (karbonskih traka i odgovaraju$eg lepka) – predloženo je da se na oba kraja projektovanih preklopa postave i dodatne eline ploe koje $e popreno "premoš$avati" trake i biti privrš$ene za betonsku površinu dimnjaka sa dva ankera-tipla HILTI HST M-12. Ovaj predlog je prihva$en, pa je svaki od navedenih ankera-tiplova (ukupno 4 komada na svakom preklopu) bio pritegnut silom od 7,5kN, kako bi se na svakom kraju preklopa dobila ukupna sila pritezanja od 15kN. Na taj nain je, dakle, na krajevima preklopa pri pritezanju ankera-tiplova dobijana odre#ena sila pritiska na trake, ime je nesumnjivo pove$ana sigurnost izvedenog nastavka. Ovde se napominje da je na mestima nastavljanja dve trake Sika CarboDur S1214 lepljenjem pomo$u epoksidnog lepka, a sa preklopom od 100cm, prosena vrednost graninog naprezanja na smicanje u tom spoju iznosila ) u,tr = 417/(1,00x0,12) = 3475kN/m2 = 3,48MPa.
(16)
Bez obzira što je u potpunosti prihva$en predlog Sike u vezi "ojaavanja" preklopa - nastavaka karbonskih traka, na Gra#evinskom fakultetu Univerziteta u Beogradu - u Institutu za materijale i konstrukcije (IMK) - sprovedena su laboratorijska ispitivanja u cilju verifikacije tog rešenja. 48
U vezi sa navedenim, izra#ena su i ispitana tri uzorka prikazana na slici 13. Radi se o uzorcima širina 30mm i 60mm „iseenim“ iz trake Sika CarboDur S1214 širine 12cm, koji su izlagani silama zatezanja P, pri emu su dva uzorka (uzorci 1 i 2) bili uzorci sa "istim" preklopima, dok je jedan uzorak (uzorak 3), osim zalepljenog prekopa, na oba kraja imao i dodatna ojaanja u vidu elinih stega.
Slika 13. Ispitivanje nastavaka traka preklapanjem
U tabeli 3 prikazuju se rezultati sprovedenih ispitivanja, pri emu je njihova analiza, izme#u ostalog, zasnovana na raunskoj vrednosti granine sile zatezanja Z u = 417kN koja se odnosi na traku Sika CarboDur S1214 širine 120mm. Ukoliko se radi o trakama širina 60mm i 30mm, te sile su respektivno bile Z u 0 208,5kN, odnosno Z u 0104,25kN.
49
Tabela 3. Rezultati ispitivanja nosivosti nastavaka-spojeva karbonskih traka izvedenih putem zalepljenih preklopa
Broj uzorka 1 2 3
Sila loma nastavka-spoja P u(kN) 59,1 33,4 56,8
'vrsto$a spoja pri smicanju ) u(MPa) 1,97 2,23 3,79
Odnos sila P u /Z u
Karakter otkaza - loma
0,283 0,320 0,545
Lom preko lepka Lom preko lepka Lom preko lepka
Na osnovu rezultata ispitivanja prikazanih u tabeli 3 proizilazi da se primenom dodatnih ojaanja u vidu elinih stega prikazanih na slici 13, nosivost nastavaka traka preklapanjem znaajno pove$ava. To pove$anje je toliko da se u konkretnom sluaju dobija vrsto$a predmetnog spoja pri smicanju ) u = 3,79MPa, koja je praktino istog reda veliine kao raunsko granino naprezanje na smicanje ) u,tr = 3,48MPa u spoju traka koje formiraju obrue oko predmetnog dimnjaka (videti izraz (16)). Naponi ) u pri kojima je došlo do otkaza uzorka 1 i 2 predstavljaju samo uslovno tane vrednosti zasnovane na pretpostavci o ravnomernoj raspodeli napona smicanja duž posmatranog spoja traka. Me#utim, ta raspodela, kao i u sluajevima slinih veza u elinim konstrukcijama (izvedenim zakivcima, vijcima ili zavarivanjem) i drvenim konstrukcijama (izvedenim pomo$u eksera, zavrtnjeva i dr.) nije ravnomerna, ve$ ona u principu odgovara sluaju prikazanom na slici 14. Me#utim, u sluaju elika i drveta, a tako#e i spojnih sredstava koja se u okviru tih konstrukcija primenjuju, radi se o duktilnim materijalima i elementima, pa taj fenomen nema naroitog znaaja u odnosu na granine nosivosti predmetnih veza. Naime, usled navedene duktilnosti, a u sluajevima graninih nosivosti, spoljašnja sila P u se uvek relativno ravnomerno raspore#uje na sva upotrebljena spojna sredstva. Me#utim, kada je re o karbonskim trakama i o lepkovima koji se koriste pri njihovoj primeni, ne važi pretpostavka duktilnosti. Naime, i u jednom i u drugom sluaju se radi o neduktilnim materijalima, tako da se u spoju prikazanom na slici 14 na krajevima traka uvek javljaju enormno veliki naponi ) max , a da pri tome ne postoji
Slika 14. Raspodela napona smicanja u spoju zalepljenih traka
50
mogu$nost da se sa tih mesta naprezanja „preraspodele“ duž zalepljenog spoja. U takvim uslovima, im se praktino u užim zonama oko krajeva traka – u zonama svojevrsnih koncentarcija napona ) max – dostigne vrsto$a pri smicanju upotrebljenog lepka, dolazi do otkaza celokupne veze. Kada se na krajevima zalepljenih traka primene ojaanja u vidu elinih stega, kao što je to sluaj kod uzorka 3 prikazanog na slici 13, a to znai kada se u zone krajeva zalepljenih traka unesu odre#ene sile pritiska V (videti sliku 14), te sile $e eliminisati prisutne koncentracije napona, tako da se potpuno osnovano može smatrati da $e duž spoja zalepljenih traka vladati relativno ravnomerno raspore#en napon smicanja. To je i razlog što je u sluaju uzorka 3 dobijen napon ) u = 3,79MPa, koji je 3,79/2,23 0 1,7 puta ve$i od napona dobijenog u sluaju uzorka 2 – uzorka bez elinih stega.
OSNOVNI TEHNI%KI USLOVI IZVO ENJA SANACIJA I OJA%ANJA BETONSKIH KONSTRUKCIJA LEPLJENJEM KARBONSKIH TRAKA UVOD U ovim Osnovnim (tehnikim) uslovima bi$e obra#ene slede$e globalne pozicije radova na izvo#enju sanacija i ojaanja betonskih konstrukcija zalepljenim karbonskim trakama: – pristup mestima lepljenja, – priprema površina za lepljenje, – sâmo lepljenje karbonskih traka - traka-lamela i traka-tkanina. Ovde se napominje da za primenu pri izvo#enju predmetnih radova dolaze u obzir iskljuivo materijali koji su garantovano kompatibilni, što znai da se mogu primenjivati samo trake i lepkovi istog proizvo#aa. Pre poetka izvo#enja radova potrebno je da izvo#a pribavi dokaze kvaliteta materijala koje $e koristiti pri predmetnim intervencijama, odnosno da pribavi atestnu dokumentaciju za konkretan sistem ojaanja. RADOVI KOJI PRETHODE INTERVENCIJI
Omogu"avanje pristupa mestu intervencije Ova pozicija obuhvata izradu i docnije uklanjanje potrebne radne skele ili platforme na mestima gde lepljenje zahteva takve pomo$ne konstrukcije. Za utvr #ivanje obima radova vezanih za pristup mestima intervencije koriste se podaci iz projektne dokumentacije, pri emu se izvo#au radova ostavlja sloboda da prema konkretnim uslovima, broju interventnih mesta i asortimanu opreme kojom raspolaže usvoji tehniki i ekonomski najpovoljnije rešenje. 51
Priprema podloge za lepljenje traka Karbonske trake-lamele i trake-tkanine mogu se lepiti samo za betonske podloge koje zadovoljavaju propisane uslove kvaliteta, a to su: vrsto$a betona pri pritisku, vrsto$a prianjanja/lepljenja za datu površinu, hrapavost i ravnost (zatalasanost) površine, taka rose i površinska vlažnost.
Odre! ivanje " vrsto% e betona pri pritisku preko izva! enih kernova ili Šmitovim " eki %e m. Obim ispitivanja o kome je ovde re treba odabrati tako, da se mogu izvesti potpuno jasni zakljuci u vezi kvaliteta betona.
Odre! ivanje " vrsto% e prijanjanja/lepljenja za betonsku površinu ili za malter za izravnanje. Prijanjanje/lepljenje traka za betonsku površinu je od velike važnosti
jer se zatežu$e sile u elementu za ojaanje praktino preko napona smicanja, odnosno upravno na površinu betona, unose u beton. U vezi sa tim treba da bude zadovoljeni slede$i uslovi u pogledu vrsto$e prianjanja/lepljenja: – f at / 1,5 MPa ako se radi o trakama-lamelama; – f at / 1,0 MPa ako se radi o trakama-tkaninama. Napred date vrednosti odnosi se na slede$i postupak ispitivanja. Na pripremljenoj površini betona treba na najmanje 3 mesta ispitati vrsto$u na zatezanje pri prijanjanju/lepljenju za beton, pri emu treba primeniti pull-out test, odnosno postupak kontrolnog "peata"sa useenim "prstenastim žljebom". Prenik kontrolnog "peata" treba da iznosi 50mm, a "prstenasti žljeb" treba minimum 5mm da u#e u dubinu betona. Rapavost i ravnost površine betona. Praksa pokazuje da se sveže aplicirane karbonske trake, a što u prvom redu važi za trake-lamele, pri ve$im neravninama odvajaju od betonske površine. U zonama udubljenja kod rapave betonske površine stvaraju se u lepku pod trakom vazdušni "baloni$i" i šuplja mesta. Ovakva mesta slabe vezu i vrlo su opasna, posebno na delu gde se traka ankeruje. Neravnine betonske površine stoga treba pomo +u proverenih materijala - reparaturnih maltera popraviti. Trake se ne smeju lepiti na neravne površine, pošto to dovodi do neželjene pojave tzv. skretnih sila. Pri koriš$enju kontrolne metalne letve dužine 2m, ne sme da se dobije neravnina ve$a od 5mm. Pri kontroli na dužini/širini od 30 cm, dozvoljene su samo neravnine manje od 1mm. Odre! ivanje ta" ke rose. Pri lepljenju karbonskih traka (tkanina) treba izbegavati poreme$aje prijanjanja usled vlažnosti površina, neodgovaraju$ih temperatura vazduha, relativne vlažnosti vazduha, orošavanja, kao i nepovoljne temperature površine za koju se trake lepe. Za definisanje take rose potrebno je izmeriti relativnu vlažnost i temperaturu vazduha, pa je na osnovu toga mogu$e odrediti i odgovaraju$u temperaturu orošavanja. Procena opasnosti od stvaranja kondenzne vlage na površini za koju se lepe trake može se dati na osnovu temperature gornje površine gra#evinskog elementa koji se ojaava, pri emu ona mora da bude najmanje 3oC ve$a od temperature orošavanja. 52
Površinska vlažnost podloge. Merenje površinske vlažnosti betona može se
sprovesti primenom razliitih vlagomera, a tako#e i postupkom sušenja na 105oC uzoraka (komada) betona do konstantne mase (klasian postupak ispitivanja vlažnosti materijala). Lepljenju karbonskih traka može se pristupiti samo ako površinska vlažnost podloge iznosi najviše 4%. Temperaturni uslovi. Lepljenje traka za površine betona može se izvoditi samo pri temperaturi podloge, odnosno temperaturi ambijenta, u intervalu 10-35oC. Ovaj uslov diktira lepak koji se primenjuje. Ovde se napominje da su uslovi o kojima je napred bilo rei, a koji se odnose na taku rose, površinsku vlažnost podloge i temperaturu ambijenta pri kojoj se izvode radovi, najtešnje povezani sa lepkom koji se koristi za lepljenje traka.
Postupak pripreme površine za lepljenje Sa podloge se mora odstraniti sloj ovrsle cementne paste. Optimalne neravnine površine na kojoj se vrši aplikacija ojaanja treba da su izme#u 0,5-1,0mm. Metode za postizanje ovog efekta su peskarenje, udarci metalnim kuglicama ili brušenje. Strane primese kao prljavština, ulja i masti moraju biti odstranjeni. Pred sam poetak nanošenja lepka, mora se površina na kojoj se sprovodi aplikacija lepka, etkom ili usisivaem, oistiti od slobodnih delova, tako da podloga bude i bez prašine. Ravnost površine na kojoj se vrši aplikacija ojaanja mora se prekontrolisati metalnom letvom. Udubljenja na dužini od 2m ne smeju da pre#u 5mm. Ve$e neravnine se moraju eliminisati odre#enim, primenjenom sistemu lepljenja kompatibilnim izravnavaju$im malterom. Eventualna korodirana armatura koja se "otkrije" pri pripremi površine betona treba da se pre nanošenja maltera za izravnanje zaštiti odgovaraju$im antikorozionim sredstvom. Postoje$e prsline/pukotine prisutne u zoni lepljenja karbonskih traka (tkanina) moraju se uz pomo$ odgovaraju$e niskoviskozne epoksidne smole prethodno injektirati. NANOSENJE LEPKA I LEPLJENJE TRAKA Na površinu na koju se lepi karbonska traka etkom se nanosi odgovaraju$i tiksotropan lepek. Potom se traka runo fiksira za tako pripremljenu podlogu pomo$u valjka. Više slojeva traka mogu$e je nanositi samo po sistemu "vlažno na vlažno". U sluaju lepljenja traka-tkanina, nakon obrade površine trake valjkom, obavezno je preko zalepljene trake nanošenje još jednog sloja lepka – tzv. impregnacije.
53
Za potrebe boljeg prijanjanja maltera i drugih materijala koji eventualno treba da budu naknadno naneti preko trake treba preko svežeg impregnacionog sloja, koji se u takvim sluajevima nanosi i preko traka-lamela, posuti kvarcni pesak. Za vreme izvo#enja radova na lepljenju pa sve do ovrš$avanja lepka, moraju se, po mogu$stvu, izbe$i sva štetna pomeranja/vibracije u okolini. Pri izvo#enju operacije lepljenja treba se, pored navedenog, u svemu pridržavati i svih uputstava proizvo#aa koriš$enih materijala, odnosno uputstava nosioca sistema ojaanja koji se primenjuje. KONTROLNA ISPITIVANJA
Trake. Trake i tkanine se ispituje na zatezanje kojom prilikom se za svaku
isporuku na potrebnom broju uzoraka (minimum 3) ispituju vrsto$a pri zatezanju, modul elastinosti i granina dilatacija pri lomu (kidanju). Lepak. Za ispitivanje lepka treba formirati prizme od lepka dimenzija 40x40x160mm; na njima $e se ispitivati vrsto$a pri savijanju, vrsto$a pri pritisku i eventualno E-modul. Ako se radovi izvode duže vreme, prizme od lepka treba formirati svakodnevno - od zadnjeg "mešunga". Za sluaj da se menja šarža lepka tokom radnog dana, potrebno je dodatno formirati i ispitati još dve prizme. ' vrsto% a prianjanja/lepljenja za podlogu. Kvalitet spoja/veze zalepljene karbonske trake (tkanine) je od velikog znaaja. Spoj se može ispitati opitima zatezanja-prianjanja, kako je to napred ve$ opisano ( pull out test). Najpre treba u predelu gde se vrši ispitivanje bušenjem kernova kroz traku "ise$i" uzorak 5mm duboko u betonu. Potom se "peat" za ispitivanje prijanjanja lepi na tako dobijene komade ("kernove"), i apliciranjem sile odre#uje vrsto$a na zatezanje pri prijanjanju/lepljenju. Prelom pri ovom ispitivanju treba da nastane "po betonu". Ovom metodom mogu$e je i dugotrajno pra$enje ponašanja ojaanja. Ravnost zalepljene trake. Ravnost zalepljene trake (tkanine) treba ispitati odmah po završetku lepljenja. Pri ovome je dozvoljeno da odstupanja ravnosti površine na kontrolnoj deonici od 30cm bude najviše h=1mm, odnosno da na deonici od 2m bude maksimum h=5mm. Kontrole praznih prostora u lepku izme! u lepka i podloge. Po izvršenom lepljenju potrebno je zalepljene trake (tkanine) "prekucati" da bi se ustanovili eventualni prazni prostori. Praznine koje se nalaze na srednjem delu ojaanja mogu se ispuniti injekcionom smolom uz nizak pritisak. Ako su praznine prisutne na krajevima (u zonama ankerovanja traka), onda je potrebno zalepljene elemente ukloniti i ponovo aplicirati - zalepiti. ZAŠTITA OD POŽARA Zalepljene karbonske trake, zavisno od zahtevane protivpožarne otpornosti, treba da budu zašti$ene adekvatnim i proverenim protivpožarnim oblogama ili premazima. 54
Mihailo Petrovi, dipl.inž.gra#.1
STRU$ NI RAD UDK:
INJEKCIONE MASE I POSTUPCI INJEKTIRANJA KONSTRUKCIJSKIH ELEMENATA REZIME $lanak se bavi prakti'nim problemima injektiranja prslina i pukotina nastalim na AB i zidanim konstrukcijama, vrstama injekcionih masa, potrebnom opremom za izvo#enje ove vrste radova, kao i opisom samog postupka injektiranja. Namena rada je da sam postupak injektiranja približi svakodnevnoj inženjerskoj praksi. Kljune rei: prsline, injektiranje, zidane konstrukcije, AB konstrukcije
INJECTION MEDIUMS AND INJECTING PROCEDURE OF STRUCTURAL ELEMENTS SUMMARY The article deals with problems in practising injection of cracks and gapes in eighter reinforced concrete or masonry structures, kinds of injection medim, equipement necessary for this kind of works, as well as with the of injecting procedure. The purpose of the article is to make the injection procedure familiar to everyday’s practise of structural engineers. Key words: cracks, injection, masonry structures, reinforced concrete structures
1
STEEL PLUS doo, Vojvode Stepe 249/35, Beograd
55
Sa obzirom da se injektiranje konstruktivnih elemenata konstrukcija smatra nekom vrstom specijalistikog posla u oblasti gra#evinarstva, za koji su potrebna posebna znanja i oprema ovaj lanak ima za osnovnu svrhu zadatak da sam postupak injektiranja približi svakodnevnoj inženjerskoj praksi.
Šta je injektiranje? Utiskivanje viskozne materije u šupljine mase konstruktivnog elementa nehomogena mesta elementa. Viskozna materija ima osobinu hemijskog vezivanja za masu konstruktivnog elementa i relativno brzog ovrš$avanja (do 24 h).
Injektiranje je sanacioni postupak kojim se injekcionom masom popravlja homogenost i uklanjaju diskontinuiteti nosive mase. U zidanim i betonskim konstrukcijama diskontinuitete prave prsline (< 0,5 mm), manje pukotine (1-2 mm) i pukotine (>2 mm). Šta se injektira? U zidanim konstrukcijama injektiranjem se saniraju prsline i pukotine, nastale usled nejednakih sleganja, dejstva seizmikih sila i sl. dok u AB konstukcijama injektiranjem se saniraju prsline i manje pukotine (1-2 mm) nastale usled neadekvatne tehnologije betoniranje, loše izvedenih nastavaka betoniranja, skupljanja betona ili dejstva seizmikih uticaja. Injektiranjem se, tako#e, saniraju i prodori vlage u zidove usled neadekvatne hidroizolacije ili zbog nepostojanja iste. Ova injektiranja se izvode posebnim izolacionim materijalima raznih proizvo#aa. 'esta su i injektiranja industriskih i ostalih bazena, kod kojih su, obino nastavci betoniranja loše izvedeni ili je ugradnja betona loše izvedena, te postoje mesta segregacije. Na takvim mestima dolazi do procurivanja medijuma iz bazena. Pored navedenog, materijalima konzistencije i osobina slinih ili istih kao i injekcione mase, a istom opremom, može se izvoditi i zalivanja ankera, nalivanje podlivke vertikalnih anker ploa (veza AB zid i elina konstrukcija) ili podlivanje ležišnih ploa stubova na temeljima.
Koje su vrste injekcionih masa? 1. 2. 3. 4.
Cementne suspenzije i malteri Polimer cementni malteri Epoksidne smole Epoksidni malteri
Cementne suspenzije su cementni malteri sa velikim vodocementnim faktorom tako da je masa takve viskoznosti da se može injektirati. Zbog potrebe 56
negovanja radi izbegavanja pojave prslina u injekcionoj masi, ne preporuuje se samostalno spravljanje, sem ukoliko izvo#a ne poseduje recepturu spravljanja sa specifikacijom potrebnih vrsta i koliina emulgatora i plastifikatora. Cena gotovih cementnih suspenzija je neznatno viša od cene cementa, tako da je ekonomski isplativo istu uzeti kao gotov proizvod. Polimer cementni malteri. Postoje razne vrste, razliitih namena i raznih proizvo#aa. Koji primeniti zavisi od uzroka ošte$enja, mogu$eg naina injektiranja kao i od veliine naponskih uticaja u konstrukciji. Epoksidne smole. Epoksidne smole su polimeri formirani na bazi etilen i propilen oksida. Struktura polimera formira se prema ciljnoj nameri upotrebe smole. Postoji više svetskih lidera u proizvodnji epoksidnih polimera za primenu u gra#evinskoj industriji kao što su Sika, Kema, Isomat, Henkel, Loctatte itd. Postoje i doma$i proizvo#ai koji, tako#e, imaju kvalitetan epoksidni proizvod. Epoksidni malteri. Sastav epoksidnog maltera je u suštini mešavina epoksidne smole i punioca od kvarcnog peska. Epoksidni malter izvo#a može i sam izraditi. Pri samostalnoj izradi epoksidnog maltera voditi rauna o izboru epoksida, obino se koriste epoksidi koji vezuju i za vlažne površine betona ili cigle. Kao punioca obavezno koristiti samo ist kvarcni pesak granulacije 0. Razni proizvo#ai epoksidnih maltera kao aditiv prodaju i kvarcni pesak i to veoma skupo. Ukoliko se epoksidni malter koristi kao gotov proizvod pripremu i ugradnju izvršiti prema uputstvima proizvo#aa.
Šta injektiramo i (ime injektiramo? Ovde $e biti tretirano injektiranje epoksidnim smolama, postupak je isti i za ostale injekcione mase. Injektiranje širokih (velikih) pukotina u zidanim konstrukcijama od cigle, a pogotovo zidove od šupljih blokova raditi sa cementnim suspenzijama i malterima pošto jedino one imaju ekonomsku opravdanost. Inektiranje pukotina u zidanim konstrukcijama radi se epoksidnim malterima, ukoliko postoji mogu$nost pojava zatezanja u injektiranim zonama. Injektiranje polimer cementnim malterima uglavnom se izvodi u realno pritisnutim zonama konstrukcije i u konstrukcijama gde je zatežu$a nosivost maltera ve$a ili približna opeci u zidu. Ugradnju raditi po uputstvu proizvo#aa. Injektiranje malih prslina AB konstrukcija (manje 0,5 mm) izvoditi epoksidnim smolama. Obino su te smole dvokomponentne i brzo vezuju$e. Pripremu za injektiranje izvršiti na ve$im površinama, umešati potrebnu (manju) koliinu epoksidne smole, a proces injektiranja izvesti u što kra$em periodu zbog mogu$nosti ovrš$avanja smole. Injektiranje prslina AB konstrukcija (ve$ih od 0,5 mm) ili pukotina (ve$ih od 1 mm) izvoditi epoksidnim malterima.
57
Kod velikih pukotina zidova ili platana sanacija injektiranjem obino se radi u sprezi sa nekim drugim nainom sanacije (utege, klanfe, površinsko armiranje sa torketiranjem …)
Šta nam treba za injektitanje? Pored injekcione mase potrebno je : • Injektor. Injektor je plastina ili bakarna cevica koja se postavlja u prethodno izbušenu rupu na liniji prsline ili pukotine. Injektore, raznih vrsta i veliina, prodaju isporuioci epoksidnih smola. Ekonominije je koristiti bakarnu cevicu. 'eline cevice se ne preporuuju zbog kasnije korozije dela koji ostane u preseku. Prenici konektora mogu biti 6, 8, 10,12… mm, zavisno od veliine prsline i dubine injektiranja. • Industriski usisiva • Manji kompresor ili runa pumpa • Bušilica za beton • Mutilica • Plastina impregnirana creva • Posuda za injektiranje. To može da bude svaka posuda koja ima zaptivaju$i poklopac, ventil za prijem vazduha i prikljuni otvor za crevo, kroz koje se istiskuje injekciona masa. Podrazumeva se da posuda može da izdrži pritisak potreban za istiskivanje mase komprimovanim vazduhom, pritisci nisu veliki. Kako su epoksidne injekcione mase obino dvokomponentne, neki proizvo#ai imaju u ponudi i ure#aj koji je posuda i istovremeno meša komponente A i B.
Posuda za injekcionu masu
58
Ure#aj za umešavanje komponenti A i B i injektiranje
Na slici levo je posuda koju svaki izvo#a, uz mala ulaganja, može sam napraviti. Crtež za izradu posude je dat u prilogu ovoga lanka.
Kako injektiramo? Prvo kvalifikujemo ošte$enje po veliini prsline ili pukotine. Pored veliine utvr #ujemo i dubinu prsline ili pukotine. Dubinu utvr #ujemo tako što odštemujemo presek do dubine prsline. Bušimo rupe duž prsline. Dubina rupe je prethodno utvr #ena dubina prsline. Prenik rupe (time i prenik injektora) odre#ujemo prema otvoru prsline (ve$a prslina - ve$a rupa). Razmak rupa (injektora) zavisi od veliine i dubine prsline (za ve$e – ve$i razmak). Razmak ne bi trebao biti manji od 10 cm niti ve$i od 30-40 cm. Prsline po površini, mehaniki bez ure#aja za razaranje, runo obraditi tako da se svi slabo vezani delovi mase skinu ili otpadnu. Površine prslina i mesta na kojima smo bušili rupe, obavezno, industrijskim usisivaem ili bolje komprimovanim vazduhom oistiti od prašine po dubini. Po liniji prsline, u prethodno izbušene rupe, ukucati injektore, tako da vire iz površine elementa 5-10 cm. Na cevicu se postavlja uvodni pištolj sa ventilom otvoreno-zatvoreno, prema slici.
Ukoliko izvo#a ne raspolaže pištoljem na cevicu se može privrstiti direktno odgovaraju$e plastino ili gumeno crevo. Za injektiranje pod ve$im pritiskom vezu creva za injektor obezbediti šelnom. Preporuuje se plastino providno crevo radi lakše kontrole prolaska injekcione mase. Nakon postavljanja injektora prslinu treba celom dužinom izmalterisati epoksidnim smolom ili epoksidnim malterom. Ukoliko se injektiranje vrši samo sa epoksidnom smolom, radi smanjenja potrošnje epoksida kao punioc za malter koristiti isti kvarcni pesak granulacije 0. Injektiranju se može pristupiti tek kad epoksidni malter ovrsne i potpuno se veže za podlogu, preporuuje se da to bude 24 h. 59
Kod manjih širina prslina, ukoliko su dovoljno duboke, nije neophodna obrada iste epoksidnim malterom. Kod njih injektiranje se vrši dok se na licu elementa, po prslini ne pojavi injekciona masa. Ukoliko na delovima prsline ili pukotine ne do#e do pojave injekcione mase znai da je razmak injekcionih cevica veliki te u toj zoni treba postaviti novu injekcionu cevicu i ponoviti proces injektiranja. Ukoliko je prslina ve$ih širina ili je kvalifikovana kao pukotina, 24 sata pre injektiranja pukotinu treba oistiti, produbiti i zamalterisati epoksidnim malterom. Kod ve$ih pukotina cevice se postavljaju guš$e tako da svaka druga cevica služi za kontrolu popunjenosti prsline. Pojavom injekcione mase na slede$oj cevici prekida se injektiranje i ide na slede$i par cevica. Ukoliko se injekciona masa ne pojavi na susednoj prslini znai da treba progustiti razmak injektora. Ukoliko prslina ili pukotina postoji sa obe strane zida, obavezno obe strane, pre injektiranja obraditi epoksidnim malterom. Rupe za injektore bušiti do polovine preseka koji se injektira. Injektore postaviti sa pristupanije strane preseka. Tokom injektiranja sprovoditi kontrolu toka injekcione mase kako je ve$ opisano, preko svakog drugog injektora. Po završetku injektiranja obavezno injekcionu posudu i crevo temeljno oistiti.
Šta smo na kraju uradili?
Na slikama iznad vide se injektirane praznine elemenata u poprenim presecima. Dobili smo neprekinutu masu ošte$enog elementa. Možemo je uslovno
60
smatrati homogenom pošto su mehanike osobine injekcione mase uvek ve$e od elementa koji injektiramo, ukoliko je u pitanju injektiranje epoksidnim smolama. U nastavku dajem primer izvedene veze eline konzole nadstešnice za betonsku konstrukciju stuba postoje$e hale. Ovim primerom su obuhva$eni postupci injektiranja ankera epoksidom, kao i postupak podlivanja (nalivanja) oslonakih ploa konzole.
Rupe u AB stubu su bušene dijamantskom burgijom 3 40. Za zategnuti anker bušena je kompletna širina preseka, dok je za pritisnute ankere bušena dubina od 20 cm. Zategnuti ankeri 3 20 imaju navoj po celoj dužini tela. Pritisnuti ankeri 3 20, na delu koji ulazi u beton su obra#eni trapeznim navojem. Po bušenju rupa, postavljaju se ankeri, epoksidnim malterima se zatvore krajevi rupa, uz istovremenu ugradnju injekcione cevice u najniži mogu$i položaj, i na drugom kraju kontrolne cevice. Kontrolna cevica se postavlja u najviši mogu$i položaj i završetak joj je uvek vertikalan. Po vezivanju epoksidnog maltera pristupa se injektiranju. Nakon injektiranja postavljaju se elementi konzole i ankerna ploa zategnutog ankera (suprotna strana preseka od konzole). Distanc podmetaima ležišne ploe se odmaknu od površine betona za 15-20 mm, zatim se ankeri pritegnu. Ivice oko ploa se zatvaraju epoksidnim malterom, postavljaju injektori (dole) i kontrolne cevice (gore). Nakon ovrš$avanja maltera injektira se epoksid. Po isteku 24 h ankeri se finalno pritegnu. 61
Prilog : Crtež posude za injektiranje
62
PREGLEDNI RAD Docent Dušan Ignjatovi$, dipl.inž.arh.1 1 Docent mr Nataša *ukovi$ Ignjatovi$, dipl.inž.arh. UDK:
PRIMENA TERMOVIZIJSKOG SNIMANJA U PROCENI ENERGETSKE EFIKASNOSTI ZGRADA REZIME Upotreba termovizijskog snimanja u zgradarstvu i proceni kvaliteta performansi termikog omotaa zgrada a samim time i njihove energetske efikasnosti, danas postaje jedna od obaveznih metoda u gra#evinskoj praksi. Primena je vezana kako za nove objekte gde se koristi kao verifikaciona metoda izvedenih sklopova i, što je još bitnije, postoje$e objekate gde se bez složenih istražnih radnji vrši ispitivanje karakteristika omotaa i analizira njihovo stanje. Ova nedestruktivna metoda omogu$ava brzo i tano dijagnostikovanje bazirano na merenjima stanja i, uz razumevanje teorije zraenja kao i arhitektonskih detalja, pruža osnov za donošenje odgovaraju$ih odluka u cilju pove$anja stepena energetske efikasnosti.
