Embed Size (px)
Citation preview
Eksperimentalno ispitivanje stabilnosti potpornih zidova od prefabrikovanih betonblok elemenata
1
EKSPERIMENTALNO ISPITIVANJE STABILNOSTI POTPORNIH ZIDOVA OD PREFABRIKOVANIH BETONBLOK ELEMENATA
Nebojša Davidović1, Zoran Bonić2, Verka Prolović3, Nikola Romić4, Nikola Davidović5 1 Građevinsko-arhitektonski fakultet Univerziteta u Nišu, [email protected] 2 Građevinsko-arhitektonski fakultet Univerziteta u Nišu, [email protected] 3 Građevinsko-arhitektonski fakultet Univerziteta u Nišu, [email protected] 4 Građevinsko-arhitektonski fakultet Univerziteta u Nišu, [email protected] 5 Sika doo Srbija, Zemun - Beograd, [email protected] Rezime: U savremenoj građevinskoj praksi se pored klasičnih krutih potpornih zidova sve češće koriste fleksibilne potporne konstrukcije od mehanički stabilizovane zemlje, gabiona i prefabrikovanih elemenata. Iako su u široj upotrebi tek u novije vreme, njihove prednosti su dokazane i široko prihvaćene. U prvom delu rada dat je prikaz mogućih načina korišćenja prefabrikovanih betonblok elemenata pri izradi potpornih zidova. U drugom delu rada dat je detaljan prikaz sprovedenih eksperimentalnih ispitivanja stabilnosti potpornih zidova od prefabrikovanih betonblok elemenata. Posebno su obrađeni postupci za dejstvo statičkog i dinamičkog opterećenja na zid. Analizirani su dobijeni rezultati i date preporuke za sledeće korake u istraživanju. Ključne reči: potporni zid, betonblok element, eksperimentalna ispitivanja, stabilnost, deformacije.
1. UVOD Potporne konstrukcije su trajni ili privremeni, masivni ili raščlanjeni građevinski objekti čiji je osnovni zadatak da podupiru ili sprečavaju od urušavanja strme zaseke terena kao i materijal u nasipu. One omogućavaju naglu promenu nivoa terena u cilju dobijanja slobodnog prostora za izvođenje temeljnih jama, obezbeđivanja useka, zaseka i nasipa kod saobraćajnica, obalnih stubova mostova, kejskih zidova i zidova pristaništa, prevodnica, skladišta, itd. U tu svrhu se osim klasičnih krutih zidova (od kamena, betona i armiranog betona) i fleksibilnih potpornih konstrukcija (priboji, dijafragme, geotehnička sidra, zidovi od šipova), danas sve češće koriste i savremene konstrukcije od armirane zemlje, gabiona i prefabrikovanih elemenata. 2. ZIDOVI OD PREFABRIKOVANIH BETONBLOK ELEMENATA Česta je pojava klizišta i odrona tla uz saobraćajnice posle zimskih meseci kada dolazi do otapanja snega i odmrzavanja tla. Ovo za posledicu ima povećanje sadržine vode u tlu i posledično povećanje težine tla, smanjenje kohezije i formiranje kliznih površi. Najčešći uzrok ovih pojava je neadekvatno odvodnjavanje površinskih voda iznad i ispod saobraćajnice. Rezultat ovakvih procesa je zatrpavanje ili otkidanje delova saobraćajnice, odnosno onemogućavanje njene osnovne funkcije. U takvim uslovima vrlo je važno izabrati takve mere sanacije koje bi na brz, efikasan i pouzdan način, uz nisku cenu koštanja, vratile saobraćajnicu u funkcionalno stanje. Potporne konstrukcije koje u najvećoj meri ispunjavaju navedene zahteve su upravo zidovi od armirane zemlje, gabiona i prefabrikovanih elemenata. Potporni zidovi od prefabrikovanih elemenata predstavljaju jeftino, jednostavno i vizuelno atraktivno rešenje. Rade se po principu suve gradnje, najčešće bez upotrebe svežeg betona i izrade temelja pri izgradnji zida. Značajno smanjuju vreme i cenu izgradnje, omogućavaju jednostavnu izgradnju u svim vremenskim uslovima, što su bitni faktori pri izboru tipa potporne konstrukcije. Osnovna jedinica zidova od prefabrikovanih betonblok elemenata je betonski blok čije dimenzije mogu značajno varirati. Preduzeće "Putinženjering" iz Niša izrađuje blokove dimenzija 150 x 60 x 60 cm (Slika 1).
