Upotreba savremenih materijala u cilju unaprijeđenja ponašanja„povrijeđenih“ historijskih, kamenom zidanih, konstrukcija u slučaju

seizmičkih djelovanjaSažetak

Trajna je dilema u pogledu načina otklanjanja povreda zidanih konstrukcija, zapravo tolikotrajna, koliko postoji neimarska aktivnost. Opšti konsenzus o načinima eliminacije povreda ne postoji unaučnoj i stručnoj javnosti. Ova dilema je vječna: zašto, odnosno uzrok i kako tj. metod sanacije. Ovedvije kategorije nisu izolovane, one se ne isključuju, dakle, moraju se tretirati kao cjelina u stalnomprocesu u toku kojeg čovjek gradi, a vrijeme kao svjedok prolaznosti razgrađuje.

Posebno mjesto i konstrukterski izazov zauzima sanacija i rekonstrukcija historijskih, kamenomzidanih, vrijednih objekata za koje je neophodno poštivanje veoma strogih konzervatorskih uslova.

Kada govorimo o zidanim konstrukcijama ne možemo zaobići pitanje osobina materijala koji sekoriste za nosive elemente u procesu građenja ziđa i interveniranja na njemu.

Svaka intervencija ima za posljedicu neke promjene, koje dalje uzrokuju gubitak dijelaautentičnosti objekta, stoga treba biti jako pažljiv kod donošenja odluke o preventivnim intervencijama.Potrebno je uzeti u potpunosti u obzir rizik od moguće pojave dejstava (najčešće seizmičkih sila) naposmatrani objekat, te nakon toga donijeti odluku da se intervenira ili ne.

Izbor kriterija i tehnologije intervencije je tehničko i kulturno pitanje, te u slučaju kada imamorascijep između nauke i humanističke kulture, što se jako često javlja kod intervencija, za rezultatimamo obavezno i jako loše rješenje.

Filozofija restauracije nastoji da privileguje reverzibilne intervencije u cilju da dozvolieventualne zamjene u budućnosti.U principu ova filozofija je korektna, uzimajući u obzir da procjenenisu uvijek pouzdane i iz tog razloga, čini se korisno dopustiti mogućnost da se ispravi ili da se primijenebolje tehnike i materijali ukoliko budu razvijeni.

Pod savremenim materijalima podrazumijevaju se : Aramid vlakna, Kruta poliuretanska pjena,STU- Shock transmission units, Shape memory legirani uređaji - pametni materijali, Carbon FRP(CFRP) pravougle trake i NSM CFRP cilindrični štapovi.

Uvod

Trajna je dilema u pogledu načina otklanjanja povreda zidanih konstrukcija, zapravo tolikotrajna, koliko postoji neimarska aktivnost. Posebno mjesto i konstrukterski izazov zauzima sanacija irekonstrukcija historijskih, kamenom zidanih, vrijednih objekata za koje je neophodno poštivanje veomastrogih konzervatorskih uslova.

Opšti konsenzus o načinima eliminacije povreda ne postoji u naučnoj i stručnoj javnosti. Analizenosivih struktura podignutih u minulim vremenima, pružaju nam mogućnosti da se neprestanimtraganjem oformi svjetski bogati resurs, sa kontinuiranim rastom saznanja i rješenjima koje dajuspecijalisti u domenu svojih djelatnosti.

Ukoliko nastojimo kvalitetno unaprijediti konstrukciju tada nije dovoljno poboljšati duktilnosti ičvrstoću pojedinih elemenata konstrukcije već je potrebno ostvariti takva unaprijeđenja za konstrukcijukao cjelinu .

Odluka o načinu rješavanja problematike sanacije i rekonstrukcije ovisi prije svega od seizmičkezone lokacije na kojoj se objekat nalazi, tipa i nivoa povreda, vremena koje nam je na raspolaganju zaintervenciju, raspoložive opreme, ekonomskih kriterija i stepena zahtijevane sigurnosti.

Hendikepiranost usljed slabe nosivosti na zatezanje i smicanje zidanih konstrukcija nameće jakorigorozne zahtjeve u pogledu projektovanja i konstruisanja istih. U novije vrijeme napušta sedeterministički način razmišljanja pri dokazu sigurnosti, a sve više pribjegava teoriji vjerovatnoće imatematičke statistike, tj. koristi se probabilistički pristup .

Konstrukcije koje su tokom perioda upotrebe prošle kroz određene promjene, degradacije ili pak defektekoji se odnose na konstrukciju zahtijevaju dodatno ojačanje cjelokupne konstrukcije ili njenog dijela.Neki od primjera će se diskutirati.

Vrste i osobine materijala koji se koriste za nosive elemente zidanih konstrukcija

Kada govorimo o zidanim konstrukcijama ne možemo zaobići pitanje osobina materijala koji sekoriste za nosive elemente u procesu građenja ziđa. Odnosi čvrstoća materijala koji se koriste u zidanimkonstrukcijama su vrlo neujednačeni. (slika)

slika 2.1.1Primjerice:

Odnos čvrstoća na pritisak kamena (30,0 KN/cm2), opeke (2,0 KN/cm2) i gline čvrstoće (0,01KN/cm2) je 300:20:0,1. Deformabilnost materijala je ovisna od E i može imati uticaj na potrebnedimenzije presjeka konstrukcije i način izvođenja (unošenje početnih deformacija suprotnog smjera i sl. )ali, u pravilu nema uticaj na oblik sistemne linije konstrukcije.

Materijali koji u vrijeme ugradnje nemaju potrebnu čvrstoću potpuno su deformabilni (E=0) pase tokom gradjenja mogu oblikovati po želji.

Osobine materijala se uvijek posmatraju kao zbir simultanog djelovanja parametara kao što susastav materijala, tehnologija izrade i strukture koja je proizvodnjom ostvarena. Kod blokova za zidanje,opeke i sl. prilagodljivost obliku konstrukcije je time veća što su dimenzije elemenata manje. Ovielementi se izrađuju od krtih materijala i najčešće ugradjuju uz primjenu maltera, koji često može imatiznačajan udio u izgledu konstrukcije.

Zid kao konstruktivni element mora zadovoljiti odgovarajuće poznate uslove kao što su trajnost,sigurnost i upotrebljivost, što je razlog zbog kojeg navedeni elementi moraju zadovoljiti odgovarajućučvrstoću pri pritisku, kao i traženu trajnost budući da će biti izloženi lokalnim uslovima sredine duživremenski period .Pored ovih osobina treba voditi računa i o slijedećem :

elementi za zidanje trebaju biti odgovarajući u pogledu toplotne i zvučne izolacijeotpornosti na požarproblem početnog kapilarnog usisavanja( utiče na prionljivost maltera i elementa)- ukolikoje usisavanje veće od 10,0 g/dm2 potrebno je kvašenje opeke prije zidanja.problem upijanja vode i postojanosti na mrazsadržaj kreča i štetnih solielementi za zidanje trebaju biti što lakšisam proces zidanja treba biti što je moguće jednostavniji

slika 2.1.3

Aktuelni propisi su odredili minimalnu čvrstoću na pritisak koju moraju posjedovati ovielementi i ona je marka MO 7.5 ( izuzetno za zidove od ćelijastog betona 1,0 MPa). Čvrstoća napritisak zidnih elemenata koja se uzima u proračunu je normalizovana čvrstoća na pritisak fB, a dobivase ispitivanjem, pomoću odgovarajuće baždarne prese, elementa širine 100 mm i visine 100 mm(dužinanije precizirana propisima), koji je sušen na zraku. Ako hoćemo srednju čvrstoću na pritisak zidnogelementa dobivenu eksperimentalno ispitvanjem uzoraka koji su bili potopljeni u vodu 24 sahatapretvoriti u normalizovanu čvrstoća na pritisak fB za suhe zidne elemente trebamo dobivenu vrijednostpomnožiti faktorom 1,1 , a za sve ostale elemente sa 1,2. Tako dobivena vrijednost množi se sa faktoromoblika . Neophodno je da zidni elementi imaju srednju čvrstoću na pritisak okomito na naliježućupovršinu bar 2,5 N/mm2 , a u horizotalnom smjeru bar 2,0 N/mm2.

