Građevinski sektor odgovoran je za 40 % potražnje za energijom u Europskoj uniji i za 32 % globalne potražnje, čime znatno pridonosi zagađenju. To je razlog zašto pretežno europska zajednica kao i talijanska vlada promiču politiku ponovnog razvoja i nadogradnje postojećeg fonda zgrada s ciljem smanjenja potrošnje energije i, općenito, poboljšanja energetskih i seizmičkih svojstava konstrukcija.
Iako se radikalni radovi na rušenju i rekonstrukciji mogu činiti izvedivima te bi se za njih mogla dobiti potrebna financijska potpora, to nije praktično zbog visokih izravnih troškova, dekomodacije stanara (jer bi zgrade bile nedostupne nekoliko mjeseci) i utjecaja koji bi rad imao na okoliš.
Nadogradnja/obnova postojećih zgrada iz energetske perspektive očito je ključna strategija na putu prema održivom razvoju. Međutim, pri projektiranju i provedbi intervencija za poboljšanje energetske učinkovitosti na područjima s visokim rizikom od seizmičke aktivnosti mora se uvijek uzeti u obzir procjena seizmičkih svojstava konstrukcijskih i nekonstrukcijskih dijelova te se moraju poduzeti koherentne radnje za poboljšanje njihove učinkovitosti općenito kad god je to potrebno.
Tijekom ispitivanja, koja je nedavno proveo Fakultet građevinarstva i arhitekture Sveučilišta Federico II u Napulju, analiziralo se ponašanje višekatne okvirne konstrukcije od armiranog betona s nekonstrukcijskim zidom od opeke za ispunu kako bi se predstavila postojeća zgrada tipična za južnoeuropski fond zgrada.
Na konstrukciji je izveden sustav toplinske izolacije Mapei. Sustav je primijenjen na vanjskoj strani samo kako bi se simulirala najčešća i najmanje invazivna vrsta primjene. Glavni je cilj bio odrediti koliko se dobro sustav vanjske toplinske izolacije drži pri povećanju intenziteta potresa kao i procijeniti količinu oštećenja izolacijskog sustava, zidane ispune i konstrukcijskog sustava općenito.
Te su aktivnosti provedene kao dio zajedničkog rada tvrtke Mapei S.p.A. i DiSt-a – Dipartimento di Strutture per l’Ingegneria e l’Architettura dell’Università degli Studi di Napoli-Federico II (Odjel za inženjerske konstrukcije i arhitekturu Sveučilišta Federico II u Napulju) na istraživanju, razvoju i ocjenjivanju održivih rješenja za građevinski sektor korištenjem inovativnih materijala.
Faze izvođenja sustava vanjske toplinske izolacije: nanošenje žbuke i temeljnog premaza: postavljanje izolacijskih ploča s cementnim ljepilom i elementima za pričvršćivanje; nanošenje mreže od staklenih vlakana i premaza
Testiranje: program i metoda
Ispitivanje je provedeno na dva višekatna zida od armiranog betona s ispunom. Konstrukcijski sustav bio je sastavljen od betona s ograničenim mehaničkim svojstvima (fcm = 19 – 24 MPa) i čelične armature koja se najčešće nalazi u postojećim zgradama projektiranima krajem 1970-ih. Cjelokupni okvir bio je reprodukcija stvarne zgrade oštećene tijekom potresa koji je pogodio grad L’Aquilu 2009., s 20 cm debelim zidom i dvostrukom ispunom te okvirom visine 6,3 m i širine 4,1 m.
Mehanička svojstva materijala i konstrukcijskih detalja također su reprodukcija svojstva izvorne zgrade. Eksperimentalno testiranje provedeno je na dva okvira; jednom za reprodukciju izvornog izvedbenog stanja, a na drugom okviru sa sustavom toplinske izolacije izvedenom samo na vanjskoj strani.
Ispitivanja su provedena s pomoću dva aktuatora kapaciteta 1200 kN spojenih na nasuprotni zid. Okvir je spojen na horizontalnu kontrastnu ploču sa sustavom posmičnih spojnica ugrađenih u beton i 16 šipki za predopterećenje. Uobičajeno opterećenje na vrhu stupova (N= 300 kN) postignuto je dizalicama koje djeluju na kruti čelični nosač učvršćen u temelje čeličnim šipkama kako bi se omogućila rotacija duž ravnine okvira.
Protokol opterećenja u smislu količine pomaka koji je određen aktuatorima na dva kata definiran je i ažuriran u stvarnom vremenu u skladu s ispitnog okvira. Dodijeljeni ulaz akcelerometra u ovom konkretnom slučaju (za simulaciju potresa u L’Aquili 2009., vršno ubrzanje tla PGA = 0,45 g) skaliran je za promjenjivi i rastući intenzitet, od vršne vrijednosti 10 % PGA do 150 % PGA.
