Betonske Konstrukcije u Agresivnim Sredinama

7/24/2019 Betonske Konstrukcije u Agresivnim Sredinama

1/11

Boris Kuvai, dipl.ing.gra.E-mail: [email protected]

Betonske konstrukcije u agresivnim sredinama

SAETAK:

Agresivnu okolinu u kojoj su smjetene betonske konstrukcije ine klimatske okolnosti, prisustvo agresivnih tvari, temehaniki utjecaji kojima su konstrukcije izloene. Na pojavu oteenja uslijed agresivnosti okoline nikada nemautjecaj samo jedan uzrok, ve interaktivno djelovanje vie imbenika koji u veoj ili manjoj mjeri, a uvijek progresivnou funkciji vremena, uestvuju u smanjenju trajnosti i sigurnosti betonskog elementa. Obzirom da agresivnu okolinu nemoemo mijenjati, za poveanje trajnosti elementa moemo odgovoriti na dva naina: projektiranjem dijelovakonstrukcije koji e vrstom i kvalitetom materijala, te oblikovnim detaljima biti sposobni u najveoj moguoj mjeriodgovoriti na agresivne utjecaje okoline, te odravanjem konstrukcije tijekom projektiranog uporabnog razdoblja nanain da odravamo poetno (projektirano) stanje na prihvatljivoj razini. Dionica drane ceste D-1 pogodna je za prikazdjelovanja agresivne okoline na razliite dijelove betonskih konstrukcija iz razloga koji e se objasniti u nastavkuteksta. Isto tako, opisati e se naini na koje su mostovi na dionici obnovljeni, te pokuati izvui neke zakljuke i

preporuke za projektiranje i odravanje takovih konstrukcija u budunosti.

________________________________Boris Kuvai, dipl.ing.gra., "Hrvatske ceste" d.o.o., Zagreb, Voninina 3


2/11

1. UvodUtjecaj klimatskih uvjeta (ciklusi smrzavanja i odmrzavanje) u kombinaciji sa prodorom vode u strukturu betona,

a posebno uz prisutnost penetriranih klorida soli za odleivanje u zimskom odravanju prometnica, djeluje razarajuena strukturu betonskih elemenata. Ovisno o poloaju u konstrukciji mosta, razliiti su elementi izloeni razliitomomjeru zastupljenosti navedenih imbenika agresivne okoline. Na veem e broju reprezentativnih primjera namostovima dionice dravne ceste D-1- Macelj-Krapina biti pokazan stupanj oteenja elemenata u generalno istoj

okolini, a razliito pozicioniranih u konstrukciji mostova. Prema istovrsnim grupama oteenja pokuati e se objasnitimehanizam njihova nastanka, a to bi trebala biti osnova za razmiljanje o buduem projektiranju i odravanju kako bise oteenja te vrste zadrala u prihvatljivim okvirima. Takoer e biti prikazani naini (tipski popravci) kojima su

pojedine istovrsne grupe oteenja sanirane.

2. Openito o dionici D 1 Macelj-KrapinaDionica dravne ceste D 1- Macelj-Krapina (prikazana na karti-slika

1) graena je polovinom ezdesetih godina proteklog stoljea. Rije je ovitalnom prometnom pravcu kojim su zemlje zapadne Europe povezane s

jugoistonom Europom i Sredozemljem. Prosjeni godinji dnevni prometna toj je dionici oko 8 000 vozila, a u ljetnim se mjesecima poveava,

prema nekim podacima, za 60%. Na tom je dijelu u zavrnoj faziizgradnja autoceste, te e dravna cesta D 1 u budunosti sluiti kao

paralelni cestovni pravac bez naplate cestarine.Duina dionice obuhvaene obnovom cestovnih objekata iznosi cca

12 km (od D 508-odvojka za Trakoan do D 206-vijadukt Krapina) iobuhvaa ukupno 14 mostova i 9 propusta, prema prihvaenoj definicijimosta sa ukupnim rasponom veim od 5 m. Treba napomenuti da je

preostao jedan krai dio od odvojka dravne ceste D 508 do graninogprijelaza sa 30 mosta koji treba obnoviti u to skorijoj budunosti.