Tabela 2.1.2 Vrijednosti faktora oblika δ

Visina zidnogelementa (mm)

Najmanja horizontalna dimenzija zidnih elementa (mm)

50 100 150 200 250 ili više

50 0,85 0,75 0,70 - -

65 0,95 0,85 0,75 0,70 0,65

100 1,15 1,00 0,90 0,80 0,75

150 1,30 1,20 1,10 1,00 0,95

200 1,45 1,35 1,25 1,15 1,10

250 ili više 1,55 1,45 1,35 1,25 1,15

Napomena: Dozvoljena je linearna interpolacija.

Kamen

Kamen je sirovina iz grupe “neruda” koju možemo svrstati u prirodna bogatstva koja se neobnavljaju, a koji je izuzetno važan u graditeljstvu. Graditelji se kamenom koriste za ziđe, za obloge,koriste ga takođe kroz različite frakcije za pravljenje betona. U prošlosti, a i danas građevinarima jekamen jedan od osnovnih građevinskih materijala koji se uveliko upotrebljava u niskogradnji ivisokogradnji, neovisno o porijeklu. Tako je, primjerice, udio kamenu u betonu 70-80 %, a uniskogradnji čak više od 90 %.

Građevinski kamen je dio Zemljine kore - litosfere, koji se iz nje odvaja prirodnim ili vještačkimputem. Kamen je mineralni agregat određene teksture, strukture, fizičkih, mehaničkih i geološkihkarakteristika.

slika 2.1.4 zidanje kamenom

Prirodni kamen – tradicionalni materijal koji se najčešće koristi na dva načina :

1. arhitektonsko-građevinski kamen koristi se se za ziđe u vidu manjih ili većih komada različitogstepena obrade za zidanje, oblaganje zidova, popločavanje, izradu gornjih slojevakolovoza(kamena kaldrma, kocka i sl.)

2. tehnički kamen u obliku prirodne ili vještački usitnjenog materijala kao agregat- nasipanje,zastor na željezničkim prugama, kolovoznim konstrukcijama na ulicama, aerodromima i kaoagregat za beton.

Stijene dijelimo na 3 osnovne genetske grupe :

1. magmatske nastale kristalizacijom prirodnog silikatnog rastopa magme od minerala. U njihovsastav uglavnom ulazi SIO2, kao i različiti silikati i alumosilikati – feldspati, liskuni i još nekiminerali tamne boje (amfiboli, pirokseni, olivini). Mogu biti površinske i dubinske.

Osnovni predstavnici dubinskih magmatskih stijena su: granit, sijenit, diorit i gabro.Čvrstoća napritisak dubinskih magmatskih stijena iznosi 100-350 Mpa. Gabrovi često prelaze vrijednost preko350 Mpa.Razlika specifičnih i zapreminskih masa je jako mala i rijetko prelazi vrijednost od 6 %.Osnovni predstavnici površinskih magmatskih stijena su: andezit, bazalt i dijabaz.

2. sedimentne nastale na bazi produkata raspadanja izvjesnih stijenskih masa na kopnu ili na dnumora jezera i rijeka, taloženjem produkata raspadanja različitih vrsta stijenskih masa kao italoženjem ostataka raznih vrsta mikroorganizama.

Glavni predstavnik je krečnjak koji se sastoji uglavnom od minerala kalcita CaCO3 obično u formikalcita ili aragonita .Takođe mogu sadržavati značajnu količinu magnezijum karbonata.Većina krečnjaka ima zrnastu teksturu1. Raspon veličine zrna se kreće između 0.001mm do vidljivihdijelova. U mnogim slučajevima zrna su mikroskopski fragmenti fosila životinjskih ljuštura.Pješčari takođe pripadaju klasi sedimentnih stijena. Najčešće se sastoje od zrna kvarca koja suprirodno cementovani.

3. metamorfne nastale kao proizvod prekristalizacije

Mermeri, kvarciti i glineni škriljci nastali su kao rezultat metamorfoze (prekristalizacija bez topljenjaili rastvaranja, pod dejstvom visokih temperatura ili pritisaka ) sedimentnih stijena – krečnjaka,kvarcnih pješčara i dr. Gnajsovi kao rezultat određenih transformacija granita i sijenita.

1 Tekstura je osobina koja se definiše na osnovu relativne veličine, razmještaja i međusobnog rasporeda minerala koji ulazeu sastav stijene kao i na osnovu eventualnog prisustva pora i mikroprslina u stijenskoj masi.

Struktura im može biti : kristalasta, staklasta, porfirska i klasična.Vade se u idustrijskim i privremenim majdanima. U slučaju kada se zahtjeva kamen bez pukotina,miniranja se isključuju, pa se eksploatacija vrši na drugi način npr. testeranjem ili cijepanjempomoću klinova koji se zabijaju u rupe prethodno izbušene u stijenskoj masi.Kamen se prema načinu obrade dijeli na lomljeni kamen i obrađeni kamen.

Lomljeni kamen za zidanje se koristi za podizanje građevina koje ne traže posebne čvrstoće i izgled idijeli se na :

- običan kamen

- pločast kamen – uglavnom se koristi za obložne zidove

- dotjeran kamen sa najmanje dvije ravne površine što je neophodno za dobijanje dobre veze uzidu, a vidna površina je dotjerana dlijetom ili špicem.

Obrađeni kamen može biti: polutesan, tesan i naročito obrađen kamen. Polutesan kamen je gruboobrađen do oblika prizme dok su vidljive ivice na licu zida pravilno obrađene. Za razliku od ovogkamena tesani je pravilno obrađen dimenzija prilagođenih arhitektonskim zahtjevima.

Čvrstoća kamena na zatezanje je jako mala i iznosi 1/26 čvrstoće kamena na pritisak, pa se nemože koristiti u oblikovanju i dimenzioniranju konstrukcija od kamena. Čvrstoća kamena na savijanjeiznosi 1/6 karakteristične čvrstoće na pritisak i koristila se nekad za preuzimanje savijanja prineuobičajeno velikim dimenzijama(primjerice : kamena ploča koja pokriva grobnicu Agamemnona,dužine je 8,0 m širine 2,5 m i težine 1000 KN ; kameni nosač Lavlje kapije u Mikeni raspona 3,0 mtežine je 250,00 KN i sl.) .

Upotreba kamena je mnogo racionalnija kod konveksno zakrivljenih nosača gdje je mogućepreuzeti veća korisna opterećenja i savladati značajne raspone.

Kod izbora kamena za podizanje konstrukcije bira se ona vrsta kamena koja je otporna nadjelovanje sredine u kojoj se ista gradi. Bolja obrada kamena za zidanje omogućava manje dimenzijekonstrukcije. Potpuno glatka obrada kamena poliranjem nepovoljna je jer smanjuje trenje međublokovima kojima se zida, te umanjuje stepen povezanosti istih.

Malteri

Malteri su savremeni građevinski materijali koji služe za zidanje, malterisanje i izradu podova.Osnovne tehnološke operacije su miješanje i homogenizacija. Ugradnja može biti ručna ili mašinska.Ova druga je puno povoljnija ne samo po pitanju brzine ugradnje nego i kvaliteta.

