95
UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO, PROMETNO INŽENIRSTVO IN ARHITEKTURO Marko Glavinič VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON V ČASU VGRAJEVANJA BETONA Magistrsko delo Maribor, junij 2016

VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

  • Upload
    others

  • View
    6

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO, PROMETNO INŽENIRSTVO IN ARHITEKTURO

Marko Glavinič

VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON V ČASU

VGRAJEVANJA BETONA

Magistrsko delo

Maribor, junij 2016

Page 2: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Smetanova ulica 17 2000 Maribor, Slovenija

Magistrsko delo podiplomskega študija

VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE

NA BETON V ČASU VGRAJEVANJA BETONA

Študent: Marko GLAVINIČ

Študijski program: gradbeništvo

Smer: organizacija, tehnologija in ekonomika grajenja

Mentor: dr. Andrej ŠTRUKELJ

UDK: 624.012.4(043.2)

Število izvodov: 5

Maribor, junij 2016

Page 3: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

I

Page 4: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

II

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju dr. Andreju Štruklju za

pomoč in vodenje pri opravljanju magistrskega dela.

Prav tako se zahvaljujem Milanu Šešku, ki je izpostavil

problematiko, ki sem jo raziskoval v magistrskem delu.

Posebna zahvala velja ženi, hčerama, mami,

sorodnikom in vsem prijateljem, ki so me podpirali pri

študiju.

Page 5: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

III

VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON V ČASU VGRAJEVANJA BETONA

Ključne besede: podajnost, deformacija, podporna konstrukcija, beton, vgrajevanje

betona, most

UDK: 624.012.4(043.2)

Povzetek:

Vsaka podporna konstrukcija opaža se ob obremenitvi opaža z betonom deformira. V primeru

izvedbe podporne konstrukcije s tipskimi jeklenimi nosilci je ta deformacija večja kot pri

ostalih tipih izvedb podpornih konstrukcij. Ker je vgrajevanje betona v konstrukcijo lahko

dolgotrajno, saj traja tudi do 10 ur, se je pojavilo vprašanje, ali deformacija podporne

konstrukcije, ki lahko v spodnjih plasteh vgrajenega betona pri dolgotrajni vgradnji povzroči

razpoke, s tem škodljivo vpliva na končno kakovost betona. Z magistrskim delom smo na

konkretni konstrukciji, kjer je bilo vgrajevanje betona v konstrukcijo izvedeno v 5 urah od

pričetka vgrajevanja betona, pokazali, da deformacije podporne konstrukcije niso vplivale na

končno kakovost betona. Iz teorije, meritev in dobljenih rezultatov sklepamo, da deformacije

podporne konstrukcije niso škodljive za končno kakovost betona, če se konstrukcija ne

deformira več v času po pričetku strjevanja betona.

Page 6: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

IV

THE INFLUENCE OF FLEXIBILITY OF THE SUPPORTING STRUCTURE ON

CONCRETE DURING CASTING

Keywords: flexibility, deformation, supporting structure, concrete, concrete casting, bridge

UDK: 624.012.4(043.2)

Abstract:

Every panelling supporting structure experiences deformation when loaded with concrete. If a

supporting structure is built via steel beams with standard cross section, greater deformation

comes to pass compared to other supporting structure implementations. Since structure

concrete casting can be a lengthy process – it can take up to 10 hours – the question arose,

whether the supporting structure deformation that causes tensile stress to the concrete could

ultimately affect the quality of the cast concrete. Observation of a specific structure in the

Master’s thesis showed that the flexibility of supporting structure did not affect the quality of

set concrete, since the casting of concrete into the structure was finished five hours after its

start. The theory, measurements and logged results lead to the conclusion that supporting

structure deformations do not adversely affect the quality of set concrete if the structure does

not deform additionally after the start of the setting of concrete.

Page 7: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

V

VSEBINA

1 UVOD ................................................................................................................................ 1

1.1 OPREDELITEV PROBLEMA .................................................................................. 1

1.2 TEZA MAGISTRSKEGA DELA .............................................................................. 5

2 PREGLED STANJA ........................................................................................................ 7

3 TEORETIČNE OSNOVE ............................................................................................. 11

3.1 OPAŽNA PODPORNA KONSTRUKCIJA MOSTOV ........................................... 11

3.2 ZGOŠČEVANJE IN STRJEVANJE BETONA ....................................................... 16

3.3 REOLOGIJA BETONA, KRČENJE, LEZENJE ..................................................... 20

3.4 RAZVOJ TEMPERATURE IN NAPETOSTI ......................................................... 23

3.5 PREDNAPENJANJE ............................................................................................... 25

3.6 EFEKT ODRA ......................................................................................................... 27

4 MERILNA OPREMA .................................................................................................... 29

4.1 MERJENJE SPECIFIČNIH DEFORMACIJ IN TEMPERATURE ........................ 29

4.2 MERJENJE POMIKOV ........................................................................................... 33

5 MERITVE IN KOMENTARJI MERITEV ................................................................. 36

5.1 OPIS KONSTRUKCIJE OBJEKTA ........................................................................ 36

5.2 OPIS PODPORNE KONSTRUKCIJE IN IZRAČUN POMIKA ............................. 38

5.3 NAMESTITEV MERILNE OPREME ..................................................................... 41

5.4 MERITVE TEMPERATURE .................................................................................. 49

5.5 MERITVE POMIKOV ............................................................................................. 52

5.6 MERITVE SPECIFIČNIH DEFORMACIJ ............................................................. 59

5.7 SOČASNI RAZVOJ DOGODKOV IN SORAZMERJA MED MERJENIMI

KOLIČINAMI ...................................................................................................................... 63

6 SKLEP ............................................................................................................................. 71

6.1 MERITVE IN POJAVI V ČASU MERITEV ........................................................... 71

Page 8: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

VI

6.2 VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON –

UGOTOVITVE IN DOPRINOS MAGISTRSKEGA DELA .............................................. 74

6.3 NAPOTKI ZA NADALJNJE DELO ....................................................................... 75

7 VIRI, LITERATURA .................................................................................................... 76

8 PRILOGE ....................................................................................................................... 79

8.1 NASLOV ŠTUDENTA ................................................................................................... 79

8.2 KRATEK ŽIVLJENJEPIS ............................................................................................... 79

8.3 IZJAVA KANDIDATA ................................................................................................... 80

Page 9: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

VII

UPORABLJENI SIMBOLI

ℎ𝑑 - dejanska napetost svežega betona

𝑍

- dodatek teže betona za sveži beton

ℎ𝑘 - karakteristična napetost svežega betona

𝑉𝑛 - sila prednapenjanja kabla

𝑐

- teža betona

𝑏

- teža svežega betona

𝐹

- varnostni faktor

Page 10: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

VIII

UPORABLJENE KRATICE

AB - armirani beton

AC - avtocesta

DIN - Deutsche Institut für Normung

PC - portlandski cement

S.E.T.R.A. - Service d'Etudes Techniques des Routes et Autoroutes

SIST - Slovenski inštitut za standardizacijo

TSC - tehnične smernice za ceste

Page 11: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

IX

SEZNAM SLIK

Slika 1.1: Podporna konstrukcija opaža izvedena s stolpi (Peri)

Slika 1.2: Podporna konstrukcija opaža mostu čez Gračnico v Jurkloštru, ki je bila

izvedena s tipskimi profili (HEA, HEB…)

Slika 1.3: Podporna konstrukcija opaža izvedena s paličjem (rešetko) na viaduktu Peračica

na gorenjski avtocesti

Slika 2.1: Faze betoniranja v primeru kontinuiranega sistema podporne konstrukcije

(SETRA, 1989)

Slika 2.2: Prikaz dovoljenih (1, 2) in nedovoljenih (3) pomikov podporne konstrukcije

(SETRA, 1989)

Slika 3.1: Podporna konstrukcija iz jeklenih standardnih nosilcev na mostu AC Slivnica –

Gruškovje z vidno vmesno podporo

Slika 3.2: Sovprežna konstrukcija - viadukt Lešnica jug na gorenjski avtocesti (Ponting)

Slika 3.3: Prostokonzolna gradnja – viadukt Črni Kal (Ponting)

Slika 3.4: Pomični odri pri gradnji viadukta Šumljak Rebrnice (Mugerli, 2010)

Slika 3.5: Narivanje mostu čez Muro na AC Vučja vas – Beltinci (Ponting)

Slika 3.6: Tlačne trdnosti betona v odvisnosti od aktivne starosti betona (Rostasy, 1994)

Slika 3.7: Hitrost prehoda ultrazvočnega signala skozi zgoščeni in strjeni beton (Zhang,

2015)

Slika 3.8: Prikaz 5 obdobij hidratacijskega procesa PC v betonu (Trtnik, 2009)

Slika 3.9: Definicija »zelenega betona« in »mladega betona«

Slika 3.10: Tipično razpokan betona zaradi krčenja betona (Basham, 2015)

Slika 3.11: Vzorec razpokanja betona pri 10 cm debelem neobremenjenem betonu (zgoraj)

in obremenjenem betonu (spodaj) po a) 1 mesecu, b) 1 letu, c) 3 letih pri

neenotnem sušenju (Havlásek, 2016)

Page 12: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

X

Slika 3.12: Razvoj napetosti in temperature v betonu v odvisnosti od časa, iz katerega

razberemo, da je maksimum tlačnih napetosti je dosežen pri maksimumu

temperature (Heinzelmann, 2010)

Slika 3.13: Prikaz različnih obdobij betona v povezavi z razvojem temperature in napetosti v

betonu (Formänderung von Beton)

Slika 3.14: Shema prednapenjanja

Slika 3.15: Lončki napolnjeni s peskom služijo kot podpore konstrukcije odra in so

izjemno praktično uporabni v fazi spuščanja odra

Slika 4.1: Izvedba merilcev temperature in specifičnih deformacij z optičnimi vlakni, ki

smo jih uporabili za izvajanje meritev (HBM Fiber Sensing)

Slika 4.2: Princip delovanja optičnih merilcev (prehod – odboj svetlobe), ki smo jih uporabili

za izvajanje meritev (HBM Fiber Sensing)

Slika 4.3: Merilec specifičnih deformacij, ki smo ga uporabljali za izvajanje meritev (levo)

in merilec temperature, ki smo ga uporabljali za izvajanje meritev (desno) (HBM

Fiber Bragg Grating Technology)

Slika 4.4: Štirikanalni dinamični inerrogator, ki smo ga uporabljali za izvajanje meritev –

HBM Industrial BraggMETER

Slika 4.5: Shematski prikaz induktivnega merilnika (HBM Measurement Data Acquisition).

Slika 4.6: Shema sidra s ploščico, ki smo ga z vijaki pritrdili na opaž konstrukcije pred

pričetkom vgrajevanja betona

Slika 4.7: Namestitev induktivnega merilca na od podporne konstrukcije opaža ločeno

samostojno podkonstrukcijo

Slika 5.1: Fotografija objekta, na katerem smo izvajali meritve v fazi izvedbe podporne

konstrukcije in opaža

Slika 5.2: Prerez konstrukcije objekta, na katerem smo izvajali meritve (Gradis, BP

Maribor)

Slika 5.3: Opaž prekladne konstrukcije objekta

Sika 5.4: Podporna konstrukcija objekta iz jeklenih HEB500 nosilcev

Page 13: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

XI

Slika 5.5: Zvezna obtežba betona na podporno konstrukcijo iz jekleni standardnih

nosilcev HEB500

Slika 5.6: Programsko izračunan pomik podporne konstrukcije iz HEB500 pri dani obtežbi

svežega betona na opaž

Slika 5.7: Položaj merilnih mest za meritve temperature, specifičnih deformacij in

vertikalnih pomikov

Slika 5.8: Shema faz vgrajevanja betona po plasteh v konstrukcijo

Slika 5.9: Zbirna vodotesna omarica v katero so speljani optični kabli pritrjena na opaž na

spodnji strani konstrukcije pred pričetkom betoniranja

Slika 5.10: Merilna oprema v kontejnerju ob objektu – od leve proti desni: merilni

ojačevalnik HBM QuantumX MX840A, računalnik s programsko opremo

CATMAN AP 4.02, optični interrogator – Industrial BraggMETER FS22 DI

Slika 5.11: Sprotni grafični prikaz diagramov temperature, ki ga na zaslonu računalnika

omogoča programska oprema CATMAN AP 4.02, s katero smo krmilili

meritve temperature, specifičnih deformacij in pomikov

Slika 5.12: Temperaturni optični senzor v spodnji coni konstrukcije, pritrjen na armaturno

palico konstrukcije – spodaj viden stik betona opornika 1 in opažne površine

prekladne konstrukcije

Slika 5.13: Optični senzor za merjenje specifičnih deformacij pritrjen na armaturni koš v

sredini razpona v spodnji coni prekladne konstrukcije

Slika 5.14: Trije temperaturni optični senzorji – vidna namestitev v spodnji coni, v sredinski

coni in v zgornji coni konstrukcije nad opornikom 1

Slika 5.15: Eden od induktivnih merilnikov pomikov nameščen v sredini razpona konstrukcije.

Skozi luknjo v opažu je v kontaktu s konstrukcijo

Slika 5.16: Graf temperature od pričetka vgrajevanja betona v opaž konstrukcije do

zaključka prednapenjanja

Slika 5.17: Prikaz razvoja temperature v betonu v prvih 60 urah po pričetku vgrajevanja

betona (čas je prikazan v linearnem merilu)

Page 14: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

XII

Slika 5.18: Prikaz razvoja temperature v betonu v prvih 60 urah po pričetku vgrajevanja

betona (čas je prikazan v logaritmičnem merilu)

Slika 5.19: Pomiki konstrukcije od pričetka vgrajevanja betona v opaž konstrukcije do

zaključka prednapenjanja konstrukcije – merjenje pomikov od 26.4.2016 ob

10:10 (začetek vgrajevanja betona v opaž konstrukcije) do 3.5.2016 ob 16.45

(zaključek prednapenjanja)

Slika 5.20: Vgrajevanje I. plasti betona v opaž konstrukcije objekta v sredini razpona

konstrukcije

Slika 5.21: Pomiki konstrukcije od pričetka vgrajevanja betona v opaž konstrukcije do

zaključka betoniranja konstrukcije

Slika 5.22: Prekladna konstrukcija po vgradnji prve plasti betona

Slika 5.23: Deformiran jekleni standardni nosilec HEB500 po zaključku betoniranja

Slika: 5.24: Napenjanje kablov konstrukcije objekta

Slika 5.25: Vrstni red napenjanja kablov iz Protokola prednapenjanja; kabli, označeni z

modro, so bili prednapeti na oporniku 2, kabli, označeni z zeleno, so bili

prednapeti na oporniku 1 (Gradis BP, 2014)

Slika 5.26: Zmanjšanje pomikov konstrukcije od pričetka prednapenjanja konstrukcije do

zaključka prednapenjanja konstrukcije. Iz diagrama je razvidna vsaka sprememba

pomika konstrukcije v sredini razpona zaradi napenjanja posameznega kabla

Slika 5.27: Razvoj specifičnih deformacij od zalitja senzorja specifičnih deformacij z

betonom do zaključka prednapenjanja konstrukcije

Slika 5.28: Specifične deformacije od zalitja senzorja specifičnih deformacij z betonom do

zaključka betoniranja – merjenje specifičnih deformacij od 26.4.2016 ob 11:55 do

26.4.2016 ob 15:45

slika 5.29: Razvoj specifičnih deformacij od zalitja senzorja specifičnih deformacij z

betonom do začetka prednapenjanja konstrukcije

Slika 5.30: Specifične deformacije v času prednapenjanja konstrukcije, vključno z vidnim

vplivom efekta odra

Page 15: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

XIII

Slika 5.31: Diagram spreminjanja temperature in specifičnih deformacij v betonu

konstrukcije od pričetka vgrajevanja betona v opaž konstrukcije - t.j. od

26.4.2016 ob 10:10

Slika 5.32: Meritve specifičnih deformacij in pomikov od vgrajevanja betona v opaž

konstrukcije do zaključka prednapenjanja konstrukcije

Slika 5.33: Vgrajevanje zadnje, III. plasti betona v prekladno konstrukcijo in vibriranje ter

zaglajevanje zadnje plasti z vibrirno desko

Slika 5.34: Povišanje nateznih napetosti in povečanje pomika ob nastanku razpoke v bližini

senzorja specifičnih deformacij oziroma induktivnega merilca pomikov

Slika 5.35: Sorazmeren odnos pomikov in specifičnih deformacij v času prednapenjanja

kablov konstrukcije

Slika 5.36: Vpliv prednapenjanja kablov na specifične deformacije v spodnji coni betona

konstrukcije in pomike konstrukcije na spodnjem robu konstrukcije

Slika 6.1: Končna podoba mosta 5-7 preko potoka Polskava v kraju Tržec pri Ptuju, na

katerem smo izvajali meritve za magistrsko delo

Slika 6.2: Mosta 5-7 preko potoka Polskava v kraju Tržec pri Ptuju – pogled na

prekladno konstrukcijo z žabje perspektive

Page 16: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 1

1 UVOD

1.1 OPREDELITEV PROBLEMA

Pri gradnji betonskih monolitnih premostitvenih objektov velikih razponov je v praksi

običajno, da izvajamo opaženje z opažnimi ploščami in nosilci, ki ležijo na tipski ali

netipski statično preverjeni podporni konstrukciji oziroma opažnem odru. Osnova

opažnega odra so v sodobnem gradbeništvu običajno jekleni standardizirani elementi,

stebri, nosilci ali jeklena paličja.

