Zbornik Radova 2013 Sanacija Gradjevinskih Objekata

Savetovanje SAVREMENI MATERIJALI I POSTUPCI SANACIJE GRAĐEVINSKIH OBJEKATA

Beograd 26. novembar 2013.

Savetovanje:

SAVREMENI MATERIJALI I POSTUPCI SANACIJE GRAĐEVINSKIH OBJEKATA

Izdavači:

Udruženje inženjera građevinarstva, geotehnike, arhitekture i urbanista "Izgradnja", Beograd, Kneza Miloša 7a/II i Univerzitet u Beogradu, Građevinski fakultet, Beograd, Bulevar kralja Aleksandra 73/I

Editori:

Prof. dr Mihailo Muravljov, dipl.inž.građ. Prof. dr Boško Stevanović, dipl.inž.građ.

Tehnička priprema:

Stoja Todorović - Saška

Štampa:

"ANAGRAM" d.o.o. – Zemun

Tiraž:

250 primeraka

CIP – Каталогизација у публикацији Народна библиотека Србије, Београд 624.059.2/.3(082) 69.059.2/.3(082) 691(082) САВЕТОВАЊЕ Савремени материјали и поступци санације грађевинских објеката (2013 ; Београд) Savetovanje Savremeni materijali i postupci sanacije građevinskih objekata, Beograd, 26. novembar 2013. / [organizatori] Udruženje Izgradnja [i] Univerzitet u Beogradu, Građevinski fakultet ; [editor Mihailo Muravljov, Boško Stevanović]. – Beograd : Udruženje inženjera građevinarstva, geotehnike, arhitekture i urbanista Izgradnja, 2013 (Zemun : Anagram).– [5], 174 str. : ilustr. ; 25 cm Tiraž 250. – Str. [5]: Predgovor / Mihailo Muravljov, Boško Stevanović. – Napomene uz tekst. – Bibliografija uz svaki rad. – Abstracts. ISBN 978-86-82307-21-1 1. Удружење Изградња (Београд) a) Грађевински објекти – Санација – Зборници b) Грађевински материјали – Коришћење – Зборници COBISS.SR-ID 202669068

SADRŽAJ Prof. dr Vlastimir Radonjanin, dipl.inž.građ. Prof. dr Mirjana Malešev, dipl.inž.građ. REPARATURNI MALTERI - PRIMENA U OKVIRU SANACIONIH RADOVA Stručni rad ...................................................................................................

1

Prof. dr Dragica Jevtić, dipl.inž.tehn. SPECIJALNI BETONI I MALTERI I NJIHOVA PRIMENA U SANACIJAMA Naučni rad ...................................................................................................

19

Prof. dr Mihailo Muravljov, dipl.inž.građ. PRAKTIČNA PRIMENA KARBONSKIH TRAKA I TKANINA ZA SANACIJU I OJAČANJE KONSTRUKCIJA Stručni rad ...................................................................................................

31

Mihailo Petrović, dipl.inž.građ. INJEKCIONE MASE I POSTUPCI INJEKTIRANJA KONSTRUKCIJSKIH ELEMENATA Stručni rad ...................................................................................................

55

Doc. Dušan Ignjatović, dipl.inž.arh. Doc. mr Nataša Ćuković Ignjatović, dipl.inž.arh. PRIMENA TERMOVIZIJSKOG SNIMANJA U PROCENI ENERGETSKE EFIKASNOSTI ZGRADA Pregledni rad ................................................................................................

63

Prof. dr Aleksandra Krstić-Furundžić, dipl.inž.arh., Tatjana Kostić, dipl.inž.arh., mr Marija Grujić, dipl.inž.arh. ENERGETSKI ASPEKT OBNOVE PREFABRIKOVANIH STAMBENIH OBJEKATA U BEOGRADU Naučni rad ...................................................................................................

81

Dr Nada Denić, dipl.inž.tehn., prof. dr Dragica Jevtić, dipl.inž.tehn. POSTUPCI ZA SANACIJU VLAGE U ZIDOVIMA Pregledni rad ................................................................................................

97

Dijana Mičev, dipl.inž.arh. PROBLEMATIKA SANACIJE KROVOVA Pregledni rad ................................................................................................

111

Prof. dr Radenko Pejović, dipl.inž.građ. PRIMERI SANACIJE BETONSKIH MOSTOVA Stručni rad ...................................................................................................

125

Drago Ostojić, dipl.inž.građ. POBOLJŠANJE SEIZMIČKE OTPORNOSTI OBJEKATA Stručni rad ...................................................................................................

145

Prof. dr Boško Stevanović, dipl.inž.građ. NEKI SPECIFIČNI PRIMERI SANACIJE OBJEKATA Stručni rad ...................................................................................................

155

PREDGOVOR Sanacija objekata podrazumeva veoma opsežne radnje koje za rezultat uvek imaju sanirani objekat, pri čemu se intervencije ove vrste najčešće izvode na objektima koji će nakon sanacije i dalje ostati u istoj funkciji; međutim, sanacione intervencije se ponekad vrše i iz razloga prenamene postojećih objekata. Tokom svog eksploatacionog veka praktično svi građevinski objekti su, u manjoj ili većoj meri, izloženi nepovoljnim uticajima, pri čemu to u velikom broju slučajeva dovodi do njihove degradacije u smislu funkcionalnosti i nosivosti. U takvim situacijama se neizbežno mora ići na različite sanacione radove, koji vrlo često podrazumevaju vrlo složene zahvate, a koji se, osim sa tehničko-tehnološkog aspekta, uvek moraju razmatrati i sa aspekta ekonomičnosti i trajnosti rešenja. Uzroci koji dovode do potrebe za sanacionim intervencijama mogu biti različite prirode, počevši od grešaka koje se mogu javiti pri projektovanju i izvođenju objekata, preko neadekvatne eksploatacije i održavanja, pa do različitih oštećenja usled atmosferskih i incidentnih dejstava. Izrada projekta sanacije, kao i samo izvođenje sanacionih intervencija, zahteva vrlo solidno poznavanje većeg broja konstrukcijskih disciplina (opšta teorija konstrukcija, armirnobetonske, prednapregnute, čelične, drvene konstrukcije i dr.), ali i visok stepen znanja iz oblasti građevinskih materijala i tehnologije građenja. U okviru projekta sanacije i njegove realizacije, naročito je važno pravilno koncipiranje i izvođenje pojedinih konstrukcijskih i drugih detalja. Za razliku od prošlih vremena, kada je za izvođenje sanacionih radova mogao da bude primenjivan samo relativno mali broj postupaka, a takođe i vrlo skroman asortiman adekvatnih materijala, u savremenoj praksi graditeljima stoji na raspolaganju izuzetno širok izbor savremenih materijala, a takođe i niz novih sanacionih tehnika koje su proistekle baš kao rezultat razvoja na području materijala. Sa materijalima i postupcima o kojima je ovde reč postoje već 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 GRAĐEVINSKIH OBJEKATA, koje je organizovano sa ciljem da se domaća stručna javnost upozna sa nekim dometima ostvarenim na području saniranja građevinskih objekata primenom savremenih materijala i sanacionih postupaka. Pored navedenog, Savetovanje će svakako dati i određen doprinos razvoju u oblasti materijala i tehnika sanacije građevinskih objekata. Prof. dr Mihailo Muravljov, dipl.inž.građ. Prof. dr Boško Stevanović, dipl.inž.građ.

Prof. dr Vlastimir Radonjanin1 Prof. dr Mirjana Malešev2

STRUČNI RAD UDK: 666.971 691.55.059.2/.3

693.6.059.2/.3

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 počeli da se razvijaju i primenjuju od sedamdesetih godina dvadesetog veka. U radu je data klasifikacija reparaturnih maltera, nabrojani su uslovi kvaliteta, opisane su tehnike ugrađivanja i navedene su moguće 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. Ključne reči: reparaturni malteri, beton, armatura, oštećenja, 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 2

Fakultet tehničkih nauka, Departman za građevinarstvo i geodeziju, Trg Dositeja Obradovi'a 6, Novi Sad Fakultet tehničkih nauka, Departman za građevinarstvo i geodeziju, Trg Dositeja Obradovi'a 6, Novi Sad

1

UVOD Betonske konstrukcije su u toku svog eksploatacionog veka izložene različitim agresivnim i destruktivnim uticajima, koji najčešće izazivaju različita oštećenja betona i armature. Opseg oštećenja armiranobetonskih konstrukcija je veoma veliki, ali se generalno može podeliti u dve kategorije:  problemi narušene trajnosti armiranobetonskih konstrukcija i  različite vrste konstrukcijskih oštećenja. Ove dve kategorije oštećenja se mogu lako preklopiti, tako da su mnoge konstrukcije pogrešno dijagnosticirane i sanirane. Takve greške mogu biti jako skupe i mogu dovesti do neprijatnih situacija, pa čak i do sudskih procesa. Zbog toga je apsolutno jasno da je uvek bolje prvo utvrditi uzrok (ili češće uzroke) oštećenja nego se odmah upuštati u analizu i izbor materijala i tehnika sanacije. Iako je teško povući jasnu granicu između različitih postupaka i tehnika izvođenja sanacije i zaštite betona, ovi specifični građevinski radovi mogu se, obzirom na uzroke nastalih oštećenja, generalno podeliti u dve grupe:  sanacija oštećenog ili dotrajalog betona i armature, što podrazumeva lokalne i površinske "popravke-intervencije" i preventivna zaštita betona,  konstrukcijska sanacija, koja se najčešće vezuje za pojam pojačavanja konstrukcije usled ugrožene nosivosti i stabilnosti ili zato što se menja namena ili opterećenje objekta. Ova grupa sanacionih radova obuhvata i zamenu izrazito oštećenih elemenata ili delova konstrukcijeili čak i promenu statičkog sistema konstrukcije. Cilj konstrukcijskih sanacionih mera je obezbeđenje postojeće ili novoprojektovane nosivosti i stabilnosti konstrukcije, dok se lokalnim i površinskim sanacionim merama produžava eksploatacioni vek objekta i obezbeđuje njegova funkcionalnost. Nekonstrukcijskim sanacionim radovima treba posvetiti dužnu pažnju, jer su jednostavniji i jeftiniji od konstrukcijskih sanacionih radova. Međutim, ako se "lokalni" sanacioni radovi ne izvrše na vreme, usled progresivnog propadanja konstrukcije, u relativno kratkom vremenskom periodu, ukazaće se potreba za ozbiljnim i skupim sanacionim zahvatima. Kompleksnost sanacije armiranobetonskih konstrukcija se, pored složenog procesa dijagnosticiranja uzroka nastalih oštećenja, ogleda i u sledećim činjenicama:  nepostojanje originalne tehničke dokumentacije (veoma često u praksi),  dileme pri izboru odgovarajućeg postupka pripreme betona i armature za sanaciju,  dileme pri izboru odgovarajućeg reparaturnog materijala i postupka njegove ugradnje,  nedovoljno obučeni radnici i nedostatak specijalizovane opreme za izvođenje saanacionih radova,  ograničenja, koja prozilaze iz zahteva vlasnika objekta (bez buke, bez prašine, kratko vreme za sanaciju itd.). 2

Zbog navedenih činjenica, mnoge sanacije su u praksi neuspešno izvedene, a investitori i vlasnici objekata su često nezadovoljni performansama saniranih objekata. U prilog tome govori i analiza, čije je rezultate objavio "Con-Rep-Net" 2004 godine u Velikoj Britaniji: "razočaravajuće 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, će sigurno doprineti boljem razmevanju svih faza u procesu sanacije betonskih konstrukcija, kao i efikasnijem izvođenju sanacionih radova i njihovoj kontroli. REPARATURNI MALTERI Pod reparaturnim malterskim kompozicijama najčešće se podrazumevaju materijali kojima se u postupku sanacije nadoknađuju, lokalno ili površinski, oštećeni delovi betonskih ili zidanih konstrukcija. U nekim slučajevima reparaturne malterske kompozicije mogu se i preventivno primeniti u cilju zaštite, odnosno poboljšanja svojstava postojećih armiranobetonskih konstrukcija. Danas se pod pojmom reparaturnih maltera podrazumevaju kompozitni materijali sa različitim 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: povećanje prionljivosti; zalivanje ankera, popunjavanje šupljina u betonu i spojevima; injektiranje prslina i pukotina; lokalno "betoniranje" nadoknađivanje nedostajućeg dela elementa konstrukcije; površinsku reparaciju betona; antikorozionu zaštitu armature; antikorozionu zaštitu betona, obezbeđenje vodonepropustljivosti; obezbeđenje ravnosti podloge; itd. Očigledno je da reparaturni malteri, kao građevinski materijali posebne namene, imaju izuzetno široku oblast primene u sklopu nastojanja da se postojeće betonske konstrukcije sačuvaju od "propadanja", a oštećene konstrukcije "poprave". Reparaturni malteri moraju da zadovolje niz vrlo strogih zahteva, kako u pogledu kvaliteta samog materijala, tako i pogledu postupaka spravljanja i ugrađivanja. U našoj tehničkoj regulativi ne postoje propisi i standardi u kojima su definisana potrebna svojstva reparaturnih maltera. Analizom iskustvenih podataka iz primene reparaturnih maltera i prikupljenih tehničkih podataka o fabrički proizvedenim reparaturnim malterima, sva zahtevana svojstva mogu se generalno podeliti u dve grupe:  osnovna (zajednička) svojstva i  posebna svojstva. Osnovna svojstva su karakteristična za sve vrste reparaturnih maltera. Ova svojstva reparaturnim malterima obezbeđuju njihovu primarnu funkciju, tj. popravljanje oštećene betonske konstrukcije. Ovom grupom svojstava reparaturni malteri moraju da obezbede: 3

 

dobru prionljivost za podlogu, zapreminsku stabilnost za vreme i posle očvršćavanja (da nemaju ili da imaju vrlo malo skupljanje),  termičku kompatibilnost sa materijalom koji se sanira,  odgovarajuću vrednost modula elastičnosti,  lako pripremanje, ugrađivanje i obradu,  jednaka ili veća mehanička 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 slučajevima može zahtevati ispunjenje i posebnih svojstava, čija je funkcija zaštita i povećanje trajnosti postojećih 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 zračenje,  viskoznost i dr. KLASIFIKACIJA REPARATURNIH MALTERA Reparaturni malteri mogu se generalno klasifikovati prema nameni, sastavu, veličini zrna punioca, stepenu pripremljenosti i postupku ugrađivanja. Zbog ograničenog 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 mogućnosti 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 čvrstoće pri pritisku i modula eleastičnosti, 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 praktičnih razloga, jer omogućava projektantima sanacije da izaberu odgovarajuči reparaturni malter u zavisnosti od kvaliteta betonske podloge, uvažavajući osnovni princip sanacije "isto sa istim". Naime, poznato je da nekompatibilnost reparaturnog maltera i betonskog substrata ugrožava kvalitet sanirane betonske konstrukcije, a često dovodi i do prevremenog otkaza na kontaktu između 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

Nekonstrukc. malteri

Klasa R4

Klasa R3

Klasa R2

Klasa R1

 15MPa

 10MPa

Čvrstoća pri pritisku

EN 12190

 45MPa

 25MPa

Modul elastičnosti

EN 13412

 20GPa

 15GPa

Sadržaj hlor jona

EN 1015-17

Napon prianjanja za podlogu

EN 1542

Sprečeno skupljanje / EN 12617-4 širenje Trajnost - otpornost na karbonizaciju

EN 13295

Trajnost - termička kompatibilnost nakon EN 12617-4 zamrzavanja / odmrzavanja Kapilarno upijanje

EN 13057

bez zahteva

≤ 0.05%  2MPa

 1.5MPa

 0.8MPa

napon prianjanja nakon ispitivanja  2MPa

 1.5MPa

dk ≤ kontrolnog betona

 0.8MPa

bez zahteva

bez zahteva

napon prianjanja nakon 50 ciklusa  2MPa

 1.5MPa ≤ 0.5kg/m2h0.5

 0.8MPa viz. pregled bez zahteva

Pre konačnog izbora odgovarajuće klase reparaturnog maltera, neophodno je da se uradi analiza betonske konstrukcije koju treba sanirati i to sa aspekta kvaliteta postojećeg betona, intenziteta i vrste opterećenja, kao i klimatskih i eksploatacionih uslova. Pravilan izbor pojedinih klasa reparaturnih maltera može se ilustrovati sledećim primerima:  Reparaturni malter klase R4 treba izabrati kada se sanira konstrukcija od betona visoke čvrstoće, koja je izložena velikom opterećenju i/ili kada postoje posebni zahtevi u pogledu trajnosti,  Reparaturni malter klase R3 treba izabrati kada se sanira konstrukcija od betona normalne čvrstoće, koja je izložena standardnom opterećenju i/ili kada postoje posebni zahtevi u pogledu trajnosti,  Reparaturni malter klase R2 treba izabrati kada se sanira betonska konstrukcija, pri čemu sanirana zona ne učestvuje u prenosu opterećenja, ali kada postoje određeni zahtevi u pogledu trajnosti,  Reparaturni malter klase R1 treba izabrati kada se sanira betonska konstrukcija, pri čemu sanirana zona ne učestvuje u prenosu opterećenja 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 različite principe i metode sanacije, radi sprečavanja ili zaustavljanja hemijskih i fizičkih procesa deterioracije betona i korozije armature. Predmetni principi sistematizovani su u dve grupe:  principi za sanaciju oštećenja betona i  principi za sanaciju oštećenja izazvanih korozijom armature. Moguća oblast primene reparaturnih maltera, kao i odgovarajući 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 ojačanje Povećanje otpornosti na fizičke i mehaničke uticaje Povećanje otpornosti na hemijske uticaje Očuvanje ili ponovno uspostavljanje pasivnosti zaštitnog sloja armature

Oznaka principa Princip 3

Oznaka metode Metod 3.1 Metod 3.2 Metod 3.3

Opis metode Ručno 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

Povećanje zaštitnog sloja armature sa dodatnim slojem cementnog maltera ili betona Zamena kontaminiranog ili karbonizovanog betona

Za saniranje lokalnih oštećenja betonskih elemenata dubine 1 - 5 cm koriste se reparaturni malteri koji sadrže punioc maksimalne veličine zrna do 4mm. Ova vrsta maltera mora da zadovolji sve nabrojane osnovne uslove kvaliteta (visoke mehaničke karakteristike, termičku kompatibilnost sa podlogom, zapreminsku stabilnost itd.), što se postiže korišćenjem kvalitetnih komponetnih materijala, dodataka i aditiva. Kao malteri za lokalne popravke oštećenog 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, čime se smanjuje skupljanje, povećava čvrstoća na zatezanje, povećava 6

duktilnost, itd. Nabrojani reparaturni malteri mogu biti fabrički proizvedeni, ili se mogu spravljati na mestu ugrađivanja. Najčešće su plastične konzistencije. Praksa je pokazala da se za saniranje predmetnih oštećenja najčešće koriste mikroarmirani polimer-modifikovani cementni malteri. Ako se radi o lokalnim oštećenjima dubine do 1cm, njihova popravka može se izvršiti istim vrstama reparaturnih maltera koji se koriste za dublja oštećenja, samo se maksimalno zrno u puniocu ograničava na 2mm. Površinska reparacija obuhvata popravku plitkih i/ili dubokih oštećenja kojima je zahvaćen veći deo betonske površine. Reparaturni malteri koji se u ovakvim slučajevima primenjuju, takođe moraju da ispune sve nabrojane osnovne uslove kvaliteta, a u određenim slučajevima i neke iz grupe posebnih svojstava (napr. vodonepropustljivost, otpornost na agresivne uticaje, otpornost na habanje itd.) koja su važna za obezbeđenje trajnosti reparirane površine. U opštem slučaju, za popravku velikih površinskih oštećenja, mogu se koristiti već spomenute osnovne vrste reparaturnih maltera. Međutim, najčešće se koriste malterske kompozicije na bazi cementa, prvenstveno zbog obezbeđenja kompatibilnosti sa betonskom podlogom, da se ne bi sprečavao proces difuzije i zato što je ekonomski neopravdano koristiti čiste epoksidne maltere, izuzev u slučaju kada su površine izložene značajnim destruktivnim uticajima. Ukoliko se radi o oštećenjima manjih dubina (reda veličine 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 oštećenja dubine između 1 i 5cm koriste se reparaturni malteri sa puniocem granulacije do 4mm, a dublja oštećenja saniraju se različitim vrstama sitnozrnih reparaturnih betona. Malteri za površinsku reparaciju obično imaju plastičnu konzistenciju, a mogu se spravljati doziranjem i mešanjem komponenata na mestu ugrađivanja ili se koriste fabrički pripremljeni reparaturni malteri. FABRIČKI PRIPREMLJENI REPARATURNI MALTERI Za različite vrste reparaturnih maltera, koji se po pravilu dobijaju mešanjem više različitih komponentnih materijala, uobičajeno je da se koriste u formi fabrički pripremljenih materijala. Osnovni razlog je zato što se od reparaturnih maltera zahteva ispunjavanje veoma strogih uslova kvaliteta, koji se lakše mogu postići u kontrolisanoj proizvodnji sa opremljenim laboratorijama i iskusnim stručnjacima, nego pripremanjem na samom gradilištu. Neki od pozitivnih efekata fabričkog pripremanja malterskih mešavina, su:  ujednačen i kontrolisan kvalitet komponentnih materijala,  ujednačen i kontrolisan kvalitet gotovog maltera,  smanjenje rizika od pogrešnog odabira i doziranja komponentnih materijala i nedovoljnog homogenizovanja na gradilištu,  smanjenje fizičkog rada na samom gradilištu. 7

Fabrički pripremljeni reparaturni malteri, u zavisnosti od upotrebljenih komponentnih materijala, na tržištu se mogu naći kao:  jednokomponentni materijali (suve mešavine) kojima se dodaje samo određena količina vode neposredno pre ugradnje,  dvokomponentni materijali (suva mešavina i tečna komponenta) koji se mešaju prema uputstvu proizvođača pre ugradnje. Jednokomponentni materijali predstavljaju "suve mešavine" u kojima su zastupljene sve čvrste komponente (punioc, mineralna veziva, mineralni dodaci, praškasti aditivi, vlakna za mikroarmiranje, pigmenti, itd.). Potrebna količina vode dodaje se neposredno pre ugradnje prema uputstvu proizvođača ili u zavisnosti od željene konzistencije maltera. Dvokomponentni materijali, pored "suve" mešavine čvrstih komponenti sadrže i tečnu fazu u kojoj su zastupljena polimerna veziva, aditivi u tečnom stanju i eventualno određena količina vode. Zbog velikog uticaja polimera i tečnih dodataka na svojstva svežeg i očvrslog maltera, razmere mešanja su strogo definisane. Uz preporuke o težinskim ili zapreminskim odnosima mešanja sastavnih delova maltera, proizvođači ovih materijala daju i sledeća uputstva:  način skladištenja i rok upotrebe (6 - 12 meseci),  vrstu opreme i potrebno vreme za homogenizaciju,  način pripreme podloge,  postupak i potrebnu opremu za ugrađivanje maltera,  "otvoreno" vreme rada nakon pripreme maltera za ugrađivanje,  debljine slojeva u kojima se može nanositi,  granične termo-higrometrijske uslove za rad,  način negovanja ugrađenog maltera. PRIPREMA BETONSKE POVRŠINE ZA UGRAĐIVANJE 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 čista 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 često. Prednost ove metode u poređenju sa drugim metodama, je što se "zdrava" betonska podloga ne oštećuje dodatno i što nakon tretmana površina ostaje čista i zasićena vodom. U slučaju velikih horizontalnih površina mogu se primeniti i tehnike peskarenja, pogotovo ako oprema za peskarenje omogućava vakuumsko usisavanje. Za lokalnu pripremu betonskih površina mogu se koristiti ručni alati za štemovanje, pri čemu treba voditi računa o izazvanim vibracijama i mogućem oštećivanju armature. Zona sa koje je uklonjen oštećeni sloj betona bi trebalo da bude pravilnog geometrijskog oblika, sa zasečenim 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 očistiti od korozionih naslaga i cementnog kamena. Za ovu operaciju mogu se primeniti žičane četke, a u slučaju velikih površina sa vidljivom armaturom, primenjuje se voda pod pritiskom. METODE ZA POVEĆANJE PRIONLJIVOSTI Pojedini reparaturni malteri mogu zahtevati nanošenje posebnog sloja za povećanje prionljivosti između reparaturnog maltera i betonske podloge. U slučajevima kada se koriste posebni materijali za povećanje 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 znači da treba voditi računa da ne dođe do prevremenog vezivanja i isušivanja odabranog sredstva za ostvarivanje athezije. U suprotnom, formiraće se barijera koja će onemogućiti povezivanje reparaturnog materijala i betonske podloge. Materijali za povećanje prionljivosti na bazi cementa se uglavnom nanose prskanjem ili četkama, dok se sredstva na bazi epoksida i lateksa nanose pomoću valjka, četke ili prskanjem. Bez obzira da li se materijal za povećanje prionljivosti koristi ili ne, treba obaviti ispitivanja na licu mesta da bi se utvrdio kvalitet ostvarene athezije između reparaturnog maltera i betonske podloge. U praksi se za in-situ ispitivanje ostvarene athezije najčešće koristi "pull-off" metoda (slika 2). bušenje

lepljenje metalnog diska

čupanje

Slika 2. Pull-off" metoda (postupak ispitivanja adhezije)

9

TEHNIKE UGRAĐIVANJA REPARATURNIH MALTERA Uzrok mnogih pogrešno izvedenih sanacionih radova i nepredviđenog povećanja troškova sanacije je izbor neodgovarajuće tehnike ugrađivanja reparaturnih materijala. Odabrani postupak ugrađivanja treba da omogući nanošenje/ugrađivanje odgovarajućeg reparaturnog maltera na pripremljenu podlogu i da, na taj način, obezbedi zahtevana svojstva saniranog elementa konstrukcije. Reparaturni materijal mora u potpunosti da "obuhvati" armaturu, da postigne zadovoljavajuću adheziju za podlogu i da ispuni pripremljene praznine i šupljine u betonu, bez segregacije. Adhezija između reparaturnog maltera i postojeće podloge zavisi od stepena pripremljenosti površine betona i od reakcije između 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 veću količinu veziva (npr. cementne paste ili epoksidne smole), da bi potpuno navlažili -zasitili podlogu. Za ostvarivanje potpunog kontakta između reparaturnog materijala i podloge potrebna je određena "sila". Vrsta "sile" zavisi od postupka nanošenja materijala. U slučaju nanošenja mistrijom, reparaturni materijal se zbija - "lepi" na pripremljenu površinu pritiskom, koji preko mistrije proizvodi radnik. U slučaju ugrađivanja nalivanjem, pritisak kojim se "lepi" reparaturni malter za podlogu ostvaruje se unutrašnjim vibriranjem ili hidrauličkim pritiskom pumpi za beton ili za malter. Kod postupaka koji koriste velike brzine kretanja zrna materijala (torkretiranje), "lepljenje" za podlogu se ostvaruje preko udarne energije. Postupak "pakovanja" suvih reparaturnih materijala izvodi se primenom alata za ručno nabijanje. Veoma je važno da u toku spravljanja i ugrađivanja reparaturnog materijala ne dođe do segregacije. Segregacija komponentnih materijala može promeniti fizička svojstva reparaturnog maltera i na taj način može umanjiti primarnu funkciju reparaturnog materijala - da vrati konstrukciju u originalno stanje. Pre konačnog izbora vrste reparaturnog materijala i postupka ugrađivanja, mora se proveriti "izvodljivost" sanacije. Pri tome se obično analiziraju sledeća pitanja:  Da li se sanacija može izvesti s obzirom na ograničenja koja je specificirao projektant konstrukcije ili vlasnik objekta?  Da li odabrani postupak ugrađivanja dozvoljava da se sanirana konstrukcija koristi u okviru planiranog vremena?  Da li se odabrani postupak ugrađivanja može sprovesti u predmetnoj radnoj sredini (objektu)?  Da li se mogu angažovati iskusni izvođači 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 za sanaciju i postupka ugrađivanja. Uobičajeno je da se u praksi izbor odgovarajućeg reparaturnog maltera i postupka ugrađivanja sprovede u nekoliko koraka:  Izbor reparaturnog materijala, koji obezbeđuje čvrstoću i trajnost, čime se na najbolji način sanirana konstrukcija "vraća" u projektovano stanje.  Izbor postupka tehnike ugrađivanja, kojom će se uspešno naneti odabrani reparaturni materijal na pripremljenu betonsku podlogu.  Analiza fizičkih svojstava i zahteva za ugrađivanje reparaturnih materijala radi provere izvodljivosti odabranog sanacionog rešenja.  Eventualna izmena reparaturnog materijala ili tehnike ugrađivanja da bi se obezbedila izvodljivost sanacije. Svaka sanacija predstavlja jedinstvenu kombinaciju radnih uslova, izvođača sanacije, postojećeg betona, projekta konstrukcije i reparaturnog materijala. Mnogi problemi se mogu pojaviti ako na samom početku nije osiguran odgovarajući kvalitet i ako ne postoji kontrola kvaliteta u toku izvođenja sanacije. Pre početka sanacije bira se kvalifikovani izvođač, koji može pokazati uspešno izvedene sanacije u kojima je koristio planirani postupak ugradnje (lista referenci). Ako postoji bilo kakva sumnja ili nedoumica u kvalifikovanost izvođača, reparaturni materijal ili postupak ugrađivanja, treba razmotriti izvođenje "probne sanacije". Tokom izvođenja sanacionih radova treba razviti odgovarajući sistem kontrole da bi se verifikovala usaglašenost sa specificiranim zahtevima. Fizička i mehanička svojstva maltera mogu se proveriti ispitivanjem uzoraka uzetih na mestu ugrađivanja. Athezija se može utvrditi bušenjem cilindara kroz reparaturni materijal i betonsku podlogu i ispitivanjem cilindričnog uzorka na aksijalno zatezanje (Pull off metoda). Pri tome se i vizuelnim pregledom može oceniti povezanost reparaturnog materijala i podloge, kao i 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 ugrađivanja (nanošenja) u tri grupe:  Reparaturni malteri koji se ugrađuju/nanose ručno (hand / trowelled),  Mašinski naneti (prskani) reparaturni malteri (Sprayed Concrete Repair Mortars),  Reparaturni malteri koji se ugrađuju nalivanjem (Flow Applied). Ručno ugrađivanje reparaturnog maltera se može sprovesti na dva načina, mistrijom i tehnikom "suvog" pakovanja Ugrađivanje reparaturnog materijala tehnikom "suvog pakovanja" Tehnika "suvog pakovanja" se sastoji u ručnom ugrađivanju veoma suvog reparaturnog maltera i nabijanja mase u predviđeni prostor. Za zbijanje se koristi ručni alat, na primer, čekić i nabijač (slika 3). Nakon završenog ugrađivanja, površina maltera se završno poravnava mistrijom. 11

Reparaturni materijal se meša do dobijanja uniformne mase u kohezivnom plastičnom stanju, a zbog relativno malog vodocementnog faktora, nakon pravilnog ugrađivanja i zbijanja, dobija se materijal dobre čvrstoće, zadovoljavajuće trajnosti i vodonepropustljivosti. Konzistencija reparaturnog maltera treba da bude takva da omogući da se malter oblikuje kao grudva-lopta, bez raslojavanja i otpadanja komada. Koristi se uglavnom za lokalno "krpljenje" malih površinskih oštećenja u betonu, a pogotovo za lokalnu sanaciju rebara sitnorebrastih i kasetiranih međuspratnih 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 obično koriste različite vrste portland cementnih maltera i modifikovanih cementnih maltera. Zbog toga što postupak ugrađivanja zahteva intenzivno angažovanje radne snage, ova tehnika se retko koristi za "velike" sanacije.

Slika 3. Tehnikе "suvog pakovanja"reparaturnog materijala

12

UGRAĐIVANJE 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 ručnim alatima koji omogućavaju da se reparaturni materijal nanese na pripremljenu podlogu. U toku nanošenja reparaturni malter se izlaže određenom pritisku da bi se ostvarila dobra adhezija sa podlogom (slika 4).

Slika 4. Postupak nanošenja reparaturnog materijala pomoću mistrije

Uspeh tehnike nanošenja maltera mistrijom je u velikoj meri zavisan od pripremljenosti površine betonske podloge i od umeća radnika. Na svaki način treba osigurati da ovu operaciju izvode radnici koji imaju zahtevanu spretnost i odgovarajuće iskustvo. Pravilnom tehnikom ugrađivanja (položaj mistrije, pravac nanošenja, ugao, pritisak na podlogu, itd.) mora se sprečiti "zarobljavanje" vazduha ispod nanetog materijala, što može umanjiti napon prianjanja. Iskusni radnici reparaturni malter ugrađuju mistrijom tako, da minimalno otpada sa nanetih površina. Za izvođenje 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 fabrički pripremljeni reparaturni malteri na cementnoj osnovi, koji su modifikovani polimerima ili mineralnim dodacima kao što je slikatna prašina. Pored veziva, potrebno je voditi računa i o vrsti i granulometrijskom sastavu agregata, pa se često koriste granulometrijski prilagođeni sitni agregati. Upotreba fabrički pripremljenih reparaturnih maltera mora biti u skladu sa uputstvima proizvođača. Konzistencija reparaturnih maltera treba da bude takva da se malter može ugrađivati navedenim alatima. Osim toga, malter treba da ima i potrebnu 13

tiksotropnost, odnosno da omogući nanošenje na vertikalne površine i horizontalne površine iznad glave. Ova tehnika sanacije se ne preporučuje u situacijama kada je vidljiva armatura, zbog poteškoća pri zbijanju reparaturnog materijala oko i iza armaturnih šipki. U praksi se često na betonsku podlogu prvo nanosi samo "pasta" iz reparaturnog maltera, a zatim i sam reparaturni malter, radi povećanja prionljivosti. Reparaturni malter se mora naneti pre nego što je počelo vezivanje pripremnog sloja, odnosno "mokro na mokro". U situacijama kada je potrebno naneti više slojeva, da bi se obezbedila veća 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) čiji je zadatak da spreči isušivanje nanetog materijala pre nego što je hidratacija u većoj meri obavljena. Ugrađivanje 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 ugrađuje. Velika brzina materijala prilikom udara na površinu betonske podloge, obezbeđuje neophodan pritisak za kompaktiranje nanetog materijala i za postizanje dobre prionljivosti za površinu podloge. Postupak torkretiranja omogućava ugrađivanje 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 (pomoću 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 običnih cementnih maltera, postupkom torkretiranja se mogu ugrađivati i polimer modifikovani cementni malteri, mikro-armirani malteri, malteri sa različitim mineralnim dodacima (silikatnom prašinom i sa drugim vrstama pucolanskih dodataka).