Obzirom na vanost prometnice, posebna se panja posveujeodravanju prohodnosti u zimskim uvjetima to materijale konstrukcijamostova i propusta, a posebno materijale gornjeg ustroja, stavlja u vrloagresivnu okolinu koja znaajno utie na trajnost konstrukcije. Ukolikose takvim konstrukcijama ne posveti posebna panja kroz redovno i

pojaano odravanje, ubrzo dolazi do smanjene trajnosti, a potom i

ugroene sigurnosti konstrukcije, kao i sigurnosti odvijanja prometa.Prema raspoloivim financijskim sredstvima, uvjetima odvijanja

prometa, te terminima u kojima su se mogli izvoditi radovi, obnovamostova i propusta izvodila se od 2001. do 2005. godine na tri

poddionice, od Krapine u smjeru Macelja. To su:Slika 1- Dionica D 1 Macelj-Krapina

I. poddionica "utnica" od cca 3 km sa 3 vijadukta, 2 mosta i 1 propustom, od ega su kapitalni objekti vijaduktKrapina (L= 258 m), vijadukt utnica IV (L= 188 m) i vijadukt utnica I (L= 130 m),

II. poddionica "urmanec" od cca 2 km sa 2 vijadukta, 1 mostom i 1 propustom, od ega su vei objekti vijadukturmanec (L= 50 m) i vijadukt urmanec II (L= 61 m), te

III. poddionica "Macelj" od cca 7 km sa 13 manjih mostova i propusta.

3. Openito o mostovima i propustima na dionici D 1-Macelj-KrapinaSvi su objekti betonski, razliitih statikih sistema i oblika poprenog presjeka konstrukcije. Najdui (i

najznaajniji) objekt je vijadukt Krapina (vijadukt preko uvale i ulaza u mjesto Krapina), kontinuirani nosa preko 11polja sa dvije grede i kolnikom ploom, ukupne duine 258 m. Slijede vijadukt utnica IV (kontinuirani sanduastinosa trapeznog oblika preko 5 polja, ukupne duine 188 m), vijadukt utnica I (kontinuirana ploa preko 8 polja,ukupne duine 130 m). Zatim, tu su vijadukti urmanec i urmanec II ije ukupne duljine prelaze 50 m, to jo 18manjih mostova i propusta. Kako na njima od izgradnje (znai, 40-tak godina), za razliku od kolnike konstrukcije

preostalog dijela dionice, nije bilo znaajnijih zahvata na odravanju, predstavljaju dragocjen primjer utjecajaagresivnih sredina na pojedine dijelove objekta. Dapae, prema poloaju elemenata u konstrukciji moe se razluiti idirektni utjecaji pojedinih agresivnih medija, te pretpostaviti uzrok i napredovanje oteenja. Pod pojmom "dragocjen

primjer" prije svega mislim da greke i oteenja koja e biti prikazana i zakljuci koji se iz njih mogu izvui trebajuposluiti kao smjernice, kako pri planiranju odravanja, tako (ili jo vie) pri projektiranju novih objekata u takvimsredinama. Prije prikaza konkretnih oteenja elemenata mostova, ukratko e se objasniti utjecaji i mehanizmidjelovanja agresivnih medija i okoline na nastanak i napredovanje oteenja.


3/11

4. Uzroci i mehanizam nastanka oteenja betona u agresivnoj okoliniOteenja betona na mostovima i propustima dionice D 1-Macelj-Krapina mogu se pronai u meudjelovanju

slijedeih utjecaja: projektantsko-izvoaki propusti (oblikovanje elemenata, posebno sustava odvodnje, kvalitetabetona), propusti odravanja (slabo funkcioniranje odvodnje povrinskih voda, neinterveniranje u poetnim fazamaoteenja), odravanje ceste u zimskim uvjetima (prisutnost klorida soli za odleivanje), klimatski utjecaji (ciklusismrzavanja i odmrzavanja). Sami mehanizam nastanka oteenja moe se ukratko opisati na slijedei nain [1]: kloridi

poveavaju higroskopnost betona, a time i vlanost, to ima za posljedicu koroziju armature (smanjena nosivostelementa), poveanje volumena armature uslijed korozije dovodi do razaranja betona, poveana vlanost (prisustvovode) u kapilarama betona prilikom smrzavanja razara beton poevi na povrini, dok svaki novi ciklus smrzavanja iodmrzavanja upumpava vodu u strukturu betona i produbljuje razaranje po visini presjeka elementa. Kristalizacija soliza odmrzavanje uzrok je dodatnom kristalizacijskom tlaku u strukturi betona, a uz veu koncentraciju soli dolazi dokemijskih reakcija s mineralima cementa i nepovoljnih promjena u strukturi cementnog kamena. Ukratko, ciklusismrzavanja i odmrzavanja djeluju razarajue na strukturu betona, a prisutnost soli za odleivanje taj proces znatnoubrzava.

