Kad je riječ o kvaliteti stanovanja, sigurnost je zasigurno na prvom mjestu, pogotovo danas kada su prirodne katastrofe postale učestale. Mapei se stoga već niz godina posvećuje rješenjima i sustavima za ojačanje i obnovu građevina, posebno onih od povijesne važnosti. Zbog aktualnosti ove teme Mapei je u suradnji s domaćim i stranim eminentnim stručnjacima organizirao stručna predavanja pod nazivom Konstrukcijska i protupotresna ojačanja zidanih građevina. Predavanja su se održala ovog proljeća u Splitu te na Fakultetu građevinarstva i geodezije u Ljubljani. Temeljna znanja i brojna iskustva iznijeli su prof. dr. sc. Vlatko Bosiljkov s Fakulteta građevinarstva i geodezije Sveučilišta u Ljubljani, Hrvoje Vukić s Arhitektonskog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu, Edvard Štok iz projektnog ureda Konstat biro te Miljenko Vučić iz tvrtke Spegra inženjering, vodeće u Hrvatskoj na području sanacija. Predavanje je zaključio Giulio Morandini iz Mapei S.p.A. koji je predstavio ključne međunarodne reference Grupe Mapei. Bio je to događaj na kojem su se okupili brojni arhitekti, projektanti konstrukcija, izvođači, voditelji projekata, nadzorni inženjeri, građevinski inspektori te konzervatori, a na predavanjima se tražilo mjesto više.
Mnoge nepoznanice i velika odgovornost
Na predavanjima su predstavljena istraživanja na temu ojačanja zidanih konstrukcija pomoću kompozita te saznanja stečena pokusima kojima se simulira potres. Posebnu su, pak, težinu nosila ona dobivena analizama učinaka potresa koji su pogodili Italiju u zadnjih deset godina. Zbog kakvoće materijala korištenih u prošlosti, a ponekad i neodgovarajuće gradnje otpornost na potrese pojedinih građevina nije zadovoljavajuća. Tako se i nedostaci konstrukcija uglavnom najčešće pokažu prilikom prirodnih katastrofa. Uz svijest o tome da živimo na području sa značajnim rizikom od potresa, najmanje što možemo učiniti je da zgrade u kojima boravimo učinimo što otpornijima na seizmičko djelovanje. Činjenica je da je ova tema vrlo zanimljiva, stručno zahtjevna, a istovremeno još uvijek puna nepoznanica, pri čemu projektanti snose najveću odgovornost. Produljivanje životnog vijeka zgrada i konstrukcija moguće je samo s cjelovitim tehničkim pristupom problemu te poznavanjem i odabirom inovativnih naprednih tehnologija i sustava.
Stanje u Hrvatskoj
Seizmolozi su vrlo oprezni oko moguće opasnosti koja prijeti Hrvatskoj. U svibnju 2009. godine Državna uprava za zaštitu i spašavanje predstavila je dokument naziva Procjena ugroženosti Republike Hrvatske od prirodnih i tehničko-tehnoloških katastrofa i velikih nesreća, a jedan dio tog dokumenta bavi se i ugroženošću od potresa. Područje Hrvatske, navodi se u toj procjeni, odlikuje se izraženom seizmičkom aktivnošću, a podaci o snažnim potresima bilježe se još od 4. stoljeća. Dva snažna potresa bila su intenziteta 10 po Mercalli-CancaniSiebergovoj ljestvici. Prvi je 361. godine potopio grad Cissu (danas Caska) na otoku Pagu, a drugi je 1667. prouzročio gotovo potpuno rušenje Dubrovnika i smrt oko 3000 ljudi. Od 361. godine do danas zabilježen je 21 potres intenziteta 9 po MCS ljestvici.
Najpoznatiji od njih prouzročio je ozbiljna razaranja u Zagrebu 1880. godine, a najnoviji, 1996. godine pogodio je područje između Stona i Slanoga te prouzročio još 2000 manjih potresa. Ako govorimo o kompletnom opsegu potresa zabilježenih od 361. godine, onda govorimo o brojci od nekoliko stotina tisuća potresa. Po karti očekivanih maksimalnih intenziteta potresa MSK-64 (MedvedevSponheuer-Karnik), za povratno razdoblje 500 godina, u Hrvatskoj se svih 20 županija kao i Grad Zagreb nalaze u seizmičkom području u rasponu od VI. do IX. stupnja. Također se navodi u procjeni da se na području koje je u opasnosti od pustošnih potresa nalazi devet županija – Grad Zagreb, Zagrebačka, Krapinsko-zagorska, Si sačko-moslavačka, Splitsko-dalmatinska, Dubrovačko-neretvanska, Brodsko-posav ska, Požeško-slavonska i Bje lo varsko-bilogorska županija. U područjima u kojima je moguć potres intenziteta 10 po MCS ljestvici živi gotovo milijun ljudi, odnosno 21 % stanovništva Hrvatske.