14

Slika 5. Ugrađivanje reparaturnog materijala postupkom "suvog" torkretiranja

Ugrađivanje reparaturnih maltera postupkom prskanja se najčešće primenjuje u sledećim slučajevima:  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. Ugrađivanje reparaturnog materijala postupkom "mokrog" torkretiranja

Torkretiranje se u praksi koristi za sanaciju oštećenog betona u:  elementima donjeg stroja mostova,  pristaništima, 15

 kanalima,  branama,  silosima i  zgradama. Kvalitet ugrađenog reparaturnog materijala u velikoj meri zavisi od veštine radnika koji izvodi torkretiranje. Ugrađivanje reparaturnog maltera pomoću oplate i nalivanja Tehnika standardnog ugrađivanja betona i drugih reparaturnih materijala ("liven na licu mesta") je jednostavna zamena oštećenog betona odgovarajućim reparaturnim materijalom. Ova tehnika se najčešće koristi pri sanacijama i obično je najekonomičnija. Reparaturni materijal se ugrađuje u prostor "ograđen" oplatom. Ako se radi o sanaciji, koja obuhvata samo jedan deo poprečnog preseka (slika 7), onda se ova tehnika primenjuje za sanaciju stubova, zidova i spoljnih ivica ploča. Preporučuje se da reparaturni malter bude sa malim vodocementnim faktorom, ali da bude tečne konzistencije koja omogućava lako nalivanje. Reparaturni malter treba da ima malo skupljanje i da omogućava ostvarivanje dobre adhezije sa okolnim betonom. Sanaciju sa klasičnim cementnim malterima ne treba izvoditi, ako se radi o deterioraciji betona usled različitih agresivnih uticaja. Na primer, ako je beton bio oštećen usled delovanja neorganskih kiselina ili je bio oštećen usled habanja, može se očekivati da će element konstrukcije saniran klasičnim malterom, ponovo biti oštećen zbog istih razloga. Međutim, portland cementni malteri, modifikovani silikatnom prašinom, lateksima, epoksidima itd., mogu produžiti životni vek saniranih konstrukcija.

Slika 7. Sanacija dela poprečnog 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. Bilčik, 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.: "Fabrički pripremljene malterske mešavine", JUDIMK, Uvodni referat na savetovanju "Stanje u proizvodnji osnovnih građevinskih 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., Folić, R., Pavlović, 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 građevinskih konstruktera 2008, Zlatibor, 24-26 Septembar 2008, Zbornik radova, str. 147-158. Radonjanin, V., Malešev, M., Folić, 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 Jevtić, dipl.inž.tehn.1

NAUČNI RAD UDK: 666.97/.98:678

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 mogućnosti poboljšanja u smislu termoizolacije i odvođenja vodene pare sa ravnih krovova, kao i primeri primene maltera izradjenih uz dodatak reciklirane gume. Ključne reči: 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 Građevinski fakultet, Bulevar kralja Aleksandra 73, Beograd

19

UVOD Savremena građevinska industrija bazira se na produkciji velikih količina kompozita tipa betona i maltera. Sastav, tehnologija spravljanja, način upotrebe i ugrađivanja ovih kompozita razlikuje se u zavisnosti od konkretne oblasti primene materijala. Podela betona i maltera na "obične" i "specijalne" može se vršiti prema različitim kriterijumima. Na primer, kao specijalni betoni mogu se, prema Evrokodu 2, tretirati svi betoni čije se zapreminske mase nalaze van intervala zapreminskih masa običnih - normalnih betona od 2000 do 2800 kg/m3. Znači, u specijalne betone svrstavaju se kako tzv. "laki" betoni čije su zapreminske mase najviše 2000 kg/m3, tako i "teški" betoni čije su zapreminske mase veće od 2800 kg/m3 (u svim slučajevima radi se o zapreminskim masama očvrslih betona izmerenim nakon sušenja na temperaturi 105-110oC). Kod nas se, pak, kao specijalni betoni definišu svi betoni koji imaju čvrstoće pri pritisku (marke) veće od 60 MPa, a u svetu i kod nas takođe je rasprostranjen i stav da su specijalni betoni svi oni betoni koji se dobijaju upotrebom nekih drugih veziva - a ne cementa. U ovom radu biće reči 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 područje primene EPS betona (betona na bazi ekspandiranog polistirena) i maltera, posebno na liniji energetske efikasnosti i sanacija, a kao drugo, mogućnost korišćenja recikliranih materijala u sve prisutnom principu održivog građevinarstva. EPS BETON (BETON NA BAZI GRANULA EKSPANDIRANOG POLISTIRENA) Ekspandirani polistiren je otkriven 1951. godine i vrlo brzo je počeo 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 većih količina EPS betona, ekonomično je da se ekspandiranje polistirena vrši u samom pogonu za proizvodnju betona. Ekspandiranje nabavljenih kompaktnih kuglica polistirena može se izvesti u vrućoj vodi temperature cca 98oC, ili u pari temperature cca 110oC. Zapreminska masa ovako dobijenog agregata uglavnom se kreće od 15-40 kg/m3. EPS beton se spravlja mešanjem cementa, vode, granula ekspandiranog polistirena, dodatka betonu 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 inače se ne mogu nakvasiti vodom zbog malog ugla kvašenja, pa dodatak EPS utiče na povećanje tog ugla, čime se omogućava 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 sledeći: 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 mešavini se dodaje voda i sve se meša dok masa ne postane potpuno homogena (još oko cca 60 sekundi). Količina cementa kod EPS betona kreće se od 300-500 kg/m3, što zavisi od traženog kvaliteta betona. Vodocementni faktor kod ovih betona je obično od 0,350,40. Veličine granula svakako utiču na kvalitet betona, tj. na njegovu čvrstoću pri pritisku. Pri tome treba imati na umu da veće granule (3-5 mm) uvek daju manje čvrstoće betona, pa kroz prethodna ispitivanja treba usvojiti optimalnu veličinu granula koja će odgovarati konkretnom slučaju betona. Kako se ekspandirani polistiren sastoji od veoma velikog broja vazdušnih mehurića, tj. kako njegovu strukturu čini skup zatvorenih ćelija, ovo svojstvo, osim dobre termoizolacione sposobnosti, uslovljava i otpornost na kapilarno i difuzno upijanje vodene pare, što inače nije slučaj kod većine ostalih plastičnih masa tipa penoplasta. U tabeli 1 daje se nekoliko receptura za EPS-betone različitih zapreminskih masa. S obzirom na sve napred navedeno, ukupna poroznost EPS betona se može usvojiti u vidu sume zapremine EPS granula i 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

m c m v m p m EPS m ad ,EPS      vp  1 ,  sc  sv  sp g  s,ad pri čemu je uzeto sledeće: sc = 3100 kg/m3 (specifična masa cementa), sv = 1000 kg/m3 (specifična masa vode), sp = 2600 kg/m3 (specifična masa kvarcnog peska), g = 43 kg/m3 (zapreminska masa granula ekspandiranog polistirena), s,ad = 2000 kg/m3 (specifična masa aditiva EPS), vp = 0,15 (sadržaj vazdušnih pora u cementnoj pasti).

21

Tabela 1. Nekoliko receptura za EPS beton Zapreminska masa (kg/m3) 800 1000 1200 1400 500 500 500 500 213 445 653 861 25 25 25 25 0,420 0,330 0,250 0,170 18,06 14,19 10,75 7,30  0,35 15% (0,150 m3)

Sastojci Cement (kg/m3) Kvarcni pesak (kg/m3) Aditiv EPS (kg/m3) EPS (m3) (kg - za frakciju 2/6) Vodocementni faktor Pore Zapreminska masa granula (g)

600 450 0 50 0,510 21,93

1600 500 1043 25 0,100 4,30

 43 kg/m3

Čvrstoće pri pritisku fp (MPa) EPS betona zavise od ostvarene ukupne poroznosti p, pri čemu je fp = K (1 - p)3, a

p = 90 - 0,04 

gde je poroznost u %, a  u kg/m3. Koeficijent K ima sledeće 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 daju se u tabeli 2. Tabela 2. Neke karakteristike EPS betona fp (MPa)

 (kg/m3)

 (W/moC)

E (GPa)

Otpornost prema delovanju mraza i soli

Termoizolacioni

1-2 1,5 - 3,5

550 800

0,08 0,22

-

zadovoljava

Konstrukcijskotermoizolacioni

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

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 obično se kreće od 150-800 kg/m3, dok ona kod konstrukcijsko-termoizolacionih maltera i betona varira između 1000-1600 kg/m3,. Odgovarajuće vrednosti koeficijenta toptlotne provodljivosti kreću

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). Mehaničke karakteristike EPS betona i maltera (na primer čvrstoće pri pritisku I savijanju) imaju relativno niske vrednosti, ali ipak dovoljne da bi se obezbedilo očuvanje integriteta materijala pri prevozu, skladištenju, montaži i eksploataciji. Radni - dijagrami EPS betona imaju približno pravolinijski oblik sve do napona koji odgavaraju cca 1/2 čvrstoće pri pritisku, sa modulima elastičnosti koji se orijentaciono, za konstrukcijsko-termoizolacione betone, kreću u granicama od 6-15 GPa. Skupljanje ovakvih kompozita iznosi od cca 0,9 do cca 1,7‰ što je značajno veće u odnosu na klasične betone (maltere). Međutim, ovaj efekat se može znatno smanjiti mikroarmiranjem, na primer putem polipropilenskih vlakana, o čemu govore brojni eksperimentalni rezultati autora ovog članka. Na ovaj način, kombinovanjem EPS i mikroarmiranih kompozita, povećavaju se i mehaničke čvrstoće (naročito pri zatezanju i savijalju) i duktilnost predmetnih materijala. Pored ostalih dobrih osobina EPS betoni i malteri imaju povoljna akustična svojstva, kao i zadovoljavajuću vatrootpornost i biootpornost. EPS betoni i malteri imaju danas široku primenu u različitim oblastima građevinarstva. Kao najznačajnije vidove primene, svakako treba izdvojiti sledeće: za zidanje pregradnih i spoljašnjih zidova upotrebom EPS blokova i ploča, za utopljavanje, obziđivanje i malterisanje fasada, kao međuspratne i krovne ploče, kao izolacioni paneli, u putogradnji pri izradi nasipa na nedovoljno nosivom tlu (s obzirom na upotrebu veoma lakog materijala obezbeđena je stabilnost trupa nasipa i na terenima izuzetno slabih nosivosti), u oblasti prefabrikacije betonskih elemenata, kao "izgubljena" oplata pri izradi različitih konstrukcijskih i nekonstrukcijskih elemenata od klasičnog betona i armiranog betona, za izravnavajuće 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 Građevinskom fakultetu u Beogradu vršena su obimna ispitivanja kako svojstava osnovnog materijala - Simprolita, tako i proizvoda na bazi ovog materijala - blokova za zidanje, krovnih ploča i međuspratnih ploča. Simprolit karakteriše relativno niska vrednost zapreminske mase (150-300 kg/m3) i veoma nizak koeficijent toplotne provodljivosti (0,055-0,085 W/mC), koji praktično ne zavisi od vlažnosti materijala. Veličina paroprostljivosti kreće se između 0,110-0,135 mg/mhPa, što zidovima napravljenim od Simprolita omogućava da normalno 'dišu'. Predmetni materijal poseduje takođe i dobra zvukoizolaciona svojstva. Tako na primer, moguće je sniziti nivo buke i do 40 dB – u zavisnosti od debljine primenjenog kompozita. Poprečni presek Simprolit polistirol-betona, na kome se jasno vidi struktura predmetnog kompozitnog materijala, dat je na slici 1.

23

Slika 1. Struktura Simprolita

Većina napred navedenih svojstava Simprolita ispitana je u okviru Instituta za materijale i konstrukcije na Građevinskom fakultetu Univerziteta u Beogradu. Između ostalog, program ispitivanja obuhvatio je i određivanje veličine 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 takođe karakteriše Simprolit: nakon 50 ciklusa smrzavanje-odmrzavanje (između +15oC i -20oC), pad čvrstoće iznosio je svega 1,5% - 1,8%. Predmetni materijal je i ekološki pogodan – laboratorijski testovi 24

pokazali su da njegov indikator toksičnosti ima oko 1,5 - 2,0 niže vrednosti od onih koje su dozvoljene referentnim standardima. Simprolit je takođe bio-otporan u odnosu na sve vrste insekata i različite tipove bakterija. Simprolit se koristi za proizvodnju različitih elemenata od lakog betona, kao što su: termoizolacioni fasadni paneli, blokovi za spoljašnje zidove, blokovi za pregradne zidove, prefabrikovani pregradni zidni paneli, međuspratne ploče, krovne ploče, sistemi za odvođenje vodene pare, itd. Neki od pomenutih elemenata i sistema ispitivani su na Građevinskom fakultetu u Beogradu – u okviru Instituta za materijale i konstrukcije. Između ostalog, obavljena su laboratorijska ispitivanja u cilju određivanja ponašanja pod opterećenjem pojedinih elemenata, kao i celokupnog Simprolit sistema za termoizolaciju i odvođenje vodene pare koji se primenjuje na ravnim krovovima. Takođe, izvršeni su i testovi na osnovu kojih sa može izvesti zaključak o otpornosti na dejstvo mraza Simprolit blokova ispunjenih svežim betonom. Simprolit sistem za termoizolaciju i odvođenje vodene pare se generalno sastoji od sledećih elemenata: "SPBS60" blokovi (dimenzije: 60x12x19cm), "SOP3" jednoslojne Simprolit termoizolacione ploče (debljine 3cm), Simprolit monolit, ploče i ulošci od stiropora, PVC folije i cevi (parni konduktori). Međutim, prilikom laboratorijskih ispitivanja tretirani su samo noseći elementi sistema. Imajući ovo u vidu, sledeći 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 ploča (debljine 3cm); – kompletan Simprolit sistem sa tri horizontalna sloja, koja se sastoje od dva "SPBS60" bloka sa ulošcima stiropora i jedne "SOP3" ploče, 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 ploča "SOP3".

a)

b)

Slika 3. Simprolit blok "SPBS60" (a) i jednoslojna termoizolaciona ploča "SOP3" (b)

25

Ulošci koji su korišćeni za ispunjavanje šupljina unutar blokova bili su isečeni iz ploča stiropora (zapreminska mase   30 kg/m3). Na slici 4 vidi se da je sistem formiran tako da su šupljine u donjem redu blokova ispunjene samo delimično stiroporom, u cilju obezbeđenja uspešnog odvođenja 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 odvođenje vodene pare

Uzimajući u obzir sve napred navedene rezultate eksperimentalnih istraživanja, može da se izvede generalni zaključak po kome Simprolit sistem za termoizolaciju i odvođenje vodene pare sa ravnih krovova ima zadovoljavajuću nosivost, a njegove deformacije koje odgovaraju eksploatacionim opterećenjima ne premašuju dozvoljene granice za ovaj tip elemenata konstrukcije. Takođe, može se uočiti da postoji dobra korelacija između rezultata ostvarenih prilikom ispitivanja pojedinačnih elemenata i rezultata za Simprolit sistem kao celinu. Prema prikazanim eksperimentalnim rezultatima, može se izvući još jedan zaključak: da pri uobičajenim nivoima opterećenja (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 opterećenja u eksploataciji (3500-4000 kg/m2, odnosno 0,035-0,040 MPa), te deformacije ne prelaze 3 mm. Imajući u vidu sve napred navedeno, očigledno je da Simprolit sistem za termoizolaciju i odvođenje vodene pare zadovoljava neophodne uslove za primenu prilikom izvođenja ravnih krovova – kako sa aspekta nosivosti, tako i sa aspekta građevinske fizike.

26

MALTERI NA BAZI RECIKLIRANE GUME U drugom delu ovog rada prikazaće se rezultati laboratorijskih ispitivanja maltera sa različitim procentom zamene agregata recikliranom gumom. Zahvaljujući svojim povoljnim svojstvima kao što su elastičnost, trajnost, otpornost na cikluse smrzavanja i odmrzavanja, gumeni granulat već ima veliku primenu u niskogradnji. Već nekoliko decenija reciklirana guma se koristi kao dodatak asfaltima u izgradnji puteva, obzirom da se upotrebom takvih kompozita ostvaruje niz prednosti: smanjenje buke, puta kočenja, povećanje otpornosti na dejstvo mraza, kao i duži upotrebni vek kolovoza uz povećanu otpornost na pojavu pukotina na većem temperaturnom rasponu. Kompoziti na bazi gumenog granulata takođe se koriste za izradu galanterije za putnu industriju: parking i stubići za signalizaciju, ivičnjaci, pružni prelazi, pragovi, saobraćajne barijere, itd. Gumeni granulati, takođe, zbog napred navedenih svojstava, našli su veliku primenu pri izradi elemenata za železnice kao što su gumeni paneli, pragovi, ublaživači 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. Međutim, proučavanje njihovih fizičkomehaničkih svojstava i plasiranje ovih kompozita u oblastima gde mogu da daju svoj maksimum još je u početnoj fazi. Jedna od potvrđenih prednosti takve primene gumenog agregata je unapređenje trajnosti kompozita koji sadrže gumeni agregat. Postoji nekoliko istraživanja sprovedenih u cilju utvrđivanja mogućnosti postizanja optimalnog sastava betonske mešavine sa dodatkom gume, koja poseduje maksimalnu otpornost na dejstvo mraza, uz istovremeno zadržavanje čvrstoće kompozita u zadovoljavajućim granicama [5]. Rezultati prikazani u ovom radu predstavljaju deo obimnijih eksperimentalnih istraživanja, sprovedenih u Laboratoriji za materijale Instituta za materijale i konstrukcije Građevinskog fakulteta Univerziteta u Beogradu. Predmetna ispitivanja imala su za cilj optimizaciju sastava različitih mešavina cementnih kompozita, odnosno postizanje najboljih performansi u smislu trajnosti, uz istovremeno očuvanje fizičko-mehaničkih svojstava na zadovoljavajućem nivou. Upotrebljen je cement tipa CEM II, PC 35M (V-L-S) 42.5 N "Holcim", Novi Popovac, sa specifičnom masom od 2960 kg/m3 i sa zapreminskom masom u rastresitom stanju u iznosu od 890 kg/m3. Prirodni rečni agregat "Moravac", proizveden u separaciji "Branko Moravac", sa veličinom zrna između 0/4 mm (pesak) je korišćen prilikom predmetnih ispitivanja. Granulometrijski sastav upotrebljenog agregata prikazan je na slici 1. Utvrđene su i specifična i zapreminska masa peska, u iznosu od 2617 kg/m3 i 1640 kg/m3, respektivno.

27

98.2

100 90

81.5

Procentualni prolaz Y i (%)

Pesak 80

100

Guma

83.5

66.3

70 60

53.8

50 40 30

14.2

20 10

11.9 1.9

0.1

0.3

0

0.125

0.25

0.5

1 di (mm)

2

4

8

Slika 5. Granulometrijske krive upotrebljenih agregata

Granulometrijska kriva gumenog agregata (proizvedenog od strane firme "Tigar" iz Pirota) je takođe 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, karakterističnim za standardni cementni malter, tj agregat:cement = 3:1 i voda: cement = 1:2. Fizičko-mehanička svojstva maltera napravljenih sa gumenog agregata upoređena su sa odgovarajućim osobinama referentnog maltera, označenog sa E. Ispitivanja maltera u svežem stanju obuhvatila su sledeća svojstva: zapreminska masa (γsv), razlivanje (d) i procenat (Δp) uvučenog vazduha. Ova svojstva su prikazana u tabeli 3, za sve serije. Procenat uvučenog vazduha je određen u skladu sa relevantnim standardom. Tabela 3. Svojstva maltera u svežem stanju

Serija: γsv (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

Δp (%)

4.25

4.00

4.50

4.35

4.50

4.60

5.60

Fizičko-mehanička ispitivanja maltera u očvrslom stanju (sprovedena pri starosti od 28 dana) obuhvatila su sledeća svojstva: zapreminsku masu (γ28), čvrstoću pri savijanju (fs) i pritisku (fp), atheziju (fad) i modul elastičnosti (E); oni su prikazani u tabeli 4. Prilikom ispitivanja adhezije su upotrebljene betonske ploče dimenzija 40x40x5cm, u svojstvu podloge. Nakon pripreme, sveže malterske mešavine su ručno nanete na površinu ploča, u sloju od 3 cm. Betonske ploče su prethodno očišćene pomoću čelične četke i natopljene vodom jedan sat pre nanošenja maltera. Nega nanetog maltera je vršena tokom narednih 28 dana pokrivanjem vlažnom tkaninom. Adhezija je testirana pomoću "Pull-off" uređaja proizvedenog od strane firme "Controls", brzinom od 0,5kN/s±0,1kN/s. Tabela 4. Svojstva očvrslih maltera pri starosti od 28 dana

Serija:

E 3

G1

G2

G3

G4

G5

G6

γ28 (g/cm )

2.143 2.130 2.080 1.990 1.970 1.970 1.890

fs (MPa)

7.63

7.38

6.50

5.88

5.63

5.00

4.37

fp (MPa)

46.6

39.8

32.8

29.4

20.6

18.8

16.6

fad (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 zaključiti da što se tiče fizičkih svojstava, zapreminska masa u svežem i očvrslom stanju opale su do oko 10% sa povećanjem sadržaja gumenog agregata, dok su razlivanje i sadržaj vazduha blago povećani. Kod modula elastičnosti pad je iznosio oko 25%. U pogledu mehaničkih svojstava, najveći pad je zapažen kod čvrstoće 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% čvrstoće pri pritisku maltera, pri starosti od 28 dana. U pogledu mehaničkih osobina, pad adhezije bio je najmanji, i iznosio je 28,4% za seriju sa 60% gume (zapreminski). Pored toga, iz tabele 4 je očigledno da su sve vrednosti adhezije prelazile uobičajeni minimum od 1,5 MPa. Sve osobine izgleda da padaju gotovo linearno, u skladu sa rezultatima istraživanja sprovedenih od strane drugih istraživača. Sa inženjerske tačke gledišta, jasno je da upotreba reciklirane gume u svojstvu agregata u malterima i betonima može biti uspešna u izvesnoj meri, u pogledu fizičkomehaničkih svojstava [13]. Smanjena zapreminska masa pruža mogućnost da se projektuju laki betoni i malteri. Imajući u vidu druge prednosti ovih kompozita (npr. zvučna i toplotna izolacija, otpornost na mraz, otpornost na udar), postoji realna mogućnost njihove primene u određenim slučajevima, nakon postizanja optimalnog

29

balansa između sadržaja gumenog agregata s jedne strane, i prihvatljivog nivoa fizičko-mehaničkih svojstava dobijenih kompozita sa druge. S obzirom da cementni kompoziti sa dodatkom gumenog agregata imaju odličnu apsorbciju vibracija, visoku apsorbciju zvuka, nižu osetljivost na temperaturne promene, ovi kompoziti sa dodatkom reciklirane gume takođe imaju primenu u izradi obloga za izolaciju krovova, zvučnih barijera u građevinarstvu, vodootpornih membrana, podloga za sportske terene i dečja igrališta, popločavanje 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 mogućnosti primene otpadnih i recikliranih materijala u betonskim kompozitima, sa ocenom uticaja na životnu sredinu, u cilju promocije održivog građevinarstva u Srbiji". LITERATURA [1] [2] [3] [4] [5]

[6] [7]

30

Jevtić D, Zakić D, Savić A: Investigation of cement based composites made with recycled rubber aggregate, Hemijska industrija, 2012, DOI:10.2298/HEMIND111203010J Muravljov M., Jevtić D.: Građevinski 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. Jevtić, D., Zakić, D., Dević, M., Markićević, 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, Vrnjačka Banja, Serbia and Montenegro, pp. 710-715. Zakić, D., Jevtić D., Živković, S., Dević, M.: Testing of Simprolit Thermo-Insulation and Steam Conduction System For Flat Roofs, 11. Internationa Symposium MASE 2005, Ohrid, septembar 2005., pp. 433-438. Zakič, D., Jevtič, D., Devič, M.: Simprolit-sistema - Éffektivnoe rešenie dlja ob'ektov, podvergajuščihsja vozdejstviju nizkih temperatur v processe stroitel'stva i ékspluatacii, NII Stroitel'noj fiziki Raasn - 50 let, Stroitel'naja fizika v XXI veke, Materialy naučnotehničkoj konferencii, Moskva, 2006, ISBN 5-902630-03-07.

Prof. dr Mihailo Muravljov, dipl.inž.građ.1

STRUČNI RAD UDK: 691.87:661.66

620.1:[691.87:661.66

PRAKTIČNA PRIMENA KARBONSKIH TRAKA I TKANINA ZA SANACIJU I OJAČANJE KONSTRUKCIJA REZIME: U radu se sa praktičnog aspekta obrađuje problematika ojačanja betonskih konstrukcija postupkom lepljenja dodatnih nosećih 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 proračuna koje se odnose kako na armiranobetonske tako i na prednapregnute konstrukcije, pri čemu se, osim egzaktnih, obrađuju i uprošćeni postupci primenljivi u velikom broju praktičnih slučajeva. U radu se takođe prikazuju i neki specifični slučajevi primene karbonskih traka kao elemenata za ojačanje konstrukcija. Na kraju rada govori se o osnovnim tehničkim uslovima koji važe pri sanacijama i ojačanjima betonskih konstrukcija putem lepljenja karbonskih traka. Ključne reči: 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 Građevinski fakultet, Bulevar kralja Aleksandra 73, Beograd

31

UVOD Karbonske trake i tkanine predstavljaju savremene materijale koji se vrlo široko koriste pri sanacijama i ojačanjima konstrukcija. One se najviše primenjuju u oblasti betonskih konstrukcija (nearmiranih, armiranih i prednapregnutih), ali se isto tako koriste i na područjima drugih konstrukcija – zidanih, drvenih, pa i metalnih. Karbonske trake i tkanine se izrađuju od karbonskih (ugljeničnih) vlakana prečnika 0.01 do 0.10 mm, pri čemu se one proizvode kao: – trake-lamele (laminati), u kojima su vlakna, koja su orijentisana u pravcu pružanja trake, međusobno slepljena odgovarajućim epoksidnim vezivom (na taj način dobijaju se „kruti “trakasti elementi); – trake-tkanine, koje se dobijaju različitim tkanjem "konaca" formiranih od karbonskih vlakana (na taj način dobijaju se savitljivi elementi – slični proizvodima tekstilne industrije). Trake-lamele mogu da prihvate samo opterećenja (zatežuće sile) u podužnom pravcu – u pravcu pružanja vlakana, dok trake-tkanine mogu da budu nosive u više pravaca – u zavisnosti od načina tkanja „konaca“, odnosno orijentacije vlakana. U vezi sa tim postoje sledeće 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 međusobno 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 odgovarajućim epoksidnim lepkovima za spoljašnje površine konstrukcijskih elemenata koji se saniraju ili ojačavaju. Ti lepkovi predstavljaju proizvode koje, po pravilu, zajedno sa trakama odnosno tkaninama, isporučuje proizvođač određenih traka (tkanina). To podrazumeva da se, u principu, uvek koristi lepak kompatibilan sa određenom trakom (tkaninom), a što se skoro redovno definiše i uslovljava od strane proizvođača trake (tkanine). Ovde se posebno ističe da se karbonske trake-lamele i trake-tkanine u praksi primenjuju isključivo kao elementi za prihvatanje zatežućih sila koje se javljaju u presecima konstrukcija. To znači da se jedna traka-lamela (u daljem, kraće rečeno: traka) koristi isključivo za prihvatanje sila koje deluju u njenom podužnom pravcu, dok se jedna traka-tkanina (u daljem, kraće rečeno: tkanina) koristi za prihvatanje zatežućih sila koje deluju u pravcu (pravcima) pružanja “konaca" od kojih je izatkana. Karbonske trake i tkanine se proizvode u praktično neograničenim dužinama. Trake-lamele imaju debljine (tf) do oko 2mm i širine (bf) do 200mm; tkanine, pak, imaju efektivne (neto) debljine (debljine „konaca“) do nekoliko desetih delova milimetra (do cca 0,2mm), dok su im širine najčešće 200 - 1000mm.

32

Ovde se napominje da se karbonske tkanine u praksi deklarišu i preko svojih površinskih masa, koje se najčešće kreće između 200 i 300g/m2. Čvrstoće pri zatezanju karbonskih traka-lamela kreću se do oko 3000MPa, dok njihove granične deformacije (dilatacije) pri lomu mogu da iznose i cca 2%. Pri ovome, moduli elastičnosti traka-lamela najčešće se kreću do vrednosti 200000MPa. Karbonske tkanine, pak, imaju čvrstoću pri zatezanju preko 3000MPa, dok kod njih granične deformacije pri lomu mogu da iznosi oko 1,5%. Pri ovome, njihovi moduli elastičnosti najčešće iznose preko vrednosti 200000MPa. a)

b)

Slika 1. Postupak ispitivanja jedne karbonske trake (a) i opšti oblik radnog dijagrama (b)

Osnovne fizičko-mehaničke karakteristike karbonskih traka-lamela i tkanina o kojima je napred bilo reči, a koje je neophodno poznavati pri njihovoj primeni, u opštem slučaju određuju 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 „pročitati“ i usvojiti svi osnovni fizičkomehanički parametri koji karakterišu jednu traku-lamelu (ili tkaninu) – čvrstoća pri zatezanju, granična deformacija pri lomu i modul elastičnosti. Kao što pokazuje slika 1b, radni dijagrami karbonskih traka-lamela, a to važi i za tkanine, u celokupnom naponskom području su pravolinijski. Na istoj slici, komparacije radi, prikazan je i radni dijagram armaturnog čelika, pa se na osnovu njega i na osnovu svega napred rečenog može zaključiti da odnos čvrstoće karbonskih traka (tkanina) i armaturnog čelika iznosi 6 do 8, pri čemu granična deformacija pri lomu karbonskih traka (tkanina) može da bude i do dva puta veća od granične deformacije armaturnog čelika koja se usvaja u iznosu 1,0% (10‰). Što se, pak, tiče modula elastičnosti, armaturni čelik u najvećem broju slučajeva ima nešto veći (ali ne i mnogo veći) modul elastičnosti 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 ojačanjima 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 će na kraju ovog rada biti više reči, pri primeni karbonskih traka (tkanina) postoji i uslov da se one mogu lepiti samo za betonske elemente dovoljno visokih mehaničkih karakteristika, što znači da se apliciranje traka (tkanina) može izvoditi samo na betonskim podlogama koje pokazuju zadovoljavajući stepen prianjanja (athezije) između betona i lepka. a)

b)

Slika 2. Princip pull-off testa (a) i aparatura za njegovo izvođenje (b)

Podobnost betonskih površina za lepljenje karbonskih traka i tkanina utvrđuje se metodom "otkidanja" metalnih "pečata" zalepljenih za beton konkretne konstrukcije – tzv. pull-off testom. To ispitivanje se sprovodi tako što se "pečati" - kruti elementi od čelika - pomoću lepka koji je predviđen za lepljenje traka (tkanina), lepe za površinu betona prethodno pripremljenu na isti način na koji će se to činiti pri lepljenju traka (tkanina) za konstrukciju. Oko zalepljenog "pečata" mora da bude izveden zasek koji zalazi u dubinu betona, tako da pri izlaganju "pečata" sili zatezanja, a pod pretpostavkom regularne situacije, dolazi do "otkidanja" "pečata" preko betona (sl. 2a). Na bazi vrednosti sile Zgr pri kojoj je došlo do otkaza "pečata" i poznate površine "pečata", izračunava se stepen ostvarene athezije između betona i lepka fat, a što u konkretnom slučaju, u izvesnom smislu, definiše i čvrstoću betona pri zatezanju. U vezi sa rezultatima ovakvih ispitivanja postoje sledeći uslovi u pogledu podobnosti betona za lepljenje karbonskih traka, odnosno tkanina: – fat ≥1,5MPa ako se radi o trakama-lamelama; – fat ≥1,0MPa ako se radi o trakama-tkaninama. 34

Pull-off test često se koristi i za ocenu efikasnosti lepljenja karbonskih traka i tkanina za betonske površine (prianjanje – fat,,trake). Ovde će se kao ilustracija tog postupka prikazati rezultati jednog konkretnog ispitivanja koje je posebno interesantno stoga, što je reč o jednoj mostovskoj konstrukciji („stari“ most preko Dunava kod Beške) i što je lepljenje karbonskih traka izvedeno in situ – tokom odvijanja saobraćaja preko mosta, a to znači i u uslovima kada je konstrukcija bila izložena opterećenju sa određenim dinamički efektima. Koncepcija ispitivanja o kome je reč podrazumevala je primenu komparativnog postupka, što znači da se želelo da se sprovedenim ispitivanjima dođe do veličina prianjanja predmetnih traka zalepljenih za beton u "mirnom" režimu i u uslovima kada je konstrukcija „radila“ pod pokretnim saobraćajnim opterećenjem. 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 nosača lepkom Sikadur 31 CF Normal. Određivanje prianjanja navedenih traka za beton, zalepljenih u „mirnom“ režimu, izvršeno je tako što je navedena traka zalepljena za betonske kernove (ukupno 6 komada) prethodno izvađene iz konstrukcije mosta (sl. 3). Ovi kernovi-uzorci su ispitivani na zatezanje, pa su kao rezultat sprovedenog ispitivanja dobijene sledeće vrednosti prianjanja:

Slika 3. Tri od ukupno šest uzoraka za ispitivanje prianjanja u „mirnom“ režimu

fat, traike, min = 3,21 MPa, fat, trake, max = 4,03 MPa, fat, 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 saobraćaja 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 sledeće vrednosti prianjanja trake za beton: fat, trake, min = 5,86 MPa, fat, trake, max = 7,11 MPa, fat, trake, sr = 6,60 MPa, 35

a)

b)