Najbolj običajni premostitveni objekti, ki jih vsakodnevno najpogosteje srečujemo v

našem okolju, so mostovi nad vodotoki razpona do nekaj 10 metrov, nadvozi nad

avtocestami, nadvozi nad železniškimi progami ipd. V praksi za to vrsto objektov

uporabljamo sledeče podporne konstrukcije:

- Opažni stolpi – so najpogosteje uporabljene podporne konstrukcije oziroma odri

za manjše premostitvene objekte. Njihova slabost je, da z njimi ne moremo

premagovati večjih razponov, zato se običajno uporabljajo za izvajanje novih

premostitvenih objektov, ki so na suhem in pod njimi ni potrebe po nobenem

prehodu. Dobra lastnost je, da so opažni stolpi postavljeni drug ob drugega in da

je vsak zase postavljen direktno na nosilna tla. Zaradi navedenega se obremenitev

sveže betonske mase pri betoniranju konstrukcije prenaša preko opažnih stolpov

direktno na tla in takšna podporna konstrukcija ni podvržena večjim

deformacijam.

Page 17: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 2

Slika 1.1: Podporna konstrukcija opaža izvedena s stolpi (Peri).

- Tipski hladno oziroma vroče valjani profili (HEA, HEB…) – so najpogosteje

uporabljeni kot podporna konstrukcija za premostitvene objekte nad vodotoki in

nad prometnimi žilami. Njihova slabost je, da zaradi relativno majhne statične

višine prihaja do dokaj velikih pomikov vsled velikih obremenitev sveže betonske

mase konstrukcije. Jeklene nosilce kot podporno konstrukcijo položimo na začasne

podpore ali jih sidramo v opornik novozgrajene konstrukcije. Nosilce moramo

medsebojno dobro povezati, da dosežemo čim večjo togost.

Page 18: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 3

Slika 1.2: Podporna konstrukcija opaža mostu čez Gračnico v Jurkloštru, ki je bila

izvedena s tipskimi profili (HEA, HEB…).

- Paličja (rešetke) – so manj pogosto uporabljene podporne konstrukcije, saj so

predvidene za premostitvene objekte večjih razponov. Običajno takšne podporne

konstrukcije, v kolikor so na suhem, izvedemo s podpornimi stolpi. V kolikor so

nad vodotoki ali pod prometom, pa se v praksi običajno uporabi kakšna

zahtevnejša tehnologija izvedbe - npr. narivanje ali prostokonzolna gradnja - ali se

izvede podporna konstrukcija s standardnimi nosilci, ki so zaradi omejenih

razponov postavljeni na začasne vmesne podpore. Princip izvedbe paličja je

podoben izvedbi s standardnimi jeklenimi nosilci.

Page 19: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 4

Slika 1.3: Podporna konstrukcija opaža izvedena s paličjem (rešetko) na viaduktu

Peračica na gorenjski avtocesti.

Magistrsko delo obravnava primer izvedbe opažnega odra oziroma podporne konstrukcije

opaža iz standardnih jeklenih nosilcev za armiranobetonsko prednapeto premostitveno

konstrukcijo. Takšna tehnologija izvedbe opažnega odra je med najpogosteje

uporabljenimi, saj se običajno uporablja pri gradnji premostitvenih objektov manjših

razponov nad vodotoki ali pri izvedbi premostitvenih objektov nad prometnimi potmi, ki

so kljub gradnji premostitvenega objekta pod stalnim prometom. Pri vgrajevanju sveže

betonske mešanice v opaž konstrukcije, se takšna jeklena podporna konstrukcija prične

deformirati. V času vgrajevanja betonske mešanice prihaja na podporni konstrukciji

zaradi teže svežega betona do izredno velikih obremenitev, ki povzročajo velike pomike

podporne konstrukcije.

Betoniranje velikega premostitvenega objekta traja daljše časovno obdobje – tudi do

10 ur, saj je potrebno v enem taktu betoniranja vgraditi več sto kubičnih metrov betona.

Tehnologija vgrajevanja betona v takšnem primeru predvideva vgrajevanje betona v

več plasteh. Ker je čas vgrajevanja betona dolg, lahko v tem času v začetno vgrajeni

plasti prihaja do različnih sprememb betona: zgoščevanja, poviševanja temperature,

pričetka kristalizacije, pričetka strjevanja in večanja modula elastičnosti. Novovgrajene

Page 20: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 5

plasti betona na predhodno vgrajene plasti betona, ki so že v fazi različnih sprememb,

povzročajo obremenitve, in s tem možnost nastanka razpok v prvovgrajenih plasteh

betona.

Običajno pravilo stroke pravi, da posamezne sloje vgrajene betonske mešanice

povezujemo z revibracijo. Pri tem se nam zastavlja vprašanje, kako revibracija in

deformacije betona zaradi lastne teže novovgrajenih plasti betona vplivajo na razvoj

trdnostnih karakteristik betona.

Običajno glede na tehnologijo vgrajevanja betona v mostno konstrukcijo prereza višine do

1 m beton vgrajujemo v treh plasteh. Vsekakor vsaka naslednja plast betona, ki jo

vgradimo na predhodno vgrajeno plast pomeni dodatno obremenitev predhodne plasti. Pri

tem se obremenitev zaradi lastne teže betona vsake izmed plasti prenaša na jekleno

podporno konstrukcijo. Ta se zaradi vsake dodatno naložene mase betona deformira. Za

pomik podporne konstrukcije, ki nastane zaradi deformacije podporne konstrukcije iz

naslova lastne teže betona, projektant konstrukcije določi potrebno vrednost nadvišanja

podporne konstrukcije. Nadvišanju zaradi pomika podporne konstrukcije dodamo še

nadvišanje podporne konstrukcije zaradi pomika novozgrajene konstrukcije po odstranitvi

podporne konstrukcije. Magistrsko delo želi odgovoriti na vprašanje, ali pomik podporne

konstrukcije, ki pri razponih podporne konstrukcije do 20 m v sredini razpona znaša tudi

5 cm, škodi prvovgrajeni plasti betona in povzroča v prvovgrajeni plasti betona trajne

razpoke ali pretrganje vzpostavljenih kemičnih vezi v betonu.

1.2 TEZA MAGISTRSKEGA DELA

V opredelitvi problema smo zapisali, da so predmet obdelave magistrskega dela podporne

konstrukcije oziroma opažni odri izvedeni iz standardnih jeklenih nosilcev, ki se zaradi

razponov, ki jih premoščajo, ob obremenitvi sveže betonske mase, ki jo nanašamo v opaž

podporne konstrukcije, deformirajo. Tehnologija izvedbe takšnih podpornih konstrukcij je

v praksi gradnje premostitvenih objektov pogosto uporabljena in preverjena. Že pred

izvajanjem dejanskih meritev na konkretnem premostitvenem objektu smo predvidevali, da

ne bomo ugotovili, da je uporaba takšnih podpornih podkonstrukcij neustrezna v smislu

škodljivosti za beton konstrukcije. Vendar obstaja dvom o škodljivosti pomikov podporne

Page 21: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 6

konstrukcije za beton konstrukcije, saj strokovna literatura, kjer so strjevanje betona merili

z akustičnimi metodami, navaja, da se strjevanje betona prične kmalu po začetku

hidratacije. Trdnost betona je v začetni fazi strjevanja betona težko meriti, zato so bili

uporabljeni razni principi merjenj, ki so se z meritvami izvedenimi v okviru

eksperimentalnega dela pri tem magistrskem delu pokazali za manj primerne.

Page 22: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 7

2 PREGLED STANJA

Informativna nota S.E.T.R.A. iz Francije določa omejitev deformacij začasnih podpornih

konstrukcij pod težo svežega betona. V času izvedbe so betonske konstrukcije v splošnem

podprte z vertikalnim podprtjem. V večini primerov gre za podporne stolpe ali za

horizontalne nosilce, ki imajo omejeno število podpornih elementov. Glavno vprašanje je,

kako omejiti deformacije provizoričnih podpornih konstrukcij med betoniranjem, ko je na

njih obremenitev največja. V splošnem je v Franciji določena omejitev pomika podporne

konstrukcije na 2 cm. Neizbežno je, da bi v primeru, da to pravilo ostane v veljavi za

majhne razpone to povzročilo prevelike omejitve za večje razpone.

Izkušnje kažejo, da je potrebno omejiti pomike podorne konstrukcije zaradi teže svežega

betona, da se izognemo težavam pri nadaljnjih korakih gradnje, in sicer zaradi naslednjih

razlogov:

a) Nastajanje razpok v betonu

Razen v primeru manjših gradenj, kjer ni uporabljenega veliko betona za betoniranje

celega prereza, je v splošnem nemogoče izvesti betoniranje celotne konstrukcije brez

vgrajevanja betona v plasteh. Iz tega izhaja, da lahko pretiran pomik podporne konstrukcije

povzroči nastajanje razpok v betonu, ki je bil vgrajen v prejšnji plasti, in nižjo sprijetost

novovgrajenega betona z betonom iz prejšnje plasti. Nastajanje razpok je še posebej

značilno pri svežem betonu, v prvih urah po ulivanju. To je kritično obdobje betona, ko je

njegova trdnost in s tem njegova odpornost na deformacije na nizki ravni. Naš interes je,

da v kritičnem obdobju ne prihaja do natezanja v betonu. Pri tem je nujno potrebno določiti

faze betoniranja. Kot je bilo že omenjeno, je potrebno v primeru večjega prereza

konstrukcije maso svežega betona nalagati v več plasteh. V primeru izvedbe podporne

konstrukcije z večjimi, bodisi s stalnimi, bodisi z vmesnimi podporami, je potrebno maso

svežega betona nalagati na način, da se izognemo delovanju čim večjih upogibnih

momentov na podporno konstrukcijo.

Page 23: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 8

Slika 2.1: Faze betoniranja v primeru kontinuiranega sistema podporne konstrukcije

(SETRA, 1989).

b) Skladnost z odstopanji

Pri velikih deformacijah kontinuiranega sistema podporne konstrukcije nastaja precejšnja

negotovost zaradi pomikov, ki se pojavijo nad stalnimi ali začasnimi podporami. Slednje

lahko preprečimo na način, da precizno in pravilno izberemo potrebne profile podporne

konstrukcije tako v vzdolžni kot v prečni smeri in na način, da pravilno nalagamo plasti

sveže betonske mase.

c) Posebne težave pri prednapetih betonskih konstrukcijah

Pri prednapetih konstrukcijah lahko velike deformacije podporne konstrukcije povzročijo

velike motnje v zvezi z napetostjo kablov. Prednapenjanje kablov povzroča natezne

napetosti v zgornji coni konstrukcije. S prednapenjanjem kablov konstrukcije obenem

razbremenjujemo podporno podkonstrukcijo, ki želi po razbremenitvi nazaj v prvotno

stanje. V zgornji osi konstrukcije pride do dvojne obremenitve, ki povzroča za nastajanje

razpok nevarne natege, in sicer napenjalna sila v kablih in sila podporne konstrukcije, ki po

razbremenitvi deluje navzgor.

Priporočilo iz note je, da posebni varnostni ukrepi niso potrebni, v kolikor vpliv svežega

betona ne povzroči pomika podporne konstrukcije večje od l/2000 + 2 cm, pri čemer l

pomeni dolžino razpona podporne konstrukcije.

V vsakem primeru je potrebno pri podporni konstrukciji upoštevati sledeče:

- profil (vrsto) konstrukcije,

Page 24: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 9

- deformacijo podporne konstrukcije pod lastno težo in pod težo svežega betona pred

odstranitvijo podporne konstrukcije,

- pomik prazne konstrukcije v uporabi, to je dolgoročna deformacija pod vplivom

stalnega tovora in pod vplivom prednapetja, če je bilo izvedeno.

Dovoljeni pomik podporne konstrukcije je prikazan na sliki 2.2, kjer imamo 3 območja, in

sicer:

- krivulja 1 predstavlja krivuljo l/2000 + 2 cm

- krivulja 2 predstavlja krivuljo l/300

Slika 2.2: Prikaz dovoljenih (1, 2) in nedovoljenih (3) pomikov podporne konstrukcije

(SETRA, 1989).

V območju 1 so pomiki podporne konstrukcije, ki jih ni potrebno preverjati oz. ni potrebno

izvajati posebnih ukrepov. Zahteva se le upoštevanje predpisov, ki veljajo za gradnjo.

V območju 3 so pomiki, ki niso v nobenem primeru dovoljeni in se jih je potrebno

izogibati.

V območju 2 so dovoljeni pomiki, vendar je potrebna posebna preverba in so potrebni

posebni varnostni ukrepi. Ti se nanašajo predvsem na ustrezno postopanje pri prednapetih

Page 25: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 10

betonskih konstrukcijah, da se omeji natezne napetosti v betonu in s tem nastajanje razpok,

tako da se spremeni napetostno stanje v betonu na način, da so natezne napetosti izničene

ali zmanjšane na ustrezni nivo (SETRA, 1989).

Page 26: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 11

3 TEORETIČNE OSNOVE

3.1 OPAŽNA PODPORNA KONSTRUKCIJA MOSTOV

Opaž je kalup, ki daje obliko betonski konstrukciji. Opaž ostane del konstrukcije, dokler ni

dosežena takšna trdnost betona, da opaž lahko odstranimo. Zagotovljena mora biti tesnost

opaža in takšna izvedba opaža, da v fazi vgrajevanja betona ne pride do njegove

deformacije. Tisti del opaža, ki se nahaja pod opažno površino, imenujemo opažna

podporna konstrukcija. Ta mora biti izvedena dovolj togo, da ne pride do njene lokalne

deformacije in posledično nastanka trebušastih področij betonske površine (Bučar, 1997).

Opažno podporno konstrukcijo imenujemo tudi nosilni oder. Njegova naloga je, da prenese

obtežbo, ki nastane v času betoniranja, na nosilna tla. Razlikujemo vertikalne podporne

elemente odra (stebri, stolpi) in horizontalne podporne elemente odra (paličja, nosilci,

rešetke) (Zrim, 2015).

Opaž s svojo podkonstrukcijo mora biti takšen, da prenese pritisk svežega betona. Težo

betonov po DIN 1055 določimo na način, da teži betona 𝛾𝑐 = 25 kN/m³ prištejemo še 𝛾𝑧 =

1 kN/m³ za sveži beton oziroma upoštevamo težo svežega betona 𝛾𝑏 = 26 kN/m³.

Za opažne konstrukcije in podpore kot tudi sidra v skladu z DIN 18218 določimo pritisk

svežega betona kot karakteristično vrednost 𝛾ℎ𝑘. Za izračun opažnih konstrukcij, podpor in

sider upoštevamo pritisk svežega betona kot lastno težo, in sicer:

𝜎ℎ𝑑 = 𝛾𝐹 ∙ 𝜎ℎ𝑘 (3.1)

pri čemer je 𝛾𝐹 delni varnostni faktor, ki znaša za lastno težo 1,35, medtem ko za druge

obtežbe 1,50.