Klju(ne re(i: termovizija, merenje, efikasnost, detalji,
INFRARED IMAGING AND THE ENERGY EFFICIENCY OF BUILDINGS SUMMARAY Application of infrared thermography in building sector in analysis of thermal envelope performance therefore energy efficiency, is one of common methods in contemporary practice. It can be used both for the new construction serving mainly as a quality verification of executed works and, even more important, for existing structures where estimation of performance of building envelope can be done without extensive investigative works. This non destructive method enables accurate and fast diagnosis process based on condition monitoring and by proper understanding of radiation theory as well as architectural detailing it forms a solid base for adequate decision making in the field of energy efficiency improvement.
Key words: infrared, measurement, efficency, detailing
1
Arhitektonski fakultet Univerziteta u Beogradu, Bulevar kralja Aleksandra 73, Beograd
63
TERMOVIZIJA, POJAM I OSNOVNE KARAKTERISTIKE Termovizija je relativno mlada nauna disciplina koja se bavi prikupljanjem i analizom karakteristika objekata preko njihovih termalnih vizuelnih reprezentacija – termograma, bez uspostavljanja bilo kakvog direktnog fizikog kontakta. Koriš$enje termovizijskih metoda istraživanja je isprva bilo iskljuivo vezano za vojne primene a od šezdesetih godina prošlog veka javlja se i “civilna” upotreba koja, sa razvojem tema vezanih za energetsku efikasnost, dobija na znaaju i danas predstavlja najdinaminiju pod-oblast. Osnovna karakteristika metode termovizijskog ispitivanja je da daje pravovremene (trenutne) informacije o posmatranom objektu, bez potrebe za montažom i održavanjem kompleksne opreme, ometanja procesa koji se posmatra i eventualnog ugrožavanja kako samog procesa, tako i osoba koja uestvuju u snimanju. Termovizijsko istraživanje se bazira na detektovanju ukupne koliine zraenja koje dolazi od posmatranog objekta, njenom prevo#enju u odgovaraju$i elektronski signal i kasnijem pretvaranju u vizuelni prikaz – termogram. Analiza karakteristika posmatranog objekta se vrši preko analize samih termograma koji, u stvari, predstavljaju radiometrijske slike, i gde se za svaki detektovani elektronski piksel može oitati odgovaraju$a temperaturna vrednost. Teoretski osnov za termovizijsko snimanje zasnovan je na injenici da sva tela toplija od apsolutne nule emituju odre#enu koliinu elektromagnetnog zraenja. Koliina ovog zraenja se može izraziti pomo$u Šterfan Bolcmanovog zakona W= $Wb= $% T 4, gde je: Wb - energija zraenja crnog tela, % - Štefan Bolcmanova konstanta ija je vrednost 5,67 * 10-8 W/m2 K, T - temperatura, a $ = W/Wb (0<$<1) - karakteristika emisivnosti odnosno sposobnosti nekog tela da izraava energiju. Emisivnost predstavlja odnos zraenja realnog ili kako se još zove “sivog” u odnosu na “crno” telo koje se smatra idealnim emiterom koje u potpunosti izraava svu energiju. Za potrebe primene u zgradarstvu karakteristika emisivnosti je jedna od najvažnijih za pravilno razumevanje i odre#ivanje, jer znaajno utie na numerika oitavanja dobijenih vrednosti. Vrednosti emisivnosti se mogu na$i u literaturi koja se bavi teorijom zraenja kao i u okviru softvera same termovizijske kamere. Opšte uzev, kao posledica karakteristike emisivnosti materijala imamo pojavu da tela istovetnih temperatura mogu imati drastino razliita termika oitavanja. U procesu snimanja nekog objekta mi analiziramo ukupnu energiju koja dolazi do kamere, odnosno detektora, i neophodno je razumeti da ona ne potie samo od objekta, ve$ i od refleksija okruženja kao i od zraenja okružuju$e atmosfere. Uticaj zraenja atmosfere u spektralnom opsegu ve$ine savremenih kamera namenjenih zgradarstvu nije od velikog znaaja i prilikom odre#ivanja temperaturnih 64
vrednosti vrši se kompenzacija softverskim unošenjem odgovaraju$ih podataka. Za razliku od ovog, uticaji refleksija se ne mogu automatski kompenzovati i njihovo pravilno razumevanje je od izuzetnog znaaja za adekvatno tumaenje termograma. Prilikom termovizijskog snimanja možemo razlikovati dva tipa refleksija: lokalne refleksije koje nastaju kao posledica uticaja pojedinanog objekta, naješ$e primetno razliitih temperaturnih karakteristika od posmatranog, i totalne refleksije koje nastaju kao posledica uticaja okruženja. Totalne refleksije se mogu identifikovati, numeriki iskazati i potom u vidu tzv. prividne (apparent ) temperature uneti u kameru koja softverski optimizuje njihov uticaj, dok se pojedinanim refleksijama mora posvetiti posebna pažnja. One se moraju iskljuiti iz analize bilo adekvatnim snimanjem (promenama položaja, odnosno ugla snimanja, blokiranjem izvora i sl.) bilo ogovaraju$im markiranjem na termogramu i iskljuivanjem iz daljeg tumaenja. Materijali sa niskom emisivnoš$u se karakterišu velikim stepenom refleksije, što praktino znai da njihova temperaturna oitavanja na termogramu nisu relana i uslovljena su temperaturom okruženja, dok su temperaturna oitavanja materijala visoke emisivnosti realnija i manje podložna neadekvatnim tumaenjima. Ilustracije radi, emisivnost poliranog aluminijuma iznosi 0,04 dok je emisivnost mat opeke 0,94. Prema Kirhofovom zakonu sposobnost nekog tela da primi energiju je jednaka njegovoj sposobnosti da je izrai, a prema zakonu o održanju energije ukupna energija koja dolazi sa nekog tela je jednaka zbiru emitovane (4), reflektovane (6) i transmitovane ( ) energije, odnosno 4+6+ =1 zamenom 4 sa $ , i uz konstataciju da je ve$ina objekata u zgradarstvu neprovidna te se stoga može uzeti da je =0, jednainu možemo svesti na izraz $+ -=1,
odnosno ukupno zraenje na W total = $ Wobj + - Wrefl = $ Wobj + (1- $ )Wrefl iz koga se jasnije može razumeti pojava odstupanja u oitavanjima temperaturnih vrednosti. Kod izrazitih reflektora mi, u stvari, oitavamo temperaturne vrednosti reflektovanog okruženja, a ne samog objekta, što, ukoliko nemamo informacije o prirodi materijala koji je sniman, može dovesti do netanih zakljuaka prilikom analize termograma. Ilustracija uticaja emisivnosti i refleksija se najbolje može videti na slici 1, na kojoj vidimo visokopoliranu keramiku šolju napunjenu toplom tenoš$u postavljenu ispred kutije materijalizovane od aluminijuma. U standardnoj - vizuelnoj fotografiji ne uoavamo nikakve posebne specifinosti i odmah možemo primetiti svetlosnu senku koju šolja pravi na kutiji. Na termogramu je situacija potpuno drugaija. Jasno možemo videti lokalne refleksije (pandan vizuelnoj senci) iskazane u vidu sekundarne
65
slike šolje na levoj strani slike odnosno površini kutije. Ovde je izvor zraenja sama šolja, za razliku od vizuelne fotografije gde je u pitanju svetlosni izvor sa desne strane kompozicije. Tako#e, primetni su i uticaji emisivnosti materijala u vidu nerealnih oitavanja površine aluminijuma odnosno razliitih oitavanja temperaturnih vrednosti same šolje i to na mestu mat štampanog logoa koji se oitava kao topliji u odnosu na ostatak površine. Ukoliko bi analizirali samo termogram, bez dodatnih informacija o nainu na koji je on sniman, ne bi bili u stanju da donesemo pravilan zakljuak šta se, u stvari, nalazi na slici, što nas upu$uje na potrebu adekvatnog dokumentovanja svakog procesa snimanja, odnosno poznavanja materijala i njihovih karakteristika.
Slika 1. Uticaji refleksija i emisivnosti u termoviziji
U zgradarstvu, kod ve$ine objekata se ne suoavamo sa ovako kompleksnim pojavama jer su gra#evinski materijali i završne obrade od kojih se naješ$e konstruišu objekti uglavnom velikog stepena emisivnosti, mada se na poliranim aluminijumskim, bakarnim, kompozitnim, kamenim i mnogim drugim završnim obradama mogu javiti izrazite refleksije. Poseban problem za analizu predstavljaju staklene površine koje su za talasne dužine infracrvenog spektra neprolazne i, tako#e, se karakterišu visokim stepenom refleksije.
PRIMENA TERMOVIZIJE U ZGRADARSTVU Primena termovizije je veoma raznovrsna i u poslednje vreme se gotovo ne može na$i delatnost u kojoj se na neki nain ne koristi termovizijsko ispitivanje. U zgradarstvu naješ$e oblasti upotrebe su: nedestruktivno testiranje, kontrola kvaliteta, procesi održavanja bazirani na merenjima stanja kao i raznovrsni istraživaki projekti. Svaki objekat zgradarstva predstavlja složen skup materijalno konstruktivnih elemenata i instalacionih sistema koji se prilikom svog funkcionisanja kako u dnevnom tako i u godišnjem ritmu karakterišu odre#enim temperaturnim manifestacijama i kao takvi predstavljaju pogodno polje za termovizijsko ispitivanje. Neki od ovih elemenata su i sami generatori izrazitijeg toplotnog zraenja (sistemi grejanja, elektro instalacije, cevovodi za transport fluida) dok su drugi sa ovog stanovišta neutralni ali pod uticajem ostalih sistema kako i neposredog okruženja (klimatskih faktora, osunanja) ispoljavaju odre#ene osobine koje se mogu pratiti i analizirati upotrebom termovizijskog snimanja. Neke od naješ$ih upotreba termovizije se mogu na$i u tabeli 1. 66
Tabela 1. Primene termovizijskog snimanja
Nedostatak termoizolacije posmatrano spolja
Nedostatak termoizolacije posmatrano iznutra
Otkrivanje konstrukcije fasadnog zida
Otkrivanje mesta produvavanja fasadnog zida
Otkrivanje sastava fasadnog zida i prodor vlage
Produvavanje kroz fasadnu stolariju
Otkrivanje prodora vlage na ravnom krovu
Otkrivanje razvoda cevi podnog grejanja
Otkrivanje mesta curenja i zone vlaženja
67
Otkrivanje loših kontakata na tabli sa osiguraima
Otkrivanje zastoja u cevnoj mreži
Širenje vlage usled propale termoizolacije
Na osnovu samo nekoliko ilustracija možemo zakljuiti da su primene ove metode gotovo neograniene a najve$e prednost se ogleda u dobijanju tanih direktnih dijagnostikih rezultata, bez potrebe za kompleksnim istražnim radovima i dodatnim merenjima na analiziranim elementima. Termovizijsko snimanje u zgradarstvu nije jedina metoda koja koristi prednosti merenja u infracrvenom delu spektra ve$ su u upotrebi i takozvani beskontaktni merai temperature esto nazvani i „IR termiki pištolji“ ( IR thermal gun). Osnovna razlika u primeni ovih ure#aja u odnosu na snimanje kamerom je u njihovoj ogranienosti na merenja svedeno na prikaz u jednoj taki, kao i u nainu na koji se zraenje fokusira na detektor. Kod ovih ure#aja se koliina zraenja, odre#ena uglom vidnog polja soiva, fokusira na jednu taku za koju se potom odre#uje temperaturna vrednost. Praktino, to znai da je preciznost merenja direktno uslovljena kvalitetom soiva i njegovim vidnim poljem, što se može re$i i za termovizijsko snimanje kamerom, ali i uslovljena daljinom od posmatranog objekta. Prilikom merenja IR termometrom je neophodno da oblast merenja bude manja od zamišljenog konusa koji formiraju optike karakteristike soiva kako uproseena vrednost temperaturnog oitavanja koja se proraunava ne bi bila pod uticajem drugih objekata koji se nalaze u vidnom polju snimanja. Ovi ure#aji su naješ$e opremljeni i laserskim pokazivaem pravca koji ukazuje na sredinu optikog polja, odnosno kod naprednijih modela višestrukim laserskim zracima (ili rotacionim laserom) koji markiraju zonu merenja. Napredniji modeli tako#e mogu za vidno polje odre#ivati maksimalnu i minimalnu temperaturu i uzimati u obzir uticaje emisivnosti posmatranog materijala, kao i prikljuivati kontaktne termometre i uitavati njihova merenja. Iako veoma preciznih oitavanja, u skladu sa ogranienjima konstrukcije, oni pokazuju relativno mali broj oitanih vrednosti. Prednosti analize preko termograma i naina njegovog formiranja se ogleda u merenjima sa ve$im brojem taaka koje ine 68
prikaz. 'ak i kamere najmanje rezolucije imaju na hiljade piksela sa odgovaraju$im radiometrijskim podacima što bi predstavljalo ekvivalent hiljadama pojedinanih snimanja termalnim pištoljem. Možemo re$i da je za lokalna merenja, malih distanci, kada unapred znamo tano mesta na kojima je potrebno ispitati temperaturne vrednosti IR termometar odgovaraju$i alat ali za složenije analize nije dovoljan. Osnovna razlika u dobijenim podacima se može videti na slici 2.
Slika 2. Razlika u merenju IR termometrom i IR kamerom
Važno je ista$i da je u primeni termovizije u zgradarstvu upravo direktna vizuelizacija stanja u realnom vremenu jedna od osnovnih prednosti jer nam pruža priliku da prouavamo distribuciju temperaturnih oitavanja po ve$oj površini ananliziranog objekta, što, uz poznavanje primenjenih materijala i arhitektonskih detalja, pruža jasniju sliku o perfomansama.
GRAEVINSKI FOND I TERMOVIZIJSKO ISPITIVANJE Energetska efikasnost zgrada predstavlja jednu od najzastupljenijih oblasti primene termovizije. 'injenica da je zgradarstvo u Evropi zaslužno za potrošnju gotovo 40% ukupne energije naglašava potrebu za preduzimanjem odgavaraju$ih mera za njenu uštedu. Na nivou Evropske Unije pre više od deset godina je uoen trend rasta potrošnje energije kao i zavisnosti od uvoza energenata. U proteklom periodu je donet niz direktiva kojima se pokušava poboljšati stepen energetske efikasnosti kao preduslova smanjenja ukupnog energetskog bilansa. Najpoznatiji dokument koji je donet i trenutno je u procesu primene u ve$ini zemalja je Evropska direktiva 2002/91/EC, poznatija kao EPBD (Energy Performance Building Directive) koja naglašava uticaj koji zgrade imaju u ukupnom energetskom bilansu, naroito ako se uzima u obzir njihov životni vek. Istie se neophodnost da se sve nove zgrade konstruišu prema termikim standardima prilago#enim lokalnim klimatskim uslovima imaju$i u vidu maksimalnu uštedu energije. Kao potpisnik primene ove direktive kao i 69
na osnovu Zakona o planiranju i izgradnji i Republika Srbija je donela dva pravilnika koji ure#uju ovu oblast: “Pravilnik o energetskoj efikasnosti zgrada” kao i “Pravilnik o uslovima, sadržini i nainu izdavanja sertifikata o energetskim svojstvima zgrada” (Sl. Glasnik RS br. 61/2011), kojima se, preko podzakonskih akata, ure#uje oblast energetske efikasnosti. Ovi dokumenti definišu pojam energetske efikasnosti, uvode tzv. Energetski pasoš odnosno iskaznicu o proraunskoj potrošnji energije (za sada samo za grejanje) kao jedan od obaveznih dokumenata u procesu pribavljanja upotrebne dozvole. Detaljnije se definišu naini prorauna potrošnje energije i odre#ivanje energetskih razreda zgrada prema tipovima. Celokupan proces je proraunski, a prilikom tehnikog prijema se potvr #uje da li je zgrada izvedena u skladu sa projektom i izdaje se pasoš koji se javno istie na vidnom mestu. Verifikacija proraunatih vrednosti razliitim merenjima, pa tako i termovizijskim, nije obavezna jer se smatralo da je raspoloživost i, naroito, cena merne opreme uz potrebu za školovanjem kadrova za naše trenutne ekonomske prilike veoma visoka. Prilkom izrade podzakonskih akata uvedene su dve kategorije zgrada: nove zgrade za koje je potrebno da ispune zadati energetski razred odnosno predvi#enu potrošnju iskazanu po m2, kao i postoje$e zgrade za koje se ne obavezuje potreba izrade energetskog pasoša osim u sluajevima kada se iste stavljaju u promet, odnosno prilikom obimnije obnove (rekonstrukcije sa vrednoš$u radova ve$im od 25% vrednosti objekta ne raunaju$i vrednost zemljišta) gde je predvi#eno pove$anje nivoa energetske efikasnosti za jedan energetski razred. Ukoliko pogledamo stanje na tržištu prema najnovijim rezultatima popisa iz 2011. godine vidimo da u Srbiji ima trenutno 3243587 stanova što je pove$anje od prošlog popisa iz 2002. kada je bilo 2956516 stanova za svega 9,8% ili nešto više od 1% godišnje. Ovaj podatak nam govori da u strukturi gra#evinske delatnosti Srbije izgradnja novih zgrada nema više toliki znaaj, odnosno da je potencijal uštede primenom pravilnika u ovom procesu limitiran, da ne kažemo neznatan. Osnovno polje uštede predstavljaju, u stvari, intervencije na postoje$im zgradama odnosno unapre#enje njihovih performansi. Uopšte gledano, rekonstrukcija poseduje izuzetne potencijale za razvoj gra#evinske delatnosti pri emu se osim podizanja energetske efikasnosti zgrada, poboljšavaju uslovi komfora stanovanja, pove$ava tržišna vrednost objekata, produžava njihov životni vek, odnosno prilago#avaju se savremenim zahtevima stanovanja. Ukoliko se naš fokus usmeri na postoje$e zgrade vidimo da raspolažemo sa veoma malo podataka o njihovoj strukturi, stanju, materijalnim karakteristikama i pogotovo perfomansama u oblasti energetske potrošnje koje bi nam mogli poslužiti za formiranje adekvatnih strategija obnove. Metodološki gledano, pitanja obnove zgrada, odnosno njihove rekonstrukcije su jedna od kompleksnijih kada se uzme u obzir injenica da postoji izuzetna tipološka raznovrsnost. U cilju podizanja nivoa svesti na polju energetske efikasnosti, a potom i formiranja adekvatnih pristupa obnovi zgrada, grupa istraživaa sa Arhitektonskog fakulteta u Beogradu je u periodu 2010-2013., uz pomo$ GIZ-a (Deutsche Gesell schaft fur Internationalle Zusammenarbeit) pristupila sveobuhvatnijem istraživanju gra#evinskog fonda sa aspekta energetskih perfomansi. U ovom radu je intenzivno koriš$ena metoda termovizijskog snimanja kao vizuelno 70
najdirektnije metode prvobitno kroz kampanju i istoimenu naunu monografiju „Videti energiju“ u cilju ukazivanja na mogu$nosti sagledavanja realnog ponašanja zgrada i ilustracije mesta gubitaka energije termikog omotaa.
Slika 3. Plakat sa izložbe „Videti Energiju“
Ova kampanja je obuhvatila više od etrdeset javnih i stambenih zgrada iz urbanih centara Beograda, Niša i Novog Sada, odabranih na osnovu ekspertske procene nivoa reprezentativnosti gra#evinskog fonda, kao i njihovog simbolikog znaaja. Upotreba termovizijskog snimanja u demonstracione svrhe je izuzetno zahvalna jer, ukoliko su termogrami slikani paralelno sa vizuelnim slikama uz prostu ilustraciju temperaturne skale i identifikaciju temperaturnih oitavanja na karakteristinim mestima, omogu$avaju direktno pra$enje performansi bez potrebe za velikim tehnikim predznanjem. Primer jednog plakata se može videti na slici 3. Dalje istraživanje u ovoj oblasti je nastavljeno sa ciljem formiranja „Nacionalne tipologije stambenih zgrada Srbije“ u kojoj je izvršena klasifikacija pojavnih oblika porodinog i višeporodinog stanovanja koriste$i metodologiju razvijenu u okviru Evropskog „TABULA“ projekta. Rezultati istraživanja su prezentirani u okviru tri naune monografije: „ Atlas porodinih ku$a Srbije“, „Atlas višeporodinih zgrada Srbije“ i „Nacionalna tipologija stambenih zgrada Srbije“. Nacionalna tipologija je prikazana u vidu matrice reprezentativnih, metodološki jasno definisanih tipova, za koje je prona#ena tzv. modelska zgrada odnosno realni reprezent statistikih proseka osnovnih parametara analize. Za svaku od modelskih zgrada izvršeno je i termovizijsko snimanje i analizirane karakteristike termikog omotaa sa aspekta energetskih performansi.
71
Procena termikih performansi zgrada u kvalitativnom smislu je definisana „SRPS EN13187: 2008 Toplotne perfomanse zgrada – Kvalitativna detekcija toplotnih iregularnosti u omotau zgrade – Infracrvena metoda“ koji je, u stvari, usvojeni EN 13187:1998. Ovim standardom se definišu osnovni pojmovi, procedure i naini izveštavanja u proceni performansi delova omotaa. Princip istraživanja baziran na standardu podrazumeva: • utvr #ivanje distribucije površinske temperature na delu omotaa na osnovu zraenja i merenja termovizijskom kamerom • procenu da li distribucija ove površinske temperature neoekivana i da li se ta anomalija javlja kao posledica defekata izolacije, sadržaja vlage ili produvavanja • ukoliko postoji anomalija utvrditi tip i obim defekata Kako bi uopšte mogli da procenimo da li su i u kojoj meri oitavanja neodgovaraju$a, odnosno njihova variranja ve$a od dozvoljenih granica, moramo uporediti rezultate sa pretpostavljenom temperaturnom distribucijom koju raunamo na osnovu tehnike dokumentacije i na osnovu uticaja okruženja (brzina vetra, temperatura, vlažnost vazduha) u trenutku snimanja. Anticipirana temperatura bi trebalo da se može odrediti i na osnovu „referentnih termograma“. Pod referentnim termogramom se podrazumeva termogram snimljen u laboratorijskim uslovima, sa kontrolisanim temperaturnim uslovima, koji ilustruje pravilno funkcionisanje omotaa sa strukturom najslinijom onoj koja se analizira. Tako#e, referentni termogrami bi trebalo da obuhvate i konstrukcije sa namernim greškama koje su naješ$e u praksi kako bi se mogli adekvatno primenjivati u praksi. Segment omotaa koji se definiše kao referentni bi morao da obuhvati i skopove karakteristine za konstrukciju tog tipa, što praktino znai i delove sa izrazitim promenama konstrukcije i uticajem linijskih gubitaka što u velikoj meri usložnjava ceo proces. Standardom su stoga dati samo referentni termogrami za zgrade drvene konstrukcije za skandinavske klimatske uslove što se, na žalost, ne može primenjivati u našoj gra#evinskoj praksi. Validnost rezultata u mnogome zavisi od injenice da li je i u kojoj meri poštovana procedura snimanja odnosno da li su prikupljeni svi relevantni podaci. Set podataka neophodnih za odgovaraju$u analizu termikih karakteristika omotaa ukljuuje: identifikaciju materijala i odre#ivanje emisivnosti, klimatske podatke (spoljašnja temperatura, oblanost, vlažnost vazduha, vlaga na spoljašnjosti ili unutrašnjosti konstrukcije, brzina i smer vetra, orijentacija zgrade). Standardom se tako#e preporuuje da se snimanje vrši od celine ka delovima uz me#usobno upore#ivanje segmenata omotaa, kao i da se posebna pažnja posveti uticajima refleksija. Po izvršenom snimanju oznaavaju se sve anomalije, i ukoliko se ne mogu objasniti uticajima konstrukcije, sekundarnim izvorima toplote, varijacijama emisivnosti, onda se proglašavaju defektom. Analiza termograma zgrada u mnogome zavisi i od iskustva samog termografera, odnosno njegovog poznavanja arhitektonskih detalja, jer ne postoji jedinstvena distributivna šema koja bi se mogla proglasiti referentnom. Generalno, produvavanja vazduha rezultuju neregularnim grafikim obrisima sa nepravilnim granicama, dok se, pak, nedostatak izolacije uglavnom prikazuje kao jasno definisana površina drugaijih temperaturnih oitavanja. Prodor 72
vlage u slojeve omotaa daje neravnomernu distribuciju nejednakih intezitata i bez velikih varijacija temperature. Provera snimaka se može vršiti raunski, merenjima toplotnog protoka, metodom merenja pritiska uduvavanjem (blower-door), koji su svi definisani odgovaraju$im standardima, ili upore#ivanjem sa snimcima poznatih karakteristika a identine strukture.
ISPITIVANJE KARAKTERISTI %NIH SKLOPOVA TERMI%KIH OMOTA%A ZGRADA Ispitivanje performansi zgrada predstavlja poseban problem ukoliko nemamo raspoloživu dokumentaciju ili nismo u mogu$nosti da na drugi nain dobijemo relevantne podatke o strukturi omotaa. Istražnje radnje utvr #ivanja sastava konstrukcija podrazumevaju in situ ananlizu koriš$enjem endoskopa, bušenjima, uzorkovanjem „kernovanjem“ i sl. U praksi, naroito ako se radi o utvr #ivanju generalnog stanja objekta, a ne o dijagnostikovanju specifinih nedostataka, ove metode su teško primenljive i termovizijsko snimanje se name$e kao jedan od najefikasnijih metoda posmatrano kako sa vremenskog tako i ekonomskog aspekta. U cilju adekvatnog tumaenja termograma, neophodno je poznavati gra#evinske konstrukcije, a jedan od naina je pra$enje tipoloških karakteristika zgrada i utvr #ivanja njihovog mogu$eg sastava. U cilju boljeg sagledavanja mogu$ih pojavnih varijanti, u okviru istraživanja gra#evinskog fonda na Arhitektonskom fakultetu u Beogradu, izra#en je i set „Nacionalnih brošura“, odnosno ilustracija tipinih zgrada sa identifikacijom naješ$ih elemenata konstrukcije, obraunom nivoa energetskih performansi – lokalno na nivou sklopova i ukupno izradom pasoša, naina njihovog unapre#enja i potencijala ušteda. Namena brošura je da se na jednostavan nain izvrši pore#enje konkretnog objekta koji je predmet analize sa modelskim i ispitaju mogu$nosti primene predloženih mera intevencija imaju$i u vidu ukupan uticaj na energetsku efikasnost. Prilikom istaživanja zakljueno je na osnovu popisa nešto više od 22000 objekata na terenu da postoji znaajna razlika u korpusu porodinih i višeporodinih zgrada. Porodine su esto gra#ene bez poštovanja važe$ih propisa iz oblasti gra#evinske fizike što rezultuje podatkom da više od 80% uzorka nema nikakvu termoiziolaciju i, što je jož znaajnije, veliki broj se i dalje vodi kao nezavršen. Tako, na primer, više od 40% ku$a izgra#enih u poslednjih dvadeset godina i dalje nema fasadnu obradu a samim time ni termoizlaciju. Performanse ovih ku$a, iako se koriste za stanovanje, nisu na željenom nivou a osnovna karakteristika se ogleda kroz izrazitu potrošnju energije u cilju postizanja željenih uslova komfora. Kod stambenih zgrada, koje su uglavnom konstruisane u urbanim zonama i uz poštovanje zakonskih, a samim time i važe$ih termikih propisa, situacija je primetno bolja. Na žalost, razvoj gradova je bio najintenzivniji u periodu obnove, posle Drugog svetskog rata, kada nisu postojali nikavi propisi iz oblasti termike zaštite. Štaviše, relevantnim se mogu smatrati tek propisi iz sedamdestih godina prošlog veka od kada je izgra#eno oko 30% gra#evinskog fonda raunato prema izgra#enim kvadratima. Na ovnovu iznetog i 73
injenice da je prema novom pravilniku oblast termike zaštite prilago#ena evropskim preporukama, i samim time dramatino pooštrena, možemo zakljuiti da je broj zgrada koje imaju adekvatne termike karakteristike zanemarljiv. Istražuju$i karakteristine pojavne oblike fasadanih sklopova, možemo se sresti sa velikim varijetetom tipova, materijala i terhnikih rešenja. Uopšte uzev, možemo razlikovati homogene i heterogene sklopove, sa ili bez termoizolacije. Istraživanjem gra#evinskog fonda izraunati su koeficienti prolaza toplote za sve identifikovane konstruktivne sklopove i termovizijski istraženi naješ$i sluajevi sa ciljem formiranja ilutrativnih (orijetišu$ih) termograma. Cilj ovog istraživanja je da se približi, kako strunoj javnosti, tako i široj publici, metod termovizijskog snimanja u procesu identifikacije stanja energetskih performansi omotaa, odnosno omogu$i direktno sagledavanje njihovih termikih performansi. Kao naješ$i sluajevi se izdvajaju: ZGRADE ZIDANE BEZ UPOTREBE TERMOIZOLACIJE, ODNOSNO SA NAKNADNO POSTAVLJENOM IZOLACIJOM SA SPOLJAŠNJE STRANE Kod ovih zgrada se, u zavisnosti od termike mase i stepena zagrejanosti prostorija, može jasno uoiti struktura fasadnog zida, odnosno identifikovati armiranobetonski elementi horizontalnih i vertikalnih serklaža u odnosu na zidane ispune. Primer jedne zgrade ovakvog fasadnog sklopa se može videti na slici 4.
Slika 4. Pimer segmenta fasade neizolovanog i naknadno izolovanog zida sa simulaciojom distribucije toplotnog protoka i temperature
74
Spoljašnji zid od pune opeke sa U=1,68W/m2K na neizolovanom delu (desni deo dvojne ku$e), odnosno 0,56 W/m2K na izolovanom delu (levi deo dvojne ku$e) što je u oba sluaja primetno više od 0,4 W/m2K koliko je zahtevano prema novom Pravilniku o energetskoj efikasnosti. Poseban problem kod svih objekata predstavljaju segmenti omotaa na kojima dolazi do pojave linijskih toplotnih mostova. Problemi linijskih mostova se novim pravilnikom simplifikuju i kalkulišu se kao pove$anje od 10% ukupnog termikog omotaa prilikom proraunu transmisionih gubitaka toplote, me#utim praksa i nauni rad A. Raji$a (Raji$ 2011.), nas upu$uju na injenicu da njihov uticaj može biti znaajno ve$i. Prilikom snimanja termovizijskom kamerom moramo po$i od pretpostavljenih oitavanja i vrednosti za šta nam može, u cilju izbegavanja složenih numerikih prorauna, poslužiti i softverski paket „T-Studio“ (Raji$ 2011.), iju ilustaciju tako#e možemo videti na slici 4. Numerike vrednosti dobijene na osnovu T-studija su direktno uporedive sa termovizijskim snimcima na terenu. Na termogramu se jasno uoava razlika u toplotnim gubicima neizolovanog u odnosu na izolovani deo ( #t=40), ali i problemi linijskih gubitaka na mestu prodora konzolno prepuštenih terasa sprata koji se uoavaju na oba dela dvojne ku$e. ZGRADE SA TERMOIZOLACIONIM SLOJEM POSTAVLJENIM SA UNUTRAŠNJE STRANE Kod odre#enog broja zgrada primetna je tendencija postavljanja termoizolacionog sloja sa unutrašnje strane. Ovakva primena termoizolacije dovodi do iskljuenja termike mase zidova ali istovremeno, ne može napraviti termiki prekid veze me#uspratne konstrukcije sa nose$im zidovima što rezultira izrazitim linijskim hladnim mostovima. Ilustrativni primer na slici 5. je zgrada sa armiranobetonskim fasadnim zidovima i slojem izolacije sa unutrašnje strane. Na prikazanom primeru možemo videti naglašene gubitke toplote na mestima spojeva me#uspratnih tavanica i armirano betonskog fasadanog zida koji se karakteriše sa U=1,62W/m2K. Tako#e kod konkretnog primera se uoava razliitost u sastavu parapetnih zidova: armirano betonski odnosno od pojedinanih betonskih blokova, oba sa nedovoljnom koliinom termoizolacije postavljenom sa unutrašnje strane tako da se jasno uoavaju položaji grejnih tela – radijatora. Kod ovakvog tipa konstrukcija, pogotovo kada se koriste savremeni izolacioni materijali, neophodno je proveriti i proraun difuzije vodene pare kako bi se proverilo stanje zida i spreila pojava vlage i bu#i u zoni iza izolacionog sloja.