Slika 4. Otkinuti „pečati“(a) i izgled površine trake i betona na mestu pull-off testa (b)

dok je posle 28 dana to prianjanje imalo vrednosti: fat, trake, min = 5,78 MPa, fat, trake, max = 7,79 MPa, fat, trake, sr = 6,62 MPa. Kao što se vidi iz prikazanih rezultata, vrednost fat,trake,sr dobijena ispitivanjem uzoraka prikazanih na slici 3 je blizu 2 puta manja od veličina prianjanja koje su dobijene pull-off testom preko "pečata" zalepljenih za donju površinu mostovskog nosača. Mada je reč o rezultatima koji su na prvi pogled čudni, oni su vrlo logični, 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 veće čvrstoće prianjanja nego u slučajevima kada su te dubine reda veličine 20 do 50mm. Kako su u svim ispitivanjima o kojima je ovde reč 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 veće površine od one koja se dobija zasecanjem, pa se time van zaseka ostvaruju i manji naponi zatezanja u betonu. Na taj način se, logično, "opasan presek" formira u okviru samog zaseka, pa se stoga i u okviru zaseka male dubine ostvaruje lom. Uzimajući u obzir sva data objašnjenja, može se smatrati da su rezultati konkretnih ispitivanja potpuno logični. Naime, veličine prianjanja koje se odnose na uzorke prikazane na slici 3 odnose se u stvari na betonske kernove - cilindre nominalnih prečnika 50mm, a dužina 50-70mm, koji su iz razumljivih razloga prethodnom obradom - sečenjem na oba kraja - dovedeni na potrebne mere, pa je stoga pri sprovedenim ispitivanjima faktički dobijena "prava" čvrstoća betona pri zatezanju koja je, kao što je rečeno, u najvećem broju slučajeva manja od zatezne čvrstoće betona u okviru zaseka koji se izvodi pri pull-off testu. Sprovedena ispitivanja i izvršene analize pokazale su sledeće: – aritmetičke sredine izmerenih napona prianjanja trake zalepljene za beton u uslovima odvijanja saobraćaja preko mosta, a na osnovu rezultata ispitivanja pull-off

36

testom nakon 7 i 28 dana po završetku lepljenja, kreću se u granicama 6-7MPa, što višestruko premašuje minimalno potrebnu veličinu 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 cilindričnim uzorcima veće dužine; – merenjem dinamičkih karakteristika predmetne konstrukcije, a u slučaju prelaska „teških vozila“ preko mosta, dobijene su sledeće vrednosti: • frekvencija oscilovanja f = 2.3Hz; • maksimalna amplituda dinamičkih ugiba cca 1,2mm, na osnovu čega sledi da je izmerena maksimalna razlika dinamičkog i statičkog ugiba a ≈ 0,6mm; • maksimalno izmereno ubrzanje g = 0,46m/sec2; • frekvencija oscilovanja T = 1/2,3 = 0,435sec. Na osnovu napred prikazanih izmerenih i sračunatih veličina, proizilazi da se dinamičke karakteristike predmetne konstrukcije kreću u očekivanim, odnosno u dozvoljenim granicama, i da pod takvim okolnostima one nemaju uticaja na proces ošvršćavanja epoksidnog lepka primenjenog za lepljenje karbonske trake za površinu betona. PRORAČUN OJAČANJA ARMIRANOBETONSKIH KONSTRUKCIJA Proračuni armiranobetonskih konstrukcija sa ojačanjima u vidu karbonskih traka (tkanina) danas se najčešće sprovode primenom metode graničnog stanja nosivosti. U vezi sa tim problemi se rešavaju na više načina, ali će u daljem biti prikazan jedan vrlo jednostavan, ali sa praktične tačke gledišta dovoljno tačan postupak koji, osim toga, daje i rezultate na strani sigurnosti. Proračun o kome reč, a pod pretpostavkom da se primenjuju trake-lamele, zasniva se na stavu da se konstrukcije koje se saniraju ili ojačavaju mogu tretirati sa računskim graničnim dilatacijama karbonskih traka εu,trake= εl reda veličine 40% do 50% graničnih deformacija koje su dobijene ispitivanjem, pa se na bazi poznatog modula elastičnosti trake Etrake = El može dobiti i računska granična vrednost naprezanja trake σu,trake neophodna za proračun. Na primer, ako je ispitivanjem trakelamele Sika CarboDur S (proizvod firme Sika -Švajcarska) dobijeno sledeće: – srednja vrednost modula elastičnosti 180000 MPa, – srednja vrednost čvrstoće pri zatezanju 3100 MPa, – dilatacija pri lomu cca 1,70%,

37

Slika 5. Radni dijagram karbonske trake-lamele tipa Sika CarboDur S

usvajanjem računske granične dilatacije u iznosu 49% dilatacije koja je dobijena pri lomu, u konkretnom slučaju trake dobiće se da je εu,trake = εl = 0,833%, pa će σu,trake biti σu,trake = 0,833·180000/100 ≈ 1500MPa. Sve napred navedeno ilustrovano je i slikom 5 koja odgovara rezultatima sprovedenog ispitivanja. U slučajevima primene traka-tkanina kao elemenata za ojačanje armiranobetonskih konstrukcija, proračuni ojačanja sprovode se u principu na isti način kao u slučajevima traka-lamela, pri čemu se i kod traka-tkanina neophodni ulazni podaci vezani za traku koja se koristi određuju putem odgovarajućih eksperimentalnih ispitivanja. Međutim, sada se pri ispitivanjima ne ide na određivanje veličine σu,trake, već se ide na definisanje računske vrednosti granične sile zatezanja (nosivosti) trake Zu kao elementa određene širine. Na slici 6 prikazani su rezultati jednog takvog eksperimentalnog ispitivanja koji se odnose na traku-tkaninu Sika Wrap-230 C/45 proizvođača 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 slučaju dijagrama prikazanog na slici 6 za predmetnu traku-tkaninu usvojena veličina εu,trake = εt  0,8%, na osnovu čega je dobijeno da se u konkretnom slučaju može usvojiti vrednost Zu = 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 Zu = 120kN (= 120kN/60cm). Sa napred definisanim ulaznim podacima moguće je sprovesti proračun ojačanja za svaki konkretan slučaj konstrukcije, pri čemu je veoma važno da se što je moguće tačnije definiše naponsko-deformaciono stanje u vreme izvođenja ojačanja tzv. "nulto" ("zatečeno") stanje konkretnog konstrukcijskog elementa. U daljem će se na primeru proste grede prikazane na slici 7 dati osnove proračuna ojačanja konstrukcija izloženih savijanju primenom traka-lamela. U vezi sa tim, kao prvo, treba definisati uticaje u konstrukciji u "nultom" stanju, odnosno definisati momente koji će biti prisutni za vreme izvođenja radova na ojačanju (sanaciji), a što je u prvom redu važno iz razloga da se na taj način ostvari mogućnost izračunavanja odgovarajuće dilatacije u postojećoj - zategnutoj armaturi εao. Tek nakon toga, kada se definiše veličina εao, može se pristupiti realizaciji procedure proračuna koja je definisana slikom 8, a koja se u suštini svodi na primenu uobičajenog postupka metode graničnog stanja nosivosti armiranobetonskih konstrukcija izloženih savijanju. Drugim rečima, proračun potrebnog ojačanja u vidu zalepljene karbonske trake-lamle svodi se na definisanje površine trake Al, tako da njena dilatacija εl bude maksimum εu,trake, a da pri tome dilatacija u postojećoj zategnutoj čeličnoj armaturi zadovolji uslov εa ≤ 1,0% (= 10‰). Pri tome postoji još i uslov

39

M u ( oj ) M u ( no )

 2,

(1)

gde je Mu(no) granični moment za neojačani presek, a Mu(oj) = Mu(no)+Mu(l) granični moment za ojačani presek; veličina Mu(l), logično, predstavlja granični moment (momenat nosivosti) koji predstavlja isključivo posledicu prisustva zalepljenih karbonskih traka-lamela. Napred dat odnos graničnog momenata ojačanog preseka i graničnog momenta neojačanog preseka (1) predstavlja, u stvari, uslov da se pri primeni ojačanja zalepljenim karbonskim trakama dozvoljava da nosivost ojačanog preseka bude najviše dva puta veća od nosivosti neojačanog preseka.

Slika 7. Primer konstrukcije sa ojačanjem u vidu zalepljene karbonske trake-lamele fB

a1

d

Aa1

Da Db

x

h-a1

a

Aa bl b

a l ao

Aa

v

AlEl

l

Slika 8. Dilatacije i unutrašnje sile pri graničnom stanju ojačanog pravougaonog preseka

40

Osim egzaktnog proračuna zasnovanog na elementima prikazanim na slici 8, a pod pretpostavkom da granično stanje u posmatranom preseku konstrukcije ne nastupa pri lomu betona, potrebna površina dodatne karbonske trake-lamele Al može dovoljno tačno da se izračuna i putem sledećeg izraza:

Al 

M u (q ) . 0,9d l , gr

(2)

U ispisanoj relaciji figurišu: Mu(∆q) - granični momenat od opterećenja ∆q koje predstavlja razliku ukupnog opterećenja q i opterećenja koje odgovara "nultom" stanju konstrukcije; d - ukupna visina betonskog preseka; σl,gr = σu,trake - granični napon u karbonskoj traci-lameli koji odgovara usvojenoj graničnoj deformaciji trake εu,trake. Osim izračunavanja površine Al, proračun se može svesti i na određivanje sile Zu u traci putem izraza

Z u   l , gr  Al  M u q  / 0,9d ,

(3)

što će posebno imati smisla pri upotrebi traka-tkanina Ovde treba još jednom napomenuti da izrazi (2) i (3) implicitno podrazumevaju da se celokupno opterećenje ∆q poverava isključivo dodatnoj tracilameli, odnosno traci-tkanini, a da dati betonski presek sa postojećom ćeličnom armaturom prihvata samo opterećenje koje odgovara "nultom" stanju konstrukcije. PRORAČUN OJAČANJA PREDNAPREGNUTIH KONSTRUKCIJA U slučaju prednapregnutih konstrukcija, na primer nosača prikazanog na slici 9, takođe, kao prvo, treba definisati uticaje u konstrukciji u "nultom" stanju, odnosno definisati momente koji će biti prisutni za vreme izvođenja radova na ojačanju. S tim u vezi, a primenom metode dozvoljenih napona i potpuno prihvatljive pretpostavke da će za vreme izvođenja radova na ojačanju konstrukcija biti izložena isključivo delovanju stalnog opterećenja, može se definisati dijagram naprezanja u merodavnom (opasnom) preseku označen sa "g" na slici. 10. Ako se taj dijagram superponira sa naponskim stanjem u istom preseku od opterećenja "p", dobiće se, kako pokazije slika 10, dijagram označen sa "g+p" u okviru koga, ukoliko je stvarno neophodno ojačanje konstrukcije, napon σd(g+p) treba da bude ne samo veći od dozvoljenog napona zatezanja koji odgovara potpunom predaprezanju, već veći i od vrednosti napona zatezanja koji se toleriše pri tzv. ograničenom prednaprezanju.

41

Slika 9. Prednapregnuti nosač sa zalepljenom karbonskom trakom-lamelom

Slika 10. Dijagrami naprezanja u nosaču koji se ojačava

Proračunski postupak koji u daljem treba primeniti svodi se na to da se, kao prvo, odredi tzv. momenat dekompresije Mdek pri kome će na donjoj ivici preseka biti anuliran ranije prisutan napon σd(g+p), a to znači da treba izračunati pozitivan momenat veličine Mdek = σd(g+p)·Wd.

(4)

Ovde je sa Wd označen 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 Wg i otporni momenat za donju ivicu preseka Wd). Nakon definisanja momenta Mdek, a saglasno slici 8, treba odrediti i momenat ΔM = M(g+p) - Mdek,

(5)

što znači da se sada ukupni momenat u posmatranom preseku M(g+p) razlaže na momenat Mdek i momenat ΔM. Prvi od navedenih momenata prihvata neojačani presek, dok momenat ΔM treba da prihvati betonski presek sa dodatnom karbonskom 42

trakom. Kako u praksi, u odnosu na nosivost prednapregnutih nosača, u ovakvim slučajevima nije kritičan napon pritiska u betonu već napon zatezanja u "armaturi", a to u konkretnom slučaju znači napon zatezanja u dodatnoj traci-lameli,odnosno tracitkanini, potrebna površina dodatne trake može da se odredi na bazi granične vrednosti momenta dekompresije Mdek,u. Ova vrednost, pak, sa dovoljnom tačnošću može da se dobije na bazi faktora sigurnosti veličine 1.8, pa se, prema tome, može usvojiti da je Mdek,u ≈ 1,8· Mdek.

(6)

Kako se sila pritiska u betonu Db prikazana na slici 8 kod prednapregnutih nosača "T" i "I" preseka sa dovoljnom tačnošću može prikazati u obliku Db ≈ 0,5·σg,dek·d·d2,

(7)

to se, isto tako, kao dovoljno tačna vrednost, za graničnu silu u dodatnoj traci-lameli, odnosno traci-tkanini, može usvojiti veličina Ztrake,u ≈ (Mdek,u - Db·d/3)/d.

(8)

Na taj način, a pri primeni traka-tkanina, na bazi dobijene sile Ztrake,u= Zu može se direktno usvojiti tip i broj potrebnih traka za ojačanje predmetne konstrukcije, dok se pri primeni traka-lamela u principu prvo određuje površina Al putem izraza Ztrake,u = Zu = σu,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-ojačanja se po pravilu postavljaju samo na delovima nosača gde su one potrebne za "pokrivanje" momenata savijanja, pri čemu one treba da budu "prepuštene" i izvan tih zona, kako bi se obezbedilo njihovo efikasno ankerisanje. Naime, ispitivanja i praktična iskustva govore da pri dostizanju granične nosivosti konstrukcija ojačanih 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, već se ta pojava javlja u vidu smičućeg mehanizma u okviru koga se, uključujući 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 reč uvek nastupaju smicanem "po betonu", proizilazi da je fτ – čvrstoća pri smicanju zalepljenog spoja 43

beton-traka – funkcija kvaliteta betona, i da se ta veličina može definisati isključivo na bazi odgovarajućih eksperimentalnih ispitivanja. U nastavku će se prikazati jedno takvo ispitivanje koje je sprovedeno primenom dispozicije prikazane na slici 9a, a čiji 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)

τgr = fτ = Pgr/21,6xbf (MPa)

100/1,2

42

1,94

100/1,4

54

2,50

120/1,4

62

2,39

Kao što se vidi, predmetna ispitivanja su sprovedena sa karbonskim trakamalamelama Sika CarboDur S1012 i Sika CarboDur S1214 , pri čemu 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 reč lom gredica je nastupao na način 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 znači da je u datom sistemu beton-lepak-traka, beton uvek bio najslabiji medijum. S obzirom na statički sistem uzoraka i na karaktere lomova o kojima je napred bilo reči, proizilazi da je kod svih uzoraka otkaz nastupao usled dostizanja granične vrednosti napona smicanja τgr = fτ na kontaktu traka-beton ostvarenom putem primenjenog lepka. Drugim rečima, u svim slučajevima o kojima je reč, za otkaz uzoraka bila je "odgovorna" transverzalna sila Q; ta sila je bila konstantna duž uzoraka i imala veličinu Q = ±0,5Pgr. Imajući u vidu sve prethodno rečeno, dolazi se do sledećeg izraza: τgr = fτ = 0,5Pgr/(0,9x12xbf) = Pgr/21,6bf, 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 τgr = fτ se mogu definisati u funkciji klase čvrstoće 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 određivanja čvrstoća pri smicanju zalepljenih spojeva beton-traka (tkanina), pa se u navedenoj tabeli prikazane vrednosti τgr = fτ mogu koristiti pri rešavanju velikog broja praktičnih problema. Tabela 2. Zavisnost između kvaliteta betona i čvrstoće τgr = fτ Klasa betona C

8/10 10 1,0

MB τgr = fτ(MPa)

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 ojačane karbonskim trakama saglasno slici 7 u važnosti izraz

Qu

  0 , 9 db l

(10)

to u svim presecima nosača vrednost smičućeg napona τ treba da bude manja ili jednaka odgovarakućoj vrednosti τgr = fτ iz tabele 2, što isto važi i za napon

45

 

Qu S I bl

(11)

koji se odnosi na konstrukcije od prednapregnutog betona prema slici 9. Kao što je rečeno, trake-ojačanja, a radi obezbeđenja njihovog efikasnog ankerisanja, treba da budu "prepuštene" i izvan zona nosača u kojima su one potrebne za "pokrivanje" momenata savijanja, pri čemu dužine tih ankerisanja λ mogu da se definišu na bazi veličina τgr = fτ datih u tabeli 2 i u funkciji debljina traka t. Nije teško pokazati da će dužina λ u posmatranom slučaju, a pod predpostavkom ravnomerne raspodele napona fτ, biti definisana izrazom

 t

l f

,

(12)

u kome, osim već objašnjenih vrednosti, figuriše i veličina σl - napon u karbonskoj traci (lameli ili tkanini) u preseku u kome počinje njeno ankerisanje. U slučaju zalepljenih karbonskih traka-tkanina, a pod pretpostavkom da na mestu njihovog ankerisanja u traci vlada granični napon σl,gr ≈ 1500MPa (računska "čvrstoća" koja reprezentuje najveći broj slučajeva u praksi) i da je fτ ≈ 1,0MPa (što odgovara minimalnoj vrednosti iz tabele 2), dobiće se da je λ ≈ 1500·t .

(13)

Ako se sada uzme u obzir da se u najvećem broju slučajeva efektivne (neto) debljine traka-tkanina kreću između 0,1 i 0,2mm, sledi da će pod takvim uslovima dužine ankerisanja λ varirati u granicama 150-300mm, što praktično znači da se efikasno ankerisanje bilo koje trake-tkanine ostvaruje već pri dužini λ ≈ 30cm. Za trake-lamele, pak, u principu važi isti, napred dat izraz (12) za određivanje dužine λ, pri čemu se i sada, analogno prethodnom slučaju, može usvojiti da je fτ ≈ 2,0MPa. Na taj način dobiće se da za trake-lamele sa dovoljnom tačnošću važi relacija λ ≈ 750·t .

(14)

Međutim, kod traka-lamela debljine t su znatno veće nego kod traka-tkanina, pa bi se mehaničkom primenom iste logike kao kod analize slučaja traka-tkanina dobile vrlo velike i sa praktične tačke gledišta nerealne vrednosti dužine λ. Naime, kod traka-lamela nije opravdano da se pri analizi dužine λ računa sa najvećim mogućim (graničnim) naponom u zalepljenoj lameli, već proračun mora da bude zasnovan na stvarnoj vrednosti napona u zoni kraja lamele, a ta je vrednost uvek značajno manja od maksimalne vrednosti σl,gr. U vezi sa tim pretpostaviće se da je prisustvo traka-lamela kao elemenata za ojačanje 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 slučaju će, ako se pretpostavi da je reč o gredama izloženim jednakopodeljenom opterećenju, u tim presecima vladati momenti koji po svojim vrednostima predstavljaju svega 36% maksimalnih momenata, a to znači da se pod takvim uslovima veličina λ može prikazati u izmenjenom obliku λ ≈ 270·t .

(15)

Ako se uzme u obzir da u najvećem broju slučajeva debljine traka-laminata iznose 1,0 do 2,0mm, proizilazi da će sada dužine ankerisanja λ varirati u granicama 270 do 540mm, što praktično znači da se efikasno ankerisanje bilo koje trake-lamele u zoni oslonaca posmatranih greda (na cca maksimum 0,1l od oslonaca) obezbeđuje sa dužinama λ od cca 25 do oko 50cm. Napred prikazana analiza dužine ankerisanja karbonskih traka, kao što se može zaključiti, je krajnje orijentaciona, ali ipak dovoljno ilustrativna jer omogućava sagledavanje fenomena i relevantnih uticajnih parametara. Ukoliko, pak, postoji potreba za tačnijim definisanjem dužine ankerisanja λ, treba koristiti izraz (12) u koji, kao osnovno, treba uvrstiti efektivnu (stvarnu) vrednost napona u traci σl,ef koja odgovara zoni kraja trake, odnosno koja računski odgovara zadnjem preseku u kome je predmetna traka neophodna kao element za ojačanje konstrukcije. Na taj način dobiće se i efektivna (stvarna) dužina ankerisanja λef preko koje će biti definisan kraj posmatrane trake. Ovde se napominje da se u praksi karbonske trake za ojačavanje armiranobetonskih i prednapregnutih konstrukcija izloženih savijanju po pravilu najčešće postavljaju po celokupnim dužinama konstrukcijskih elemenata; na taj način, bez značajnijih povećanja troškova, u potpunosti se "pokrivaju" sve eventualne nepreciznosti vezane za definisanje čvrstoće pri smicanju zalepljenog spoja τgr = fτ.

traka -- lamela traka - tkanina

Slika 12. Poboljšanje ankerisanja trake-laminata lepljenjem "U" elementa od trake-tkanin

47

Završeci karbonskih traka-lamela a iz razloga poboljšanja njihovog ankerisanja, često se izvode na način 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 SLUČAJ NASTAVLJANJA KARBONSKIH TRAKA Mada se karbonske trake-lamele i trake-tkanine proizvode u praktično neograničenim 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 isključivo na bazi odgovarajućih eksperimentalnih ispitivanja u okviru kojih će, zavisno od trake koja se nastavlja i od lepka koji se primenjuje, biti definisana potrebna dužina tzv. "preklopa". U nastavku će 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 "obruča" koji su zbog velikih dužina morali da se izvode iz nekoliko segmenata (2 do 3). To znači da su u okviru svakog "obruča", a radi obezbeđenja kontinuiteta traka, morali da postoje i nastavci koji su prema projektu predviđeni da budu izvedeni u vidu zalepljenih prekolpa dužine 100cm. Mada se smatralo da je u konkretnom slučaju navedena dužina preklopa dovoljna za prenošenje sile zatezanja, od strane Sike – proizvođača i isporučioca sanacionih materijala (karbonskih traka i odgovarajućeg lepka) – predloženo je da se na oba kraja projektovanih preklopa postave i dodatne čelične ploče koje će poprečno "premošćavati" trake i biti pričvršćene za betonsku površinu dimnjaka sa dva ankera-tipla HILTI HST M-12. Ovaj predlog je prihvaćen, 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 način je, dakle, na krajevima preklopa pri pritezanju ankera-tiplova dobijana određena sila pritiska na trake, čime je nesumnjivo povećana sigurnost izvedenog nastavka. Ovde se napominje da je na mestima nastavljanja dve trake Sika CarboDur S1214 lepljenjem pomoću epoksidnog lepka, a sa preklopom od 100cm, prosečna vrednost graničnog naprezanja na smicanje u tom spoju iznosila τu,tr = 417/(1,00x0,12) = 3475kN/m2 = 3,48MPa.

(16)

Bez obzira što je u potpunosti prihvaćen predlog Sike u vezi "ojačavanja" preklopa - nastavaka karbonskih traka, na Građevinskom 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, izrađena su i ispitana tri uzorka prikazana na slici 13. Radi se o uzorcima širina 30mm i 60mm „isečenim“ iz trake Sika CarboDur S1214 širine 12cm, koji su izlagani silama zatezanja P, pri čemu su dva uzorka (uzorci 1 i 2) bili uzorci sa "čistim" preklopima, dok je jedan uzorak (uzorak 3), osim zalepljenog prekopa, na oba kraja imao i dodatna ojačanja u vidu čeličnih stega.

Slika 13. Ispitivanje nastavaka traka preklapanjem

U tabeli 3 prikazuju se rezultati sprovedenih ispitivanja, pri čemu je njihova analiza, između ostalog, zasnovana na računskoj vrednosti granične sile zatezanja Zu = 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 Zu ≈ 208,5kN, odnosno Zu ≈104,25kN.

49

Tabela 3. Rezultati ispitivanja nosivosti nastavaka-spojeva karbonskih traka izvedenih putem zalepljenih preklopa

Broj uzorka 1 2 3

Sila loma nastavka-spoja Pu(kN) 59,1 33,4 56,8

Čvrstoća spoja pri smicanju τu(MPa) 1,97 2,23 3,79

Odnos sila Pu/Zu

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 ojačanja u vidu čeličnih stega prikazanih na slici 13, nosivost nastavaka traka preklapanjem značajno povećava. To povećanje je toliko da se u konkretnom slučaju dobija čvrstoća predmetnog spoja pri smicanju τu = 3,79MPa, koja je praktično istog reda veličine kao računsko granično naprezanje na smicanje τu,tr = 3,48MPa u spoju traka koje formiraju obruče oko predmetnog dimnjaka (videti izraz (16)). Naponi τu pri kojima je došlo do otkaza uzorka 1 i 2 predstavljaju samo uslovno tačne vrednosti zasnovane na pretpostavci o ravnomernoj raspodeli napona smicanja duž posmatranog spoja traka. Međutim, ta raspodela, kao i u slučajevima sličnih veza u čeličnim konstrukcijama (izvedenim zakivcima, vijcima ili zavarivanjem) i drvenim konstrukcijama (izvedenim pomoću eksera, zavrtnjeva i dr.) nije ravnomerna, već ona u principu odgovara slučaju prikazanom na slici 14. Međutim, u slučaju čelika i drveta, a takođe i spojnih sredstava koja se u okviru tih konstrukcija primenjuju, radi se o duktilnim materijalima i elementima, pa taj fenomen nema naročitog značaja u odnosu na granične nosivosti predmetnih veza. Naime, usled navedene duktilnosti, a u slučajevima graničnih nosivosti, spoljašnja sila Pu se uvek relativno ravnomerno raspoređuje na sva upotrebljena spojna sredstva. Međutim, kada je reč o karbonskim trakama i o lepkovima koji se koriste pri njihovoj primeni, ne važi pretpostavka duktilnosti. Naime, i u jednom i u drugom slučaju se radi o neduktilnim materijalima, tako da se u spoju prikazanom na slici 14 na krajevima traka uvek javljaju enormno veliki naponi τmax , a da pri tome ne postoji

Slika 14. Raspodela napona smicanja u spoju zalepljenih traka

50

mogućnost da se sa tih mesta naprezanja „preraspodele“ duž zalepljenog spoja. U takvim uslovima, čim se praktično u užim zonama oko krajeva traka – u zonama svojevrsnih koncentarcija napona τmax – dostigne čvrstoća pri smicanju upotrebljenog lepka, dolazi do otkaza celokupne veze. Kada se na krajevima zalepljenih traka primene ojačanja u vidu čeličnih stega, kao što je to slučaj kod uzorka 3 prikazanog na slici 13, a to znači kada se u zone krajeva zalepljenih traka unesu određene sile pritiska V (videti sliku 14), te sile će eliminisati prisutne koncentracije napona, tako da se potpuno osnovano može smatrati da će duž spoja zalepljenih traka vladati relativno ravnomerno raspoređen napon smicanja. To je i razlog što je u slučaju uzorka 3 dobijen napon τu = 3,79MPa, koji je 3,79/2,23 ≈ 1,7 puta veći od napona dobijenog u slučaju uzorka 2 – uzorka bez čeličnih stega. OSNOVNI TEHNIČKI USLOVI IZVOĐENJA SANACIJA I OJAČANJA BETONSKIH KONSTRUKCIJA LEPLJENJEM KARBONSKIH TRAKA UVOD U ovim Osnovnim (tehničkim) uslovima biće obrađene sledeće globalne pozicije radova na izvođenju sanacija i ojačanja 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 izvođenju predmetnih radova dolaze u obzir isključivo materijali koji su garantovano kompatibilni, što znači da se mogu primenjivati samo trake i lepkovi istog proizvođača. Pre početka izvođenja radova potrebno je da izvođač pribavi dokaze kvaliteta materijala koje će koristiti pri predmetnim intervencijama, odnosno da pribavi atestnu dokumentaciju za konkretan sistem ojačanja. RADOVI KOJI PRETHODE INTERVENCIJI Omogućavanje pristupa mestu intervencije Ova pozicija obuhvata izradu i docnije uklanjanje potrebne radne skele ili platforme na mestima gde lepljenje zahteva takve pomoćne konstrukcije. Za utvrđivanje obima radova vezanih za pristup mestima intervencije koriste se podaci iz projektne dokumentacije, pri čemu se izvođaču radova ostavlja sloboda da prema konkretnim uslovima, broju interventnih mesta i asortimanu opreme kojom raspolaže usvoji tehnički 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: čvrstoća betona pri pritisku, čvrstoća prianjanja/lepljenja za datu površinu, hrapavost i ravnost (zatalasanost) površine, tačka rose i površinska vlažnost. Određivanje čvrstoće betona pri pritisku preko izvađenih kernova ili Šmitovim čekićem. Obim ispitivanja o kome je ovde reč treba odabrati tako, da se mogu izvesti potpuno jasni zaključci u vezi kvaliteta betona. Određivanje čvrstoće prijanjanja/lepljenja za betonsku površinu ili za malter za izravnanje. Prijanjanje/lepljenje traka za betonsku površinu je od velike važnosti jer se zatežuće sile u elementu za ojačanje praktično preko napona smicanja, odnosno upravno na površinu betona, unose u beton. U vezi sa tim treba da bude zadovoljeni sledeći uslovi u pogledu čvrstoće prianjanja/lepljenja: – fat ≥ 1,5 MPa ako se radi o trakama-lamelama; – fat ≥ 1,0 MPa ako se radi o trakama-tkaninama. Napred date vrednosti odnosi se na sledeći postupak ispitivanja. Na pripremljenoj površini betona treba na najmanje 3 mesta ispitati čvrstoću na zatezanje pri prijanjanju/lepljenju za beton, pri čemu treba primeniti pull-out test, odnosno postupak kontrolnog "pečata"sa usečenim "prstenastim žljebom". Prečnik kontrolnog "pečata" treba da iznosi 50mm, a "prstenasti žljeb" treba minimum 5mm da uđe 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 većim neravninama odvajaju od betonske površine. U zonama udubljenja kod rapave betonske površine stvaraju se u lepku pod trakom vazdušni "balončići" i šuplja mesta. Ovakva mesta slabe vezu i vrlo su opasna, posebno na delu gde se traka ankeruje. Neravnine betonske površine stoga treba pomoću proverenih materijala - reparaturnih maltera popraviti. Trake se ne smeju lepiti na neravne površine, pošto to dovodi do neželjene pojave tzv. skretnih sila. Pri korišćenju kontrolne metalne letve dužine 2m, ne sme da se dobije neravnina veća od 5mm. Pri kontroli na dužini/širini od 30 cm, dozvoljene su samo neravnine manje od 1mm. Određivanje tačke rose. Pri lepljenju karbonskih traka (tkanina) treba izbegavati poremećaje prijanjanja usled vlažnosti površina, neodgovarajućih temperatura vazduha, relativne vlažnosti vazduha, orošavanja, kao i nepovoljne temperature površine za koju se trake lepe. Za definisanje tačke rose potrebno je izmeriti relativnu vlažnost i temperaturu vazduha, pa je na osnovu toga moguće odrediti i odgovarajuću temperaturu orošavanja. Procena opasnosti od stvaranja kondenzne vlage na površini za koju se lepe trake može se dati na osnovu temperature gornje površine građevinskog elementa koji se ojačava, pri čemu ona mora da bude najmanje 3oC veća od temperature orošavanja.

52

Površinska vlažnost podloge. Merenje površinske vlažnosti betona može se sprovesti primenom različitih vlagomera, a takođe i postupkom sušenja na 105oC uzoraka (komada) betona do konstantne mase (klasičan 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 reči, a koji se odnose na tačku 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 očvrsle cementne paste. Optimalne neravnine površine na kojoj se vrši aplikacija ojačanja treba da su između 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 početak nanošenja lepka, mora se površina na kojoj se sprovodi aplikacija lepka, četkom ili usisivačem, očistiti od slobodnih delova, tako da podloga bude i bez prašine. Ravnost površine na kojoj se vrši aplikacija ojačanja mora se prekontrolisati metalnom letvom. Udubljenja na dužini od 2m ne smeju da pređu 5mm. Veće neravnine se moraju eliminisati određenim, primenjenom sistemu lepljenja kompatibilnim izravnavajućim malterom. Eventualna korodirana armatura koja se "otkrije" pri pripremi površine betona treba da se pre nanošenja maltera za izravnanje zaštiti odgovarajućim antikorozionim sredstvom. Postojeće prsline/pukotine prisutne u zoni lepljenja karbonskih traka (tkanina) moraju se uz pomoć odgovarajuće niskoviskozne epoksidne smole prethodno injektirati. NANOSENJE LEPKA I LEPLJENJE TRAKA Na površinu na koju se lepi karbonska traka četkom se nanosi odgovarajući tiksotropan lepek. Potom se traka ručno fiksira za tako pripremljenu podlogu pomoću valjka. Više slojeva traka moguće je nanositi samo po sistemu "vlažno na vlažno". U slučaju 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 slučajevima nanosi i preko traka-lamela, posuti kvarcni pesak. Za vreme izvođenja radova na lepljenju pa sve do očvršćavanja lepka, moraju se, po mogućstvu, izbeći sva štetna pomeranja/vibracije u okolini. Pri izvođenju operacije lepljenja treba se, pored navedenog, u svemu pridržavati i svih uputstava proizvođača korišćenih materijala, odnosno uputstava nosioca sistema ojačanja 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 čvrstoća pri zatezanju, modul elastičnosti i granična dilatacija pri lomu (kidanju). Lepak. Za ispitivanje lepka treba formirati prizme od lepka dimenzija 40x40x160mm; na njima će se ispitivati čvrstoća pri savijanju, čvrstoća pri pritisku i eventualno E-modul. Ako se radovi izvode duže vreme, prizme od lepka treba formirati svakodnevno - od zadnjeg "mešunga". Za slučaj da se menja šarža lepka tokom radnog dana, potrebno je dodatno formirati i ispitati još dve prizme. Čvrstoća prianjanja/lepljenja za podlogu. Kvalitet spoja/veze zalepljene karbonske trake (tkanine) je od velikog značaja. Spoj se može ispitati opitima zatezanja-prianjanja, kako je to napred već opisano (pull out test). Najpre treba u predelu gde se vrši ispitivanje bušenjem kernova kroz traku "iseći" uzorak 5mm duboko u betonu. Potom se "pečat" za ispitivanje prijanjanja lepi na tako dobijene komade ("kernove"), i apliciranjem sile određuje čvrstoća na zatezanje pri prijanjanju/lepljenju. Prelom pri ovom ispitivanju treba da nastane "po betonu". Ovom metodom moguće je i dugotrajno praćenje ponašanja ojačanja. 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 između 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 ojačanja 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 zaštićene adekvatnim i proverenim protivpožarnim oblogama ili premazima.