Malter je homogena smješa vode, agregata, neorganskih veziva, te eventualno nekih oddodataka, ukoliko postoji potreba za istim . Veziva daju osnovne osobine malterima povezujući čestice ucjelinu. Namjena maltera je da vezuje elemente za zidanje, u rasponu od opeke ili glinenih blokova,preko betonskih ili sličnih blokova do zidova od kamena, te ukrašava i štiti konstrukciju zatvaranjemsljubnica između elemenata, izradom fasada, malterisanja zidova i plafona .

Ovisno o vrsti veziva malteri mogu biti : cementni, produžni, krečni i gipsani . Moguće su ipodjele prema načinu očvršćavanja, porijeklu sastavnih komponenti, načinu i tehnologiji ugradnje i sl.,ali se ovim podjelama ne naglašava funkcija maltera(tankoslojni sa 1do 3 mm, unaprijed pripremljeni,lahkoagregatni i sl.). Osnovne osobine maltera su toplinske osobine, mehaničke osobine, apsorpcijazvuka, rezistentnost maltera, porozitet, difuzija CO2, skupljanje starenjem, hidrofobnost, vodoupijanje,paropropusnost i sl. Pojava naprezanja i pukotina u malteru ovisi od modula elastičnosti i čvrstoće nazatezanje, koeficijenta toplinske dilatacije, koeficijenata bubrenja i skupljanja, koje je uzrokovanoprocesima otvrdnjavanja i starenja.

Agresivne suspstance mnogo snažnije djeluju u vlažnom mediju nego kad su u suhom stanju.Primjerice, SO2 odnosno SO3 djeluju na karbonatne materijale u suhoj sredini tek pri temperaturi od 95°C, dok je pri prisustvu manje količine vlage dovoljna normalna temperatura. Hidrofobiranjem se malterštiti od vlažnosti a omogućava se difuzija vodene pare odnosno pojava kondenzata.

Pored veziva i aditiva malter čine i »punila« koja imaju ulogu »moderatora« veziva. Idealno jekada je količina veziva tolika i tako raspoređena da spaja čestice punila i obavija ih u punoj površini. Ovainterakcija punila i veziva bitna je i iz nje proizlaze i neka svojstva maltera, naročito kod protupožarnih itoplinskih maltera. Debljina maltera varira od 10-20 mm u Romanskom periodu do 15-45 mm uSrednjem periodu (Medieval) . Kod savremenog ziđa ta debljina je u rasponu od 10-13 mm, ponekad do30 mm, a za neke namjene 50 i više mm. Otpornost ziđa opada sa povećanjem debljine maltera.Povećana debljina maltera u Srednjem vijeku bila je uzrokovana upotrebom pucolanskih mješavina,vulkanske šljake, samljevenih cigli i kamena travertina i ovi malteri nisu imali hidrauličkih osobina .

Krečni malter prolazi kroz dvije faze i to otvrdnjavanja i karbonizacije. Karbonizacija je sporiproces hemijskog vezivanja i nema veze sa sušenjem. Pojam sušenja je moguće povezati samo saotvrdnjavanjem. Zidanja su najčešće bila sa granitom, krečnjakom i pješčarom. Pretežno je, u perioduSrednjeg vijeka, za zidanje nosivih elemenata korišten krečnjak zbog svoje rasprostranjenosti,postojanosti i prilično velike obradivosti. Čvrstoća na zatezanje kamena je za red veličine veća odčvrstoće maltera iz čega proizlazi neophodnost povećane pažnje koju treba posvetiti malteru.

Važnost i dominaciju kreča u malteru nisu uspjeli umanjiti niti pojava prirodnih hidrauličkihdodataka, cementa pa ni u novije vrijeme polimernih veziva. Naprotiv, pojavom hidrofobnih dodatakauvećan je značaj kreča. Čvrstoća maltera koji je ispitivan kod historijskih objekata varira izmeđuvrijednost od 2,0 do 10,0 MPa, a modul elastičnosti se kreće u rasponu od 1.500 do 4.500 Mpa(Poissonov koeficijent 0,20 – 0,25).

U propisima većine zemalja u svijetu odnos komponenata maltera se daje volumenski. Ipak suodnosi po težini tačniji nego volumenski.Cementni malter je mješavina cementa, pijeska i vode u odnosima cement : pijesak = 1:1 , 1:2 , 1:3 , 1:4i 1:5. Ponekad se kao agregat za malter koristi drobljeni kamen granulacije 0-4 mm.Produžni malter je mješavina cementa, kreča, pijeska i vode u odnosima :cement : kreč : pijesak = 1:1:5 ; 1:1:6 ; 1:2:5 ; 1:3:9

Voda se dodaje onoliko koliko je potrebno za dobiti željenu obradivost svježeg maltera. Sviomjeri su dakako orjentacioni. Tačni omjeri se utvrđuju prethodnim ispitivanjima u skladu sazahtjevima građenja.

Cementni malter je jako krt te se ne koristi u seizmički aktivnim područjima . U tim područjimadozvoljeno je koristiti samo produžni malter i to kvalitete MM 2,5 do MM 5,0.

U malteru se dešavaju i deformacije. Najmanje deformacije skupljanja ima krečni malter i tootprilike dva puta manje nego cementni malter.Gipsani malter je mješavina gipsa, agregata i vode.Glineni malter je mješavina gline, slame i vode.

Malteri se proizvode u fabrici ( transportovani malter) ili spravljaju na gradilištu pri čemu semoraju zadovoljiti posebne odredbe. Malter proizvoden fabrički doprema se na gradilište u plastičnim iličeličnim kontejnerima. Ukoliko je to slučaj malteru se dodaju aditivi sa ciljem da se uspori vezanje (moguće je pomjeriti početak vezanja i 72 sahata).

Prednosti ovakvog načina spravljanja maltera su višestruke:

- postižu se bolje mehaničke osobine- postiže se veći stepen sigunosti po pitanju stalnosti kvalitete i sl.

Zabranjena je upotreba kalcijevog klorida kao dodatka zbog njegovog agresivnog djelovanja naarmaturu .

Klasifikacija maltera se vrši prema proračunskoj čvrstoći pri pritisku koju obilježavamo slovom

M i vrijednošću čvstoće pri pritisku u2mm

N(M5—M50) ili prema recepturi za spravljanje .

U tabeli dat je prikaz pojedinih marki maltera:

Tabela 2.1.5 Volumenski sastav maltera prema EC 6

Markamaltera

Karakteristična čvrstoćana pritisak(Mpa) nakon28 dana

Odnosi zapremina

pijesakHidratizirani

krečcement

MM 2 2 8-9 1,25- 2,5 1MM 5 5 5-6 0,5-1,25 1MM 10 10 4-4,25 0,25- 0,5 1MM 15 15 3 0 - 0,25 1MM 20 20 Treba odrediti ispitivanjem

Čvrstoća na pritisak mora se ispitati u skladu sa normom prEN 1015-11. U slučajevima kada jeona manja ili značajno veća nego u tablici dozvoljeno je mijenjati date odnose. Uzorci za ispitivanje suprizme 160 40 40 mm i to najmanje 3.

Inače, Eurocode pravi razliku između principa i pravila. Pod pojmom principa podrazumijevamoopšte iskaze i definicije za koje nema alternative, odnosno zahtijeve i analitičke modele za koje se nedozvoljava alternativa ako to nije posebno naznačeno. Pravila su opće prihvaćeni stavovi koji slijedePrincipe i zadovoljavaju zahtjeve iskazane u Principima.

