PATOLOSKE POJAVE KOD POTPORNIH KONSTRUKCIJA

JOVAN suttcPETAR MITROVIG

UVOD

ObavljajuCi svoju namenu prijema i podnosenja pri­tiska tla iii stena, potporne konstrukcije mogu - usled: ne­predvidenih uticaja u terenu iii spolja; poqresnoprocenjenih iii precenjenih faktora pri projektovanju; gre­saka pri izvodenju iii kasnije pri odrzavanju - tokom vre­mena, izqubiti svoje sposobnosti nosenja mase tla iiistena pa dolazi do porneranja. rotiranja, deformacija i la­ma potporne konstrukcije iii tla u kame je tundirana.

Pomeranja, rotacije, deformacije i 10m potpornekonstrukcije iii tla se cesto u praksi ponavljaju, imaju isteuzroke i manifestuju se na slican nacin, pa ih je moquceklasifikovati po vrsti: podcenjenih, precenjenih iii uopstsne uzetih faktora, koji znatno uticu na stabilnost i funkci­onalnost potporne konstrukcije. Isto taka, qreske pri izvo­denju iii kasnije pri odrzavanju potpornih konstrukcija, posvojim manifestacijama svrstavaju se u grupe, koje semogu raspoznati i klasifikovati.

Ostecenia i deformacije, kao i njihovi dalji progresiv­ni procesi u smislu radikalizacije slabljena potporne ken­strukcije, mogu se smatrati kao bolesti, odnosnopatoloske pojave

Svrstavanje ostecenja u vrste i poznavanje njihovognacina manifestovanja pornaze gradevinskom strucnjakuda brze proceru stepen ostecenja i sagleda neophodnemere i cenu sanacije. Poznavanjem uzroka i posledicaostecanja po stabilnost potporne konstrukcije, umnogo­me pornaze izboru adekvatnih sanacionih mera, koje pot­pornu konstrukciju reqenorisu i osposobljavaju je zaobavljanje svojih funkcija. Sve ova podseca na medicinu.Poznavanje bolesti, tj. tacna dijagnoze uslovljava odredi­vanje tacne terapije i izlecen]e.

lstrazivac Paterson objavio je studiju u kojoj je izneopodatke istrazivanja uzroka ostecen]a gradevinskih ken­strukcija. Analizirao je aka 10.000 slucajeva ostecanihkonstrukcija sagradenih ad raznih materijala i dosao dozakliucka:

- ostecerua nastala usled greske projekta 37 %;

- ostecenja nastala usled greske pri izvode-nju radova 51 %;

Adrese autora: Prof. Jovan Sutic, dip, into grad., 11000 Beograd,Dalmatinska 8; Dr Petar Mitrovic, dip. inz. grad., Institut za puteve,a.d., Beograd, Kumodraska 257

MATERIJALI I KONSTRUKCIJE, 43 (9-20), 3-4 (2000)

UDK: 624.16.012.3/.4.044= 861

Naucni rad

- ostecenja nastala zbog poqresno izabra-nag materijala 4,5 %;

- ostecenja nastala usled nedovoljnog i po-gresnog odrzavania 7,5 %.

Paterson dolazi do zakljucka da se aka 60 % ostece­nja pojavljuju u prve tri godine eksploatacije gradevinskekonstrukcije.

Francuski istrazivac Louis Logeais obavio je istrazi­vanja na 300 osteceruh potpornih konstrukcija. Dosao jedo zakljucka:

- ostecenia nastala usled qreski pri dimen-zionisanu temelja 25 %;ostecenja nastala usled qreski pri dimen-zionisanju stuba potporne konstrukcije 19 %;

- ostecenja nastala usled nedostatka dre-naze iii nepravilno izvedene drenaze 33 %;

- ostecenja nastala usled brzlJ iii prevre-menog opterecenja potporne konstrukci-je tlom 10 %;

- ostecenia nastala usled qresaka pri sidre-nju iii ankerovanju potporne konstrukcije 5 %;

- osteccnja nastala usled nepazr,e pri radu 5 %;- ostecenja nastala usled dejstva ag resiv-

nih voda, tla iii vazduha 3 %,U ovom radu obradice se patoloske pojave samo

kod betonskih i armirano betonskih potpornih konstrukci­ja. Pojave ostecenja kod potpornih konstrukcija sagrade­nih ad drugih materijala (kamen, celik, plastika itd.), necebiti razmatrane u ovom clanku.