54

Mihailo Petrović, dipl.inž.građ.1

STRUČNI RAD UDK: 69.059.3

INJEKCIONE MASE I POSTUPCI INJEKTIRANJA KONSTRUKCIJSKIH ELEMENATA REZIME Članak se bavi praktičnim problemima injektiranja prslina i pukotina nastalim na AB i zidanim konstrukcijama, vrstama injekcionih masa, potrebnom opremom za izvođenje ove vrste radova, kao i opisom samog postupka injektiranja. Namena rada je da sam postupak injektiranja približi svakodnevnoj inženjerskoj praksi. Ključne reči: 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 specijalističkog posla u oblasti građevinarstva, za koji su potrebna posebna znanja i oprema ovaj članak 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 očvršćavanja (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 seizmičkih 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 seizmičkih uticaja. Injektiranjem se, takođe, saniraju i prodori vlage u zidove usled neadekvatne hidroizolacije ili zbog nepostojanja iste. Ova injektiranja se izvode posebnim izolacionim materijalima raznih proizvođača. Česta su i injektiranja industriskih i ostalih bazena, kod kojih su, obično 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 sličnih ili istih kao i injekcione mase, a istom opremom, može se izvoditi i zalivanja ankera, nalivanje podlivke vertikalnih anker ploča (veza AB zid i čelična konstrukcija) ili podlivanje ležišnih ploča 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 preporučuje se samostalno spravljanje, sem ukoliko izvođač ne poseduje recepturu spravljanja sa specifikacijom potrebnih vrsta i količina 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, različitih namena i raznih proizvođača. Koji primeniti zavisi od uzroka oštećenja, mogućeg načina injektiranja kao i od veličine 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 građevinskoj industriji kao što su Sika, Kema, Isomat, Henkel, Loctatte itd. Postoje i domaći proizvođači koji, takođe, imaju kvalitetan epoksidni proizvod. Epoksidni malteri. Sastav epoksidnog maltera je u suštini mešavina epoksidne smole i punioca od kvarcnog peska. Epoksidni malter izvođač može i sam izraditi. Pri samostalnoj izradi epoksidnog maltera voditi računa o izboru epoksida, obično se koriste epoksidi koji vezuju i za vlažne površine betona ili cigle. Kao punioca obavezno koristiti samo čist kvarcni pesak granulacije 0. Razni proizvođači 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 proizvođača. Šta injektiramo i čime injektiramo? Ovde će 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 mogućnost pojava zatezanja u injektiranim zonama. Injektiranje polimer cementnim malterima uglavnom se izvodi u realno pritisnutim zonama konstrukcije i u konstrukcijama gde je zatežuća nosivost maltera veća ili približna opeci u zidu. Ugradnju raditi po uputstvu proizvođača. Injektiranje malih prslina AB konstrukcija (manje 0,5 mm) izvoditi epoksidnim smolama. Obično su te smole dvokomponentne i brzo vezujuće. Pripremu za injektiranje izvršiti na većim površinama, umešati potrebnu (manju) količinu epoksidne smole, a proces injektiranja izvesti u što kraćem periodu zbog mogućnosti očvršćavanja smole. Injektiranje prslina AB konstrukcija (većih od 0,5 mm) ili pukotina (većih od 1 mm) izvoditi epoksidnim malterima.

57

Kod velikih pukotina zidova ili platana sanacija injektiranjem obično se radi u sprezi sa nekim drugim načinom sanacije (utege, klanfe, površinsko armiranje sa torketiranjem …) Šta nam treba za injektitanje? Pored injekcione mase potrebno je :  Injektor. Injektor je plastična ili bakarna cevčica koja se postavlja u prethodno izbušenu rupu na liniji prsline ili pukotine. Injektore, raznih vrsta i veličina, prodaju isporučioci epoksidnih smola. Ekonomičnije je koristiti bakarnu cevčicu. Čelične cevčice se ne preporučuju zbog kasnije korozije dela koji ostane u preseku. Prečnici konektora mogu biti 6, 8, 10,12… mm, zavisno od veličine prsline i dubine injektiranja.  Industriski usisivač  Manji kompresor ili ručna pumpa  Bušilica za beton  Mutilica  Plastična impregnirana creva  Posuda za injektiranje. To može da bude svaka posuda koja ima zaptivajući poklopac, ventil za prijem vazduha i priključni 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 obično dvokomponentne, neki proizvođači imaju u ponudi i uređaj koji je posuda i istovremeno mešač komponente A i B.

Posuda za injekcionu masu

58

Uređaj za umešavanje komponenti A i B i injektiranje

Na slici levo je posuda koju svaki izvođač, uz mala ulaganja, može sam napraviti. Crtež za izradu posude je dat u prilogu ovoga članka. Kako injektiramo? Prvo kvalifikujemo oštećenje po veličini prsline ili pukotine. Pored veličine utvrđujemo i dubinu prsline ili pukotine. Dubinu utvrđujemo tako što odštemujemo presek do dubine prsline. Bušimo rupe duž prsline. Dubina rupe je prethodno utvrđena dubina prsline. Prečnik rupe (time i prečnik injektora) određujemo prema otvoru prsline (veća prslina - veća rupa). Razmak rupa (injektora) zavisi od veličine i dubine prsline (za veće – veći razmak). Razmak ne bi trebao biti manji od 10 cm niti veći od 30-40 cm. Prsline po površini, mehanički bez uređaja za razaranje, ručno obraditi tako da se svi slabo vezani delovi mase skinu ili otpadnu. Površine prslina i mesta na kojima smo bušili rupe, obavezno, industrijskim usisivačem ili bolje komprimovanim vazduhom očistiti od prašine po dubini. Po liniji prsline, u prethodno izbušene rupe, ukucati injektore, tako da vire iz površine elementa 5-10 cm. Na cevčicu se postavlja uvodni pištolj sa ventilom otvoreno-zatvoreno, prema slici.

Ukoliko izvođač ne raspolaže pištoljem na cevčicu se može pričvrstiti direktno odgovarajuće plastično ili gumeno crevo. Za injektiranje pod većim pritiskom vezu creva za injektor obezbediti šelnom. Preporučuje se plastično 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 čisti kvarcni pesak granulacije 0. Injektiranju se može pristupiti tek kad epoksidni malter očvrsne i potpuno se veže za podlogu, preporučuje 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 dođe do pojave injekcione mase znači da je razmak injekcionih cevčica veliki te u toj zoni treba postaviti novu injekcionu cevčicu i ponoviti proces injektiranja. Ukoliko je prslina većih širina ili je kvalifikovana kao pukotina, 24 sata pre injektiranja pukotinu treba očistiti, produbiti i zamalterisati epoksidnim malterom. Kod većih pukotina cevčice se postavljaju gušće tako da svaka druga cevčica služi za kontrolu popunjenosti prsline. Pojavom injekcione mase na sledećoj cevčici prekida se injektiranje i ide na sledeći par cevčica. Ukoliko se injekciona masa ne pojavi na susednoj prslini znači 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 pristupačnije strane preseka. Tokom injektiranja sprovoditi kontrolu toka injekcione mase kako je već opisano, preko svakog drugog injektora. Po završetku injektiranja obavezno injekcionu posudu i crevo temeljno očistiti. Šta smo na kraju uradili?

Na slikama iznad vide se injektirane praznine elemenata u poprečnim presecima. Dobili smo neprekinutu masu oštećenog elementa. Možemo je uslovno

60

smatrati homogenom pošto su mehaničke osobine injekcione mase uvek veće od elementa koji injektiramo, ukoliko je u pitanju injektiranje epoksidnim smolama. U nastavku dajem primer izvedene veze čelične konzole nadstešnice za betonsku konstrukciju stuba postojeće hale. Ovim primerom su obuhvaćeni postupci injektiranja ankera epoksidom, kao i postupak podlivanja (nalivanja) oslonačkih ploča konzole.

Rupe u AB stubu su bušene dijamantskom burgijom Ø 40. Za zategnuti anker bušena je kompletna širina preseka, dok je za pritisnute ankere bušena dubina od 20 cm. Zategnuti ankeri Ø 20 imaju navoj po celoj dužini tela. Pritisnuti ankeri Ø 20, na delu koji ulazi u beton su obrađeni trapeznim navojem. Po bušenju rupa, postavljaju se ankeri, epoksidnim malterima se zatvore krajevi rupa, uz istovremenu ugradnju injekcione cevčice u najniži mogući položaj, i na drugom kraju kontrolne cevčice. Kontrolna cevčica se postavlja u najviši mogući položaj i završetak joj je uvek vertikalan. Po vezivanju epoksidnog maltera pristupa se injektiranju. Nakon injektiranja postavljaju se elementi konzole i ankerna ploča zategnutog ankera (suprotna strana preseka od konzole). Distanc podmetačima ležišne ploče se odmaknu od površine betona za 15-20 mm, zatim se ankeri pritegnu. Ivice oko ploča se zatvaraju epoksidnim malterom, postavljaju injektori (dole) i kontrolne cevčice (gore). Nakon očvršćavanja maltera injektira se epoksid. Po isteku 24 h ankeri se finalno pritegnu. 61

Prilog : Crtež posude za injektiranje

62

Docent Dušan Ignjatović, dipl.inž.arh.1 PREGLEDNI RAD Docent mr Nataša Ćuković Ignjatović, dipl.inž.arh.1 UDK: 621.384.3 620.179.13:699.86

PRIMENA TERMOVIZIJSKOG SNIMANJA U PROCENI ENERGETSKE EFIKASNOSTI ZGRADA REZIME Upotreba termovizijskog snimanja u zgradarstvu i proceni kvaliteta performansi termičkog omotača zgrada a samim time i njihove energetske efikasnosti, danas postaje jedna od obaveznih metoda u građevinskoj praksi. Primena je vezana kako za nove objekte gde se koristi kao verifikaciona metoda izvedenih sklopova i, što je još bitnije, postojeće objekate gde se bez složenih istražnih radnji vrši ispitivanje karakteristika omotača i analizira njihovo stanje. Ova nedestruktivna metoda omogućava brzo i tačno dijagnostikovanje bazirano na merenjima stanja i, uz razumevanje teorije zračenja kao i arhitektonskih detalja, pruža osnov za donošenje odgovarajućih odluka u cilju povećanja stepena energetske efikasnosti. Ključne reči: 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 naučna disciplina koja se bavi prikupljanjem i analizom karakteristika objekata preko njihovih termalnih vizuelnih reprezentacija – termograma, bez uspostavljanja bilo kakvog direktnog fizičkog kontakta. Korišćenje termovizijskih metoda istraživanja je isprva bilo isključivo 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 značaju i danas predstavlja najdinamičniju 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 učestvuju u snimanju. Termovizijsko istraživanje se bazira na detektovanju ukupne količine zračenja koje dolazi od posmatranog objekta, njenom prevođenju u odgovarajući 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 očitati odgovarajuća temperaturna vrednost. Teoretski osnov za termovizijsko snimanje zasnovan je na činjenici da sva tela toplija od apsolutne nule emituju određenu količinu elektromagnetnog zračenja. Količina ovog zračenja se može izraziti pomoću Šterfan Bolcmanovog zakona W= εWb= εσT4, gde je: Wb - energija zračenja crnog tela, σ - Štefan Bolcmanova konstanta čija je vrednost 5,67 * 10-8 W/m2 K, T - temperatura, a ε = W/Wb (0<ε<1) - karakteristika emisivnosti odnosno sposobnosti nekog tela da izračava energiju. Emisivnost predstavlja odnos zračenja realnog ili kako se još zove “sivog” u odnosu na “crno” telo koje se smatra idealnim emiterom koje u potpunosti izračava svu energiju. Za potrebe primene u zgradarstvu karakteristika emisivnosti je jedna od najvažnijih za pravilno razumevanje i određivanje, jer značajno utiče na numerička očitavanja dobijenih vrednosti. Vrednosti emisivnosti se mogu naći u literaturi koja se bavi teorijom zračenja kao i u okviru softvera same termovizijske kamere. Opšte uzev, kao posledica karakteristike emisivnosti materijala imamo pojavu da tela istovetnih temperatura mogu imati drastično različita termička očitavanja. U procesu snimanja nekog objekta mi analiziramo ukupnu energiju koja dolazi do kamere, odnosno detektora, i neophodno je razumeti da ona ne potiče samo od objekta, već i od refleksija okruženja kao i od zračenja okružujuće atmosfere. Uticaj zračenja atmosfere u spektralnom opsegu većine savremenih kamera namenjenih zgradarstvu nije od velikog značaja i prilikom određivanja temperaturnih 64

vrednosti vrši se kompenzacija softverskim unošenjem odgovarajućih podataka. Za razliku od ovog, uticaji refleksija se ne mogu automatski kompenzovati i njihovo pravilno razumevanje je od izuzetnog značaja za adekvatno tumačenje termograma. Prilikom termovizijskog snimanja možemo razlikovati dva tipa refleksija: lokalne refleksije koje nastaju kao posledica uticaja pojedinačnog objekta, najčešće primetno različitih temperaturnih karakteristika od posmatranog, i totalne refleksije koje nastaju kao posledica uticaja okruženja. Totalne refleksije se mogu identifikovati, numerički iskazati i potom u vidu tzv. prividne (apparent) temperature uneti u kameru koja softverski optimizuje njihov uticaj, dok se pojedinačnim refleksijama mora posvetiti posebna pažnja. One se moraju isključiti iz analize bilo adekvatnim snimanjem (promenama položaja, odnosno ugla snimanja, blokiranjem izvora i sl.) bilo ogovarajućim markiranjem na termogramu i isključivanjem iz daljeg tumačenja. Materijali sa niskom emisivnošću se karakterišu velikim stepenom refleksije, što praktično znači da njihova temperaturna očitavanja na termogramu nisu relana i uslovljena su temperaturom okruženja, dok su temperaturna očitavanja materijala visoke emisivnosti realnija i manje podložna neadekvatnim tumačenjima. 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 izrači, a prema zakonu o održanju energije ukupna energija koja dolazi sa nekog tela je jednaka zbiru emitovane (ά), reflektovane (ρ) i transmitovane (Ƭ) energije, odnosno ά+ρ+Ƭ=1 zamenom ά sa ε, i uz konstataciju da je većina objekata u zgradarstvu neprovidna te se stoga može uzeti da je Ƭ=0, jednačinu možemo svesti na izraz ε+ρ=1, odnosno ukupno zračenje na W total = ε Wobj + ρ Wrefl = ε Wobj + (1- ε )Wrefl iz koga se jasnije može razumeti pojava odstupanja u očitavanjima temperaturnih vrednosti. Kod izrazitih reflektora mi, u stvari, očitavamo temperaturne vrednosti reflektovanog okruženja, a ne samog objekta, što, ukoliko nemamo informacije o prirodi materijala koji je sniman, može dovesti do netačnih zaključaka prilikom analize termograma. Ilustracija uticaja emisivnosti i refleksija se najbolje može videti na slici 1, na kojoj vidimo visokopoliranu keramičku šolju napunjenu toplom tečnošću postavljenu ispred kutije materijalizovane od aluminijuma. U standardnoj - vizuelnoj fotografiji ne uočavamo nikakve posebne specifičnosti i odmah možemo primetiti svetlosnu senku koju šolja pravi na kutiji. Na termogramu je situacija potpuno drugačija. 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 zračenja sama šolja, za razliku od vizuelne fotografije gde je u pitanju svetlosni izvor sa desne strane kompozicije. Takođe, primetni su i uticaji emisivnosti materijala u vidu nerealnih očitavanja površine aluminijuma odnosno različitih očitavanja temperaturnih vrednosti same šolje i to na mestu mat štampanog logoa koji se očitava kao topliji u odnosu na ostatak površine. Ukoliko bi analizirali samo termogram, bez dodatnih informacija o načinu na koji je on sniman, ne bi bili u stanju da donesemo pravilan zaključak šta se, u stvari, nalazi na slici, što nas upućuje na potrebu adekvatnog dokumentovanja svakog procesa snimanja, odnosno poznavanja materijala i njihovih karakteristika.

Slika 1. Uticaji refleksija i emisivnosti u termoviziji

U zgradarstvu, kod većine objekata se ne suočavamo sa ovako kompleksnim pojavama jer su građevinski materijali i završne obrade od kojih se najčešće 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, takođe, se karakterišu visokim stepenom refleksije. PRIMENA TERMOVIZIJE U ZGRADARSTVU Primena termovizije je veoma raznovrsna i u poslednje vreme se gotovo ne može naći delatnost u kojoj se na neki način ne koristi termovizijsko ispitivanje. U zgradarstvu najčešće oblasti upotrebe su: nedestruktivno testiranje, kontrola kvaliteta, procesi održavanja bazirani na merenjima stanja kao i raznovrsni istraživački 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 određenim temperaturnim manifestacijama i kao takvi predstavljaju pogodno polje za termovizijsko ispitivanje. Neki od ovih elemenata su i sami generatori izrazitijeg toplotnog zračenja (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, osunčanja) ispoljavaju određene osobine koje se mogu pratiti i analizirati upotrebom termovizijskog snimanja. Neke od najčešćih upotreba termovizije se mogu naći 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

Otkrivanje mesta curenja i

67

Otkrivanje loših kontakata na tabli sa osiguračima

podnog grejanja

zone vlaženja

Otkrivanje zastoja u cevnoj mreži

Širenje vlage usled propale termoizolacije

Na osnovu samo nekoliko ilustracija možemo zaključiti da su primene ove metode gotovo neograničene a najveće prednost se ogleda u dobijanju tačnih direktnih dijagnostičkih 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 već su u upotrebi i takozvani beskontaktni merači temperature često nazvani i „IR termički pištolji“ (IR thermal gun). Osnovna razlika u primeni ovih uređaja u odnosu na snimanje kamerom je u njihovoj ograničenosti na merenja svedeno na prikaz u jednoj tački, kao i u načinu na koji se zračenje fokusira na detektor. Kod ovih uređaja se količina zračenja, određena uglom vidnog polja sočiva, fokusira na jednu tačku za koju se potom određuje temperaturna vrednost. Praktično, to znači da je preciznost merenja direktno uslovljena kvalitetom sočiva i njegovim vidnim poljem, što se može reći 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 optičke karakteristike sočiva kako uprosečena vrednost temperaturnog očitavanja koja se proračunava ne bi bila pod uticajem drugih objekata koji se nalaze u vidnom polju snimanja. Ovi uređaji su najčešće opremljeni i laserskim pokazivačem pravca koji ukazuje na sredinu optičkog polja, odnosno kod naprednijih modela višestrukim laserskim zracima (ili rotacionim laserom) koji markiraju zonu merenja. Napredniji modeli takođe mogu za vidno polje određivati maksimalnu i minimalnu temperaturu i uzimati u obzir uticaje emisivnosti posmatranog materijala, kao i priključivati kontaktne termometre i učitavati njihova merenja. Iako veoma preciznih očitavanja, u skladu sa ograničenjima konstrukcije, oni pokazuju relativno mali broj očitanih vrednosti. Prednosti analize preko termograma i

68

načina njegovog formiranja se ogleda u merenjima sa većim brojem tačaka koje čine prikaz. Čak i kamere najmanje rezolucije imaju na hiljade piksela sa odgovarajućim radiometrijskim podacima što bi predstavljalo ekvivalent hiljadama pojedinačnih snimanja termalnim pištoljem. Možemo reći da je za lokalna merenja, malih distanci, kada unapred znamo tačno mesta na kojima je potrebno ispitati temperaturne vrednosti IR termometar odgovarajući 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 istaći da je u primeni termovizije u zgradarstvu upravo direktna vizuelizacija stanja u realnom vremenu jedna od osnovnih prednosti jer nam pruža priliku da proučavamo distribuciju temperaturnih očitavanja po većoj površini ananliziranog objekta, što, uz poznavanje primenjenih materijala i arhitektonskih detalja, pruža jasniju sliku o perfomansama. GRAĐEVINSKI FOND I TERMOVIZIJSKO ISPITIVANJE Energetska efikasnost zgrada predstavlja jednu od najzastupljenijih oblasti primene termovizije. Činjenica da je zgradarstvo u Evropi zaslužno za potrošnju gotovo 40% ukupne energije naglašava potrebu za preduzimanjem odgavarajućih mera za njenu uštedu. Na nivou Evropske Unije pre više od deset godina je uočen 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 većini zemalja je Evropska direktiva 2002/91/EC, poznatija kao EPBD (Energy Performance Building Directive) koja naglašava uticaj koji zgrade imaju u ukupnom energetskom bilansu, naročito ako se uzima u obzir njihov životni vek. Ističe se neophodnost da se sve nove zgrade konstruišu prema termičkim standardima prilagođenim lokalnim klimatskim uslovima 69

imajući u vidu maksimalnu uštedu energije. Kao potpisnik primene ove direktive kao i na osnovu Zakona o planiranju i izgradnji i Republika Srbija je donela dva pravilnika koji uređuju ovu oblast: “Pravilnik o energetskoj efikasnosti zgrada” kao i “Pravilnik o uslovima, sadržini i načinu izdavanja sertifikata o energetskim svojstvima zgrada” (Sl. Glasnik RS br. 61/2011), kojima se, preko podzakonskih akata, uređuje oblast energetske efikasnosti. Ovi dokumenti definišu pojam energetske efikasnosti, uvode tzv. Energetski pasoš odnosno iskaznicu o proračunskoj potrošnji energije (za sada samo za grejanje) kao jedan od obaveznih dokumenata u procesu pribavljanja upotrebne dozvole. Detaljnije se definišu načini proračuna potrošnje energije i određivanje energetskih razreda zgrada prema tipovima. Celokupan proces je proračunski, a prilikom tehničkog prijema se potvrđuje da li je zgrada izvedena u skladu sa projektom i izdaje se pasoš koji se javno ističe na vidnom mestu. Verifikacija proračunatih vrednosti različitim merenjima, pa tako i termovizijskim, nije obavezna jer se smatralo da je raspoloživost i, naročito, 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 predviđenu potrošnju iskazanu po m2, kao i postojeće zgrade za koje se ne obavezuje potreba izrade energetskog pasoša osim u slučajevima kada se iste stavljaju u promet, odnosno prilikom obimnije obnove (rekonstrukcije sa vrednošću radova većim od 25% vrednosti objekta ne računajući vrednost zemljišta) gde je predviđeno povećanje 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 povećanje 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 građevinske delatnosti Srbije izgradnja novih zgrada nema više toliki značaj, odnosno da je potencijal uštede primenom pravilnika u ovom procesu limitiran, da ne kažemo neznatan. Osnovno polje uštede predstavljaju, u stvari, intervencije na postojećim zgradama odnosno unapređenje njihovih performansi. Uopšte gledano, rekonstrukcija poseduje izuzetne potencijale za razvoj građevinske delatnosti pri čemu se osim podizanja energetske efikasnosti zgrada, poboljšavaju uslovi komfora stanovanja, povećava tržišna vrednost objekata, produžava njihov životni vek, odnosno prilagođavaju se savremenim zahtevima stanovanja. Ukoliko se naš fokus usmeri na postojeće 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 činjenica da postoji izuzetna tipološka raznovrsnost. U cilju podizanja nivoa svesti na polju energetske efikasnosti, a potom i formiranja adekvatnih pristupa obnovi zgrada, grupa istraživača sa Arhitektonskog fakulteta u Beogradu je u periodu 2010-2013., uz pomoć GIZ-a (Deutsche Gesell schaft fur Internationalle Zusammenarbeit) pristupila sveobuhvatnijem istraživanju građevinskog fonda sa aspekta energetskih perfomansi.

70

U ovom radu je intenzivno korišćena metoda termovizijskog snimanja kao vizuelno najdirektnije metode prvobitno kroz kampanju i istoimenu naučnu monografiju „Videti energiju“ u cilju ukazivanja na mogućnosti sagledavanja realnog ponašanja zgrada i ilustracije mesta gubitaka energije termičkog omotača.

Slika 3. Plakat sa izložbe „Videti Energiju“

Ova kampanja je obuhvatila više od četrdeset javnih i stambenih zgrada iz urbanih centara Beograda, Niša i Novog Sada, odabranih na osnovu ekspertske procene nivoa reprezentativnosti građevinskog fonda, kao i njihovog simboličkog značaja. 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 očitavanja na karakterističnim mestima, omogućavaju direktno praćenje performansi bez potrebe za velikim tehničkim 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 porodičnog i višeporodičnog stanovanja koristeći metodologiju razvijenu u okviru Evropskog „TABULA“ projekta. Rezultati istraživanja su prezentirani u okviru tri naučne monografije: „ Atlas porodičnih kuća Srbije“, „Atlas višeporodičnih zgrada Srbije“ i „Nacionalna tipologija stambenih zgrada Srbije“. Nacionalna tipologija je prikazana u vidu matrice reprezentativnih, metodološki jasno definisanih tipova, za koje je pronađena tzv. modelska zgrada odnosno realni reprezent statističkih proseka osnovnih parametara analize. Za svaku od modelskih zgrada izvršeno je i termovizijsko snimanje i analizirane karakteristike termičkog omotača sa aspekta energetskih performansi.

71

Procena termičkih performansi zgrada u kvalitativnom smislu je definisana „SRPS EN13187: 2008 Toplotne perfomanse zgrada – Kvalitativna detekcija toplotnih iregularnosti u omotaču zgrade – Infracrvena metoda“ koji je, u stvari, usvojeni EN 13187:1998. Ovim standardom se definišu osnovni pojmovi, procedure i načini izveštavanja u proceni performansi delova omotača. Princip istraživanja baziran na standardu podrazumeva:  utvrđivanje distribucije površinske temperature na delu omotača na osnovu zračenja i merenja termovizijskom kamerom  procenu da li distribucija ove površinske temperature neočekivana 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 očitavanja neodgovarajuća, odnosno njihova variranja veća od dozvoljenih granica, moramo uporediti rezultate sa pretpostavljenom temperaturnom distribucijom koju računamo na osnovu tehničke 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 omotača sa strukturom najsličnijom onoj koja se analizira. Takođe, referentni termogrami bi trebalo da obuhvate i konstrukcije sa namernim greškama koje su najčešće u praksi kako bi se mogli adekvatno primenjivati u praksi. Segment omotača koji se definiše kao referentni bi morao da obuhvati i skopove karakteristične za konstrukciju tog tipa, što praktično znači 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 građevinskoj praksi. Validnost rezultata u mnogome zavisi od činjenice da li je i u kojoj meri poštovana procedura snimanja odnosno da li su prikupljeni svi relevantni podaci. Set podataka neophodnih za odgovarajuću analizu termičkih karakteristika omotača uključuje: identifikaciju materijala i određivanje emisivnosti, klimatske podatke (spoljašnja temperatura, oblačnost, vlažnost vazduha, vlaga na spoljašnjosti ili unutrašnjosti konstrukcije, brzina i smer vetra, orijentacija zgrade). Standardom se takođe preporučuje da se snimanje vrši od celine ka delovima uz međusobno upoređivanje segmenata omotača, kao i da se posebna pažnja posveti uticajima refleksija. Po izvršenom snimanju označavaju 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 grafičkim obrisima sa nepravilnim granicama, dok se, pak, nedostatak izolacije uglavnom 72

prikazuje kao jasno definisana površina drugačijih temperaturnih očitavanja. Prodor vlage u slojeve omotača daje neravnomernu distribuciju nejednakih intezitata i bez velikih varijacija temperature. Provera snimaka se može vršiti računski, merenjima toplotnog protoka, metodom merenja pritiska uduvavanjem (blower-door), koji su svi definisani odgovarajućim standardima, ili upoređivanjem sa snimcima poznatih karakteristika a identične strukture. ISPITIVANJE KARAKTERISTIČNIH SKLOPOVA TERMIČKIH OMOTAČA ZGRADA Ispitivanje performansi zgrada predstavlja poseban problem ukoliko nemamo raspoloživu dokumentaciju ili nismo u mogućnosti da na drugi način dobijemo relevantne podatke o strukturi omotača. Istražnje radnje utvrđivanja sastava konstrukcija podrazumevaju in situ ananlizu korišćenjem endoskopa, bušenjima, uzorkovanjem „kernovanjem“ i sl. U praksi, naročito ako se radi o utvrđivanju generalnog stanja objekta, a ne o dijagnostikovanju specifičnih nedostataka, ove metode su teško primenljive i termovizijsko snimanje se nameće kao jedan od najefikasnijih metoda posmatrano kako sa vremenskog tako i ekonomskog aspekta. U cilju adekvatnog tumačenja termograma, neophodno je poznavati građevinske konstrukcije, a jedan od načina je praćenje tipoloških karakteristika zgrada i utvrđivanja njihovog mogućeg sastava. U cilju boljeg sagledavanja mogućih pojavnih varijanti, u okviru istraživanja građevinskog fonda na Arhitektonskom fakultetu u Beogradu, izrađen je i set „Nacionalnih brošura“, odnosno ilustracija tipičnih zgrada sa identifikacijom najčešćih elemenata konstrukcije, obračunom nivoa energetskih performansi – lokalno na nivou sklopova i ukupno izradom pasoša, načina njihovog unapređenja i potencijala ušteda. Namena brošura je da se na jednostavan način izvrši poređenje konkretnog objekta koji je predmet analize sa modelskim i ispitaju mogućnosti primene predloženih mera intevencija imajući u vidu ukupan uticaj na energetsku efikasnost. Prilikom istaživanja zaključeno je na osnovu popisa nešto više od 22000 objekata na terenu da postoji značajna razlika u korpusu porodičnih i višeporodičnih zgrada. Porodične su često građene bez poštovanja važećih propisa iz oblasti građevinske fizike što rezultuje podatkom da više od 80% uzorka nema nikakvu termoiziolaciju i, što je jož značajnije, veliki broj se i dalje vodi kao nezavršen. Tako, na primer, više od 40% kuća izgrađenih u poslednjih dvadeset godina i dalje nema fasadnu obradu a samim time ni termoizlaciju. Performanse ovih kuća, 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 važećih termičkih 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 termičke zaštite. Štaviše, relevantnim se mogu smatrati tek propisi iz sedamdestih godina prošlog veka od kada je izgrađeno oko 30%

73

građevinskog fonda računato prema izgrađenim kvadratima. Na ovnovu iznetog i činjenice da je prema novom pravilniku oblast termičke zaštite prilagođena evropskim preporukama, i samim time dramatično pooštrena, možemo zaključiti da je broj zgrada koje imaju adekvatne termičke karakteristike zanemarljiv. Istražujući karakteristične pojavne oblike fasadanih sklopova, možemo se sresti sa velikim varijetetom tipova, materijala i terhničkih rešenja. Uopšte uzev, možemo razlikovati homogene i heterogene sklopove, sa ili bez termoizolacije. Istraživanjem građevinskog fonda izračunati su koeficienti prolaza toplote za sve identifikovane konstruktivne sklopove i termovizijski istraženi najčešći slučajevi sa ciljem formiranja ilutrativnih (orijetišućih) termograma. Cilj ovog istraživanja je da se približi, kako stručnoj javnosti, tako i široj publici, metod termovizijskog snimanja u procesu identifikacije stanja energetskih performansi omotača, odnosno omogući direktno sagledavanje njihovih termičkih performansi. Kao najčešći slučajevi se izdvajaju: ZGRADE ZIDANE BEZ UPOTREBE TERMOIZOLACIJE, ODNOSNO SA NAKNADNO POSTAVLJENOM IZOLACIJOM SA SPOLJAŠNJE STRANE Kod ovih zgrada se, u zavisnosti od termičke mase i stepena zagrejanosti prostorija, može jasno uočiti 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.

74

Slika 4. Pimer segmenta fasade neizolovanog i naknadno izolovanog zida sa simulaciojom distribucije toplotnog protoka i temperature

Spoljašnji zid od pune opeke sa U=1,68W/m2K na neizolovanom delu (desni deo dvojne kuće), odnosno 0,56 W/m2K na izolovanom delu (levi deo dvojne kuće) što je u oba slučaja primetno više od 0,4 W/m2K koliko je zahtevano prema novom Pravilniku o energetskoj efikasnosti. Poseban problem kod svih objekata predstavljaju segmenti omotača na kojima dolazi do pojave linijskih toplotnih mostova. Problemi linijskih mostova se novim pravilnikom simplifikuju i kalkulišu se kao povećanje od 10% ukupnog termičkog omotača prilikom proračunu transmisionih gubitaka toplote, međutim praksa i naučni rad A. Rajčića (Rajčić 2011.), nas upućuju na činjenicu da njihov uticaj može biti značajno veći. Prilikom snimanja termovizijskom kamerom moramo poći od pretpostavljenih očitavanja i vrednosti za šta nam može, u cilju izbegavanja složenih numeričkih proračuna, poslužiti i softverski paket „T-Studio“ (Rajčić 2011.), čiju ilustaciju takođe možemo videti na slici 4. Numeričke vrednosti dobijene na osnovu T-studija su direktno uporedive sa termovizijskim snimcima na terenu. Na termogramu se jasno uočava 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 uočavaju na oba dela dvojne kuće. ZGRADE SA TERMOIZOLACIONIM SLOJEM POSTAVLJENIM SA UNUTRAŠNJE STRANE Kod određenog broja zgrada primetna je tendencija postavljanja termoizolacionog sloja sa unutrašnje strane. Ovakva primena termoizolacije dovodi do isključenja termičke mase zidova ali istovremeno, ne može napraviti termički prekid veze međuspratne konstrukcije sa nosećim 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 međuspratnih tavanica i armirano betonskog fasadanog zida koji se karakteriše sa U=1,62W/m2K. Takođe kod konkretnog primera se uočava različitost u sastavu parapetnih zidova: armirano betonski odnosno od pojedinačnih betonskih blokova, oba sa nedovoljnom količinom termoizolacije postavljenom sa unutrašnje strane tako da se jasno uočavaju položaji grejnih tela – radijatora. Kod ovakvog tipa konstrukcija, pogotovo kada se koriste savremeni izolacioni materijali, neophodno je proveriti i proračun difuzije vodene pare kako bi se proverilo stanje zida i sprečila pojava vlage i buđi 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. „sendvič zidovima“ koriste prednosti termičke mase nosećeg 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, tačkastih gubitaka toplote. Tipičan primer ovakve konstrukcije fasadnog zida vidimo na slici 6. na kojoj je prikazan segment fasadnog zida sa različitim finalnim obradama: u vidu fasadne opeke i malterisane šuplje opeke. Prihvat finalnog sloja je izveden prepuštanjem međuspratne konstrukcije i neposrednog oslanjanja završnog fasadnog sloja. Na termogramu možemo videti da nema nikakve razlike sa termičkog aspekta između dela sa fasadnom opekom i malterisanim završnim slojem jer se u oba slučaja jasno uočava horizontalni serklaž međuspratne konstrukcije sa primetnim gubicima toplote.