Odredba da se ne upotrebi malter marke koja je veća od M5 ima opravdanje samo za nearmiranezidane konstrukcije kod kojih elementi za zidanje imaju malu čvrstoću.

Želimo li graditi zidane konstrukcije visokih duktiliteta tada moramo koristiti elemente zazidanje visokih čvrstoća i maltere velikih marki. Podrazumijeva se da ovo vrijedi za armiranezidane konstrukcije, kod kojih pod navedenim uslovima možemo ostvariti jako dobru prionljivostarmature i maltera i osigurati da armatura nakon stvaranja pukotine počinje djelovati ipreuzimati zatežuće napone koje je do trenutka loma preuzimao zid.

Neophodno je da malter zadovoljava i uslov trajnosti s obzirom na djelovanje okoline, prionljivostza zidni element ili armaturu ukoliko se radi o armiranim zidanim konstrukcijama, da je obradiv ihomogen dok je svjež, da je otporan na mraz , da ima svojstvo vodoodbojnosti i sl.

Prionljivost maltera za zidni element ovisi o slijedećim faktorima:

- kvalitet agregata maltera- sposobnost upijanja vode zidnog elementa - Kod vrlo guste strukture elementa( početno

kapilarno upijanje <25, a orjentacije radi kod vrlo porozne je 25<IRA<240) otpuštanje vode izmaltera je manje pa se mogu očekivati i manje čvrstoće. Kretanje vode na relaciji element imalter zasniva se na razlici njhovih kapilarnih potencijala( vlaga iz širih odlazi u uže kapilare savećim potencijalom)

- starost maltera u trenutku kada se vrši ispitivanje- čistoća kontaktnih površina zidnog elementa( posebice kod piljenih kamenih blokova koji

obično imaju sloj kamene prašine na površini)- čvrstoća, sastav i konzistencija maltera (konzistencija ovisi o apsorpcionim sposobnostima

zidnog elementa, stepenu hrapavosti površine elementa, veličini i težini elementa, slijeganjumaltera, sposobnosti zadržavanja vode u malteru i sl.)

- klimatskih uslova u kojima se uzorak uzima

Čvrstoća prijanjanja zidnog elementa opada sa povećanjem perioda kvašenja istog(optimalno jekada je sadržaj vlage 2-6 %) . Ovisnost čvrstoće prionljivosti i početnog kapilarnog usisavanja nampokazuje da se maksimalna prionljivost postiže na elementima sa početnim kapilarnim usisavanjemod 20-30 g/dm2 u 1 minuti.Pijesak za malter može biti prirodni ili drobljeni.

Uzorci maltera se uzimaju u ovisnosti od toga da li je zid nosivi ili je pak pregradni, obložni i sl.U prvom slučaju uzimaju se po dva uzorka maltera na svakih 30 m3 zida za zidove deblje od 25 cm,odnosno na svakih 120 m3 za zidove čija je debljina manja od 25,0 cm. U slučaju pregradnih, obložnih isličnih zidova broj uzoraka je duplo manji .

Aditivi koji se dodaju malterima su ovisno o potrebi : pigmentni aditivi, aeranti(uvlačenjevazdušnih pora), ubrzivači, usporivači, biocidna sredstva, malteri kojima se postižu visokoelastičnasvojstva, malteri kojima se postižu hidrofobnost(vodoneupijanje i vodoodbojnost) i hidrofilnost,ugradivost, obradivost, tiksotropnost (plastifikatori i ugušivači) i sl. Hidrofobnost ima dalekosežneposljedice na kvalitet i funkcionalnost maltera poboljšavanje toplinsko-izolacijskih osobina odnosnosmanjivanja napona uzrokovanih toplotnim radom. Sredstva koja se upotrebljavaju u ovu svrhu su nabazi silikona, silana, polisiloksana i stearata i sličnih proizvoda viših masnih kiselina.

Propisane marke maltera za zidanje prema Eurocodu su znatno veće od onih u našim važećimpropisima . Radi poređenja u tablici u zagradama su date vrijednosti propisane našim propisima:

Tabela 2.1.6

VVrrssttaa zziiddaanniihh kkoonnssttrruukkcciijjaaSSeeiizzmmiiččnnoosstt

VVIIII sstteeppeenn MMCCSS VVIIIIII sstteeppeenn MMCCSS IIXX sstteeppeenn MMCCSS

OObbiiččnnee >>55 ((>>22..55)) >>55 ((>>22..55)) >>55 ((<<55..00))AArrmmiirraannee >>1100 ((>>55..00)) >>1100 ((>>55..00)) >>1100 ((>>55..00))

Istu vrstu poređenja uradićemo i za marke elemenata za zidanje – nominalne čvrstoće na pritisak :

Tabela 2.1.7

Prema važećim propisima Prema Eurocode 6

IIzzrraazz mmaarrkkaa –– nnoommiinnaallnnaaččvvrrssttooććaa nnaa pprriittiissaakk 25.17.0δ

δ avb ff

55.165.0δδ avb ff

Razlikujemo dva načina njegovanja maltera i to:

- podvodna njega maltera – ovako njegovani materi svoju čvrstoću dobivaju iz hidratacijecementa uglavnom. Uzorak se uroni u vodu koja je zasićena krečom pri temperaturi 20° C ±1idrži se tako do dvije minute prije ispitivanja.

- Malteri koji se njeguju na vlažnom zraku iznad vode, bez karbonizacije u zatvorenoj posudikoja ne propušta vazduh .

U Bosni i Hercegovini je u ranijem periodu često korišten hidraulični malter, za razliku od danasuglavnom prisutnog krečnog maltera. Industrijski dobiven hidraulični malter ipak ne odgovara onomkorištenom na historijskim objektima u našoj zemlji.Hidraulični malter jako dobro veže pod vodom, kao i na zraku. Dobiva se iz crvenog( sadrži Fe- Ferum) icrnog kamena krečnjaka, a pretpostavka je da bi se mogao dobiti i iz bijelog i žutog kamena krečnjaka.Zahtijeva se postotak CaCO3 u kamenu krečnjaku od 85-95 % . U slučaju većeg postotka CaCO3

nećemo dobiti hidraulični kreč, jer neće vezati dobro u vlažnim uslovima.Kamen krečnjak treba dasadrži i silikate u omjeru od 5-15% ( glina).U slučaju da procenat gline u kamenu krečnjaku prelazi 25%, nećemo dobiti hidraulični kreč, nego prirodni cement, koji neće dobro vezati pod vodom. Saprocentom gline od 20 % dobićemo portland cement.Temperatura na kojoj se peće kamen krečnjak(obavezno manji komadi) treba da je između 800-1350 ° C.

Danas je u upotrebi negašeni CaO. Ova vrsta kreča je čista i ima osobinu da očvršćava nazraku. Gašeni kreč Ca(OH)2 nije isto što i hidraulički kreč. Svi tipovi kreča sadrže i neke dodatke.Hidraulični kreč kad je pečen sadrži CaO, SiO, Al, Fe i sl. Najvažnija komponenta hidrauličnog krečasvakako su silikati.Hidraulični kreč dobiva se iz krečnjaka sa više od 20% drugih dodataka kao što su minerali, a poželjno jeda je to silicijumdioxid - glina. Industrijski tzv. hidraulični kreč nije isto što i tradicionalni krečni malter ine može biti gašen sa vodom, jer ne sadrži slobodan CaO. Neophodno je da bude samljeven kao cement itakav je poznat kao «roman cement». Kod pravljenja hidrauličnog kreča veoma često se koriste i agregati

kao što su pijesak i drobljeni mermer, cigla, zgura kamenog uglja, Zeolitic minerali, Terra Puzzolana,Opalska breča, a ponekad i neka vrsta ojačanja sa dlakom ovce, koze i sl.Hidraulični kreč je elastičniji od cementnog iako ima isti hemijski sastav. Najbolji malter je onaj sanegašenim krečom.