Pri betonskih mostovih razlikujemo več sistemov gradnje in s tem povezanih več tipov

opažnih podpornih konstrukcij:

Page 27: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 12

Podporne stolpe uporabljamo za nosilne konstrukcije betonskih mostov z nizko višino nad

suhim terenom. Podporne stolpe stroškovno ugodno in učinkovito izdelamo s pomožnim

odrom. Pomožni oder je pomožna konstrukcija, ki jo v gradbeništvu uporabljamo zlasti pri

gradnji mostov za oblikovanje materiala in sistemov.

Podporne konstrukcije iz standardnih jeklenih nosilcev uporabljamo za nosilne

konstrukcije betonskih mostov z manjšimi razponi nad mokrim ali nedostopnim terenom.

Podporna konstrukcija je običajno izdelana iz jeklenih polnih nosilcev ali jeklenega paličja.

V primeru večjih razponov je potrebno izdelati vmesne podpore.

Slika 3.1: Podporna konstrukcija iz jeklenih standardnih nosilcev na mostu AC Slivnica

– Gruškovje z vidno vmesno podporo.

Sovprežni mostovi so konstrukcije v kombinaciji z vzdolžnimi nosilci iz jekla in s ploščo

vozišča iz obodnega betona z uporabo moznikov z glavo, s čimer dosežemo sovprežno

delovanje betona in jekla. Tovarniško predizdelani vzdolžni nosilci mostov lahko bistveno

skrajšajo čas gradnje. Omogočajo stroškovno ugodne konstrukcijske rešitve z dolgo

življenjsko dobo in manj zahtevnim vzdrževanjem, zato sega področje uporabe sovprežnih

mostov od majhnih nadvozov do velikih viaduktov, ki premoščajo doline.

Page 28: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 13

Slika 3.2: Sovprežna konstrukcija - viadukt Lešnica jug na gorenjski avtocesti (Ponting).

Prostokonzolna gradnja je primerna za gradnjo visokih mostov večjih razponov - od

70 m do 250 m. Taki mostovi premoščajo visoke doline in težko dostopne lokacije. Pri

prostokonzolni gradnji odseke mostu betoniramo sukcesivno s stebra (glave stebra) s

pomočjo para vozičkov za prostokonzolno gradnjo, ki nosita opaž, armaturo in sveži beton.

Betoniranje poteka po segmentih, v katere vgrajujemo po nekaj deset kubičnih metrov

betona, saj so odseki betoniranja praviloma dolgi le med 3 m in 5 m. Običajno betoniranje

pri prostokonzolni gradnji izvajamo s stebra skoraj simetrično v obe smeri, da ne pride do

prevelikih upogibov stebra. Prekladna konstrukcija takšnega mostu je običajno škatla

pravokotnega ali trapeznega prereza.

Page 29: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 14

Slika 3.3: Prostokonzolna gradnja – viadukt Črni Kal (Ponting).

Pomične odre uporabljamo pri izdelavi prekladnih konstrukcij mostov. Delo s pomičnimi

odri praviloma poteka po odsekih na dodatnih nosilcih, premičnih v vzdolžni smeri, brez

vmesnih podpor med stebri mostu. Praviloma uporabljamo pomične odre zlasti za gradnjo

kontinuirnih mostov preko 7 polj in več, za premostitev globokih dolin, pri težavnem

dostopu do območja gradnje (npr. zaščitena naravna območja, vode) in pri premostitvah

prometnih poti.

Slika 3.4: Pomični odri pri gradnji viadukta Šumljak Rebrnice (Mugerli, 2010).

Page 30: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 15

Pri postopku narivanja povezano konstrukcijo gradimo po odsekih za opornikom na kraju

izdelave posameznega odseka v t.i. delavnici, ki jo postavimo na enem bregu mostu.

Prednapete armiranobetonske elemente, ki jih po segmentih izdelujemo na enem bregu v

delavnici sproti narivamo s pomočjo posebne konstrukcije (jeklenega narivnega kljuna) z

ene brežine na drugo. Izdelan odsek (»takt«) skupaj s predhodno izdelanimi odseki

»narinemo na opornik«, nato izdelamo naslednji odsek. Postopek uporabljamo zlasti pri

daljših mostovih z ravno niveleto, ki tlorisno potekajo v premi ali krožnem loku, ali pa

imajo konstantno vertikalno zaokrožitev in tlorisno potekajo v premi. Pri nekonstantnem

radiju v tlorisu ali pri hkratni vertikalni in horizontalni zaokrožitvi izvedba po tej

tehnologiji ni mogoča ali pa predstavlja izjemno zahteven tehnološki problem, ki zahteva

inovativne inženirske rešitve. Hitrost gradnje takšnega mostu je predvsem odvisna od

dolžine segmentov, ki jih pripravljamo v delavnici.

Slika 3.5: Narivanje mostu čez Muro na AC Vučja vas – Beltinci (Ponting).

Ločni mostovi so gotovo najbolj impresivna oblika konstrukcije mostov. V globoko

zarezanih dolinah pretežno uporabljamo konstrukcijsko obliko ločnih mostov.

Page 31: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 16

Najpogostejše metode izvedbe ločnih mostov so s tehnologijo prostokonzolne gradnje in

uporabo klasičnih pomožnih odrov (Doka, Mekić, 2010, Pančur, 2011).

3.2 ZGOŠČEVANJE IN STRJEVANJE BETONA

V kemiji cementa termin hidratacija pomeni spremembe, ki se zgodijo, ko cement

zmešamo z vodo. Po tem se pričnejo odvijati zapletene kemične reakcije. Zmes cementa in

vode ob prisotnosti mineralnega agregata spreminja svoje stanje od visoko viskozne

tekočine do materiala z visoko tlačno trdnostjo. Proces imenujemo v prvi fazi zgoščevanje

betona, ki pomeni značilno večanje gostote betona (Wischers, 1981). Z večanjem tlačne

trdnosti betona, ki se prične odvijati v nekaj urah po začetku hidratacije, pa se prične

proces strjevanja betona. V času hidratacije nastajajo različni hidratacijski produkti, ki so

odvisni predvsem od:

- vodocementnega razmerja,

- deleža mineralnega agregata,

- temperature sveže betonske mešanice,

- zunanje temperature,

- vrste cementa,

- vlažnosti in

- debeline prereza, v katerega vgrajujemo beton (Taylor, 1997).

Hidratacijo lahko razdelimo na tri stopnje, in sicer:

- 1. stopnja hidratacije

Do cca. 4 – 6 h po dodajanju vode cementu se začnejo oblikovati komaj opazne

količine kalcijevega hidroksida in trisulfata. Do tega časa se ne odvijajo nobene

kemijske reakcije. Na površju se pričnejo oblikovati fine iglice.

- 2. stopnja hidratacije

Od 4 – 6 h do 24 h po dodajanju vode cementu se nadaljuje oblikovanje trisulfata in

kalcijevega silikata. Pri tem nastajajo kristali, ki tvorijo trdno strukturo.

Page 32: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 17

- 3. stopnja hidratacije

Po preteku enega dne od dodajanja vode cementu rastejo kristali samo še v vrzelih,

ki so še ostale. S tem se struktura vedno bolj zapolnjuje, trdnost se še samo

povečuje (Locher, 1976).

V teoriji je splošno znano, da beton doseže svojo ciljno tlačno trdnost po 28 dneh. Slika 3.6

prikazuje razvoj tlačne trdnosti betona v odvisnosti od aktivne starosti betona pri

temperaturi 20 ºC. Iz slike 3.6 razberemo, da beton doseže polovico svoje ciljne tlačne

trdnosti po 3 dneh, medtem ko doseže 70 % svoje ciljne trdnosti po 7 dneh.

Slika 3.6: Tlačne trdnosti betona v odvisnosti od aktivne starosti betona (Rostasy, 1994).

Okrog 95 % portlandskega cementa sestavljajo v kombinaciji štirje oksidi, in sicer žagano

apno (CaO), kvarc (SiO₂), glinica (Al2O3) in železov oksid (Fe₂O₃) (Popovics, 1992).

Zgoščevanje in nato strjevanje betona poteka v prvih urah zelo počasi, kasneje hitreje.

Prevoj krivulje strjevanja betona in s tem maksimum hitrosti zgoščevanja je nekje med 6 in

12 urami.

Page 33: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 18

V strokovni literaturi poznamo različna poimenovanja betona glede na njegovo starost.

Sveži beton je beton, v katerem se še ni pričel postopek zgoščevanja. Beton v času od

vgrajevanja v opaž konstrukcije do prevoja krivulje strjevanja betona imenujemo »grüner

Beton« oz. »zeleni beton«. S terminom »junger Beton« oz. »mladi beton« imenujemo

beton od prevoja krivulje strjevanja naprej vse do takrat, ko temperatura v betonu ne prične

padati (Thienel, 2008).

Proces hidratacije ni konstanten. Zgoščevanje in strjevanje betona lahko spremljamo z

akustično metodo, z ultrazvočnimi valovi s frekvenco nad 20 kHz. V primeru meritev

strjevanja betona z akustično metodo morata biti v betonu nameščena dva senzorja na

razdalji 10 cm, pri čemer prvi senzor oddaja ultrazvočne signale, drugi jih sprejema.

Merjena je hitrost prehoda ultrazvočnega signala med obema senzorjema v času strjevanja

betona. Na osnovi odčitanih meritev se izdela diagram hitrosti prehoda ultrazvočnih valov

skozi beton v m/s v odvisnosti od časa. Iz slike 3.7 lahko razberemo, da je hitrost prehoda

ultrazvočnih valov odvisna od vodocementnega faktorja in dodatkov cementu (Zhang,

2015).

Slika 3.7: Hitrost prehoda ultrazvočnega signala skozi zgoščeni in strjeni beton (Zhang,

2015).

Page 34: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 19

Kot se bo izkazalo v nadaljevanju magistrskega dela, rezultati, ki prikazujejo prehod

ultrazvočnega signala skozi sveži beton, ne odražajo dejanskega strjevanja betona, temveč

se hitrost prehoda ultrazvočnega signala skozi beton poveča že zaradi zgoščevanja betona.

Ločimo pet obdobij hidratacijskega procesa PC v betonu, in sicer glede na sliko 3.8:

Obdobje 1 imenujemo predindukcijsko obdobje in traja prvih nekaj minut po stiku cementa

in vode. Sledi obdobje 2, ki ga imenujemo obdobje mirovanja. Naslednje je obdobje 3, v

katerem je hidratacijski proces najintenzivnejši. Sledi mu obdobje 4, kjer hitrost

hidratacijskega procesa pada in na koncu obdobje 5, kjer se hidratacijski proces skoraj

umiri (Schindler, 2002, Trtnik, 2009).

Slika 3.8: Prikaz 5 obdobij hidratacijskega procesa PC v betonu (Trtnik, 2009).

Page 35: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 20

V času od konca vgradnje betona do prevoja krivulje strjevanja betona je beton mogoče

preoblikovati, posledice preoblikovanja zaznamo le v rahlih napetostih. Prevojna točka

krivulje strjevanja betona sovpada z minimumom krivulje specifičnih deformacij. V

področju do prevoja krivulje, kjer beton preide iz plastičnega v visokoelastično stanje, so

posledice preoblikovanja betona še najnižje. Ta točka je časovno definirana kot mejna

točka oz. točka pričetka strjevanja betona.

Slika 3.9: Definicija »zelenega betona« in »mladega betona«.

T.i. »mladi beton« je občutljiv na natezne obremenitve, prehitro izsuševanje, na natezne

napetosti zunanjih slojev zaradi ekspanzije jedra pri prevelikem segrevanju zaradi

sproščanja hidratacijske toplote in krčenja, zato je v tem času zelo pomembna njegova

nega. Izsušitev betona pomeni konec hidratacije, spremembe temperature povzročajo

razpoke in zunanje vibracije škodijo mikrostrukturi ter povzročajo razpoke (Thienel,

2008).

3.3 REOLOGIJA BETONA, KRČENJE, LEZENJE

Reološke lastnosti svežega betona vplivajo na njegovo vgradljivost in sposobnost

zgoščevanja. Že klasični beton je kompleksna suspenzija delcev. V zadnjih letih pa se

srečujemo še z vključevanjem mineralnih dodatkov, sekundarnih surovin in različnih

kemijskih dodatkov. Z raziskavami lahko v betonu določimo statično strižno in dinamično

Page 36: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 21

strižno napetost na meji tečenja svežega betona ter plastično viskoznost betona (Hočevar,

2015).

Krčenje in lezenje betona sta zapletena, medsebojno povezana in zelo pomembna pojava v

betonu. Krčenje je napetostno neodvisen časovni pojav, medtem ko je lezenje napetostno

odvisen časovni pojav (Lopatič, 2012).

Slika 3.10: Tipično razpokan betona zaradi krčenja betona (Basham, 2015).

Krčenje betona se v betonu odraža kot zmanjšanje volumna betona v odvisnosti od časa in

se pojavlja v glavnem zaradi sušenja betona. Iz slike 3.10 je razvidno tipičnen nastanek

razpok v betonu zaradi krčenja betona in neustrezne nege betona. Zanimivi so izsledki

raziskav, ki kažejo, da je krčenje betona zelo odvisno od zunanje vlage oz. vlažnosti

medija, v katerem se beton nahaja, vendar korelacija dokazano ni linearna. Na krčenje prav

tako pomembno vpliva prerez betonske konstrukcije. Krčenje pravokotnega prereza stene

je večje kot krčenje kvadratnega stebra pri enaki površini preseka (Zou, 2014).

Lezenje betona je plastični pojav v betonu zaradi obremenitev betona z dolgotrajnejšo

obtežbo. Ločimo dve vrsti lezenja betona, in sicer osnovno lezenje ter lezenje v fazi

sušenja betona. Osnovno lezenje se pojavlja v cementni pasti v fazi razporejanja vodnih

Page 37: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 22

molekul v kapilarnih porah. Zaradi nastajanja mikro razpok v kontaktni coni agregata in

cementne paste nastaja osnovno lezenje betona. Za nas bolj zanimivo je lezenje betona v

fazi njegovega sušenja. Zaradi vnosa tlačnih napetosti spremljamo premikanje vode v

kapilarnih porah (Shariq, 2016). Lezenje betona je glede na velikost dolgotrajne obtežbe in

njeno trajanje lahko reverzibilno, kar pomeni, da se po prenehanju delovanja obtežbe beton

vrne v prvotno stanje, ali ireverzibilno, kar pomeni, da po prenehanju delovanja obtežbe

beton ostane trajno deformiran.

Krčenje in lezenje sta dolgotrajna pojava v betonu, ki sta oba neposredno povezana s

spreminjanjem vlage v betonu in nastajanjem mikro razpok. Pojav krčenja in lezenja

betona je posebej pomemben pri armiranih in prednapetih betonih. Pri linijskih betonskih

konstrukcijah se krčenje betona v samem betonu odraža kot povišanje tlačnih napetosti

betona. Na sliki 3.11 je prikazan nastanek razpok v betonu po 1 mesecu, 1 letu in 3 letih v

neobremenjenem in obremenjenem betonu (Havlásek, 2016).

Slika 3.11: Vzorec razpokanja betona pri 10 cm debelem neobremenjenem betonu

(zgoraj) in obremenjenem betonu (spodaj) po a) 1 mesecu, b) 1 letu, c) 3 letih pri

neenotnem sušenju (Havlásek, 2016).

Neobremenjeni

beton

Obremenjeni

beton

1 mesec 1 leto 3 leta

Page 38: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 23

3.4 RAZVOJ TEMPERATURE IN NAPETOSTI

Pri zgoščevanju in strjevanju betona je temperatura betona zelo pomemben faktor.

Obstajajo številne študije, kako temperatura vpliva na lastnosti betona kot so tlačna trdnost,

avtogene deformacije, relativne spremembe vlage, krčenje in lezenje betona. Rezultati

spremljanja lastnosti betona v laboratorijskem okolju se lahko bistveno razlikujejo od

dejanskih lastnosti betona, ki je vgrajen v naravnem okolju (Peng, 2015).

Poleg krčenja betona povzroča razpoke v betonu toplota, ki se sprošča v času hidratacije. V

izogib nastajanja nepotrebnih razpok je potrebno skrbno predvidevati razvoj temperature in

napetosti v zgodnjem obdobju samega betona. Specifične deformacije je v zgodnjem

obdobju betona težko meriti. Beton mora namreč biti že ustrezno trden, da jih po običajnih

metodah (merilni lističi) lahko izmerimo (Azenha, 2009).