5. Karakteristina oteenja betonskih elemenataOvdje e biti prikazana karakteristina oteenja na pojedinim dijelovima mostova i propusta koja, u veoj ili

manjoj mjeri, vrijede za sve objekte na dionici. Uz pretpostavku ujednaene kvalitete ugraenog betona bez obzira napoloaj u konstrukciji, te injenicu da je cijela konstrukcija izloena istim klimatskim utjecajima (ciklusi smrzavanja i

odmrzavanja), preostaje razlike u fazama (intenzitetima) oteenja traiti u stupnju izloenosti povrinskoj vodizasienoj kloridima. Oteenja su razvrstana prema teini u odnosu na poloaj u konstrukciji.

5.1. Gornji ustroj-konzole hodnikaKonzole hodnika mostova naroito su ugroene na nioj strani poprenog presjeka, prema kojoj se slijeva sva

oborinska voda, tijekom i poslije zimskog odravanja donosei kloride iz soli za odleivanje. Odvodnje oborinskih vodana promatranoj dionici ili nema, ili je nedostatnog kapaciteta i/ili su uljevni otvori smjeteni na nain da teko da moguobavljati svoju funkciju.

Slika 2- Oteenja na niim konzolama Slika 3- Detalj oteenja niih konzola

Slike 2 i 3 prikazuju potpunu degradaciju betonskog gradiva niih konzola, koje su neposredno izloene vodi (uzimskim uvjetima zasienoj kloridima) sa kolnika. Ova faza razvoja oteenja oito neposredno ugroava sigurnost

prometa vozila i pjeaka iz razloga koje ne treba posebno pojanjavati.

Slika 4- Oteenja na viim konzolama Slika 5- Detalj oteenja vikh konzola


4/11

Prikazana oteenja na slikama 4 i 5 snimljena su na istom objektu, ali na vioj konzoli, tj. na konzoli koja jemanje izloena vodi zasienoj kloridima. U odnosu na niu konzolu, oteenja su zamjetno manja, iako jo daleko od

prihvatljivih. Moe se zakljuiti da bi i ova oteenja dostigla intenzitet oteenja niih konzola, samo kroz duivremenski period.

Na slikama 6 i 7 vidi se probni prokop nie konzole vijadukta Krapina. Iako na prvi pogled oteenja nisu takovidljiva kao na objektu na slikama 2 i 3, treba rei da je prokop napravljen, praktiki, prirunim alatom.

Slika 6- Probni prokop konzole na vijaduktu Krapina Slika 7- Razoreni beton konzole vijadukta Krapina

5.2. Gornja ploha ploe rasponskog sklopaPloa rasponskog sklopa, pogotovo na nioj strani kolnika, zbog procjeivanja kroz asfaltne slojeve kolnika s

oteenom hidroizolacijom, te procjeivanja na dodirnoj plohi kolnika s rubnjakom u sluaju propusnih sljubnica,dobiva oteenja u vidu degradacije, prvo zatitnog sloja betona i korozije armature, a napredovanjem oteenja moedoi do razaranja betona po cijeloj visini presjeka. Kao primjer se moe navesti most preko rijeke Save kod Zapreiana autocesti A 2 Macelj-Zagreb ija su oteenja ploe rasponskog sklopa, snimljena tijekom sanacije, prikazana naslikama 8 i 9).

Slika 8- Most preko Save kod Zapreia Slika 9- Most preko Save kod Zapreia

Procjeivanje vode posebno je izraeno kod nedjelotvorne odvodnje oborinskih voda. Slike 10 i 11 pokazuju loerijeenu i neodravanu odvodnju na vijaduktu Krapina.