1 Nebojša Davidović: [email protected] 2 Zoran Bonić: [email protected] 3 Verka Prolović: [email protected] 4Nikola Romić: [email protected] 5 Nikola Davidović: [email protected]
Nebojša Davidović, Zoran Bonić, Verka Prolović, Nikola Romić, Nikola Davidović
2
Slika 1. Osnovna jedinica zidova od prefabrikovanih betonblok elemenata Obzirom da se blokovi ređaju kao “Lego” kockice, mogućnosti upotrebe blokova su vrlo široke: osim za potporne zidove koriste se i za pregradne zidove u skladištima i za izradu različitih privremenih objekata: hala, ograda, prepreka za blokadu i usmeravanje saobraćaja, odbranu od poplava, itd. Neke od brojnih mogućnosti primene betonblok elemenata prikazane su na Slici 2.
Slika 2. Različiti načini korišćenja prefabrikovanih betonblok elemenata
3. SPROVEDENA EKSPERIMENTALNA ISTRAŽIVANJA Radi sagledavanja mogućnosti korišćenja betonblok elemenata pri izgradnji potpornih zidova, Laboratorija za geotehniku Građevinsko-arhitektonskog fakulteta u Nišu je sprovela eksperimentalna ispitivanja u okviru proizvodnog pogona „Putinženjering“ a.d. u Nišu. Cilj eksperimenta je provera ponašanja potpornog zida od prefabrikovanih betonblok elemenata pri dejstvu statičkih i dinamičkih uticaja. 3.1. Ispitivanje potpornog zida od prefabrikovanih betonblok elemenata na statičke uticaje Eksperiment je imao za cilj da reprodukuje realnu situaciju na terenu kada treba uraditi gravitacioni potporni zid, a prostor iza njega nasuti krupnozrnim materijalom, što je čest zahtev kada su u pitanju potporni zidovi uz saobraćajnice.Na betonskoj podlozi izrađen je model zida od prefabrikovanih betonblok elemenata in situ u razmeri 1:1, dužine 15.00 m i visine 2.40 m, odnosno 4 reda blokova. Prostor iza zida zasipan je krupnozrnim drobljenim agregatom frakcije 0/32 mm. Najpre je materijal nasipan do visine 0.90 m, nakon čega je urađeno prvo merenje horizontalnih pomeranja tačaka na zidu, prema Slici 3. Horizontalna pomeranja karakterističnih tačaka zida registrovana su geodetskim instrumentom - totalnom stanicom SOKKIA Set 630R [1].
Eksperimentalno ispitivanje stabilnosti potpornih zidova od prefabrikovanih betonblok elemenata
3
Slika 3. Merne tačke na eksperimentalnom modelu
Nakon toga je nastavljeno sa nasipanjem prostora iza zida do visine krune zida, odnosno do visine 2.40 m i registrovana su nova horizontalna pomeranja istih tačaka na zidu. Obzirom da su registrovana mala pomeranja zida, postavljen je još jedan red betonblok elemenata, odnosno postignuta visina zida od 3.00 m (Slika 4 desno).
Slika 4. Pojedine faze eksperimenta (ispitivanje potpornog zida na statičke uticaje)
Opet je prostor iza zida nasut materijalom do krune zida i izmerena nova horizontalna pomeranja. Pregled izmerenih horizontalnih pomeranja karakterističnih tačaka zida dat je u Tabeli 1, a njihov grafički prikaz na Slikama 5 i 6. Na Slici 5 dat je prikaz izmerenih horizontalnih pomeranja karakterističnih tačaka za sve 3 vertikale. Sa Slike 5 se može videti da je razlika između najvećeg i najmanjeg horizontalnog pomeranja tačaka na istoj koti očekivano mala i da ostaje približno konstantna sa visinom zida. Na Slici 6 prikazane su linije horizontalnih pomeranja tačaka zida na visinama 0.30 m, 0.90 m i 1.50 m. Može se uočiti da su linije horizontalnih pomeranja tačaka zida približno paralelne, što znači da horizontalno pomeranje zida ravnomerno raste sa visinom zida.