U nastavku će se dati neke od karakteristika savremenih materijala i tehnologija.

CFRP (Mpa)

6000

5000 σfrp4000

3000

2000

1000

ο ε (‰)

Fibre reinforced plastic ili FRP materijali

Za armiranje konstrukcija u agresivnom okolišu, umjesto čelika u posljednje vrijeme se upotrebljavajušipke od vlaknima armiranog polimera, skraćeno FRP-a, prema nazivu na engleskome jeziku Fiberreinforced polymer. Vlaknima armirani polimer jest „kompozitni“ materijal načinjen od finihneprekinutih vlakana povezanih polimer nom smolom. Pojam "kompozitni" predstavlja svakimaterijal u kojem se jedan ili više nestalnih oblika, općenito sastavljeni od materijala izvanrednih meha-ničkih karakteristika, stapaju u jedan stalni oblik. Kod plastičnih materijala ojačanih karbonskimvlaknima, poznatih kao FRP ( Fibers Reinforced Polvmers) vlakna su ojačavajuća komponenta, a smolana bazi epoksida redistribuira sile uzrokovano vanjskim ili unutarnjim (kod prednaprezanja) naponom.Vlakna mogu biti izrađena od više vrsta materijala kao npr. karbonskih, staklenih, aramidnih i drugihvisoke čvrstoće pa se upotrebljavaju i detaljnije skraćenice, istim redosljedom CFRP, GFRP i AFRP.U svrhu povezivanja se koristi epoksidna smola, rjeđe poliester i vinilester. Primarna funkcija smola jeda prenose napone između ojačavajućih vlakana i štite ih od mehaničkih, i povreda nastalihdjelovanjem nepovoljnog okoliša. Tipovi smola su THERMOSET i THERMOPLASTIC.Dakle, nosioci čvrstoće proizvoda od FRP-a su vlakna, dok je uloga polimera (matrice) povezivanjevlakna, prijenos vlačnih naprezanja podjednako na sva vlakna te da štiti vlakna od štetnog okoliša imehaničkih oštećenja.Za proizvodnju elemenata od FRPa primjenjuje se tehnologija izvlačenja uz kalupljenje ili presovanje(poltrusion process). Proizvode se žice i šipke okruglog i pravouglog presjeka za armiranje te kablovi zaprednaprezanje betonskih konstrukcija, kao i oni za kose zatege ovješenih mostova. Od tankih proizvodaza obnovu, redukciju raspucavanja, ojačanje i zaštitu od korozije primjenjuju se trake, lamele i plahte(tkanine) od polimera armiranog vlaknima u jednom ili dva smjera.

Prirodna vlakna su celuloza i agavino vlakno( sisal).Od vještačkih vlakana u upotrebi su : aramid, boron, karbon/grafit, staklo, najlon,polyester, polietilen i polipropilen.

Kao rezultat dobiva se materijal koji se odlikuje visokim mehaničkim karakteristikama, ima veliku čvr-stoću i krutost sa naglašenom lakoćom i trajnošću te je vrlo otporan i na koroziju. U uporedbi sa čelikom

10x je jači 15x lakši, a u usporedbi s aluminijem 8x je jači, 2x krući i 1.5x lakši. Ojačanjekonstrukcijskih elemenata se postiže spregnutim djelovanjem (lijepljenjem sa epoxidom) lamela ili tkani-na na oštećene elemente. Ovaj vid spregnutog djelovanja zovemo "naknadan" tj. u konstrukciji većpostoji određeno stanje početnih napona i deformacija izazvanih stalnim opterećenjem.

U upotrebi su Carbon FRP (CFRP) pravougle trake i NSM CFRP cilindrični štapovi.

Karbonska vlakna u štapovima su namijenjena ojačavanju konstrukcije protiv savijanja i smicanja, i tovidljivo i nevidljivo ojačanje, i za prevenciju od mogućih povreda.Vlakna se postavljaju u većpripremljene kanale, ugrađuju sa ljepilima na bazi smola i ankeruju u susjedne nosive elemente, bezpotrebe za posebnom zaštitom od mehaničkih povreda i povreda nastalih od negativnih uticaja okoliša.Kanal je djelomice ispunjen sa ljepilom na bazi epoksida ili cementa (koristi se epoksi pištolj, odnosnopištolj za malter za proces nanošenja) i u njega se lagano silom utisne štap da bi smo postigli da ljepilo upotpunosti obavije štap. Nakon toga se kanal zapuni ostatkom ljepila i površina poravna. Ova metoda nezahtijeva prethodno pjeskarenje i nanošenje osnovnog premaza. Potrebno je napomenuti da ukoliko seradi sa ošupljenim opečnim elementima dubina kanala ne smije biti veća od debljine stjenke elementa dabi se izbjegao neželjeni lokalni lom .

Pravougle karbonske lamele koriste za ojačavanje nearmiranog ziđa, posebice protiv savijanja oddejstava koja djeluju van ravni zida i na smicanje. Na ovaj način uvećava se nosivost ziđa na smicanje ido 80%. Prije nanošenja vlakana podloga se pripremi procesima pjeskarenja, nanošenja osnovnogpremaza i kitovanja ovisno o stanju samog elementa. Nakon toga nanosi se prvi sloj smola, a potom iprvi sloj vlakana impregniran sa drugim slojem smola. Nakon očvršćavanja ovako naneseni sloj vlakanapostaje sastavni dio ojačanog elementa. Moguće je i direktno na površinu ziđa nanijeti prethodnoimpregnirana vlakna . Nanose se dva sloja smola, s tim da se drugi sloj obradi četkom nakon što suvlakna prionula na tretirani element. Kod proračuna je potrebno proračunati potrebnu površinu lameleod FRP te provjeriti lokalne najveće smičuće i normalne napone na krajevima lamele, da bi se spriječilomoguće odvajanje krajeva lamela.FRP se pakuju u 50,0 metarskim rolama i svežnjevima.Prednosti su:

- Lagano rukovanje i transport- Pogodnost real-time monitoringa- Dobra svojstva po pitanju umora materijala- Velika zatežuća čvrstoća u smjeru vlakana- Pogodni su za obrađivanje(krojenje)- Izvanredna otpornost na koroziju (neosjetljivost na koroziju)- dobro ponašanje pod dinamičkim opterećenjem- mala zapreminska težina- nevodljivost električne struje i neutralnost na magnetizam- U poređenju sa konvencionalnim materijalima jako dobar odnos krutost/ vlastita težina

Osim navedenih dobrih svojstava ovoga novoga materijala, proizvodi od FRP-a imaju i nedostatke kaošto su: elastično ponašanje do sloma, malo ukupno istezanje,posebno proizvoda od CFRP-a, manji modul elastičnosti u odnosu na onaj za čelik, mali temperaturnikoeficijent istezanja, osjetljivost GFRP-a na alkalne reakcije u betonu, te različitost osobina duž iokomito na vlakna. Ozbiljan nedostatak šipki i kabela od FRP-a jest naglo popuštanje pod dugotrajnimnaponom bliskom čvrstoći te pad čvrstoće presavijenih kablova. Valja još istaknuti da proizvodi od FRP-a imaju, u odnosu prema čeliku, nizak modul elastičnosti, što utiče na krutost. Međutim, za sada nemadefinitivnih standarda i normi za ispitivanje i proračun konstrukcija armiranih ili prednapregnutihprofilima od FRP-a, što je glavna prepreka za širu upotrebu ovoga atraktivnoga materijala ugrađevinarstvu.