Slika 10- Uljevno grlo odvodnje na vijaduktu Krapina Slika 11- Izlazna cijev odvodnje vijadukta Krapina


5/11

Voda, umjesto da bude to prije kontrolirano odvedena sa kolnike konstrukcije, penetrira postepeno u elementekonstrukcije i, pogotovo uz prisutnost klorida, uzrokuje degradaciju gradiva. Uljevna su grla (i inae premalogkapaciteta) gotovo zatrpana dodavanjem novih asfaltnih slojeva na kolniku (slika 10). Izlazna cijev (slika 11) direktnogodvoda ja premale duine i uzrokuje oteenja okolnog betona.

Oteenja na gornjoj plohi betonske ploe vide se na slikama 12 i 13, snimljenim tijekom obnove istog vijadukta.Treba rei da intenzitet oteenja nije toliki kao to bi mogli oekivati na osnovu opeg stanja gornjeg ustroja, i to,

vjerojatno, iz sasvim prozainih razloga: uslijed velikog poprenog nagiba vijadukta u krivini, te vrlo male (gotovonikakve) visinske razlike ruba kolnika i konzole hodnika, sva se oborinska voda prelijevala preko nie konzole koja je ipretrpjela najvea oteenja.

Slika 12- Vijadukt Krapina- oteenja gornje plohe ploe Slika 13- Vijadukt Krapina- detalj oteenja ploe

5.3. Podgled konzola i rasponski sklopOteenja na podgledu u direktnoj su vezi sa oteenjima gornjeg ustroja. Naime, otvoren je slobodan put

preljevanju i procjeivanju to je dovelo do korozije glavne nosive armature, te pucanja i odlamanja zatitnog slojabetona, kao i degradacije betona po visini presjeka. Tragovi procjeivanja na podgledu ploe vidljivi su na mnogo veojpovrini od povrine zahvaene potpunim razaranjem gradiva to ukazuje kako bi se kroz odreeni vremenski periodoteenje poveavalo, kako kvalitativno (poveanje intenziteta), tako i kvantitativno (po irini poprenog presjeka).

Slike 14 i 15 prikazuju karakteristina oteenja podgleda ploe na primjeru jednog objekta na poddionici

"Macelj". Dok je na nioj strani (slika 14) razaranje betona oito, na vioj strani (slika 15) vide se tragovi procurivanja iprelijevanja vode. Mehanizam nastanka oteenja je isti, razliita je samo brzina napredovanja.

Slika 14- Karakteristina oteenja nie strane sklopa Slika 15- Oteenja na vioj strani podgleda

U sluaju kapitalnih objekata kao to je vijadukt Krapina, srea je da zbog oblika poprenog presjeka (rubovikonzola vie su od od 2 m odmaknuti od vanjskih ploha nosaa) oteenja nisu uznapredovala do glavnih grednihnosaa koji su u relativno dobrom stanju. U suprotnom, sanacija ne bi bila ni jednostavna ni jeftina. Slika 16 je pogledna vijadukt sa vidljivim oteenjima vijenca i konzole. Na slici 17 prikazan je detalj oteenja vijenca i podgledakonzole istog vijadukta.


6/11

Slika 16- Pogled na vijadukt Krapina Slika 17- Detalj konzole vijadukta Krapina

5.4. Donji ustrojDonji ustroj takoer je oteen u pravilu na mjestima prelijevanja vode s kolnika (krila i rubni dijelovi stupa

upornjaka, slika 18). Preostali dio betonskih povrina je u mnogo boljem stanju (slika 19).

Slika 18- Oteenja donjeg ustroja-nia strana Slika 19- Oteenja donjeg ustroja-via strana