75
Slika 5. Primer fasade sa unutrašnjom izolacijom i simulaciojom distribucije toplotnog protoka i temperature
ZGRADE SA TERMOIZOLACIONIM SLOJEM POSTAVLJENIM U OKVIRU STRUKTURE ZIDA Fasade sa slojem u ovkiru strukture zida ili tzv. „sendvi zidovima“ koriste prednosti termike mase nose$eg dela zida kao i položaja termoizolacije prema spoljašnjoj strani. Problemi sa konstrukcijama ovog tipa se javljaju postavljanjem još jednog masivnog sloja sa spoljašnje strane kao završnog. Potreba za prihvatanjem završnog sloja dovodi do pojave izrazitih linijskih ili, u novije vreme sa projektovanjem poboljšanih arhitektonskih detalja, takastih gubitaka toplote. Tipian primer ovakve konstrukcije fasadnog zida vidimo na slici 6. na kojoj je prikazan segment fasadnog zida sa razliitim finalnim obradama: u vidu fasadne opeke i malterisane šuplje opeke. Prihvat finalnog sloja je izveden prepuštanjem me#uspratne konstrukcije i neposrednog oslanjanja završnog fasadnog sloja. Na termogramu možemo videti da nema nikakve razlike sa termikog aspekta izme#u dela sa fasadnom opekom i malterisanim završnim slojem jer se u oba sluaja jasno uoava horizontalni serklaž me#uspratne konstrukcije sa primetnim gubicima toplote.
76
Slika 6. Primer fasade slojevite konstrukcije tipa „sendvi zida“ i simulaciojom distribucije toplotnog protoka i temperature
Poseban sluaj istovetnog principa rešavanja athitektonskih detalja, karakteristian je za sedamdesete i osamdesete godine prošlog veka, i premenjivan u nainu rešavanja sistema prefabrikovanih fasadnih sklopova. U periodu usmerene stambene izgradnje, prefabrikacija je omogu$avala brzu i efikasnu izgradnju uz primenu tipiziranih gradivniih elemenata i potrebom za rešavanjem relativno malog broja arhitektonskih detalja. Prefabrikovani fasadni elementi se tako#e sastoje iz više slojeva: nose$eg armiranobetonskog dela, termoizolacionog sloja, vazdušnog sloja (ne uvek) i završnog armiranobetonskog dela. Prihvatanje spoljašnjeg betonskog platna je naješ$e ostvareno linijskim ili takastim vezama i na ovim pozicijama su primetni linijski odnosno takasti hladni mostovi. Poseban tehnološki problem karakteristian za panelne prefabrikovane fasadne sisteme predstavlja i spajanje panela za koje su koriš$eni, u to vreme odgovaraju$i, zaptivni sistemi. Ovi proizvodi neretko nisu izdržali zub vremena i kao posledica njihovog propadanja javlja se prodor vlage u strukturu panela. Tako#e, izolacioni materijali, naješ$e stiropor, usled kontakta sa spoljašnjim vazduhom vremenom gube svoje karakteristike i esto možemo na$i sluajeve da su po zapremini smanjeni i za 50%.
77
Slika 7. Primer fasade „sendvi zida“ prefabrikovanog panelnog sklopa
Na slici 7. vidimo tipian primer segmenta fasade prefabrikovanog sklopa relativno novijeg tipa sa primetnim linijskim gubicima na mestima spojanja završne obloge i nose$eg dela panela ( #t=70). Tako#e se prime$uje i odustvo termoizolacije u segmentima strukture panela kao i prodor vlage kroz spojnice sa karakteristinom šemom rasprostiranja.
Slika 8. Primer fasade „sendvi zida“ sa poboljšanom izolacijom serklaža
Poboljšani detalj istovetnog fasadnog rešenja, iz devedesetih godina prošlog veka, možemo videti na slici 8, na kojoj se i dalje uoavaju izraziti linijski gubici toplote na mestima horizontalnih seklaža i natprozornih greda, bez obzira što je 78
postavljen sloj termoizolacije debljine 5cm. Na termogramu se uoavaju manje izražene temperaturne varijacije sa #t=40 što je poboljšanje u odnosu na predhodne sluajeve. Kod konkretnog primera se može uoiti i odre#ena koliina vlage u sloju termoizolacije što dovodi do varijacija u temperaturnim oitavanjima zida, bez jasnih granica njihovog prostiranja. Dodatna izolacija je u odre#enoj meri poboljšala kvalitet arhitektonskog detalja ali su i dalje primetni izraziti linijski gubici toplote. Prelazak sa kontinualne ploe na udvojeni serklaž i njegovu takastu vezu sa me#uspratnom konstrukcijom primetno poboljšava analizirani detalj i znaajno smanjuje hladne mostove, kao što se to može videti na slici 9. Kod ovakvog rešavanja fasadnog sklopa, dovoljnom koliinom termoizolacionog sloja i primenom odgovaraju$ih detalja koji su u potpunosti u skladu sa, za to doba, važe$im propisima iz oblasti gra#evinske fizike postižu se zavidne temperaturne performanse.
Slika 9. Primer fasade „sendvi zida“ sa udvojenim, takasto prihva$enim serklažima
Temperaturna oitavanja na fasadnom zidu su na nivou ambijentalne temperature, što nam ukazuje da projektovani zid sa proraunskom vrednoš$u od U=0,35W/m2K koja je vrlo blizu zahtevanom po Pravilniku o energetskoj efikasnosti (0,3 za nove objekte) u potpunosti ostvaruje svoju termiku ulogu. Elementi udvojenog serklaža sa takastim vezama u velikoj meri zavise od kvaliteta izvodjenja i na termogramu možemo videti da njihove karakteristike variraju od sprata do sprata. Pravilnim izivo#enjem ovog detalja i eventualnim koriš$enjem drugih tehnoloških rešenja skoro bi se u potpunosti mogli eliminisati linijski gubici kod heterogenih slojevitih zidova.
ZAKLJU%AK Primena termovizijskog snimanja u arhitekturi je veoma velika, a u oblasti energetske efikasnosti ona nam omogu$ava da na relativno jednostavan nain istražimo elemente termikog omotaa i identifikujemo zone nezadovoljavaju$ih karakteristika. Na prikazanim primerima nekolicine naješ$ih fasadnih sklopova, snimanih pod, za ovu istražnu metodu, adekvatnim uslovima, možemo sa sigurnoš$u 79
utvrditi termike perfomanse i upore#ivanjem sa proraunskim, odnosno simuliranim vrednostima izvesti odgovaraju$e zakljuke. Istraživaki rad u ovoj oblasti sproveden od strane autora tokom 2010-2013. godine pružio je znaajna pozitivna iskustva i uverio nas u potrebu ukljuivanja termovizijskog snimanja u proces procene stanja energetskih performansi zgrada, odnosno njihove ukupne energetske efikasnosti.
LITERATURA [1]
[2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17]
80
Ignjatovi$ D., *ukovi$ Ignjatovi$ N., Stankovi$ B. 2012. Thermography and Energy Performance of Belgrade Building Stock In Housing Development in Serbia in the Context of Globalization and Integrations, Mako V. ed, 219-241. Faculty of Architecture University of Belgrade, Belgrade ITC, Termografy, Level1, 2005, Publication No 1560093E, Infrared Training Center, Flir Systems, Stockholm, Sweden, Jovanovi$ Popivi$ M., *ukovi$ N., Ignjatovi$ D., 2006. Utvr #ivanje potencijala za poboljšanje energetskih karakteristika zgrada primenom termografije, Arhitektura i Urbanizam br. 18/19 Jovanovi$ Popovi$ M. i dr. 2012. Atlas porodinih ku$a Srbije/Atlas of Family housing in Serbia, Arhitektonski fakultet Univerziteta u Beogradu i GIZ, Beograd (dvojezino izdanje) Jovanovi$ Popovi$ M. i dr. 2013. Atlas višeporodinih zgrada Srbije/Atlas of Family housing in Serbia, Arhitektonski fakultet Univerziteta u Beogradu i GIZ, Beograd (dvojezino izdanje) Jovanovi$ Popovi$ M. i dr. 2013. Nacionalna tipologija stambenih zgrada Srbije/National Typology of Residential Buildings in Serbia, Arhitektonski fakultet Univerziteta u Beogradu i GIZ, Beograd (dvojezino izdanje) Jovanovi$ Popovi$ M., Ignjatovi$ D., 2011. Videti energiju/Seeing Energy, Arhitektonski fakultet Univerziteta u Beogradu i GTZ, Beograd (dvojezino izdanje) Maldague X., 2001, Theory and Practice of Infrared Technology for Nondestructive Testing, Wiley-Interscience, London Novicki A, 2004,Infrared thermography volume two –Applications, Bindt –British institute of Non-Destructive Testing, Northampton, England, Popis doma$instava i stanova u Rebpulici Srbiji 2011. Prvi rezultati, 2011, Republika Srbija, Republiki zavod za statistiku, Bilten br. 54, Beograd Popis stanova doma$instava i stanova u 2002., 2004., Republika Srbija, Republiki zavod za statistiku, Beograd Pravilnik o energetskoj efikasnosti zgrada, Sl. Glasnik RS br. 61/2011. Pravilnik o uslovima, sadržini i nainu izdavanja sertifikata o energetskim svojstvima zgrada, Sl. Glasnik RS br. 61/2011. Raji$ A. 2011. Metode projektovanja i simulacije termikih mostova u arhitektonskim objektima, Doktorska disertacija, Arhitektonski fakultet Univerziteta u Beogradu SRPS EN 13187:2008 *ukovic Ignjatovi$, N., Ignjatovi$, D. 2006. “Possibilities for Upgrading the Existing Building Stock in Belgrade”, Management of Environmental Quality: An International Journal, Vol. 17 No. 5, pp. 527-537 Flir and ITC, 2011, Thermal imaging guidebook for building and renewable energy applications, FLIR systems AB, Sweden
Prof. dr Aleksandra Krsti$-Furundži$ 1 Ass. Tatjana Kosi$ 2 Ass. mr Marija Gruji$3
NAU' NI RAD UDK:
ENERGETSKI ASPEKT OBNOVE PREFABRIKOVANIH STAMBENIH OBJEKATA U BEOGRADU REZIME Mnoga prigradska naselja su izgra#ena u Beogradu posle Drugog svetskog rata. Zbog loših energetskih performansi, prisutna je visoka potrošnja energije za grejanje i hladjenje i emisija CO2. Jedan od predstavnika takve stambene arhitekture je naselje Konjarnik. Procena razliitih scenarija za poboljšanje energetskih karakteristika montažnih višeporodinih objekata u Konjarniku je sprovedena u radu. Hipotetiki modeli unapre#enja energetskih performansi omotaa postoje$e zgrade su kreirani u cilju smanjenja energetskih zahteva za grejanje, a time i smanjenja emisije CO2. Analizom troškova održavanja kroz životni ciklus zgrade procenjena je efikasnost mera obnove u pogledu izvodljivosti, ekonominosti i uticaja na životnu sredinu.
Klju(ne re(i: obnova zgrada, ušteda energije, prefabrikovane zgrade, emisija CO2
IMPROVEMENT OF PREFABRICATED MULTIFAMILY BUILDINGS IN BELGRADE – IN TERMS OF ENERGY SUMMARY Several suburban settlements had been built in Belgrade after the World War II. They are all characterized by poor energy performance causing high energy consumption (for heating and cooling) and CO2 emissions. One of the examples of such architecture is the housing settlement Konjarnik. Assessment of different scenarios for energy performance improvements of prefabricated multifamily building in Konjarnik is carried out in the paper. Hypothetical models of energy performance improvements of the existing building envelope are created in order to reduce energy demands for space heating, and thus reduce CO2 emissions. The goal of Life cycle costs analyses is to evaluate economic efficiency and feasibility of different measures and their impact on the environment.
Key words: building refurbishment, energy savings, prefabricated housing, CO2 emissions
1
Arhitektonski fakultet, Univerzitet u Beogradu, Bulevar kralja Aleksandra 73/II, Beograd, Arhitektonski fakultet, Univerzitet u Beogradu, Bulevar kralja Aleksandra 73/II, Beograd, 3 Gra#evinski fakultet, Univerzitet u Beogradu, Bulevar kralja Aleksandra 73/I, Beograd, 2
81
UVOD Nove energetski efikasne zgrade predstavljaju mali procenat u odnosu na ukupan gra#evinski fond. Do sedamdesetih godina zgrade su projektovane bez razmatranja energetskih potreba i potrošnje. Prema podacima prikupljenim od strane Zavoda za statistiku Srbije, oko 55% od ukupno 583.908 postoje$ih stambenih jedinica u Beogradu je izgra#eno u tom periodu [Krsti$-Furundži$ i Bogdanov, 2010]. Ovi podaci ukazuju da beogradski izgra#eni fond ima znaajan broj objekata ije se energetske performanse moraju poboljšati. To ne treba zanemariti jer se time mogu posti$i znaajne uštede energije. Mnoga prigradska naselja izgra#ena su u Beogradu posle Drugog svetskog rata. U to vreme se u našoj zemlji naješ$e primenjivalo nekoliko montažnih sistema, što je dovelo do izgradnje stambenih naselja sa brojnim objektima istih ili slinih osnova. Glavni problem ovog istraživanja je da se procene razliite mogu$nosti unapre#enja energetskih svojstava postoje$ih prefabrikovanih stambenih objekata u Beogradu. Tanije, predlažu se i ispituju razliita rešenja za smanjenje potrošnje energije postoje$ih objekata. Metodološki pristup podrazumeva analizu karakteristika kako postoje$ih zgrada i hipotetikih modela unapre#enja omotaa zgrade, tako i uporedne analize dobijenih rezultata. Procenjuju se opcije za smanjenje potrebne energije za grejanje prostora, a samim tim i za smanjenje emisije CO2. Ovaj pristup se generalno može primeniti kod obnove zgrada, ali generalizacija tehnikih rešenja i mogu$ih doprinosa se mora pojedinano pažljivo razmotriti.
PODACI ZA STUDIJU SLU %AJA: NASELJE KONJARNIK Tokom 50-ih pa sve do 70-ih, kao što je prikazano u Tabeli 2, veliki broj prefabrikovanih objekata je izgra#eno u prigradskim naseljima u Beogradu. Jedan od primera je stambeno naselje Konjarnik koje je izabrano kao studija sluaja na kojoj su analizirane mogu$nosti za poboljšanje energetskih performansi.
a)
b)
Slika 1. (a) Lokacija Konjarnika na mapi Beograda i (b) Dispozicija zgrada u naselju
82
Konjarnik je deo urbane gradske zone, udaljen oko 4 km od centra grada (slika 1). Naselje, koje se sastoji od tri lokalne zajednice, obuhvata ukupno 7.174 stanova (Petrovi$, 1973). Ve$ina stanova izgra#ena je u prefabrikovanim sistemima: u ″Trudbenik ″ sistemu 2.950 stanova i u ″IMS” sistemu 1.733 stanova. POLOŽAJ I OBLIK ZGRADE Predmet analize je stambeni objekat u ulici Deset avijatiara br. 7-15 (slika 1). Osmospratna zgrada (prizemlje, 6 spratova i potkrovlje) sastoji se od 5 lamela (ulaza) u nizu. Za analize je izabrana jedna od centralnih lamela, ulaz br. 11 (slika 2).
Slika 2. Lokacija zgrade u polu-otvorenom bloku
Zgrada se nalazi u okviru polu-otvorenog bloka, na južno orijentisanoj padini. Svojom dužom osom, koja se pruža u pravcu istok-zapad, paralelna je sa izohipsama. Susedne zgrade su na dovoljnoj udaljenosti što spreava zasenenje objekta. Svaka lamela ima tipinu osnovu sprata sa etiri jednostrano orijentisana stana; dva ve$a stana su južno orijentisana, dok su dva manja stana orijentisana ka severu. STRUKTURA OMOTA'A ZGRADE Energetski ″rasipne″ i ″ bolesne″ ku$e su uglavnom posledica nepoštovanja bioklimatskih principa projektovanja tokom perioda jeftine energije 60-ih i 70-ih godina. Zbog nezadovoljvaju$e toplotne izolacije ili njenog potpunog odsustva i neodgovaraju$ih arhitektonskih detalja u pogledu gra#evinske fizike, nasle#ene stambene zgrade su ″rasipnici″ energije i imaju nizak nivo unutrašnjeg komfora – ″ bolesne ku$e″, utiu$i negativno na ljudsko zdravlje [Krsti$-Furundži$, 2010]. S obzirom da je to posledica slabo izolovanih spoljašnjih zidova, neophodna je njihova bioklimatska rehabilitacija [Krsti$-Furundži$ i Raji$, 2007].
83
Slika 3. Izgled stambene zgrade u naselju Konjarnik i postoje$a konstrukcija fasadnog zida
U pogledu termikih svojstava, prefabrikovani parapetni panel (slika 3) postoje$e zgrade u naselju Konjarnik karakterišu slede$e osobine (slika 4): visok koeficijent prolaza toplote, odnosno U-vrednost; niska temperatura unutrašnje površine; prisustvo kondenzacije sa mogu$im zamrzavanjem i razvojem bu#i. Prisustvo navedenih karakteristika omotaa rezultira lošim toplotnim komforom i lošim uslovima života koji negativno utiu na ljudsko zdravlje.
Slika 4. Toplotna svojstva zida pre unapre#enja
84
ENERGETSKE PERFORMANSE POSTOJE*EG OBJEKTA Energetske karakteristike postoje$eg objekta se razmatraju u pogledu potrošnje energije za grejanje prostora. U naselju Konjarnik je zastupljeno daljinsko grejanje na bazi lož ulja. POTROŠNJA ENERGIJE ZA GREJANJE PROSTORA Glavne karakteristike fasade su nizovi prozora i parapeta što utie na energetske performanse omotaa objekta. Tabela 1. Tipovi i U-vrednost parapeta i zastakljenja
PARAPETNI ZID a r u t k u a r d t i S z
Model postoje "e zgrade
t s o ] n K d 2 e r / m v - W U [
, m c m 5 c 5 n o a t i , j e 0,67 c b m a i l i c o j j n 0 n z š š 1 i a a o r n j t l o m u t o r n e t e p u b s
ZASTAKLJENJE
t s o h ] n i a K n v d t 2 o e d o r e l t m s / v o - l s p o m W U u t [
1,034
a j n e j l k a p t s i a T z
t s o ] n K d 2 e r / m v - W U [
a m o m i u n l e i t r o ) v r k l d f m m 3,0 e m m i o j t k n 4 o a s u u e ( k n r j u t l u k m r s r k a o t o o t a l s z n m k o s z d a v o r a t e j z s d p a r
Godišnja potrošnja energije za grejanje [kWh]
[kWh/m2]
0 1 8 . 3 5 3
0 6 , 3 8 2
U-vrednosti parapetnog zida i zastakljenja prikazani su u Tabeli 1 i na Slici 4. Betonski okvir prisutan duž ivice fasadnog parapetnog panela predstavlja toplotni most što rezultuje u U-vrednost od 1,034 W/m2K [Kosi$ et al., 2009]. Novi srpski propisi o energetskoj efikasnosti u zgradama, u sluaju obnove zgrada, odre#uju za fasadni zid U-vrednost od 0,4 W/m2K za Beogradske klimatske uslove. U pogledu termodinamike, prozori se pominju kao problem kako zbog veliine i neodgovaraju$ih termikih karakteristika (U>3,0 W/m2K) tako i zbog prisustva infiltracije vazduha. Prozori su drveni dvostruki sa razmaknutim krilima jednostruko zastakljenim flot staklom debljine 4mm i sa unutrašnjim platnenim roletnama. Zvanini podaci beogradskih toplana pokazuju da, na osnovu podataka o potrošnji energije za grejanje za period 2006.-2008. (period od 15. oktobra do 15. aprila), prosena godišnja potrošnja energije za grejanje prostora svih pet lamela iznosi 1.769 MWh. Godišnja potrošnja energije za centralnu lamelu iznosi 353.810 MWh, odnosno 283,60 kWh/m2 (Tabela 1). Ovi podaci pokazuju da je veoma velika potrošnja energije prisutna što ukazuje da je predmetna zgrada energetski neefikasna. 85
Razlog za takvu potrošnju energije je neodgovaraju$i omota zgrade u smislu toplotnih svojstava što ima za posledicu: • toplotne (transmisione) gubitke, • pregrevanje zgrade, • velike ventilacione (infiltracija i izmene vazduha) gubitke i • gubitke u sistemu grejanja. Distribucija toplotne energije od strane beogradskih toplana nije u skladu sa temperaturnim oscilacijama u zimskom periodu, što se tako#e odražava na potrošnju.
UNAPREENJE ENERGETSKIH SVOJSTAVA POSTOJE *EG PREFABRIKOVANOG OMOTA%A ZGRADE Razliiti scenariji-modeli unapre#enja energetskih performansi postoje$eg omotaa zgrade su kreirani u cilju postizanja smanjenja energetskih zahteva za grejanje prostora, a time i smanjenja emisije CO2. Metodološki pristup obuhvata: • kreiranje razliitih modela unapre#enja postoje$eg omotaa zgrade, • numerike simulacije modela i • pore#enje rezultata (modela). Razliiti modeli unapre#enja omotaa zgrade su kreirani prema beogradskim klimatskim uslovima, orijentaciji zgrade i tehnikim karakteristikama konstrukcije postoje$eg objekta.
Slika 5. Unapre#ena struktura zida
86
MODELI UNAPRE&ENJA TOPLOTNIH KARAKTERISTIKA Predlozi za unapre#enje koji se smatraju najpogodnijim i koji su izabrani kao mere za unapre#enje energetskih performansi stambenih zgrada na Konjarniku su: pove$anje debljine termoizolacije ukljuuju$i i prekid toplotnih mostova, potpuna zamena prozora savremenim tipovima, koje karakterišu bolje toplotne i solarne performanse, kao i zastakljivanje lo#a. Izabrana su dva modela (M1 i M2) unapre#enja omotaa zgrade koja su prikazana u Tabeli 2 i na Slici 5. Tabela 2. Modeli unapre#enja toplotnih karakteristika omotaa zgrade
PARAPETNI ZID Model unapre!enja toplotnih karakteristika
Model M1
Model M2
KROVNA PLO%A
ZASTAKLJENJE Prozori
a d i z a r u t k u r t S
t s o ] n K d e 2 r / m v - W U [
e j i c a l a o z n i i j l o b m e r e D t
, + = m c , m r I 0 c o T 1 m 5 a c 1 n n 5 n p o i 7 o r j o a t i l t j e t b 3 , e i s 0 b c b e t a i l i a d j j d n o n z š o a š i n a d a o r j p m t l u c u m m o r 0 n c k e p u 1 u t s 5
e n e j u v i c a e l n o l o z a i d r r e o v t i n m r e m e t t a e d o n m c d a 2 v 2 o m c s e i n 0 1 r p i
, + = m I c , m r T 0 o c m 1 c 5 p a 5 o n n 5 n i r i 5 o 2 j t o a t . l t j s e i 0 e b t c b b e a a i d d i j l j o o a n n d z š š i a a m n r o l j p m t u c m u c k o r n 0 p e 1 u t s 1 u 5
e n j e u v i c a e l n o l o a i z d r r e v n o t m r e i e t m t a e d m o n c a d 2 v 2 o i m c s e i n 0 1 r p
a a t t t j j s s n n s o ] o e a n ] e a o n K j j n ] l l K K l l d d d i i 2 2 k k f e f e 2 e a a r / r r m m m o o / p t / r v v v p t s r s - W i i p p W W U z i U z i U [ T a [ T a [
1 7 1 . 0
Lo!e
1 7 1 . 0
l o i f n o e r j e l p j v n a C e t j s l V o k P 0 p a i t 3 s , n ) r a z m o 2 o m m k o 4 k u r + o 2 t t s e o 1 + p v 4 d ( u e i j n r e n j o l k a a n m o t s o k a o g t z r e a o p n d u o o i o l s i i m n o e f o m j n r l e u p v p o s t a C k i s a s V i n s o p P
0 9 . 0
a n e m z i j o r b i n e a ! i h v u d d e z r a P v
l o i f n o e r j e l p j v n a C e t j s l V o k P p a i t s n ) a z m r o o m m k o 4 k u r + o 2 t t s e o 1 + p v 4 d ( u
0 3 , 2
3 2
u o n i e l f j e l o j r v n p a e t j s C l o k a p V t s ) P i a z m n o m r o k 4 m u + o r 2 k t s 1 o o t + v 4 d ( e p
0 3 , 2
1 8 . 0
Postavljanje dodatne spoljašnje toplotne izolacije pruža slede$e prednosti (slika 6): • niži koeficijent prolaza toplote i ve$u temperaturu unutrašnje površine zida (tsi=+18,15°C i +18,73°C umesto tsi=+16,63°C pre unapredjenja) ime je spreena kondenzacija i razvoj plesni, 87
• poboljšana funkcija zida kao sloja za akumulaciju toplote i • unapre#enje toplotnog komfora i uslova života u celoj zgradi.
Slika 6. Toplotne karakteristike zida nakon unapre#enja
NUMERI'KE SIMULACIJE Za simulaciju energetskih svojstava zgrade formirani su 3D matematiki modeli. Za termodinamike simulacije koriš$en je specijalizovani softverski paket TAS. Simulacija je mnogo efikasnija kada se koristi za pore#enje predvi#enih performansi razliitih projektantskih rešenja, nego kada se koristi za predvi#anje performansi jednog rešenja [Hensen et al., 2004]. Iz tog razloga su kreirani slede$i modeli unapre#enja: Model 1 i Model 2, koji se odlikuju razliitim energetskim performansama. Simulacije su sprovedene uzimaju$i u obzir održavanje zadatih vrednosti temperature unutrašnjeg vazduha (od 20°C u sobama do 22°C u kupatilu), koje pružaju zadovoljavaju$e uslove toplotnog komfora u grejnom periodu. Za analize i matematike simulacije modela uzeti su u obzir klimatski uslovi za teritoriju Beograda koji se odnose na dnevne temperature tokom godine, uestalost temperatura, uestalost intenziteta sunevog zraenja, uestalost oblanosti, uestalost brzine vetra i njegovog pravca u zimskom, letnjem i prelaznom periodu.
88
PORE&ENJE REZULTATA Rezultati unapre#enja omotaa zgrade su razmatrani i prezentovani kroz smanjenje potrošnje energije i smanjenje emisije CO2. Kako nacionalni softverski paket još nije izabran, obraun i odre#ivanje energetske klase zgrade odnosi se na energiju potrebnu za grejanje (prema Pravilniku o energetskoj efikasnosti zgrada). Na osnovu rezultata termodinamike simulacije, model M1 pokazuje da je godišnja potrošnja energije za grejanje 37.242 kWh, a u odnosu na efektivnu grejanu površinu centralne lamele koja je 1.250 m2, godišnja potrošnja energije za grejanje iznosi 29,79 kWh/m2. Model M2 pokazuje da je godišnja potrošnja energije za grejanje 18.446 kWh, a u odnosu na efektivnu grejanu površinu predmetne lamele, godišnja potrošnja energije za grejanje iznosi 14,75 kWh/m2. Za oba modela unapre#enja izraunate su godišnja potrošnja energije za grejanje, kao i godišnja potrošnja energije po kvadratnom metru i zatim upore#ene sa postoje$om potrošnjom energije u zgradi, što je prikazano u Tabeli 3 i na Slici 7. Tabela 3. Godišnja potrošnja energije za grejanje po modelima Model zgrade Model postoje$e zgrade Model 1 Model 2
Potrošnja energije (kWh/a ) 353.810 37.242 18.446
Potrošnja energije (kWh/m2a ) 283,60 29,79 14,75
Slika 7. Pore#enje godišnje potrošnje energije za grejanje u postoje$oj zgradi i unapre#enim modelima Tabela 4. Godišnja potrošnja primarne energije za grejanje po modelima Model zgrade Model postoje$e zgrade Model 1 Model 2
Potrošnja energije (kWh/a ) 424.572 44.690 22.135
Potrošnja energije (kWh/m2a ) 339,66 35,75 17,70
89
Godišnja potrošnja primarne energije za grejanje je proraunata primenom faktora pretvaranja (1,2) za odgovaraju$i energent (lož ulje) koji je izvor toplote za sistem za grejanje, što je prikazano u Tabeli 4.