Tabela 1. Registrovana horizontalna pomeranja zida
Vertikala Oznaka merne tačke
Visina merne tačke
[m]
Horizontalno pomeranje
[mm]
I
1 0.30 5.0
2 0.90 6.5
3 1.50 7.0
4 2.10 12.5
5 2.70 16.5
II
1 0.30 1.0
2 0.90 4.5
3 1.50 9.0
4 2.10 11.5
5 2.70 14.0
III
1 0.30 7.0
2 0.90 10.0
3 1.50 11.5
4 2.10 14.0
5 2.70 18.0
Nebojša Davidović, Zoran Bonić, Verka Prolović, Nikola Romić, Nikola Davidović
4
Slika 5. Linije horizontalnih pomeranja tačaka zida na različitim visinama
Eksperimentalno ispitivanje stabilnosti potpornih zidova od prefabrikovanih betonblok elemenata
5
Slika 6. Registrovana horizontalna pomeranja zida na svim mernim mestima
3.1. Ispitivanje zida na dinamičke uticaje Prema programu eksperimentalnog ispitivanja izrađen je model in situ u razmeri 1:1, koji se sastoji od dva paralelna zida od prefabrikovanih betonblok elemenata, dužine po 13.50 m, na međusobnom rastojanju 5.00 m (Slika 7). Dužina eksperimentalnog polja od 13.50 m (9 betonblokova × 1.50 m) definisana je tako da se postignu zadovoljavajući granični uslovi, a rastojanje od 5.00 m između zidova tako da odgovara standardnoj širini saobraćajnica kod nas. Zidovi su izrađeni na podlozi od zbijenog krupnozrnog materijala. Sa spoljašnje strane desnog zida (Slika 8) izveden je nasip, tako da pomeranje ovog zida tokom eksperimenta nije mereno. Horizontalna i vertikalna pomeranja levog zida su registrovana pomoću komparatera, koji su postavljeni na stative, a prema šemi prikazanoj na Slici 9 [2].
Nebojša Davidović, Zoran Bonić, Verka Prolović, Nikola Romić, Nikola Davidović
6
Slika 7. Pojedine faze eksperimenta (ispitivanje potpornog zida na dinamčke uticaje)
Slika 8. Osnova i presek eksperimentalnog modela
Slika 9. Raspored mernih mesta
Između zidova je nasipan krupnozrni drobljeni agregat frakcije 0/63 mm u slojevima od po 30 cm i zbijan vibro valjkom i vibro pločom. Rezultati dobijeni pri ispitivanju zbijenosti slojeva nasipa prikazani su u Tabeli 2.
Tabela 2. Registrovana zbijenost slojeva
Redni Naziv Kota Modul stišljivosti Ms [MPa]
broj sloja [m] Zahtevano Izmereno
1 I sloj nasipa 0.30
40.0
80.0
2 II sloj nasipa 0.60 52.2
3 III sloj nasipa 0.90 63.2
4 IV sloj nasipa 1.20 70.6
5 V sloj nasipa 1.50 40.0
Granulometrijski sastav ugrađivanog agregata prikazan je na Slici 10.
Eksperimentalno ispitivanje stabilnosti potpornih zidova od prefabrikovanih betonblok elemenata
7
Slika 10. Dijagram granulometrijskog sastava korišćenog agregata Tokom eksperimenta praćene su horizontalna i vertikalna pomeranja potpornog zida u karakterističnim tačkama, koje su prikazane na Slici 9. Pregled izmerenih horizontalnih pomeranja dat je u Tabeli 3, dok su vertikalna pomeranja bila zanemarljiva.