6. Trajnost betona u agresivnim sredinama i kako je poveatiTrajnost betona u veoj mjeri ovisi o njegovoj sposobnosti da se suprostavi djelovanju agresivne okoline nego o

njegovoj marki i prvenstveno je odreena mogunou (ili nemogunou) penetracije agresivnih tvari. To ovisi o nizuparametara (vrsti agregata, cementa, strukturi pora, stupnju zasienja i raspodjeli vode u betonu itd.). Cementni kamentreba imati to manje kapilara, tj. treba projektirati beton s cementnim faktorom manjim od 0,45. Svi utjecaji klime iokoline poinju djelovati na beton s vanjske strane. Prema tome, posebnu panju treba posvetiti debljini i strukturizatitnog sloja betona kako bi se u najveoj moguoj mjeri smanjila penetracija vode i soli u strukturu betona. Openito,na trajnost betonskih elemenata moe se utjecati nizom mjera poduzetih tijekom projektiranja, gradenja i odravanja

konstrukcije kroz uporabno razdoblje.Kod projektiranja novih objekata, trebalo bi obratiti panju na: prije izrade projekta graevine utvrditi sve utjecaje kojima e graevina biti izloena tijekom uporabnog perioda i

tim okolnostima prilagoditi materijale i oblikovne detalje, projektom betona predvidjeti to vodonepropusniji beton, tj. beton sa to manje kapilara, pogotovo na elementima

neposredno izloenim vodi zasienoj kloridima, debljinu zatitnog sloja predvidjeti takvu da se u najveoj mjeri onemogui penetracija vode i soli, te zatiti

armatura, sustavom odvodnje treba to bre i jednostavnije odvesti vodu sa objekta, a sam sustav treba biti isprojektiran tako

da je svaki njegov dio pristupaan i jednostavan za odravanje, premazima, hidroizolacijama i brtvljenima treba to uinkovitije zatiti betonske povrine, elemente graevine oblikovati tako da se na njima to manje zadrava voda,

elemente graevine oblikovati tako da prelijevanje vode ne ugroava druge elemente iste graevine.Tijekom graenja, ugradnja i njega betonskih (kao i svih ostalih) elemenata treba biti obavljena u skladu sprojektiranom kvalitetom, tehnikim uvjetima i pravilima struke.


7/11

Tijekom ivotnog vijeka graevine, a u sklopu redovnog odravanja, treba: prije i poslije perioda zimskog odravanja oistiti sustav odvodnje, poslije perioda zimskog odravanja sve elemente konstrukcije treba oistiti od sipine i soli, sva uoena oteenja to prije sanirati kako bi se sprijeila njihovo napredovanje, tijekom zakonom i pravilnicima definiranih pregleda pratiti uinkovitost pojedinih mjera sanacije kako bi se

ustanovilo koji materijali i vrste popravaka daju najuinkovitije rezultate, te sustavno nadopunjavati saznanja o

utjecaju pojedine vrste oteenja na element konstrukcije i konstrukciju u cjelini, prema prikupljenim saznanjima iz prethodne toke razraditi sustav prioriteta popravaka koji e dati optimalne

rezultate s tehnikog i ekonomskog gledita.Takove bi mjere poveale trajnost i sigurnost graevine, te, u konanici, znatno smanjile trokove pojaanogodravanja objekata.

7. O obnovi vijadukata, mostova i propusta na dionici D 1- Macelj-KrapinaKao to je navedeno u uvodu, obnova je izvoena u vremenskom razdoblju od 2001. do 2005. godine. Radovi su

se odvijali u uvjetima neprekinutog odvijanja dvosmjernog prometa (uz suenje prometnih traka), sa kraimrazdobljima naizmjeninog proputanja (za vrijeme obnove kolnike konstrukcije). Glavne vrste materijalaupotrijebljenih pri obnovi bile su:- Za beton gornjeg ustroja objekata na dionici Macelj-Krapina traene su slijedee karakteristike: marka betona MB 40koji u najveoj mjeri udovoljava uvjetima vodonepropusnosti, te otpornosti na smrzavanje i soljenje (otpornost na mraz

i sol dokazana na 25 ciklusa, vodonepropusnost VDP-12, plinopropusnost K


8/11

Slika 21 prikazuje stanje prije, a slika 22 stanje poslije obnove vijadukta Krapina.

Slika 21- Vijadukt Krapina prije obnove Slika 22- Vijadukt Krapina poslije obnove

7.2. Poddionica "urmanec"- vijadukt urmanec I

Na vijaduktu urmanec I obnovljene su konzole hodnika s pripadajuom opremom, odvodnja vijadukta, te oteenidijelovi betonskih povrina donjeg ustroja vijadukta. Ugraene su nove slivnike kutije s odvodnim cijevima. Popreni

presjek iz projekta obnove pokazan je na slici 23.