76

Slika 6. Primer fasade slojevite konstrukcije tipa „sendvič zida“ i simulaciojom distribucije toplotnog protoka i temperature

Poseban slučaj istovetnog principa rešavanja athitektonskih detalja, karakterističan je za sedamdesete i osamdesete godine prošlog veka, i premenjivan u načinu rešavanja sistema prefabrikovanih fasadnih sklopova. U periodu usmerene stambene izgradnje, prefabrikacija je omogućavala brzu i efikasnu izgradnju uz primenu tipiziranih gradivniih elemenata i potrebom za rešavanjem relativno malog broja arhitektonskih detalja. Prefabrikovani fasadni elementi se takođe sastoje iz više slojeva: nosećeg armiranobetonskog dela, termoizolacionog sloja, vazdušnog sloja (ne uvek) i završnog armiranobetonskog dela. Prihvatanje spoljašnjeg betonskog platna je najčešće ostvareno linijskim ili tačkastim vezama i na ovim pozicijama su primetni linijski odnosno tačkasti hladni mostovi. Poseban tehnološki problem karakterističan za panelne prefabrikovane fasadne sisteme predstavlja i spajanje panela za koje su korišćeni, u to vreme odgovarajući, zaptivni sistemi. Ovi proizvodi neretko nisu izdržali zub vremena i kao posledica njihovog propadanja javlja se prodor vlage u strukturu panela. Takođe, izolacioni materijali, najčešće stiropor, usled kontakta sa spoljašnjim vazduhom vremenom gube svoje karakteristike i često možemo naći slučajeve da su po zapremini smanjeni i za 50%.

77

Slika 7. Primer fasade „sendvič zida“ prefabrikovanog panelnog sklopa

Na slici 7. vidimo tipičan primer segmenta fasade prefabrikovanog sklopa relativno novijeg tipa sa primetnim linijskim gubicima na mestima spojanja završne obloge i nosećeg dela panela (∆t=70). Takođe se primećuje i odustvo termoizolacije u segmentima strukture panela kao i prodor vlage kroz spojnice sa karakterističnom šemom rasprostiranja.

Slika 8. Primer fasade „sendvič 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 uočavaju izraziti linijski gubici toplote na mestima horizontalnih seklaža i natprozornih greda, bez obzira što je 78

postavljen sloj termoizolacije debljine 5cm. Na termogramu se uočavaju manje izražene temperaturne varijacije sa ∆t=40 što je poboljšanje u odnosu na predhodne slučajeve. Kod konkretnog primera se može uočiti i određena količina vlage u sloju termoizolacije što dovodi do varijacija u temperaturnim očitavanjima zida, bez jasnih granica njihovog prostiranja. Dodatna izolacija je u određenoj meri poboljšala kvalitet arhitektonskog detalja ali su i dalje primetni izraziti linijski gubici toplote. Prelazak sa kontinualne ploče na udvojeni serklaž i njegovu tačkastu vezu sa međuspratnom konstrukcijom primetno poboljšava analizirani detalj i značajno smanjuje hladne mostove, kao što se to može videti na slici 9. Kod ovakvog rešavanja fasadnog sklopa, dovoljnom količinom termoizolacionog sloja i primenom odgovarajućih detalja koji su u potpunosti u skladu sa, za to doba, važećim propisima iz oblasti građevinske fizike postižu se zavidne temperaturne performanse.

Slika 9. Primer fasade „sendvič zida“ sa udvojenim, tačkasto prihvaćenim serklažima

Temperaturna očitavanja na fasadnom zidu su na nivou ambijentalne temperature, što nam ukazuje da projektovani zid sa proračunskom vrednošću od U=0,35W/m2K koja je vrlo blizu zahtevanom po Pravilniku o energetskoj efikasnosti (0,3 za nove objekte) u potpunosti ostvaruje svoju termičku ulogu. Elementi udvojenog serklaža sa tačkastim vezama u velikoj meri zavise od kvaliteta izvodjenja i na termogramu možemo videti da njihove karakteristike variraju od sprata do sprata. Pravilnim izivođenjem ovog detalja i eventualnim korišćenjem drugih tehnoloških rešenja skoro bi se u potpunosti mogli eliminisati linijski gubici kod heterogenih slojevitih zidova. ZAKLJUČAK Primena termovizijskog snimanja u arhitekturi je veoma velika, a u oblasti energetske efikasnosti ona nam omogućava da na relativno jednostavan način istražimo elemente termičkog omotača i identifikujemo zone nezadovoljavajućih karakteristika. Na prikazanim primerima nekolicine najčešćih fasadnih sklopova, snimanih pod, za ovu istražnu metodu, adekvatnim uslovima, možemo sa sigurnošću 79

utvrditi termičke perfomanse i upoređivanjem sa proračunskim, odnosno simuliranim vrednostima izvesti odgovarajuće zaključke. Istraživački rad u ovoj oblasti sproveden od strane autora tokom 2010-2013. godine pružio je značajna pozitivna iskustva i uverio nas u potrebu uključivanja 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

Ignjatović D., Ćuković Ignjatović N., Stanković 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, Jovanović Popivić M., Ćuković N., Ignjatović D., 2006. Utvrđivanje potencijala za poboljšanje energetskih karakteristika zgrada primenom termografije, Arhitektura i Urbanizam br. 18/19 Jovanović Popović M. i dr. 2012. Atlas porodičnih kuća Srbije/Atlas of Family housing in Serbia, Arhitektonski fakultet Univerziteta u Beogradu i GIZ, Beograd (dvojezično izdanje) Jovanović Popović M. i dr. 2013. Atlas višeporodičnih zgrada Srbije/Atlas of Family housing in Serbia, Arhitektonski fakultet Univerziteta u Beogradu i GIZ, Beograd (dvojezično izdanje) Jovanović Popović M. i dr. 2013. Nacionalna tipologija stambenih zgrada Srbije/National Typology of Residential Buildings in Serbia, Arhitektonski fakultet Univerziteta u Beogradu i GIZ, Beograd (dvojezično izdanje) Jovanović Popović M., Ignjatović D., 2011. Videti energiju/Seeing Energy, Arhitektonski fakultet Univerziteta u Beogradu i GTZ, Beograd (dvojezično 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 domaćinstava i stanova u Rebpulici Srbiji 2011. Prvi rezultati, 2011, Republika Srbija, Republički zavod za statistiku, Bilten br. 54, Beograd Popis stanova domaćinstava i stanova u 2002., 2004., Republika Srbija, Republički zavod za statistiku, Beograd Pravilnik o energetskoj efikasnosti zgrada, Sl. Glasnik RS br. 61/2011. Pravilnik o uslovima, sadržini i načinu izdavanja sertifikata o energetskim svojstvima zgrada, Sl. Glasnik RS br. 61/2011. Rajčić A. 2011. Metode projektovanja i simulacije termičkih mostova u arhitektonskim objektima, Doktorska disertacija, Arhitektonski fakultet Univerziteta u Beogradu SRPS EN 13187:2008 Ćukovic Ignjatović, N., Ignjatović, 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 Krstić-Furundžić 1 Ass. Tatjana Kosić 2 Ass. mr Marija Grujić3

NAUČNI RAD UDK: 620.9:69.059.2/.3

ENERGETSKI ASPEKT OBNOVE PREFABRIKOVANIH STAMBENIH OBJEKATA U BEOGRADU REZIME Mnoga prigradska naselja su izgrađena 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 različitih scenarija za poboljšanje energetskih karakteristika montažnih višeporodičnih objekata u Konjarniku je sprovedena u radu. Hipotetički modeli unapređenja energetskih performansi omotača postojeće 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, ekonomičnosti i uticaja na životnu sredinu. Ključne reči: 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 Građevinski fakultet, Univerzitet u Beogradu, Bulevar kralja Aleksandra 73/I, Beograd, 2

81

UVOD Nove energetski efikasne zgrade predstavljaju mali procenat u odnosu na ukupan građevinski 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 postojećih stambenih jedinica u Beogradu je izgrađeno u tom periodu [Krstić-Furundžić i Bogdanov, 2010]. Ovi podaci ukazuju da beogradski izgrađeni fond ima značajan broj objekata čije se energetske performanse moraju poboljšati. To ne treba zanemariti jer se time mogu postići značajne uštede energije. Mnoga prigradska naselja izgrađena su u Beogradu posle Drugog svetskog rata. U to vreme se u našoj zemlji najčešće primenjivalo nekoliko montažnih sistema, što je dovelo do izgradnje stambenih naselja sa brojnim objektima istih ili sličnih osnova. Glavni problem ovog istraživanja je da se procene različite mogućnosti unapređenja energetskih svojstava postojećih prefabrikovanih stambenih objekata u Beogradu. Tačnije, predlažu se i ispituju različita rešenja za smanjenje potrošnje energije postojećih objekata. Metodološki pristup podrazumeva analizu karakteristika kako postojećih zgrada i hipotetičkih modela unapređenja omotača 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 tehničkih rešenja i mogućih doprinosa se mora pojedinačno pažljivo razmotriti. PODACI ZA STUDIJU SLUČAJA: NASELJE KONJARNIK Tokom 50-ih pa sve do 70-ih, kao što je prikazano u Tabeli 2, veliki broj prefabrikovanih objekata je izgrađeno u prigradskim naseljima u Beogradu. Jedan od primera je stambeno naselje Konjarnik koje je izabrano kao studija slučaja na kojoj su analizirane mogućnosti 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 (Petrović, 1973). Većina stanova izgrađena 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 avijatičara 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 sprečava zasenčenje objekta. Svaka lamela ima tipičnu osnovu sprata sa četiri jednostrano orijentisana stana; dva veća stana su južno orijentisana, dok su dva manja stana orijentisana ka severu. STRUKTURA OMOTAČA ZGRADE Energetski rasipne i bolesne kuće su uglavnom posledica nepoštovanja bioklimatskih principa projektovanja tokom perioda jeftine energije 60-ih i 70-ih godina. Zbog nezadovoljvajuće toplotne izolacije ili njenog potpunog odsustva i neodgovarajućih arhitektonskih detalja u pogledu građevinske fizike, nasleđene stambene zgrade su rasipnici energije i imaju nizak nivo unutrašnjeg komfora – bolesne kuće, utičući negativno na ljudsko zdravlje [Krstić-Furundžić, 2010]. S obzirom da je to posledica slabo izolovanih spoljašnjih zidova, neophodna je njihova bioklimatska rehabilitacija [Krstić-Furundžić i Rajčić, 2007].  

83

  

 

Slika 3. Izgled stambene zgrade u naselju Konjarnik i postojeća konstrukcija fasadnog zida

U pogledu termičkih svojstava, prefabrikovani parapetni panel (slika 3) postojeće zgrade u naselju Konjarnik karakterišu sledeće osobine (slika 4): visok koeficijent prolaza toplote, odnosno U-vrednost; niska temperatura unutrašnje površine; prisustvo kondenzacije sa mogućim zamrzavanjem i razvojem buđi. Prisustvo navedenih karakteristika omotača rezultira lošim toplotnim komforom i lošim uslovima života koji negativno utiču na ljudsko zdravlje.

Slika 4. Toplotna svojstva zida pre unapređenja

84

ENERGETSKE PERFORMANSE POSTOJEĆEG OBJEKTA Energetske karakteristike postojećeg 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 utiče na energetske performanse omotača objekta. Tabela 1. Tipovi i U-vrednost parapeta i zastakljenja

[kWh]

[kWh/m2]

283,60

3,0

Godišnja potrošnja energije za grejanje

353.810

U-vrednost [W/m2K]

Tip zastakljenja

1,034

jednostruko zastakljenje flot staklom (4mm) u dvostrukom drvenom prozoru sa razmaknutim krilima

U-vrednost [W/m2K] 0,67

ZASTAKLJENJE

U-vrednost usled toplotnih mostova [W/m2K]

Model postojeće zgrade

unutrašnji beton 10cm, termoizolacija 5cm, spoljašnji beton 5cm

Struktura zida

PARAPETNI ZID

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 [Kosić et al., 2009]. Novi srpski propisi o energetskoj efikasnosti u zgradama, u slučaju obnove zgrada, određuju za fasadni zid U-vrednost od 0,4 W/m2K za Beogradske klimatske uslove. U pogledu termodinamike, prozori se pominju kao problem kako zbog veličine i neodgovarajućih termičkih 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. Zvanični podaci beogradskih toplana pokazuju da, na osnovu podataka o potrošnji energije za grejanje za period 2006.-2008. (period od 15. oktobra do 15. aprila), prosečna 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 neodgovarajući omotač 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 takođe odražava na potrošnju. UNAPREĐENJE ENERGETSKIH SVOJSTAVA POSTOJEĆEG PREFABRIKOVANOG OMOTAČA ZGRADE Različiti scenariji-modeli unapređenja energetskih performansi postojećeg omotača zgrade su kreirani u cilju postizanja smanjenja energetskih zahteva za grejanje prostora, a time i smanjenja emisije CO2. Metodološki pristup obuhvata:  kreiranje različitih modela unapređenja postojećeg omotača zgrade,  numeričke simulacije modela i  poređenje rezultata (modela). Različiti modeli unapređenja omotača zgrade su kreirani prema beogradskim klimatskim uslovima, orijentaciji zgrade i tehničkim karakteristikama konstrukcije postojećeg objekta.

Slika 5. Unapređena struktura zida

86

MODELI UNAPREĐENJA TOPLOTNIH KARAKTERISTIKA Predlozi za unapređenje koji se smatraju najpogodnijim i koji su izabrani kao mere za unapređenje energetskih performansi stambenih zgrada na Konjarniku su: povećanje debljine termoizolacije uključujući i prekid toplotnih mostova, potpuna zamena prozora savremenim tipovima, koje karakterišu bolje toplotne i solarne performanse, kao i zastakljivanje lođa. Izabrana su dva modela (M1 i M2) unapređenja omotača zgrade koja su prikazana u Tabeli 2 i na Slici 5.

PARAPETNI ZID

2,30

2-3 0.8 - 1

U-vrednost [W/m2K] Tip dvostruko zastakljenje dvostruko zastakljenje (4+12+4mm) postavljeno u (4+12+4mm) postavljeno zastakljenja petokomorni PVC profil u petokomorni PVC profil i profila U-vrednost 2,30 2,30 [W/m2K]

Lođe

0.90

nisko-emisiono zastakljenje dvostruko zastakljenje Tip sa ispunom od argona (4+12+4mm) postavljeno postavljeno u petokomorni u petokomorni PVC profil zastakljenja i profila PVC profil

U-vrednost [W/m2K] 0.171 0.171

10cm dodate tvrdo Debljina presovane mineralne vune čini 22cm termoizolacije termoizolacije 10cm dodate tvrdo presovane mineralne vune čini 22cm termoizolacije

Struktura zida

U-vrednost [W/m2K] 0,371 0.255

Model M2

unutrašnji beton 10cm, termoizolacija 5cm, spoljašnji beton 5cm + 5cm dodat stiropor ukupna debljina TI = 10cm

Model M1

ZASTAKLJENJE Prozori

unutrašnji beton 10cm, termoizolacija 5cm, spoljašnji beton 5cm + 10cm dodat stiropor ukupna debljina TI = 15cm

Model unapređenja toplotnih karakteristika

KROVNA PLOČA

Predviđeni broj izmena vazduha

Tabela 2. Modeli unapređenja toplotnih karakteristika omotača zgrade

 

Postavljanje dodatne spoljašnje toplotne izolacije pruža sledeće prednosti (slika 6):  niži koeficijent prolaza toplote i veću temperaturu unutrašnje površine zida (tsi=+18,15C i +18,73C umesto tsi=+16,63C pre unapredjenja) čime je sprečena kondenzacija i razvoj plesni, 87

 poboljšana funkcija zida kao sloja za akumulaciju toplote i  unapređenje toplotnog komfora i uslova života u celoj zgradi.  

Slika 6. Toplotne karakteristike zida nakon unapređenja

NUMERIČKE SIMULACIJE Za simulaciju energetskih svojstava zgrade formirani su 3D matematički modeli. Za termodinamičke simulacije korišćen je specijalizovani softverski paket TAS. Simulacija je mnogo efikasnija kada se koristi za poređenje predviđenih performansi različitih projektantskih rešenja, nego kada se koristi za predviđanje performansi jednog rešenja [Hensen et al., 2004]. Iz tog razloga su kreirani sledeći modeli unapređenja: Model 1 i Model 2, koji se odlikuju različitim energetskim performansama. Simulacije su sprovedene uzimajući u obzir održavanje zadatih vrednosti temperature unutrašnjeg vazduha (od 20°C u sobama do 22°C u kupatilu), koje pružaju zadovoljavajuće uslove toplotnog komfora u grejnom periodu. Za analize i matematičke simulacije modela uzeti su u obzir klimatski uslovi za teritoriju Beograda koji se odnose na dnevne temperature tokom godine, učestalost temperatura, učestalost intenziteta sunčevog zračenja, učestalost oblačnosti, učestalost brzine vetra i njegovog pravca u zimskom, letnjem i prelaznom periodu.

88

POREĐENJE REZULTATA Rezultati unapređenja omotača zgrade su razmatrani i prezentovani kroz smanjenje potrošnje energije i smanjenje emisije CO2. Kako nacionalni softverski paket još nije izabran, obračun i određivanje energetske klase zgrade odnosi se na energiju potrebnu za grejanje (prema Pravilniku o energetskoj efikasnosti zgrada). Na osnovu rezultata termodinamičke 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 unapređenja izračunate su godišnja potrošnja energije za grejanje, kao i godišnja potrošnja energije po kvadratnom metru i zatim upoređene sa postojećom 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 postojeće 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. Poređenje godišnje potrošnje energije za grejanje u postojećoj zgradi i unapređenim modelima Tabela 4. Godišnja potrošnja primarne energije za grejanje po modelima Model zgrade Model postojeće 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 proračunata primenom faktora pretvaranja (1,2) za odgovarajući energent (lož ulje) koji je izvor toplote za sistem za grejanje, što je prikazano u Tabeli 4. Prednosti predviđenih unapređenja Prednosti predviđenih unapređenja mogu se identifikovati kroz uštedu energije i smanjenje emisije CO2. Primetno je da je značajna 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 (kWh ) 379.882 402.437

Model zgrade Model 1 Model 2

Ušteda energije (kWh/m2 ) 303,90 321,95

Smanjenje potrošnje energije (%) 89 94

Potrošnja primarne energije za grejanje prostora u slučaju unapređenih 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 lođa i zamenom postojećih prozora novim tipom prozora. Proračun emisije CO2 se zasniva na činjenici da je u stambenom naselju Konjarnik dostupno daljinsko grejanje koje kao energent koristi lož ulje (specifična 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 postojeće zgrade i za unapređene modele. U Tabeli 7 su za oba modela predstavljene vrednosti godišnjeg smanjenja emisije CO2 postignute poboljšanjem energetskih performansi omotača zgrade. Prema prikazanim rezultatima, evidentno je da se značajno smanjenje emisije CO2 može postići unapređenjem omotača zgrade. Tabela 6. Emisija CO2 Model zgrade Model postojeće zgrade Model 1 Model 2

Emisija CO2 (kg/godišnje ) 110.389 11.619 5.755

Tabela 7. Smanjenje emisije CO2 Model zgrade Model 1 Model 2

90

Smanjenje CO2 (kg/godišnje) 98.770 104.634

Smanjenje CO2 (% ) 89 94

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 termičkog kvaliteta omotača 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 poređenju različitih scenarija. Za analizu je korišćen 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. Proračuni troškova u životnom veku se baziraju na diskontnim stopama i stopama porasta cene energije koje se predviđaju u okviru Saveznog programa menadžmenta energije (FEMP - Federal Energy Management Program) u Sjedinjenim Državama, koje se obnavljaju i objavljuju svake godine 1. aprila. Uz određene modifikacije, BLCC program je korišćen za analizu nekoliko investicionih projekata u Srbiji, prilikom ocenjivanja ekonomske opravdanosti varijantnih rešenja primene mera optimizacije na omotač zgrade, građevinsku strukturu, osvetljenje i sisteme termotehnike (Plavšić i Grujić, 2005). Kriterijumi za vrednovanje rezultata analize svrstani su u dve grupe (Plavšić, 2004): – Kriterijumi za vrednovanje ekonomske efikasnosti uključuju:  neto sadašnju vrednost (NSV),  internu stopu rentabiliteta (ISR) i  period povraćaja uloženih sredstava (PPS). – Kriterijumi za vrednovanje eksternih efekata uključuju:  očuvanje i unapređenje životne sredine i  održivi razvoj izvora energije. Zaključna analiza ocene efikasnosti projekta i varijanti projekta (putem korišćenja kompjuterskog programa BLCC) iskazana je kroz dva područja:  ocena finansijsko-tržišne efikasnosti projekta, kojom se utvrđuje opravdanost investicije pod stvarnim uslovima na tržištu, merena akumulacijom projekta i  ocena društveno-ekonomske efikasnosti projekta, koja vrednuje učinke projekta na društveno-ekonomski razvoj zemlje. U zaključnoj analizi različiti scenariji se rangiraju prema svakom od uključenih kriterijuma. Program daje mogućnosti izbora i to: 1. scenario koji je najpovoljniji sa aspekta najnižih troškova životnog veka, 2. scenario sa najkraćim vremenom povraćaja uloženih sredstava, 3. scenario sa najmanjim emisijama gasova staklene bašte. 91

Kada se prva dva kriterijuma posmatraju kao jednakovredna, odluka će se doneti tako što izabrano rešenje najviše od svih zadovoljava oba uslova. ANALIZA TROŠKOVA ŽIVOTNOG VEKA Komparativna analiza scenarija za unapređenje termičkog omotača zgrade (postojeći model zgrade i dva modela sa termički poboljšanim svojstvima omotača) izvedena je na osnovu troškova investicije, sa jedne, i ušteda troškova za grejanje ostvarenih u veku projekta sa druge strane. Svaki scenario ima specifično povećanje investicionih ulaganja u odnosu na osnovni (postojeći) model zgrade i odgovarajuću redukciju potrošnje energije za grejanje. Ukupni rezultati različitih scenarija mere se prema: (a) investicionim troškovima, (b) troškovima potrošnje energije i (c) operativnim troškovima, troškovima održavanja i popravki (OO&P). Troškovi periodičnih remonta nisu uključeni 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 termičkih 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 termičkih karakteristika omotača, svaki poboljšani model ima specifično povećanje investicionih ulaganja u odnosu na postojeći model. U Tabelama 8 i 9 prikazani su troškovi investicionog ulaganja za svaki scenario. Troškovi energije Svaki scenario u analizi energetskih svojstava termičkog omotača zgrade bazira se na različitim rešenjima za redukciju potrošnje energije, koja rezultuju različite troškove energije na godišnjem nivou. Toplotna energija iz gradske mreže usvojena je na nivou od 0,05 €/kWh (isporučena energija). Cena je usvojena prema cenovniku za domaćinstva Beogradskih elektrana (za 1. decembar 2012. godine). Analiza troškova Analiza troškova životnog veka za scenarije sa unapređenjem svojstava termičkog omotača zgrade izvedena je za period od 25 godina. Period od 25 do 30 godina je vreme u kojem se, uz redovno održavanje, garantuju termička svojstva selektovanih prozorskih komponenti u različitim scenarijima. Analiza troškova u životnom veku izvršena je za svaki predloženi scenario. Upotrebom BLCC kompjuterskog programa utvrđena je neto sadašnja vrednost (NSV)

92

za svaki scenario i izabran je scenario koji daje najbolje rezultate u toku životnog veka. Svi budući 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 termičkih karakteristika omotača 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 (postojeće stanje omotača zgrade)

Scenario

Godišnja potrošnja toplotne energije (kWh)

Godišnji troškovi Troškovi toplotne energije (poč. god.) (€)

referentni 353.810,00 model

Sadašnja vred. troškova

Godišnji Diskontova Diskontova Ukupna troškovi ni ukupni ni ukupni investiciona za troškovi za troškovi ulaganja OO&P* energije OO&P* (€) (€) (€) (€)

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*

(kWh)

(€)

(€)

(€)

(€)

(€)

Model 1

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

Obični period povraćaja sredstava (PPS) (godina) 7,90

Model 2

14.768,00

9,61

Scenario

Uštede u prvoj godini

Prilagođena interna stopa rentabiliteta (ISR) (%) 6,59 5,76

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 termičkih karakteristika omotača zgrade Postojeći model godišnje emisije u emisije životnom veku (kg) (kg)

Model 1 godišnje emisije u emisije životnom veku (kg) (kg)

Model 2 godišnje emisije u emisije životnom veku (kg) (kg)

CO2

231.319,39

5.782.193,00

24.349,23

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

608.647,52 12.060,01

301.458,97

Sledeći zaključci se mogu izvesti iz analize troškova u životnom veku: – Troškovi u životnom veku kod modela sa unapređenim termičkim svojstvima omotača su značajno manji u poređenju sa referentnim modelom postojećim 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 veća u odnosu na Model 1. Razlog za ovakav rezultat analize troškova u životnom veku su troškovi održavanja za Model 2, koji su udvostručeni u odnosu na troškove održavanja Modela 1, i veći troškovi investicije. – Analiza ušteda u životnom veku (Tabela 9) pokazuje da Model 1 ima najkraći period povratka uloženih sredstava (PPS), koji iznosi 7,9 godina. Kod Modela 2 PPS iznosi 9,61 godina. Scenario Model 1 takođe ima manje povećanje osnovne investicije i veći odnos ušteda i ulaganja. Tako, sa aspekta ekonomskih ušteda u životnom veku, scenario Model 1 je najekonomičniji. – Analiza emisije gasova staklene bašte (Tabela 10) pokazuje da Model 2 ima najveću redukciju emisije gasova, što je očekivano, budući da ovaj model ima najveću 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. Čak ako bi se isključili 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 povraćaja uloženih sredstava. 94

– Najpovoljniji scenario u LCC analizi je Model 1. Investicije u mere za očuvanje energije i obnovljive izvore energije su obično veoma velike, ali je pozitivan njihov dugoročan efekat na očuvanje 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 najvećih stavki u potrošnji energije u zgradama) upravo pokazuju da ulaganje u mere koje stvaraju najveću redukciju potrošnje toplotne energije i najbolje efekte u očuvanju životne sredine ne ostvaruju i najbolju ekonomsku efikasnost. Stoga je neophodno izvršiti optimizaciju odnosa investicija i efekata redukcije potrošnje energije. ZAKLJUČAK Ovaj rad je ukazao na probleme loših energetskih karakteristika postojećeg stambenog fonda Beograda, kao i potrebu i mogućnosti unapređenja energetskih performansi zgrada, pa tako i uticaja na životnu sredinu. Mogućnosti 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 unapređenje 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 zagađenja životne sredine i stvaranje mogućnosti za nova estetska rešenja u obnovi postojećih objekata. Prema Pravilniku o uslovima, sadržini i načinu izdavanja sertifikata o energetskim svojstvima zgrada, postojeći i unapređeni modeli zgrade pripadaju sledećim energetskim razredima za stambene zgrade sa više stanova:  Postojeći objekat, prema specifičnoj godišnjoj potrebnoj toploti za grejanje (339,66KWh/m2a), pripada energetskom razredu G.  Unapređeni model M1, prema specifičnoj godišnjoj potrebnoj toploti za grejanje (35,75KWh/m2a), pripada energetskom razredu C.  Unapređeni model M2, prema specifičnoj godišnjoj potrebnoj toploti za grejanje (17,70KWh/m2a), pripada energetskom razredu B. Kako u drugim delovima Srbije i Evrope postoji značajan broj stambenih naselja sa istim ili sličnim prefabrikovanim objektima, predstavljene mere unapređenja se mogu primeniti u regionima sa sličnim klimatskim uslovima. Rezultati ovog istraživanja mogu biti interesantni za pokretanje aktivnog učešća i podršku svima onima koji su uključeni u proces gradnje: vlasnicima, potrošačima, vlastima, arhitektama, građevinskoj industriji, i ostalima. ZAHVALNOST Numeričke simulacije potrošnje energije za grejanje za različite modele su realizovane uz pomoć G. Dušana Maksimovića, BDSP (YU) d.o.o, Bulevar Arsenija Čarnojevića 54a, Beograd, Srbija. 95

Ovo istraživanje je realizovano u okviru naučno-istraživaćkog 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] [2]

[3]

[4] [5]

[6]

[7] [8] [9] [10] [11] [12]

96

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). 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. Kosić, T., Krstić-Furundžić, A., Rajčić, A., Maksimović, 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. Krstić-Furundžić, 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. Krstić-Furundžić, 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. Krstić (Furundžić), A., Rajčić, A. (2007) Improvement of thermal performances of external walls aimed to produce energy rational buildings. In: Vujošević, M. (ed.) Sustainable spatial development of towns and cities, Volume 1, Belgrade: IAUS, pp. 297-304. Petrović, P. (1973) Naselje „Konjarnik“. Izgradnja, Broj.12, str. 41-43. Plavšić, R. (2004) Organizacija i upravljanje projektima (Organization and Project Management), Fakultet za menadžment malih i sradnjih preduzeća, Beograd, str. 38. Plavšić, R., Grujić, 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. Pravilnik o energetskoj efikasnosti zgrada, Službeni glasnik RS, Br. 72/09, 81/09 – izmenjen i dopunjen, 64/10 i 24/11, str. 58. Pravilnik o uslovima, sadržini i načinu izdavanja sertifikata o energetskim svojstvima zgrada, Službeni glasnik RS, Br. 61/11, str. 8. Republički hidrometeorološki zavod Srbije, Osnovne klimatske karakteristike teritorije Srbije, (pristupljeno 25 oktobra 2012).

Dr Nada Denić,dipl.inž.tehn.1 Prof.dr Dragica Jevtić, dipl.inž.tehn.2

PREGLEDNI RAD UDK: 699.82 624.012.059.2/.3

POSTUPCI ZA SANIRANJE VLAGE REZIME Za sprečavanje prodiranja vlage i vode iz terena, kao i atmosferske vode u noseće i nenoseće zidove od opeke, uspešno se koriste „krute“ hidroizolacije na bazi penetrirajućih materijala. U radu su izneti primeri uspešno primenjenih kombinovanih postupaka za saniranje vlage u zidovima od opeke kod tradicionalnih javnih i stambenih objekta izgrađenih krajem XIX i početkom XX veka. Ključne reči: 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

Naučni savetnik, Udruženje „Izgradnja“, Kneza Miloša 7a, Beograd Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu, Bulevar kralja Aleksandra 73, Beograd

97

UVOD Vlaga u zidovima objekata, a što se prvenstveno odnosi na zidane zgrade, najčešće je kapilarna. Ona potiče od podzemne vode iz terena, kao i od procedne atmosferske vode eventualno akumulirane oko objekata, pri čemu ova voda (tzv. ustavljena voda) često 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 čemu 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 takođe i uslove funkcionalnosti objekata u celini. U radu su prikazani dijagnostički 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 odgovarajućeg projektnog zadatkai istražnih radova), kao i odredbe savremene tehničke regulative iz ove oblasti. Osim analitičkoteorijskih podataka u vezi sa izborom postupka saniranja, prikazani su i praktični primeri uspešno izvedenih sanacija „krutim“ penetrirajućim hidroizolacijama, često u kombinaciji sa postupcima za tzv. presecanje vlage u zidovima; prikazani su i plastoelastični materijali za izvođenje hidroizolacija na temeljnim pločama. OSVRT NA ZIDANE KONSTRUKCIJE Zidane zgrade se u opštem slučaju mogu podeliti na tradicionalne i na savremene zidane zgrade. One se razlikuju po vrsti primenjinih elemenata za zidanje, kao i po načinu projektovanja i građenja. 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 slučaju čine zidane zgrade sa zidovima uokvirenim armiranobetonskim serklažima. Visine ovih objekata su ograničene seizmikom područja 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 – Proračun zidanih konstrukcija (EN 1996-1-1:2005), koji reguliše osnovna pravila za armirane i nearmirane zidane konstrukcije, ali se takođe bavi i problemima trajnosti i zaštite zgrada (u skladu sa standardima za toplotnu zaštitu i zaštitu od vode i vlage). U ovom EVROKODU se obrađuju i materijali koji se koriste u zidanim konstrukcijama – elementi za zidanje, malter, beton, armaturni čelik i čelik za prethodno naprezanje. Obrađuju se vrlo detaljno elementi za zidanje od gline koji se koriste u nosećim i nenosećim zidovima, kao i u nemalterisanim (fasadnim) i malterisanim zidovima, uključujući 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 obrađuje probleme koje treba rešavati u okviru građevinskog projekta pri izvođenju neke zidane zgrade, kao i kroz obavezano održavanje zgrade za vreme njene eksploatacije. Građevinski projekat, između ostalog, mora da sadrži rešenje zaštite od spoljne i unutrašnje vlage i vode koja tokom vremena utiče ne samo na mikroklimatske uslove eksploatacije objekta, već 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 sledećim 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 međuspratne konstrukcije. U ovom radu izlaganje je ograničeno samo na štetne uticaje vlage i vode iz terena i atmosfere na tradicionalne zidane objekte izvedene od klasične glinene opeke, a sve to kroz karakteristične primere saniranja. Uticaj vlage i vode iz terena Voda iz terena proizvodi različita 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 čestice 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“ penetrirajućim 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, veličine pora, prisustva zaštitnih premaza, temperature, brzine isparavanja i novoa podzemne vode. Građevinski materijali u zidanim konstrukcijama, koji imaju visok sadržaj pora, omogućavaju kapilarno penjanje vlage za oko 1 – 1,5 m u odnosu na nivo zemljišta, pri čemu, ako je zid obrađen 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 slu aju slabo propustljivog Slika 1. Princip zaštite objekta od vlage u slučaju propustljivog (a) i nepropustljivog zemljišta (b)

Zadržana vlaga u zidu deluje razarajuće - ona rastvara kalcijumhidroksid sadržan u cementnom malteru, pa rastvoreni hidroksid dolazi do površine zida, gde reguje sa ugljendioksidom iz vazduha, obrazujući kristalne soli. Takođe i neke soli sadržane u tlu, kao što su hloridi i nitrati, deluju razarajuće; one usled higroskopnosti absorbiju vlagu iz okoline. Razorno delovanje kapilarne vlage je posebno karakteristično za zidane tradicionalne zgrade koje su izvođene bez hidroizolacije (ili sa nekvalitetnom hidroizolacijom). Uticaj spoljašnje vlage i vode iz atmosfere – penetrirajuća vlaga Penetrirajuća vlaga je posledica delovanja atmosferskih padavina sa spoljne strane. Razorno djestvo vode i vlage na konstrukciju pojačano je i drugim klimatskim uticajima: temperaturnim razlikama, mrazom, sunčevim zracima, vetrom, erozijom i drugim štetnim uticajima. Pored direktnog penetrirajućeg dejstva vlage i vode na fasadu (na primer, dejstvo kiše praćene 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 pokrivača, kroz oštećenu limariju na mestu veze postojeće sokle sa fasadnim zidom i dr. Atmosferska voda, pored direktnog dejstva na fasadu, ponire i u teren čime se dobija tzv. procedna voda koja u principu ne vrši hidrostatički pritisak. Međutim, 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 sintetičkih materijala a) Za intervencije saniranja sa spoljne strane objekta, a pod pretpostavkom da se iste izvode sa bitumenskim ili sintetičkim trakama, neophodan je pristup ukopanim zidnim površinama. Ovo zahteva rušenje trotoara i izvođenje iskopa oko objekta, pri čemu se time omogućava samo izrada vertikalne hidroizolacije obimnih zidova. Na ovaj način se, međutim, ne otklanjaju mogućnosti infiltracije vode i vlage iz terena kroz unutrašnje zidove i stubove. Ovim se takođe ne rešava ni problem horizontalne hidroizolacije ploče (konstrukcijske ili nekonstrukcijske) ispod poda, koja u datim uslovima obavezno mora da se izvede sa unutrašnje strane. Opisani način izvođenja sanacije fleksibilnim materijalima sa spoljne strane, bez kombinovanja sa izvođenjem 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 sintetičkim 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 način je vrlo neracionalno. Međutim, rešavanje horizontalne hidroizolacije na temeljnoj ploči bitumenskim trakama je sasvim prihvatljivo rešenje i ono se često kombinuje sa postupcima izvođenja „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 tehnički i ekonomski opravdano rešenje. Međutim, kada se radi o izboru sistema hidroizolacije podzemnih delova novog objekta, prednost se uvek daje izvođenju hidroizolacije visokovrednim bitumenskim trakama sa spoljne strane po vrućem postupku, kao i primeni odgovarajućih sintetičkih 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 potiče od kapilarne vlage iz terena i od penetrirajuće atmosferske vode.

