Ispitivanje armirano-betonskog mosta
Autori:
dr.sci. Amir Džananović, dipl.ing.građ.
Hasan Hadžić, MA-dipl.ing.građ.
mr.sci. Asmir Softić, dipl.ing.građ.
Pored ispitivanja građevinskih materijala, Institut za građevinarstvo, građevinske materijale i nemetale d.o.o Tuzla bavi se i ispitivanjem konstrukcija, odnosno ispitivanjem nosivosti konstrukcija.
Potreba za ispitivanjem konstrukcija najčešće se javlja kod „starijih“ konstrukcija koje su doživjele određene promjene tokom vremena. Ispitivanje je potrebno provesti i onda kada dođe do promjene namjene objekta, odnosno kada dođe do promjene opterećenja koje djeluje na konstrukciju. Pored toga, probnim opterećenjem se ispituje i novi objekti (nove konstrukcije) kada se radi o objektima javne namjene (sportske dvorane, tribine na stadionima, novoizgrađeni mostovi itd.)
Ispitivanje nosivosti konstrukcije ustvari predstavlja skup radnji:
- ispitivanje kvaliteta ugrađenih materijala,
- ispitivanje uslova i načina temeljenja konstrukcije,
- definisanje tačne geometrije objekta, utvđujući i greške tokom izvođenja objekta ili deformacije tokom eksploatacije objekta
- detaljan katastar oštećenja konstrukcije
- definisanje ugrađene armature kod armirano – betonskih konstrukcija,
- određivanje mjerodavnog/kritičkog ili najnepovoljnijeg opterećenja
- statičko – dinamička analiza postojećeg stanja i statičko dinamička analiza za projektovano opterećenje
- ispitivanje probnim opterećenjem konstrukcije
- konačan zaključak o nosivosti i/ili trajnosti konstrukcija
Nabrojane radnje se najčešće provode, što ne isključuje i mogućnost drugih specifičnih provjera zavisno od vrste konstrukcije koja se ispituje i od vrste materijala od koga je konstrukcija napravljena.
Kako bi se čitaocima jasnije predstavilo šta ustvari znači ispitivanje konstrukcija, u nastavku je prikazano nekoliko konkretnih primjera ispitivanja konstrukcije.
Ispitivanje armirano-betonskog mosta
Kao što je već naprijed rečeno, prije ispitivanja bilo koje konstrukcije neophodno je utvrditi kvalitet materijala koji je ugrađen u konstrukciju. Na narednim fotografijama dat je osvrt na ispitivanje kvaliteta ugrađenog betona u nosivu konstrukciju mosta. Radi se o metodi uzimanja uzoraka betona (kernova) iz postojeće konstrukcije na licu mjesta (in situ). Nakon uzimanja, uzorci se u laboratoji pripreme za ispitivanje i na kraju ispitaju na presi odgovarajućeg kapaciteta.
Slika 1. i 2. „Uzimanje“ kerna promjena 100 mm i 150 mm
Slika 3. i 4. Neobrađeni i obrađeni kernovi betona
Slika 5. Ispitivanje uzorka (kerna) u presi
Na prethodnim slikama je prikazano ispitivanje pritisne čvrstoće betona. Ukoliko je neophodno, beton se provjera na otpornost na prodor vode, otpornost na smrzavanje, smrzavanje u prisustvo soli, pull-of test, ispitivanje modula elastičnosti betona itd.
Pored nabrojanih metoda nephodno je provjeriti PH vrijednost betona kao i prodor hlorida i sulfata u beton. Provjera ovh parametara se vrši kako bi se utvrdilo da li je armatura ugrađena u konstrukcija podložna koroziji ili je zaštitni sloj betona dovoljno veliki da je armatura u betonu „sigurna“ od korozije.
Slika 6. i 7. Provjera dubine karbonatizacije
Pored kvaliteta betona ugrađenog u konstrukciju neophodno je odrediti i količinu i kvalitet (vrstu) ugrađene armature u konstrukciju. S obzirom na to da se i ovdje radi o razarajućoj metodi armatura se provjerava samo u kritičnim tačkama. Mjesta provjere armature određuje inženjer imenovan za statičku kontrolu konstrukcije.
Slika 8 i 9. Provjera količine ugrađene armature u kritičnom presjeku
Slika 10 i 11. Provjera količine ugrađene armature u kritičnom presjeku
Slika 12. Ispitivanje uzorka armature na zateznu čvrstoću
Ukolio se radi o starijim konstrukcijama onda je najčešće ugrađena „glatka“ armatura GA 240/360 koja se uglavnom više ne koristi. S obzirom na tu činjenicu neophodno je uskladiti i statičko- dinamičku provjeru konstrukcije.