Slika 23- Obnova vijadukta urmanec I- popreni presjek

Slika 24 pokazuju stanje prije obnove, a slika 25 fazu izvoenja radova na sanaciji konzole hodnika vijaduktaurmanec I.


9/11

Slika 24- Vijadukt urmanec I prije obnove Slika 25- Vijadukt urmanec I poslije obnove

7.3. Poddionica "Macelj"- propustMacelj IV

Primjer propusta Macelj IV netipian je za objekte nadionici Macelj-Krapina u smislu da je, osim razaranjabetona gornjeg ustroja, dolo i do velikih oteenja uslijeddegradacije betona u donjem ustroju propusta. Slika 23

pokazuje jedan od tipskih naina obnove gornjeg ustrojaobjekata na poddionici "Macelj", dok slika 24 pokazujenain sanacije donjeg ustroja na propustu Macelj IV. Krila izidovi upornjaka obloeni su betonskom konstrukcijomarmiranom na nain da moe preuzeti dio sila uslijed

pokretnog i stalnog optereenja.

Slika 26- Obnova propusta Macelj IV- popreni presjek konzolnog dijela


10/11

Slika 27- Obnova propusta Macelj IV-uzduni presjek

Slika 28 pokazuje stanje prije, a slika 29 nakon obnove.

Slika 28- Propust Macelj IV prije obnove Slika 29- Macelj IV poslije obnove

8. ZakljuakU lanku se nastojalo prikazati razorno djelovanje agresivne okoline (soli za odleivanje u kombinaciji s

klimatskim uvjetima i ciklusima smrzavanja i odmrzavanja) na betonske konstrukcije. Takoer se nastojalo razluiti(prema poloaju elemenata u konstrukciji) koliki je utjecaj pojedinih agresivnih medija u cijelom procesu nastankaoteenja gdje su meusobno isprepleteni mnogi razliiti utjecaji. Iz prikazanog se moe vidjeti da su oteenja betonaznatno vea na dijelovima konstrukcije koji su neposredno izloeni djelovanju soli za odleivanje, znai prvenstvenogornji ustroj objekata. Kada se otvori put procjeivanju i prelijevanju vode zasiene kloridima s gornje plohe, oteenjatrpe i ostali elementi konstrukcije. Obzirom da se radi o reprezentativnom uzorku veeg broja objekata raenih u istovrijeme, moe se doi i do nekih zakljuaka koji bi trebali biti smjernice, kako za projektiranje, tako i za odravanje u

budunosti.I na kraju treba rei da je teta, ako se ve nije ranije prilo obnovi prikazanih objekata, da se nije sustavno pratilo

stanje objekata. Danas bi imali dragocjena saznanja o napredovanju oteenja u funkciji vremena to bi bila pouzdanaosnova za budua predvianja stanja, te planiranja odravanja betonskih graevina u razliitim agresivnim sredinama.Isto tako, za nadati se je da e u budunosti cijeli sustav praenja i odravanja biti mnogo ozbiljniji i djelotvorniji negoto je danas.

Literatura:[1] Ukrainczyk, V. (1994): Beton-struktura, svojstva, tehnologija, ALCOR, Zagreb, 1994.

Concrete Structures in Aggressive Environment

Summary

Aggressive environment for concrete structures includes exposure to adverse climate, chemically aggressive substances

and mechanical impacts. Damages in aggressive environment are never caused by a single factor. They usually appear

as a result of interactive influence of several factors, which, to a lesser or greater degree, but always progressively,

reduce durability and safety of a concrete component. Since aggressive environment cannot be changed, durability of

structure components has to be increased. There are two responses to address this requirement. First, type, quality and

design of structure components have to be selected with the aim to enable high resistance to aggressive impacts from

environment. Second, the structure has to be maintained during the design use period in such a way that the initial

(design status) is kept at an acceptable level. A D-1 section was considered suitable for illustration of aggressive

environmental impacts on concrete structure components for the reasons which are explained further in the paper.


11/11

Methods applied in reconstruction of bridges on the section are described. The paper ends with an attempt to give

conclusions and recommendations for design and maintenance of such structures in the future.

Documents

Betonske Konstrukcije u Agresivnim Sredinama