101

Krute hidroizolacije se u principu izvode sa unutrašnje strane objekta. Ova vrsta hidroizolacije ne zahteva posebnu zaštitu kao što je to napred rečeno za slučaj primene sistema fleksibilnih hidroizolacija na unutrašnjim površinama objekta. Prema načinu ostvarivanja veze hidroizolacije i konstrukcije, poznate su 4 grupe "krutih" sistema koji se izvode domaćim i uvozim materijalima – tipa cementnih kompozicija. Grupa 1 – sistemi sa premazima koji se vezuju fizički za podlogu. Grupa 2 – sistemi sa sredstvom za presecanje kapilarne vlage, koje se uliva ili injektira u zidove po specijalno razrađenom postpku; ovi sistemi se uvek izvode u kombinaciji sa nekim penetrirajućim 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 čemu efekat zaptivanja o kome je reč proizvodi gel formiran u pornom prostoru materijala; penetrirajući 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 će se vrstu hidroizolacije odlučiti projektant zavisi u prvom redu od toga da li se hidroizolacija projektuje za zgradu koja treba da se gradi ili za zgradu koja je već u fazi građenja (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 tehnički izveštaj o stanju objekta, izabrani sistem hidroizolacije definisan vrstom materijala i debljinom sistema, tehničke uslove za kvalitet hidroizolacije i rešenje svih detalja prilagođeno činjeničnom stanju, predmer i predračun radova. Za saniranje vlage u zidovima tradicionalnih zgrada koje su izvedene bez zaštite od vlage i vode iz terena, kao i od penetrirajuće atmosferske vode, u praksi je potvrđena uspešna primena „krute“ hidroizolacije od penetrirajućih premaza sa unutrašnjih strana konsturkcija - kao osnovnih sistema zaštite. Pored izvođenja zaštite na zidovima i podu, u ovaj osnovni sistem uključen 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 obrađuju krutim sistemom, a horizontalne podne podloge bitumenskim trakama. IZRADA „KRUTE“ HIDROIZOLACIJE NA BAZI PENETRIRAJUĆEG PREMAZA ZA SANACIJU VLAGE U OBJEKTIMA OD OPEKE Postupak 1 – Priprema podloge od opeke i izvođenje osnovne penetrathidroizolacije

102

Postupak pripreme podloge obuhvata sledeće radnje: uklanjanje - obijanje maltera sa unutrašnjih strana konstruktivnih i pregradnih zidova i stubova, detaljno čišćenje fuga između opeka (sl. 2), obrada spojeva zidova iz dva pravca (sl. 3), obijanje svih defektnih mesta - nevezanih delova u zidnoj masi (sl. 4), štemovanje i obrada spojeva vertikalnih zidova i podne ploče (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 ploče

104

Postupkom pipreme, osim navedenog, treba da bude obuhvaćeno i sledeće: – obrada mesta prodora cevi, – obrada zona slivnika, – obrada mesta "otvorenog" prodiranja vode (procurivanja) brzovezujućim 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 četkom 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 količini koja odgovara konzistenciji šljeme pogodne za nanošenje fanglom. Napred opisani postupak izvođenja penetrirajućeg premaza najčešće se kombinuje sa nekim drugim postupcima koji će biti navedeni u narednom tekstu. Postupak 2 – Saniranje vlage u zidovima, odnosno sprečavanje 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 – Izvođenje hidroizolacije podne ploče bitumenskim ili sintetičkim trakama. KARAKTERISTIČNI PRIMERI SANACIJE VLAGE U ZIDOVIMA KOMBINOVANJEM RAZLIČITIH 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 način 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 ulične 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 slučaju je primenjen postupak "presecanja" vlage primenom HIO tehnologije, gde je HIO - master šina upotrebljena u kombinaciji sa horizontalnom (a delimično i vertikalnom) bitumenskom hidroizolacijom.

Slika 9. Saniranje vlage "presecanjem" zida primenom HIO master-šine i bitumenske hidroizolacije

108

ZAKLJUČAK Na osnovu iskustava stečenih na polju saniranja vlage u tradicionalnim zidanim objektima, od kojih neki imaju i preko 100 godina, može se zaključiti 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 način se poboljšavaju eksploatacione performanse objekata, a takođe utiče i na njihovu trajnost, što je od posebnog značaja u slučajevima 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 mogućnosti primene otpadnih i recikliranih materijala u betonskim kompozitima, sa ocenom uticaja na životnu sredinu, u cilju promocije održivog građevinarstva u Srbiji". LITERATURA [1] [2] [3]

Jevtić D., Denić N.: Zaštita od vlage zidanih zgrada, Izgradnja, Beograd 2012, ISBN 978-86-82307-19-8, str. 167-181 Todorović M., Bogner M., Denić N.: O izolaciji, ETA, Beograd 2012, ISBN 978-86-85361-32-6 Denić N.: Savremeni hidroizolacioni materijali i njihova primena u zgradarstvu za zaštitu od vlage i podzemne vode, Građeviinski kalendar, 2009, YU ISSN 0352-2733, COBISS.SR – ID 43031, str. 236-299

109

110

Dijana Mičev, dipl.inž.arh.spec.projekt menadžer1 PREGLEDNI RAD UDK: 692.43.059.2/.3 624.024.3.059.2/.3

PROBLEMATIKA SANACIJE RAVNIH KROVOVA REZIME: Ravni krovovi u današnje vreme moraju da ispune sve složenije eksploatacione zahteve. U slučaju nepravilnog projektovanja, izvođenja ili održavanja ravnog krova, neophodna je sanacija istog. Analiza uzroka oštećenja ravnog krova je prvi korak u procesu izbora sistema sanacije i tehnologije hidroizolacije koja će biti primenjena. Pravilnim održavanjem i kontrolom ravnih krovova smanjuje se učestalost i obim radova na sanaciji. Ključne reči: 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", Ustanička 64/XVII, Beograd

111

UVOD Pojam ravnog krova se sve više koristi u sklopu modernog načina građenja. Osamdesetih i devedesetih godina dolazi do velike promene u projektovanju i građenju, kako velikih tako i malih urbanih celina, gde se ravni krovovi koriste ne samo kao neophodni deo konstrukcije, već i kao veoma korisna površina. Ravni krovovi su tokom vremena unapređivani, a sa ubrzanim razvojem tehnologije materijala postaju veoma prihvaćen način izgradnje. Efektivno korišćenje krovova u savremenom građenju promenilo se u smislu da oni postaju površine koje čine zajednički deo stambenih jedinica. U današnje vreme, korišćenje ravnih krovova regulisano je pravilnicima i zakonima. Ravni krovovi, bez obzira de li su sastavni deo stambenih, javnih ili industrijskih objekata, u našim uslovima građenja 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 postojeće, gde god je to moguće, treba pretvarati u kose krovove. Sledeći ovakve stavove, zadnjih godina se problem procurivanja ravnih krovova na zgradama uglavnom rešava doziđivanjem jednog sprata, a nekada i dva – pretvaranjem ravnog krova u kosi krov. Pri ovakvim intervencijama i rekonstrukcijama se često ne poštuju osnovni zahtevi građenja, u prvom redu statičke mogućnosti objekta i urbanističkoarhitektornski zahtevi izgrađene celine. Iskustvo je pokazalo da se dograđivanjem podkrovlja uglavnom rešava problem prokišnjavanja objekta, ali da se pri tome često narušava izgled objekta, odnosno okoline, a često se narušava i statička sigurnost objekta. Nasuprot našem lošem iskustvu u korišćenju ravnih krovova, inostrana iskustva su sasvim drugačija, što potvrđuje dalje projektovanje i izvođenje ravnih krovova sa daleko složenijim eksploatacionim zahtevima – iznad kompleksa ukopanih objekata razne namene izvode se: – ozelenjeni krovovi (koji u nekim slučajevima predstavljaju prave parkove), – površine trgova, – parkirališta, – saobraćajnice i dr. OPŠTI PODACI O RAVNOM KROVU U cilju što boljeg sagledavanja svih faktora koji utiču na definisanje sistema krovne hidroizolacije, potrebno je u prvom redu prepoznati različite 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 naći u sastavu krova su sledeći: a) Zaštitni sloj (opterećenje), b) Krovna hidroizolacija, c) Sloj za odvajanje, d) Podloga, e) Ventilirajući sloj, f) Toplotna izolacija, g) Parna brana, h) Sloj za izjednačavanje 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 saobraćaj ili ozelenjavanje. Oni se kori-ste samo prilikom montaže ili održavanja eventualnih tehničkih instalacija na njemu. Prohodni krovovi Prohodni krovovi su predviđeni za zadržavanje ljudi na njemu i za saobraćaj. Krovne površine predviđene za intenzivno ili eksten-zivno ozelenjavanje važe kao prohodni krovovi - slika 4.

  1. 2. 3. 4. 5. 6.

Armirano betonska ploča 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 različiti uticaji, kao što su vlaga, temperatura, mehanički i razni posebni uticaji.

114

Vlaga

isl.),

Kod uticaja vlage razlikujemo: – Procedna vlaga unutar objekta (ukopani delovi suterena, podzemnih etaža

– Padavine, – Građevinska vlaga. Atmosferske padavine koje prodiru kroz pukotine u oštećenom sloju hidroizolacije u donje slojeve ravnog krova (sloj za pad, termoizolacija, konstrukcija), zadržavaju se u ovim građevinskim materijalima kao zarobljena građevinska vlaga. Građevinska vlaga deluje razarajuće na kvalitet granice sastava i materijala koji su ugrađeni. Temperatura Krovne konstrukcije bez teške zaštite su neposredno izložene vremenskim uticajima i visokim temperaturama.Umerenim temperaturnim uticajima izložene su krovne konstrukcije koje su zaštićene teškom zaštitom ili korisnim slojevima koji sprečavaju veliko zagrevanje i brze temperaturne promene.Promenjive temperature na gornjoj površini krova i temperaturne razlike između spoljne i unutrašnje temperature, deluju na: – krovnu hidroizolaciju, – prostor između prvog zatvorenog sloja i krovnog sloja (kod ventilisanog tipa krova), – prostor između gornjeg zatvorenog sloja i konstrukcije (kod neventilisanog tipa krova). Temperaturne promene mogu štetno uticati na građevinski materijal i usloviti deformaciju građevin-skog elementa. Temperaturne promene mogu biti kratkotrajne (vremenske nepogode), dnevne (dan-noć) ili između godišnjih doba (leto-zima). Mehanički uticaji Krovne hidroizolacije mogu biti izložene velikim mehaničkim uticajima kao što su: površinsko zatezanje, dilatiranje, zatezanje i tačkasto opterećenje. Ovi uticaji su prisutni u slučaju podloge koja radi, ispod prohodne površine ili ozelenjenog krova. Umerenim mehaničkim uticajima izložene su hidroizolacije na neprohodnim krovovima, kao i one koje su postavljene preko čvrste i stabilne podloge. Mehanički uticaji mogu nastati kao posledica: – osobina gornje površine podloge (neravnine, oštre ivice, ostaci oplate, oštra zrna kamena, kao i strana tela), – za vreme građenja (građevinski alati i uređaji),

115

– uticaji donje konstrukcije (deformacije i prsline kao posledica vezivanja betona, različita kretanja i naprezanja noseće konstrukcije, na primer betonskih gotovih elemenata, trapezastih profila i elemenata drvene konstrukcije, kao i sleganje, – promena oblika materijala ugrađenih izolacionih slojeva (promena dužine i rada u oblasti spojnica između ploča toplotne izolacije), – kretanje pojedinih slojeva krovne obloge koje dovodi do nasilnog naprezanja u ostalim slojevima (kretanje podloge ili krutih slojeva ugrađenih preko hidroizolacije ukoliko su isti čvrsto vezani sa hidroizolacijom), – uticaji nakon izvedenih radova (površinski pritisak, tačkasto opterećenje ili delovi sa oštrim ivicama), – od usisne i pritisne sile vetra, kao i izazvanog pokretanja građevinske konstrukcije, – prilikom mera neophodnih za održavanje objekta (kretanje po nezaštićenoj površini, postavljanje merdevina, nošenje tereta i sl.) Posebni uticaji Pod posebne uticaje mogu se ubrojiti: fotohemijski uticaji, toplotni zraci kombinovani sa različitim delovanjima toplote, kiseonika, vlage, UV zraka i ozona. Ovi uticaji uslovljavaju prirodno starenje hidroizo-lacionih membrana.Takođe, 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, čiji koren može da prodre kroz hidroizolaciju.Ljuskanje površine može da stvori hranu za bakterije i mikrobe. HIDROIZOLACIONI MATERIJALI ZA RAVNE KROVOVE U okviru zaštite građevinskih objekata i njihovog održavanja, pokrivanje krovnih konstrukcija predstavlja veoma značajnu oblast građevinarstva. Hidroizolacije su stare koliko i samo građevinarstvo, a ubrzan napredak i razvoj novog načina projektovanja i građenja savremenih objekata i konstruktivnih sistema u poslednjih pola veka, pratile su i nove tehnologije izrade hidroizolacionih materijala i sistema, prilagođene visokim zahtevima savremenih građevinskih objekata i ubrzane dinamike izvođenja istih. Pored razvoja polimer-bitumenskih hidroizolacionih traka, koje pored poboljšanja plastoelastičnih osobina uvode i novine u tehnologiji polaganja (varenje istih), na tržištu se pojavljuju i termoplastični, elasto-merni i duromerni sintetički 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 počela posle 2000.-te godine. Dobre osobine sintetičkih membrana i premaza treba iskoristiti kroz primenu optimalnih sistema po kvalitetu i ekonomičnosti, koji će obezbediti zaštitu ravnog krova građevinskog objekta u dužem vremenskom periodu,

116

definisanom od strane proizvođača i ugrađivača materijala koji za njega daju garanciju kvaliteta. Sintetički hidroizolacioni materijali koji se nalaze na tržištu međusobno se razlikuju po svojim kvalitetima, te se iz tog razloga ne mogu uspešno primeniti u svim slučajevima zaštite. Od konkretnog slučaja 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 zračenje, ozon i atmosferske nečistoće, dinamički potresi, hemijsko i fizičko dejstvo raznih rastvora i dr., što je uslovljeno namenom hidroizolacije, uslova i mesta njenog ugrađivanja. Za uspešnu zaštitu objekta prvenstveno je važno izvršiti pravilan izbor materijala, sistema i tehnike izvođenja radova za konkretne uslove. PROPUSTI I GREŠKE KOD PROJEKTOVANJA I IZVOĐENJA RAVNIH KROVOVA Praksa je pokazala da pravilno projektovani i pravilno izvedeni, sačuvani od oštećenja, namenski korišćeni 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 takođe su i negorivi. Ravni krovovi se brzo grade i jednostavno izvode, a može se reći i da su ekonomični. Sve ovo važi pod uslovom da su krovovi projektovani i izvedeni uvažavajući savremene standarde i tehničku regulativu u oblasti hidroizolacije i građevinske prakse. Svi ugrađeni materijali treba da su visokokvalitetni i atestirani u akreditovanim laboratorijama ovlašćenih institucija. Najčešći razlozi koji su uzrok oštećenja ravnih krovova, kod kojih su potrebne veće intervencije i radikalne sanacije, su sledeći: – izostavljanje pojedinih slojeva u sastavu hidroizolacije, ali i drugih slojeva iz sastava ravnog krova, kao što su: parna brana, sloj za izjednačavanje parnog pritiska ispod hidroizolacije, pa čak i toplotne izolacije i drugo; – nedovoljnim dimenzionisanjem slojeva, neodgovarajućim 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 neodgovarajućih ili nedovoljno kvalitetnih materijala za hidro i toplotnu izolaciju i ostale slojeve u krovnom pokrivaču; – neodgovarajućim izvođenjem građevinsko-arhitektonskih detalja, a samim tim i nekvalitetno ostvarenom vodonepropusnom vezom sa osnovnom hidroizolacijom u polju; – nekvalitetno međusobno zavarenim trakama ili nestručno zavarenim trakama u sistemu hidroizolacije, kao i na mestima završetka i priključka hidroizolacije na obrađenim detaljima;

117

– nepravilno kombinovanje traka u sistemu hidroizolacije; – neodgovarajuće 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 oštećenog ravnog krova podrazumeva sledeće korake: – Utvrđivanje činjeničnog stanja oštećenog krova i sastavljanje Tehničkog izveštaja – Izbor optimalnog rešenja sanacije – Izradu projekta sanacije krovnog pokrivača UTVRĐIVANJE ČINJENIČNOG STANJA OŠTEĆENOG KROVA – IZRADA TEHNIČKOG IZVEŠTAJA Tehnički izveštaj o činjeničnom stanju oštećenog krova i uzrocima procurivanja istog potrebno je da obuhvati: – Pregled raspoložive dokumentacije o izvođenju krovnog pokrivača, o eventualno već vršenim sanacijama, podatke o ugrađenim slojevima, proračune građevinske fizike, klimatskim uslovima, nameni potkrovnih prostorija, obliku i dimenzijama krova, dozvoljenom opterećenju krova, nameni krova, nagibu krova, načinu odvodnjavanja i svim relevantnim podacima neophodnim za izradu alternativnih rešenja saniranja, izboru materijala, načinu izvođenja sistema i obradu detalja; – Vizuelni pregled krova sa spoljne i sa unutrašnje strane: o vizuelni pregled krova sa spoljne strane bez rušenja obuhvata vizuelno utvrđivanje izgleda i stanja krovnog pokrivača i svih detalja, dok pregled krova sa rušenjem obuhvata uzimanje uzorka za određivanje kvaliteta ugrađenih slojeva na licu mesta i laboratorijskim ispitivanjem sastava i stanja krovnog pokrivača; o vizuelni pregled krova sa unutrašnje strane otkrivanjem mesta procurivanja. – Fotodokumentaciju – snimke stanja krovnog pokrivača i detalja. IZBOR OPTIMALNOG REŠENJA SANACIJE Stepen potrebnih radova na sanaciji određuje se na osnovu činjeničnog stanja u kome se krov i pojedini slojevi nalaze, kao i utvrđenih uzroka štetnih posledica. Obim radova na sanaciji je potrebno bazirati na postojećim tehničkim propisima i standardima.

118

Posebnu pažnju pri izboru rešenja sanacije treba posvetiti činjenici da se potkrovne prostorije (nad kojima se krov sanira) koriste. Ostali faktori ograničenja u izboru rešenja sanacije predstavljaju: nosivost konstrukcije, namena krova, arhitektonsko estetsko rešenje, kao i uslovljenost korisnika. Pod optimalnim alternativnim projektnim rešenjem sanacije krovnog pokrivača podrazumeva se: – tehnički ispravno rešenje, kojim će se u okviru Tehničkih propisa i standarda obezbediti sigurnost i trajnost krova, – tehnički-ekonomsko povoljno rešenje, koje je moguće izvoditi bez značajnih smetnji u istovremenom korišćenju podkrovnih prostorija u vreme izvođenja sanacije. Sanacioni radovi treba da obuhvate ne samo krovopokrivačke radove, već i sve ostale radove koji semoraju izvesti (razna rušenja, popravke i zamene), a koji spadaju u građevinske, 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 pratećih radova na pripremi stare hidrizolacije (ukoliko se ista zadržava) i drugo. Hidroizolacioni materijal za ojačanje postojeće hidroizolacije, ukoliko se ona zadržava, najčešće se izvodi od sintetičke membrane od mekog polivinilhlorida PVCP kaširane poliesterskim filcom, koji služi kao odvajajući sloj ako se ista ugrađuje preko postojeće 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 Tehničkog izveštaja, kao i Projektnom zahtevu – Primeri 1/ i 6/. Pored izvođenja sanacije trakama, primenjuju se i bezšavni hidroizolacioni premazi bitumenskih i polimernih sistema na bazi hladnog postupka – Primer 7/. IZRADA PROJEKTA SANACIJE KROVNOG POKRIVAČA Projekat sanacije pokrivača ravnog krova treba da sadrži: – Opis predloženog rešenja sa obrazloženjem, – Opis primenjenih materijala sa tehničkim uslovima, – Tehnički opis radova (sa pripremnim i završnim radovima) – Crteže obrade detalja (u razmeri 1:5, 1:2 pa čak i 1:1) – Predmer i predračun radova. Važne napomene u vezi sanacije ravnih krovova: – Za izradu Elaborata o utvrđivanju uzroka procurivanja krova, kao i izraddu Projekta sanacije krovnog pokrivača, preporučuje se angažovanje odgovarajuće istraživačke ustanove ili preduzeća specijalizovanog za konsultantske usluge u oblasti hidrozolacija, koje ima iskustva u radu na rešavanju specifičnih problema hidroizolacija građevinskih objekata.

119

– U sklopu projektovanja slojeva pokrivača 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., ugrađena SBS bitumenska membrana d=5mm otporna na korenje)

ODRŽAVANJE RAVNIH KROVOVA ŠTETNI UTICAJI I POSLEDICE TOKOM EKSPLOATACIJE U cilju produženja veka trajanja i sprečavanju neželjenih posledica eksploatacije ravnih krovova, neophodno je planirati sistemsko praćenje, pregled, stručnu kontrolu, opravku i održavanje izvedene ugljovodične ili sintetičke hidroizolacije. Oštećenja na ravnim krovovima mogu nastati kao posledica: – Uticaja prirodnih nepogoda velikih razmera, kao što su: zemljotres, pomeranje i sleganje tla, olujni vetrovi, snežne mećave, poplave i drugo; – Nepovoljnih konstruktivnih rešenja, nedovoljno ispitanih uslova za fundiranje, nedostatka dilatacionih fuga, neispravnih statičkih proračuna; – Nepravilno odabranih hidroizolacionih sistema i materijala; – Propusta pri izvođenju hidroizolacije i ostalih slojeva krovnog pokrivača; – Nenamenske eksploatacije i opterećenja krovnog pokrivača.

120

Posledice prirodnih nepogoda se ne mogu predvideti, ali se moraju odmah otkloniti. Ostale posledice se mogu predvideti, a oštećenja se mogu na vreme izbeći ukoliko se objekat održava i nadgleda. Pregled, kontrola i opravke krova spadaju u domen održavanja objekta u periodu eksploatacije, jer razni spoljni uticaji čine da se materijali i konstrukcija zamaraju, stare i menjaju svoje fizičko-mehaničke 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 računa o sledećem: – da se održava čistoća, sprečava rastinje i zagušenje slivnika, vrši kontrola stanja limarije i bravarije, priključaka i završetka hidroizolacije na detaljima; – da se krov ne opterećuje saobraćajem pešaka i vozila, kao ni montažom teških uređaja, ukoliko to nije projektom predviđeno; – da se ne koriste za namene za koje nisu predviđeni – neprohodni krovovi za boravak ljudi; – da se sa prohodnih krovova sa teškom zaštitom čisti samo veliki sneg (naročito nanosi snega sa pune ograde), a sa neprohodnih da se pri čišćenju velikog snega mehanički ne ošteti hidroizolacija i njena zaštita, pri čemu se čišćenje vrši samo drvenim lopatama; – da se mehanički ne oštećuju i ne probijaju (npr.naknadnim ugrađivanjem raznih ankera, držača, antena i sl.). Održavanje krovova sa teškom zaštitom od šljunka i ugrađenih ploča vrši se uklanjanjem nečistoća i uklanjanjem rastinja. Održavanje krovova sa završnom bitumenskom membranom sa mineralnim posipom održavaju se redovnim pregledom, sanacijom vidnih pukotina i oštećenja, pravovremenu obnovu zaštitnim reflektujućim 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 isečenog komada bitumenske trake preko degradirane površine postojeće hidroizolacije. Obnavljanje krovne hidroizolacije od bitumenskih traka vrši se revitalizacijom, odnosno popravkom postojeće hidroizolacije (vraćanjem iste u funkciju), preko koje se ugrađuje novi sloj polimerbitumenske trake. Zarobljena vlaga zaostala u donjim slojevima krovnog pokrivača (termoizolaciji i sloju za pad) oslobađa se ugradnjom prefabrikovanih parootparivača (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 postojeću bitumensku hidroizolaciju

“HOLCIM”, krov silosa realizovan 2009.g .

Elektrodistribucija, Čačak -

realizovan 2011.g.

Primer 3. SBS bitumenska membrana d=5mm, sa obradom prodora i kupola PU hidroizolacionim premazima

Takođe se obnavljanje hidroizolacije od bitumenskih traka kvalitetno vrši i sa sintetičkim trakama od PVC-P kaširanih sa poliesterskim filcom, koje se lepe poliuretanskim lepkom za podlogu (primer 4. i 5.)

122

Postojeće stanje

Nakon sanacije

Primer 4. Ravan krov ”COCA COLA HBC-Srbija”, Zemun (realizovan 2011.g., ugrađena 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 ploča)

Održavanje krovova sa sintetičkim trakama bez površinske zaštite vrši se uklanjanjem nečistoća, otpadaka i drugog nataloženog materijala, kao i nanošenjem reflektujućij premaza u zavisnosti od prirode upotrebljenog materijala, koje preporuči proizvođač sintetičke trake. Popravljanje (krpljenje) krovne hidroizolacije od sintetičkih traka vrši se zavarivanjem ili lepljenjem komada sintetičke trake, koja odgovara postojećoj krovnoj hidroizolaciji. Preporučuje se da traka, sredstvo za lepljenje i zavarivanje budu od istog proizvođača.

123

Primer 6. SKC ”OBRENOVAC” (realizovan 2011.g., Reflektujuća PVC membrana kaširana filcom, lepljena PU lepkom i mehanički fiksirana

Primer 7. ”Fresh&Co”, Subotica (realizovan 2010.g., EPDM membrana mehanički fiksirana za podlogu – RMA sistem fiksiranja )

LITERATURA [1] TODOROVIĆ, M., BOGNER, M., DENIĆ, N. : O izolaciji, (2012) [2] DENIĆ, N. : Sintetički materijali za hidroizolacije, Sintetički materijali u građevinarstvu, (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 Pejović1

STRUČNI RAD UDK: 624.21.012.45.059.2/.3

PRIMJERI SANACIJE BETONSKIH MOSTOVA REZIME U ovom radu navedeni su uzroci oštećenja betonskih mostova i karakteristični vidovi oštećenja. U ove uzroke spadaju greške pri projektovanju, izvođenju i lošem održavanju. Kad se ovome dodaju nepovoljni eksploatacioni uslovi u prvom redu dejstvo mraza i soli onda neminovno dolazi do oštećenja konstrukcije mosta. Nadalje su pokazani primjeri sanacije nekih mostova kod kojih su primjenjena originalna rješenja. U radu se daje osvrt i na problematiku izvođenja sanacije gdje su takođe primijenjena originalna rješenja koristeći sistem visećih skela. Ključne riječi: most, sanacija, uzroci oštećenja, viseće 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

Građevinski fakultet, Univerzitet Crne Gore, Cetinjski put bb, Podgorica

125

UVOD Cilj ovog rada je da kroz primjere sanacije betonskih mostova ukaže na problematiku projektovanja, izvođenja, održavanja i sanacije ovih objekata odnosno obezbjeđenja njihove trajnosti. Problem trajnosti vezan je za objekte koji se nalaze na većoj 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 većini slučajeva nedostatak projektne dokumentacije. Iz navedenih razloga neophodno je snimanje i ispitivanje postojećeg stanja: geometrije objekta, kvaliteta betona, kvaliteta količine i rasporeda armature i stanja oštećenja. Ovi radovi se takođe u većini slučajeva ne mogu izvesti bez odgovarajućih skela zbog dubokih prepreka odnosno nepristupačnosti konstrukciji mosta. Poseban problem je činjenica da su oni računati prema starim propisima za opterećenje mostova, (Privremeni tehnički propisi za opterećenje mostova na putevima “Sl. list FNRJ”, br. 43/49), a u međuvremenu su donešeni novi propisi (Pravilnik o tehničkim normativima za određivanje količine opterećenja mostova iz 1990. godine), dok se u najnovije vrijeme primjenjuju evrokodovi. Mostovi koji su računati prema starim propisima uglavnom ne mogu zadovoljiti uslove koje propisuju novi propisi zbog čega je potrebno njihovo ojačanje koje može biti vrlo skupo. Često se u ovakvim slučajevima postavlja pitanje da li ovim mostovima sanacionim mjerama obezbijediti projektovana nosivost ili skupim mjerama ojačanja obezbijediti nosivost prema novim propisima. Problematika izvođenja sanacije se usložnjava potrebom da se u najvećem broju slučajeva sanacione mjere izvode uz odvijanje saobraćaja. Drugi problem je samo izvođenje, posebno kada su duboke prepreke i veliki vodostaj. Osim toga, projektom sanacije se uvijek ne mogu egzaktno sagledati sva oštećenja, tako da su realne korekcije projektnih rješenja, što usporava izvođenje sanacije. UZROCI OŠTEĆENJA Uzroci oštećenja su posledica greške koje se prave pri projektovanju, izvođenju 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. Takođe, nije vođeno računa da će se vremenom povećavati saobraćajna opterećenja mostova. U novije vrijeme mostovi se projektuju na veća saobraćajna opterećenja koja definišu novi propisi, ali se nedovoljno vodi računa o trajnosti i konsturktivnim detaljima. Pri proračunu su korišćene približne metode koje su u to vrijeme bile projektantina na raspolaganju. Na osnovu provedenih analiza najčešće projektantske greške su: – U navećem broju slučajeva kolovozna ploča je projektovana debljine 15-18 cm u polju, koja uz uzdužne i poprečne grede ima vute. Eksploatacioni uslovi su pokazali da su ove debljine kolovoznih ploča nedovoljne jer je vremenom dolazilo do njihovih ozbiljnih oštećenja, a u nekim slučajevima do potpunog loma. Oštećenja ovih ploča ogledala su se u početku pojavom pukotina i korozijom armature da bi se proces intenzivno nastavio i rezultirao potpunim lomom ploče u vidu pojave rupa u ploči. – Mali zaštitni slojevi armature uz veliku širinu pukotina koje nijesu kontrolisane niti ograničavane tadašnjim propisima i proračunima. U ovim slučajevima dolazi do korozije armature koja razara zaštitni sloj betona nakon čega 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 slučajevima nije adekvatno, jer su temelji stubova fundirani u šljunčanom materijalu pa je usled velikih vodostaja i poplava dolazilo do potpunog rušenja mostova. U ovim slučajevima obično su izostale i odgovorajuće geološke istrage kao podloga za projektovanje. – U nekim slučajevima nije obezbijeđen odgovarajući proticajni profil što je posebno opasno kod planinskih vodotoka koji brzo mijenjaju protok i sa sobom nose granje i drveće, koje blokira proticajni profil, stvara uspor vode, koja podlokava temelje i vrši dodatne bočne pritiske na konstrukciju mosta. GREŠKE PRI IZVOĐENJU Pri izvođenju radova prave se sljedeće greške: – Najčešće greške prave se pri ugradnji betona pri čemu se ne obebjeđuje odgovarajuća kompaktnost, sa pojavom mjestimične segregacije posebno u zoni prisustva guste armature. – Pri izvođenju se ne vodi računa o zaštitnim slojevima armature tako da je u nekim slučajevima armatura praktično bez zaštitnog sloja. – I jedno i drugo dovodi do brze korozije armature i razaranja površinskog sloja betona. – Pri izvođenju hidroizolacije često se ista ošteti što je potencijalno mjesto za oštećenja konstrukcije. – Pri temeljenju objekata često 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 način, pa se slivaju nekontrolisano niz kosine vodotoka ili jaruge i podlokavaju temeljnu konstrukciju. – Ne vrše se prethodna ispitivanja betona već se koriste standardne betonske recepture. GREŠKE PRI ODRŽAVANJU Ustaljena praksa je pokazala da su ovi objekti su praktično prepušteni sami sebi i vrlo se slabo održavaju, niti se ozbiljnije prati njihovo stanje kroz eksploatacioni vijek. Obično se problemi počinju 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 oslonačnoj zoni dolazi do prodora agresivne vode sa kolovoza što neminovno dovodi do oštećenja oslonačkih djelova konstrukcije. Često dolazi do oštećenja hidroizolacije na mostu. Prvo se u asfaltu pojave udarne rupe, što neminovno dovodi do oštećenja hidroizolacije. Na ovim mjestima voda prođe ispod hidroizoalcije i usled uticaja mraza i soli dolazi do korozije armature i oštećenja betonskih elemenata. KARAKTERISTIČNI SLUČAJEVI OŠTEĆENJA Karakteristična oštećenja ovih objekata mogu se podijeliti u dvije grupe i to: – Oštećenja konstrukcije mosta; – Oštećenje temelja. OŠTEĆENJA KONSTRUKCIJE MOSTA Najčešća i najača oštećenja se javljaju na kolovoznoj ploči, konzolama pješačkih staza i oslonačkim zonama. Rasponska kosntrukcija, lukovi, uzdužne i poprečne grede i stubovi u skoro svim slučajevima bili su manje oštećeni. Oštećene ploče u svim slučajevima imale su malu debljinu, zbog čega je u toku eksploatacije odšlo do pojave prslina i korozije armature, da bi ovaj proces postajao sve intenzivniji i konačno doveo do potpunog loma, odnosno proboja ploče. Proboji ploče su se do sada desili na dva mosta, dok je na dva mosta ploča bila znatno degradirana. Prsline i korozija armature bili su prisutni i na konzolama pješačkih staza kod svih mostova. Na ovim mostovima bile su značajnije oštećene oslonačke zone gdje je prvo došlo do oštećenja dilatacionih sprava nakon čega je voda zasićena solju sa kolovoza ulazila u oslonačku zonu i agresivno djelovala na oslonačke djelove podužnih nosača, oslonačke poprečne nosače, ležišta i obalni stub. Ova zona je jače oštećena sa otpalim zaštitnim slojem armature korodiralom armaturom i površinskom degradacijom

128

betona. Manja lokalna oštećenja su pretrpjeli uzdužni i poprečni nosači, lukovi, stubovi i obalni oslonci. Oštećenja ovih elemenata su u vidu segregiranih mjesta sa korodiralom armaturom. OŠTEĆENJA TEMELJA Česta oštećenja 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 čvrstu 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 šljunčanom materijalu. Posebna opasnost za mostove su planinski bujičavi tokovi sa velikim oscijacijama vodostaja i uz to ovi vodotoci sa sobom nose granje i drveće koje u zoni mostova pravi ustavu sa velikim razornim dejstvom vode. Karakteristična oštećenja data su na slikama 1 do 4.