Karta potresnih područja Hrvatske. Karte s tumačem sastavni su dio Nacionalnog dodatka HRN EN 1998-1:2011/NA:2011, Eurokod 8: Projektiranje potresne otpornosti konstrukcija – 1. dio: Opća pravila, potresna djelovanja i pravila za zgrade.
Saznanja stečena na osnovi praktičnog iskustva – prof. dr. Vlatko Bosiljkov
U nastavku objavljujemo sažetak predavanja koje je na osnovi svog bogatog iskustva održao prof. dr. Vlatko Bosiljkov. Predavanje je bilo podijeljeno na četiri glavne teme: svojstva zidanih konstrukcija, važeći propisi prilikom obnove zgrada, računski modeli za izračunavanje otpornosti na potrese zidanih konstrukcija te, na kraju, eksperimentalni slučajevi – ojačanje zidanih konstrukcija FRP-om.
Obrada postojeće zgrade u postupku preprojektiranja te tradicionalni oblici ojačanja.
Svojstva zidanih konstrukcija
U prvom dijelu predavanja predstavljene su smjernice za određivanje i prepoznavanje mehaničkih svojstava postojećih starih zidova ovisno o njihovoj teksturi, morfologiji i sastavnim dijelovima. Problem kod projektiranja je i preveliko pojednostavljivanje i zanemarivanje potresne otpornosti iako se pokazalo da postoji interakcija između strukturalnih elemenata, kao i to da nearmirano ziđe ne pridonosi samo vertikalnoj nosivosti već i potresnoj otpornosti. S obzirom na to da sadašnji propisi ne uključuju ishodišne vrijednosti u pogledu mehaničkih svojstava za različite vrste zidova, projektanti su prepušteni vlastitom odabiru, a shodno tome izloženi i većoj odgovornosti. Tako su predstavljene tehničke norme (NTC08) dopunjene rezultatima destruktivnih ispitivanja koja su bila provedena in-situ te onih laboratorijskih provedenih na zidovima u Sloveniji.
Najčešći razlozi oštećenja zidanih objekata u slučaju opterećenja potresom su necjelovitost konstrukcije, neodgovarajući tlocrt, nedovoljna otpornost zidanih elemenata konstrukcije te neodgovarajuća izvedba detalja i loši temelji, odnosno loša podloga za temelj. Za svaki od mogućih uzroka prikazani su primjeri loše prakse koji su utvrđeni tijekom i nakon potresa kod nas i u Italiji. Također su predstavljeni i načini određivanja kinematičkih mehanizama urbane i sakralne arhitekture koji dovode do oštećenja. Iskustva prethodnih potresa potvrđuju da su stariji zidani objekti zbog savitljivih (nedovoljno krutih) dijafragmi znatno ranjiviji u potresima u usporedbi s otkazivanjem van ravnine, što je prikaza no brojnim primjerima oštećenja različitih građevina urbane i sakralne arhitekture. Sistematski su predočeni nalazi i mogući mehanizmi otkazivanja kakvi se mogu aktivirati u slučaju potresa. Takav način određivanja otpornosti pojedinih dijelova zgrade, usprkos tome da već dugo postoji u teoriji konstrukcija, predstavlja novost za naše projektante konstrukcija u pogledu određivanja otpornosti na potres.
Važeći propisi kod obnove zgrada i aktualni prijedlozi promjena (EC8-3)
Za analizu postojećih zidanih objekata u Hrvatskoj mjerodavni su Zakon o gradnji, Tehnički propis za građevinske konstrukcije, Zakon o prostornom uređenju te Zakon o zaštiti i očuvanju kulturnih dobara. Na predavanju je predstavljena i Europska norma Eurokod 8 i kritički pogledi na trenutno važeću verziju njegova 3. dijela (EC8-3) – Ocjenjivanje i obnova zgrada. Naime, kako bi se slijedila određena pravila pri projektiranju i podigla razina sigurnosti izgradnje u Europi, uvedeni su referentni kodovi nazvani Eurokod. Eurokod je skupina standarda za projektiranje konstrukcija, a sastoji se od deset dijelova koji obuhvaćaju različite teme vezane za gradnju. EN 1998, Eurokod 8: Projektiranje potresne otpornosti konstrukcija odnosi se na proračun konstrukcija na djelovanje potresa. U normi su, uz detaljno opisan postupak projektiranja, objašnjena i posebna pravila za armiranobetonske, čelične, spregnute čeličnobetonske, drvene te zidane konstrukcije.