Prednosti predvi!enih unapre!enja Prednosti predvi#enih unapre#enja mogu se identifikovati kroz uštedu energije i smanjenje emisije CO2. Primetno je da je znaajna vrednost ukupne godišnje uštede primarne energije za grejanje, kao i godišnje uštede energije po kvadratnom metru, što je prikazano u Tabeli 5. Tabela 5. Godišnja ušteda primarne energije za grejanje prema modelima Ušteda energije Ušteda energije Smanjenje potrošnje Model zgrade (kWh ) (kWh/m2 ) energije (%) Model 1 379.882 303,90 89 Model 2 402.437 321,95 94
Potrošnja primarne energije za grejanje prostora u sluaju unapre#enih modela je smanjena za više od 89% za Model 1, i više od 94% za Model 2. To podrazumeva godišnje smanjenje energrtskih potreba za 379,882 kWh za Model 1, dok za Model 2 smanjenje iznosi 402,437 kWh. U odnosu na efektivnu grejanu površinu, postignuto je smanjenje energetskih potreba za oko 304 kWh/m2 za Model 1 i 322 kWh/m2 za Model 2. Ove energetske uštede postignute su dodavanjem toplotne izolacije, zastakljivanjem lo#a i zamenom postoje$ih prozora novim tipom prozora. Proraun emisije CO2 se zasniva na injenici da je u stambenom naselju Konjarnik dostupno daljinsko grejanje koje kao energent koristi lož ulje (specifina emisija za lož ulje prema Pravilniku o energetskoj efikasnosti zgrada iznosi 0,26 kgCO2/kWh). U Tabeli 6 su prikazane vrednosti godišnjih emisija CO2 za centralnu lamelu postoje$e zgrade i za unapre#ene modele. U Tabeli 7 su za oba modela predstavljene vrednosti godišnjeg smanjenja emisije CO2 postignute poboljšanjem energetskih performansi omotaa zgrade. Prema prikazanim rezultatima, evidentno je da se znaajno smanjenje emisije CO2 može posti$i unapre#enjem omotaa zgrade. Tabela 6. Emisija CO2 Emisija CO2 Model zgrade (kg/godišnje ) Model postoje$e zgrade 110.389 Model 1 11.619 Model 2 5.755 Tabela 7. Smanjenje emisije CO2 Smanjenje CO2 Smanjenje CO2 Model zgrade (kg/godišnje) (% ) Model 1 98.770 89 Model 2 104.634 94
90
ANALIZA EKONOMSKE EFIKASNOSTI Predmetna analiza troškova u životnom veku ima za cilj ocenu ekonomske efikasnosti i isplativosti gore prezentovanih scenarija i ocenu njihovog uticaja na životnu sredinu. Analiza troškova u životnom veku bavi se ocenom isplativosti ulaganja u poboljšanje termikog kvaliteta omotaa kolektivne zgrade u Beogradu, u cilju redukcije potrošnje energije za grejanje. Ekonomska analiza životnog veka je izvršena metodologijom diskontovanja investicija i troškova na neto sadašnju vrednost iz razloga što se analiza bazira na pore#enju razliitih scenarija. Za analizu je koriš$en kompjuterski program BLCC (Building Life Cycle Cost), verzija 5.3-12, (EERE, 2012), koji je razvijen od strane Departmana za energiju SAD-a (U.S. Department of Energy), koji se koristi za vrednovanje korisnosti ušteda energije u životnom veku. Prorauni troškova u životnom veku se baziraju na diskontnim stopama i stopama porasta cene energije koje se predvi#aju u okviru Saveznog programa menadžmenta energije (FEMP - Federal Energy Management Program) u Sjedinjenim Državama, koje se obnavljaju i objavljuju svake godine 1. aprila. Uz odre#ene modifikacije, BLCC program je koriš$en za analizu nekoliko investicionih projekata u Srbiji, prilikom ocenjivanja ekonomske opravdanosti varijantnih rešenja primene mera optimizacije na omota zgrade, gra#evinsku strukturu, osvetljenje i sisteme termotehnike (Plavši$ i Gruji$, 2005). Kriterijumi za vrednovanje rezultata analize svrstani su u dve grupe (Plavši$, 2004): – Kriterijumi za vrednovanje ekonomske efikasnosti ukljuuju: • neto sadašnju vrednost (NSV), • internu stopu rentabiliteta (ISR) i • period povra$aja uloženih sredstava (PPS). – Kriterijumi za vrednovanje eksternih efekata ukljuuju: • ouvanje i unapre#enje životne sredine i • održivi razvoj izvora energije. Zakljuna analiza ocene efikasnosti projekta i varijanti projekta (putem koriš$enja kompjuterskog programa BLCC) iskazana je kroz dva podru ja: • ocena finansijsko-tržišne efikasnosti projekta, kojom se utvr #uje opravdanost investicije pod stvarnim uslovima na tržištu, merena akumulacijom projekta i • ocena društveno-ekonomske efikasnosti projekta, koja vrednuje uinke projekta na društveno-ekonomski razvoj zemlje. U zakljunoj analizi razliiti scenariji se rangiraju prema svakom od ukljuenih kriterijuma. Program daje mogu$nosti izbora i to: 1. scenario koji je najpovoljniji sa aspekta najnižih troškova životnog veka, 2. scenario sa najkra$im vremenom povra$aja uloženih sredstava, 3. scenario sa najmanjim emisijama gasova staklene bašte. 91
Kada se prva dva kriterijuma posmatraju kao jednakovredna, odluka $e se doneti tako što izabrano rešenje najviše od svih zadovoljava oba uslova. ANALIZA TROŠKOVA ŽIVOTNOG VEKA Komparativna analiza scenarija za unapre#enje termikog omotaa zgrade (postoje$i model zgrade i dva modela sa termiki poboljšanim svojstvima omotaa) izvedena je na osnovu troškova investicije, sa jedne, i ušteda troškova za grejanje ostvarenih u veku projekta sa druge strane. Svaki scenario ima specifino pove$anje investicionih ulaganja u odnosu na osnovni (postoje$i) model zgrade i odgovaraju$u redukciju potrošnje energije za grejanje. Ukupni rezultati razliitih scenarija mere se prema: (a) investicionim troškovima, (b) troškovima potrošnje energije i (c) operativnim troškovima, troškovima održavanja i popravki (OO&P). Troškovi periodinih remonta nisu ukljueni u analizu iz razloga što se usvojeni period analize troškova životnog veka bazira na standardnom životnom veku prozorske komponente. Isplativost i opravdanost ulaganja u poboljšanje termikih svojstava fasade ocenjuje se sa stanovišta potrošnje finalne energije.
Investiciona ulaganja Investiciona ulaganja tretirana su kao jednokratni troškovi u prvoj godini ekonomskog veka projekta. U analizi poboljšanja termikih karakteristika omotaa, svaki poboljšani model ima specifino pove$anje investicionih ulaganja u odnosu na postoje$i model. U Tabelama 8 i 9 prikazani su troškovi investicionog ulaganja za svaki scenario.
Troškovi energije Svaki scenario u analizi energetskih svojstava termikog omotaa zgrade bazira se na razliitim rešenjima za redukciju potrošnje energije, koja rezultuju razliite troškove energije na godišnjem nivou. Toplotna energija iz gradske mreže usvojena je na nivou od 0,05 €/kWh (isporuena energija). Cena je usvojena prema cenovniku za doma$instva Beogradskih elektrana (za 1. decembar 2012. godine).
Analiza troškova Analiza troškova životnog veka za scenarije sa unapre#enjem svojstava termikog omotaa zgrade izvedena je za period od 25 godina. Period od 25 do 30 godina je vreme u kojem se, uz redovno održavanje, garantuju termika svojstva selektovanih prozorskih komponenti u razliitim scenarijima. Analiza troškova u životnom veku izvršena je za svaki predloženi scenario. Upotrebom BLCC kompjuterskog programa utvr #ena je neto sadašnja vrednost (NSV)
92
za svaki scenario i izabran je scenario koji daje najbolje rezultate u toku životnog veka. Svi budu$i troškovi su diskontovani primenom diskontne stope od 3.5%. Osnovna pretpostavka je da inflacija ima neutralan efekat na život projekta, ukoliko se cenovni odnosi (paritet cena) ne menjaju u veku projekta, odnosno, da uticaj inflacije deluje istovetno za sve elemente primitka i izdataka projekta.
Rezultati ekonomske analize Rezultati analize životnog veka, ušteda u životnom veku i emisije gasova staklene bašte za scenarije koji se bave poboljšanjem termikih karakteristika omotaa zgrade dati su Tabelama 8, 9 i 10. Tabela 8. Rezultati analize životnog veka za scenarije Model 1 i Model 2 u odnosu na referentni model (postoje$e stanje omotaa zgrade)
Scenario
Godišnja potrošnja toplotne (kWh) energije
Godišnji troškovi Sadašnja vred. troškova Troškovi Godišnji Diskontova Diskontova Ukupna troškovi toplotne investiciona ni ukupni ni ukupni za energije ulaganja troškovi za troškovi (po(. god.) OO&P* OO&P* energije (€) (€) (€) (€) (€)
referentni 353.810,00 model
LCC
17.694,00
1.000,00
-
16.484,00
291.605,00 308.088,00
model 1
37.242,89
1.863,00
1.000,00
117.180,00
16.484,00
30.695,00 164.359,00
model 2
18.446,15
923,00
2.000,00
141.910,00
32.967,00
15.203,00 190.080,00
* Operativni troškovi, troškovi održavanja i popravki
Tabela 9. (deo a i b) Uštede u životnom veku za Model 1 i Model 2 Uštede (+) ili troškovi (+) energije
Ne-energetske uštede (+) ili troškovi (+)
Godišnja redukcija toplotne energije
Ukupna investicija
Godišnje uštede toplotne energije
Diskontovane uštede toplotne energije
Godišnji troškovi za OO&P*
Diskontovani troškovi za OO&P*
Model 1
(kWh) 316.567,11
(€) 117.180,00
(€) 15.828,00
(€) 260.910,00
(€) -1.000,00
(€) -16.484,00
Model 2
335.363,85
141.910,00
16.768,00
276.402,00
-2.000,00
-32.967,00
Scenario
* Operativni troškovi, troškovi održavanja i popravki
Tabela 9 - deo a
93
Model 1
(€) 14.828,00
Obi(ni period povra"aja sredstava (PPS) (godina) 7,90
Prilago!ena interna stopa rentabiliteta (ISR) (%) 6,59
Model 2
14.768,00
9,61
5,76
Scenario
Uštede u prvoj godini
Ukupne diskontovane operativne uštede
Odnos ušteda i ulaganja
(€) 244.426,00
2,09
243.434,00
1,72
* Operativni troškovi, troškovi održavanja i popravki
Tabela 9 – deo b
Tabela 10. Emisija gasova staklene bašte – analiza termikih karakteristika omotaa zgrade
CO2
Postoje"i model godišnje emisije u emisije životnom veku (kg) (kg) 231.319,39 5.782.193,00
Model 1 Model 2 godišnje emisije u godišnje emisije u emisije životnom veku emisije životnom veku (kg) (kg) (kg) (kg) 24.349,23 608.647,52 12.060,01 301.458,97
SO2
1.165,61
29.136,25
122,69
3.066,95
60,77
1.519,04
NOx
345,22
8.629,43
36,34
908,35
18,00
449,90
Slede$i zakljuci se mogu izvesti iz analize troškova u životnom veku: – Troškovi u životnom veku kod modela sa unapre#enim termikim svojstvima omotaa su znaajno manji u pore#enju sa referentnim modelom postoje$im stanjem zgrade (Tabela 8). – Prema rezultatima LCC analize u Tabeli 8 najpovoljniji model sa aspekta troškova u životnom veku je Model 1, iako je redukcija potrošnje energije kod Modela 2 skoro dvostruko ve$a u odnosu na Model 1. Razlog za ovakav rezultat analize troškova u životnom veku su troškovi održavanja za Model 2, koji su udvostrueni u odnosu na troškove održavanja Modela 1, i ve$i troškovi investicije. – Analiza ušteda u životnom veku (Tabela 9) pokazuje da Model 1 ima najkra$i period povratka uloženih sredstava (PPS), koji iznosi 7,9 godina. Kod Modela 2 PPS iznosi 9,61 godina. Scenario Model 1 tako#e ima manje pove$anje osnovne investicije i ve$i odnos ušteda i ulaganja. Tako, sa aspekta ekonomskih ušteda u životnom veku, scenario Model 1 je najekonominiji. – Analiza emisije gasova staklene bašte (Tabela 10) pokazuje da Model 2 ima najve$u redukciju emisije gasova, što je oekivano, budu$i da ovaj model ima najve$u redukciju potrošnje energije. – Sa aspekta finansijske analize, profitabilniji scenario je Model 1, odnosno, scenario sa umerenim investicijama, iako ovaj scenario nema najnižu potrošnju energije i najmanju emisiju štetnih gasova. 'ak ako bi se iskljuili iz analize visoki operativni troškovi Modela 2 (ili ako bi ih redukovali), scenario Model 1 bi bio profitabilniji iz razloga drugih, važnijih kriterijuma – kriterijum niže investicije i bržeg povra$aja uloženih sredstava. 94
Najpovoljniji scenario u LCC analizi je Model 1. Investicije u mere za ouvanje energije i obnovljive izvore energije su obino veoma velike, ali je pozitivan njihov dugoroan efekat na ouvanje životne sredine i redukciju potrošnje energije iz neobnovljivih izvora. Analiza troškova i ušteda u životnom veku za mere redukcije potrošnje toplotne energije (kao jednoj od najve$ih stavki u potrošnji energije u zgradama) upravo pokazuju da ulaganje u mere koje stvaraju najve$u redukciju potrošnje toplotne energije i najbolje efekte u ouvanju životne sredine ne ostvaruju i najbolju ekonomsku efikasnost. Stoga je neophodno izvršiti optimizaciju odnosa investicija i efekata redukcije potrošnje energije. –
ZAKLJU%AK Ovaj rad je ukazao na probleme loših energetskih karakteristika postoje$eg stambenog fonda Beograda, kao i potrebu i mogu$nosti unapre#enja energetskih performansi zgrada, pa tako i uticaja na životnu sredinu. Mogu$nosti obnove zgrada mogu na prvi pogled izgledati skromnije i jednostavnije u odnosu na rušenje i novu izgradnju, ali rezultati ovog istraživanja pokazuju efikasnost u uštedi energije i smanjenju emisije CO2, kao i unapre#enje kvaliteta stanovanja. Poboljšanjem toplotne izolacije i zamenom prozora, kao i zastakljivanjem balkona i lodja, postižu se brojne prednosti koje se mogu identifikovati kao smanjenje potrošnje konvencionalne energije, smanjenje zaga#enja životne sredine i stvaranje mogu$nosti za nova estetska rešenja u obnovi postoje$ih objekata. Prema Pravilniku o uslovima, sadržini i nainu izdavanja sertifikata o energetskim svojstvima zgrada, postoje$i i unapre#eni modeli zgrade pripadaju slede$im energetskim razredima za stambene zgrade sa više stanova: • Postoje$i objekat, prema specifinoj godišnjoj potrebnoj toploti za grejanje (339,66KWh/m2a), pripada energetskom razredu G. • Unapre#eni model M1, prema specifinoj godišnjoj potrebnoj toploti za grejanje (35,75KWh/m2a), pripada energetskom razredu C. • Unapre#eni model M2, prema specifinoj godišnjoj potrebnoj toploti za grejanje (17,70KWh/m2a), pripada energetskom razredu B. Kako u drugim delovima Srbije i Evrope postoji znaajan broj stambenih naselja sa istim ili slinim prefabrikovanim objektima, predstavljene mere unapre#enja se mogu primeniti u regionima sa slinim klimatskim uslovima. Rezultati ovog istraživanja mogu biti interesantni za pokretanje aktivnog ueš$a i podršku svima onima koji su ukljueni u proces gradnje: vlasnicima, potrošaima, vlastima, arhitektama, gra#evinskoj industriji, i ostalima.
ZAHVALNOST Numerike simulacije potrošnje energije za grejanje za razliite modele su realizovane uz pomo$ G. Dušana Maksimovi$a, BDSP (YU) d.o.o, Bulevar Arsenija 'arnojevi$a 54a, Beograd, Srbija. 95
Ovo istraživanje je realizovano u okviru nauno-istraživa$kog projekta "Physical, environmental, energy, and social aspects of housing development and climate change – mutual influences" (TP36035), finansiranog od strane Ministarstva za nauku i tehnološki razvoj Republike Srbije (2012-2014).
LITERATURA [1]
EERE (Energy Efficiency and Renewable Energy) (2012), FEMP (Federal Energy Management Program) software: BLCC (Building Life Cycle Cost), http://www.eere.energy.gov/femp/information, (accessed 25th November, 2012). [2] Hensen, J., Djunaedy, E., Radosevic, M., Yahiaoui, A. (2004) Building performance simulation for better design: some issues and solutions. In: Built Environments and Environmental Buildings, Thematic conference Proceedings of PLEA 2004. Eindhoven: Technical University. [3] Kosi$, T., Krsti$-Furundži$, A., Raji$, A., Maksimovi$, D. (2009) Improvement of Energy Performances of Dwelling Housing in Belgrade. In: Architecture, Energy and the Occupant's Perspective, Thematic conference Proceedings of the PLEA 2009, Demers, C. and Potvin, A. (eds.). Quebec City: Les Presses de l'Universite Laval, pp. 603-608. [4] Krsti$-Furundži$, A., Bogdanov, A., (2003) Formiranje baze podataka o gradjevinskom fondu u Beogradu. U: Energetska optimizacija zgrada u kontekstu održive arhitekture, Deo 1. Beograd: Arhitektonski fakultet Univerziteta u Beogradu, str. 59-77. [5] Krsti$-Furundži$, A. (2010) Definition of Suburban Building Stock; Case Study: Konjarnik, Belgrade, Serbia. In: Roberto Di Giulio (ed.) Improving the Quality of Suburban Building Stock, Volume 1. Malta: Department of Building & Civil Engineering, Faculty for the Built Environment, University of Malta, Gutenberg Press, pp. 145-158. [6] Krsti$ (Furundži$), A., Raji$, A. (2007) Improvement of thermal performances of external walls aimed to produce energy rational buildings. In: Vujoševi$, M. (ed.) Sustainable spatial development of towns and cities, Volume 1, Belgrade: IAUS, pp. 297-304. [7] Petrovi$, P. (1973) Naselje „Konjarnik“. Izgradnja, Broj.12, str. 41-43. [8] Plavši$, R. (2004) Organizacija i upravljanje projektima (Organization and Project Management), Fakultet za menadžment malih i sradnjih preduze$a, Beograd, str. 38. [9] Plavši$, R., Gruji$, M. (2005) Economic analysis of the life period of the measures for the development of energetical efficacy of the covering and system of termotechique of the Terazije terracce, Belgrade, str. 120-132. [10] Pravilnik o energetskoj efikasnosti zgrada, Službeni glasnik RS, Br. 72/09, 81/09 – izmenjen i dopunjen, 64/10 i 24/11, str. 58. [11] Pravilnik o uslovima, sadržini i nainu izdavanja sertifikata o energetskim svojstvima zgrada, Službeni glasnik RS, Br. 61/11, str. 8. [12] Republiki hidrometeorološki zavod Srbije, Osnovne klimatske karakteristike teritorije Srbije, (pristupljeno 25 oktobra 2012).
96
Dr Nada Deni$,dipl.inž.tehn.1 Prof.dr Dragica Jevti$, dipl.inž.tehn.2
PREGLEDNI RAD UDK:
POSTUPCI ZA SANIRANJE VLAGE REZIME Za spreavanje prodiranja vlage i vode iz terena, kao i atmosferske vode u nose$e i nenose$e zidove od opeke, uspešno se koriste „krute“ hidroizolacije na bazi penetriraju$ih materijala. U radu su izneti primeri uspešno primenjenih kombinovanih postupaka za saniranje vlage u zidovima od opeke kod tradicionalnih javnih i stambenih objekta izgra#enih krajem XIX i poetkom XX veka.
Klju(ne re(i: zidane konstrukcije, saniranje vlage, kombinovni postupci, primeri.
PROCEDURES FOR THE REPAIR OF MOISTURE SUMMARY To prevent moisture and ground water penetration, as well as atmospheric water, into bearing and non-bearing brick walls, rigid insulation materials, based on penetrates, are successfully used. The paper presents examples of successfully applied combined procedures for repair of moisture in the brick walls of traditional public and residential buildings, constructed at the end of XIX and the beginning of XX century.
Keywords: masonry structures, repair of moisture, combined procedures, examples.
1 2
Nauni savetnik, Udruženje „Izgradnja“, Kneza Miloša 7a, Beograd Gra#evinski fakultet Univerziteta u Beogradu, Bulevar kralja Aleksandra 73, Beograd
97
UVOD Vlaga u zidovima objekata, a što se prvenstveno odnosi na zidane zgrade, naješ$e je kapilarna. Ona potie od podzemne vode iz terena, kao i od procedne atmosferske vode eventualno akumulirane oko objekata, pri emu ova voda (tzv. ustavljena voda) esto predstavlja vodu pod pritiskom; kao takva, ova voda je u stanju i da prodre u ukopane prostorije objekata. U zgradama, a iznad terena, kapilarna vlaga se "penje" u zidove, pri emu su fasadni zidovi, pored ove vlage, izloženi još i penetriranju atmosferske vode. Ovo, pak, zajedno sa kapilarnom vlagom i drugim štetnim uticajama, ugrožava trajnost fasada, a tako#e i uslove funkcionalnosti objekata u celini. U radu su prikazani dijagnostiki pristupi za otkrivanje uzroka i mesta prodora vlage i vode u zidane konstrukcije. Pored toga, razmatraju se i smernice za izradu projekata sanacionih radova (na osnovu odgovaraju$eg projektnog zadatkai istražnih radova), kao i odredbe savremene tehnike regulative iz ove oblasti. Osim analitikoteorijskih podataka u vezi sa izborom postupka saniranja, prikazani su i praktini primeri uspešno izvedenih sanacija „krutim“ penetriraju$im hidroizolacijama, esto u kombinaciji sa postupcima za tzv. presecanje vlage u zidovima; prikazani su i plastoelastini materijali za izvo#enje hidroizolacija na temeljnim ploama.
OSVRT NA ZIDANE KONSTRUKCIJE Zidane zgrade se u opštem sluaju mogu podeliti na tradicionalne i na savremene zidane zgrade. One se razlikuju po vrsti primenjinih elemenata za zidanje, kao i po nainu projektovanja i gra#enja. Tradicionalne zgrade su prevashodno zidane punom opekom (kamenom) u sistemu masivnih jednoslojnih zidova, bez toplotne izolacije, kao i bez hidroizolacije – zaštite temelja i konstruktivnih zidova od vlage i vode. Savremene zidane zgrade, pak, u opštem sluaju ine zidane zgrade sa zidovima uokvirenim armiranobetonskim serklažima. Visine ovih objekata su ograniene seizmikom podru ja na kojem se grade, a dubina ukopavanja može da bude u više etaža - zavisno od namene. Savremene zidane zgrade danas se projektuju i izvode prema EVROKODU 6 – Proraun zidanih konstrukcija (EN 1996-1-1:2005), koji reguliše osnovna pravila za armirane i nearmirane zidane konstrukcije, ali se tako#e bavi i problemima trajnosti i zaštite zgrada (u skladu sa standardima za toplotnu zaštitu i zaštitu od vode i vlage). U ovom EVROKODU se obra#uju i materijali koji se koriste u zidanim konstrukcijama – elementi za zidanje, malter, beton, armaturni elik i elik za prethodno naprezanje. Obra#uju se vrlo detaljno elementi za zidanje od gline koji se koriste u nose$im i nenose$im zidovima, kao i u nemalterisanim (fasadnim) i malterisanim zidovima, ukljuuju$i i unutrašnje obloge i pregrade u okviru zgrada.
98
POREKLO VLAGE I VODE U ZIDOVIMA Štetni uticaji vlage i vode na zidane konstrukcije Trajnost zidanih zgrada je definisana EVROKODOM 6, koji obra#uje probleme koje treba rešavati u okviru gra#evinskog projekta pri izvo#enju neke zidane zgrade, kao i kroz obavezano održavanje zgrade za vreme njene eksploatacije. Gra#evinski projekat, izme#u ostalog, mora da sadrži rešenje zaštite od spoljne i unutrašnje vlage i vode koja tokom vremena utie ne samo na mikroklimatske uslove eksploatacije objekta, ve$ deluje i kao faktor destrukcije konstrukcijskih elemenata, odnosno kao faktor koji ima štetnog uticaja na sve materijale sa kojima dolazi u dodir. U zavisnosti od porekla vlage, odnosno vode, stambene i javne zgrade mogu biti izložene slede$im uticajima: a) - uticaj vlage i vode iz terena na ukopane delove zgrada, b) - uticaj atmosferske vlage i vode na krov i fasadu zgrade, c) - uticaj vlage i vode prisutne u unutrašnjosti objekta, kao rezultat prisustva vodene pare, a eventualno i izvesne procesne vode, na unutrašnje zidove i me#uspratne konstrukcije. U ovom radu izlaganje je ogranieno samo na štetne uticaje vlage i vode iz terena i atmosfere na tradicionalne zidane objekte izvedene od klasine glinene opeke, a sve to kroz karakteristine primere saniranja.
Uticaj vlage i vode iz terena Voda iz terena proizvodi razliita dejstva na objekte zavisno od nivoa, sastava tla, atmosferskih uticaja i dr. Pojam kapilarne vlage vezuje se samo za porozno zemljište u kojem je prisutna voda vezana za estice zemlje (adheziona, apsorbovana i kapilarna) - na primer, u pesku i šljunku sa koeficijenom propustljivosti k > 10-4 m/s prema DIN 18130-1, ili kada je i kod manje propustljivosti zemljišta izvedena drenaža prema DIN 4095 sa stalnim funkcionisanjem. Princip zaštite objekta od vlage iz terena prikazan je na slici 1, gde se tzv. negativna hidroizlacija izvodi „krutim“ penetriraju$im sistemom. Prodor vlage iz terena u zidanu konstrukciju definiše se preko "penjanja" kapilarne vlage, odnosno preko visine do koje vlaga može da prodre, a što zavisi od konstrukcije zida, vrste materijala, veliine pora, prisustva zaštitnih premaza, temperature, brzine isparavanja i novoa podzemne vode. Gra#evinski materijali u zidanim konstrukcijama, koji imaju visok sadržaj pora, omogu$avaju kapilarno penjanje vlage za oko 1 – 1,5 m u odnosu na nivo zemljišta, pri emu, ako je zid obra#en paronepropustljivim premazom koji usporava isparavanje, to penjanje može da bude i više od 1,5 m.
99
Hidroizolacija od vlage i vode koja nije pod pritiskom
Rešenje sa drenažom u sluaju slabo propustljivog
Slika 1. Princip zaštite objekta od vlage u sluaju propustljivog (a) i nepropustljivog zemljišta (b)
Zadržana vlaga u zidu deluje razaraju$e - ona rastvara kalcijumhidroksid sadržan u cementnom malteru, pa rastvoreni hidroksid dolazi do površine zida, gde reguje sa ugljendioksidom iz vazduha, obrazuju$i kristalne soli. Tako#e i neke soli sadržane u tlu, kao što su hloridi i nitrati, deluju razaraju$e; one usled higroskopnosti absorbiju vlagu iz okoline. Razorno delovanje kapilarne vlage je posebno karakteristino za zidane tradicionalne zgrade koje su izvo#ene bez hidroizolacije (ili sa nekvalitetnom hidroizolacijom).
Uticaj spoljašnje vlage i vode iz atmosfere – penetriraju"a vlaga Penetriraju$a vlaga je posledica delovanja atmosferskih padavina sa spoljne strane. Razorno djestvo vode i vlage na konstrukciju pojaano je i drugim klimatskim uticajima: temperaturnim razlikama, mrazom, sunevim zracima, vetrom, erozijom i drugim štetnim uticajima. Pored direktnog penetriraju$eg dejstva vlage i vode na fasadu (na primer, dejstvo kiše pra$ene vetrom), voda prodire u zgradu i usled defekata u konstrukciji iznad nivoa terena - kroz pukotine u zidovima, kroz nezaptivene spojeve trotoara i fasadnog zida, kroz nezaptivenu stolariju, kroz završetak krovnog pokrivaa, kroz ošte$enu limariju na mestu veze postoje$e sokle sa fasadnim zidom i dr. Atmosferska voda, pored direktnog dejstva na fasadu, ponire i u teren ime se dobija tzv. procedna voda koja u principu ne vrši hidrostatiki pritisak. Me#utim, u zavisnosti od sastava terena, ona može da deluje i kao procedna ustavljena voda koja, kao takva, u odnosu na objekat predstavlja vodu pod pritiskom.
100
IZBOR REŠENJA SISTEMA HIDROIZOLACIJE ZA SANIRANJE VLAGE U ZIDOVIMA KOD ZIDANIH TRADICIONALNIH ZGRADA Saniranja vlage i vode iz terena u zgradama sa podrumima primenom bitumenskih i sinteti (kih materijala a) Za intervencije saniranja sa spoljne strane objekta, a pod pretpostavkom da se iste izvode sa bitumenskim ili sintetikim trakama, neophodan je pristup ukopanim zidnim površinama. Ovo zahteva rušenje trotoara i izvo#enje iskopa oko objekta, pri emu se time omogu$ava samo izrada vertikalne hidroizolacije obimnih zidova. Na ovaj nain se, me#utim, ne otklanjaju mogu$nosti infiltracije vode i vlage iz terena kroz unutrašnje zidove i stubove. Ovim se tako#e ne rešava ni problem horizontalne hidroizolacije ploe (konstrukcijske ili nekonstrukcijske) ispod poda, koja u datim uslovima obavezno mora da se izvede sa unutrašnje strane. Opisani nain izvo#enja sanacije fleksibilnim materijalima sa spoljne strane, bez kombinovanja sa izvo#enjem horizontalne hidroizolacije sa unutrašnje strane, kao i bez postupka "presecanja" zidova, ne može da obezbedi potpunu zaštitu objekta od vlage, odnosno vode. b) Rešavanje problema vlage u zidovima fleksibilnim bitumenskim ili sintetikim hidroizolacionim materijalima njihovim apliciranjem na unutrašnjim površinama zidova koji su izloženi dejstvu vode sa spoljne strane ne može se realizovati bez zaštitnog zida za „uklještenje“ hidroizolacije. Svako rešavanje hidroizolacije zidova na taj nain je vrlo neracionalno. Me#utim, rešavanje horizontalne hidroizolacije na temeljnoj ploi bitumenskim trakama je sasvim prihvatljivo rešenje i ono se esto kombinuje sa postupcima izvo#enja „krute“ hidroizolacije. c) Primena fleksibilne hidroizolacije za saniranje vlage u ukopanim zidovima zgrada koje su u eksploataciji, bilo da se ona izvodi sa spoljne ili unutrašnje strane, ne može se smatrati kao tehniki i ekonomski opravdano rešenje. Me#utim, kada se radi o izboru sistema hidroizolacije podzemnih delova novog objekta, prednost se uvek daje izvo#enju hidroizolacije visokovrednim bitumenskim trakama sa spoljne strane po vru$em postupku, kao i primeni odgovaraju$ih sintetikih traka.
Postupci saniranja vlage i vode iz terena u zgradama sa podrumima primenom "krutih" hidroizolacija Krute hidroizolacije na bazi cementnih malterskih kompozicija uspešno se primenjuju za saniranje vlage u zidovima zgrade koja potie od kapilarne vlage iz terena i od penetriraju$e atmosferske vode. Krute hidroizolacije se u principu izvode sa unutrašnje strane objekta. Ova vrsta hidroizolacije ne zahteva posebnu zaštitu kao što je to napred reeno za sluaj
101
primene sistema fleksibilnih hidroizolacija na unutrašnjim površinama objekta. Prema nainu ostvarivanja veze hidroizolacije i konstrukcije, poznate su 4 grupe "krutih" sistema koji se izvode doma$im i uvozim materijalima – tipa cementnih kompozicija. Grupa 1 – sistemi sa premazima koji se vezuju fiziki za podlogu. Grupa 2 – sistemi sa sredstvom za presecanje kapilarne vlage, koje se uliva ili injektira u zidove po specijalno razra#enom postpku; ovi sistemi se uvek izvode u kombinaciji sa nekim penetriraju$im sistemom. Grupa 3 – sistemi sa sredstvima za pentriranje kojima se ostvaruje zaptivanje kapilara u podlozi (beton, opeka, kamen); ovo je prisutno do dubina od oko 15cm, pri emu efekat zaptivanja o kome je re proizvodi gel formiran u pornom prostoru materijala; penetriraju$i sistemi "odupiru" se i vodi pod pritiskom. Grupa 4 – sistemi sa vodonepropustljivim malterima koji svojom masom debljinom - pružaju otpor prodiranju vode koja nije pod pritiskom u objekat. Za koju $e se vrstu hidroizolacije odluiti projektant zavisi u prvom redu od toga da li se hidroizolacija projektuje za zgradu koja treba da se gradi ili za zgradu koja je ve$ u fazi gra#enja (za koju je hidroizolacija nepravilno projektovana ili nepravilno izvedena), ili se hidroizolacija projektuje za saniranje uticaja vlage i vode za zgradu koja je u eksploataciji. Projekat sanacije treba da sadrži: projektni zadatak i tehniki izveštaj o stanju objekta, izabrani sistem hidroizolacije definisan vrstom materijala i debljinom sistema, tehnike uslove za kvalitet hidroizolacije i rešenje svih detalja prilago#eno injeninom stanju, predmer i predraun radova. Za saniranje vlage u zidovima tradicionalnih zgrada koje su izvedene bez zaštite od vlage i vode iz terena, kao i od penetriraju$e atmosferske vode, u praksi je potvr #ena uspešna primena „krute“ hidroizolacije od penetriraju$ih premaza sa unutrašnjih strana konsturkcija - kao osnovnih sistema zaštite. Pored izvo#enja zaštite na zidovima i podu, u ovaj osnovni sistem ukljuen je i postupak presecanja "penjanja" kapilarne vlage u zidovima. Kombinovanje „krutih“ i fleksibilnih hidroizolacija primenjuju se efikasno u postupcima saniranja zidova od vlage kada se zidovi obra#uju krutim sistemom, a horizontalne podne podloge bitumenskim trakama.
