Upload
others
View
6
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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
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
I
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.
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.
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.
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
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
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
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
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)
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
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)
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
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
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.
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.
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.
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
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
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.
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.
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,
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
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).
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:
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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).
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).
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
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
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
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).
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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).
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.
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
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).
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.
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).
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
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
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
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.
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.
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
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
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,
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.
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
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
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
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.
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
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
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).
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.
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
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.
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
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
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).
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
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
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 ).
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 .
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
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
[µ
m/m
]
Čas [h]
SPECIFIČNE DEFORMACIJE V ČASU PREDNAPENJANJA KONSTRUKCIJE
Specifična deformacija [µm/m]
Spuščanje odra
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
[µ
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]
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
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
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.
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
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
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.
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.
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.
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.
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
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.
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;
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;
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
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.
Vpliv podajnosti podporne konstrukcije na beton v času vgrajevanja betona Stran 80
8.3 Izjava kandidata