Pored provjere kvaliteta betona i armature, jedna od najvažnijih karakteristika koju je potrebno utvrditi je način temeljenja konstrukcije. Ovdje se misli na vrstu temeljne konstrukcije, dubinu temeljenja, kvalitet materijala od koga je izrađena temeljna konstrukcija, kao i kvalitet tla ispod temeljne konstrukcije i eventualnu pojavu podzemne vode.
Slika 13. Provjera kvaliteta tla neposredno uz temeljnu konstrukciju mosta
Nakon što se urade sve istražne radnje (odredi tačna geometrija konstrukcije, kvalitet materijala, način temeljenja itd) neophodno je uraditi detaljnu statičko-dinamičku analizu. Prilikom statičkog proračuna nosivosti konstrukcije neophodno je uzeti u obzir i starost konstrukcije odnosno trenutno naponsko stanje, postojeće ugibe itd. Ova stavka je često i najzahtjevnija u konačnoj analizi stanja konstrukcije.
Preduslov za statički proračun konstrukcije je i određivanje mjerodavnog opterećenja koje djeluje na konstrukciju. Ukoliko postoji projektna dokumentacija onda je to ustvari projektovano opterećenje, a ukoliko ne postoji projektna dokumentacija onda je neophodno da inženjer statičar napravi analizu opterećenja koje će djelovati na konstrukciju u realnom vremenu.
Statičkim proračunom se provjerava naponsko stanje u konstrukciji, odnosno naponsko stanje u armaturi i betonu. Takođe, statičkim proračunom se potvrđuje da li su poprečni presjeci nosivih elemenata dovoljni i da li se u konstrukciji nalazi dovoljno armature. Ukoliko se statičkim proračunom utvrdi da konstrukcija zadovoljava mjerodavno opterećenje ostaje da se na licu mjesta provjere progibi konstrukcije, za mjerodavno opterećenje. Treba imati na umu da konstrukcija već ima određene progibe od vlastite težine.
Slika 14 i 15. Mjerenje progiba konstrukcije mosta za različite šeme opterećenja
Pored statičke provjere nosivosti konstrukcije neophodno je uraditi i dinamičku provjeru nosivosti konstrukcije ako se radi o konstrukciji koja je izložena dinamičkom opterećenju, kao što su mostovske konstrukcije. Dinamička analiza konstrukcije uključuje provjeru frekvencije, odnosno perioda oscilovanja konstrukcije tokom prelaza vozila preko konstrukcije. Oscilovanje konstrukcije se mjeri za prelaze vozila različitim brzinama i izazivanjem dinamičkih uticaja postavljanjem fizičke prepreke na kolovoz visine 5 cm.
Slika 16. Zapis ubrzanja konstrukcije bez saobraćajnog opterećenja – Faza 0
Slika 17. Zapis ubrzanja konstrukcije – Faza I (brzina 20 km/h preko prepreke)
Kroz konkretan primjer analize stanja, nosivosti i trajnosti konstrukcije mosta pokušali smo čitaocima približit svu kompleksnost ovog posla.
Naravno, svaka konstrukcija se posmatra zasebno i svaka konstrukcija ustvari predstavlja izazov za inženjere. Jedan od značajnijih izazova za cjelokupnu ekipu koja radi provjeru konstrukcije je nanošenje mjerodavnog opterećenja. Tokom analize stanja nosivosti mosta nanošenje probnog opterećenja uglavnom ne predstavlja problem, jer se natovareni kamioni izvagaju i postave na tačnu lokaciju na mostu. Međutim, kod skoro svih drugih konstrukcija to može biti veliki problem koji zahtijeva opsežnu i često vrlo skupu pripremu. Ovdje se misli konkretno na krovne nosače velikih raspona. Imajući u vidu rastere na takvim konstrukcijama i raspone nosača vrlo jednostavno se može izračunati da svaki nosač mora podnijeti opterećenje od nekoliko desetina tona. Konstrukcije se opterećuje sa projektovanim ili mjerodavnim opterećenjem kako bi se izmjerili trenutni ali i zaostali progibi konstrukcije.
Na kraju, nakon svih neophodnih „provjera“ i analiza konstrukcije, odgovorne osobe donose konačan zaključak o konstrukciji. Konstrukcija može u potpunosti zadovoljavati projektovanu namjenu, ali često je neophodno izvršiti i rekonstrukciju ili rehabilitaciju konstrukcije prije nego što se nastavi njeno korištenje.