IZRADA „KRUTE“ HIDROIZOLACIJE NA BAZI PENETRIRAJU*EG PREMAZA ZA SANACIJU VLAGE U OBJEKTIMA OD OPEKE Postupak 1 – Priprema podloge od opeke i izvo#enje osnovne penetrathidroizolacije Postupak pripreme podloge obuhvata slede$e radnje: uklanjanje - obijanje maltera sa unutrašnjih strana konstruktivnih i pregradnih zidova i stubova, detaljno iš$enje fuga izme#u opeka (sl. 2), obrada spojeva zidova iz dva pravca (sl. 3), 102
obijanje svih defektnih mesta - nevezanih delova u zidnoj masi (sl. 4), štemovanje i obrada spojeva vertikalnih zidova i podne ploe (sl. 5).
Slika 2. Obrada spojnica u okviru zidova
Slika 3. Obrada spojeva zidova iz dva pravca
103
Slika 4. Detalj obrade defektnog mesta
Slika 5. Detalj obrade spoja zida i podne ploe
104
Postupkom pipreme, osim navedenog, treba da bude obuhva$eno i slede$e: – obrada mesta prodora cevi, – obrada zona slivnika, – obrada mesta "otvorenog" prodiranja vode (procurivanja) brzovezuju$im malterom. Osnovna hidroizolacija penetrat premazima, pak, izvodi se u tri sloja: I premaz dobija se mešanjem suve smeše cementa i specijalnog aditiva penetrata u težinskom odnosu 100 : 4, uz dodavanje vode do konzistencije premaza pogodnog za nanošenje etkom na podlogu prethodno natopljenu vodom. II i III premaz je istog sastava kao i I premaz, uz dodatak kvarcnog peska granulacije 0,3/0,8 mm. Težinski odnos suve mešavine je 100 : 4 : 40. Ovoj mešavini se dodaje voda u koliini koja odgovara konzistenciji šljeme pogodne za nanošenje fanglom. Napred opisani postupak izvo#enja penetriraju$eg premaza naješ$e se kombinuje sa nekim drugim postupcima koji $e biti navedeni u narednom tekstu. Postupak 2 – Saniranje vlage u zidovima, odnosno spreavanje penjanja kapilarne vlage metodom "presecanja" zidova putem injektiranja ili nalivanja u zidove hidrofilne emulzije. Postupak 3 – Saniranje vlage u zidovima putem poznate HIO tehnologije. Postupak 4 – Izvo#enje hidroizolacije podne ploe bitumenskim ili sintetikim trakama.
KARAKTERISTI%NI PRIMERI SANACIJE VLAGE U ZIDOVIMA KOMBINOVANJEM RAZLI %ITIH HIDROIZOLACIJA Primer 1 – Sanacija vlage u suterenskim (magacinskim) prostorijama jednog javno-stambenog objekta prikazana je na slici 6, gde je horizontalna bitumenska hidroizolacija kombinovana sa "krutom" penetrat-hidroizolacijom. Navedena slika je interesantna stoga, što je na njoj prikazan nain spajanja penetrata (koji se prvo izvodi) sa primenjenom fleksibilnom hidroizolacijom.
105
Slika 6. Detalj kombinovanja "krute" i fleksibilne hidroizolacije
106
Primer 2 – Sanacija vlage u zidovima iznad terena u jednom javnom objektu bez podrumskih prostorija, gde je usled kapilarnog podizanja vlage iz terena iznad sokle došlo do vlaženja unutrašnjih prostorija sa kotom poda iznad sokle (slika 7), rešena je metodom "presecanja" vlage putem nalivanja u vlažne zidove hidrofilne emulzije, u kombinaciji sa penetrat-hidroizolacijom - saglasno slici 8. Slika 7. Izgled uline fasade zgrade
Slika 8. "Presecanje" vlage putem nalivanja (injektiranja) zidova hidrofilnom emulzijom u
kombinaciji sa penetrat-hidroizolacijom
107
Primer 3 – Sanacija vlage u zidovima iznad terena u jednom školskom objektu bez podruma detaljno je objašnjena putem slike 9. Kao što se vidi, u konkretnom sluaju je primenjen postupak "presecanja" vlage primenom HIO tehnologije, gde je HIO - master šina upotrebljena u kombinaciji sa horizontalnom (a delimino i vertikalnom) bitumenskom hidroizolacijom.
Slika 9. Saniranje vlage "presecanjem" zida primenom HIO master-šine i bitumenske hidroizolacije
108
ZAKLJU%AK Na osnovu iskustava steenih na polju saniranja vlage u tradicionalnim zidanim objektima, od kojih neki imaju i preko 100 godina, može se zakljuiti da se najbolji efekti u tehno-ekonomskom smislu ostvaruju primenom tzv. "krutih" hidroizolacija. Pravilnim izborom ovih hidroizolacija, ali i njihovim kombinovanjem sa nekim drugim tipovima hidroizolacija, po pravlu se ostvaruju najbolji efekti zaštite od vlage i vode kako podzemnih, tako i nadzemnih delova objekata. Na taj nain se poboljšavaju eksploatacione performanse objekata, a tako#e utie i na njihovu trajnost, što je od posebnog znaaja u sluajevima kada se radi o objektima pod nekim vidom državne zaštite.
ZAHVALNOST U radu je prikazan deo istraživanja koje je pomoglo Ministarstvo prosvete, nauke i tehnološkog razvoja Republike Srbije u okviru tehnološkog projekta TR 36017 pod nazivom: "Istraživanje mogu$nosti primene otpadnih i recikliranih materijala u betonskim kompozitima, sa ocenom uticaja na životnu sredinu, u cilju promocije održivog gra#evinarstva u Srbiji".
LITERATURA [1] [2] [3]
Jevti$ D., Deni$ N.: Zaštita od vlage zidanih zgrada, Izgradnja, Beograd 2012, ISBN 978-86-82307-19-8, str. 167-181 Todorovi$ M., Bogner M., Deni$ N.: O izolaciji, ETA, Beograd 2012, ISBN 978-86-85361-32-6 Deni$ N.: Savremeni hidroizolacioni materijali i njihova primena u zgradarstvu za zaštitu od vlage i podzemne vode, Gra#eviinski kalendar, 2009, YU ISSN 0352-2733, COBISS.SR – ID 43031, str. 236-299
109
110
Dijana Miev, dipl.inž.arh.spec.projekt menadžer 1
PREGLEDNI RAD UDK:
PROBLEMATIKA SANACIJE RAVNIH KROVOVA REZIME: Ravni krovovi u današnje vreme moraju da ispune sve složenije eksploatacione zahteve. U sluaju nepravilnog projektovanja, izvo#enja ili održavanja ravnog krova, neophodna je sanacija istog. Analiza uzroka ošte$enja ravnog krova je prvi korak u procesu izbora sistema sanacije i tehnologije hidroizolacije koja $e biti primenjena. Pravilnim održavanjem i kontrolom ravnih krovova smanjuje se uestalost i obim radova na sanaciji.
Klju(ne re(i: ravan krov, štetni uticaji, sanacija, održavanje
PROBLEMS OF THE FLAT ROOFS REHABILITATION SUMMARY The flat roofs nowadays have to meet increasingly complex exploitation requests. In case of improper design, construction or maintenance of a flat roof, it is necessary to repair it. Analysis of the causes of damage to the flat roof is the first step in the rehabilitation system selection and waterproofing technology to be applied. Proper maintenance and control of the flat roofs reduce the frequency and extent of repair works.
Key words: Flat roof, adverse impacts, rehabilitation, meintaining
1
"LEVER inženjering", Ustanika 64/XVII, Beograd
111
UVOD Pojam ravnog krova se sve više koristi u sklopu modernog naina gra#enja. Osamdesetih i devedesetih godina dolazi do velike promene u projektovanju i gra#enju, kako velikih tako i malih urbanih celina, gde se ravni krovovi koriste ne samo kao neophodni deo konstrukcije, ve$ i kao veoma korisna površina. Ravni krovovi su tokom vremena unapre#ivani, a sa ubrzanim razvojem tehnologije materijala postaju veoma prihva$en nain izgradnje. Efektivno koriš$enje krovova u savremenom gra#enju promenilo se u smislu da oni postaju površine koje ine zajedniki deo stambenih jedinica. U današnje vreme, koriš$enje ravnih krovova regulisano je pravilnicima i zakonima. Ravni krovovi, bez obzira de li su sastavni deo stambenih, javnih ili industrijskih objekata, u našim uslovima gra#enja i eksploatacije, uglavnom nisu odgovorili nameni u smislu vodonepropustljivosti i trajnosti. Stoga je zavladalo mišljenje da ravne krovove ne treba projektovati i izvoditi, a da postoje$e, gde god je to mogu$e, treba pretvarati u kose krovove. Slede$i ovakve stavove, zadnjih godina se problem procurivanja ravnih krovova na zgradama uglavnom rešava dozi#ivanjem jednog sprata, a nekada i dva – pretvaranjem ravnog krova u kosi krov. Pri ovakvim intervencijama i rekonstrukcijama se esto ne poštuju osnovni zahtevi gra#enja, u prvom redu statike mogu$nosti objekta i urbanistikoarhitektornski zahtevi izgra#ene celine. Iskustvo je pokazalo da se dogra#ivanjem podkrovlja uglavnom rešava problem prokišnjavanja objekta, ali da se pri tome esto narušava izgled objekta, odnosno okoline, a esto se narušava i statika sigurnost objekta. Nasuprot našem lošem iskustvu u koriš$enju ravnih krovova, inostrana iskustva su sasvim drugaija, što potvr #uje dalje projektovanje i izvo#enje ravnih krovova sa daleko složenijim eksploatacionim zahtevima – iznad kompleksa ukopanih objekata razne namene izvode se: – ozelenjeni krovovi (koji u nekim sluajevima predstavljaju prave parkove), – površine trgova, – parkirališta, – saobra$ajnice i dr.
OPŠTI PODACI O RAVNOM KROVU U cilju što boljeg sagledavanja svih faktora koji utiu na definisanje sistema krovne hidroizolacije, potrebno je u prvom redu prepoznati razliite tipove ravnih krovova. Krovove razlikujemo prema [7]: – vrsti konstrukcije – nameni – spoljnim uticajima na hidroizolaciju 112
PODELA KROVOVA PREMA VRSTI KONSTRUKCIJE Prema konstruktivnim svojstvima razlikuje se: – neventilisani krov (topli krov) - slika 1., – ventilisani krov (hladan krov) - slika 2., – neventilisani invertni krov (topli krov) - slika 3., Slojevi koji se mogu na$i u sastavu krova su slede$i: a) Zaštitni sloj (optere$enje), b) Krovna hidroizolacija, c) Sloj za odvajanje, d) Podloga, e) Ventiliraju$i sloj, f) Toplotna izolacija, g) Parna brana, h) Sloj za izjednaavanje parnog pritiska i) Krovna konstrukcija
Slika 1. Neventilisani krov
Slika 2. Ventilisani krov
Slika 3. Neventilisani invertni krov
113
PODELA KROVOVA PREMA NAMENI
Neprohodni krovovi Neprohodni krovovi nisu namenjeni za duže zadr-žavanje ljudi, za saobra$aj ili ozelenjavanje. Oni se kori-ste samo prilikom montaže ili održavanja eventualnih tehnikih instalacija na njemu.
Prohodni krovovi Prohodni krovovi su predvi#eni za zadržavanje ljudi na njemu i za saobra$aj. Krovne površine predvi#ene za intenzivno ili eksten-zivno ozelenjavanje važe kao prohodni krovovi - slika 4.
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Armirano betonska ploa Parna brana Termoizolacija PE folija Sloj za pad Geotekstil
7. 8. 9. 10. 11. 12.
Hidroizolacija Zaštitna folija Drenažni sloj Filter sloj Humus Sedum
Slika 4. Prohodni zeleni krov
SPOLJAŠNJI UTICAJI NA KROV Na krov kao završni gornji sloj zgrade deluju razliiti uticaji, kao što su vlaga, temperatura, mehaniki i razni posebni uticaji.
114
Vlaga Kod uticaja vlage razlikujemo: – Procedna vlaga unutar objekta (ukopani delovi suterena, podzemnih etaža isl.), Padavine, – Gra#evinska vlaga. Atmosferske padavine koje prodiru kroz pukotine u ošte$enom sloju hidroizolacije u donje slojeve ravnog krova (sloj za pad, termoizolacija, konstrukcija), zadržavaju se u ovim gra#evinskim materijalima kao zarobljena gra#evinska vlaga. Gra#evinska vlaga deluje razaraju$e na kvalitet granice sastava i materijala koji su ugra#eni. –
Temperatura Krovne konstrukcije bez teške zaštite su neposredno izložene vremenskim uticajima i visokim temperaturama.Umerenim temperaturnim uticajima izložene su krovne konstrukcije koje su zašti$ene teškom zaštitom ili korisnim slojevima koji spreavaju veliko zagrevanje i brze temperaturne promene.Promenjive temperature na gornjoj površini krova i temperaturne razlike izme#u spoljne i unutrašnje temperature, deluju na: – krovnu hidroizolaciju, – prostor izme#u prvog zatvorenog sloja i krovnog sloja (kod ventilisanog tipa krova), – prostor izme#u gornjeg zatvorenog sloja i konstrukcije (kod neventilisanog tipa krova). Temperaturne promene mogu štetno uticati na gra#evinski materijal i usloviti deformaciju gra#evin-skog elementa. Temperaturne promene mogu biti kratkotrajne (vremenske nepogode), dnevne (dan-no$) ili izme#u godišnjih doba (leto-zima).
Mehani (ki uticaji Krovne hidroizolacije mogu biti izložene velikim mehanikim uticajima kao što su: površinsko zatezanje, dilatiranje, zatezanje i takasto optere$enje. Ovi uticaji su prisutni u sluaju podloge koja radi, ispod prohodne površine ili ozelenjenog krova. Umerenim mehanikim uticajima izložene su hidroizolacije na neprohodnim krovovima, kao i one koje su postavljene preko vrste i stabilne podloge. Mehaniki uticaji mogu nastati kao posledica: – osobina gornje površine podloge (neravnine, oštre ivice, ostaci oplate, oštra zrna kamena, kao i strana tela), – za vreme gra#enja (gra#evinski alati i ure#aji),
115
uticaji donje konstrukcije (deformacije i prsline kao posledica vezivanja betona, razliita kretanja i naprezanja nose$e konstrukcije, na primer betonskih gotovih elemenata, trapezastih profila i elemenata drvene konstrukcije, kao i sleganje, – promena oblika materijala ugra#enih izolacionih slojeva (promena dužine i rada u oblasti spojnica izme#u ploa toplotne izolacije), – kretanje pojedinih slojeva krovne obloge koje dovodi do nasilnog naprezanja u ostalim slojevima (kretanje podloge ili krutih slojeva ugra#enih preko hidroizolacije ukoliko su isti vrsto vezani sa hidroizolacijom), – uticaji nakon izvedenih radova (površinski pritisak, takasto optere$enje ili delovi sa oštrim ivicama), – od usisne i pritisne sile vetra, kao i izazvanog pokretanja gra#evinske konstrukcije, – prilikom mera neophodnih za održavanje objekta (kretanje po nezašti$enoj površini, postavljanje merdevina, nošenje tereta i sl.) –
Posebni uticaji Pod posebne uticaje mogu se ubrojiti: fotohemijski uticaji, toplotni zraci kombinovani sa razliitim delovanjima toplote, kiseonika, vlage, UV zraka i ozona. Ovi uticaji uslovljavaju prirodno starenje hidroizo-lacionih membrana.Tako#e, u posebne uticaje ubrajaju se i razni rastvori materija i gasova u atmosferi, prašina, prljavština, alge i humus, koji usled delovanja padavina i ljuskanja dovode do formiranja prslina. Taloženjem semena dolazi do pojave rastinja, iji koren može da prodre kroz hidroizolaciju.Ljuskanje površine može da stvori hranu za bakterije i mikrobe.
HIDROIZOLACIONI MATERIJALI ZA RAVNE KROVOVE U okviru zaštite gra#evinskih objekata i njihovog održavanja, pokrivanje krovnih konstrukcija predstavlja veoma znaajnu oblast gra#evinarstva. Hidroizolacije su stare koliko i samo gra#evinarstvo, a ubrzan napredak i razvoj novog naina projektovanja i gra#enja savremenih objekata i konstruktivnih sistema u poslednjih pola veka, pratile su i nove tehnologije izrade hidroizolacionih materijala i sistema, prilago#ene visokim zahtevima savremenih gra#evinskih objekata i ubrzane dinamike izvo#enja istih. Pored razvoja polimer-bitumenskih hidroizolacionih traka, koje pored poboljšanja plastoelastinih osobina uvode i novine u tehnologiji polaganja (varenje istih), na tržištu se pojavljuju i termoplastini, elasto-merni i duromerni sintetiki materijali, koji se proizvode u vidu folija (traka), premaza, namaza i nanosa. U Evropi i svetu ovi sistemi se uspešno primenjuju oko pedeset godina, dok je šira upotreba kod nas poela posle 2000.-te godine. Dobre osobine sintetikih membrana i premaza treba iskoristiti kroz primenu optimalnih sistema po kvalitetu i ekonominosti, koji $e obezbediti zaštitu ravnog krova gra#evinskog objekta u dužem vremenskom periodu, 116
definisanom od strane proizvo#aa i ugra#ivaa materijala koji za njega daju garanciju kvaliteta. Sintetiki hidroizolacioni materijali koji se nalaze na tržištu me#usobno se razlikuju po svojim kvalitetima, te se iz tog razloga ne mogu uspešno primeniti u svim sluajevima zaštite. Od konkretnog sluaja zavisi i njihova efikasnost zaptivanja, odnosno njihova postojanost prema štetnim uticajima kao što su: niske i visoke temperature, nagli temperaturni šokovi, kombinovano dejstvo vlage i vode, ultravioletno zraenje, ozon i atmosferske neisto$e, dinamiki potresi, hemijsko i fiziko dejstvo raznih rastvora i dr., što je uslovljeno namenom hidroizolacije, uslova i mesta njenog ugra#ivanja. Za uspešnu zaštitu objekta prvenstveno je važno izvršiti pravilan izbor materijala, sistema i tehnike izvo#enja radova za konkretne uslove.
PROPUSTI I GREŠKE KOD PROJEKTOVANJA I IZVO ENJA RAVNIH KROVOVA Praksa je pokazala da pravilno projektovani i pravilno izvedeni, sauvani od ošte$enja, namenski koriš$eni i pravilno održavani ravni krovovi, mogu biti efikasni i trajni. To se posebno odnosi na krovove sa teškom zaštitom, jer su znatno manje podložni dejstvu spoljnih uticaja. Olujni i jaki vetrovi ih ne mogu odneti niti oštetiti, a tako#e su i negorivi. Ravni krovovi se brzo grade i jednostavno izvode, a može se re$i i da su ekonomini. Sve ovo važi pod uslovom da su krovovi projektovani i izvedeni uvažavaju$i savremene standarde i tehniku regulativu u oblasti hidroizolacije i gra#evinske prakse. Svi ugra#eni materijali treba da su visokokvalitetni i atestirani u akreditovanim laboratorijama ovlaš$enih institucija. Naješ$i razlozi koji su uzrok ošte$enja ravnih krovova, kod kojih su potrebne ve$e intervencije i radikalne sanacije, su slede$i: – izostavljanje pojedinih slojeva u sastavu hidroizolacije, ali i drugih slojeva iz sastava ravnog krova, kao što su: parna brana, sloj za izjednaavanje parnog pritiska ispod hidroizolacije, pa ak i toplotne izolacije i drugo; – nedovoljnim dimenzionisanjem slojeva, neodgovaraju$im rešenjem, nedilatiranom teškom zaštitom i slojem za nagib iznad toplotne izolacije i drugo; – nepravilnim rešenjem prodora kroz hidroizolaciju i raznih detalja (slivnika, zidanih ventilacija, dimnjaka, antena, holkela, limarije, bravarije i njihovih veza sa izolacijom; – primenom neodgovaraju$ih ili nedovoljno kvalitetnih materijala za hidro i toplotnu izolaciju i ostale slojeve u krovnom pokrivau; – neodgovaraju$im izvo#enjem gra#evinsko-arhitektonskih detalja, a samim tim i nekvalitetno ostvarenom vodonepropusnom vezom sa osnovnom hidroizolacijom u polju; – nekvalitetno me#usobno zavarenim trakama ili nestruno zavarenim trakama u sistemu hidroizolacije, kao i na mestima završetka i prikljuka hidroizolacije na obra#enim detaljima;
117
nepravilno kombinovanje traka u sistemu hidroizolacije; – neodgovaraju$e ostvarivanje veze hidroizolacije za podlogu obzirom na vrstu podloge (monolitna, montažna, trapezasti lim...), na nagib krova ili na vrstu zaštite hidroizolacije (lepljeni, polulepljeni i fiksirani sistem). –
PROJEKTOVANJE SISTEMA SANACIJE RAVNIH KROVOVA Projektovanje sistema sanacije ošte$enog ravnog krova podrazumeva slede$e korake: –
Utvr #ivanje injeninog stanja ošte$enog krova i sastavljanje Tehnikog
izveštaja – –
Izbor optimalnog rešenja sanacije Izradu projekta sanacije krovnog pokrivaa
UTVR &IVANJE 'INJENI' NOG STANJA OŠTE*ENOG KROVA – IZRADA TEHNI'KOG IZVEŠTAJA Tehniki izveštaj o injeninom stanju ošte$enog krova i uzrocima procurivanja istog potrebno je da obuhvati: – Pregled raspoložive dokumentacije o izvo#enju krovnog pokrivaa, o eventualno ve$ vršenim sanacijama, podatke o ugra#enim slojevima, proraune gra#evinske fizike, klimatskim uslovima, nameni potkrovnih prostorija, obliku i dimenzijama krova, dozvoljenom optere$enju krova, nameni krova, nagibu krova, nainu odvodnjavanja i svim relevantnim podacima neophodnim za izradu alternativnih rešenja saniranja, izboru materijala, nainu izvo#enja sistema i obradu detalja; – Vizuelni pregled krova sa spoljne i sa unutrašnje strane: o vizuelni pregled krova sa spoljne strane bez rušenja obuhvata vizuelno utvr #ivanje izgleda i stanja krovnog pokrivaa i svih detalja, dok pregled krova sa rušenjem obuhvata uzimanje uzorka za odre#ivanje kvaliteta ugra#enih slojeva na licu mesta i laboratorijskim ispitivanjem sastava i stanja krovnog pokrivaa; o vizuelni pregled krova sa unutrašnje strane otkrivanjem mesta procurivanja. – Fotodokumentaciju – snimke stanja krovnog pokrivaa i detalja. IZBOR OPTIMALNOG REŠENJA SANACIJE Stepen potrebnih radova na sanaciji odre#uje se na osnovu injeninog stanja u kome se krov i pojedini slojevi nalaze, kao i utvr #enih uzroka štetnih posledica. Obim radova na sanaciji je potrebno bazirati na postoje$im tehnikim propisima i standardima. 118
Posebnu pažnju pri izboru rešenja sanacije treba posvetiti injenici da se potkrovne prostorije (nad kojima se krov sanira) koriste. Ostali faktori ogranienja u izboru rešenja sanacije predstavljaju: nosivost konstrukcije, namena krova, arhitektonsko estetsko rešenje, kao i uslovljenost korisnika. Pod optimalnim alternativnim projektnim rešenjem sanacije krovnog pokrivaa podrazumeva se: – tehniki ispravno rešenje, kojim $e se u okviru Tehnikih propisa i standarda obezbediti sigurnost i trajnost krova, – tehniki-ekonomsko povoljno rešenje, koje je mogu$e izvoditi bez znaajnih smetnji u istovremenom koriš$enju podkrovnih prostorija u vreme izvo#enja sanacije. Sanacioni radovi treba da obuhvate ne samo krovopokrivake radove, ve$ i sve ostale radove koji semoraju izvesti (razna rušenja, popravke i zamene), a koji spadaju u gra#evinske, zanatske, instalaterske. To su uglavnom radovi na rušenju i ponovnoj izradi holkela od rabiciranog maltera, rušenje i ponovna ugradnja slivnika, pripreme dilatacionih otvora, rušenje i ponovna izrada teške zaštite, popravke, dorade ili zamene limarije, bravarije i drugih prate$ih radova na pripremi stare hidrizolacije (ukoliko se ista zadržava) i drugo. Hidroizolacioni materijal za ojaanje postoje$e hidroizolacije, ukoliko se ona zadržava, naješ$e se izvodi od sintetike membrane od mekog polivinilhlorida PVCP kaširane poliesterskim filcom, koji služi kao odvajaju$i sloj ako se ista ugra#uje preko postoje$e bitumenske hidroizolacije. Membrana se lepi poliuretanskim lepkom za pripremljenu podlogu – Primeri 2/, 3/ i 4/. Saniranje hidroizolacije se može izvoditi i kvalitetnim polimerbitumenskim trakama, koje se biraju prema nalazima iz Tehnikog izveštaja, kao i Projektnom zahtevu – Primeri 1/ i 6/. Pored izvo#enja sanacije trakama, primenjuju se i bezšavni hidroizolacioni premazi bitumenskih i polimernih sistema na bazi hladnog postupka – Primer 7/. IZRADA PROJEKTA SANACIJE KROVNOG POKRIVA'A Projekat sanacije pokrivaa ravnog krova treba da sadrži: – Opis predloženog rešenja sa obrazloženjem, – Opis primenjenih materijala sa tehnikim uslovima, – Tehniki opis radova (sa pripremnim i završnim radovima) – Crteže obrade detalja (u razmeri 1:5, 1:2 pa ak i 1:1) – Predmer i predraun radova. Važne napomene u vezi sanacije ravnih krovova: – Za izradu Elaborata o utvr #ivanju uzroka procurivanja krova, kao i izraddu Projekta sanacije krovnog pokrivaa, preporuuje se angažovanje odgovaraju$e istraživake ustanove ili preduze$a specijalizovanog za konsultantske usluge u oblasti hidrozolacija, koje ima iskustva u radu na rešavanju specifinih problema hidroizolacija gra#evinskih objekata.
119
U sklopu projektovanja slojeva pokrivaa ravnih krovova – terasa, poželjno je predlaganje izrade krovnih bašti na neprohodnim krovovima, što bi znatno poboljšalo kvalitet zaštite životne sredine i ispunilo zahteve energetske efikasnosti objekta (primer 1.) –
Primer 1. Krovna bašta Fakulteta organizacionih nauka, Beograd (realizovan 2009.g., ugra#ena SBS bitumenska membrana d=5mm otporna na korenje)
ODRŽAVANJE RAVNIH KROVOVA ŠTETNI UTICAJI I POSLEDICE TOKOM EKSPLOATACIJE U cilju produženja veka trajanja i spreavanju neželjenih posledica eksploatacije ravnih krovova, neophodno je planirati sistemsko pra$enje, pregled, strunu kontrolu, opravku i održavanje izvedene ugljovodine ili sintetike hidroizolacije. Ošte$enja na ravnim krovovima mogu nastati kao posledica: – Uticaja prirodnih nepogoda velikih razmera, kao što su: zemljotres, pomeranje i sleganje tla, olujni vetrovi, snežne me$ave, poplave i drugo; – Nepovoljnih konstruktivnih rešenja, nedovoljno ispitanih uslova za fundiranje, nedostatka dilatacionih fuga, neispravnih statikih prorauna; – Nepravilno odabranih hidroizolacionih sistema i materijala; – Propusta pri izvo#enju hidroizolacije i ostalih slojeva krovnog pokrivaa; – Nenamenske eksploatacije i optere$enja krovnog pokrivaa.
120
Posledice prirodnih nepogoda se ne mogu predvideti, ali se moraju odmah otkloniti. Ostale posledice se mogu predvideti, a ošte$enja se mogu na vreme izbe$i ukoliko se objekat održava i nadgleda. Pregled, kontrola i opravke krova spadaju u domen održavanja objekta u periodu eksploatacije, jer razni spoljni uticaji ine da se materijali i konstrukcija zamaraju, stare i menjaju svoje fiziko-mehanike i reološke osobine. ODRŽAVANJE I KONTROLA RAVNIH KROVOVA Odmah po useljenju objekta neophodno je preduzeti mere održavanja ravnih krovova. Bez obzira da li se radi o prohodnim ili neprohodnim ravnim krovovima mora se voditi rauna o slede$em: – da se održava isto$a, spreava rastinje i zagušenje slivnika, vrši kontrola stanja limarije i bravarije, prikljuaka i završetka hidroizolacije na detaljima; – da se krov ne optere$uje saobra$ajem pešaka i vozila, kao ni montažom teških ure#aja, ukoliko to nije projektom predvi#eno; – da se ne koriste za namene za koje nisu predvi#eni – neprohodni krovovi za boravak ljudi; – da se sa prohodnih krovova sa teškom zaštitom isti samo veliki sneg (naroito nanosi snega sa pune ograde), a sa neprohodnih da se pri iš$enju velikog snega mehaniki ne ošteti hidroizolacija i njena zaštita, pri emu se iš$enje vrši samo drvenim lopatama; – da se mehaniki ne ošte$uju i ne probijaju (npr.naknadnim ugra#ivanjem raznih ankera, držaa, antena i sl.). Održavanje krovova sa teškom zaštitom od šljunka i ugra#enih ploa vrši se uklanjanjem neisto$a i uklanjanjem rastinja. Održavanje krovova sa završnom bitumenskom membranom sa mineralnim posipom održavaju se redovnim pregledom, sanacijom vidnih pukotina i ošte$enja, pravovremenu obnovu zaštitnim reflektuju$im premazima ili sl., u zavisnosti od zahteva hidroizolacije i pojave starenja. Popravljanje (krpljenje) krovne hidroizolacije od bitumenskih traka vrši se rasecanjem klobukova, gletovanjem manjih pukotina, odnosno varenjem pravilno iseenog komada bitumenske trake preko degradirane površine postoje$e hidroizolacije. Obnavljanje krovne hidroizolacije od bitumenskih traka vrši se revitalizacijom, odnosno popravkom postoje$e hidroizolacije (vra$anjem iste u funkciju), preko koje se ugra#uje novi sloj polimerbitumenske trake. Zarobljena vlaga zaostala u donjim slojevima krovnog pokrivaa (termoizolaciji i sloju za pad) osloba#a se ugradnjom prefabrikovanih parootparivaa (primer 2. i 3.).
121
“HOLCIM“, Popovac – realizovan 2009.g.
TE, Kostolac – realizovan 2009.g.
Primer 2. SBS bitumenska membrana d=5mm, varena za pripremljenu postoje$u bitumensku hidroizolaciju
“HOLCIM”, krov silosa realizovan 2009.g .
Elektrodistribucija, %a(ak -
realizovan 2011.g.
Primer 3. SBS bitumenska membrana d=5mm, sa obradom prodora i kupola PU hidroizolacionim premazima
Tako#e se obnavljanje hidroizolacije od bitumenskih traka kvalitetno vrši i sa sintetikim trakama od PVC-P kaširanih sa poliesterskim filcom, koje se lepe poliuretanskim lepkom za podlogu (primer 4. i 5.)
122
Postoje$e stanje
Nakon sanacije
Primer 4. Ravan krov ”COCA COLA HBC-Srbija”, Zemun (realizovan 2011.g., ugra#ena PVC membrana kaširana sa filcom, lepljena PU lepkom za pripremljenu bitumensku hidroizolaciju)
Primer 5. Ravan krov ”ENEGROPROJEKT”, Novi Beograd (realizaovan 2011.g., Slobodnopoložena PVC membrana kaširana filcom, otporna na korenje, sa zaštitom od betonskih ploa)
Održavanje krovova sa sintetikim trakama bez površinske zaštite vrši se uklanjanjem neisto$a, otpadaka i drugog nataloženog materijala, kao i nanošenjem reflektuju$ij premaza u zavisnosti od prirode upotrebljenog materijala, koje preporui proizvo#a sintetike trake. Popravljanje (krpljenje) krovne hidroizolacije od sintetikih traka vrši se zavarivanjem ili lepljenjem komada sintetike trake, koja odgovara postoje$oj krovnoj hidroizolaciji. Preporuuje se da traka, sredstvo za lepljenje i zavarivanje budu od istog proizvo#aa.