V zgodnjem obdobju betona je modul elastičnosti precej majhen. S povečevanjem modula

elastičnosti se zmanjšuje lezenje betona. Zaradi povečevanja temperature v času hidratacije

se zaradi ekspanzije v notranjosti betona pojavijo tlačne napetosti. V zunanjih plasteh se

beton krči in tam prihaja do nateznih napetosti. V praksi za preprečevanje temperaturnih

nihanj uporabljamo različne metode gretja ali hlajenja agregata za betone oziroma različne

metode nege betona v smislu hlajenja in gretja betona po vgradnji v konstrukcije. Pri

velikih betonskih konstrukcijah je potrebno spremljati temperaturo betona od vgradnje do

konca strjevanja. Razpoke, ki nastanejo v tem času, so lahko nevidne prostemu očesu,

vendar v času uporabe narastejo in s tem poslabšajo kakovost betona (Schackow, 2016).

V fazi strjevanja betona, se temperatura betona povečuje, večati se začne modul

elastičnosti in pojavijo se tlačne napetosti. Višje začetne temperature betona navedene

procese pospešijo, medtem ko jih nižje zavirajo. V času poviševanja temperature v betonu,

ko tlačne napetosti naraščajo, je togost betona še nizka. Tlačne napetosti, ki nastanejo v

betonu ob poviševanju temperature so nizke in rastejo nekoliko z zamikom za rastjo

temperature. Po določenem času (cca. 24 urah) temperatura betona doseže maksimum.

Sledi ohlajevanje betona. V tej fazi tlačne napetosti v betonu začnejo padati. V

nadaljevanju procesa ohlajevanja betona se togost betona povečuje, v določeni točki so

napetosti nič, oziroma tlačne napetosti preidejo v natezne napetosti, ki ob prekomernem

povišanju vodijo do nastanka razpok. V teoriji v fazi zgoščevanja in strjevanja betona

lahko govorimo o dveh točkah, kjer so napetosti enake nič (slika 3.12).

Page 39: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 24

Slika 3.12: Razvoj napetosti in temperature v betonu v odvisnosti od časa, iz katerega

razberemo, da je maksimum tlačnih napetosti dosežen pri maksimumu temperature

(Heinzelmann, 2010).

V večjih (bolj masivnih) prečnih prerezih betona je povišanje temperature betona višje kot

v tankih prečnih prerezih. Tudi celoten proces ohlajevanja betona v večjih prerezih betona

poteka dlje. Pri tankih prečnih prerezih do cca. 0,30 m so napetosti v betonu tako majhne,

da jih lahko zanemarimo (Heinzelmann, 2010).

Sveži beton imenujemo beton v območju označenem z 1 na sliki 3.13. »Zeleni beton«

imenujemo beton v območju označenem z 2 na sliki 3.13. V tej fazi v betonu ni nobenih

napetosti, temperatura betona prične počasi naraščati. Po prevoju krivulje temperature v

odvisnosti od časa pričnejo naraščati tlačne napetosti v betonu in temperatura se hitro

povišuje, modul elastičnosti je še majhen. Beton v tej fazi imenujemo »mladi beton«. Po

ponovnem prevoju krivulje temperature v odvisnosti od časa – temperatura doseže

maksimum in se prične zniževati, napetosti v betonu iz tlačnih začnejo prehajati v natezne.

Modul elastičnosti ves čas narašča. Beton v fazi 4 na sliki 3.13 imenujemo starejši beton

oz. v fazi 5 zreli beton.

Page 40: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 25

Slika 3.13: Prikaz različnih obdobij betona v povezavi z razvojem temperature in napetosti

v betonu (Formänderung von Beton).

Spreminjanje temperature v betonu v času hidratacije je odvisno od zunanje temperature in

temperature svežega betona (Rostasy, 1994).

3.5 PREDNAPENJANJE

Pri betonu znaša natezna trdnost približno 1/10 njegove tlačne trdnosti. Običajno je beton

ojačen z armaturo, da lahko prevzema natezne napetosti, ki se pojavljajo v natezni coni

prereza.

Page 41: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 26

S prednapenjamem dosežemo, da napetosti v betonskem prerezu ostanejo v mejah tlačne in

natezne trdnosti betona. Takšno stanje dosežemo z vnosom zunanjih sil v konstrukcijo

preko prednapetih palic, vrvi ali žic, s čimer zmanjšamo ali celo izničimo natezne napetosti

in zato omejimo oziroma celo popolnoma preprečimo nastajanje razpok v betonskem

prerezu in dosežemo sodelovanje celotnega prereza. Prednapete konstrukcije so glede na

klasične armiranobetonske konstrukcije lahko vitkejše. S tem je poraba betona manjša,

prav tako je potrebno v takšne konstrukcije vgraditi manj armature. Prednapete

konstrukcije so v primerjavi z ekvivalentnimi armiranobetonskimi konstrukcijami iz

razloga manjše porabe materiala lažje in bolj nosilne.

Slika 3.14: Vpliv prednapenjanja na napetostno stanje v sredini razpona prostoležečega

nosilca.

Page 42: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 27

Glede na čas prednapenjanja oziroma glede na način prenosa napenjalne sile z jekla na

beton ločimo predhodno oziroma adhezijsko prednapenjanje ter naknadno prednapenjanje.

Predhodno napenjanje v glavnem srečujemo v obratih proizvodnje prefabririranih

prednapetih armiranobetonskih elementov. Naknadno prednapenjanje uporabljamo na

gradbiščih. Pri naknadnem prednapenjanju so kabli položeni v posebnih ceveh, ki so zalite

v beton ali jih vodimo izven betona. Če so cevi za kable položene v beton lahko kable

injektiramo in zagotovimo sprijemljivost med betonom in kabli ali jih zalijemo z mastjo in

tako sprijemljivosti med kabli in betonom ne zagotovimo (Kampl, 2009).

3.6 EFEKT ODRA

Efekt odra je pomemben pojav pri prednapetih armiranobetonskih konstrukcijah, kateremu

je potrebno posvečati posebno pozornost, kadar so deformacije opažnega odra oz.

podporne konstrukcije večje. Masa svežega betona znatno deformira podporno

konstrukcijo, predvsem podkonstrukcijo, ki je izvedena iz standardnih jeklenih nosilcev.

Pomiki takšne podporne konstrukcije so omejeni z l/300, kar pomeni, da znaša pri razponu

podporne konstrukcije 15 m dopustni pomik tudi do 5 cm. Pri prednapenjanju, z vnašanjem

natezne sile v kable nastajajo tlačne sile v spodnji coni konstrukcije in natezne sile v

zgornji coni konstrukcije. S prednapenjanjem konstrukcije konstrukcijo »dvignemo« in

pomike, ki so nastali zaradi lastne teže betona oziroma deformacije podporne konstrukcije

ter zaradi lezenja betona, zmanjšamo. Zaradi dvigovanja konstrukcije razbremenimo

podporno konstrukcijo, ki se takoj po razbremenitvi želi vrniti v prvotno, nedeformirano

stanje. Tako se v konstrukciji pojavita dva vpliva, ki v zgornji coni hkrati povzročata

natezne napetosti, katere lahko povzročijo nastanek nezaželenih razpok v zgornji coni

konstrukcije.

Page 43: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 28

Slika 3.15: Lončki napolnjeni s peskom služijo kot podpore konstrukcije odra in so

izjemno praktično uporabni v fazi spuščanja odra.

Efektu odra se izognemo na način, da v fazi napenjanja kablov – običajno po napenjanju

polovice kablov – podporno konstrukcijo spustimo navzdol oziroma jo ločimo od

konstrukcije prednapetega armiranobetonskega objekta. Možnost spuščanja konstrukcije je

v ta namen potrebno načrtovati že v fazi izdelave projekta podporne konstrukcije.

Navedeno naredimo na način, da podporno konstrukcijo postavimo na hidravlične podpore

ali s peskom napolnjene lončne podpore, ki jih z izpustom peska lahko postopoma

sprostimo (slika 3.15).

Page 44: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 29

4 MERILNA OPREMA

4.1 MERJENJE SPECIFIČNIH DEFORMACIJ IN TEMPERATURE

Za izvajanje meritev specifičnih deformacij in temperature smo uporabili najsodobnejšo

opremo na osnovi optičnih vlaken. Oprema je popolnoma neobčutljiva na vlago,

elektromagnetna polja in ionizirajoča sevanja. Prav tako je primerna za uporabo v visoko

eksplozivnih okoljih, kjer je zaradi nevarnosti iskrenja prepovedana vsakršna uporaba

elektronske opreme. Vsi senzorji, ki smo jih uporabili za izvajanje meritev, so ostali

vgrajeni v betonsko konstrukcijo premostitvenega objekta. Ker so odporni na utrujanje, jih

je mogoče kadarkoli povezati na merilni instrument in opraviti ponovne meritve

specifičnih deformacij oz. je mogoče kadarkoli z njimi spremljati temperaturo.

Optična vlakna imajo visoko natezno trdnost, dodatno so zaščitena z izredno odpornim

kevlarskim ovojem. Senzorje na osnovi optičnih vlaken smo brez dodatne zaščite vgradili

direktno v betonsko konstrukcijo objekta, tako da smo jih pritrdili na armaturni koš v

pravilnem položaju in jih zalili s svežo betonsko maso. Pri tem nismo tvegali, da bi prišlo

do njihovega poškodovanja oziroma posledično kakršnihkoli kasnejših motenj pri prenosu

signala.

Glavna prednost tehnologije izvajanja meritev z optičnimi vlakni je majhna količina

potrebnih povezav, saj je za razliko od elektronskih meritev, kjer mora od merilnega

inštrumenta do vsakega merilnega mesta posebej voditi neodvisen kabel, pri optičnih

merilnih inštrumentih mogoče na isto optično vlakno zaporedno povezati tudi deset in več

senzorjev. Prenos merilnega signala z optičnimi kabli je mogoč na zelo velike razdalje

(tudi do 10 km), saj znašajo izgube signala le okrog 0,2 dB/km. Pri prenosu elektronskega

signala je zanesljivost komunikacije zaradi elektronskih motenj in morebitnih mehanskih

vplivov zelo vprašljiva že pri razdaljah okrog 50 m. Minimalna količina vlage, ki prodre v

bližino električnih kontaktov, lahko povzroči spremembe merilnega signala, ki so po

absolutni vrednosti istega ali celo večjega velikostnega reda kot je sama merjena količina.

Page 45: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 30

Optična tehnologija meritev tudi v mokrem okolju omogoča popolno stabilnost merilnega

signala. Pri optičnih vlaknih večje izgube, in sicer v višini 1 dB na en spoj, nastanejo pri

mehanskem spajanju optičnih vlaken, zato je zaželeno, da so verige senzorjev z vsemi

spoji narejeni tovarniško na točno določeno mero, da se izognemo mehanskim spojem. Pri

elektronskih meritvah je tudi praktično nemogoče zagotoviti trajno stabilnost merilnega

signala v zelo dolgem obdobju, dočim je dolgoročna stabilnost signala ena od bistvenih

lastnosti, ki odlikujejo optične merilne sisteme.

Uporabljeni merilni sistem na osnovi optičnih vlaken temelji na principu Braggove rešetke.

Merilni del senzorjev, ki delujejo po tem principu, predstavlja kos optičnega vlakna dolžine

nekaj milimetrov, v katerega je z intenzivno UV svetlobo zapisan periodični vzorec, ki za

določeno valovno dolžino svetlobe deluje kot zaporedje velikega števila polprepustnih

zrcalc (slika 4.1).

Pri prehodu svetlobe skozi tako izdelan senzor se svetloba te valovne dolžine odbije,

svetloba preostalega dela spektra pa preide skozi tak senzor praktično neovirano (slika

4.2). Če tak senzor raztegnemo ali skrčimo, se razdalja med periodičnimi poškodbami

optičnega vlakna, ki predstavljajo sistem polprepustnih zrcalc, spremeni. Zato na tak način

deformirani senzor odbije svetlobo z drugačno valovno dolžino, kot v neobremenjenem

stanju. Braggova rešetka je občutljiva na specifične deformacije in na spremembe

temperature (Silva, 2016).

Slika 4.1: Izvedba merilcev temperature in specifičnih deformacij z optičnimi vlakni, ki

smo jih uporabili za izvajanje meritev (HBM Fiber Sensing).

Page 46: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 31

Slika 4.2: Princip delovanja optičnih merilcev (prehod – odboj svetlobe), ki smo jih uporabili

za izvajanje meritev (HBM Fiber Sensing).

Premer optičnega vlakna znaša od 4 do 9 µm. Debelina primerne zaščite optičnega vlakna

znaša 150 µm. Premer optičnega kabla z zunanjim zaščitnim ovojem znaša cca. 3 mm.

Premik maksimuma spektra odbite svetlobe predstavlja merilo deformacije. S senzorji, ki

so izdelani na osnovi Braggove rešetke, lahko merimo vse fizikalne količine, ki so

proporcionalne raztezku ali skrčku optičnega vlakna. Edina pomanjkljivost te merilne

tehnologije je temperaturna občutljivost optičnih vlaken, ki je posledica odvisnosti

lomnega količnika stekla od temperature. Vendar pa je mogoče s pravilno izvedbo

temperaturne kompenzacije merilno napako vsled spremembe temperature minimizirati

oziroma jo praktično v celoti odpraviti. Postopek temperaturne kompenzacije izvedemo

tako, da hkrati z meritvijo z osnovnim obremenjenim senzorjem spremljamo odziv

dodatnega neobremenjenega senzorja, na katerega deluje le sprememba temperature. Nato

dobljeni temperaturni vpliv odštejemo od celotnega signala dobljenega z obremenjenim

senzorjem. Postopek s pravilno načrtovano in izvedeno merilno verigo poteka avtomatsko

in uporabniku za to ni potrebno posebej skrbeti.

V konkretnem primeru smo v okviru magistrskega dela z opisano merilno tehniko

spremljali razvoj temperature in spreminjanje specifičnih deformacij od trenutka vgradnje

betonske mešanice v prerez konstrukcije do zaključka prednapenjanja konstrukcije. V

osnovi smo načrtovali spremljanje specifičnih deformacij v dveh točkah, in sicer vsaka na

robu konstrukcije točno na sredini razpona. Spremljanje razvoja temperature smo

predvidevali v petih točkah konstrukcije, in sicer pri vsakem izmed merilcev specifičnih

deformacij ter na višinsko treh nivojih ob levem oporniku konstrukcije.

Page 47: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 32

Slika 4.3: Merilec specifičnih deformacij, ki smo ga uporabljali za izvajanje meritev

(levo) in merilec temperature, ki smo ga uporabljali za izvajanje meritev (desno) (HBM

Fiber Bragg Grating Technology).

Vso merilno opremo, ki temelji na osnovi optičnih vlaken smo enostavno namestili v samo

konstrukcijo objekta na način, da smo senzorje na ustreznih mestih pritrdili na armaturo

(sliki 5.12 in 5.13). Vse optične senzorje smo zaporedno povezali v dve veji optičnih

kablov oziroma v dve merilni verigi. Vsako merilno verigo zase smo vodili po konstrukciji

na način, da smo optične kable vodili do manjše zbirne vodotesne omarice, ki smo jo

namestili na spodnji strani prereza konstrukcije, tik ob levem oporniku objekta (slika 5.9).

Kable smo nato iz zbirne omarice vodili do gradbiščnega kontejnerja, ki je bil postavljen v

bližini objekta in v katerem smo namestili interrogator – merilni instrument, ki je hkrati vir

svetlobe in sprejemnik odbite svetlobe (sliki 4.4 in 5.10). Izmerjeni optični signal pretvarja

v digitalni električni signal. Interrogator je priklopljen na računalnik, ki je beleži celoten

proces dogodkov (slika 5.10).

Slika 4.4: Štirikanalni dinamični inerrogator, ki smo ga uporabljali za izvajanje meritev –

HBM Industrial BraggMETER

Page 48: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 33

4.2 MERJENJE POMIKOV

Za merjenje pomikov podporne konstrukcije smo uporabljali induktivne merilnike.