Slika 1. Ploča

Slika 2. Ploča i grede

Slika 3. Zglob

Slika 4. Oslonac

129

SANACIONA RJEŠENJA U nastavku su prikazana karakteristična sanaciona rješenja koja su uzrokovana oštećenjima same konstrukcije mosta i indirektno oštećenjima temelja. MOST PČINJA Most Pčinja 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 izgrađen 1961.godine od armiranog betona kao kombinacija lučne kosntrukcije i grednog sistema na stubovima. Lučni dio konstrukcije čine dva blizna luka raspona 54,00 m i promjenljive visine. Ukupna dužina mosta je 108 m, a širina 8,8 m. Projektovana debljina kolovozne ploče u polju bila je 15 cm sa vutama uz uzdužne i poprečne nosače. Most je prethodno saniran 1997.godine, da bi nakon toga 2005.godine izvela ova sanacija. Dispozicija mosta data je na slici 5. Prethodnom sanacijom urađene su određene intervencije na konstrukciji mosta. Sa kolovozne ploče odstranjen je degradirani beton i nadograđen novi sloj polimer betona debljine od 6-10 cm. Lukovi, stubovi i kompletna rasponska konstrukcija sa donje strane je zaštićena torkret betonom. Sanirani su temelji dva podlokana stuba, a jedan oštećeni stub je saniran povećanjem presjeka. Urađene su nove dilatacione sprave i prelazne ploče. Međutim, u kratkom vremenskom periodu došlo je do ponovne degradacije kolovozne ploče pa se pristupilo novoj sanaciji. Novododati polimer beton je bio u potpunosti degradiran, praktično u fazi raspadanja i bez veze sa starim betonom. Centralni djelovi kolovoznih ploča u nekoliko polja bili su sasvim polomljeni, tako da su na tim mejstima ostale ogoljene šipke, tj. polomljen je i novododati i postojeći beton. U ostalim poljima ploče su bile znatno degradirane sa prslinama korodiralom armaturom i znacima procurivanja vode i karstifiakcije. Na kosntrukciji koja je bila prethodno zaštićena torkret betonom bila su prisutna mjestimična oštećenja. U oslonačkim zonama uočena su određena oštećenja na glavnim i poprečnim nosačima, oslonačkim kvadrima i obalnim stubovima. Karakteristično oštećenje kolovozne ploče dato je na slici 6.

130

Slika 5. Dispozicija

131

Slika 6. Oštećenje kolovozne ploče

Imajući u vidu stanje kolovozne ploče i mogućnost odvijanja saobraćaja kratkom zaobilaznicom, pristupilo se radikalnim mjerama sanacije. Ovo je podrazumijevalo uklanjanje kompletnog novododatog polimer betona kao i starog degradiranog betona ploče. Izvršeno je uklanjanje kompletne kolovozne ploče između glavnih i poprečnih nosača po liniji vuta. Konzole pješačkih staza takođe su odstranjene rezanjem na odstojanju 15 cm od glavnog uzdužnog nosača. Rezanje betona vršeno je dijamantskim testerama uz prisustvo vode. Na prethodno pripremljeni roštilj, koji se sastojao od uzdužnih i poprečnih nosača i djelova ploče urađena je nova kolovozna ploča debljine 25 cm. Ova ploča je sa postojećom konstrukcijom povezana armaturnim ankerima i odgovarajućim premazima za vezu stari novi beton. Na ovaj način povećana je nosivost presjeka uzdužnih i poprečnih nosača u polju povećanjem statičke visine, dok je za negativne momente stvorena mogućnost projektovanja dodatne nedostajuće armature. Proračun je proveden za opterećenja prema važećim propisima. Presjeci u polju su zadovoljili sa postojećom armaturom, a na osloncima je proračunata dodatna armatura koja je smještena u zonu nove ploče i čeličnim ankerima oblika ćiriličnog slova “П” povezana sa osnovnim presjekom. Lokalna oštećenja betonskih elemenata su sanirana na uobičajeni način. Postojeći ležišni kvadri (pendeli) su zamijenjeni ležištima tipa “NAL”. Zamjena je izvršena hidrauličnim presama, pomoću kojih je konstrukcija podignuta i oslonjena na privremene oslonce, a nakon sanacije oslonačkih zona i postavljanja novih ležišta, ponovnim podizanjem i uklanjanjem privremenih oslonaca oslonjena na nova ležišta.

132

Na mostu su urađene sasvim nove pješačke staze sa granitnim ivičnjacima uz popravku i antikorozionu zaštitu postojeće ograde. Ostali konstruktivni elementi lukovi i stubovi imali su odgovarajuću nosivost. MOST PREKO JUŠKOVIĆA POTOKA Most preko Juškovića potoka nalazi se na magistralnom putu Kolašin – Bijelo Polje u Mojkovcu. Most je izgrađen 1963.godine na nadmorskoj visini 823 m.n.m. Maksimalna dubina prepreke je 20 m. Most je izgrađen od armiranog betona kao kombinacija lučne konstrukcije i grednog sistema. Lučni dio konstrukcije čine dva luka blizanca raspona 36,30 m, sa stinjenošću 7,80 m. Nadlučnu konstrukciju kao i konstrukciju van lukova čine kontinualni uzdužni i poprečni nosači 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 urađena na sličan način, kao i kod mosta Pčinja koja takođe nije bila uspješna jer je u kratkom vremenskom intervalu došlo do ponovne degradacije kolovozne ploče, pa se pristupilo novoj sanaciji. Oštećenja konstrukcije mosta su takođe slična kao i kod mosta Pčinja. Karakteristična oštećenja ploče greda i temelja luka data su na slici 8.

Slika 7. Dispozicija mosta

133

Slika 8. Oštećenje mosta

Primijenjeno je slično rješenje sanacije kao i kod mosta Pčinja pošto su i oštećenja bila slična. U ovom slučaju se morala zadržati degradirana kolovozna ploča jer se moralo obezbijediti odvijanje saobraćaja tokom izvođenja sanacije. Jedino su ivični nosači pješačkih staza odsječeni. Preko postojeće ploče urađena je nova ploča debljine 25 cm, pri čemu su pješačke staze proširene za po 75 cm, tako da je širina mosta povećana na 10,75 m. Pri izradi nove kolovozne ploče sa gornje strane postojeće ploče 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 način što je na tom mjestu iznad luka izvedeno platno kojim su obuhvaćeni ovi stubovi. Ovo se pokazalo kao povoljnije i za ostale konstruktivne elemente lukove i grede, što je potvrđeno provedenim proračunom. Lukovi i stubovi su imali zadovoljavajuću nosivost. Jedino je desni podlokani temelj luka saniran tako što je urađen potporni zid iza koga je napravljen zasip od šljunčanog materijala uz nabijanje. Površinske vode koje su izazvale ova oštećenja uhvaćene su posebnim kanalom i odvedene u potok. Oslonačke zone mosta su takođe sanirane pri čemu su oštećeni kvadri zamijenjeni neoprenskim ležištima. Lokalna oštećenja na svim konstruktivnim elementima su sanirana reparaturnim malterima pri čemu sva ova mjesta opjeskrena, a prethodno vidna armatura antikoroziono zaštićena. Kao završna obrada svih betonskih površina rađeno je pjeskaranje zatim gletovanje i završno premazivanje svih površina. Urađene su nove dilatacione spojnice prelazne ploče hidroizolacija pješačke staze sa ogradom i asfaltom.

134

PRIMJERI OŠTEĆENJA 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 saobraćajnica, nasipima, obaloutvrdama, obalama i sl. Saobraćaj na pojedinim putnim pravcima bio je u prekidu usled poplava. Jednu od najvećih šteta izazvala je rijeka Lim na lokalitetu Plava, Andrijevice i Berana. Rijeka Lim sa svojim pritokama i sa izuzetno velikim slivnim područjem, 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. Oštećen je gradski most Nika Strugara u Beranama i tri mosta na lokalnim saobraćajnicama uzvodno od Berana. Most Rijeka Marsenića na lokalitetu Rijeke Marsenića u Opštini Andrijevica, most Seoca u Opštini Andrijevica koji spaja naselja Seoca sa magistralnim putem koji je skoro sasvim porušen, most Novšići u Opštini Plav, koji spaja naselje Novšići sa magistralnim putem, koji je takođe skoro sasvim porušen. Ukupna šteta na ovim mostovima procijenjena je na oko 1 200 000,00 eura. Radovi na sanaciji ovih mostova već su izvedeni i svi su pušteni u saobraćaj. Na slici 9. prikazano je stanje nabujalog Lima u zoni mosta Marsenića Rijeka.

Slika 9. Vodostaj rijeke Lim u zoni mosta Marsenića rijeka

135

MOST NIKA STRUGARA U BERANAMA Most premošćuje rijeku Lim i spaja okolna neselja sa centrom grada. Izgrađen 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 četiri polja. Krajnja polja su raspona po 24,60 m, a srednja po 27,60 m. Svaki glavni nosač čine po dva blizna nosača širine 36 cm, koji su postavljeni na osovinskom odstojanju od 114 cm. Nosači su promjenljive visine koja zajedno sa pločom u polju iznosi 160 cm, a na osloncu 220 cm. Povećanje visine uz srednje oslonce mijenja se po pravolinijskim vutama u dužini od 590 cm, dok je između vuta u polju konstantna visina. Parovi bliznih nosača postavljeni su na osovinskom odstojanju od 558 cm. Kolovozna ploča je debljine 20 cm sa vutama širine i debljine 20 cm uz glavne i poprečne nosače. Konzolni prepusti su 150 cm i njihova debljina je 40 cm uz glavni nosač, a na kraju 20 cm. Rječni i obalni stubovi su masivne betonske konstrukcije. Dispozicija mosta data je na slici 10.

Slika 10. Dispozicija mosta

Usled podlokavanja i slijeganja rječnog oporca R3 za 63 cm došlo je do ozbiljnih oštećenja konstrukcije mosta. U prvom polju na osovinskom odstojanju 3,3 m od potonulog stuba glavna rasponska konstrukcija mosta je pretprpjela klasični lom.

136

U donjoj zoni glavnih nosača su se otvorile pukotine širine 1,5-2 cm, dok je beton u gornjoj zoni na vijencima pješačkih staza i ograde mosta zdrobljen. U drugom polju uz drugi rječni stub S2 na osovinskom odstojanju od 2,35 m od oslonca takođe je došlo do oštećenja gdje su se pojavile pukotine u gornjoj zoni. Do slijeganja rječnog 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 oštećenja na rasponskoj kosntrukciji i stubovima su uočena lokalna oštećenja betona. Na slici 11. prikazan je most nakon oštećenja.

Slika 11. Oštećenja mosta

Kod ovog mosta prvo je saniran temelj potonulog stuba S3, s tim što je prethodno skrenut vodotok iz zone ovog stuba. Potonuli rječni stub je saniran čišćenjem 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 čiji je kvalitet čelika 1670/1860 MPa. Ukupno su upotrijebljena četiri kabla od kojih su dva kabla vučena uz glavne nosače duž cijelog mosta, a u dva oštećena polja dodata su dva kabla. Kablovi su poligonalni, a prednaprezanje je vršeno sa oba kraja. Na mjestima gdje se lomi trasa kablova urađeni su posebni čelični devijatori. Za kotvljenje kablova na osloncima projektovani su masivni poprečni nosači 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 plastični zglobovi ojačana karbonskim platnima kojima su obuhvaćeni glavni nosači i kolovozna ploča. Karbonska platna su proračunata da prime smičuću silu na tom mjestu. 137

Da bi se formirala odgovarajuća niveleta kolovoza na mjestu ulegnuća, projektovana je posebna konstrukcija u vidu AB roštilja sa ispunom od tvrdog stiropora. Lokalna oštećenja su sanirana uobičajenim postupkom. Posebna pažnja je posvećena ogradi mosta tako da je projektovana i izvedena sasvim nova savremena ograda. MOST RIJEKA MARSENIĆA Ovaj most premošćuje rijeku Lim na lokalitetu Rijeke Marsenića. Most je izgrađen 1968. godine i za njega postoji projektna dokumentacija. Put na kome se nalazi most je lokalnog karaktera i on je veza Rijeke Marsenića 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 pješačke staze po 0,75m. Glavnu nosivu rasponsku konstrukciju mosta čine dva gredna nosača, sa AB pločom preko. Srednji stubovi su projektovani kao masivni betonski stubovi promjenljivog poprečnog 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 šljunčanom nanosu. Na osnovu raspoložive projektne dokumentacije utvrđeno je da se osnovna stijena nalazi na dubini od 5 do 6m što je utvrđeno i prilikom izvođenja 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 noseći sa sobom drveće odnijela skelu iz srednjeg polja, dok je lijevi raspon bio zatvoren skelom i nanijetim drvećem. 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 oštećenje rasponske konstrukcije. Od tog vremena sve do 2006. godine, most je i pored velikih oštećenja, i niza pokušaja da se sanira, bio u eksploataciji, kada je saniran. Geodetskim snimanjem je utvrđeno da je ukupno slijeganje ovog stuba iznosilo 116m. Sanacija mosta je urađena po projektu koji je uradio Građevinski fakultet iz Podgorice. Izgled oštećenog mosta dat je na slici 12.

138

Slika 12. Oštećeni most

Sanaciono rješenje se sastojalo u sanaciji slegnutog stuba koji je fundiran na šipovima. Konstrukcija mosta je hidrauličnim presama podignuta za 76 cm. Rasponska konstrukcija je utegnuta prethodno napregnutim kablovima postavljenim uz glavne nosače sa unutrašnje strane, a pukotine i prsline su injektirane. Drugi desni rječni stub nije saniran jer je u raspoloživoj projektnoj i izvođačkoj dokumentaciji postojao zapis da je temelj ovog stuba oslonjen na čelične profile, koji su oslonjeni na čvrstu stijenu, što se nakon novog oštećenja ovog stuba pokazalo netačnim. Poplave koje su se dogodile 2010. godine izazvale su ravnomjerno slijeganje desnog rječnog oslonca koji se na osnovu geodetskog snimka slegao za 65,4 cm. I ovo slijeganje je izazvalo ozbiljna oštećenja rasponske konstrukcije. I u ovom slučaju podlokavanje su izazvale vrlo visoke vode Lima, koje su nosile drveće, koje se nagomilavalo na stubove, što je stvaralo izuzetno jake vrtloge i podlokavanje temelja. Očigledno je da je do oštećenja mosta došlo, usled ekstremnog vodostaja, zbog neadekvatnog fundiranja srednjih stubova, kao i neodgovarajućeg proticajnog profila. MOST SEOCE Most premošćuje rijeku Lim i nalazi se na lokalnom putu za naselje Seoca u Opštini Anrijevica. Izgrađen je 2003. godine od armiranog i prethodno napregnutog betona i za njega postoji projektna dokumentacija. Uvidom u projektnu dokumentaciju utvrđeno 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 nosača visine 115cm preko kojih su postavljene montažne kolovozne ploče debljine 35cm. Raspon od 6,20m urađen je kao puna AB ploča debljine 30cm i služio je prema navodima iz projekta za propuštanje velikih voda.

139

Oslonačku konstrukciju čine 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 šljunčanom nanosu. Usljed visokog vodostaja rijeke Lim i nagomilavanja drveća oko srednjeg rječnog stuba i podlokavanja lijevog rječnog 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 rječnog 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 nosača raspona 36 m. Fundiranje mosta je izvršeno na šipovima.

Slika 13. Izgled profila rijeke nakon rušenja mosta Seoca

MOST NOVŠIĆI Most premošćuje rijeku Lim i nalazi se na lokalnom putu za naselje Novšiće u Opštini Plav. Izgrađen je od armiranog betona raspona oko 20m. Ima jednu saobraćajnu traku širine 3,10m sa dvije pješačke staze po 0,45m. Rasponsku konstruciju čine dva armiranobetonska nosača sa betonskom pločom 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. Očigledno je da je lijevi oporac porušenog mosta bio neadekvatno fundiran u šljunčanom 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 nosača raspona 32 m. Fundiranje lijevog oslonca izvršeno je na čvrstoj stijeni.

Slika 14. Izgled profila rijeke nakon rušenja mosta Novšići

IZVOĐENJE RADOVA Bez obzira da li se radi o sanaciji, ojačanju ili rekonstrukciji izvođenje radova je veoma složeno i skupo i propraćeno sa nizom problema. U prvom redu se radi o dubokim i strmim preprekama i uslovu da se radovi uglavnom moraju izvoditi uz odvijanje saobraćaja. Za izvođenje ovih radova neophodno je obezbijediti kvalitetnu i sigurnu skelu. Izvođenje klasične skele je veoma skupo. Postojeće skele, koje se koriste za održavanje i manje intervencije na mostovima, u najvećem broju slučajeva se ne mogu koristiti, posebno ako se radi o ozbiljnijim intervencijama. Imajući u vidu naprijed navedeno, na Građevinskom fakultetu u Podgorici, zajedno sa firmom IGP»Fidija» d.o.o iz Podgorice, razvijen je sistem visećih skela za izvođenje većih intervencija na postojećim mostovima. Osnovni koncept ovog sistema je da se viseća skela vješa za postojeću konstrukciju mosta. Osnovni elementi skele su ankeri i čelični profili. Ankeri se rade od rebrastog armaturnog željeza, odgovarajućeg prečnika koji imaju navoje na oba kraja. Ovi ankeri se provlače kroz rupe, koje se buše kroz konstrukciju mosta na prethodno definisanim mjestima. Ankeri se na gornjoj strani fiksiraju pomoću podložnih čeličnih ploča, dimenzija min 100x100x10 mm, sa po dvije navrtke. Podložne ploče se podlijevaju reparaturnim malterima, radi ravnomjernog nalijeganja. Skela se radi od čeličnih profila, koji se postavljaju na određenom razmaku. Za izradu skele najpovoljnije je primijeniti čelične "U" profile u paru, koji se međusobno povezuju čeličnim pločicama, preko kojih se profili vezuju za ankere sa po dvije navrtke. Dužina ankera je uslovljena neophodnom radnom visinom. Preko čeličnih profila se postavljaju drvene gredice na određenom razmaku, a preko njih daščani pod. Na slici 15. dat je detalj viseće skele za most Pčinja, a na slici 16. slika ove viseće skele nakon montaže. 141

Slika 15. Poprečni presjek mosta sa visećom skelom

Slika 16. Viseća skela na mostu Pčinja

142

Kao drugi primjer viseće skele data je skela na mostu Mojkovac (sl. 17.)

Slika 17. Viseća skela na mostu Mojkovac

ZAKLJUČAK U uvodu ovog rada naveden je njegov osnovni cilj. Iz navedenih primjera može se zaključiti da su u svim slučajevima napravljeni određeni propusti bilo projektantski bilo izvođački ili propusti u održavanju. Pri izboru konstruktivnih rješenja mora se voditi računa o trajnosti i sigurnosti što podrazumijeva da ne treba ići na graničnu nosivost i “iscrpljivanje” presjeka već uvijek treba ići na određenu rezervu u nosivosti. Kosntruktivnu koncepciju prilagoditi eksploatacionim uslovima. Posebnu pažnju voditi o debljini zaštitnih slojeva armature i ograničenju širine prslina. U svakom konkretnom slučaju projektant treba da propiše uslove kvaliteta betona i to ne samo marku već i vodonepropusnost i otpornost na dejstvo mraza i soli. Izvođenje radova treba povjeravati iskusnim izvođačima koji posjeduju odgovarajuće iskustvo i opremu za izvođenje mostova. Betonski radovi ne bi se smjeli izvoditi bez prethodnih ispitivanja kojim će 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 uočiti i otkloniti svi nedostaci.

143

144

Drago Ostojić, dipl.inž.građ.1

STRUČNI RAD UDK: 699.841

POBOLJŠANJE SEIZMIČKE OTPORNOSTI OBJEKATA REZIME U radu se u opštim crtama analizira seizmička otpornost i povećanje seizmičke otpornosti kod novoprojektovanih objekata, kod postojećih objekata i kod objekata koji su pretrpeli zemljotres. Navode se osnovni principi projektovanja u seizmičkim područjima, ukazuje se na važne aspekte procene seizmičke otpornosti postojećih objekata kao i osnovni principi sanacije objekata koji su pretrpeli oštećenja u zemljotresu. Prikazani su neki primeri sanacije zidanih višespratnih stambenih zgrada oštećenih zemljotresom. Ključne reči: seizmička otpornost, zemljotres, zidane zgrade, oštećenja, 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 – Građevinski fakultet, Bulevar kralja Aleksandra 73, Beograd

145

UVOD Pojam "seizmička otpornost objekta" nije sasvim jednostavno definisati. Reći nekome da je seizmička otpornost objekta zapravo njegova sposobnost da prihvati dejstvo seizmičkih sila je naravno moguće, ali to nije potpuno objašnjenje. Postaviće se pitanje koji intenzitet seizmičkih sila može da prihvati taj objekat, postoji li i koliki je koeficijent sigurnosti, da li će pri tome doći do oštećenja na objektu itd. Ako temu još proširimo, doći ćemo i do pitanja kako poboljšati seizmičku otpornost postojećeg objekta. Ovaj rad predstavlja pokušaj da se daju odgovori na neka od navedenih pitanja, bez ambicije da oni budu potpuni i konačni i da je ta tema zaokružena. U radu će biti razmatrana seizmička otpornost i povećanje seizmičke otpornosti kod novoprojektovanih objekata, kod postojećih objekata i kod objekata koji su pretrpeli zemljotres. NOVOPROJEKTOVANI OBJEKTI Sve danas aktivne generacije građevinskih inženjera su se školovale u oblasti aseizmičkog projektovanja. Podsećanja radi, prvi propisi za projektovanje, dimenzionisanje i građenje zgrada i drugih građevina u seizmičkim područjima pod nazivom "Pravilnik o privremenim tehničkim propisima za građenje u seizmičkim područjima", 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 tehničkim normativima za izgradnju objekata visokogradnje u seizmičkim područjima" [1]. Ovaj Pravilnik, objavljen 1981. godine, delimično 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, prevaziđen i da nije u skladu sa najnovijim naučnim dostignućima, ali on je još uvek važeći. Poslednjih nekoliko godina se čine napori da se u našoj zemlji uvedu u primenu evropske norme pod nazivom Evrokod - EC8. O novim normama je napisano mnogo radova sa različitih aspekata i sasvim je sigurno da će EC8 ubrzo postati obavezаn model proračuna i građenja i našoj zemlji [2]. U svim navedenim pravilnicima - normama, kao i u mnogobrojnoj stručnoj literaturi, definisani su opšti principi konstruisanja seizmički otpornih konstrukcija. Ovde se navodi nekoliko osnovnih principa:  Pri izboru lokacije budućeg objekta izbegavati nehomogena, nasuta i uopšte nestabilna tla. Ako to nije moguće, objekat treba razdvojiti na pojedinačne 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 neujednačen po visini, projektuju se aseizmičke razdelnice. 146

 Međuspratne konstrukcije se projektuju tako da predstavljaju krute horizontalne dijafragme, sposobne da prenesu seizmičke uticaje na vertikalne elemente konstrukcije.  Konstruktivni elementi osnovnog sistema izrađuju se od čvrstog duktilnog materijala, dok se za nekonstruktivne elemente upotrebljava lakši materijal.  Obavezno obezbediti da se gravitaciono opterećenje prenosi ravnomerno na vertikalne elemente konstrukcije, vodeći računa o nivou opterećenja.  Osnovni sistem zidanih konstrukcija su noseći zidovi u oba ortogonalna pravca objekta, povezani po visini krutim međuspratnim konstrukcija i horizontalnim serklažima.  Zidane konstrukcije se projektuju kao: obične zidane konstrukcije, zidane konstrukcije sa vertikalnim serklažima i kao armirane zidane konstrukcije. Dakle, u procesu projektovanja novih objekata, obavezno je pridržavati se navedenih principa, odgovarajućih pravilnika, standarda, stručne literature itd. S druge strane, ovakve principe nije jednostavno numerički obuhvatiti, jer je svaki zemljotres unikatni događaj, nepredvidivog intenziteta i trajanja. Treba napomenuti još jedan važan princip pri projektovanju seizmički 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 izvođenje objekta, barem deklarativno, ćemo obezbediti da novoprojektovani objekat poseduje zahtevanu seizmičku otpornost. Danas se u svetu često, pogotovo u seizmički izuzetno aktivnim područjima ili pri projektovanju unikatnih objekata, u projektovanju primenjuje i koncept tzv. dinamičke izolacije. Ovaj koncept se sastoji u ugradnji seizmoizolatora, posebnih "dampera" - prigušivača, specijalnih ležišta, sve sa ciljem da se pomeranje tla, u što je moguće manjoj meri, prenese na objekat. Dakle, ideja je da se, kad već ne možemo sprečiti pomeranje tla, umanji negativan uticaj tog pomeranja na naš objekat [2]. Ovde treba istaći da se aseizmičko projektovanje uglavnom zasniva na postavci da kod slabijeg zemljotresa građevina ne sme biti oštećena, da su kod umereno jakog zemljotresa dozvoljena lakša oštećenja noseće konstrukcije, a da zemljotres najjačeg intenziteta može prouzrokovati značajna oštećenja noseće konstrukcije, ali bez rušenja objekta. Drugim rečima, ljudski životi moraju biti sačuvani i u najjačem zemljotresu. Ovakvo tumačenje je preuzeto iz "Pravilnika o tehničkim normativima za izgradnju objekata visokogradnje u seizmičkim područjima" [1] i njemu se ne može mnogo šta dodati niti oduzeti. I svi drugi propisi koji se bave aseizmičkim projektovanjem, u prvi plan ističu obezbeđenje zaštite, pre svega, ljudskih života (npr. EC8, SNiP - Ruski propisi). U novije vreme se i ovoj temi, odnosno stepenu oštećenja, poklanja mnogo više pažnje. Zbog toga se i u fazi projektovanja se uvodi pojam klasa povredljivosti [3] sa ciljem da se proceni koliko će objekat, zavisno od tipa konstrukcije, biti i do kog stepena može biti oštećen.

147

POSTOJEĆI OBJEKTI Kao što je napred već rečeno, svaki zemljotres je unikatni događaj, koji se pojavljuje iznenada i bez najave. Ne može se utvrditi ni mesto gde će se dogoditi, ni vreme kada će se dogoditi, ni jačina koju će ispoljiti. Zato je, kada se radi o postojećim objektima, ocena njihove seizmičke otpornosti daleko složeniji problem, pogotovo ako su u pitanju objekti koji nisu ni projektovani ni građeni za prihvatanje seizmičkih 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 nadziđivanjem postojećeg objekta, o manjoj ili većoj rekonstrukciji, promeni namene ili povećanju opterećenja, ukratko, od slučaja do slučaja. Pri tome často nastaju nedoumice oko tumačenja člana 115a važećeg Pravilnika [1]. Ovde se skreće pažnja da je, pri odluci o mogućnosti nadziđivanja objekta, bez obzira na odredbe aktuelnog Pravilnika, veoma važno sagledati postojeći konstrukcijski sistem i doneti pravilnu odluku. Naime, nije dovoljno primeniti odredbu čl.115a iz Pravilnika i dokazati da je povećanje mase objekta u slučaju nadziđivanja manja od 10%. Potrebno je sagledati seizmičku otpornost i nosivost postojećeg objekta i, ako se pokaže da postojeći objekat nije pravilno konsturisan ili izveden, treba predvideti ojačanje tog objekta, bez obzira na odredbe Pravilnika. Konkretno, ako treba poboljšati seizmičku otpornost nekog objekta, potrebno je utvrditi opšte stanje konstrukcije objekta, vreme i način građenja, proučiti postojeće projekte (ako postoje), ispitati kvalitet ugrađenog materijala, snimiti eventualna oštećenja i ponovo uraditi odgovarajuće proračune. Nakon toga se, opet prema pravilnicima i standardima, može doneti zaključak o seizmičkoj otpornosti objekta i mogu se propisati mere za povećanje seizmičke otpornosti. Povećanje seizmičke otpornosti se može postići ojačanjem osnovnih elemenata konstrukcije, pre svega izradom "krute" međuspratne konstrukcije, oblaganjem zidanih zidova oblogama od armiranog betona, ojačanjem temeljne konstrukcije i slično. Da bi se u ovoj oblasti, odnosno u povećanju seizmičke otpornosti postojećih objekata, postigao određeni napredak, potrebno je aktiviranje svih društvenih, ekonomskih, tehničkih, edukativnih i dugih kapaciteta društva. U radu [3] se predlaže i detaljnije obrađuje jedan postupak koji omogućuje da se unapred, pre zemljotresa očekivanih mogućih intenziteta na određenoj teritoriji, procene oštećenja i proceni moguća šteta na objektima. Predloženi postupak omogućuje da se proceni koji tipovi zgrada (u funkciji klase povredljivosti i stepena intenziteta zemljotresa) mogu pretrpeti rušenja, vrlo teška, teška, umerena ili neznatna oštećenja, a koji neće doživeti nikakva oštećenja. U zavisnosti od, na takav način procenjenih mogućih oštećenja, mogu se doneti odluke i o obimu potrebnih intervencija na predmetnom objektu.