123
Primer 6. SKC ”OBRENOVAC” (realizovan 2011.g., Reflektuju$a PVC membrana kaširana filcom, lepljena PU lepkom i mehaniki fiksirana
Primer 7. ”Fresh&Co”, Subotica (realizovan 2010.g., EPDM membrana mehaniki fiksirana za podlogu – RMA sistem fiksiranja )
LITERATURA [1] TODOROVI*, M., BOGNER, M., DENI*, N. : O izolaciji, (2012) [2] DENI*, N. : Sinteti ki materijali za hidroizolacije, Sintetiki materijali u gra#evinarstvu, (1981) [3] FIRESTONE: Firestone UltraPly Standard System Application Guide, Firestone Building Products, (2008) [4] FIRESTONE: Rubber Guard EPDM Roofing System Application Guide, Firestone Building Products, (2008) [5] RENOLIT: Installation Manual, AlkorPLAN by Renolit waterproofing, 16-64, (2009)
124
Prof.dr Radenko Pejovi$1
STRU' NI RAD UDK:
PRIMJERI SANACIJE BETONSKIH MOSTOVA REZIME U ovom radu navedeni su uzroci ošte$enja betonskih mostova i karakteristini vidovi ošte$enja. U ove uzroke spadaju greške pri projektovanju, izvo#enju i lošem održavanju. Kad se ovome dodaju nepovoljni eksploatacioni uslovi u prvom redu dejstvo mraza i soli onda neminovno dolazi do ošte$enja konstrukcije mosta. Nadalje su pokazani primjeri sanacije nekih mostova kod kojih su primjenjena originalna rješenja. U radu se daje osvrt i na problematiku izvo#enja sanacije gdje su tako#e primijenjena originalna rješenja koriste$i sistem vise$ih skela.
Klju(ne rije(i: most, sanacija, uzroci ošte$enja, vise$e skele
EXAMPLES OF CONCRETE BRIDGES REPAIR SUMMARY Damage causes of the concrete bridges and characteristic damage features are presented in this paper. These causes include designing errors, constructing errors and bad maintenance. When we add to these the bad exploatation conditions, first of all the frost and salt effects then certaily happen the damages of the bridge structure. Further, there are examples of some bridges repair where the original solutions were applied. There are the retrospection to the issues of the repair realization where also the original solutions were applied using the system of the suspended scaffolds.
Key words: bridge, repair, damage causes, suspended scaffold
1
Gra#evinski fakultet, Univerzitet Crne Gore, Cetinjski put bb, Podgorica
125
UVOD Cilj ovog rada je da kroz primjere sanacije betonskih mostova ukaže na problematiku projektovanja, izvo#enja, održavanja i sanacije ovih objekata odnosno obezbje#enja njihove trajnosti. Problem trajnosti vezan je za objekte koji se nalaze na ve$oj nadmorskoj visini u planinskim predjelima, gdje su izraženi uticaji mraza i soli kojom se posipaju putevi. Negativan uticaj blizine mora i morske soli je poseban problem i on ovdje nije razmatran. Pored dejstva mraza i soli ramatrana je problematika fundiranja, jer neadekvatno fundiranje može dovesti do potpunog rušenja objekta. Pri izradi projekta sanacije i/ili rekonstrukcije mostova osnovni problem je u ve$ini sluajeva nedostatak projektne dokumentacije. Iz navedenih razloga neophodno je snimanje i ispitivanje postoje$eg stanja: geometrije objekta, kvaliteta betona, kvaliteta koliine i rasporeda armature i stanja ošte$enja. Ovi radovi se tako#e u ve$ini sluajeva ne mogu izvesti bez odgovaraju$ih skela zbog dubokih prepreka odnosno nepristupanosti konstrukciji mosta. Poseban problem je injenica da su oni raunati prema starim propisima za optere$enje mostova, (Privremeni tehniki propisi za optere$enje mostova na putevima “Sl. list FNRJ”, br. 43/49), a u me#uvremenu su donešeni novi propisi (Pravilnik o tehnikim normativima za odre#ivanje koliine optere$enja mostova iz 1990. godine), dok se u najnovije vrijeme primjenjuju evrokodovi. Mostovi koji su raunati prema starim propisima uglavnom ne mogu zadovoljiti uslove koje propisuju novi propisi zbog ega je potrebno njihovo ojaanje koje može biti vrlo skupo. 'esto se u ovakvim sluajevima postavlja pitanje da li ovim mostovima sanacionim mjerama obezbijediti projektovana nosivost ili skupim mjerama ojaanja obezbijediti nosivost prema novim propisima. Problematika izvo#enja sanacije se usložnjava potrebom da se u najve$em broju sluajeva sanacione mjere izvode uz odvijanje saobra$aja. Drugi problem je samo izvo#enje, posebno kada su duboke prepreke i veliki vodostaj. Osim toga, projektom sanacije se uvijek ne mogu egzaktno sagledati sva ošte$enja, tako da su realne korekcije projektnih rješenja, što usporava izvo#enje sanacije.
UZROCI OŠTE*ENJA Uzroci ošte$enja su posledica greške koje se prave pri projektovanju, izvo#enju i održavanju objekata, kao i nepovoljni eksploatacioni uslovi kao što su uticaji mraza i soli koja se posipa po kolovozu protiv zamrzavanja. GREŠKE PRI PROJEKTOVANJU U vrijeme kada su ovi objekti projektovani, prije više od 40 godina, vladalo je mišljenje da je beton postojan materijal i da sa vremenom postaje postojaniji. Osim 126
toga u to vrijeme projektanti su nastojali da njihove konstrukcije budu što racionalnije sa aspekta utroška materijala, tako da su usvajali minimalne potrebne dimenzije. Tako#e, nije vo#eno rauna da $e se vremenom pove$avati saobra$ajna optere$enja mostova. U novije vrijeme mostovi se projektuju na ve$a saobra$ajna optere$enja koja definišu novi propisi, ali se nedovoljno vodi rauna o trajnosti i konsturktivnim detaljima. Pri proraunu su koriš$ene približne metode koje su u to vrijeme bile projektantina na raspolaganju. Na osnovu provedenih analiza naješ$e projektantske greške su: – U nave$em broju sluajeva kolovozna ploa je projektovana debljine 15-18 cm u polju, koja uz uzdužne i poprene grede ima vute. Eksploatacioni uslovi su pokazali da su ove debljine kolovoznih ploa nedovoljne jer je vremenom dolazilo do njihovih ozbiljnih ošte$enja, a u nekim sluajevima do potpunog loma. Ošte$enja ovih ploa ogledala su se u poetku pojavom pukotina i korozijom armature da bi se proces intenzivno nastavio i rezultirao potpunim lomom ploe u vidu pojave rupa u ploi. – Mali zaštitni slojevi armature uz veliku širinu pukotina koje nijesu kontrolisane niti ograniavane tadašnjim propisima i proraunima. U ovim sluajevima dolazi do korozije armature koja razara zaštitni sloj betona nakon ega proces progresivno napreduje. – Potrebni kvalitet betona definisan je markom betona (MB) dok drugi uslovi kvaliteta vodonepropusnost i otpornost prema dejstvu mraza i soli nijesu propisivani. – Fundiranje objekta u nekim sluajevima nije adekvatno, jer su temelji stubova fundirani u šljunanom materijalu pa je usled velikih vodostaja i poplava dolazilo do potpunog rušenja mostova. U ovim sluajevima obino su izostale i odgovoraju$e geološke istrage kao podloga za projektovanje. – U nekim sluajevima nije obezbije#en odgovaraju$i proticajni profil što je posebno opasno kod planinskih vodotoka koji brzo mijenjaju protok i sa sobom nose granje i drve$e, koje blokira proticajni profil, stvara uspor vode, koja podlokava temelje i vrši dodatne bone pritiske na konstrukciju mosta. GREŠKE PRI IZVO&ENJU Pri izvo#enju radova prave se sljede$e greške: – Naješ$e greške prave se pri ugradnji betona pri emu se ne obebje#uje odgovaraju$a kompaktnost, sa pojavom mjestimine segregacije posebno u zoni prisustva guste armature. – Pri izvo#enju se ne vodi rauna o zaštitnim slojevima armature tako da je u nekim sluajevima armatura praktino bez zaštitnog sloja. – I jedno i drugo dovodi do brze korozije armature i razaranja površinskog sloja betona. – Pri izvo#enju hidroizolacije esto se ista ošteti što je potencijalno mjesto za ošte$enja konstrukcije. – Pri temeljenju objekata esto se ne vrši provjera da li uslovi temeljenja odgovaraju pretpostavkama u projektu i da li je temeljenje adekvatno.
127
Površinske vode sa kolovoza puta i mosta i okolnog terena se ne prihvate na adekvatan nain, pa se slivaju nekontrolisano niz kosine vodotoka ili jaruge i podlokavaju temeljnu konstrukciju. – Ne vrše se prethodna ispitivanja betona ve$ se koriste standardne betonske recepture. –
GREŠKE PRI ODRŽAVANJU Ustaljena praksa je pokazala da su ovi objekti su praktino prepušteni sami sebi i vrlo se slabo održavaju, niti se ozbiljnije prati njihovo stanje kroz eksploatacioni vijek. Obino se problemi poinju rješavati kada je ugrožena nosivost i stabilnost objekta, i kada su potrebna velika sredstva za sanaciju ovih objekata. Najslabija mjesta su dilatacione spojnice koje brzo propadaju i u njihovoj oslonanoj zoni dolazi do prodora agresivne vode sa kolovoza što neminovno dovodi do ošte$enja oslonakih djelova konstrukcije. 'esto dolazi do ošte$enja hidroizolacije na mostu. Prvo se u asfaltu pojave udarne rupe, što neminovno dovodi do ošte$enja hidroizolacije. Na ovim mjestima voda pro#e ispod hidroizoalcije i usled uticaja mraza i soli dolazi do korozije armature i ošte$enja betonskih elemenata.
KARAKTERISTI%NI SLU%AJEVI OŠTE*ENJA Karakteristina ošte$enja ovih objekata mogu se podijeliti u dvije grupe i to: – Ošte$enja konstrukcije mosta; – Ošte$enje temelja. OŠTE*ENJA KONSTRUKCIJE MOSTA Naješ$a i najaa ošte$enja se javljaju na kolovoznoj ploi, konzolama pješakih staza i oslonakim zonama. Rasponska kosntrukcija, lukovi, uzdužne i poprene grede i stubovi u skoro svim sluajevima bili su manje ošte$eni. Ošte$ene ploe u svim sluajevima imale su malu debljinu, zbog ega je u toku eksploatacije odšlo do pojave prslina i korozije armature, da bi ovaj proces postajao sve intenzivniji i konano doveo do potpunog loma, odnosno proboja ploe. Proboji ploe su se do sada desili na dva mosta, dok je na dva mosta ploa bila znatno degradirana. Prsline i korozija armature bili su prisutni i na konzolama pješakih staza kod svih mostova. Na ovim mostovima bile su znaajnije ošte$ene oslonake zone gdje je prvo došlo do ošte$enja dilatacionih sprava nakon ega je voda zasi$ena solju sa kolovoza ulazila u oslonaku zonu i agresivno djelovala na oslonake djelove podužnih nosaa, oslonake poprene nosae, ležišta i obalni stub. Ova zona je jae ošte$ena sa otpalim zaštitnim slojem armature korodiralom armaturom i površinskom degradacijom 128
betona. Manja lokalna ošte$enja su pretrpjeli uzdužni i popreni nosai, lukovi, stubovi i obalni oslonci. Ošte$enja ovih elemenata su u vidu segregiranih mjesta sa korodiralom armaturom. OŠTE*ENJA TEMELJA 'esta ošte$enja mostova javljaju se usled popuštanja temeljne konstrukcije mosta. Popuštanje ove konstrukcije dešava se ako most nije adekvatno fundiran. Adekvatno fundiranje podrazumijeva da se temelj osloni na vrstu stijenu ako se ona nalazi na prihvatljivoj dubini ili da se fundiranje izvrši na šipovima. U protivnom, usled velikih kiša i poplava dolazi do podlokavanja temelja koji su fundirani u šljunanom materijalu. Posebna opasnost za mostove su planinski bujiavi tokovi sa velikim oscijacijama vodostaja i uz to ovi vodotoci sa sobom nose granje i drve$e koje u zoni mostova pravi ustavu sa velikim razornim dejstvom vode. Karakteristina ošte$enja data su na slikama 1 do 4.
Slika 1. Ploa
Slika 2. Ploa i grede
Slika 3. Zglob
Slika 4. Oslonac
129
SANACIONA RJEŠENJA U nastavku su prikazana karakteristina sanaciona rješenja koja su uzrokovana ošte$enjima same konstrukcije mosta i indirektno ošte$enjima temelja. MOST P'INJA Most Pinja nalazi se na magistralnom putu Podgorica – Kolašin u blizini prevoja Crkvine na nadmorskoj visini 950 m.n.m. Maksimalna dubina prepreke je 16m. Most je izgra#en 1961.godine od armiranog betona kao kombinacija lune kosntrukcije i grednog sistema na stubovima. Luni dio konstrukcije ine dva blizna luka raspona 54,00 m i promjenljive visine. Ukupna dužina mosta je 108 m, a širina 8,8 m. Projektovana debljina kolovozne ploe u polju bila je 15 cm sa vutama uz uzdužne i poprene nosae. Most je prethodno saniran 1997.godine, da bi nakon toga 2005.godine izvela ova sanacija. Dispozicija mosta data je na slici 5. Prethodnom sanacijom ura#ene su odre#ene intervencije na konstrukciji mosta. Sa kolovozne ploe odstranjen je degradirani beton i nadogra#en novi sloj polimer betona debljine od 6-10 cm. Lukovi, stubovi i kompletna rasponska konstrukcija sa donje strane je zašti$ena torkret betonom. Sanirani su temelji dva podlokana stuba, a jedan ošte$eni stub je saniran pove$anjem presjeka. Ura#ene su nove dilatacione sprave i prelazne ploe. Me#utim, u kratkom vremenskom periodu došlo je do ponovne degradacije kolovozne ploe pa se pristupilo novoj sanaciji. Novododati polimer beton je bio u potpunosti degradiran, praktino u fazi raspadanja i bez veze sa starim betonom. Centralni djelovi kolovoznih ploa u nekoliko polja bili su sasvim polomljeni, tako da su na tim mejstima ostale ogoljene šipke, tj. polomljen je i novododati i postoje$i beton. U ostalim poljima ploe su bile znatno degradirane sa prslinama korodiralom armaturom i znacima procurivanja vode i karstifiakcije. Na kosntrukciji koja je bila prethodno zašti$ena torkret betonom bila su prisutna mjestimina ošte$enja. U oslonakim zonama uoena su odre#ena ošte$enja na glavnim i poprenim nosaima, oslonakim kvadrima i obalnim stubovima. Karakteristino ošte$enje kolovozne ploe dato je na slici 6.
130
Slika 5. Dispozicija
131
Slika 6. Ošte$ Ošte$enje kolovozne plo ploe
Imaju$ Imaju$i u vidu stanje kolovozne plo ploe i mogu$ mogu$nost odvijanja saobra$ saobra$aja kratkom zaobilaznicom, pristupilo se radikalnim mjerama sanacije. Ovo je podrazumijevalo uklanjanje kompletnog novododatog polimer betona kao i starog degradiranog betona plo ploe. Izvršeno je uklanjanje kompletne kolovozne plo ploe izme# izme#u glavnih i popre poprenih nosa nosaa po liniji vuta. Konzole pješa pješakih staza tako# tako#e su odstranjene rezanjem na odstojanju 15 cm od glavnog uzdužnog nosa nosaa. Rezanje betona vršeno je dijamantskim testerama testerama uz prisustvo vode. Na prethodno pripremljeni roštilj, koji se sastojao od uzdužnih i popre poprenih nosa nosaa i djelova plo ploe ura# ura#ena je nova kolovozna plo ploa debljine 25 cm. Ova plo ploa je sa postoje$ postoje$om konstrukcijom povezana armaturnim ankerima i odgovaraju$ odgovaraju$im premazima za vezu stari novi beton. Na ovaj na nain pove$ pove$ana je nosivost presjeka uzdužnih i popre poprenih nosa nosaa u polju pove$ pove$anjem stati statike visine, dok je za negativne momente stvorena mogu$ mogu$nost projektovanja dodatne nedostaju$ nedostaju$e armature. Prora Proraun je proveden za optere$ optere$enja prema važe$ važe$im propisima. Presjeci u polju su zadovoljili sa postoje$ postoje$om armaturom, a na osloncima je prora proraunata dodatna armatura koja je smještena u zonu nove plo ploe i eli elinim ankerima oblika $irili irilinog slova “7 “7” povezana sa osnovnim presjekom. Lokalna ošte$ ošte$enja betonskih elemenata su sanirana na uobi uobiajeni na nain. Postoje$ Postoje$i ležišni kvadri (pendeli) su zamijenjeni ležištima tipa “NAL”. Zamjena je izvršena hidrauli hidraulinim presama, pomo$ pomo$u kojih je konstrukcija podignuta i oslonjena na privremene oslonce, a nakon sanacije oslona oslonakih zona i postavljanja novih ležišta, ponovnim podizanjem i uklanjanjem uklanjanjem privremenih oslonaca oslonjena na nova nova ležišta.
132
Na mostu su ura# ura #ene sasvim nove pješa pješake staze sa granitnim ivi ivinjacima uz popravku i antikorozionu zaštitu postoje$ postoje$e ograde. Ostali konstruktivni elementi lukovi i stubovi imali su odgovaraju$ odgovaraju$u nosivost. MOST PREKO JUŠKOVI* JUŠKOVI*A POTOKA Most preko Juškovi$ Juškovi$a potoka nalazi se na magistralnom putu Kolašin – Bijelo Polje u Mojkovcu. Most je izgra# izgra#en 1963.godine na nadmorskoj visini 823 m.n.m. Maksimalna dubina prepreke je 20 m. Most je izgra# izgra#en od armiranog betona kao kombinacija lu lune konstrukcije i grednog sistema. Lu Luni dio konstrukcije ine dva luka blizanca raspona 36,30 m, sa stinjenoš$ stinjenoš$u 7,80 m. Nadlu Nadlunu konstrukciju kao i konstrukciju van lukova ine kontinualni uzdužni i popre popreni nosa nosai na stubovima. Ukupna dužina mosta je 55,00 m, a širina 9,25 m. Most je saniran 1999. godine, a ova sanacija je izvršena 2008.godine. Dispozicija mosta je data na slici 7. Prethodna sanacija je ura# ura#ena na sli slian na nain, kao i kod mosta P Pinja koja tako# tako#e nije bila uspješna jer je u kratkom vremenskom intervalu došlo do ponovne degradacije kolovozne plo ploe, pa se pristupilo novoj sanaciji. Ošte$ Ošte$enja konstrukcije mosta su tako# tako#e sli slina kao i kod mosta P Pinja. Karakteristi Karakteristina ošte$ ošte$enja plo ploe greda i temelja luka data su na slici 8. !%#&'
!"#$!
!&#( "$*"$ "'* "'
"'* +$
"'*"'
"'*+$
"'*"' )
)
f
)
)
) )
)
) )
) )
)
)$"#$$
- ./01/2343 015623
- 6/7/.8/2391/756/ 015623
Slika 7. Dispozicija mosta
133
Slika 8. Ošte$enje mosta
Primijenjeno je slino rješenje sanacije kao i kod mosta Pinja pošto su i ošte$enja bila slina. U ovom sluaju se morala zadržati degradirana kolovozna ploa jer se moralo obezbijediti odvijanje saobra$aja tokom izvo#enja sanacije. Jedino su ivini nosai pješakih staza odsjeeni. Preko postoje$e ploe ura#ena je nova ploa debljine 25 cm, pri emu su pješake staze proširene za po 75 cm, tako da je širina mosta pove$ana na 10,75 m. Pri izradi nove kolovozne ploe sa gornje strane postoje$e ploe odstranjeni su svi degradirani djelovi i ova površina je opjeskarena. Kratki stubovi uz tjeme luka imali su nepovoljnu nosivost. Njihova sancija je izvedena na taj nain što je na tom mjestu iznad luka izvedeno platno kojim su obuhva$eni ovi stubovi. Ovo se pokazalo kao povoljnije i za ostale konstruktivne elemente lukove i grede, što je potvr #eno provedenim proraunom. Lukovi i stubovi su imali zadovoljavaju$u nosivost. Jedino je desni podlokani temelj luka saniran tako što je ura#en potporni zid iza koga je napravljen zasip od šljunanog materijala uz nabijanje. Površinske vode koje su izazvale ova ošte$enja uhva$ene su posebnim kanalom i odvedene u potok. Oslonake zone mosta su tako#e sanirane pri emu su ošte$eni kvadri zamijenjeni neoprenskim ležištima. Lokalna ošte$enja na svim konstruktivnim elementima su sanirana reparaturnim malterima pri emu sva ova mjesta opjeskrena, a prethodno vidna armatura antikoroziono zašti$ena. Kao završna obrada svih betonskih površina ra#eno je pjeskaranje zatim gletovanje i završno premazivanje svih površina. Ura#ene su nove dilatacione spojnice prelazne ploe hidroizolacija pješake staze sa ogradom i asfaltom.
134
PRIMJERI OŠTE*ENJA MOSTOVA IZAZVANIH POPLAVAMA Krajem 2010. godine u Crnoj Gori desile su se obimne padavine koje su izazvale velike poplave, bili su poplavljeni cijeli regioni i naselja posebno oni uz vodotoke i jezera. Poplave su izazvale velike štete na objektima saobra$ajnica, nasipima, obaloutvrdama, obalama i sl. Saobra$aj na pojedinim putnim pravcima bio je u prekidu usled poplava. Jednu od najve$ih šteta izazvala je rijeka Lim na lokalitetu Plava, Andrijevice i Berana. Rijeka Lim sa svojim pritokama i sa izuzetno velikim slivnim podru jem, ima ekstremne oscilacije u vodostaju. Tako vode Lima u Plavu imaju minimalni proticaj Qmin=1,5m3/s, a maksimalni Qmax=324m/s, gdje je odnos 216 puta, a u Beranama Qmin=4,2m/s, a Qmax=655m/s, gdje je odnos 156 puta. Posledice ovako razornog dejstva rijeke Lim su da su skoro sasvim porušena dva mosta, a dva teško oštetila i to sve na dužini od oko 40 km. Ošte$en je gradski most Nika Strugara u Beranama i tri mosta na lokalnim saobra$ajnicama uzvodno od Berana. Most Rijeka Marseni$a na lokalitetu Rijeke Marseni$a u Opštini Andrijevica, most Seoca u Opštini Andrijevica koji spaja naselja Seoca sa magistralnim putem koji je skoro sasvim porušen, most Novši$i u Opštini Plav, koji spaja naselje Novši$i sa magistralnim putem, koji je tako#e skoro sasvim porušen. Ukupna šteta na ovim mostovima procijenjena je na oko 1 200 000,00 eura. Radovi na sanaciji ovih mostova ve$ su izvedeni i svi su pušteni u saobra$aj. Na slici 9. prikazano je stanje nabujalog Lima u zoni mosta Marseni$a Rijeka.
Slika 9. Vodostaj rijeke Lim u zoni mosta Marseni$a rijeka
135
MOST NIKA STRUGARA U BERANAMA Most premoš$uje rijeku Lim i spaja okolna neselja sa centrom grada. Izgra#en je 1965.godine. Za most nije postojala projektna dokumentacija. Ukupna dužina mosta je 104,40m, a širina 10,46 m. Most je armirano-betonski sistema kontinualne grede preko etiri polja. Krajnja polja su raspona po 24,60 m, a srednja po 27,60 m. Svaki glavni nosa ine po dva blizna nosaa širine 36 cm, koji su postavljeni na osovinskom odstojanju od 114 cm. Nosai su promjenljive visine koja zajedno sa ploom u polju iznosi 160 cm, a na osloncu 220 cm. Pove$anje visine uz srednje oslonce mijenja se po pravolinijskim vutama u dužini od 590 cm, dok je izme#u vuta u polju konstantna visina. Parovi bliznih nosaa postavljeni su na osovinskom odstojanju od 558 cm. Kolovozna ploa je debljine 20 cm sa vutama širine i debljine 20 cm uz glavne i poprene nosae. Konzolni prepusti su 150 cm i njihova debljina je 40 cm uz glavni nosa, a na kraju 20 cm. Rjeni i obalni stubovi su masivne betonske konstrukcije. Dispozicija mosta data je na slici 10.
Slika 10. Dispozicija mosta
Usled podlokavanja i slijeganja rjenog oporca R3 za 63 cm došlo je do ozbiljnih ošte$enja konstrukcije mosta. U prvom polju na osovinskom odstojanju 3,3 m od potonulog stuba glavna rasponska konstrukcija mosta je pretprpjela klasini lom.
136
U donjoj zoni glavnih nosaa su se otvorile pukotine širine 1,5-2 cm, dok je beton u gornjoj zoni na vijencima pješakih staza i ograde mosta zdrobljen. U drugom polju uz drugi rjeni stub S2 na osovinskom odstojanju od 2,35 m od oslonca tako#e je došlo do ošte$enja gdje su se pojavile pukotine u gornjoj zoni. Do slijeganja rjenog stuba S3 došlo je usled površinske erozije i degradacije aluvijalnih sedimenata usled dejstva vode. Ronjenjem je ustanovljeno da su obodni djelovi temelja ovog stuba podlokani i da se stub oslanja samo centralnim dijelom. Pored ovih ošte$enja na rasponskoj kosntrukciji i stubovima su uoena lokalna ošte$enja betona. Na slici 11. prikazan je most nakon ošte$enja.
Slika 11. Ošte$enja mosta
Kod ovog mosta prvo je saniran temelj potonulog stuba S3, s tim što je prethodno skrenut vodotok iz zone ovog stuba. Potonuli rjeni stub je saniran iš$enjem i odstranjivanjem degradirane stijene, a zatim podbetoniranjem i formiranjem armiranobetonskog prstena oko temeljne stope. Sanacija rasponske konstrukcije izvršena je prednapregnutim SPB kablovima 15x150 mm2 koji su formirani od užadi iji je kvalitet elika 1670/1860 MPa. Ukupno su upotrijebljena etiri kabla od kojih su dva kabla vuena uz glavne nosae duž cijelog mosta, a u dva ošte$ena polja dodata su dva kabla. Kablovi su poligonalni, a prednaprezanje je vršeno sa oba kraja. Na mjestima gdje se lomi trasa kablova ura#eni su posebni elini devijatori. Za kotvljenje kablova na osloncima projektovani su masivni popreni nosai za prijem velikih koncentrisanih sila od kablova. Kablovi su postavljeni u cijevi i injektirani cementnom emulzijom. Rasponska konstrukcija je na mjestima gdje su se formirali plastini zglobovi ojaana karbonskim platnima kojima su obuhva$eni glavni nosai i kolovozna ploa. Karbonska platna su proraunata da prime smiu$u silu na tom mjestu.
137
Da bi se formirala odgovaraju$a niveleta kolovoza na mjestu ulegnu$a, projektovana je posebna konstrukcija u vidu AB roštilja sa ispunom od tvrdog stiropora. Lokalna ošte$enja su sanirana uobiajenim postupkom. Posebna pažnja je posve$ena ogradi mosta tako da je projektovana i izvedena sasvim nova savremena ograda. MOST RIJEKA MARSENI*A Ovaj most premoš$uje rijeku Lim na lokalitetu Rijeke Marseni$a. Most je izgra#en 1968. godine i za njega postoji projektna dokumentacija. Put na kome se nalazi most je lokalnog karaktera i on je veza Rijeke Marseni$a i Šekulara sa magistralnim putem Berane – Andrijevica. Most je armirano-betonski sistema kontinualne grede sa tri raspona 18+29+18m, ukupne dužine 65m. Širina kolovoza je 3,0m sa dvije pješake staze po 0,75m. Glavnu nosivu rasponsku konstrukciju mosta ine dva gredna nosaa, sa AB ploom preko. Srednji stubovi su projektovani kao masivni betonski stubovi promjenljivog poprenog presjeka po visini sa polukružnim zaobljenjem. Dimenzije stubova u kruni su 1,1x4,40m, a na nivou temelja 1,5x4,70m. Visina stubova je 4,35m, dimenzije temelja su 5,00x3,00x2,00m. Krajnji stubovi su projektovani kao masivni betonski sa kosim krilima. Fundiranje srednjih stubova izvršeno je na šljunanom nanosu. Na osnovu raspoložive projektne dokumentacije utvr #eno je da se osnovna stijena nalazi na dubini od 5 do 6m što je utvr #eno i prilikom izvo#enja sanacije 2006. godine. Neposredno pred završetak mosta, dok je još bio na skeli, krajem 1968. godine desilo se veliko nevrijeme kada je nivo vode dostigao maksimum koji je iznosio 1,3m iznad kote velike vode date u projektu. Pošto je skela smanjila proticajni profil nabujala rijeka je nose$i sa sobom drve$e odnijela skelu iz srednjeg polja, dok je lijevi raspon bio zatvoren skelom i nanijetim drve$em. Ovo je preusmjerilo tok rijeke tako da je matica direktno udarila na lijevi stub i podlokala njegov temelj, što je izazvalo njegovo slijeganje i naginjanje. Posljedica ovoga bilo je veliko ošte$enje rasponske konstrukcije. Od tog vremena sve do 2006. godine, most je i pored velikih ošte$enja, i niza pokušaja da se sanira, bio u eksploataciji, kada je saniran. Geodetskim snimanjem je utvr #eno da je ukupno slijeganje ovog stuba iznosilo 116m. Sanacija mosta je ura#ena po projektu koji je uradio Gra#evinski fakultet iz Podgorice. Izgled ošte$enog mosta dat je na slici 12.
138
Slika 12. Ošte$eni most
Sanaciono rješenje se sastojalo u sanaciji slegnutog stuba koji je fundiran na šipovima. Konstrukcija mosta je hidraulinim presama podignuta za 76 cm. Rasponska konstrukcija je utegnuta prethodno napregnutim kablovima postavljenim uz glavne nosae sa unutrašnje strane, a pukotine i prsline su injektirane. Drugi desni rjeni stub nije saniran jer je u raspoloživoj projektnoj i izvo#akoj dokumentaciji postojao zapis da je temelj ovog stuba oslonjen na eline profile, koji su oslonjeni na vrstu stijenu, što se nakon novog ošte$enja ovog stuba pokazalo netanim. Poplave koje su se dogodile 2010. godine izazvale su ravnomjerno slijeganje desnog rjenog oslonca koji se na osnovu geodetskog snimka slegao za 65,4 cm. I ovo slijeganje je izazvalo ozbiljna ošte$enja rasponske konstrukcije. I u ovom sluaju podlokavanje su izazvale vrlo visoke vode Lima, koje su nosile drve$e, koje se nagomilavalo na stubove, što je stvaralo izuzetno jake vrtloge i podlokavanje temelja. Oigledno je da je do ošte$enja mosta došlo, usled ekstremnog vodostaja, zbog neadekvatnog fundiranja srednjih stubova, kao i neodgovaraju$eg proticajnog profila. MOST SEOCE Most premoš$uje rijeku Lim i nalazi se na lokalnom putu za naselje Seoca u Opštini Anrijevica. Izgra#en je 2003. godine od armiranog i prethodno napregnutog betona i za njega postoji projektna dokumentacija. Uvidom u projektnu dokumentaciju utvr #eno je da je primijenjena tipska konstrukcija sistema “Radnik” Bijelo Polje. Most ima tri raspona 2x18+6,20m = 42,20m. Širina mosta je 3,0m. Glavna nosiva konstrukcija mosta na rasponima 18,0 sastoji se od po dva montažna prethodno napregnuta nosaa visine 115cm preko kojih su postavljene montažne kolovozne ploe debljine 35cm. Raspon od 6,20m ura#en je kao puna AB ploa debljine 30cm i služio je prema navodima iz projekta za propuštanje velikih voda.