FRP proizvodi

Treba napomenuti da su CFRP proizvodi (ugljična vlakna) višestruko skuplji od ostala dva FRPproizvoda.

Uz dodatnu površinsku i drugu obradu proizvodi se slijedeći proizvodi:

Tkanine i trake su tanki , savitljivi proizvodi od FRP-a, koji se proizvode tako da se neprekinuta vlaknapolože u pravcu na ravnu podlogu te zategnu. Nakon natapanja ljepilom dobiju se proizvodi debljine od0,1 do 0,4 mm. Razlikuju se:- Jednosmjerne karbonske tkanine: sva vlakna su u jednom smjeru, a služe za ojačanje - povezivanjedijelova elemenata ( pojedinih čvorova) u zonama sile vlaka- Dvosmjerne karbonske tkanine: vlakna su usmjerena na 0° te na 90° ; ako je količina vlakana u obasmjera ista ojačanje je "balansirano", u suprotnom je "nebalansirano"; koriste se za obnovu i statičkoojačanje oštećenih konstrukcija te

Lamele su proizvodi širine oko 5-10 cm i debljine 1,2 – 1,5 mm. Oblikovani su kao kruti proizvodi saostvarenim epoksidnim matričnim povezivanjem vlakana prije same ugradnje.Šipke se rade, uglavnom, okruglog presjeka sa različitim promjerima i površinskom obradom.

Upotreba FRP sistema u graditeljstvu

FRP sistemi počeli su se upotrebljavati 70-tih godina, no zbog svoje visoke cijene samo u vojnoj,svemirskoj, aero i industriji sportske opreme. Sa razvojem tehnologije proizvodnje upotreba se širi i nagraditeljstvo.U graditeljstvu se FRP koriste za statička, posebno protupotresna ojačanja. S tog se gledišta korištenjevisoko kvalitetnih kompozita u postupcima ojačanja konstrukcija pokazalo kao jednostavnije zaizvođenje radova te trajnije i jeftinije u usporedbi s klasičnim načinima gradnje. To posebno dolazi doizražaja ako posmatramo trajanje izvođenja radova, potrebnu opremu za izvođenje i troškove, odnosnogubitke zbog privremenog prekida upotrebe objekta. Zbog izuzetno niske vlastite težine FRP je mogućejednostavno i vrlo brzo ugraditi s manjim brojem radnika, bez upotrebe posebnih alata i strojeva, pričemu je u cjelosti onemogućeno korištenje objekta u fazi izvođenja radova.

Specifični slučajevi korištenja FRP s gdje se iskazuju prednosti njihove primjene:

Ⅻ Sanacija oštećenja na konstruktivnim elementima kao posljedica potresa, požara, eksplozija, korozijearmature odnosno starenja materijala uopće.Ⅻ Povećanje opterećenja u eksploataciji u odnosu na projektirana opterećenjaⅫ Ojačanje konstrukcija zbog grešaka u projektovanju ili izvođenju radovaⅫ Vanjsko omotavanje centrično opterećenih ili savijenih elemenata, kao što su stupovi, nosači,cjevovodi, dimnjaci i sl.Ⅻ Ojačanje elemenata sa značajnim ugibima;Ⅻ Obnova konstrukcija s lokalnim oštećenjima

Ojačanje trakama:

Kod ojačanja je potrebno izravnati površinu zida na mjestima gdje se postavljaju trake, apotrebno je i ukloniti malter sa zida. Problem ojačanja FRP lamelama je i sidrenje lamela u čvorovimakoji se riješava sidrenjem preko čeličnih ploča u zid preko plasitčnih čavala ili sidrenjem u ABelemente(npr. strop).

Ojačanje ziđa FRP trakama postiže se bolji efekat nego upotrebom lamela, jer su trakepuno lakše i jednostavnije za prijenos i ugradnju zbog njihove savitljivosti i lakše prilagodljivosti

površini ziđa . Trake se postavljaju tzv. vlažnim postupkom(wet lay up). Primjenom ovih traka nijepotrebno detaljno izravnavanje površine sa debljim slojem epoxy ljepila, a ako je malter dobre kvalitetemogu se trake ljepiti na nju . Postupak ojačanja ziđa trakama sličan je postavljanju lamela. Malter nijepotrebno ukloniti sa cijele površine zida(samo na mjestima na kojima se postavljaju trake). Ako je malterkvalitetan i dobro vezan uz ziđe nije je ga potrebno uklanjati. Očisti se površina ziđa od prašine i potomnanosi „saturant“ na bazi epoxy ljepila koji se primjenjuje ujedno i kao „primer“ da malo izravnapovršinu zida. U njega se lagano se utisne FRP trake pomoću gumenih valjaka ili rukom. Poslije toga setankim slojem „saturanta“ izravna površina na mjestu traka u koji se utiskuje tanki sloj kvarcnog pijeskakako bi se ostvarila bolja prionljivost novog maltera na tim mjestima. FRP trake se postavljaju vertikalnoi horizontalno a ne po dijagonali kao lamele. Ljepljenjem traka povećava se nosivost ziđa na savijanjeokomito na ravninu, a ujedno i otpornost na smicanje u ravnini ziđa.

Ojačanje FRP plahtama

Postupak je sličan ojačanju ziđa FRP trakama. Plahte se postavljaju tzv. vlažnim postupkom(wet layup) po cijeloj površini zida. Postavljaju se u jednom ili više slojeva. Ukoliko je to u više slojeva svakisloj može imati različite orjentacije vlakana u odnosu na os zida. Postavljanje plahti je nešto teže negotraka jer je potrebno odjednom zalijepiti plahtu na veliku površinu pa je potrebno više radnika u fazilijepljenja. Redovna je i pojava zračnih jastučića između plahte i ljepila na zidu. Problem predstavlja iprionljivosti novog maltera na plahtu, koji se rješava posipanjem kvarcnog pijeska na plahtu u faziljepljenja. Nedostatak ojačanja plahtama je i kreiranje nepropusnosti vlage i zraka kroz zid. Dovodi i dopovećanja krutosti zida što zna biti i nepovoljno (navlači veće uticaje na zid) ali se povećava i duktilnost.

Ojačanje FRP šipkama

Veoma dobar postupak ojačanja ziđa posebno kada želimo minimalno zadirati u fasadu zida.

Postupak:

Prvo se ukloni uska traka maltera na mjestu sljubnice maltera, te malter iz sljubnice u dubini 2 do2,5 cm. Vazduhom pod pritiskom se očisti od prašine. zidarskom kašikom se u ležajnice postavljaepoxy malter koji služi za ostavarivanje veze između GFRP šipke i ziđa. Nakon postavljanja epoxymatera postavlja se GFRP šipka i ponovo se zapuni epoxy malterom. Kod ovakvo ojačavanjapotrebno je šipke saviti na krajevima zida i ako je moguće sidriti ih u okomiti zid ili serklaž kako nebi do sloma ziđa došlo zbog preranog oktazivanja prionjivosti u zoni sidrenja. Savijanje šipkiobavlja proizvođač, budući da se FRP šipke ne smiju naknadno savijati.

Moguće su i kombinacije ojačanja. Najčešća kombinacija, u slučaju da se radi o ziđu s vidljivimzidnim elementima na fasadi je ojačanje trakama i šipkama pri čemu se šipke postavljaju na fasadnojstrani gdje nema maltera dok se trake lijepe na unutrašnjoj omalterisanoj strani. Pri tome je važno damalter dobro prijanja za ziđe.Nosivost ojačanog ziđa na horizontalno opterećenje u ravnini ziđa može se proračunati preko izraza:

Rn= Rm + Rf

Rn - Nosivost ojačanog ziđa na horizontalno opterećenje u ravni ziđa

Rm – otpornost neojačanog ziđa na horizontalno opterećenje u ravni zida

Rf – doprinos šipki od FRP-a na otpornost ziđa na horizontalno opterećenje u ravni zida

Iako je cijena ovih proizvoda još uvijek veća od tradicionalnih materijala u konačnici su ovipostupci jeftiniji i brži u pogledu izvedbe.