Tabela 3. Registrovana horizontalna pomeranja zida
Stativ Komparater Visina
komparatera [m]
Horizontalno pomeranje
[mm]
I
1 0.30 7.87
2 0.90 19.12
3 1.50 28.79
II 1 0.30 6.76
2 1.50 21.28
III
1 0.30 5.40
2 0.90 21.06
3 1.50 26.16
Na Slici 11 dat je prikaz izmerenih horizontalnih pomeranja karakterističnih tačaka za sva 3 stativa, odakle se može videti da razlika između najvećeg i najmanjeg horizontalnog pomeranja tačaka na istoj koti očekivano raste s visinom (na koti 0.30 m ova razlika iznosi 2.5 mm, na koti 0.90 m se povećala na 4 mm, a na koti 1.50 m je 7 mm). Na Slici 12 prikazane su linije horizontalnih pomeranja tačaka zida na visinama 0.30 m, 0.90 m i 1.50 m. Može se uočiti da su linije horizontalnih pomeranja tačaka zida približno paralelne, što znači da horizontalno pomeranje zida ravnomerno raste sa visinom zida.
Slika 11. Linije horizontalnih pomeranja tačaka zida na različitim visinama
Nebojša Davidović, Zoran Bonić, Verka Prolović, Nikola Romić, Nikola Davidović
8
Slika 12. Registrovana horizontalna pomeranja zida na svim mernim mestima
4. ZAKLJUČAK Dobijeni rezultati eksperimentalnih ispitivanja potpornih zidova od betonblok prefabrikovanih elemenata na dinamička dejstva pokazuju da i u najnepovoljnijim uslovima (kada se materijal iza zida razastire u slojevima debljine 30 cm i zbija mašinama koje imaju jako vibracijsko dejstvo), potporni zid je stabilan do visine 3 reda elemenata (180 cm). Pokazano je da ukoliko se ovakvi zidovi koriste kao pregradni ili potporni, u uslovima kada se materijal iza zida ne zbija (u statičkim uslovima), mogu se izvoditi i sa većom visinom. Eksperimentalno je dokazano da je potporni zid visine 3.00 m (6 redova blokova) u potpunosti stabilan sa malim horizontalnim pomeranjima. Ostvarena horizontalna pomeranja su dovoljna da relaksiraju pritiske sa zadnje strane zida od pritisaka tla u miru ka pritiscima u aktivnom stanju. Samim tim ne treba očekivati ni dodatna pomeranja zida ako se ne promene uslovi opterećivanja zida. Dinamički uticaji od saobraćaja i pri ovom delu eksperimenta uspešno su uključeni kretanjem utovarivača ispred i iza zida. Stabilnost zidova većih visina treba proveriti računski, ali takođe i eksperimentalno na odgovarajućem modelu. Betonblok potporni zidovi su posebno pogodni za primenu u putogradnji kada se vrlo brzo, efikasno, pouzdano i finansijski povoljno mogu rešavati geotehnički problemi problemi koji na neki način remete funkcije saobraćajnica. Na kraju treba napomenuti da je za izvođenje potpornih zidova od betonblok elemenata neophodno da podloga bude dobro pripremljena u pogledu ravnosti i zbijenosti (ili izbetonirana), kako bi se onemogućila njihova neravnomerna sleganja, kako u poprečnom tako i u podužnom pravcu. Zahvala Rad je rezultat istraživanja na Projektima TR 36028 i TR 36016 koji finansira Ministarstvo prosvete, nauke i
tehnološkog razvoja Republike Srbije.
Literatura
[1] Elaborat o eksperimentalnom ispitivanju potpornih zidova od betonblok elemenata – Ispitivanje potpornog zida na statičke uticaje, Građevinsko-arhitektonski fakultet u Nišu, Odeljenje za geotehniku, Niš, 2014.
[2] Elaborat o eksperimentalnom ispitivanju potpornih zidova od betonblok elemenata – Ispitivanje potpornog zida na dinamičke uticaje, Građevinsko-arhitektonski fakultet u Nišu, Odeljenje za geotehniku, Niš, 2012.
[3] http://www.betonblockusa.com/ (20.03.2014.)
Eksperimentalno ispitivanje stabilnosti potpornih zidova od prefabrikovanih betonblok elemenata
9
[4] Prolović V., Samardaković M., Bonić Z., Davidović N. 2008. Osnovi Mehanike tla za studijski program Arhitektura. Građevinsko-arhitektonski fakultet u Nišu.