139
Oslonaku konstrukciju ine dva obalna i dva srednja stuba. Desni obalni i desni srednji stub su fundirani na osnovnoj stijeni. Lijevi obalni stub i srednji lijevi stub su fundirani na šljunanom nanosu. Usljed visokog vodostaja rijeke Lim i nagomilavanja drve$a oko srednjeg rjenog stuba i podlokavanja lijevog rjenog i lijevog obalnog stuba, voda je ponijela oba ova stuba i rasponsku konstrukciju 18+18 m. Od konstrukcije mosta ostao je samo raspon od 6,20m sa desnim srednjim i desnim obalnim stubom i kosa krila lijevog obalnog stuba. Za rušenje ovog mosta razlozi su bili ekstremni vodostaj, neadekvatno fundiranje lijevog rjenog i lijevog obalnog oporca i neadekvatan proticajni profil. Na slici 13. dato je stanje na profilu mosta nakon njegovog rušenja. Na ovom mjestu projektovan je i izveden novi most od prethodno napregnutih nosaa raspona 36 m. Fundiranje mosta je izvršeno na šipovima.
Slika 13. Izgled profila rijeke nakon rušenja mosta Seoca
MOST NOVŠI*I Most premoš$uje rijeku Lim i nalazi se na lokalnom putu za naselje Novši$e u Opštini Plav. Izgra#en je od armiranog betona raspona oko 20m. Ima jednu saobra$ajnu traku širine 3,10m sa dvije pješake staze po 0,45m. Rasponsku konstruciju ine dva armiranobetonska nosaa sa betonskom ploom preko njih. Za ovaj most ne postoji projektna dokumentacija. Na osnovu uvida na licu mjesta konstatovano je da je rijeka Lim prilikom navedenih poplava ponijela lijevi oporac i nasip iza njega u širini od oko 12 do 15m. Rasponska konstrukcija je sa lijevog ponešenog oporca pala u korito rijeke, a ostala oslonjena na desni oporac, tako da je stajala zakošena u koritu rijeke. Oigledno je da je lijevi oporac porušenog mosta bio neadekvatno fundiran u šljunanom nanosu, odnosno aluvijalnim sedimentima, što je uz ekstremni vodostaj, bio osnovni uzrok za rušenje mosta, kao i neadekvatan proticajni profil. Na slici 14. dato je stanje na profilu mosta nakon njegovog rušenja. 140
Na ovom mjestu projektovan je i izveden novi most od prethodno napregnutih nosaa raspona 32 m. Fundiranje lijevog oslonca izvršeno je na vrstoj stijeni.
Slika 14. Izgled profila rijeke nakon rušenja mosta Novši$i
IZVOENJE RADOVA Bez obzira da li se radi o sanaciji, ojaanju ili rekonstrukciji izvo#enje radova je veoma složeno i skupo i propra$eno sa nizom problema. U prvom redu se radi o dubokim i strmim preprekama i uslovu da se radovi uglavnom moraju izvoditi uz odvijanje saobra$aja. Za izvo#enje ovih radova neophodno je obezbijediti kvalitetnu i sigurnu skelu. Izvo#enje klasine skele je veoma skupo. Postoje$e skele, koje se koriste za održavanje i manje intervencije na mostovima, u najve$em broju sluajeva se ne mogu koristiti, posebno ako se radi o ozbiljnijim intervencijama. Imaju$i u vidu naprijed navedeno, na Gra#evinskom fakultetu u Podgorici, zajedno sa firmom IGP»Fidija» d.o.o iz Podgorice, razvijen je sistem vise$ih skela za izvo#enje ve$ih intervencija na postoje$im mostovima. Osnovni koncept ovog sistema je da se vise$a skela vješa za postoje$u konstrukciju mosta. Osnovni elementi skele su ankeri i elini profili. Ankeri se rade od rebrastog armaturnog željeza, odgovaraju$eg prenika koji imaju navoje na oba kraja. Ovi ankeri se provlae kroz rupe, koje se buše kroz konstrukciju mosta na prethodno definisanim mjestima. Ankeri se na gornjoj strani fiksiraju pomo$u podložnih elinih ploa, dimenzija min 100x100x10 mm, sa po dvije navrtke. Podložne ploe se podlijevaju reparaturnim malterima, radi ravnomjernog nalijeganja. Skela se radi od elinih profila, koji se postavljaju na odre#enom razmaku. Za izradu skele najpovoljnije je primijeniti eline "U" profile u paru, koji se me#usobno povezuju elinim ploicama, preko kojih se profili vezuju za ankere sa po dvije navrtke. Dužina ankera je uslovljena neophodnom radnom visinom. Preko elinih profila se postavljaju drvene gredice na odre#enom razmaku, a preko njih dašani pod. Na slici 15. dat je detalj vise$e skele za most Pinja, a na slici 16. slika ove vise$e skele nakon montaže.
141
Slika 15. Popreni presjek mosta sa vise$om skelom
Slika 16. Vise$a skela na mostu Pinja
142
Kao drugi primjer vise$e skele data je skela na mostu Mojkovac (sl. 17.)
Slika 17. Vise$a skela na mostu Mojkovac
ZAKLJU%AK U uvodu ovog rada naveden je njegov osnovni cilj. Iz navedenih primjera može se zakljuiti da su u svim sluajevima napravljeni odre#eni propusti bilo projektantski bilo izvo#aki ili propusti u održavanju. Pri izboru konstruktivnih rješenja mora se voditi rauna o trajnosti i sigurnosti što podrazumijeva da ne treba i$i na graninu nosivost i “iscrpljivanje” presjeka ve$ uvijek treba i$i na odre#enu rezervu u nosivosti. Kosntruktivnu koncepciju prilagoditi eksploatacionim uslovima. Posebnu pažnju voditi o debljini zaštitnih slojeva armature i ogranienju širine prslina. U svakom konkretnom sluaju projektant treba da propiše uslove kvaliteta betona i to ne samo marku ve$ i vodonepropusnost i otpornost na dejstvo mraza i soli. Izvo#enje radova treba povjeravati iskusnim izvo#aima koji posjeduju odgovaraju$e iskustvo i opremu za izvo#enje mostova. Betonski radovi ne bi se smjeli izvoditi bez prethodnih ispitivanja kojim $e se definisati tehnologija postizanja projektovanog kvaliteta betona. Održavanje ovih objekata je veoma važno ono podrazumijeva redovne i vanredne predloge na osnovu kojih se mogu blagovremeno uoiti i otkloniti svi nedostaci.
143
144
Drago Ostoji$, dipl.inž.gra#.1
STRU' NI RAD UDK:
POBOLJŠANJE SEIZMI %KE OTPORNOSTI OBJEKATA REZIME U radu se u opštim crtama analizira seizmika otpornost i pove$anje seizmike otpornosti kod novoprojektovanih objekata, kod postoje$ih objekata i kod objekata koji su pretrpeli zemljotres. Navode se osnovni principi projektovanja u seizmikim podru jima, ukazuje se na važne aspekte procene seizmike otpornosti postoje$ih objekata kao i osnovni principi sanacije objekata koji su pretrpeli ošte$enja u zemljotresu. Prikazani su neki primeri sanacije zidanih višespratnih stambenih zgrada ošte$enih zemljotresom.
Klju(ne re(i: seizmika otpornost, zemljotres, zidane zgrade, ošte$enja, sanacija
IMPROVEMENT OF EARTHQUAKE RESISTANCE OF STRUCTURES SUMMARY Earthquake resistance and improvement of earthquake resistance of newly designed structure, existing structures and structures already submitted to earthquake load is generally analyzed in this paper. Basic principles of structural design in seismic areas are stated, and main aspects of the estimation of earthquake resistance of existing structures are pointed out, as wall as main principles of rehabilitation of structures damaged in earthquake. Some examples of the rehabilitation of multistory masonry buildings damaged in earthquake are shown.
Key words: earthquake resistance, earthquake, masonry buildings, damage, rehabilitation.
1
Univerzitet u Beogradu – Gra#evinski fakultet, Bulevar kralja Aleksandra 73, Beograd
145
UVOD Pojam "seizmika otpornost objekta" nije sasvim jednostavno definisati. Re$i nekome da je seizmika otpornost objekta zapravo njegova sposobnost da prihvati dejstvo seizmikih sila je naravno mogu$e, ali to nije potpuno objašnjenje. Postavi$e se pitanje koji intenzitet seizmikih sila može da prihvati taj objekat, postoji li i koliki je koeficijent sigurnosti, da li $e pri tome do$i do ošte$enja na objektu itd. Ako temu još proširimo, do$i $emo i do pitanja kako poboljšati seizmiku otpornost postoje$eg objekta. Ovaj rad predstavlja pokušaj da se daju odgovori na neka od navedenih pitanja, bez ambicije da oni budu potpuni i konani i da je ta tema zaokružena. U radu $e biti razmatrana seizmika otpornost i pove$anje seizmike otpornosti kod novoprojektovanih objekata, kod postoje$ih objekata i kod objekata koji su pretrpeli zemljotres.
NOVOPROJEKTOVANI OBJEKTI Sve danas aktivne generacije gra#evinskih inženjera su se školovale u oblasti aseizmikog projektovanja. Podse$anja radi, prvi propisi za projektovanje, dimenzionisanje i gra#enje zgrada i drugih gra#evina u seizmikim podru jima pod nazivom "Pravilnik o privremenim tehnikim propisima za gra#enje u seizmikim podru jima", kod nas je donet 1964. godine, samo godinu dana nakon katastrofalnog zemljotresa u Skoplju (1963.). Nemojmo zaboraviti da u to doba mnoge, danas najrazvijenije zemlje u svetu, nisu imale takve propise. Nakon zemljotresa u Crnoj Gori 1979. godine, doneti su novi propisi pod nazivom "Pravilnik o tehnikim normativima za izgradnju objekata visokogradnje u seizmikim podru jima" [1]. Ovaj Pravilnik, objavljen 1981. godine, delimino je menjan i dopunjavan 1982., 1983., 1988. i 1990. godine i, kao takav, i danas je u upotrebi. Može neko smatrati da je taj Pravilnik zastareo, prevazi#en i da nije u skladu sa najnovijim naunim dostignu$ima, ali on je još uvek važe$i. Poslednjih nekoliko godina se ine napori da se u našoj zemlji uvedu u primenu evropske norme pod nazivom Evrokod - EC8. O novim normama je napisano mnogo radova sa razliitih aspekata i sasvim je sigurno da $e EC8 ubrzo postati obavez9n model prorauna i gra#enja i našoj zemlji [2]. U svim navedenim pravilnicima - normama, kao i u mnogobrojnoj strunoj literaturi, definisani su opšti principi konstruisanja seizmiki otpornih konstrukcija. Ovde se navodi nekoliko osnovnih principa: • Pri izboru lokacije budu$eg objekta izbegavati nehomogena, nasuta i uopšte nestabilna tla. Ako to nije mogu$e, objekat treba razdvojiti na pojedinane konstruktivne celine prema uslovima tla. • Dispozicija konstrukcije treba da bude pravilna i jednostavna, kako u osnovi, tako i po visini. • Ako su osnove nepravilne i izlomljene, ili je objekat neujednaen po visini, projektuju se aseizmike razdelnice. 146
• Me#uspratne konstrukcije se projektuju tako da predstavljaju krute
horizontalne dijafragme, sposobne da prenesu seizmike uticaje na vertikalne elemente konstrukcije. • Konstruktivni elementi osnovnog sistema izra#uju se od vrstog duktilnog materijala, dok se za nekonstruktivne elemente upotrebljava lakši materijal. • Obavezno obezbediti da se gravitaciono optere$enje prenosi ravnomerno na vertikalne elemente konstrukcije, vode$i rauna o nivou optere$enja. • Osnovni sistem zidanih konstrukcija su nose$i zidovi u oba ortogonalna pravca objekta, povezani po visini krutim me#uspratnim konstrukcija i horizontalnim serklažima. • Zidane konstrukcije se projektuju kao: obine zidane konstrukcije, zidane konstrukcije sa vertikalnim serklažima i kao armirane zidane konstrukcije. Dakle, u procesu projektovanja novih objekata, obavezno je pridržavati se navedenih principa, odgovaraju$ih pravilnika, standarda, strune literature itd. S druge strane, ovakve principe nije jednostavno numeriki obuhvatiti, jer je svaki zemljotres unikatni doga#aj, nepredvidivog intenziteta i trajanja. Treba napomenuti još jedan važan princip pri projektovanju seizmiki otpornih objekata, koji nije eksplicitno naveden u našim propisima: posebnu pažnju posvetiti konstruisanju i oblikovanju detalja armature (sidrenje, preklapanje, nastavljanje, minimalna armatura itd.). Tek primenom svih navedenih principa i uz pravilno i kvalitetno izvo#enje objekta, barem deklarativno, $emo obezbediti da novoprojektovani objekat poseduje zahtevanu seizmiku otpornost. Danas se u svetu esto, pogotovo u seizmiki izuzetno aktivnim podru jima ili pri projektovanju unikatnih objekata, u projektovanju primenjuje i koncept tzv. dinamike izolacije. Ovaj koncept se sastoji u ugradnji seizmoizolatora, posebnih "dampera" - prigušivaa, specijalnih ležišta, sve sa ciljem da se pomeranje tla, u što je mogu$e manjoj meri, prenese na objekat. Dakle, ideja je da se, kad ve$ ne možemo spreiti pomeranje tla, umanji negativan uticaj tog pomeranja na naš objekat [2]. Ovde treba ista$i da se aseizmiko projektovanje uglavnom zasniva na postavci da kod slabijeg zemljotresa gra#evina ne sme biti ošte$ena, da su kod umereno jakog zemljotresa dozvoljena lakša ošte$enja nose$e konstrukcije, a da zemljotres najjaeg intenziteta može prouzrokovati znaajna ošte$enja nose$e konstrukcije, ali bez rušenja objekta. Drugim reima, ljudski životi moraju biti sauvani i u najjaem zemljotresu. Ovakvo tumaenje je preuzeto iz "Pravilnika o tehnikim normativima za izgradnju objekata visokogradnje u seizmikim podru jima" [1] i njemu se ne može mnogo šta dodati niti oduzeti. I svi drugi propisi koji se bave aseizmikim projektovanjem, u prvi plan istiu obezbe#enje zaštite, pre svega, ljudskih života (npr. EC8, SNiP - Ruski propisi). U novije vreme se i ovoj temi, odnosno stepenu ošte$enja, poklanja mnogo više pažnje. Zbog toga se i u fazi projektovanja se uvodi pojam klasa povredljivosti [3] sa ciljem da se proceni koliko $e objekat, zavisno od tipa konstrukcije, biti i do kog stepena može biti ošte$en.
147
POSTOJE*I OBJEKTI Kao što je napred ve$ reeno, svaki zemljotres je unikatni doga#aj, koji se pojavljuje iznenada i bez najave. Ne može se utvrditi ni mesto gde $e se dogoditi, ni vreme kada $e se dogoditi, ni jaina koju $e ispoljiti. Zato je, kada se radi o postoje$im objektima, ocena njihove seizmike otpornosti daleko složeniji problem, pogotovo ako su u pitanju objekti koji nisu ni projektovani ni gra#eni za prihvatanje seizmikih dejstava. Takvih objekata je u našoj zemlji ogroman broj i uglavnom se radi o zidanim objektima. Na žalost, danas se kod nas ovoj temi pažnja poklanja uglavnom ako se radi o potrebi za nadzi#ivanjem postoje$eg objekta, o manjoj ili ve$oj rekonstrukciji, promeni namene ili pove$anju optere$enja, ukratko, od sluaja do sluaja. Pri tome asto nastaju nedoumice oko tumaenja lana 115a važe$eg Pravilnika [1]. Ovde se skre$e pažnja da je, pri odluci o mogu$nosti nadzi#ivanja objekta, bez obzira na odredbe aktuelnog Pravilnika, veoma važno sagledati postoje$i konstrukcijski sistem i doneti pravilnu odluku. Naime, nije dovoljno primeniti odredbu l.115a iz Pravilnika i dokazati da je pove$anje mase objekta u sluaju nadzi#ivanja manja od 10%. Potrebno je sagledati seizmiku otpornost i nosivost postoje$eg objekta i, ako se pokaže da postoje$i objekat nije pravilno konsturisan ili izveden, treba predvideti ojaanje tog objekta, bez obzira na odredbe Pravilnika. Konkretno, ako treba poboljšati seizmiku otpornost nekog objekta, potrebno je utvrditi opšte stanje konstrukcije objekta, vreme i nain gra#enja, prouiti postoje$e projekte (ako postoje), ispitati kvalitet ugra#enog materijala, snimiti eventualna ošte$enja i ponovo uraditi odgovaraju$e proraune. Nakon toga se, opet prema pravilnicima i standardima, može doneti zakljuak o seizmikoj otpornosti objekta i mogu se propisati mere za pove$anje seizmike otpornosti. Pove$anje seizmike otpornosti se može posti$i ojaanjem osnovnih elemenata konstrukcije, pre svega izradom "krute" me#uspratne konstrukcije, oblaganjem zidanih zidova oblogama od armiranog betona, ojaanjem temeljne konstrukcije i slino. Da bi se u ovoj oblasti, odnosno u pove$anju seizmike otpornosti postoje$ih objekata, postigao odre#eni napredak, potrebno je aktiviranje svih društvenih, ekonomskih, tehnikih, edukativnih i dugih kapaciteta društva. U radu [3] se predlaže i detaljnije obra#uje jedan postupak koji omogu$uje da se unapred, pre zemljotresa oekivanih mogu$ih intenziteta na odre#enoj teritoriji, procene ošte$enja i proceni mogu$a šteta na objektima. Predloženi postupak omogu$uje da se proceni koji tipovi zgrada (u funkciji klase povredljivosti i stepena intenziteta zemljotresa) mogu pretrpeti rušenja, vrlo teška, teška, umerena ili neznatna ošte$enja, a koji ne$e doživeti nikakva ošte$enja. U zavisnosti od, na takav nain procenjenih mogu$ih ošte$enja, mogu se doneti odluke i o obimu potrebnih intervencija na predmetnom objektu.
148
OBJEKTI KOJI SU PRETRPELI ZEMLJOTRES Ve$ina danas aktivnih gra#evinskih inženjera - konstruktera su se u svojoj praksi susrela sa posledicama dejstva zemljotresa. Da spomenemo samo neke od zemljotresa koji su nas pogodili u poslednjih pedesetak godina: Skoplje, Banja Luka, Crna Gora, Kopaonik, Mionica, Kraljevo. Bilo je u tih pola veka i bombardovanja, poplava, klizišta i drugih elementarnih nepogoda koje su zahtevale naknadne intervencije i popravke na objektima. Pojavila se ak i polušaljiva izjava da je zemljotres najbolji revident i gra#evinski inspektor, odnosno u sluaju zemljotresa se uvek pokažu sve greške i propusti na nekom objektu, poevši od projektovanja, preko gra#enja pa do održavanja. Naravno, uvek se posle zemljotresa ili drugih incidentnih doga#aja pristupa sanaciji objekata. U strunoj literaturi mogu se prona$i osnovni principi sanacije objekata ošte$enih zemljotresom, kao i mnogobrojni primeri izvedenih sanacija. Pored toga, u svetskim okvirima postoji i vrlo obimna regulativa koja se bavi problematikom sanacija objekata ošte$enih zemljotresima. U našoj zemlji je 1985. godine donet "Pravilnik o tehnikim normativima za sanaciju, ojaanje i rekonstrukciju objekata visokogradnje ošte$enih zemljotresom i za rekonstrukciju i revitalizaciju objekata visokogradnje" [4], gde su navedeni postupci za sanaciju armiranobetonskih i zidanih konstrukcija, kao i za sanaciju temeljnih konstrukcija. Osnovni zahtev naveden u lanu 2. navedenog Pravilnika je na istoj liniji kao odredba sadržana u lanu 2. napred ve$ pomenutog "Pravilnika o tehnikim normativima za izgradnju objekata visokogradnje u seizmikim podru jima": sanacija i ojaanje objekata u seizmikim podru jima izvodi se tako da zemljotresi najjaeg intenziteta mogu prouzrokovati ošte$enja nose$ih konstrukcija, ali ne i rušenja objekata. Na bazi poznavanja osnovnih principa projektovanja i ponašanja zgrada pri zemljotresima, uglavnom se može doneti pravilna odluka o tehnikim merama i metodama za sanaciju, odnosno za pove$anje seizmike otpornosti konkretnog objekta. Koje mere i metode $e biti primenjene, zavisi od konfiguracije konkretne zgrade, zavisi od vrste i kvaliteta materijala od kojeg je izgra#ena, stepena ošte$enja, kao i od nivoa seizmike otpornosti koji treba posti$i. Pri ovome konana odluka o nainu sanacije, odnosno ojaanja, uvek treba da bude zasnovana na odgovaraju$im proraunima, kao i na podacima snimljenim na licu mesta. Ovde se napominje da je obavezno sagledati i ekonomsku opravdanost sanacije, odnosno proceniti sredstva i vreme neophodno za sanaciju i uporediti ih sa varijantom izgradnje novog objekta. U svakom sluaju, pred inženjerima u sluaju otklanjanja posledica zemljotresa ili kavih drugih incidentnih situacija, uvek stoji ozbiljan i odgovoran zadatak, gde treba donositi ni malo lake inženjerske odluke. Iskustva iz ranijih zemljotresa pokazuju da najve$a ošte$enja nastaju na zidanim objektima. Pri tome se na takvim objektima, gra#enim u novije vreme, u principu dešavaju znatno manja ošte$enja nego na "starijim" objektima. Na objektima gra#enim u novije vreme, do pojave visokog stepena ošte$enja odnosno do sluaja da
149
su objekti pretrpeli potpuni kolaps, ili da su zbog visokog stepena ošte$enja postali nebezbedni za upotrebu, dolazi relativno retko. To se dešava uglavnom u sluajevima kada su potpuno ignorisana osnovna pravila graditeljske struke i gde je kvalitet upotrebljenih matrijala daleko ispod prihvatljivih granica. "Pravilnik o tehnikim normativima za sanaciju, ojaanje i rekonstrukciju objekata visokogradnje ošte$enih zemljotresom i za rekonstrukciju i revitalizaciju objekata visokogradnje" [4] sadrži poglavlja o sanaciji armiranobetonskih, zidanih i temeljnih konstrukcija. Za svaki tip konstrukcije su navedeni osnovni principi sanacije s tim da je najve$a pažnja ipak posve$ena sanaciji zidanih konstrukcija. Tako se, pored ostalog, propisuje da se sanacija i ojaanje zidanih konstrukcija vrši: 1) - ojaanjem i sanacijom postoje$eg nose$eg sistema; 2) - ojaanjem sa prezi#ivanjem pojedinih zidova u sistemu konstrukcije; 3) - uvo#enjem novih zidova u osnovni sistem konstrukcije; 4) - povezivanjem konstrukcije zidova u nivou me#uspratnih konstrukcija. Pored navedenih metoda i principa ojaanja - sanacije konstrukcija, danas se sve eš$e primenjuju i drugi naini i novi materijali za sanaciju: trake sa karbonskim vlaknima (FRP), visokovredni zavrtnjevi, kablovi za prethodno naprezanje itd. Prilikom sanacije objekata ošte$enih zemljotresom u Kraljevu primenjen ja nain ojaanja pod nazivom Sistem DC90, autora dr Zorana Petraškovi$a. Po ovoj metodi, pove$anje seizmike otpornosti, obezbe#enje nosivosti i kontrole pomeranjaduktilnosti zidanog zida na dejstvo horizontalnih sila u ravni zida se postiže primenom kosnika sa damperima. Kosnici se izvode od armaturnih šipki koje se spajaju zavarivanjem za ostale konstruktivne elemente vertikalnog ukru$enja (vertikalne i horizontalne). Pored toga, o bezbe#enje nosivosti i kontrole pomeranja-duktilnosti zidanog zida na dejstvo horizontalnih sila upravno na ravan zida, se postiže primenom vertikalnog prednaprezanja utegama na ivicama zida.
NEKI PRIMERI SANACIJE U daljem $e ukratko biti prikazani neki primeri konstrukcijske sanacije stambenih objekata ošte$enih zemljotresom [5]. Zajedniko za sve primere je to da su objekti gra#eni u periodu 1950.-1960. godina, dakle pre uvo#enja Pravilnika za projektovanje i gra#enje u seizmikim podru jima. Isto tako, zajedniko za sve objekte je to da su vertikalni elementi konstrukcije zidani zidovi bez vertikalnih serklaža, odnosno bez vertikalnih elemenata od armiranog betona. U primeru prikazanom na Slici 1. me#uspratne konstrukcije su sitnorebraste, izgra#ene od armiranog betona. Primenjena je metoda sanacije sa izradom obloga od armiranog betona na zidovima samo u jednom - poprenom pravcu (obloge su prikazane debljom linijom). Ovakav nain sanacije je primenjen zbog toga što se optere$enje od me#uspratnih konstrukcija prenosi samo na podužne zidove, koji su 150
neznatno ošte$eni, a zidovi u poprenom pravcu su praktino neoptere$eni i pretrpeli su znaajna optere$enja. Dakle, prilikom projektovanja i gra#enja, u ovom sluaju nije ispoštovan princip: "Obavezno obezbediti da se gravitaciono optere$enje prenosi ravnomerno na vertikalne elemente konstrukcije, vode$i rauna o nivou optere$enja".
e j i r t e m i s a s o
Slika 1. Sanacija objekta primenom armiranobetonskih obloga samo u jednom pravcu
Na slici 2. je prikazan primer gde je izvršeno ojaanje zidova u oba pravca. I u ovom sluaju su me#uspratne tavanice sitnorebraste, od armiranog betona. Ošte$enja
Slika 2. Sanacija objekta primenom armiranobetonskih obloga u dva pravca
151
na objektu su se pojavila praktino na svim zidovima. Oigledno je da u ovom sluaju nije bilo dovoljno vertikalnih elemenata za prijem uticaja od dejstva zemljotresa. Ojaanja su predvi#ena u vidu obloga od armiranog betona a postavljena su samo na spoljnim, fasadnim zidovima. Na ovaj nain je poboljšana prostorna krutost objekta a nije bilo neophodno iseljevanje korisnika stanova. U primeru na slici 3. me#uspratne tavanice su sitnorebraste a jedna tavanica (konkretno iznad drugog sprata) je bila drvena. Po obimu zgrade postoje horizontalni serklaži. Potkrovlje na zgradi je pretvoreno u stambeni prostor. Ošte$enja, koja su se pojavila usled zemljotresa, su bila najviše izražena upravo na zidovima drugog sprata i na nivou potkrovlja. U prvom trenutku, odmah posle zemljotresa, sanirana je krovna konstrukcija. Radi ukru$enja tavanice predvi#ena je izrada sprega od ukrštenih elinih elemenata, smeštenih ispod plafona drugog sprata. U ovom sluaju prilikom projektovanja i gra#enja, oigledno nije ispoštovan princip: "Me#uspratne konstrukcije se projektuju tako da predstavljaju krute horizontalne dijafragme, sposobne da prenesu seizmike uticaje na vertikalne elemente konstrukcije". Naravno,
e j i r t e m i s a s o
Slika 3. Sanacija me#uspratne tavanice izradom sprega od elinih dijagonala
daleko efikasniji nain sanacije - ojaanja u ovakvom sluaju bi bio izrada klasine "krute" tavanice u vidu armiranobetonske ploe ili tavanice od "fert" gredica. U konkretnom sluaju, to bi znailo da se stanari moraju iseliti, da se mora ukloniti dobar deo prethodno obnovljene krovne konstrukcije a postavio bi se i problem pove$anja ukupne mase, odnosno potreba za ojaanjem temelja. Konana, inženjerska odluka, je ipak prevagnula, primenjen je prikazani nain sanacije.
152
ZAKLJU%AK Kao što je uvodu navedeno, pojam seizmika otpornost je veoma širok, višeznaan i nije ga jednostavno definisati. Iako ovaj rad nema ambiciju da bude originalan i sveobuhvatan, ipak se mogu doneti odgovaraju$i korisni zakljuci, ak i po cenu da su opšte poznati: 1. Prilikom projektovanja i izgradnje novih objekata obavezno je poštovati osnovne principe, pravila, strunu literaturu i iskustva. S obzirom da se u bliskoj budu$nosti oekuje uvo#enje u primenu novih propisa Evrokod (EC8), mora se posvetiti posebna pažnja i edukovanju inženjera-konstruktera i to ne samo na fakultetima nego i u praksi. 2. Seizmika otpornost postoje$ih objekata se mora ocenjivati na osnovu sagledavanja i analize postoje$eg konstrukcijskog sistema i stanja objekta. Ako se pokaže da postoje$i objekat nije pravilno konstruisan ili izveden, trebalo bi predvideti ojaanje tog objekta, bez obzira na odredbe Pravilnika i bez obzira na to da li se na njemu planiraju bilo kakve intervencije. 3. Prilikom odluivanja o stabilnosti i upotrebljivosti objekta ošte$enog zemljotresom, odnosno u fazi odre#ivanja kategorije njegovih ošte$enja, veoma je važno sagledati konstrukcijski sistem objekta i konstatovati stepen ošte$enja upravo vitalnih nose$ih elemenata konstrukcije. 4. Nain sanacije objekata ošte$enih zemljotresom treba, pre svega, uskladiti sa odgovaraju$im Pravilnikom. Me#utim, nikad se ne sme zanemariti injenica, izme#u ostalog navedena i u ovom radu, da konana odluka o nainu sanacije treba da bude zasnovana na odgovaraju$im proraunima, konkretnoj situaciji i inženjerskoj odluci. Pri tome, treba težiti da radovi na sanaciji i ojaanju, u najmanjoj mogu$oj meri ometaju normalan život i funkcionisanje vlasnika objekta.
LITERATURA [1] [2] [3] [4] [5]
Pravilnik o tehnikim normativima za izgradnju objekata visokogradnje u seizmikim podru jima (Sl. list SFRJ 31/81, 48/82, 29/83, 21/88, 52/90) Alendar, V. Projektovanje seizmiki otpornih armiranobetonskih konstrukcija kroz primere, imksus.grf.bg.ac.rs/nastava/beton/projektovanje i gradjenje betonskih konstrukcija 2/valendar A$i$, M., A$i$, V.: Procena štete na zgradama od zemljotresa oekivanog intenziteta, Savremeno graditeljstvo, nauno-struni asopis za graditeljstvo Republike Srpske, broj 07 - 2011. god Pravilnik o tehnikim normativima za sanaciju, ojaanje i rekonstrukciju objekata visokogradnje ošte$enih zemljotresom i za rekonstrukciju i revitalizaciju objekata visokogradnje (Sl. list SFRJ 52/85) Ostoji$, D., Stevanovi$, B., Muravljov, M.: Zemljotresna ošte$enja i primenjeni postupci sanacije i ojaanja nadogra#enih stambenih zidanih zgrada u Kraljevu, Savremeno graditeljstvo, nauno-struni asopis za graditeljstvo Republike Srpske, broj 07 - 2011. god
153
154
Prof. dr Boško Stevanovi$, dipl.inž.gra#.1
STRU' NI RAD UDK:
NEKI SPECIFI%NI PRIMERI SANACIJE OBJEKATA REZIME Sanacija objekata, generalno, podrazumeva veoma opsežne radnje koje za rezultat treba da imaju sanirani objekat odgovaraju$e funkcije, u kojoj je bio i pre sanacije. U radu je dat opis osnovnih uzroka koji dovode do potrebe za sanacijama gra#evinskih objekata, aktivnosti koje treba preduzeti pre izrade projekta sanacije, kao i opis osnovnih elemenata koje treba da sadrži projekat sanacije. Na kraju rada dati su neki specifini primeri sanacije objekata.