Iznesena su mišljenja o tome što sve njime nije obuhvaćeno te su predstavljeni potrebni osnovni podaci za cjelovitu procjenu stanja konstrukcije. S obzirom na odredbe iz EC8-3 mogu se prepoznati različiti stupnjevi stanja objekta i načini za razvrstavanje kakvoće materijala. Pritom je naglasak na upotrebljivosti prikupljenih podataka o ugrađenom materijalu i konstrukciji koje možemo prikupiti primjenom različitih metoda ispitivanja zidova (radar, geoelektrične metode, sondiranje itd.) ovisno o stupnju njihova oštećenja. Aktualni prijedlozi izmjena EC8-3 koji su trenutno još u fazi pripreme predstavljeni su u završnom dijelu predavanja. Za razliku od determinističkog pristupa, koji je do sada bio aktualan, nove će norme zahtijevati stohastički pristup, a to za sobom kao posljedicu povlači daleko složeniji proračun zgrada. Osim toga, uvode se i kinematički pristupi određivanja stabilnosti pojedinih dijelova zgrada ovisno o očekivanom mehanizmu vanravninskog oštećenja. U spomenutom će slučaju postojati mogućnost provedbe nelinearnog proračuna otpornosti građevine. Na kraju su predstavljeni prijedlozi novih analitičkih izraza za određivanje posmične otpornosti zidova ovisno o načinu otkazivanja.
Računski modeli za proračun otpornosti zidanih konstrukcija na seizmičko djelovanje
Računsko modeliranje zidanih zgrada ovisi o tipu konstrukcije i traženoj točnosti analize. U slučaju postojećih zgrada, a posebno onih od povijesne i kulturne važnosti, stvari su još problematičnije zbog odgovarajućih graničnih uvjeta koji su određeni, uvažavanja osnovne strukture i promjena na građevini tijekom povijesti, geometrije nosivih elemenata te višeslojne strukture zidova, odnosno njihove masivnosti u slučaju da se radi o fortifikacijskim objektima. Modeli su, kod uvažavanja krajnjih elemenata i različitih nelinearnih materijalnih modela, kod povijesnih zgrada gotovo neupotrebljivi zbog velikog broja ulaznih parametara koji u praksi nisu raspoloživi. Stoga se u zadnje vrijeme za potrebe analize potresa uvriježila metoda razmatranja prethodno određenih nosivih konstrukcijskih elemenata. U tom smislu razlikujemo dvije metode – metodu konstrukcijskih elemenata (structural element model – SEM) i metodu kinematičkih mehanizama (macro block model – MBM).
Prvu metodu u formi analize kritične etaže, koja je razvijena na Institutu građevinarstva ZRMK, poznajemo već neko vrijeme iako za potrebe analize starijih višekatnica s mekanim dijafragmama nije potpuno upotrebljiva. Suvremene metode SEM obrađuju globalni odgovor zgrade te uvažavaju kako zidane elemente između prozora tako i one iznad njih kao i različite krutosti međukatnih konstrukcija. Ta metoda ima manjkavosti jer ne uzima u obzir vanravninske mehanizme odvajanje zidnih elemenata. U tu svrhu moramo posebno izvesti analizu MBM, odrediti mjere za sprečavanje vanravninskog odvajanja uz uvažavanje zahtjeva propisa pa zatim odraditi analizu SEM i kombinirati mjere ojačanja pri globalnoj analizi. Na kraju ove teme predstavljeni su primjeri analize stare gradske jezgre Ljubljane, tvrđave Pišece i palače Kazina.
MBM analiza zidanih fasada (preuzeto od D. D’Ayala).
Ojačanje zidanih konstrukcija FRP-om – eksperimentalni primjeri
U okviru eksperimentalnog rada profesor Bosiljkov predstavio je nalaze ispitivanja s ljubljanskog Fakulteta građevinarstva i geodezije (Kržan, M. i Bosiljkov, V., Laboratorijska ispitivanja višeslojnih kamenih zidova učvršćenih trakama od staklenih vlakana), ispitivanja starijih objekata u Mariboru in-situ (Gostič, S., Bosiljkov, V., Jarc Simonič, M. i Kržan, M.) te ispitivanja starih zidova od opeke učvršćenih FRP tkaninama in-situ). U prvom dijelu ispitivanja određivan je utjecaj ojačanja već oštećenih višeslojnih kamenih zidova uz uporabu elastičnih staklenih traka (GFRP) ugrađenih u nosive spojnice uz primjenu materijala koji su u skladu sa smjernicama konzervatorske struke. Rezultati ispitivanja ukazuju na problem raslojavanja zidova i potrebe povezivanja različitih slojeva zidova, a tek potom ojačavanja lica zida.