148

OBJEKTI KOJI SU PRETRPELI ZEMLJOTRES Većina danas aktivnih građevinskih 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 čak i polušaljiva izjava da je zemljotres najbolji revident i građevinski inspektor, odnosno u slučaju zemljotresa se uvek pokažu sve greške i propusti na nekom objektu, počevši od projektovanja, preko građenja pa do održavanja. Naravno, uvek se posle zemljotresa ili drugih incidentnih događaja pristupa sanaciji objekata. U stručnoj literaturi mogu se pronaći osnovni principi sanacije objekata oštećenih zemljotresom, kao i mnogobrojni primeri izvedenih sanacija. Pored toga, u svetskim okvirima postoji i vrlo obimna regulativa koja se bavi problematikom sanacija objekata oštećenih zemljotresima. U našoj zemlji je 1985. godine donet "Pravilnik o tehničkim normativima za sanaciju, ojačanje i rekonstrukciju objekata visokogradnje oštećenih 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 članu 2. navedenog Pravilnika je na istoj liniji kao odredba sadržana u članu 2. napred već pomenutog "Pravilnika o tehničkim normativima za izgradnju objekata visokogradnje u seizmičkim područjima": sanacija i ojačanje objekata u seizmičkim područjima izvodi se tako da zemljotresi najjačeg intenziteta mogu prouzrokovati oštećenja nosećih konstrukcija, ali ne i rušenja objekata. Na bazi poznavanja osnovnih principa projektovanja i ponašanja zgrada pri zemljotresima, uglavnom se može doneti pravilna odluka o tehničkim merama i metodama za sanaciju, odnosno za povećanje seizmičke otpornosti konkretnog objekta. Koje mere i metode će biti primenjene, zavisi od konfiguracije konkretne zgrade, zavisi od vrste i kvaliteta materijala od kojeg je izgrađena, stepena oštećenja, kao i od nivoa seizmičke otpornosti koji treba postići. Pri ovome konačna odluka o načinu sanacije, odnosno ojačanja, uvek treba da bude zasnovana na odgovarajućim proračunima, 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 slučaju, pred inženjerima u slučaju 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 najveća oštećenja nastaju na zidanim objektima. Pri tome se na takvim objektima, građenim u novije vreme, u principu dešavaju znatno manja oštećenja nego na "starijim" objektima. Na objektima građenim u novije vreme, do pojave visokog stepena oštećenja odnosno do slučaja da

149

su objekti pretrpeli potpuni kolaps, ili da su zbog visokog stepena oštećenja postali nebezbedni za upotrebu, dolazi relativno retko. To se dešava uglavnom u slučajevima kada su potpuno ignorisana osnovna pravila graditeljske struke i gde je kvalitet upotrebljenih matrijala daleko ispod prihvatljivih granica. "Pravilnik o tehničkim normativima za sanaciju, ojačanje i rekonstrukciju objekata visokogradnje oštećenih 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 najveća pažnja ipak posvećena sanaciji zidanih konstrukcija. Tako se, pored ostalog, propisuje da se sanacija i ojačanje zidanih konstrukcija vrši: 1) - ojačanjem i sanacijom postojećeg nosećeg sistema; 2) - ojačanjem sa preziđivanjem pojedinih zidova u sistemu konstrukcije; 3) - uvođenjem novih zidova u osnovni sistem konstrukcije; 4) - povezivanjem konstrukcije zidova u nivou međuspratnih konstrukcija. Pored navedenih metoda i principa ojačanja - sanacije konstrukcija, danas se sve češće primenjuju i drugi načini i novi materijali za sanaciju: trake sa karbonskim vlaknima (FRP), visokovredni zavrtnjevi, kablovi za prethodno naprezanje itd. Prilikom sanacije objekata oštećenih zemljotresom u Kraljevu primenjen ja način ojačanja pod nazivom Sistem DC90, autora dr Zorana Petraškovića. Po ovoj metodi, povećanje seizmičke otpornosti, obezbeđenje 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 ukrućenja (vertikalne i horizontalne). Pored toga, obezbeđenje 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 će ukratko biti prikazani neki primeri konstrukcijske sanacije stambenih objekata oštećenih zemljotresom [5]. Zajedničko za sve primere je to da su objekti građeni u periodu 1950.-1960. godina, dakle pre uvođenja Pravilnika za projektovanje i građenje u seizmičkim područjima. Isto tako, zajedničko 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. međuspratne konstrukcije su sitnorebraste, izgrađene od armiranog betona. Primenjena je metoda sanacije sa izradom obloga od armiranog betona na zidovima samo u jednom - poprečnom pravcu (obloge su prikazane debljom linijom). Ovakav način sanacije je primenjen zbog toga što se opterećenje od međuspratnih konstrukcija prenosi samo na podužne zidove, koji su

150

osa simetrije

neznatno oštećeni, a zidovi u poprečnom pravcu su praktično neopterećeni i pretrpeli su značajna opterećenja. Dakle, prilikom projektovanja i građenja, u ovom slučaju nije ispoštovan princip: "Obavezno obezbediti da se gravitaciono opterećenje prenosi ravnomerno na vertikalne elemente konstrukcije, vodeći računa o nivou opterećenja".

Slika 1. Sanacija objekta primenom armiranobetonskih obloga samo u jednom pravcu

Na slici 2. je prikazan primer gde je izvršeno ojačanje zidova u oba pravca. I u ovom slučaju su međuspratne tavanice sitnorebraste, od armiranog betona. Oštećenja

Slika 2. Sanacija objekta primenom armiranobetonskih obloga u dva pravca

151

osa simetrije

na objektu su se pojavila praktično na svim zidovima. Očigledno je da u ovom slučaju nije bilo dovoljno vertikalnih elemenata za prijem uticaja od dejstva zemljotresa. Ojačanja su predviđena u vidu obloga od armiranog betona a postavljena su samo na spoljnim, fasadnim zidovima. Na ovaj način je poboljšana prostorna krutost objekta a nije bilo neophodno iseljevanje korisnika stanova. U primeru na slici 3. međuspratne 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. Oštećenja, 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 ukrućenja tavanice predviđena je izrada sprega od ukrštenih čeličnih elemenata, smeštenih ispod plafona drugog sprata. U ovom slučaju prilikom projektovanja i građenja, očigledno nije ispoštovan princip: "Međuspratne konstrukcije se projektuju tako da predstavljaju krute horizontalne dijafragme, sposobne da prenesu seizmičke uticaje na vertikalne elemente konstrukcije". Naravno,

Slika 3. Sanacija međuspratne tavanice izradom sprega od čeličnih dijagonala

daleko efikasniji način sanacije - ojačanja u ovakvom slučaju bi bio izrada klasične "krute" tavanice u vidu armiranobetonske ploče ili tavanice od "fert" gredica. U konkretnom slučaju, to bi značilo da se stanari moraju iseliti, da se mora ukloniti dobar deo prethodno obnovljene krovne konstrukcije a postavio bi se i problem povećanja ukupne mase, odnosno potreba za ojačanjem temelja. Konačna, inženjerska odluka, je ipak prevagnula, primenjen je prikazani način sanacije.

152

ZAKLJUČAK Kao što je uvodu navedeno, pojam seizmička otpornost je veoma širok, višeznačan i nije ga jednostavno definisati. Iako ovaj rad nema ambiciju da bude originalan i sveobuhvatan, ipak se mogu doneti odgovarajući korisni zaključci, čak i po cenu da su opšte poznati: 1. Prilikom projektovanja i izgradnje novih objekata obavezno je poštovati osnovne principe, pravila, stručnu literaturu i iskustva. S obzirom da se u bliskoj budućnosti očekuje uvođenje 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. Seizmička otpornost postojećih objekata se mora ocenjivati na osnovu sagledavanja i analize postojećeg konstrukcijskog sistema i stanja objekta. Ako se pokaže da postojeći objekat nije pravilno konstruisan ili izveden, trebalo bi predvideti ojačanje tog objekta, bez obzira na odredbe Pravilnika i bez obzira na to da li se na njemu planiraju bilo kakve intervencije. 3. Prilikom odlučivanja o stabilnosti i upotrebljivosti objekta oštećenog zemljotresom, odnosno u fazi određivanja kategorije njegovih oštećenja, veoma je važno sagledati konstrukcijski sistem objekta i konstatovati stepen oštećenja upravo vitalnih nosećih elemenata konstrukcije. 4. Način sanacije objekata oštećenih zemljotresom treba, pre svega, uskladiti sa odgovarajućim Pravilnikom. Međutim, nikad se ne sme zanemariti činjenica, između ostalog navedena i u ovom radu, da konačna odluka o načinu sanacije treba da bude zasnovana na odgovarajućim proračunima, konkretnoj situaciji i inženjerskoj odluci. Pri tome, treba težiti da radovi na sanaciji i ojačanju, u najmanjoj mogućoj meri ometaju normalan život i funkcionisanje vlasnika objekta. LITERATURA [1] [2] [3] [4] [5]

Pravilnik o tehničkim normativima za izgradnju objekata visokogradnje u seizmičkim područjima (Sl. list SFRJ 31/81, 48/82, 29/83, 21/88, 52/90) Alendar, V. Projektovanje seizmički otpornih armiranobetonskih konstrukcija kroz primere, imksus.grf.bg.ac.rs/nastava/beton/projektovanje i gradjenje betonskih konstrukcija 2/valendar Aćić, M., Aćić, V.: Procena štete na zgradama od zemljotresa očekivanog intenziteta, Savremeno graditeljstvo, naučno-stručni časopis za graditeljstvo Republike Srpske, broj 07 - 2011. god Pravilnik o tehničkim normativima za sanaciju, ojačanje i rekonstrukciju objekata visokogradnje oštećenih zemljotresom i za rekonstrukciju i revitalizaciju objekata visokogradnje (Sl. list SFRJ 52/85) Ostojić, D., Stevanović, B., Muravljov, M.: Zemljotresna oštećenja i primenjeni postupci sanacije i ojačanja nadograđenih stambenih zidanih zgrada u Kraljevu, Savremeno graditeljstvo, naučno-stručni časopis za graditeljstvo Republike Srpske, broj 07 - 2011. god

153

154

Prof. dr Boško Stevanović, dipl.inž.građ.1

STRUČNI RAD UDK: 69.059.2/.3

NEKI SPECIFIČNI PRIMERI SANACIJE OBJEKATA REZIME Sanacija objekata, generalno, podrazumeva veoma opsežne radnje koje za rezultat treba da imaju sanirani objekat odgovarajuće funkcije, u kojoj je bio i pre sanacije. U radu je dat opis osnovnih uzroka koji dovode do potrebe za sanacijama građevinskih 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 specifični primeri sanacije objekata. Ključne reči: sanacija, građevinski 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 Građevinski 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 će posle sanacije biti u odgovarajućoj funkciji u kojoj je bio i pre sanacija. Pri čemu treba imati u vidu da sanacije mogu biti na objektima koji su u funkciji i koji i dalje ostaju u toj nameni funkciji. Međutim, postoje i sanacije koje su potrebne iz razloga prenamene postojećih 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 utiču na nosivost i sigurnost konstrukcije. Uzroci koji dovode do potrebe za konstrukcijskim sanacijama, uglavnom su: 1. Greške pri projektovanju; 2. Greške pri građenju (izvođenju) objekata; 3. Superpozicija grešaka pri projektovanju i izvođenju; 4. Neadekvatna eksploatacija objekata; 5. Neadekvatna zaštita i održavanje; 6. Dejstva atmosferskih uticaja; 7. Dejstva različitih agresivnih agenasa; 8. Incidentna dejstava. KONSTRUKCIJSKE SANACIJE Pod pojmom “Konstrukcijske sanacije” se najčešće ubrajaju različiti vidovi ojačavanja konstrukcija. Ove sanacije se preduzimaju u situacijama kada je stanje određene konstrukcije takvo da u prvom redu nije zadovoljena njena nosivost i sigurnost. U takvim slučajevima se mora preduzeti sanacija koja će omogućiti da se obezbedi propisana nosivost date konstrukcije. Konstrukcijske sanacije, bez obzira na uzroke, podrazumevaju da se određena konstrukcija, kod koje nije u svim presecima bio zadovoljen uslov: Sd ≤ Rd, određenim postupcima sanacije dovede na nivo zadovoljavanja gornjeg uslova u svim elementima konstrukcije. U prethodnom izrazu je: Sd - proračunska vrednost uticaja u elementu od spoljašnjih opterećenja (dejstava), Rd - proračunska vrednost nosivosti elementa. Generalno, svaka konstrukcijska sanacija obavezno treba da se izvodi na bazi posebne tehničke dokumentacije - Glavnog projekta sanacije koji, u opštem slučaju, mora da bude zasnovan na ulaznim podacima - podlogama, kao što su:

156

– Projektni zadatak, – Projekat postojeće konstrukcije, – Izveštaj o pregledu i proceni stanja konstrukcije, – Geotehničke podloge (eventualno - zavisno od vrste konstrukcije i prirode njenih oštećenja), – Geodetski snimak konstrukcije (eventualno), – Ostale podloge (odnosi se najčešće na slučajeve kada se konstrukcija, osim sanacije, iz funkcionalnih ili iz razloga vezanih za izmenjene eksploatacione uslove, još i preuređuje). Pre izrade projekta sanacije treba uraditi Izveštaj o pregledu i proceni stanja konstrukcije, koji u opštem slučaju treba da sadrži: – obim, intenzitet i uzroke nastalih oštećenja, – ispitivanje mehaničkih karakteristika materijala od kojih je konstrukcija izrađena, – snimak izvedene geometrije elemenata konstrukcije, – stanje i stepen oštećenja elemenata konstrukcije, – tehnički snimak svih oštećenja konstrukcije, uključujući i njihovu klasifikaciju i kvantifikaciju, – stanje deformacija konstrukcije (ugibi, pomeranja oslonačkih tačaka i dr.), – generalni zaključak o stanju konstrukcije, – predlog načina sanacije. U slučaju kada ne postoji projekat postojeće konstrukcije, potrebno je izvršiti: – detaljno snimanje geometrije postojećih elemenata konstrukcije, – “štemovanje” – otkrivanje armature radi utvrđivanja broja i prečnika, – izradu istražnih jama za utvrđivanje 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 (tehnički izveštaj, tehničke uslove za izvođenje radova, tehničke specifikacije za materijale, predmer i predračun radova i dr.), – računske priloge (proračun konstrukcije kao celine, proračun pojedinih detalja i dr.) – grafičke priloge (dispozicioni crteži, planovi oplate, armature, detalji za izvođenje i dr.) Izrada Projekta konstrukcijske sanacije je daleko složenijI problem od izrade Projekta nove konstrukcije, jer zahteva: – Vrlo solidno poznavanje većeg broja konstrukcijskih disciplina (opšta teorija konstrukcija, armirnobetonske, prednapregnute, čelične, drvene konstrukcije i dr.), – Visok stepen znanja iz oblasti građevinskih materijala i tehnologije građenja (specifični materijali i specijalne tehnologije i posebni tehnološki postupci). U okviru projekta sanacije i njegove realizacije, naročito je važno pravilno koncipiranje i izvođenje pojedinih konstrukcijskih detalja.

157

Pre pristupanja izradi projekata konstrukcijskih sanacija, potrebno je dobro upoznati originalnu projektnu dokumentaciju, a naročito pažljivo proučiti proračunski deo te dokumentacije, odnosno treba što preciznije odrediti proračunska naponsko deformaciona stanja koja prethode sanacionoj intervenciji. Često se dešava da je potrebno uraditi ponovni statički proračun sa realno utvrđenim opterećenjima, kako bi se odredili potrebni statički uticaji u postojećoj konstrukciji. NEKI SPECIFIČNI PRIMERI SANACIJE GRAĐEVINSKIH OBJEKATA SPOMENIK NEZNANOM JUNAKU NA AVALI Opis objekta i oštećenja Spomenik predstavlja kompleks koji formiran od nekoliko posebnih objekata (mauzolej i pripadajući plato, prilazne staze i kružni plato), (slika 1), a koji u memorijalnom i arhitektonsko-građevinskom smislu čine određenu celinu. Radi se, uprošćeno 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 čemu 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 određenih oštećenja praktično svih delova - objekata u sklopu kompleksa, pri čemu su prisutna oštećenja bila uslovljena vrlo različitim faktorima. Reč o oštećenjima koja su, s obzirom na značaj i istorijsko-umetničku vrednost spomenika, zahtevala hitno izvođenje određenih građevinskih sanacionih radova, kao i preduzimanje niza konzervatorsko-restauratorskih intervencija. U okviru projekta sanacije urađena je statička sanacija i rekonstrukcija Spomenika, pri čemu je taj projekat sastavljen iz dva posebna dela: 1. Tehnička dokumentacija za mauzolej i pripadajući plato, 2. Tehnička dokumentacija za prilazne staze i kružni plato. U ovom radu obrađena je samo problematika vezana za statičku sanaciju Mauzoleja. Mauzolej sa grobnicom Neznanog junaka kompletno je izrađen od jablaničkog gabra, pri čemu je on postavljen na samom vrhu Avale, na stepenasto oblikovanom postamentu. Reč je o postamentu izvedenom od masivnih, precizno obrađenih kamenih blokova, sa ispoliranim vidnim (horizontalnim i vertikalnim) površinama. Prema raspoloživim podacima, blokovi su postavljani preko takođe stepenasto oblikovanih betonskih temelja, pri čemu su vertikalni međuprostori na spoju betonskih i grubo obrađenih površina kamenih blokova ispunjeni betonom, a vertikalne spojnice između 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 oštećenja koja je trebalo eliminisati kroz izvođenje građevinskih sanacionih radova su spojnice između kamenih blokova kod kojih je došlo do određenog "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 reč nesumnjivo je uslovljena višegodišnjim delovanjem temperaturnih promena, usled kojih je došlo do razaranja ispune u spojnicama, a docnije i do već navedenog ispiranja pod dejstvom atmosferilija. Na taj način značajan broj spojnica je u velikoj meri ostao "otvoren", sa mogućnošću dodatnog ispunjavanja prašinom i drugim nečistoćama (humus, mahovine, delovi lišća), zahvaljujući čemu je na nekim od spojnica došlo i do rašćenja biljaka. U opisanim uslovima u okviru "otvorenih" ili samo delimično isunjenih spojnica svakako je dolazilo do zadržavanja vode, koja je zimskim uslovima prelazila u led, a to je, s obzirom da je reč o dugogodišnjem delovanju, dovodilo do pojave pomeranja pojedinih blokova u horizontalnoj ravni i do daljeg otvaranja spojnica. Na taj način, neke od spojnica su se vremenom toliko proširile, da se danas, posebno u ugaonim zonama stepenasto postavljenih blokova, zapažaju horizontalna pomeranja blokova i reda veličine 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 predviđena je, u prvom redu, sanacija "otvorenih" ili samo delimično ispunjenih spojnica između kamenih blokova u postamentu, a takođe i eliminacija prisutnih pomeranja pojedinih blokova, posebno ugaonih, gde su zapažena pomeranja u horizontalnoj ravni i reda veličine 2-3cm. U vezi sa tim zauzet je stav da se inerveniše samo na mestima gde su predmetna pomeranja veća od 3mm, pa s obzirom na stanje na licu mesta, određene intervencije su bile potrebne na najviše tri bloka na pojedinim "stepenicima" postamenta računato od uglova, gde su ugrađeni "veliki" blokovi dimenzija 190x190x95cm (95 cm je visina bloka). Što se pak tiče ostalih blokova - "malih" - koji su postavljeni pored navedih ugaonih blokova, oni imaju dimenzije 190x110x95cm. S obzirom da je reč 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 predviđena intervencija na ukupno 10 blokova - što "velikih", što "malih". Prema napred rečenom, da bi se izvršilo pomeranje blokova radi njihovog vraćanja u prvobitno stanje bilo je neophodno je da se na spoljašnje površine blokova, u tačkama koje su nešto niže od njihovih težišta, deluje horizontalnim silama koje će po intenzitetu biti približno jednake njihovim težinama. Pošlo se od pretpostavke da je koeficijent trenja između bloka i njegove podloge jednak cca 1,0. Pri ovome se podrazumevalo da će prethodno biti očišćene sve vertikalne spojnice između bloka na

160

kome se intreveniše horizontalnom silom i susednih blokova, pri čemu se to posebno odnosi na spojnicu koja je upravna na pravac delovanja horizontalne sile. Predviđeno je da se izvlačenje rastrešenog materijala i uklanjanje postojećih cementnih ispuna u spojnicama izvodi posebno načinjenim alatkama od čelika koje će moći da se apliciraju u rasponu od najuže do najšire spojnice. Pored toga, predviđena je i primena kompresora (izduvavanje pod pritiskom), industrijskih usisivača i tzv. "vodenih topova", čije će dizne biti prilagođene širinama spojnica. Za finalno fino čišćenje površina spojnica primenjuje se postupak pranja vodom pod pritiskom. Kao što je već se rečeno, radi vraćanja pomerenih blokova u prvobitno stanje, na spoljašnje površine blokova, u tačkama koje su nešto niže od njihovih težišta, predviđeno je delovanje odgovarajućih horizontalnih sila. U vezi sa tim, na određenoj "stepenici" Mauzoleja predviđena je primena delimičnog opasivanje postamenta užetom za prednaprezanje Ø15,2mm koje može da se zategne silom od 174kN. Međutim, u konkretnom slučaju nije se išlo na puno iskorišćenje sile, već samo do maksimalne sile od 150kN, koja će biti aplicirana putem odgovarajuće monoprese sistema prednaprezanja SPB -IMS. Pri ovome data sila prednaprezanja će biti uneta u središnji deo sistema kablova koji opasuju postament, a koji se sastoji od dva pravolinijska bočna kabla i središnjeg dela u vidu jednog kabla sa dvostruko "izlomljenom" trasom (slika 3). Trasa o kojoj je reč, pak, dobiće se primenom dva distancera čelične konstrukcije postavljena simetrično - tačno na onim mestima gde treba proizvesti horizontalnu silu koja će izvršiti potrebno pomeranje konkretnog bloka.

Slika 3. Dispozicija kablova za prednaprezanje

161

Na uglovima postamenta predviđeno je postavljanje odgovarajućih distancera i ugaonih "G" elemenata (slika 4). "G" elementi su tako koncipirani da se oni, uz korišćenje odgovarajućih umetaka, mogu primeniti za pomeranje svih aktuelnih blokova u sklopu postamenta - prvog, drugog i trećeg - računato od ugla postamenta. Dimenzije svih čeličnih elemenata dobijene na bazi odgovarajućeg Statičkog proračuna. Nakon završetka radova na vraćanju blokova u prethodno stanje, predviđeno je da sve spojnice, kako vertikalne tako i horizontalne, budu trajno zapunjene odgovarajućom masom na bazi cementa. Preporučeno je da se to izvede postupkom injektiranja, pri čemu 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

5

KAMENI BLOK

10

10

20 Rupa za kabl
15,2mm

13

KAMENI BLOK

L 100x50x6

][200

Rupa za kabl
15,2mm

10

20

5

5

10

35

15

3

DRVENI PODMETAČ

ČELIČNI «Г» ЕLEMENT

13

DETALJ «B» sve mere su u cm

10

60

DETALJ «A2» sve mere su u cm

KAMENI BLOK

5

KAMENI BLOK

10

20 Rupa za kabl
15,2mm

13

Podmetac sa rupom

L 100x50x6 Rupa za kabl
15,2mm

10

20

][200

prevojnik

13

Slika 4. Detalji oslonaca kablova za prednaprezanje

162

5

10

35

10

70

15

drveni podmetač

60

10

ZIDANI DIMNJAK BLOKA 100 MW TEKO A U KOSTOLCU Opis dimnjaka i oštećenja Predmetni dimnjak (slika 5) predstavlja konstrukciju čiji se zidani deo, u visinskom pogledu pruža od kote 16,0 do kote 105,0m. Taj deo dimnjaka, zidan radijalnom opekom u produžnom dimnjačkom 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 zaštićen "kapom" od livenog gvožđa. Radi smanjenja nepovoljnih naprezanja usled temperaturnih uticaja, po visini dimnjaka su u proširenim spojnicama takođe formirani skriveni armiranobetonski prstenovi - serklaži. Iz istih razloga, po visini dimnjaka su izvedeni i uobičajeni spoljašnji čelični prstenovi-obruči. Ispod zidane konstrukcije dimnjaka, ispod kote 16,0m, izvedena je armiranobetonska konstrukcija dimnjaka. U ovom delu dimnjaka predviđena su i dva otvora za priključak - 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 - noseću konstrukciju dimnjaka, u zonama većih debljina zidova, a u unutrašnjosti dimnjaka do kote 60,0m, izvedena je tzv. hilzna - unutrašnja obloga - takođe od radijalnih opeka u produžnom dimnjačkom malteru; ova obloga se ne "naslanja" na stablo dimnjaka, već između nje i stabla uvek postoji izvestan vazdušni sloj. Da bi se sprečio sudar dimnih gasova pri njihovom ulazu u dimnjačku cev preko priključaka, u donjem betonskom delu dimnjaka postoji pregradni zid koji se visinski pruža od ispustnih otvora levka do iznad gornjih ivica otvora priključaka. Gornja kota ovog zida je 14,0m, a radi obezbeđanja njegove stabilnosti, on je povezan sa hilznom po celoj visini. Ovaj zid debljine 38cm od opeke izveden je u produžnom dimnjačkom malteru. Fundiranje dimnjaka izvedeno je na kružnoj betonskoj ploči prečnika 20m, sa kotom dna temelja -5,50m. Na dimnjaku je do sada vršeno nekoliko sanacionih intervencija. Međutim, 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 moguće rešenje, pokazalo se, međutim, kao kratkoročno, jer je već pri prvom prekidu rada dimnjaka (pri hlađenju) došlo do odvajanja predmetnog malterskog sloja od zidane strukture. Na taj način u poprečnim presecima zidanog stabla dimnjaka opet je došlo do pojave različitih debljina stabla, odnosno do asimetričnosti poprečnih preseka.

Slika 6. Razorene površine opeka u unutrašnjosti dimnjaka

Osim asimetričnih poprečnih 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 oštećenih opeka. Naime, u datom slučaju se sa

164

velikom sigurnošču može tvrditi da nosivost opeka u okviru debljina zidova stabla opada od spolja ka unutra. Sve rečeno u principu može da dovede do uobičajene pojave naginjanja vrha dimnjaka usled "gnječenja" 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 takođe su danas u velikoj meri "otkriveni" i kao takvi izloženi velikim termičkim uticajima i odgovarajućim deformacijama. Usled povećanja njihovog obima, oni sasvim sigurno vrše pritisak na deo zida iza njih, čime se na neki način formira ravan smicanja koja po kojoj je moguć 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 slučaju se nije radilo o injektiranju u pravom smislu reči, već o zaptivanju pukotina koje se izvodilo relativno plitkim utiskivanjem odgovarajućeg maltera na bazi cementa u prethodno očišćene pukotine (radilo se o "čišćenju" u 165

smislu produbljavanja pukotina, pošto su se one u najvećem broju slučajeva ispoljavale duž spojnica između opeka (slika 9).

Slika 9. Nesanirane i sanirane pukotine na spoljnim površinama dimnjaka

Ovde se napominje da se sve napred rečeno prevashodno odnosi deo dimnjaka iznad kote 60,0m. Što se pak tiče dela ispod te kote, u okviru koga postoji hilzna, on je u vreme pregleda o kojima je reč uvek bio u znatno boljem stanju; na hilzni su registrovana samo manja lokalna oštećenja 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, uočene 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, načinjen je program određivanja stvarnih debljina zida dimnjaka putem vađenja kernova i bušenjem rupa, u okviru koga je definisan predlog mesta ispitivanja na dimnjaku prikazan na slici 11. Kernovi nominalnih prečnika 100mm, saglasno mestima predviđenim za ispitivanje koja su prikazana na slici 11, izvađeni su iz dimnjaka od strane firme "Glečer" d.o.o. i dostavljeni Građevinskom fakultetu na obradu i ispitivanje. Na osnovu analize dostavljenih uzoraka kernova proizilazi zaključak da na pojedinim mestima postoje značajna oštećenja stabla dimnjaka iznad kote 60,00 iznad nivoa gde u okviru dimnjačke cevi ne postoji hilzna, na nekim mestima je izmerena debljina ozida za oko 10cm manja od projektom predviđene debljine. Vrlo značajne razlike u debljinama ozida postoje i ispod kote 60,00, gde su izmerene debljine ozida 20-25cm manje od projektom predviđenih. Na osnovu analize svih nalaza došlo se do zaključka da treba izvršiti sanaciju dva osnovna nedostatka vezana za današnje stanje dimnjaka: 1. Ojačanje plašta dimnjaka (dimnjačke cevi) s obzirom na potrebu ispunjenja uslova nosivosti i sigurnosti konstrukcije u odnosu na delovanje seizmičkih sila; 2. Ojačanje zidane konstrukcije – plašta dimnjaka u vršnom delu, gde su vrlo značajna oštećenja zida dimnjaka. U slučaju 1. predviđeno je da se celom visinom, a sa spoljne strane dimnjaka, izvedu ojačanja u vidu armiranobetonske konstrukcije "prislonjene" uz dimnjak, koja se sastoji od 8 stubova ravnomerno raspoređenih po osnovi (oni započinju od temeljne konstrukcije) i od 14 horizontalnih prstenastih ojačanja-serklaža - ravnomerno raspoređenih po visini dimnjaka (slika 12). Ovi armiranobetonski elementi su spregnuti sa zidanom konstrukcijom dimnjaka putem odgovarajućih ankera, pa se na taj način dimnjak osposobljava da prihvati seizmička opterećenja koja odgovaraju VIII stepenu seizmičkog intenziteta prema skali MCS. Intervencija pod 2. obuhvatia "ojačanje" plašta dimnjaka u zoni koja je izvedena bez tzv. hilzne - zaštitnog zida u unutrašnjosti dimnjaka koji štiti plašt od delovanja visokih temperatura dimnih gasova. Predviđeno je da se to "ojačanje" izvede u vidu zida od pune fasadne opeke debljine 12cm, kojim će se dimnjak obzidati sa spoljne strane, tako da tim zidom od kote 58,50m naviše budu ispunjena sva polja koja se dobijaju između izvedenih armiranobetonskih stubova i horizontalnih prstenastih ojačanja-serklaža. "Obložni" zid o kome je reč je spregnut sa postojećim plaštom dimnjaka - dimnjačkom cevi - putem ankera od nerđajućeg čelika.

167

MESTA ISPITIVANJA NA DIMNJAKU B A1

C1

A

5

B1

5,50

5

A2

C2

5

A6

C5 C6

5

A4 C4

JEDNO MESTO ISPITIVANJA NA cca 40m2 JEDAN KERN »POKRIVA« cca 80m2

5

LINIJA »A«

LINIJA »B«

B4

C3

5

A3

B3

LINIJA »C«

Ozid

5

B2

C

5

105,00

A7

3

C7

A

5

A8

C8 5

B8

7,75

A9

C9

16,00

A10

C

B

C10

0,00

AB konstrukcija

4

B10

5

5

B9

5

Ozid + hilzna

5

B7

A5

5

B5 B6

5

5

60,00

C

B

A 9,95

MESTO BUŠENJA BURGIJOM (kom. 24) - bušenje se vrši celom debljinom dimnjaka na tom mestu MESTO VAĐENJA KERNA PREČNIKA 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 TVRĐAVE Izgradnja Smederevske tvrđave počela je 1428. god., po nalogu despota Đurđa Brankovića. U periodu od 1444. do 1453. god podignut je Veliki grad sa 19 kula čija je visina iznosila i preko 20 metara. U prvom svetskom ratu Tvrđava je bila teško oštećena. Poslednje najveće 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 sledeći radovi na delovima tvrđave u sklopu sektora Varoške kapije: – sanacija kule 14, – kompletno izvođenje nove kule 15, – izvođenje novih delova, odnosno sanacija kule 16, – izvođenje novog dela i sanacija zida-bedema između kula 14 i 15, – izvođenje novog zida-bedema između kula 15 i 16. Glavni projekat sanacije i rekonstrukcije je obrađivao neophodnu konstrukciju u sklopu radova na obnovi predmetnog dela Smederevske tvrđave (kule 14,15,16 i zidovi između njih), ali je izrađen i odgovarajući projekat arhitektonskokonzervatorskih radova (zidanje zidova od kamena i opeke, obrada vidnih površina ("lica"), izvođenje 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 ploča izvedenih od betona MB 30 (slike 17 i 18). Ovi konstrukcijski elementi imaju debljine 15cm, pri čemu zidovi o kojima je reč imaju s mesta na mesto ukrućenja u vidu kontraforova ili poprečnih zidova sa ili bez komunikacionih otvora. Projektovano je da nove kule i zidovi, za razliku od ostalih postojećih kula i zidova u sklopu

170

Smederevske tvrđave, 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 međusobnu 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 tvrđave

Opisana armiranobetonska konstrukcija od zidova, kontraforova i ploča, koja u suštini obrazuje jednu prostornu autostabilnu ramovsku strukturu, omogućava da se građevinsko-konstrukcijski radovi na sektoru Varoške kapije 1 izvode praktično nezavisno, tj. pre predviđenih arhitektonsko-konzervatorskih radova. To drugim rečima znači da je moguće da se skoro u potpunosti završe svi tzv. grubi građevinski (betonski) radovi, pa da se tek nakon toga pristupi zidanju - obaganju izvedene armiranobetonske konstrukcije kamenom i opekom radi dobijanja konačnog izgleda kula i zidova-bedema. Ovo će biti moguće i stoga, što će iz armiranobetonskih zidova biti ostavljeni (ispušteni) ankeri za vezu sa zidovima od kamena i opeke, tako da će u konačnom biti obezbeđena 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 – poprečni presek

Slika 19. Dispozicija novih zatega za ojačanje kule 14

Što se tiče kule br. 14 koja na bočnim stranama ima prisutne dve velike pukotine koje se po visini prostiru praktično od donjeg nivoa zida-bedema (kota 0,00) do samog vrha kule. Posmatrano u osnovi, te pukotine u potpunosti odvajaju 173

horizontalu slova "П" od vertikala. Sanaciona intervencija na toj kuli podrazumeva da se po vertikalama slova "П" na pet visinskih nivoa, a po sredinama predmetnih zidova, izvedu horizontalne bušotine prečnika Ø70-80mm i kroz njih provuku zatege Ø56mm sa odgovarajućim navojima (lozama) na krajevima (slika 19). Pored toga, treba i na četiri nivoa po horizontali slova "П" " (približno po sredini predmetnog zida), izvesti iste takve otvore i kroz njih takođe provući zatege Ø56mm. Podrazumeva se da na krajevima svake od opisanih zatega postoji podložna ploča i odgovarajuća navrtka i da će ti delovi zatega biti smešteni u nišama prethodno izvedenim u zidnoj masi, pri ćemu će krajevi zatega u nišama biti oslonjeni na sloj betona ("jastuk") debljine cca 20cm (slika 20).

Slika 20. Detalji ankerisanja zatega za ojačanje kule 14

ZAKLJUČAK Na osnovu svega gore navedenog proizilazi zaključak da je, kao što je to navedeno u uvodu ovog rada, izrada Projekta konstrukcijske sanacije građevinskih objekata kao i realizacija, odnosno izvođenje radova na sanaciji postojećih objekata, daleko složeniji problem od izrade Projekta nove konstrukcije objekta i njene izgradnje, jer projekat sanacija i sama sanacija zahteva: – vrlo solidno poznavanje većeg broja konstrukcijskih disciplina (fundiranja, teorije konstrukcija, armirnobetonskih, prednapregnutih, čeličnih, drvenih konstrukcija i dr.), a naročito poznavanje oblasti koje se odnose na konkretno izvođenje radova na sanaciji, što podrazumeva visok stepen znanja iz oblasti tradicionalnih i novih građevinskih materijala, kao i tehnologije izvođenja radova i građenja.

174