Induktivne merilnike pogosto uporabljamo v gradbeništvu in industriji, saj so ekonomični,

odporni na mehanske poškodbe in umazanijo ter primerni za uporabo pri visokih

temperaturah. Njihova napaka pri merjenju znaša pri običajn izvedbi okrog 1%. V našem

primeru smo uporabili induktivne merilnike proizvajalca HBM WA-100, z natančnostjo

0,1 % (sliki 4.7 in 5.15). Induktivni merilniki pomikov delujejo na osnovi spremembe

induktivnosti tuljave. Napajamo jih z izmenično električno napetostjo. Izmerjena napetost

𝑈𝑚 se spreminja glede na položaj pomičnega jedra merilnika. Izhodna napetost 𝑈𝑎 je

linearno odvisna od velikosti pomika (HBM Measurement Data Acquisition).

Slika 4.5: Shematski prikaz induktivnega merilnika (HBM Measurement Data

Acquisition).

Induktivni merilniki so primerni za uporabo pri obremenitvah z velikimi amplitudami in

visoko frekvenco vibracij, ekstremnimi pospeški in hipnimi obtežbami. Projektirani so na

nizka in visoka nelinearna temperaturna nihanja. Induktivni merilniki s svojo

konstrukcijsko zasnovo zadostijo vsem mehanskim potrebam (Telford, 1998, Glavinič,

2005).

Page 49: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 34

V osnovi smo načrtovali merjenje pomikov z induktivnimi merilniki v dveh točkah, vsaka

na robu konstrukcije točno v sredini razpona oziroma na mestu, kjer so bili v konstrukciji

nameščeni senzorji specifičnih deformacij na osnovi optičnih vlaken (Slika 5.7).

Induktivna merilnika smo namestili na posebej pripravljeno začasno konstrukcijo, ki je bila

postavljena v strugo potoka Polskava in popolnoma neodvisna od podporne konstrukcije

objekta. Tipali obeh induktivnih merilnikov sta bili v stiku s konstrukcijo objekta tako, da

smo v opažne plošče na predvidenih mestih izvrtali luknji. Nad luknji v opažni plošči smo

v konstrukciji namestili jekleni pocinkani sidri s ploščico dimenzij cca. 5 cm x 5 cm na

spodnjem robu, da bi zagotovili gladko površino za direktni fizični kontakt tipal

induktivnih merilnikov in konstrukcije, hkrati pa preprečili iztekanje cementnega gela na

mestih izvrtin v opažni plošči (slika 5.15). Na ploščico vsakega sidra je pritiskal gibljivi

del (tipalo) enega induktivnega merilnika. Vsako sidro s ploščico je bilo v času vgrajevanja

in strjevanja betona privijačeno na opaž, da je ostalo na predvidenem mestu predvsem v

fazi vgrajevanja betona. Vijake, s katerimi je sidro bilo pritrjeno na opaž, smo odstranili

šele po strditvi betona oziroma pred prednapenjanjem konstrukcije.

Slika 4.6: Shema sidra s ploščico, ki smo ga z vijaki pritrdili na opaž konstrukcije pred

pričetkom vgrajevanja betona.

Page 50: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 35

Slika 4.7: Namestitev induktivnega merilca na od podporne konstrukcije opaža ločeno

samostojno podkonstrukcijo.

Induktivne merilnike smo s kabli, ki smo jih vodili izven konstrukcije, povezali z

ojačevalcem, ki je bil nameščen v gradbiščnem kontejnerju z vso ostalo opremo (slika

5.10).

Page 51: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 36

5 MERITVE IN KOMENTARJI MERITEV

5.1 OPIS KONSTRUKCIJE OBJEKTA

Spremljanje meritev smo izvajali na konkretnem objektu, in sicer mostu, ki je bil zgrajen v

okviru projekta izgradnje AC A4 Slivnica – Gruškovje na odseku 0093-1, v km 2+657,2,

za katerega je projektno dokumentacijo izdelal Gradis, BP Maribor. Most ima označbo 5-7

in se nahaja v kraju Tržec pri Ptuju. Preko mostu je speljana lokalna cesta, ki premošča

potok Polskava in bo prevzela vlogo regionalne ceste, saj trasa bivše regionalne ceste

sovpada s traso bodoče avtoceste. Projekt je predvideval porušitev obstoječega mostu in

izgradnjo novega.

Slika 5.1: Fotografija objekta, na katerem smo izvajali meritve v fazi izvedbe

podporne konstrukcije in opaža.

Statična zasnova nosilne konstrukcije novega mostu je pravokotni monolitni AB

Page 52: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 37

prednapeti integralni okvir s svetlim razponom 24,20 m. Prekladna konstrukcija okvirja

je polna plošča, široka 6,0 m, z ločno oblikovanim intradosom, spremenljive debeline

od 0,65 m na sredini razpona, do 1,20 m na stiku z opornikom. Na ploščo sta priključeni

1,75 m široki stranski konzoli, debeline 0,25 m na prostem robu in debeline 0,35 m na

vpetem robu.

Plošča je ojačena s 13 kabli za prednapenjanje. Vsi kabli so enake nosilnosti, in sicer 15

pramen s presekom 150 mm² (presek enega kabla je 22,5 cm²). Vsak kabel je napet s silo

𝑉𝑛=3,135 kN.

Opornika sta 1,00 m debeli steni višine 2,36 m, temeljeni plitvo, na talni plošči

dimenzij 4,85 m x 7,10 m debeline 1,00 m. Opornika sta široka 6,60 m, vzporedna krila

so debela 0,30 m in sestavljajo s steno in temeljno blazino keson, v katerega je prekladna

konstrukcija polno vpeta.

Slika 5.2: Prerez konstrukcije objekta, na katerem smo izvajali meritve (Gradis, BP

Maribor).

Opaženje okvirja konstrukcije je bilo izvedeno klasično (slike 5.1, 5.3 in 5.4). Za vse vidne

dele okvirne konstrukcije je bil uporabljen opaž za vidne betone. Pri opaženju je bilo

potrebno upoštevati navodila TSC 07.111 o smeri polaganja opažnih plošč. Za prekladno

konstrukcijo so bile uporabljene opažne plošče dimenzij 50/200 cm debeline 27 mm z

DOKA sistemski nosilci H 20 top z veznimi elementi WS 10 Top 50 in FF 20/50 ter z

osnovno podporno jekleno konstrukcijo iz jeklenih nosilcev HEB 500 s sidrnimi palicami

Dywidag Ø 36 mm, s katerimi sidramo konce nosilcev na opornik. Zaradi elastičnih

deformacij in reoloških pojavov v betonu je projektant konstrukcije predpisal, da je

Page 53: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 38

potrebno opaž podporne konstrukcije nadvišati za 50 mm. Temu nadvišanju je potrebno

dodati še pričakovani vertikalni pomik odra oz. podporne konstrukcije. Okvir betonske

konstrukcije je iz betona C30/37 (PV-I, XD1, XF2, OPZT-S10) po SIST EN 206-1, SIST

1026. Predvidena količina vgrajenega betona v prekladno konstrukcijo je bila 146 m³.

Vgrajena je bila armatura iz visoko duktilnega jekla B500 B po SIST EN10027-1 z

zaščitnim slojem betona debeline 4,5 cm.

Slika 5.3: Opaž prekladne konstrukcije objekta.

5.2 OPIS PODPORNE KONSTRUKCIJE IN IZRAČUN POMIKA

Opaž prekladne konstrukcije je sestavljen iz opažnih plošč dolžine 200 cm in širine 50 cm,

položene v vzdolžni smeri objekta. Celotni opaž je podprt z nosilci H 20 top na razmiku

50 cm. Ker je spodnja ploskev prekladne konstrukcije v ločni izvedbi, so bili nosilci

podprti s šablonami, ki so ležale na sekundarnih jeklenih vzdolžnih nosilcih HEB400.

Sekundarni HEB400 nosilci so bili nameščeni prečno na primarne HEB500 nosilce in so

služili enakomernemu prenosu obtežbe na celotno podporno konstrukcijo. Sekundarni

nosilci so bili postavljeni na medsebojni razdalji 2,00 m in so ležali na primarnih

kontinuiranih jeklenih nosilcih HEB500. Primarni nosilci HEB500 so bili postavljeni na

medsebojni razdalji 1,50 m in so bili sidrani v opornika na vsaki strani konstrukcije,

dodatno so ležali na podporah prvotnega mostu, ki so bile odstranjene kasneje, po

Page 54: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 39

zaključku gradnje objekta. Ena podpora prvotnega mostu je bila od opornika 1 oddaljena

za 2,40 m, medtem ko je bila druga začasna podpora od opornika 2 oddaljena za 4,00 m.

Primarni nosilci so bili sidrani v opornika na vsaki strani konstrukcije z Dywidag sidri

Ø 36 mm, ki so prenašali dvižno silo na konceh nosilcev. Za sidranje v beton so bile

puščene luknje, v katere so bila vgrajena začasna sidra iz Dywidag sider premera 36 mm.

Sika 5.4: Podporna konstrukcija objekta iz jeklenih HEB500 nosilcev.

Lastno težo konstrukcije sestavljajo teža opaža in jeklenih nosilcev

Opaž 0,06 kN/m2 0,06 kN/m2 ×5 g0 = 0,30 kN/m

2

Nosilci HEB 500 g500 = 1,87 kN/m

Nosilci HEB 400 g400 = 1,55 kN/m

Koristno obtežbo predstavlja zgolj teža betona in armature. Teža opreme in ljudi, ki vršijo

betoniranje, je zanemarljiva v primerjavi s težo betona, zato smo jo pri računu zanemarili.

Ker je konstrukcija objekta ločna, smo izračunali koristno obtežbo betona v več točkah, in

sicer na oporniku, 2,00 m od opornika, 9,00 m od opornika in v sredini razpona na

12,10 m. Pri izračunu pritiska sveže betonske mase na opaž smo upoštevali DIN 18216 in

upoštevali specifično težo sveže betonske mase skupaj z armaturo b = 26,00 kN/m3.

Page 55: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 40

L1 = 0,00 m koristna teža beton 1,20 m 1,20×26×1,50 pb1 = 46,80 kN/m2

l2 = 2,00 m koristna teža betona 1,00 m 1,00×26×1,50 pb2 = 39,00 kN/m2

l3 = 9,00 m koristna teža betona 0,70 m 0,70×26×1,50 pb3 = 27,30 kN/m2

l4 = 12,10 m koristna teža betona 0,65 m 0,65×26×1,50 pb3 = 25,35 kN/m2

Podporna konstrukcija je bila podprta na 4 mestih, in sicer je bila sidrana v nova opornika

na vsaki strani objekta. Dodatno je bila podporna konstrukcija oprta na opornike prvotnega

porušenega mostu. Podporna konstrukcija je bila na opornikih prvotnega porušenega mostu

podprta z jeklenimi lončki napolnjenimi s peskom, ki so služili za spuščanje podporne

konstrukcije oziroma za ločitev opaža in konstrukcije odra od konstrukcije objekta v času

prednapenjanja.

Statični izračun podporne konstrukcije in opaža smo izvedli s programom Tower in dobili

spodaj navedene rezultate.

Slika 5.5: Zvezna obtežba betona na podporno konstrukcijo iz jeklenih standardnih

nosilcev HEB500.

S programom Tower izračunan pomik podporne konstrukcije na osnovi zgoraj opisanega

modela in upoštevanih obtežb je znašal 40,67 mm.

Celotno podporno konstrukcijo je bilo potrebno glede na zahtevo projektanta po

nadvišanju z naslova elastičnih deformacij in reoloških pojavov nadvišati za 50 mm. K

temu smo dodali še izračunani pomik podporne konstrukcije 41 mm, kar pomeni, da je

bilo potrebno celo podporno konstrukcijo nadvišati za 91 mm. To je bilo v konkretnem

primeru podporne konstrukcije tudi izvedeno.

Page 56: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 41

Slika 5.6: Programsko izračunan pomik podporne konstrukcije iz HEB500 pri dani

obtežbi svežega betona na opaž.

5.3 NAMESTITEV MERILNE OPREME

Merilno opremo smo na obravnavanem mostu 5-7 čez potok Polskava namestili 23.4.2016,

saj je bilo betoniranje konstrukcije predvideno 26.4.2016.

V konstrukcijo mostu smo na sredini razpona prekladne konstrukcije (na razdalji 12,20 m

od opornika) v natezni coni konstrukcije vgradili optični senzor za meritve specifičnih

deformacij, ki je bil pomaknjen na desni rob konstrukcije gledano v smeri Gruškovja.

Optični kabel do merilnika specifičnih deformacij smo vodili do zbirne vodotesne

omarice, ki smo jo namestili na spodnji stani konstrukcije ob oporniku 1 – slika 5.9. Nad

opornikom 1 v smeri Ptuja smo namestili tudi tri optične senzorje za meritve temperature,

in sicer prvega v spodnji coni, drugega v sredini in tretjega v zgornji coni prereza

prekladne konstrukcije. Merilnike temperature smo namestili v vertikalni ravnini v

vzdolžni osi objekta na stiku opornika 1 in prekladne konstrukcije. Merilnike temperature

smo vezali zaporedno na en optični kabel (slika 5.14), ki smo ga vodili do iste zbirne

vodotesne omarice, kot optični kabel merilnika specifičnih deformacij. Dodatno smo

izven konstrukcije objekta namestili optični merilnik za simultano spremljanje zunanje

Page 57: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 42

temperature. Merilnik namerno ni bil postavljen v senco, saj smo tako z njim merili

nihanja temperature, ki so bila enaka tistim, katerim je bila izpostavljena zgornja površina

prekladne konstrukcije opazovanega mostu.

Slika 5.7: Položaj merilnih mest za meritve temperature, specifičnih deformacij in

vertikalnih pomikov

Page 58: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 43

Slika 5.8: Shema faz vgrajevanja betona v konstrukcijo po plasteh.

Slika 5.9: Zbirna vodotesna omarica v katero so speljani optični kabli pritrjena na opaž na

spodnji strani konstrukcije pred pričetkom betoniranja

Od zbirne omarice na spodnji strani konstrukcije objekta smo optične kable vodili do

gradbiščnega kontejnerja ob objektu, kjer je bila nameščena merilna oprema – računalnik,

Page 59: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 44

interrogator za pretvarjanje optičnih signalov iz temperaturnih senzorjev in senzorja

specifičnih deformacij v električne ter ojačevalnik za zajemanje električnih signalov iz

induktivnih merilcev.

Slika 5.10: Merilna oprema v kontejnerju ob objektu – od leve proti desni: merilni

ojačevalnik HBM QuantumX MX840A, računalnik s programsko opremo CATMAN AP

4.02, optični interrogator – Industrial BraggMETER FS22 DI.

Do vodotesne zbirne omarice na spodnji strani konstrukcije objekta lahko kadarkoli

dostopamo. V njej smo poleg ostalega namestili tudi vodotesno vtičnico in jo povezali z

napetostnim kablom, ki je priključen na električno omrežje. Tako lahko kadarkoli v

življenjski dobi objekta merilce temperature in specifičnih deformacij priključimo na

interrogator in računalnik in merimo trenutne vrednosti specifičnih deformacij in

temperature.

Page 60: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 45

Slika 5.11: Sprotni grafični prikaz diagramov temperature, ki ga na zaslonu računalnika

omogoča programska oprema CATMAN AP 4.02, s katero smo krmilili meritve

temperature, specifičnih deformacij in pomikov

Page 61: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 46

Slika 5.12: Temperaturni optični senzor v spodnji coni konstrukcije, pritrjen na

armaturno palico konstrukcije – spodaj viden stik betona opornika 1 in opažne površine

prekladne konstrukcije

Slika 5.13: Optični senzor za merjenje specifičnih deformacij pritrjen na armaturni koš v

sredini razpona v spodnji coni prekladne konstrukcije

Page 62: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 47

Slika 5.14: Trije temperaturni optični senzorji – vidna namestitev v spodnji coni, v

sredinski coni in v zgornji coni konstrukcije nad opornikom 1.