Klju(ne re(i: sanacija, gra#evinski objekti, projekat sanacije.
SOME SPECIFIC EXAMPLES OF BUILDING REHABILITATION SUMMARY Rehabilitation of buildings generally involves very extensive actions that should result in rehabilitated object of corresponding function, the one it had before the repair. This paper presents the underlying causes that lead to the need for rehabilitation of building structures, also the activities to be undertaken prior to creating the rehabilitation project, and a description of the basic elements that should be included in the rehabilitation project. At the closing part of the paper are given some specific examples of building rehabilitation.
Key words: rehabilitation, building structure, rehabilitation project.
1
Univerzitet u Beogradu Gra#evinski fakultet, Bulevar kralja Aleksandra 73, Beograd
155
UVOD Sanacija objekata, generalno, podrazumeva veoma opsežne radnje koje treba da za rezultat imaju krajnji ishod, odnosno sanirani objekat koji$e posle sanacije biti u odgovaraju$oj funkciji u kojoj je bio i pre sanacija. Pri emu treba imati u vidu da sanacije mogu biti na objektima koji su u funkciji i koji i dalje ostaju u toj nameni funkciji. Me#utim, postoje i sanacije koje su potrebne iz razloga prenamene postoje$ih objekata, bilo kako bilo, generalno, radovi na sanaciji (rekonstrukciji) svih objekata mogu se podeliti na: A. “Reparaturne” sanacije - radi produženja upotrebljivosti i trajnosti objekta, a to podrazumeva manje intervencije lokalnog karaktera; B. “Konstrukcijske” sanacije - koje se odnose na sanacije koje utiu na nosivost i sigurnost konstrukcije. Uzroci koji dovode do potrebe za konstrukcijskim sanacijama, uglavnom su: 1. Greške pri projektovanju; 2. Greške pri gra#enju (izvo#enju) objekata; 3. Superpozicija grešaka pri projektovanju i izvo#enju; 4. Neadekvatna eksploatacija objekata; 5. Neadekvatna zaštita i održavanje; 6. Dejstva atmosferskih uticaja; 7. Dejstva razliitih agresivnih agenasa; 8. Incidentna dejstava. KONSTRUKCIJSKE SANACIJE Pod pojmom “Konstrukcijske sanacije” se naješ$e ubrajaju razliiti vidovi ojaavanja konstrukcija. Ove sanacije se preduzimaju u situacijama kada je stanje odre#ene konstrukcije takvo da u prvom redu nije zadovoljena njena nosivost i sigurnost. U takvim sluajevima se mora preduzeti sanacija koja $e omogu$iti da se obezbedi propisana nosivost date konstrukcije. Konstrukcijske sanacije, bez obzira na uzroke, podrazumevaju da se odre#ena konstrukcija, kod koje nije u svim presecima bio zadovoljen uslov: Sd ) Rd, odre#enim postupcima sanacije dovede na nivo zadovoljavanja gornjeg uslova u svim elementima konstrukcije. U prethodnom izrazu je: Sd - proraunska vrednost uticaja u elementu od spoljašnjih optere$enja (dejstava), Rd - proraunska vrednost nosivosti elementa. Generalno, svaka konstrukcijska sanacija obavezno treba da se izvodi na bazi posebne tehnike dokumentacije - Glavnog projekta sanacije koji, u opštem sluaju, mora da bude zasnovan na ulaznim podacima - podlogama, kao što su: 156
Projektni zadatak, – Projekat postoje$e konstrukcije, – Izveštaj o pregledu i proceni stanja konstrukcije, – Geotehnike podloge (eventualno - zavisno od vrste konstrukcije i prirode njenih ošte$enja), – Geodetski snimak konstrukcije (eventualno), – Ostale podloge (odnosi se naješ$e na sluajeve kada se konstrukcija, osim sanacije, iz funkcionalnih ili iz razloga vezanih za izmenjene eksploatacione uslove, još i preure#uje). Pre izrade projekta sanacije treba uraditi Izveštaj o pregledu i proceni stanja konstrukcije, koji u opštem sluaju treba da sadrži: – obim, intenzitet i uzroke nastalih ošte$enja, – ispitivanje mehanikih karakteristika materijala od kojih je konstrukcija izra#ena, – snimak izvedene geometrije elemenata konstrukcije, – stanje i stepen ošte$enja elemenata konstrukcije, – tehniki snimak svih ošte$enja konstrukcije, ukljuuju$i i njihovu klasifikaciju i kvantifikaciju, – stanje deformacija konstrukcije (ugibi, pomeranja oslonakih taaka i dr.), – generalni zakljuak o stanju konstrukcije, – predlog naina sanacije. U sluaju kada ne postoji projekat postoje$e konstrukcije, potrebno je izvršiti: – detaljno snimanje geometrije postoje$ih elemenata konstrukcije, – “štemovanje” – otkrivanje armature radi utvr #ivanja broja i prenika, – izradu istražnih jama za utvr #ivanje dimenzija i kote fundiranja temelja. Posle izrade Izveštaja o pregledu i proceni stanja konstrukcije sledi izrada Projekta sanacije, koji treba da sadrži: – sve neophodne tekstualne priloge (tehniki izveštaj, tehnike uslove za izvo#enje radova, tehnike specifikacije za materijale, predmer i predraun radova i dr.), – raunske priloge (proraun konstrukcije kao celine, proraun pojedinih detalja i dr.) – grafike priloge (dispozicioni crteži, planovi oplate, armature, detalji za izvo#enje i dr.) Izrada Projekta konstrukcijske sanacije je daleko složenijI problem od izrade Projekta nove konstrukcije, jer zahteva: – Vrlo solidno poznavanje ve$eg broja konstrukcijskih disciplina (opšta teorija konstrukcija, armirnobetonske, prednapregnute, eline, drvene konstrukcije i dr.), – Visok stepen znanja iz oblasti gra#evinskih materijala i tehnologije gra#enja (specifini materijali i specijalne tehnologije i posebni tehnološki postupci). U okviru projekta sanacije i njegove realizacije, naroito je važno pravilno koncipiranje i izvo#enje pojedinih konstrukcijskih detalja. –
157
Pre pristupanja izradi projekata konstrukcijskih sanacija, potrebno je dobro upoznati originalnu projektnu dokumentaciju, a naroito pažljivo prouiti proraunski deo te dokumentacije, odnosno treba što preciznije odrediti proraunska naponsko deformaciona stanja koja prethode sanacionoj intervenciji. 'esto se dešava da je potrebno uraditi ponovni statiki proraun sa realno utvr #enim optere$enjima, kako bi se odredili potrebni statiki uticaji u postoje$oj konstrukciji.
NEKI SPECIFI%NI PRIMERI SANACIJE GRA EVINSKIH OBJEKATA SPOMENIK NEZNANOM JUNAKU NA AVALI
Opis objekta i ošte"enja Spomenik predstavlja kompleks koji formiran od nekoliko posebnih objekata (mauzolej i pripadaju$i plato, prilazne staze i kružni plato), (slika 1), a koji u memorijalnom i arhitektonsko-gra#evinskom smislu ine odre#enu celinu. Radi se, uproš$eno uzevši, o celini linearne uzlazno-silazne forme sa pravcem pružanja severozapad-jugoistok, koja se na svojim krajevima "oslanja" na kružni put koji opasuje vrh Avale, pri emu je na maksimalnoj koti kompleksa postavljen Mauzolej sa grobnicom Neznanog junaka. Tokom proteklog vremena, a kompleks je završen u vremenu 1937/1938 god., došlo je do pojave odre#enih ošte$enja praktino svih delova - objekata u sklopu kompleksa, pri emu su prisutna ošte$enja bila uslovljena vrlo razliitim faktorima. Re o ošte$enjima koja su, s obzirom na znaaj i istorijsko-umetniku vrednost spomenika, zahtevala hitno izvo#enje odre#enih gra#evinskih sanacionih radova, kao i preduzimanje niza konzervatorsko-restauratorskih intervencija. U okviru projekta sanacije ura#ena je statika sanacija i rekonstrukcija Spomenika, pri emu je taj projekat sastavljen iz dva posebna dela: 1. Tehnika dokumentacija za mauzolej i pripadaju$i plato, 2. Tehnika dokumentacija za prilazne staze i kružni plato. U ovom radu obra#ena je samo problematika vezana za statiku sanaciju Mauzoleja. Mauzolej sa grobnicom Neznanog junaka kompletno je izra#en od jablanikog gabra, pri emu je on postavljen na samom vrhu Avale, na stepenasto oblikovanom postamentu. Re je o postamentu izvedenom od masivnih, precizno obra#enih kamenih blokova, sa ispoliranim vidnim (horizontalnim i vertikalnim) površinama. Prema raspoloživim podacima, blokovi su postavljani preko tako#e stepenasto oblikovanih betonskih temelja, pri emu su vertikalni me#uprostori na spoju betonskih i grubo obra#enih površina kamenih blokova ispunjeni betonom, a vertikalne spojnice izme#u blokova (otvori 1-2mm), kao i horizontalne na vezama kamen-beton, 158
cementnim mlekom, odnosno cementnim malterom. Pored toga, u okviru nekih vertikalnih spojnica postoje i trake od olova "umetnute" u nepoznato vreme najverovatnije kao sanaciona intervencija nakon višegodišnjeg trajanja mauzoleja. Nedostaci i ošte$enja koja je trebalo eliminisati kroz izvo#enje gra#evinskih sanacionih radova su spojnice izme#u kamenih blokova kod kojih je došlo do odre#enog "otvaranja", a usled ispiranja sastojaka cementnog mleka i maltera, kao i do korozije metalnih kajlova primenjenih pri montaži blokova, a i docnije. Pojava o kojoj re nesumnjivo je uslovljena višegodišnjim delovanjem temperaturnih promena, usled kojih je došlo do razaranja ispune u spojnicama, a docnije i do ve$ navedenog ispiranja pod dejstvom atmosferilija. Na taj nain znaajan broj spojnica je u velikoj meri ostao "otvoren", sa mogu$noš$u dodatnog ispunjavanja prašinom i drugim neisto$ama (humus, mahovine, delovi liš$a), zahvaljuju$i emu je na nekim od spojnica došlo i do raš$enja biljaka. U opisanim uslovima u okviru "otvorenih" ili samo delimino isunjenih spojnica svakako je dolazilo do zadržavanja vode, koja je zimskim uslovima prelazila u led, a to je, s obzirom da je re o dugogodišnjem delovanju, dovodilo do pojave pomeranja pojedinih blokova u horizontalnoj ravni i do daljeg otvaranja spojnica. Na taj nain, neke od spojnica su se vremenom toliko proširile, da se danas, posebno u ugaonim zonama stepenasto postavljenih blokova, zapažaju horizontalna pomeranja blokova i reda veliine 2-3cm (slika 2).
Slika 1. Kompleks Spomenika sa Mauzolejom na vrhu Avale
159
Slika 2. Detalj horizontalnih pomeranja blokova u postamentu Mauzoleja
sa "otvorenim" spojnicama
Sanacione intervencije Sanacionim radovima na Mauzoleju predvi#ena je, u prvom redu, sanacija "otvorenih" ili samo delimino ispunjenih spojnica izme#u kamenih blokova u postamentu, a tako#e i eliminacija prisutnih pomeranja pojedinih blokova, posebno ugaonih, gde su zapažena pomeranja u horizontalnoj ravni i reda veliine 2-3cm. U vezi sa tim zauzet je stav da se inerveniše samo na mestima gde su predmetna pomeranja ve$a od 3mm, pa s obzirom na stanje na licu mesta, odre#ene intervencije su bile potrebne na najviše tri bloka na pojedinim "stepenicima" postamenta raunato od uglova, gde su ugra#eni "veliki" blokovi dimenzija 190x190x95cm (95 cm je visina bloka). Što se pak tie ostalih blokova - "malih" - koji su postavljeni pored navedih ugaonih blokova, oni imaju dimenzije 190x110x95cm. S obzirom da je re o blokovima od gabra, usvojeno je da "veliki" blokovi imaju mase 9,6t (težina 96kN), a "mali" mase od 5,6t (težina 56kN). Projektom je predvi#ena intervencija na ukupno 10 blokova - što "velikih", što "malih". Prema napred reenom, da bi se izvršilo pomeranje blokova radi njihovog vra$anja u prvobitno stanje bilo je neophodno je da se na spoljašnje površine blokova, u takama koje su nešto niže od njihovih težišta, deluje horizontalnim silama koje $e po intenzitetu biti približno jednake njihovim težinama. Pošlo se od pretpostavke da je koeficijent trenja izme#u bloka i njegove podloge jednak cca 1,0. Pri ovome se podrazumevalo da $e prethodno biti oiš$ene sve vertikalne spojnice izme#u bloka na
160
kome se intreveniše horizontalnom silom i susednih blokova, pri emu se to posebno odnosi na spojnicu koja je upravna na pravac delovanja horizontalne sile. Predvi#eno je da se izvlaenje rastrešenog materijala i uklanjanje postoje$ih cementnih ispuna u spojnicama izvodi posebno nainjenim alatkama od elika koje $e mo$i da se apliciraju u rasponu od najuže do najšire spojnice. Pored toga, predvi#ena je i primena kompresora (izduvavanje pod pritiskom), industrijskih usisivaa i tzv. "vodenih topova", ije $e dizne biti prilago#ene širinama spojnica. Za finalno fino iš$enje površina spojnica primenjuje se postupak pranja vodom pod pritiskom. Kao što je ve$ se reeno, radi vra$anja pomerenih blokova u prvobitno stanje, na spoljašnje površine blokova, u takama koje su nešto niže od njihovih težišta, predvi#eno je delovanje odgovaraju$ih horizontalnih sila. U vezi sa tim, na odre#enoj "stepenici" Mauzoleja predvi#ena je primena deliminog opasivanje postamenta užetom za prednaprezanje 315,2mm koje može da se zategne silom od 174kN. Me#utim, u konkretnom sluaju nije se išlo na puno iskoriš$enje sile, ve$ samo do maksimalne sile od 150kN, koja $e biti aplicirana putem odgovaraju$e monoprese sistema prednaprezanja SPB - IMS. Pri ovome data sila prednaprezanja $e biti uneta u središnji deo sistema kablova koji opasuju postament, a koji se sastoji od dva pravolinijska bona kabla i središnjeg dela u vidu jednog kabla sa dvostruko "izlomljenom" trasom (slika 3). Trasa o kojoj je re, pak, dobi$e se primenom dva distancera eline konstrukcije postavljena simetrino - tano na onim mestima gde treba proizvesti horizontalnu silu koja $e izvršiti potrebno pomeranje konkretnog bloka.
Slika 3. Dispozicija kablova za prednaprezanje
161
Na uglovima postamenta predvi#eno je postavljanje odgovaraju$ih distancera i ugaonih "G" elemenata (slika 4). "G" elementi su tako koncipirani da se oni, uz koriš$enje odgovaraju$ih umetaka, mogu primeniti za pomeranje svih aktuelnih blokova u sklopu postamenta - prvog, drugog i tre$eg - raunato od ugla postamenta. Dimenzije svih elinih elemenata dobijene na bazi odgovaraju$eg Statikog prorauna. Nakon završetka radova na vra$anju blokova u prethodno stanje, predvi#eno je da sve spojnice, kako vertikalne tako i horizontalne, budu trajno zapunjene odgovaraju$om masom na bazi cementa. Preporueno je da se to izvede postupkom injektiranja, pri emu injekciona masa po svojim svojstvima treba da odgovara masi za injektiranje kablova za prednaprezanje. DETALJ «A1»
DETALJ «A»
sve mere su u cm
sve mere su u cm 5
KAMENI BLOK
5
KAMENI BLOK
10
10
20 Rupa za kabl 15,2mm
3 1
DRVENI PODMETA$
3 5 1 5 3
0 1
5
5
L 100x50x6
][200
0 2
Rupa za kabl 15,2mm
0 1
$ELI$NI «&» 'LEMENT
13
DETALJ «B» sve mere su u cm
10
60
DETALJ «A2» sve mere su u cm
KAMENI BLOK
5
drveni podmeta
10
KAMENI BLOK
20 Rupa za kabl 15,2mm Podmetac sa rupom
3 1
70
0 1
5 3
0 1
L 100x50x6 Rupa za kabl 15,2mm
0 1
prevojnik
13
Slika 4. Detalji oslonaca kablova za prednaprezanje
162
5
][200
0 2
5 1
60
10
ZIDANI DIMNJAK BLOKA 100 MW TEKO A U KOSTOLCU
Opis dimnjaka i ošte"enja Predmetni dimnjak (slika 5) predstavlja konstrukciju iji se zidani deo, u visinskom pogledu pruža od kote 16,0 do kote 105,0m. Taj deo dimnjaka, zidan radijalnom opekom u produžnom dimnjakom malteru, ima zidove promenljive debljine - od 77cm u donjem delu do 25cm u vršnom delu. Na samom vrhu dimnjaka izveden je armiranobetonski prsten (serklaž) koji je zašti$en "kapom" od livenog gvož#a. Radi smanjenja nepovoljnih naprezanja usled temperaturnih uticaja, po visini dimnjaka su u proširenim spojnicama tako#e formirani skriveni armiranobetonski prstenovi - serklaži. Iz istih razloga, po visini dimnjaka su izvedeni i uobiajeni spoljašnji elini prstenovi-obrui. Ispod zidane konstrukcije dimnjaka, ispod kote 16,0m, izvedena je armiranobetonska konstrukcija dimnjaka. U ovom delu dimnjaka predvi#ena su i dva otvora za prikljuak - ulaz dimnih gasova, kao i otvor za ulaz u donji deo dimnjaka ispod levka za prihvatanje pepela. Levak je projektovan kao levak sa dva otvora za evakuaciju pepela.
Slika 5. Zidani dimnjak u Kostolcu visine 105m
163
Da bi se smanjili temperaturni uticaji na stablo - nose$u konstrukciju dimnjaka, u zonama ve$ih debljina zidova, a u unutrašnjosti dimnjaka do kote 60,0m, izvedena je tzv. hilzna - unutrašnja obloga - tako#e od radijalnih opeka u produžnom dimnjakom malteru; ova obloga se ne "naslanja" na stablo dimnjaka, ve$ izme#u nje i stabla uvek postoji izvestan vazdušni sloj. Da bi se spreio sudar dimnih gasova pri njihovom ulazu u dimnjaku cev preko prikljuaka, u donjem betonskom delu dimnjaka postoji pregradni zid koji se visinski pruža od ispustnih otvora levka do iznad gornjih ivica otvora prikljuaka. Gornja kota ovog zida je 14,0m, a radi obezbe#anja njegove stabilnosti, on je povezan sa hilznom po celoj visini. Ovaj zid debljine 38cm od opeke izveden je u produžnom dimnjakom malteru. Fundiranje dimnjaka izvedeno je na kružnoj betonskoj ploi prenika 20m, sa kotom dna temelja -5,50m. Na dimnjaku je do sada vršeno nekoliko sanacionih intervencija. Me#utim, te intervencije su bile relativno neuspešne, što se prevashodno odnosi na deo dimnjaka iznad kote 60,0m - deo izveden bez hilzne. Na ovom delu dimnjaka, gde su debljine stabla 25, 30 i 35cm, unutrašnje površine opeka su bile razorene po dubini i cca 15cm (slika 6), pa je zbog toga u tom delu dimnjaka 2006. i 2009. godine izvršena parcijalna sanacija koja se sastojala od uklanjanja raspadnutih zona opeke, ispiranja vodom i nanošenja preko prethodno postavljene rabic mreže izvesne malterske obloge (slike 7 i 8). To, u datom momentu jedino mogu$e rešenje, pokazalo se, me#utim, kao kratkorono, jer je ve$ pri prvom prekidu rada dimnjaka (pri hla#enju) došlo do odvajanja predmetnog malterskog sloja od zidane strukture. Na taj nain u poprenim presecima zidanog stabla dimnjaka opet je došlo do pojave razliitih debljina stabla, odnosno do asimetrinosti poprenih preseka.
Slika 6. Razorene površine opeka u unutrašnjosti dimnjaka
Osim asimetrinih poprenih preseka koji su dobijeni kada su se opet "otkrile" opeke u sklopu debljine stabla, i danas razorenog do dubina od preko cca 15cm, u okviru debljine stabla sigurno je u izvesnoj meri prisutan i fenomen smanjene nosivosti "otkrivenih", odnosno ošte$enih opeka. Naime, u datom sluaju se sa 164
velikom sigurnošu može tvrditi da nosivost opeka u okviru debljina zidova stabla opada od spolja ka unutra. Sve reeno u principu može da dovede do uobiajene pojave naginjanja vrha dimnjaka usled "gnjeenja" materijala u oslabljenim presecima.
Slika 7. Prethodne sanacija razorenih površina u unutrašnjosti dimnjaka
S obzirom na opisanu situaciju vezanu za smanjene debljine stabla dimnjaka, skriveni armiranobetonski serklaži u okviru zidova tako#e su danas u velikoj meri "otkriveni" i kao takvi izloženi velikim termikim uticajima i odgovaraju$im deformacijama. Usled pove$anja njihovog obima, oni sasvim sigurno vrše pritisak na deo zida iza njih, ime se na neki nain formira ravan smicanja koja po kojoj je mogu$ lom stabla dimnjaka.
Slika 8. Izgled prethodno saniranih unutrašnjih površina
Prema raspoloživoj dokumentaciji prilikom sanacionih intervencija u ranijim periodima vršeno je i injektiranje pukotina na spoljašnjim površinama dimnjaka. U stvari, u konkretnom sluaju se nije radilo o injektiranju u pravom smislu rei, ve$ o zaptivanju pukotina koje se izvodilo relativno plitkim utiskivanjem odgovaraju$eg maltera na bazi cementa u prethodno oiš$ene pukotine (radilo se o "iš$enju" u
165
smislu produbljavanja pukotina, pošto su se one u najve$em broju sluajeva ispoljavale duž spojnica izme#u opeka (slika 9).
Slika 9. Nesanirane i sanirane pukotine na spoljnim površinama dimnjaka
Ovde se napominje da se sve napred reeno prevashodno odnosi deo dimnjaka iznad kote 60,0m. Što se pak tie dela ispod te kote, u okviru koga postoji hilzna, on je u vreme pregleda o kojima je re uvek bio u znatno boljem stanju; na hilzni su registrovana samo manja lokalna ošte$enja i pukotine - bez odvaljivanja i ispadanja komada opeka.
Slika 10. Pukotine na vršnom delu dimnjaka registrovane prilikom pregleda dimnjaka izvršenog u maju mesecu 2012. godine
166
Prilikom pregleda spoljašnjih površina dimnjaka koji je izvršen u maju mesecu 2012. godine, na tim površinama, a posebno u vršnom delu dimnjaka, uoene su pukotine za koje se može smatrati da su novijeg datuma u odnosu na one koje su registrovane prilikom ranijih pregleda (slika 10). Saglasno prethodno navedenom, nainjen je program odre#ivanja stvarnih debljina zida dimnjaka putem va#enja kernova i bušenjem rupa, u okviru koga je definisan predlog mesta ispitivanja na dimnjaku prikazan na slici 11. Kernovi nominalnih prenika 100mm, saglasno mestima predvi#enim za ispitivanje koja su prikazana na slici 11, izva#eni su iz dimnjaka od strane firme "Gleer" d.o.o. i dostavljeni Gra#evinskom fakultetu na obradu i ispitivanje. Na osnovu analize dostavljenih uzoraka kernova proizilazi zakljuak da na pojedinim mestima postoje znaajna ošte$enja stabla dimnjaka iznad kote 60,00 iznad nivoa gde u okviru dimnjake cevi ne postoji hilzna, na nekim mestima je izmerena debljina ozida za oko 10cm manja od projektom predvi#ene debljine. Vrlo znaajne razlike u debljinama ozida postoje i ispod kote 60,00, gde su izmerene debljine ozida 20-25cm manje od projektom predvi#enih. Na osnovu analize svih nalaza došlo se do zakljuka da treba izvršiti sanaciju dva osnovna nedostatka vezana za današnje stanje dimnjaka: 1. Ojaanje plašta dimnjaka (dimnjake cevi) s obzirom na potrebu ispunjenja uslova nosivosti i sigurnosti konstrukcije u odnosu na delovanje seizmikih sila; 2. Ojaanje zidane konstrukcije – plašta dimnjaka u vršnom delu, gde su vrlo znaajna ošte$enja zida dimnjaka. U sluaju 1. predvi#eno je da se celom visinom, a sa spoljne strane dimnjaka, izvedu ojaanja u vidu armiranobetonske konstrukcije "prislonjene" uz dimnjak, koja se sastoji od 8 stubova ravnomerno raspore#enih po osnovi (oni zapoinju od temeljne konstrukcije) i od 14 horizontalnih prstenastih ojaanja-serklaža - ravnomerno raspore#enih po visini dimnjaka (slika 12). Ovi armiranobetonski elementi su spregnuti sa zidanom konstrukcijom dimnjaka putem odgovaraju$ih ankera, pa se na taj nain dimnjak osposobljava da prihvati seizmika optere$enja koja odgovaraju VIII stepenu seizmikog intenziteta prema skali MCS. Intervencija pod 2. obuhvatia "ojaanje" plašta dimnjaka u zoni koja je izvedena bez tzv. hilzne - zaštitnog zida u unutrašnjosti dimnjaka koji štiti plašt od delovanja visokih temperatura dimnih gasova. Predvi#eno je da se to "ojaanje" izvede u vidu zida od pune fasadne opeke debljine 12cm, kojim $e se dimnjak obzidati sa spoljne strane, tako da tim zidom od kote 58,50m naviše budu ispunjena sva polja koja se dobijaju izme#u izvedenih armiranobetonskih stubova i horizontalnih prstenastih ojaanja-serklaža. "Obložni" zid o kome je re je spregnut sa postoje$im plaštom dimnjaka - dimnjakom cevi - putem ankera od ner #aju$eg elika.
167
MESTA ISPITIVANJA NA DIMNJAKU B
105,00 A1
B1
C1
A2
B2
A3
B3
A 5,50
C2 JEDNO MESTO ISPITIVANJA NA cca 40m2 JEDAN KERN »POKRIVA« cca 80m 2
C3
A4 C4
B4
C
B
C
60,00 B5 B6 B7
A5
A6
A7
C5 C6 C7
A 7,75
B8
B9
16,00
0,00
B10
A8
A9
A10
C8
C9
C
B C10
A 9,95 MESTO BUŠENJA BURGIJOM (kom. 24) - bušenje se vrši celom debljinom dimnjaka na tom mestu MESTO VA )ENJA KERNA PRE$NIKA 100mm (kom. 30) - kern se buši celom debljinom dimnjaka na tom mestu -
Slika 11. Mesta na dimnjaku na kojima su sprovedena ispitivanja debljie zida
. 168
Slika 12. Dispozicija novoprojektovanog stanja – horizontalni i vertikalni AB serklaži
169
VAROŠKA KAPIJA I ZIDOVI SMEDEREVSKE TVR &AVE Izgradnja Smederevske tvr #ave poela je 1428. god., po nalogu despota &ur #a Brankovi$a. U periodu od 1444. do 1453. god podignut je Veliki grad sa 19 kula ija je visina iznosila i preko 20 metara. U prvom svetskom ratu Tvr #ava je bila teško ošte$ena. Poslednje najve$e razaranje dogodilo se prilikom eksplozije municije 5. juna 1941. god., kada je potpuno uništena kula 15 i zidovi prema kulama 14 i 16. S obzirom na stanje na licu mesta (slike 13, 14, 15 i 16), u okviru projekta sanacije konstrukcije tretirani su slede$i radovi na delovima tvr #ave u sklopu sektora Varoške kapije: – sanacija kule 14, – kompletno izvo#enje nove kule 15, – izvo#enje novih delova, odnosno sanacija kule 16, – izvo#enje novog dela i sanacija zida-bedema izme#u kula 14 i 15, – izvo#enje novog zida-bedema izme#u kula 15 i 16. Glavni projekat sanacije i rekonstrukcije je obra#ivao neophodnu konstrukciju u sklopu radova na obnovi predmetnog dela Smederevske tvr #ave (kule 14,15,16 i zidovi izme#u njih), ali je izra#en i odgovaraju$i projekat arhitektonskokonzervatorskih radova (zidanje zidova od kamena i opeke, obrada vidnih površina ("lica"), izvo#enje zidanih lukova i svodova i dr.).
Slika 13. Izgled varoške kapije i zidova pored nje
Konstrukcije zidova-bedema u skopu sektora Varoške kapije, koji se u celini ili u delovima izvode kao novi, konstrukcije novih delova kule 16, kao i celokupna konstrukcija nove kule 15, predstavljaju armiranobetonske konstrukcije u vidu zidova i ploa izvedenih od betona MB 30 (slike 17 i 18). Ovi konstrukcijski elementi imaju debljine 15cm, pri emu zidovi o kojima je re imaju s mesta na mesto ukru$enja u vidu kontraforova ili poprenih zidova sa ili bez komunikacionih otvora. Projektovano je da nove kule i zidovi, za razliku od ostalih postoje$ih kula i zidova u sklopu
170
Smederevske tvr #ave, koji su u celini izvedeni od kamena i opeke sa ukupnim debljinama oko 4m, imaju "ošupljenu" (olakšanu) strukturu - odnosno obostrano izvedene armiranobetonske zidove sa spoljašnjim oblogama od kamena i opeke debljine 50cm. Ova ošupljena struktura odnosno prostori imaju me#usobnu komunikaciju i mogu da se koriste za odlaganje materijala, opreme, alata i drugo.
Slika 14. Izgled zidova pored varoške kapije 15
Slika 15. Izgled kula 16, 17, 18 pored varoške kapije
171
Slika 16. Izgled kula 14, 13, 12 Smederevske tvr #ave
Opisana armiranobetonska konstrukcija od zidova, kontraforova i ploa, koja u suštini obrazuje jednu prostornu autostabilnu ramovsku strukturu, omogu$ava da se gra#evinsko-konstrukcijski radovi na sektoru Varoške kapije 1 izvode praktino nezavisno, tj. pre predvi#enih arhitektonsko-konzervatorskih radova. To drugim reima znai da je mogu$e da se skoro u potpunosti završe svi tzv. grubi gra#evinski (betonski) radovi, pa da se tek nakon toga pristupi zidanju - obaganju izvedene armiranobetonske konstrukcije kamenom i opekom radi dobijanja konanog izgleda kula i zidova-bedema. Ovo $e biti mogu$e i stoga, što $e iz armiranobetonskih zidova biti ostavljeni (ispušteni) ankeri za vezu sa zidovima od kamena i opeke, tako da$e u konanom biti obezbe#ena monolitna veza beton - zidana kamena obloga.
Slika 17. Dispozicija novih zidova i kula – osnova i podužni presek
172
Slika 18. Dispozicija novih zidova i kula – popreni presek
Slika 19. Dispozicija novih zatega za ojaanje kule 14
Što se tie kule br. 14 koja na bonim stranama ima prisutne dve velike pukotine koje se po visini prostiru praktino od donjeg nivoa zida-bedema (kota 0,00) do samog vrha kule. Posmatrano u osnovi, te pukotine u potpunosti odvajaju
173