Nakon što je zid povezan u monolitnu cjelinu njegova se nosivost može povećati za 50 % predloženim načinom ojačavanja, a njegova duktilnost može se učetverostručiti. Za određivanje utjecaja različitih mjera za ojačavanje, koje su primjenjive za zidne materijale, svakako je najpouzdanija metoda određivanja otpornosti na posmik zidova in-situ. U tom slučaju nema teškoća sa starenjem materijala, a kontakt između postojeće stare opeke i naknadno zalijepljenih traka, odnosno tkanina odgovara stvarnim uvjetima. Isto tako, uvjeti ugradnje ispitanog uzorka odgovaraju stvarnima, a razina tlačnog opterećenja u trenutku ispitivanja nepromjenjiva je. U okviru ispitivanja provedenih in-situ izvršilo se određivanje utjecaja različitih pozicija ojačanja starih zidova od opeke: dijagonalno ojačanje (D), horizontalno i vertikalno ojačanje (H), mreža GFRP u cementnom mortu (M) te vodoravne uske trake (S). Kao najdjelotvornija metoda pokazala se varijanta H kod koje je otpornost bila povećana 73 %, a duktilnost viša za 433 %.
Primjena različitih metoda ispitivanja zidanog materijala ovisno o stupnju njihova oštećenja.
Zaključak – analiza nosivosti i otpornosti na potrese te primjena u praksi
S prikupljenim mehaničkim svojstvima zidova, konstrukcijskim značajkama samog objekta i odgovarajućim računskim modelom provjerava se sposobnost konstrukcije obrađivane zgrade za preuzimanje propisanog horizontalnog i vertikalnog potresnog opterećenja. Analizom rezultata utvrđuju se slabe točke kao i opseg te napredovanje oštećenja u slučaju očekivanog potresa. Na toj se osnovi podnosi prijedlog tehničkih mjera za sanaciju oštećenja i povećanje otpornosti nosive konstrukcije.
Određivanje globalne otpornosti zidane konstrukcije SEM analizom te analiza kritičnih zidova.
Inovativni sustav Mapei
Tvrtka Mapei uložila je puno istraživačkog rada u razvoj linije proizvoda za ojačanja koja znatno olakšavaju i pojednostavljuju ugradnju, a što je najvažnije pomažu ukupnoj djelotvornosti ugrađenog sustava na osnovi praktičnih potreba i iskustava pri ugradnji. Mapei rješenja pomažu projektantima pri ostvarivanju inovativnih projekata. Pristup je znanstven i temeljit budući da se razvoj bazira na dugogodišnjim istraživanjima i iskustvima – od osmišljavanja u laboratorijima do primjene na gradilištima. Za statičko i seizmičko ojačanje te popravak zidanih konstrukcija Mapei nudi jedno od rješenja s FRP (Fibre Reinforced Polymer – polimeri ojačani vlaknima) i FRG (Fibre Reinforced Grout – mortovi visoke duktilnosti ojačani vlaknima) kompozitnim materijalima te inovativnim sustavom MapeWrap EQ. Ti se sustavi razvijaju već niz godina i testiraju u vlastitim i vanjskim laboratorijima, a rješenja se koriste u cijelom svijetu.
Stalni istraživački rad
Kontinuirani rad tvrtke Mapei na sustavima za ojačanje i obnovu starih građevina i dalje će biti neraskidivo vezan s brojnim praktičnim iskustvima stečenima na radovima na važnim povijesnim objektima diljem svijeta jer samo povezivanje prakse i istraživanja može dati odgovore na pitanja i ukloniti dileme. O radovima na povijesnim objektima pisali smo i na stranicama Mapei Svijeta, a među njima svakako valja izdvojiti milanski Teatro alla Scala, stare zidine grada Firenze, kazalište Petruzzelli u Bariju, muzej Peggy Guggenheim u Veneciji, Kneževu palaču u Zadru, dvorac Eltz u Vukovaru, crkvu Sv. Mirka u zagrebačkim Šestinama, Hvarsko pučko kazalište, hotel Life Palace u Šibeniku, crkvu u Macincu, beljske vinske podrume, zidine grada Iloka, crkvu u Kraljevoj Sutjesci itd.
Svijest o važnosti svih preventivnih mjera za očuvanje dragocjene baštine budi se polako, ali sigurno s obzirom na to da smo posljednjih godina izgubili brojne povijesne spomenike. Ne treba zanemariti ni činjenicu da njihova sanacija zahtijeva daleko veća materijalna sredstva od poduzimanja preventivnih mjera. Kako naša svijest o važnosti ove teme raste, rast će i volja i ustrajnost u naporima za poboljšanje i napredak, pa i kroz ovakva zanimljiva i primjenjiva predavanja!
Prema predavanju prof. dr. Vlatka Bosiljkova dopunila Tatjana Bizjak, dipl. ing. građ., Mapei d.o.o.
Za više informacija posjetite www.mapei.hr i www.mapei.com