Dokazi oštećenja nakon ispitivanja seizmičkog intenziteta od 175 % u L’Aquili 2009. (PGA = 0,45 g): razina oštećenja na vanjskoj strani (a); oštećenje vanjske strane s vidljivim horizontalnim pukotinama u korespondenciji s intradosom grede u razini prizemlja (b)
Sustav vanjske toplinske izolacije
Sustav vanjske toplinske izolacije primijenjen je na cijeloj vanjskoj površini okvira tvoreći kontinuirani pokrov preko zidanog ispuna i okvira od armiranog betona kako bi se uklonili toplinski mostovi.
Faze ugradnje sustava (prikazane na slici 1) sažete su u nastavku.
- (a) Primjena cementne bazne žbuke INTOMAP FIBRO R2 na zid
- (b) Primjena temeljnog premaza MALECH
- (c) Primjena cementnog ljepila MAPETHERM AR1 i postavljanje izolacijskih ploča od ekspandiranog polistirena MAPETHERM EPS
- (d) Ugradnja elemenata za pričvršćivanje MAPETHERM SYSTEM STR U 2G, 155 mm (e) Završni sloj cementnog morta MAPETHERM AR1 GG
- (f) Primjena mreže od staklenih vlakana MAPETHERM NET
- (g) Završni sloj cementnog morta MAPETHERM AR1 GG
- (h) Primjena temeljnog premaza MALECH
- (i) Vanjski završni sloj QUARZOLITE BASE COAT.
Analiza seizmičke učinkovitosti
Pseudodinamička ispitivanja s rastućim intenzitetom na konstrukciji s vanjskom toplinskom izolacijom pokazala su da izolacijski sustav ima kapacitet izdržati potrese srednjeg/visokog intenziteta bez pretrpljenih značajnih oštećenja. Ispitivanja su pokazala da su se prve pukotine u zidu (s odvajanjem ispune zida na mjestu spajanja greda) pojavile pri referentnom seizmičkom intenzitetu od 50 % (potres u L’Aquili 2009., PGA = 0,45 g), slično kao u slučaju „prvotnog“ stanja.
U uzastopnim fazama ispitivanja, s povećanjem seizmičkog intenziteta, ispitni uzorak s vanjskom toplinskom izolacijom pretrpio je manje očigledna oštećenja u usporedbi s prvotnom verzijom zahvaljujući mreži od staklenih vlakana koja se koristila i za ojačanje završnog sloja izolacijskog sustava. Pri visokoj stopi seizmičkog intenziteta, od 125 % potresa u L’Aquili, uočen je gubitak prianjanja između izolacijskog sustava i zida.
Dokazi oštećenja nakon ispitivanja seizmičkog intenziteta od 175 % u L’Aquili 2009. (PGA = 0,45 g): drobljenje
prvog reda opeke na mjestu pričvršćenja s intradosom grede u razini prizemlja (c); prvi znak posmičnih pukotina u donjoj gredi zbog učinka potiska na zidanu ispunu (d).
Tijekom uzastopnih faza testiranja, pri seizmičkom intenzitetu od 150 % i 175 % potre-sa u L’Aquili, uočen je prvi znak oštećenja izolacijskog sustava na mjestu spajanja greda sa zidom na razini prvog kata (slika 2 a, b), kao i značajna oštećenja zida (slika 2 c) s vidljivim dijagonalnim pukotinama i drobljenjem redova opeke u dodiru s gredama na obje razine. Posmične pukotine također su uočene na stupu u prizemlju zbog interakcije sa zidom (slika 2 d).
Prisutnost posmičnih pukotina na stupu naglašava prednosti integriranog pristupa pri nadogradnji konstrukcija kombinacijom sustava vanjske toplinske izolacije s kompozitnim sustavom ojačanja na krajevima stupova te na spojevima greda i stupova kako bi se zajamčila dobra seizmička učinkovitost.
Usporedba ovojnica cikličke histereze (slika 3) prikazuje kako je sustav toplinske izolacije, iako ima mali utjecaj na početnu krutost (odvajanje zida od okvira istim intenzitetom kao i kod prvotne verzije), zahvaljujući efektu morta visoke učinkovitosti koji se koristi za lijepljenje izolacije, pridonio povećanju otpornosti nakon pucanja i krutosti ispune zida, a time i seizmičkom kapacitetu okvira.
Tek nakon ispitivanja provedenog za simulaciju potresa od 175 % seizmičkog intenziteta u L’Aquili 2009. uočeno je znatno smanjenje snage u smjeru negativnog opterećenja. Zapravo, izražene pukotine u zidu u ovoj fazi dovele su do smanjenja doprinosa izolacijskog sustava, stoga je otpornost sličnija onoj kod sustava u prvotnom stanju.
Odnos posmičnih naprezanja okvira u prvotnom stanju
(crvena linija) i okvira s vanjskom toplinskom izolacijom (plava linija).
Pratite nas na društvenim mrežama Facebooku i Instagramu.
Pratite Mapei Croatia TV na YouTubeu.