Temperatura

zgoraj

Temperatura

sredina

Temperatura

spodaj

Page 63: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 48

Na sredini razpona konstrukcije oziroma 12,20 m od opornika smo na spodnji rob

konstrukcije namestili 2 induktivna merilnika pomikov. Pritrdili smo ju na posebej

pripravljeno konstrukcijo, ki je bila postavljena v strugo potoka Polskava, in je bila v celoti

neodvisna od podporne konstrukcije opaža. V opažne plošče konstrukcije nad induktivnimi

merilci smo izvrtali luknji, nad katerimi smo v konstrukcijo objekta vgradili 2 pocinkani

ploščici 7,0 cm x 7,0 cm. Na vsako ploščico sta bili zavarjeni po 2 matici M13, v katere

smo s spodnje strani z vijaki M13 dolžine 3,5 cm ploščico pritrdili na opaž (slika 4.6). Na

vsako ploščico je bilo dodatno privarjeno sidro iz armaturne palice za sidranje ploščice v

beton prekladne konstrukcije objekta, saj smo po betoniranju konstrukcije vijake, s

katerimi smo sidri pritrdili na opaž, odstranili. Induktivna merilca sta bila skozi luknjo v

opažu v kontaktu s ploščicama (slika 5.15) in tako direktno merila pomike konstrukcije

(tudi v fazah, ko se je opaž ločil od betona).

Slika 5.15: Eden od induktivnih merilnikov pomikov nameščen v sredini razpona

konstrukcije. Skozi luknjo v opažu je v kontaktu s konstrukcijo.

Page 64: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 49

5.4 MERITVE TEMPERATURE

Merjenje temperature v betonu smo spremljali od trenutka pričetka vgradnje betona v opaž

konstrukcije do zaključka prednapenjanja konstrukcije. Grafi temperature betona na treh

nivojih prekladne konstrukcije in zunanje tempereature v odvisnosti od časa so prikazani

na sliki 5.16

Slika 5.16: Graf temperature od pričetka vgrajevanja betona v opaž konstrukcije do

zaključka prednapenjanja.

V skladu s pričakovanji, iz dobljenih rezultatov merjenja temperature razberemo, da je

temperatura betona po okrog 25 urah po vgradnji betona dosegla maksimalno vrednost

60,5 ºC, in sicer v sredini prereza konstrukcije. Beton se je v skladu s pričakovanji v

zgornji in spodnji coni ogrel manj. Iz krivulje, ki prikazuje razvoj temperature v betonu, v

zgornji coni konstrukcije razberemo, da je razvoj temperature v zgornji coni konstrukcije

zelo odvisen od zunanje temperature. Temperatura v zgornji coni konstrukcije precej niha

v skladu s spremembami zunanje temperature, medtem ko je temperatura v spodnji coni

Page 65: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 50

konstrukcije precej bolj enakomerna. Zgornjo cono konstrukcije namreč podnevi segreva

sonce, spodnja cona je vedno v senci in pod vplivom precej konstantne temperature vode iz

potoka. Neenakomernost temperature v zgornji coni je bila bolj opazna v dneh, ko je bilo

vreme sončno in ko so se temperature ozračja podnevi precej povišale. Vreme je bilo sicer

v obdobju izvajanja meritev zelo nestanovitno, saj je bilo na dan vgrajevanja betona toplo z

zunanjimi temperaturami v senci okrog 15 ºC, dan po betoniranju je bilo sprva oblačno in

topleje, popoldne pa je pričelo snežiti, kar je povzročilo drastično znižanje temperature. Po

tem je bilo dva dneva sončno z dnevnimi zunanjimi temperaturami okrog 15 ºC. Sledil je

hladnejši dan z nizkimi dnevnimi temperaturami. Zadnja dva dni spremljanja meritev se je

ponovno otoplilo in zunanje dnevne temperature so ponovno dosegale podnevi okrog 15

ºC.

Po 70 urah od pričetka vgradnje betona se je zunanja temperatura na soncu povzpela nad

35 ºC (v senci je bila temperatura okrog 15 ºC). V zgornji coni betonske konstrukcije se je

zaradi povišanja zunanje temperature s faznim zamikom povišala tudi temperatura betona.

Enak pojav povišanja temperature betona v zgornji coni konstrukcije lahko spremljamo

tudi po 90 urah, 145 urah in 165 urah od pričetka vgradnje betona. Vsako povišanje

zunanje temperature se odraža kot temperaturna motnja v zgornji coni konstrukcije s

faznim zamikom, ki je pri višji temperaturi betona večji, pri nižji temperaturi betona

manjši. Na temperaturo betona v srednji coni konstrukcije in v spodnji coni konstrukcije

povišanje zunanje temperature, glede na izmerjeno, nima opaznega vpliva. Dodatno na

krivulji razvoja temperature v betonu v zgornji coni konstrukcije v obdobju prvih štirih ur

od začetka vgradnje betona vidimo nekatere motnje v razvoju temperature. Te se na

izmerjenem signalu odražajo kot nagli skoki oziroma padci temperature. Temperaturni

senzor je namreč od pričetka vgradnje betona v opaž konstrukcije in vse do štirih ur meril

zunanjo temperaturo, saj v tem času še ni bil zalit z betonom. Vsak preskok temperature, ki

ga je senzor zaznal je posledica vgrajevanja betona v spodnje plasti konstrukcije. Ob

vgrajevanju betona v spodnje plasti je namreč temperaturni senzor v zgornji coni

konstrukcije bil le za kratek čas delno oblit s svežim betonom, ki je sčasoma zlezel v

spodnje plasti.

V skladu s teorijo, ki je navedena na začetku tega magistrskega dela, lahko izmerjen razvoj

temperature od pričetka vgradnje betona v opaž konstrukcije primerjamo s teoretičnim

razvojem temperature v betonu v času od pričetka hidratacije. Beton opazovanega objekta

Page 66: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 51

je bil zmešan v betonarni v povprečju glede na podatke iz dobavnic za transportni beton

približno 40 min preden je bil vgrajen v opaž konstrukcije objekta. Prevoj krivulje

temperature je nastopil približno po 6 urah od pričetka vgradnje betona v opaž. Beton od

pričetka hidratacije do 6 ur po vgradnji v opaž konstrukcije v skladu z literaturo

imenujemo »zeleni beton«, po 6 urah po vgradnji v opaž konstrukcije ga imenujemo

»mladi beton«. V prvih šestih urah po vgradnji betona v opaž konstrukcije v betonu še ni

prihajalo do procesa strjevanja betona, temveč zgolj do zgoščevanja betona. Po šestih urah

po vgradnji betona v opaž konstrukcije pa je temperatura v betonu pričela hitro naraščati in

pričel se je proces strjevanja betona.

Slika 5.17: Prikaz razvoja temperature v betonu v prvih 60 urah po pričetku vgrajevanja

betona (čas je prikazan v linearnem merilu).

Page 67: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 52

Slika 5.18: Prikaz razvoja temperature v betonu v prvih 60 urah po pričetku vgrajevanja

betona (čas je prikazan v logaritmičnem merilu).

5.5 MERITVE POMIKOV

Merjenje pomikov podporne konstrukcije oziroma odra smo prav tako spremljali od

pričetka vgrajevanja betona v opaž konstrukcije do zaključka prednapenjanja objekta.

Merjenje pomikov podporne konstrukcije smo izvajali na sredini razpona konstrukcije, in

sicer 12,10 m od opornika konstrukcije. V prerezu konstrukcije smo induktivna merilnika

pomikov namestili na spodnji rob konstrukcije, in sicer:

- induktivni merilnik 1 za merjenje pomikov 1 na desni rob konstrukcije gledano v

smeri Gruškovja,

- induktivni merilnik 2 za merjenje pomikov 2 na levi rob konstrukcije gledano v

smeri Gruškovja.

Page 68: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 53

Slika 5.19: Pomiki konstrukcije od pričetka vgrajevanja betona v opaž konstrukcije do

zaključka prednapenjanja konstrukcije – merjenje pomikov od 26.4.2016 ob 10:10 (začetek

vgrajevanja betona v opaž konstrukcije) do 3.5.2016 ob 16.45 (zaključek prednapenjanja).

Ker je višina vode v strugi potoka Polskava po približno 136 urah od začetka betoniranja

zaradi velike količine padavin med neurjem narasla za več kot 1,5 m, je prišlo do porušitve

odra, ki je bil postavljen v strugi potoka in je služil kot referenčna konstrukcija za

namestitev induktivnih merilnikov pomikov. Pri tem je bil eden od induktivnih merilnikov

močno poškodovan. Kljub narasli vodi smo skušali ponovno vzpostaviti pogoje za

nadaljavanje meritev vertikalnih pomikov, saj je bila ta informacija ključnega pomena za

analizo obnašanja konstrukcije med prednapenjanjem. Z namestitvijo masivne betonske

cevi premera 1500 mm, ki smo jo s pomočjo bagra napolnili s prodom in dodatno obtežili z

večjo betonsko ploščo, smo v strugi kljub deroči vodi uspeli narediti neke vrste umetni

otok, na katerem smo s pomočjo elementov cevnega odra zagotovili mirujočo začasno

konstrukcijo na mestu, kjer je bil pred porušitvijo odra nameščen induktivni merilnik 1.

Ponovno smo namestili induktivni merilnik pomikov in nadaljevali z merjenjem ob

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Po

mik

[m

m]

Čas [h]

POMIKI V ODVISNOSTI OD ČASA

Pomik1 [mm] Pomik2 [mm]

Porušitev odra

Ponovna postavitev odra

Prednapenjanje

Page 69: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 54

predpostavki, da se v času, ko se meritve pomikov niso izvajale, lega sredine prekladne

konstrukcije mostu ni zaznavno spremenila.

Izmerjeni pomiki konstrukcije so za našo obravnavo zanimivi predvsem v času vgrajevanja

betona, to je prvih nekaj ur po pričetku vgrajevanja betona v opaž konstrukcije (slika 5.20),

v času prednapenjanja konstrukcije, to je nekaj zadnjih ur merjenja pomikov konstrukcije.

Slika 5.20: Vgrajevanje prve plasti betona v opaž konstrukcije objekta v sredini razpona

konstrukcije.

Meritve pomikov v času vgrajevanja betona v opaž konstrukcije

Od pričetka vgrajevanja betona v opaž konstrukcije do konca betoniranja konstrukcije so

pomiki konstrukcije hitro naraščali. Naraščanje pomikov v sredini razpona konstrukcije ni

bilo enakomerno kljub dokaj enakomernemu vgrajevanju betona v opaž konstrukcije.

Page 70: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 55

Slika 5.21: Pomiki konstrukcije od pričetka vgrajevanja betona v opaž konstrukcije do

zaključka betoniranja konstrukcije

Slika 5.22: Prekladna konstrukcija po vgradnji prve plasti betona

Page 71: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 56

Ker ima prekladna konstrukcija objekta obliko plitvega loka, smo glavnino prve plasti

betona vgradili najprej na območju opornikov, kar ni posebej močno obremenilo podporne

konstrukcije (Slika 5.22) oziroma odra konstrukcije. Na sliki 5.21 prvo plast vgrajevanja

betona vidimo v času od pričetka vgrajevanja betona v opaž do 1,5 h od pričetka

vgrajevanja betona v opaž. Vertikalni pomiki konstrukcije so najbolj narasli v času

vgrajevanja druge plasti betona, ki smo jo vgradili po celi površini konstrukcije. V tem

času se je sredina razpona konstrukcije odra pomaknila v vertikalni smeri za 2,5 do 3,0 cm.

V času vgrajevanja tretje plasti betona, ko je vgrajevanje betona zaradi finalne zagladitve

zgornje površine konstrukcije potekalo počasneje, se je prirastek pomika konstrukcije

zaradi deformacije podporne konstrukcije upočasnil, vendar so pomiki počasi naraščali vse

do konca betoniranja konstrukcije (slika 5.23).

Slika 5.23: Deformiran jekleni standardni nosilec HEB500 po zaključku betoniranja

Meritve pomikov v času prednapenjanja konstrukcije

Pred pričetkom prednapenjanja konstrukcije je bilo za pravilnost meritev pomikov

pomembno, da smo odstranili vijake, ki so povezovali ploščico s katero je bil v kontaktu

induktivni merilnik pomikov in opažno ploščo pod konstrukcijo objekta. Ploščica, na

Page 72: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 57

katero je pritiskal induktivni merilec, je bila namreč vbetonirana v konstrukcijo objekta s

sidrom, ki je bilo zavarjeno na ploščico.

Slika: 5.24: Napenjanje kablov konstrukcije objekta.

Kable konstrukcije smo napenjali po vrstnem redu, ki ga je določil projektant konstrukcije

v Protokolu napenjanja – sliki 5.24 in 5.25.

Slika 5.25: Vrstni red napenjanja kablov iz Protokola prednapenjanja; kabli, označeni z

modro, so bili prednapeti na oporniku 2, kabli, označeni z zeleno, so bili prednapeti na

oporniku 1 (Gradis BP, 2014).

Page 73: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 58

Z induktivnim merilnikom 1 smo izmerili vertikalne pomike konstrukcije, ki so posledica

prednapenjanja konstrukcije. Napenjanje vsakega kabla je zmanjšalo velikost pomika glede

na začetno stanje pred betoniranjem oziroma je povzročilo dvig konstrukcije in opažnega

odra.

Slika 5.26: Zmanjšanje pomikov konstrukcije od pričetka prednapenjanja konstrukcije do

zaključka prednapenjanja konstrukcije. Iz diagrama je razvidna vsaka sprememba pomika

konstrukcije v sredini razpona zaradi napenjanja posameznega kabla.

Po tem, ko je bilo napeto prvih 7 kablov, je bilo zaradi preprečitve efekta odra potrebno

sprostiti opaž oziroma ga ločiti od betonske konstrukcije. Obremenitev, ki je posledica

efekta odra, deluje v nasprotni smeri od sile teže konstrukcije. Ker smo oder ločili od

konstrukcije je konstrukcija začela sama prenašati svojo težo, zato se je plastično

deformirala za dober 1 cm, kar je bilo mogoče videti na signalu induktivnega merilnika

pomika.

Po

mik

[m

m]

Čas [h]

POMIKI V ODVISNOSTI OD ČASA V ČASU PREDNAPENJANJA KONSTRUKCIJE

Page 74: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 59

Po spuščanju odra smo nadaljevali z napenjanjem preostalih šestih kablov konstrukcije, kar

je bilo na signalu pomika ponovno mogoče identificirati. Konstrukcija se je za vsak novo

napeti kabel nekoliko dvignila (za cca. 0,5 mm). Izmerjeni pomiki so se ob napenjanju

vsakega kabla zmanjševali.

5.6 MERITVE SPECIFIČNIH DEFORMACIJ

Slika 5.27: Razvoj specifičnih deformacij od zalitja senzorja specifičnih deformacij z

betonom do zaključka prednapenjanja konstrukcije

Merjenje specifičnih deformacij v betonu smo spremljali od trenutka zalitja senzorja

specifičnih deformacij z betonom – t.j. od 26.4.2016 ob 11:55 uri do končanja

prednapenjanja konstrukcije – t.j. do 3.5.2016 ob 16:45 uri – slika 5.27.

Merjenje specifičnih deformacij smo izvajali na sredini razpona konstrukcije, in sicer

12,10 m od opornika konstrukcije. V prerezu konstrukcije smo merilec specifičnih

deformacij namestili v spodnjo cono konstrukcije, in sicer na desni rob konstrukcije

gledano v smeri Gruškovja. Ker je bila konstrukcija obravnavanega objekta ločna je bil

Page 75: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 60

senzor za merjenje specifičnih deformacij zalit šele ob koncu vgrajevanja prve plasti

betona, in sicer 1 h 45 min po pričetku vgrajevanja betona v opaž konstrukcije.

Merilnik specifičnih deformacij je takoj po zalitju z betonom pričel zaznavati najprej

natezne specifične deformacije, ki so posledica nateznih napetosti, katere so se pojavljale v

»zelenem betonu« zaradi pomikanja podporne konstrukcije navzdol. Po zaključku

betoniranja konstrukcije do prednapenjanja konstrukcije lahko sledimo zanimivemu

razvoju specifičnih deformacij. V nadaljevanju bomo tudi natančno analizirali specifične

deformacije v času prednapenjanja konstrukcije.

Beton smo 26.4.2016 v konstrukcijo pričeli vgrajevati ob 10 h 10 min. Vgrajevanje smo

končali ob 15 h 45 min. Merilnik specifičnih deformacij je bil zalit z betonom ob

11 h 55 min.