Aramid vlakna

Široka je upotreba ovih materijala u aeronautici, brodogradnji i mehanici, odnosno u svimoblastima u kojima se javlja potreba za materijalima relativno male težine i velike čvrstoće i trajnosti.Karakteristične osobine koje daju prednost ovakvim materijalima u usporedbi sa drugim su mehaničkakarakteristika kao što je čvrstoća, otpornost na hemijske agense, vodonepropusnost i dobrareverzibilnost.Aramid vlakna su obično impregnirana sa epoksi smolama u odnosu 1:1. Ova vlakna imaju niži modulelastičnosti u poređenju sa čelikom ili karbonskim vlaknima, ali zato imaju primjetno veću konačnučvrstoću. Ovaj manji modul elastičnosti je daleko od toga da bi bio neki limitirajući faktor, jer je punobliži vrijednosti koju ima ziđe. Pored toga ova vlakna u usporedbi sa staklenim vlaknima imajuizvanrednu otpornost na djelovanje alkalnih agenasa.

Aramid vlakana se proizvode u obliku cilindričnih štapova i pravouglih traka. Uobičajen postupakaplikacije štapova je njihovo umetanje u zidove a potom oni budu na neki način zapečačeni sainjektiranjem odgovarajućom smješom. Ovi elementi mogu biti obrađeni sa kvarcnim brašnom da bi seolakšalo ostvarenje odgovarajućih zidnih slogova. Trake služe za oblaganje svodova i lukova ilioblaganje pregradnih zidova. Ovi elementi se lahko oblikuju i prilagođavaju različitim konturama.Ispitivanja ovakvih vlakana su pokazala njihovo bolje ponašanje jer nisu tkani već ispredeni. Ova vlaknasu, uobičajeno, četveroosno ispredena vlakana ( 0°, ± 45°, 90°) i sa varirajućom težinom.

Kruta poliuretanska pjena

Kada se nanese ovakva pjena, ona može popuniti sve postojeće šupljine i sve otvorene spojeve izmeđuopeke ili kamena povrijeđene zidane konstrukcije, i na taj način da učvrsti ove elemente i reduciravibracije koje se prenose na elemente u slučaju seizmičkih djelovanja. Na ovaj način se mogupreduprijediti buduće povrede elemenata ili njihovo rušenje. Na kraju intervencije možemo vrlo lahkoukloniti ovu pjenu koja je preostala na površini ziđa.

STU- Shock transmission units

STU su elementi čija je uloga povezivanje konstruktivnih elemenata, čije ponašanje ovisi obrzini relativnih pomjeranja. U stvari oni omogućavaju pomake malih brzina kao što su oni izazvanitemperaturnim promjenama i sličnim fenomenima reagujući sa malom reaktivnom silom, spriječavajućitrenutne pomake. Naime, pri pobudama velikih brzina kao što su zemljotresi, jaki vjetrovi i sl. oviuređaji su veoma kruti i spriječavaju značajne pomake među elementima koje povezuju i prenoseći nanjih projektovanu silu i omogućavajući kontrolisanu disipaciju energije. Na ovaj način ovi uređaji djelujukao privremena ograničenja. Sve do nedavno oni su bili korišteni kod novih konstrukcija kao što sumostovi i vijadukti.

Dakako njihovo dejstvo je itekako efikasno i kod objekata historijskog naslijeđa, u slučaju kadatrebaju obezbijediti krutost, neophodnu da bi podnijeli zemljotrese, ne uzrokujući nepoželjne sile poduslovima upotrebljivosti. Ovi uređaji su zapravo sistemi cilindričnih klipova sa dva prostora zapunjena saspecijalnim fluidom i povezanih sa hidrauličkim kruženjem. U slučaju kada se ovi uređaji koriste zazaštitu spomenika kulture specijalna pažnja treba biti posvećena izboru materijala.

Tabela – Kompozitni materijali upoređeni sa metalima

Reinforced plastic /Materijali

Gustina E(GPa)Modul

elastičnosti

σ r (MPa)Čvrstoća

na zatezanje

Graničnoizduženje

%

Karbonatna vlakna 1.5 195 (200-600) 1125(2000-3000) 1

Staklena vlakna 2.0 34 (70-85) 1300(3000-4500) 4-5

Aramide vlakna 1.4 77 (60-130) 1750(2700-3000) 2-3

Čelik 7.8 200 – 210 500 – 2000(500-2000) 2-10

Aluminijum 2.8 75 500 10

Titanijum 4.5 110 1200 14

Gustina

Staklena vlaknaAramide vlakna

Čelik

Aluminijum

Titanijum

Karbonatnavlakna

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Karbonatna vlakna

Staklena vlakna

Aramide vlakna

Čelik

Aluminijum

Titanijum

Karbonatnavlakna

Staklena vlaknaAramide vlakna

Čelik

Aluminijum

Titanijum

0

50

100

150

200

250

1

Karbonatna vlakna

Staklena vlakna

Aramide vlakna

Čelik

Aluminijum

Titanijum

Modul elastičnosti:

CVRSTOCA NA ZATEZANJE

Karbonatnavlakna

Staklena vlakna

Aramide vlakna

ČelikAluminijum

Titanijum

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

1

Karbonatna vlakna

Staklena vlakna

Aramide vlakna

Čelik

Aluminijum

Titanijum

GRANICNO IZDUZENJE

Karbonatnavlakna

Staklena vlakna

Aramide vlakna

Čelik

Aluminijum

Titanijum

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1

Karbonatna vlakna

Staklena vlakna

Aramide vlakna

Čelik

Aluminijum

Titanijum

Shape memory legirani uređaji - pametni materijali

Tokom 1960 godine Buehler and Wiley razvili su seriju nikl-titanijum legure,Sa sastavom omjera težine 53 to 57% nikla, koja je pokazala neobičan efekat tokom termalnogtretmana kada je naglašeno deformisana legura, sa zaostalim dilatacijama koje su činile 8-15%,ponovno povratila svoj originalni oblik. Ovaj efekat je poznat kao shape – memory efekat.

Kasnije se pokazalo da pri dovoljno visokim temperaturama ovakvi materijali pokazuju svojstvosuperelastičnosti(tzv. pseudoelastičnost) odnosno sposobnost oporavka od velikih deformacijatokom ciklusa opterećenje – rasterećenje.Ovakvo ponašanje ove legure, nesvojstveno većini tradicionalnih materijala promovirale suSMA kao osnovu za inovativne aplikacije. u rasponu od žičanih proteza za korekciju zuba douređaja za zaštitu objekata od strukturalnih vibracija. Ovakva naročita svojstva SMA su vezanaza martenzit fazu transformacije, čvrsto – čvrsto proces bez difuzije kristalografski višeg redafaza i austenit, kristalografski nižeg reda .Obično je austenit stabilan pri manjem stepenu naprezanja i višim temperaturama, dok jemartenzit naprotiv stabilan pri većem stepenu naprezanja i nižim temperaturama.Transformacije je mogu biti uzrokovane temeperaturom ili naprezanjima. Na relativno visokojtemeperatiri SMA je u austenit fazi, pa hlađenjem biva podvrgnuta martenzit fazi.Austenit fazu karakteriše kristalna struktura kocke . Nasuprot njoj martenzit fazu karakterišeortorombična kristalna struktura.Transformacija iz austenit u martenzit fazu dešava se kroz zamjenjujuće distorzione procesekoji za posljedicu nemaju makroskopske promjene u obliku uzorka.