Zaradi pomikov podporne konstrukcije so v betonu nastajale neugodne natezne napetosti,

ki bi lahko pomenile potencialno nevarnost za nastanek razpok v betonu. Ker se beton

glede na izmerjeno temperaturo v času vgrajevanja še ni pričel strjevati, je beton kljub

svoji zgoščenosti oziroma visoki viskoznost pod vplivom nateznih obremenitev umikal

okrog senzorja, kar lahko vidimo v diagramu na sliki 5.28 kot majhno hipno zmanjšanje

intenzitete nateznih specifičnih deformacij v času nekaj manj kot 2 uri od pričetka

vgrajevanja betona v opaž konstrukcije (na sliki 5.28 označeno z ). Deformacije so do

konca procesa betoniranja naraščale v pozitivno smer, kar pomeni, da se je v betonu, ki se

je komaj začel zgoščevati že pojavil trend nateznih napetosti, ki bi v primeru, da bi beton

vgrajevali dlje časa (10 ur ali več) v spodnjih plasteh prvovgrajenih plasti betona zagotovo

povzročil nastanek razpok. Kmalu po zaključku vgradnje betona (na sliki 5.28 označeno

z ), se je pričel proces krčenja betona, ki je zaradi ločne oblike konstrukcije in zaradi

vgradnje senzorja specifičnih deformacij v spodnjo cono konstrukcije, povzročil, da so se

natezne napetosti v masi betona začele zmanjševati in so bile že po cca. 5 urah in

40 minutah izničene (to je cca 1 h in 40 min po koncu vgrajevanja betona – na sliki 5.28

označeno s ).

Page 76: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 61

Slika 5.28: Specifične deformacije od zalitja senzorja specifičnih deformacij z betonom do

zaključka betoniranja – merjenje specifičnih deformacij od 26.4.2016 ob 11:55 do

26.4.2016 ob 15:45

Zaradi krčenja betona so se v betonu pojavljale vedno večje tlačne specifične deformacije.

V skladu s teoretičnimi navedbami v tem magistrskem delu pri prevoju temperature iz

naraščanja v padanje pride do pričetka prevladovanja pojava lezenja betona nad krčenjem

betona. Ker je konstrukcija objekta ločno oblikovana, je krčenje betona delovalo tlačno na

merilnik specifičnih deformacij. Lezenje betona pa je začelo tlačne napetosti zmanjševati.

Do prevoja krivulje specifičnih deformacij, kjer je prevladalo lezenja betona nad krčenjem

betona, je prišlo po cca. 30 urah od pričetka vgrajevanja betona v opaž konstrukcije – na

sliki 5.29 označeno s .

Page 77: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 62

slika 5.29: Razvoj specifičnih deformacij od zalitja senzorja specifičnih deformacij z

betonom do začetka prednapenjanja konstrukcije

Po cca. 95 urah od začetka betoniranja je pod vplivom lezenja betona prišlo do pojava

razpoke v betonu, ki je povzročila hipno sprostitev v neposredni bližini razpoke, kar je

senzor specifičnih deformacij zaznal kot manjši skok specifičnih deformacij in povečanje

tlaka, ki ga povzroča krčenje betona – na sliki 5.29 označeno s . Omenjeni pojav bo

natančneje opisan v nadaljevanju magistrskega dela.

Med prednapenjanjem so tlačne specifične deformacije so v spodnji coni naraščale. V

odvisnosti od razdalje med posameznim kablom in senzorjem specifičnih deformacij je le-

ta specifične deformacije zaradi prednapenjanja kablov različno zaznaval, in sicer bližje,

ko je bil posamezni kabel senzorju specifičnih deformacij, večjo spremembo specifičnih

deformacij je bilo v času napenjanja kabla mogoče izmeriti. Po napetju sedmih kablov na

diagramu specifičnih deformacij lahko vidimo efekt ločitve opaža in konstrukcije odra od

prekladne konstrukcije mostu, ker je bilo zaradi nevarnosti poškodbe konstrukcije (efekt

odra) potrebno spustiti podporni oder konstrukcije. Ker je konstrukcija sama morala

prevzeti lastno težo, se je z ločitvijo od podpornega odra nekoliko deformirala, kar je na

Page 78: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 63

signalu specifičnih deformacij mogoče zaznati kot zmanjšanje tlačnih napetosti – na sliki

5.30 označeno s »Spuščanje odra«. Z nadaljnjim vnašanjem nateznih sil v preostale kable

za prednapenjanje so se v spodnji coni konstrukcije pojavile dodatne tlačne napetosti, ki so

se na merilnem signalu manifastirale s povišanjem intenzitete tlačnih specifičnih

deformacij.

Slika 5.30: Specifične deformacije v času prednapenjanja konstrukcije, vključno z vidnim

vplivom efekta odra.

5.7 SOČASNI RAZVOJ DOGODKOV IN SORAZMERJA MED MERJENIMI

KOLIČINAMI

Tudi zunanja temperatura v fazi zgoščevanja in strjevanja vpliva na napetosti oziroma

specifične deformacije v betonu (slika 5.31). Povezavo najdemo tudi med izmerjenimi

pomiki in izmerjenimi specifičnimi deformacijami (slika 5.32).

-500

-450

-400

-350

-300

-250

-200

-150

-100

-50

163 164 165 166 167 168 169 170

Spe

cifi

čne

de

form

acije

m/m

]

Čas [h]

SPECIFIČNE DEFORMACIJE V ČASU PREDNAPENJANJA KONSTRUKCIJE

Specifična deformacija [µm/m]

Spuščanje odra

Page 79: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 64

Slika 5.31: Diagram spreminjanja temperature in specifičnih deformacij v betonu

konstrukcije od pričetka vgrajevanja betona v opaž konstrukcije - t.j. od 26.4.2016

ob 10:10.

Optični senzorji specifičnih deformacij so občutljivi tudi na spremembe temperature,

zato vedno hkrati z ustreznimi optičnimi senzorji merimo tudi temperaturo. Ker so vsi

senzorji tovarniško kalibrirani, je mogoče vpliv temperature na izmerjene specifične

deformacije izločiti s pomočjo izmerjene temperature in z uporabo posebnega

algoritma v vključenega v merilni programski opremi (CATMAN-AP). S tem ne

izločimo izmerjenih specifičnih deformacij, ki nastanejo zaradi temperaturnih

sprememb v materialu, ampak izločimo le specifične deformacije nastale na optičnem

vlaknu senzorja.

S prehodom iz »zelenega betona« v »mladi beton« se je temperatura betona zaradi

kemičnih reakcij v betonu pričela naglo poviševati. Prišlo je do procesa strjevanja betona

in obenem sušenja betona. Sušenje betona j e povzročalo v betonu krčenje betona

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

0

10

20

30

40

50

60

70

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Spe

cifi

čne

de

form

acije

m/m

]

Tem

pe

ratu

ra [

°C]

Čas [h]

TEMPERATURA, SPECIFIČNE DEFORMACIJE

Temp. zgoraj [°C] Temp. sredina [°C]

Temp. spodaj [°C] Temp. zunaj [°C]

Specifična deformacija [µm/m]

Page 80: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 65

oziroma nastanek tlačnih napetosti (kadar krčenje ni ovirano), ki jih je senzor specifičnih

deformacij zaznal kot tlačne specifične deformacije. Sčasoma je nad krčenjem betona

prevladalo lezenje betona, ki je v betonu povzročalo, in sicer na spodnji strani prekladne

konstrukcije v območju okrog sredine razpona, zmanjševanje tlačnih napetosti. Ker je bil

v našem primeru beton podprt z odrsko konstrukcijo in opažem, se je pojav lezenja

manifestiral kot povečanje obremenitve na opaž, zato smo lahko sočasno videli tudi

porast vrednosti pomikov opaža v smeri navzdol (na sliki 5.32 od točke naprej).

Zanimiva je spremljava korelacije med specifičnimi deformacijami in pomiki v času

vgrajevanja betona (slika 5.32 – začetni del diagrama), v času nastanka razpoke v betonu,

ki sta ju zaznala merilec specifičnih deformacij in induktivna merilca (slika 5.34), ter v

času prednapenjanja betona (slika 5.35).

Slika 5.32: Meritve specifičnih deformacij in pomikov od vgrajevanja betona v opaž

konstrukcije do zaključka prednapenjanja konstrukcije

Pomiki in specifične deformacije v času od pričetka vgrajevanja betona do

prednapenjanja konstrukcije

Page 81: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 66

V času vgrajevanja betona se je zaradi vgrajevanja betona v opaž konstrukcije

podporna konstrukcija deformirala. V poglavju 5.2 smo izračunali teoretični pomik

podporne konstrukcije in dobili vrednost pomika 40,67 mm. Dejansko se je podporna

konstrukcija deformirala za 41,52 mm, kar smo izmerili z induktivnima

merilnikoma, ki sta bila nameščena v sredini razpona konstrukcije.

Slika 5.33: Vgrajevanje zadnje, III. plasti betona v prekladno konstrukcijo in vibriranje ter

zaglajevanje zadnje plasti z vibrirno desko.

V času vgrajevanja betona v opaž konstrukcije so pomiki pričeli hitro naraščati, ko smo

vgrajevali drugo plast betona proti sredini razpona konstrukcije. Zaradi vertikalnega

pomika konstrukcije je takrat še v nestrjenem betonu že prihajalo do nateznih napetosti. Po

zaključku vgrajevanja betona v opaž konstrukcije se je pričel postopek strjevanja in sušenja

betona. Zaradi ločne oblike konstrukcije je sušenje betona in z njim povezano krčenje

betona povzročilo, da se je pritisk konstrukcije na podporno konstrukcijo zmanjšal, kar

se je odrazilo z zmanjšanjem povesa podporne konstrukcije za 2,10 mm. Po 12 urah od

pričetka vgrajevanja betona v opaž konstrukcije se je pričelo pojavljati lezenje betona, ki je

Page 82: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 67

upočasnilo povečevanje tlačnih napetosti zaradi krčenja betona, kar je na diagramu

pomikov mogoče videti. Opazno je namreč, da je v točki na sliki 5.32 prišlo do

ustavljanja dvigovanja opažne konstrukcije. Pomiki so se umirili do trenutka, označenega s

točko na sliki 5.32, ko je očitno prišlo v betonu do pojava razpoke, ki je povzročil

povečanje obremenitve na opaž, kar se je ponovno odrazilo na manjšem povečanju povesa

konstrukcije. Ker je bilo krčenje v tem času še vedno intenzivno, so od točke na sliki

5.32 naprej tlačne specifične deformacije še vedno naraščale, a počasneje kot v času pred

točko . Intenzivnost krčenja se je po 35 urah (točka na sliki 5.32) počasi umirjalo do

te mere, da so se tlačne specifične deformacije v betonu na račun lezenja začele

zmanjševati, kar se je odrazilo na povečanju povesov konstrukcije. Ker mladi beton ni

sposoben prevzemati nateznih napetosti, je prišlo pri tem do pojava razpoke v območju

okrog senzorja specifičnih deformacij (točka na sliki 5.32) To se na diagramu

specifičnih deformacij kaže kot zmanjšanje vpliva lezenja in ponovno intenzivnejši vpliv

krčenja, kar je na diagramu pomikov zopet vidno kot umirjanje povečevanja povesa opaža.

Slika 5.34: Povišanje nateznih napetosti in povečanje pomika ob nastanku razpoke v bližini

senzorja specifičnih deformacij oziroma induktivnega merilca pomikov.

Page 83: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 68

Od točke na sliki 5.32 naprej je zaradi prerazporeditve napetosti v betonu v signalu

senzorja zopet mogoče zaslediti prevladujoč vpliv lezenja betona in v trenutku, označenem

s točko na sliki 5.32, ponoven pojav razpoke, ki je tokrat nastala tako blizu senzorja

specifičnih deformacij, da je povzročila skok v diagramu specifičnih deformacij, kjer je

prišlo do hipnega povečanja tlačnih specifičnih deformacij. V tem primeru je pri

podrobnem pregledu diagrama pomikov konstrukcije tudi tu mogoče opaziti skok (hipno

povečanje povesa – glej sliko 5.34). Zanimivo je, da ti pojavi časovno sovpadajo s

povišanjem temperature na soncu, ki je v tem obdobju izrazito nihala, in sicer od +6 ºC

zjutraj do +38 ºC pri dogodku označenem s in od +1 ºC zjutraj do 28 ºC pri dogodku

označenem s na sliki 5.32. To lahko razložimo tako, da izrazito povišanje temperature v

relativno kratkem časovnem obdobju v zgornji coni prekladne konstrukcije povzroči

ekspanzijo betona, kar rezultira v spodnji coni v povečanju nateznih obremenitev, to pa

povzroči tvorbo razpok, kljub temu da je je konstrukcija podprta z opažem in odrom.

Na sliki 5.32 smo s točko označili trenutek, v katerem je prišlo zaradi poplave potoka

Polskava do porušitve od odra opaža neodvisne podkonstrukcije induktivnih merilcev. V

času od porušitve podkonstrukcije induktivnih merilcev do prednapenjanja, na sliki 5.32

označenega s točko , meritev pomikov nismo izvajali, saj smo morali kljub izjemno

visokemu pretoku potoka postaviti novo podkonstrukcijo induktivnega merilca.

Pomiki in specifične deformacije v času prednapenjanja konstrukcije

S prednapenjanjem konstrukcije smo vnašali v vsak kabel konstrukcije natezno silo

𝑉𝑛=3.135 kN. V konstrukcijo smo vgradili 13 kablov dolžine 29,50 m, sestavljenih iz 15

pramen premera 15,7 mm z modulom elastičnosti 195.070 MPa. Tlačna trdnost betona je

znašala pred pričetkom prednapenjanja bila nad 35 MPa. Temperatura betona je morala biti

pred prednapenjanjem kablov pod 35 ºC, da ni prišlo do prehitre izsušitve injektirne mase

v času injektiranja praznih prostorov med kabelskimi cevmi in jeklom kablov.

V času prednapenjanja kablov konstrukcije smo meritve specifičnih deformacij, pomikov

in temperature nadaljevali. Med napenjanjem posameznega kabla konstrukcije so se

Page 84: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 69

pomiki na sredini razpona konstrukcije zmanjšali oziroma se je zmanjšal poves

konstrukcije. Ob napenjanju posameznega kabla konstrukcije so se v spodnji coni prereza

v sredini razpona povečevale tlečne napetosti, kar je senzor specifičnih deformacij

zaznal kot prirastek tlačnih specifičnih deformacij.

Slika 5.35: Sorazmeren odnos pomikov in specifičnih deformacij v času prednapenjanja

kablov konstrukcije.

Z napenjanjem vsakega izmed kablov, v katerega smo vnašali napenjalno silo

𝑉𝑛=3.135 kN, smo v konstrukciji lahko spremljali spreminjanje specifičnih deformacij in

pomikov. Ob vsakem napenjanju kabla se je v skladu s pričakovanji tlačna specifična

deformacija, ki je bila izmerjena v spodnji coni betona konstrukcije v sredini razpona

prekladne konstrukcije, povečala, in sicer za vrednost od 10 do 50 µm/m ob napenjanju

posameznega kabla, v odvisnosti od oddaljenosti posameznega kabla od senzorja

specifičnih deformacij. Pomiki konstrukcije so se z napenjanjem vsakega izmed kablov

zmanjšali. Konstrukcija se je med napenjanjem kablov v skladu s pričakovanji postopno

dvigovala. Ob napetju vsakega izmed kablov se je pomik konstrukcije, ki smo ga merili v

Page 85: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 70

sredini razpona prekladne konstrukcije, zmanjšal za od 1 mm do 2 mm. Po prednapetju

polovice kablov smo podporno konstrukcijo opaža z izpustitvijo peska iz lončnih ležišč

podporne konstrukcije spustili za približno 5 cm. S tem smo jo sprostili in ločili od

betonske konstrukcije. Na tak način smo preprečili, da bi prišlo do »efekta odra«, pri

katerem bi podporna konstrukcija opaža, ki je bila zaradi teže betona med betoniranjem

močno elastično deformirana, dodatno s spodnje strani pritiskala na prekladno konstrukcijo

mostu, v katero smo pri prednepenjanju že tako vnašali tlake v spodnjo cono. Pri odmiku

podporne konstrukcije in opaža od prekladne konstrukcije je betonska konstrukcija začela

nositi samo sebe. Pri tem se je povesila za cca. 10 mm. Pri prednapenjanju druge polovice

kablov se je betonska konstrukcija ponovno dvigovala in pomiki so se zmanjševali za

vrednosti od 1 mm do 2 mm pri napenjanju vsakega izmed kablov. Po končanem

prednapenjanju je bil poves betonske konstrukcije za cca. 3 mm manjši, kot je znašal pred

pričetkom prednapenjanja kablov in ločitvijo podporne konstrukcije od prekladne betonske

konstrukcije – slika 5.36.

Slika 5.36: Vpliv prednapenjanja kablov na specifične deformacije v spodnji coni betona

konstrukcije in pomike konstrukcije na spodnjem robu konstrukcije.

Page 86: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 71

6 SKLEP

6.1 MERITVE IN POJAVI V ČASU MERITEV

Z magistrskim delom smo v času od vgrajevanja betona v opaž konstrukcije do zaključka

prednapenjanja, t.j. v času od 26.4.2016 ob 10:10 do 3.5.2016 ob 16.45, merili sledeče

količine:

- temperaturo z optičnimi merilci temperature v spodnji, srednji in zgornji coni

konstrukcije nad opornikom konstrukcije, kjer je skupna debelina betona

znašala 1,20 m,

- zunanjo temperaturo brez zaščite senzorja pred direktnim osončenjem in vetrom z

zunanjim optičnim senzorjem za merjenje temperature,

- specifične deformacije z optičnim senzorjem za merjenje specifičnih deformacij

v spodnji coni konstrukcije na sredini razpona konstrukcije 12,10 m od opornika

konstrukcije,

- vertikalne pomike konstrukcije z induktivnima merilnikoma na spodnjem robu

konstrukcije v sredini razpona konstrukcije, in sicer 12,10 m od opornika

konstrukcije.

Page 87: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 72

Slika 6.1: Končna podoba mosta 5-7 preko potoka Polskava v kraju Tržec pri Ptuju,

na katerem smo izvajali meritve za magistrsko delo.

Slika 6.2: Mosta 5-7 preko potoka Polskava v kraju Tržec pri Ptuju – pogled na

prekladno konstrukcijo z žabje perspektive.

Page 88: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 73

Pri izvajanju meritev smo se srečali z različnimi pojavi, ki so se odvijali v betonu

konstrukcije in izven konstrukcije, in sicer:

- z zgoščevanjem betona in rahlim poviševanjem temperature v fazi »zelenega

betona« v času od vgradnje betona v opaž konstrukcije do 6 ur po vgradnji betona v

opaž konstrukcije,

- s strjevanjem betona v fazi »mladega betona« v obdobju po šestih urah od

zaključka vgradnje betona v opaž konstrukcije,

- s hitrim poviševanjem temperature v času pričetka strjevanja betona v obdobju

od 6 ur po vgradnji betona v opaž konstrukcije, do 30 ur po vgradnji betona v opaž

konstrukcije,

- s postopnim zniževanjem temperature betona v času strjevanja betona v obdobju

od 30 ur po vgradnji betona v opaž konstrukcije do zaključka napenjanja

konstrukcije.

- z vplivi zunanje temperature na temperaturo betona v obdobju od vgradnje

betona v opaž konstrukcije do zaključka napenjanja konstrukcije,

- s tlačnimi specifičnimi deformacijami izmerjenimi s senzorjem specifičnih

deformacij, ki so posledica krčenja betona v času od pričetka strjevanja betona, t.j.

v času od 6 ur od pričetka vgrajevanja betona v opaž konstrukcije naprej,

- z zmanjšanjem tlačnih specifičnih deformacij, ki so posledica prevlade lezenja

betona nad krčenjem betona v času od pričetka padanja temperature v betonu, t.j. v

času od 30 ur od pričetka vgrajevanja betona v opaž konstrukcije naprej,

- z vplivom povišanja zunanje temperature na mehansko raztezanje betona in

posledično do zmanjševanja tlačnih specifičnih deformacij,

- s hipnim povečanjem tlačnih specifičnih deformacij zaradi nastanka razpoke v

betonu v bližini senzorja specifičnih deformacij 96 ur po pričetku vgrajevanja

betona v opaž konstrukcije,

- z zmanjševanjem pomikov v sredini razpona konstrukcije in povišanjem tlačnih

specifičnih deformacij v času prednapenjanja konstrukcije,

- s povečanjem povesa konstrukcije in znižanjem tlačnih specifičnih deformacij v

merilcu specifičnih deformacij v času spuščanja odra oziroma podporne

konstrukcije opaža po napetju prve polovice kablov za prednapenjanje.

Page 89: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 74

6.2 VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON –

UGOTOVITVE IN DOPRINOS MAGISTRSKEGA DELA

Iz rezultatov meritev in njihove razlage lahko sklepamo, da v obravnavani konstrukciji

zaradi pomikov podporne konstrukcije opaža oziroma pomikov odra, ki je znašal v času

vgrajevanja betona v opaž konstrukcije 41,5 mm, v betonu konstrukcije niso nastale za

beton škodljive razpoke. Ker je vgradnja betona v konstrukcijo trajala okrog 5 ur, v

tem času v betonu še ni prišlo do pričetka strjevanja betona, temveč je stekel zgolj proces

zgoščevanja betona. Natezne napetosti, ki jih je zaznal merilnik specifičnih deformacij, so

bile v nestrjenem betonu zelo majhne, saj se sidrni elementi vgradnega senzorja

specifičnih deformacij (»ovratniki na obeh koncih senzorja«) še niso mogli dovolj zasidrati

v mladem betonu, pa tudi togost samega senzorja je bila v začetni fazi še prevelika. Zaradi

krčenja betona ob pričetku strjevanja betona, so v najbolj kritičnem delu konstrukcije glede

nastanka razpok, t.j. v spodnji coni konstrukcije na sredini razpona konstrukcije, nad

nateznimi napetostmi, ki so bile posledica deformacije podporne konstrukcije opaža,

prevladale tlačne napetosti, ki so bile posledica krčenja betona.

V splošnem lahko na osnovi predmetne raziskave sklepamo, da deformacija podporne

konstrukcije ne vpliva na nastanek trajnih razpok v betonu in s tem zmanjšanja kakovosti

betona, v kolikor je vgradnja betona v konstrukcijo končana pred pričetkom strjevanja

betona.

Tezo, da povečanje obremenitev na opažni konstrukciji, ki je podprta s fleksibilnim

odrom, pri dodajanju betona v več plasteh lahko povzroči razpoke v spodnjih slojih

betona, lahko le delno potrdimo. To drži, v kolikor od začetka betoniranja prve plasti

betona do zaključka nanašanja zadnjega sloja betona mine toliko časa, da v tem času

spodnje plasti betona pričnejo vezati oziroma se strjevati. Če je betoniranje zaključeno v

času od 5 do 6 ur je možnost, da bi razpoke nastale zaradi deformacije odra konstrukcije

opaža, zelo majhna. Kontinuirano hkratno opazovanje pomikov konstrukcije, ki leži na

odru, specifičnih deformacij v betonu, temperature v različnih slojih betona in zunanje

temperature je privedlo do dodatnih ugotovitev, ki s pravilno obrazložitvijo merilnih

rezultatov pojasnjujejo zelo zanimive pojave v zgodnjih obdobjih strjevanja betona.

Dejansko do razpok v spodnji coni betona, ko je le-ta še v opažu, lahko prihaja, a so

vzroki zato lahko povsem drugje, kot je bilo mišljeno na začetku. Meritve so pokazale, da

Page 90: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 75

se specifične deformacije in pomiki lahko v času, ko na opažno oziroma odrsko

konstrukcijo ne dodajamo več dodatnih bremen, še po nekaj dneh lahko precej

spreminjajo. Prihaja lahko do pojava razpok, do povečanja in zmanjšanja povesa odrske

konstrukcije in s tem tudi betonske konstrukcije, ki v fazi, ko je trdnost betona še

relativno majhna, pomikom odra še v celoti sledi. Zelo velik vpliv ima temperatura in

osončenost konstrukcije, prav tako tudi reološki pojavi v betonu, ki so v zgodnjih fazah

naraščanja trdnosti betona lahko zelo intenzivni in prav tako odvisni od temperature. S

sodobnimi merilnimi postopki, ki omogočajo stalen monitoring temperature, specifičnih

deformacij in pomikov je mogoče vse te pojave natančno izmeriti in rezultate meritev

kasneje natančno analizirati. Marsikatere razpoke, ki v spodnji coni prekladne

konstrukcije nastanejo v času, ko je konstrukcija še podprta z odrom oziroma opažem,

lahko torej nastanejo še precej časa po zaključku betoniranja. Vzrok zanje pa je bil v

preteklosti izključno pripisan podajanju fleksibilne podporne konstrukcije odra med

betoniranjem. Kadar se konstrukcije po tem, ko beton doseže ustrezno trdnost

prednapnejo, prej opisano dogajanje na kvaliteto in trajnost betonske konstrukcije seveda

nima vpliva, saj vnos napenjalne sile v natezno coni povzroči tlačne obremenitve, ki

zaprejo morebitne razpoke. V primeru fleksibilne odrske konstrukcije se srečamo tudi z

efektom odra, ki zahteva posebno obravnavo in zaporedje aktivnosti pri prednapenjanju.

6.3 NAPOTKI ZA NADALJNJE DELO

V kolikor bi z raziskovanjem na področju vpliva podajnosti podporne konstrukcije na

beton nadaljevali, bi bilo smiselno spremljati vgrajevanje betona v konstrukcijo, ki

bi trajalo dlje od pričetka strjevanja prve plasti vgrajenega betona. Smiselno bi bilo

vgraditi dodatne optične merilnike specifičnih deformacij v zgornji coni konstrukcije – na

vsakem robu konstrukcije 2 dodatna merilca, dodatni merilnik na drugem robu

konstrukcije v spodnji coni konstrukcije na sredini razpona konstrukcije in dodatna 2

merilnika v spodnji coni konstrukcije na četrtini razpona konstrukcije ali v spodnji coni

konstrukcije nad začasno podporo.

Podrobna obravnava opisanih pojavov odpira veliko možnosti za nove raziskave in

podrobne analize, na osnovi katerih bi mogoče nadgraditi obstoječe reološke modele

obnašanja betona v zgodnjih fazah naraščanja njegove trdnosti.

Page 91: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 76

7 VIRI, LITERATURA

Azenha Miguel, Faria Rui, Ferreira Denise, 2009, Identification of early-age concrete

temperatures and strains: Monitoring and numerical simulation;

Bučar Gorazd, 1997, Tesarski, armirački in betonski radovi na gradilištu, Građevinski

fakultet u Osijeku;

Doka users informations - spletna stran: https://www.doka.com/si/projects/bridges;

Formänderung von Beton - spletna stran: https://www.vdz-online.de/fileadmin/gruppen/

vdz/3LiteraturRecherche/KompendiumZementBeton/2-6_Form_nderung.pdf;

Glavinič Marko, Obremenilni preizkusi mostov, 2005, Fakulteta za gradbeništvo Maribor;

Havlásek Petr, Jirásek Milan, 2016, Multiscale modeling of drying shrinkage and creep of

concrete;

HBM Fiber Bragg Grating Technology, HBM Test and Measurement;

HBM Fiber Sensing, Optical Measurement Solutions;

HBM Measurement Data Acquisition, 2012;

Heinzelmann Christoph, 2010, Rissmechanik in dicken Stahlbetonbauteilen bei

abfließender Hydratationswärme, Bundesanstalt für Wasserbau;

Hočevar Andraž, 2015, Reologija kot orodje za obvladovanje lastnosti betonov v svežem

stanju;

Kampl Matej, 2009, Tehnologija izdelave prednapetega betona v mostogradnji, Fakulteta

za gradbeništvo Maribor;

Locher F. W., 1976, Die Festigkeit dess Cements;

Lopatič Jože, 2012, Betonske konstrukcije I, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo v

Ljubljani;

Mekić Vedran, 2010, Sodobne tehnologije gradnje mostov, Fakultetia za gradbeništvo in

geodezijo Ljubljana;

Pančur Aleš, 2011, Primerjava izvedbe poslovno–skladiščnega objekta z uporabo različnih

opažnih sistemov, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo Ljubljana;

Page 92: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 77

Peng Liu, Zhiwu Yu, Fengq Guo, Ying Chen, Peiwei Sun, 2015, Temperature response in

concrete under natural environment;

Peri, spletna stran: http://www.peri.com/.imaging/xxl/dam/9465c7fb-ccf2-44e5-a63f-

b441290f7b89/8628/peri-up-flex-shoring.jpg;

Ponting, spletna stran: http://www.ponting.si/website/var/tmp/thumb_830__lightbox.jpeg;

Ponting, spletna stran: http://www.ponting.si/website/var/tmp/thumb_530__lightbox.jpeg;

Popovics Sandor, 1992, Concrete Materials;

Rostäsy S. F., Onken P., 1994, Konstitutives Stoffmodell für jungen Beton, Institut für

Baustoffe, Massivbau und Brandschutz;

Schackow Adilson, Effting Carmeane, Gomes R. Itamar, Patruni Z. Isabeli, Vicenzi Felipe,

Kramel Camila, 2016 Temperature variation in concrete samples due to cement

hydration;

S.E.T.R.A, Le Khac V., 1989, Limitation de la deformation des ouvrages provisoires sous

le poids du beton frais, Centre des Techniques d'Ouvrages d'Art;

Shariq M., Prasad J., H. Abbas, 2016 Creep and drying shrinkage of concrete containing

GGBFS;

Silva E. Ricardo, Franco Marcos A.R., Neves T. Paulo Jr., Bartelt Hartmut, Pohl A.P.

Alexandre, 2016, Numerical and experimental analysis of the modulation of fiber

Bragg gratings by low-frequency complex acoustic waves, Optical Fiber Technology;

Taylor H.F.W, 1997, Cement chemistry, Hidration of te calcium silicate phases, Thomas

Telford Publishing;

Telford Tomas, 1998, Guidelines for the supplementary load testing of bridges, The

Institute of Civil Engineering;

Thienel K.-Ch., 2008, Werkstoffe des Bauwesens Festbeton, Institut für Werkstoffe des

Bauwesens;

Trtnik Gregor, 2009, Uporaba ultrazvočne metode za analizo vezanja in strjevanja betona, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo Ljubljana;

Wischers Gerd, 1981, Ansteifen und Erstarren von Zement und Beton, Deutscher Beton

und Bautechnik Verrein;

Zhang Jinrui, Fan Tianyuan, Ma Hongyan, Li Zongjin, 2015, Monitoring settings and

hardening of concrete by active acoustic metod: Effects of water-to-cement ratio and

pozzolanic materials, The Honk Kong University of Science and Techonology;

Page 93: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 78

Zou Dujian, Liu Tiejun, Teng Jun, Du Chengcheng, Li Bo 2014, Influence of creep and

drying shrinkage of reinforced concrete shear walls on the axial shortening of high-rise

buildings;

Zrim Mitja, 2015, Opaževanje AB konstrukcij in izdelava načrtov opaževanja s

programom Tipos, Fakulteta za gradbeništvo, prometno inženirstvo in arhitekturo

Maribor;

Zupanc Diana, 2014, Elaborat prednapenjanja, Gradis BP Maribor

Page 94: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 79

8 PRILOGE

8.1 Naslov študenta

Marko Glavinič

Vinski Vrh 6

2275 Miklavž pri Ormožu

GSM: 051 230 406

e-mail: [email protected]

8.2 Kratek življenjepis

Rojen: 6.5.1981 na Ptuju.

Šolanje: Osnovno šolo sem obiskoval v Miklavžu pri Ormožu med leti 1988 in 1996.

Po končani osnovni šoli sem med leti 1996 in 2000 izobraževanje nadaljeval na II.

gimnaziji v Mariboru. Med leti 2000 in 2005 sem študiral na Fakulteti za gradbeništvo v

Mariboru, ki sem jo zaključil z diplomo z dne, 6.10.2005. Po končanju univerzitetnega

študija sem nadaljeval s podiplomskim magistrskim študijem na Fakulteti za gradbeništvo

v Mariboru.

Page 95: VPLIV PODAJNOSTI PODPORNE KONSTRUKCIJE NA BETON …

Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 80

8.3 Izjava kandidata