Shape memory legirani uređaji su metali obdareni sa neobičnim termo-mehaničkimsvojstvima, uključujući superelastično ponašanje, pri deformacijama koje su i do deset puta veće uodnosu na one kod uobičajenih metala, kod ciklusa opterećenje-rasterećenje.Ovi uređaji dopuštaju kontrolisana relativna pomjeranja, ograničavajući sile i prenos ubrzanja iinicirajući disipaciju energije samog ziđa.

Slika 5.56 dijagram napon - dilatacija

Ovi uređaji su razvijeni sa ciljem da zamijene tradicionalne veoma krute veze koje su korišteneda povežu ziđe sa stropovima ili krovom i na taj način reduciraju rizik od kolapsa zidova van njihoveravni. Ove fleksibilne veze, obično u formi žica od nikla i titanijuma, su sposobne da kontrolišupomjeranja i ograniče sile na projektovanu vrijednost, mijenjajući kristalnu strukturu ukoliko se griju,hlade ili su podvrgnuti fizičkim naprezanjima.

Slika 5.57 a efekat superelastičnosti SMAD-a

Slika 5.57 b Na kraju ciklusa opterećenje - rasterećenje ABC sa konstantnom temperaturom materijalima rezidualne deformacije koje se „poništavaju“ tokom termalnog ciklusa CDA.

Shape memory legirani uređaji, za različite slučajeve opterećenja, imaju i različite odgovore :

- za manja horizontalna djelovanja( vjetar, zemljotres manjeg intenziteta) uređaji su kruti, kao itradicionalne veze i nedopuštaju značajnije pomake.

- Za horizontalna dejstva značajnijeg intenziteta redukuje se krutost ovih uređaja, zahvaljujućivisokoj(super) elastičnosti, i kontrolisana pomjeranja su omogućena uz pojavu mikro prslina( nei makro) prenoseći na konstrukciju manju silu nego što to rade tradicionalne veze, i nedopuštajući degradaciju kristalne strukture.

- Za izuzetna horizontalna dejstva ( veća nego projektovani zemljotres) uvećava se krutostuređaja sa ciljem da se spriječe prevelika pomjeranja i nestabilnost.

Ova vrsta uređaja koristi se u seizmičkoj zaštiti objekata historijskog naslijeđa posljednjihpetnaestak godina.( prvi put je upotrebljena u Palermu, Italija 1991 god.). Nažalost, u našoj zemlji jošuvijek stidljivo se govori o mogućnosti upotrebe ovih pametnih materijala.

Posebne analize i istraživanja elemenata konstrukcije i apsorbera pod cikličnim opterećenjem,kao i varijacije krutosti, prigušenja, mase, perioda oscilovanja i duktiliteta daju odgovore za načinegrađenja konstrukcija otpornih na seizmičke potrese. Opstanak konstrukcije ne obezbjeđuje samo softverza dinamičku analizu i složeni proračun već pravilna postavka konstrukcije i primjena novih konstrukcijai postupaka za seizmičku izolaciju objekta.

Trajnost GFRP materijala koji se koriste u konstrukcijama vezana je između ostalog za stanjeosnovnih materijala koji su upotrebljeni u datoj konstrukciji. Visoka relativna vlažnost, cilusismrzavanja i otopljavanja, i visoka temeperatura mogu uzrokovati redukciju mehaničkihsvojstava ovog materijala. Upijanje vlage kod GFRP štapova uzrokuje vezano je zatemeperaturu i uzrokuje gubitak čvrstoće i krutosti istih.

Načini sanacije pojedinih elemenata zidanih konstr ukcija

Uzroci propadanja graditeljskog naslijeđa su različiti i kreću se u rasponu od prirodnihdjelovanja, preko čovjekovog djelovanja, bilo destruktivnog bilo nestručnog u vidu pogrešaka priprojektiranju, graditeljskih pogrešaka pa do faktora koji pridonose propadanju gradivnog materijala, tj.bolesti građe.

Osnovni pojmovi u zaštiti konstrukcije kulturne baštine kao što su : zaštita spomenika,konzervacija, restauracija, rekonstrukcija građevine, popravci, pojačanja konstrukcije, seizmičkakonstrukcijska sanacija mogu se svesti, što se tiče konstruktivnog aspekta, na jedan uopšten termin –intervencija na konstrukciji.

Ovdje je neophodno istaći da intervencija na konstrukciji može biti ne samo u svrhu da se saniraveć postojeća šteta nego i radi prevencije mogućih povreda. Intervenirati na konstruciji možemo saunaprijeđenjem same konstrukcije, odnosno ojačanjem iste, ili redukcijom seizmičkih dejstava tj.disipacijom energije.

Svaka intervencija ima za posljedicu neke promjene, koje dalje uzrokuju gubitak dijelaautentičnosti objekta, stoga treba biti jako pažljiv kod donošenja odluke o preventivnim intervencijama.Potrebno je uzeti u potpunosti u obzir rizik od moguće pojave dejstava (najčešće seizmičkih sila) naposmatrani objekat, te nakon toga donijeti odluku da se intervenira ili ne.

Zaključak

Prema Venecijanskoj Povelji iz 1964 godine Historijski objekti i spomenici su vrijedne konstrukcijekoje svjedoče kulturu i tradiciju naroda kroz protekla stoljeća. Naša je obaveza da ih čuvamo, zaštitimo isačuvamo nedirnute za generacije koje dolaze.Kada se tradicionalne tehnike pokažu kao neadekvatne , konslidacija historijskih objekata može sepostići upotrebom modernih tehnika za konzervaciju konstrukcija, čija je efikasnot dokazana kroz naučnaistraživanj i sada već možemo reći i empirijski dokazana.Prema teoriji plastičnosti projektant se ne vodi postupkom istraživanja aktualnog stanja konstrukcijenego proučavanjem na koji način konstrukcija može kolabirati. Zaista kada hoćemo dokazati graničnostanje nosivosti i duktilnosti konstrukcije nakon intervencije neophodno je odrediti neke karakteristikeovakve konstrukcije kao što su nosivost, širina prslina, pomjeranje i sl. uz poznavanje načina prenosaopterećenja, čvrstoće postojećih materijala, uvećanje otpornosti uzrokovano vezama dodatih materijalasa postojećim.

Mogućnosti analize zidanih konstrukcija su se višestruko uvećale upotrebom najnovijihsoftverskih paketa, namijenjenih statičkom proračunu istih, kao i uvećanjem baze eksperimentalnihrezultata.

Efekat ovakvih intervencija na zidanim konstrukcijama moguće je provjeriti računskim putem,ali se ipak najvjerodostojniji rezultati dobivaju eksperimentalnim putem.

Brojni su faktori koji utiču na konačnu odluku o ovim mjerama kao što su npr. seizmička zona ukojoj se objekat nalazi, stepen oštećenja objekta i postojeća otpornost istog, arhitektonsko rješenje,konzervatorski uvjeti i sl.

Ključ za uspješnu intervenciju je odgovarajući izbor materijala i tehnika koje će se primijeniti pri istoj.Tehnike se klasificiraju kao reverzibilne i ireverzibilne. Materijali korišteni kod reverzibilnih intervencijaobično nameću stroge restrikcije. Kod ireverzibilnih intervencija nameću nam se dodatna dvaograničenja , a to su kompatibilnost odabranih materijala sa originalnim i zahtijeva se velika trajnostnovih materijala.