VRSTE OSTECENJA

Uzroci ostecanja potpornih konstrukcija mogu seklasifikovati na osnovu prirode nastanka:

- potcenjenih faktora: sile pritiska tla iii stena, sila uankerima iii sidrima, podzemne vade, povrSinskih voda,sile seizma, spoljnjeg opterecenja, ne uzimanje iii potce­njeno uzimanje u obzir dejstva agresivnih agenasa napotpornu konstrukciju, fenomena mraza, fenomena bu­brenja i skupljanja tla, nepravovremenog opterecenjapotporne konstrukcije itd.;

- na osnovu precenjenih fakata: nosivosti tla, nosi­vosti temelja iii stubova potpornih konstrukcija, nosivostirnontaznih potpornih konstrukcija, opste stabilnosti tere­na, tehnologije izvodenja potpornih konstrukcija, kvalite-

9

ta materijala od kojih je sagradena potporna konstrukcijaitd. ;

- na osnovu faktora iznenadenja: neocskivano po­vecanje statickoq iii dinarnickoq spoljnjeg opterecenia,nepredvideno povecanie dejstva agresivnih cinilaca,iznenadni visevakovni intenzitet seizma, iznenadni vi­sevekovni nivo povrSinskih voda sa statickim iii dinarnic­kim dejstvom (poplave), iznenadna pojava podzemnihvoda tokom vremena eksploatacije potporne konstrukci­je itd.;

- na osnovu qresaka pri izvodenju radova na pot­pornim konstrukcijama;

- na osnovu qresaka koje se jave usled pravilnogneodrzavanja potpornih konstrukcija (drenaze, povrsin­ski kanali, propusti, saniranje prslina i pukotina potpornihkonstrukcija itd).

U nastavku teksta opisacerno grupacije ostecenjanastale usled potcenjenih, precenjenih iii neuzetih fakto­ra, koji uticu na stabilnost potporne konstrukcije. Redo­sled tretiranja ostecenia, u ovom radu, obavicerno premaucestalosti u gradevinskoj praksi.

1. Ostecenja nastala usled precenjene nosivosti tla

Precenjenost nosivosti tla mozs nastati usled: po­qresno izvrSene ernpiricke procene nosivosti; usled ne­pravilno obavljenih laboratorijskih iii "in situ' opita, stodovodi do izbora netacnih qeotehnickih parametara ($,C, Y itd.): usled nstacnoq proracuna itd.

Netacno odredena nosivost tla, tj. precenjena spo­sobnost nosenja potporne konstrukcije izaziva velike de­formacije, kao sto su: sleganje potporne konstrukcije,rotiranje oko spoljne ivice konstrukcije, translatorno po­meranje konstrukcije iii 10m tla.

Usled nedovoljno odredene nosivosti u tlu se javljajudeformacije, koje mogu, prvobitno, biti u domenu elasti­cnosti, sto je povoljnije za potpornu konstrukciju, jer seona u tom slucaju manje detormise, pomera iii rotira. Ka~

snije, dolazi do povecanja deformacija u tlu koje prelazeu stanje plasticnosti, odnosno u stanje' rezidualnosti de­formacija. Tad se deformacije, pomeranja iii sleganje pot­porne konstrukcije povecavaju Poslednja faza je 10mtla.U toj fazi tlo gubi svaku nosivost. Lom tla se na potpornukonstrukciju manifestuje: znatnim horizontalnim pomera­njem, znatnim sleganjem iii rotiranjem konstrukcije okosvoje ekstremne spoljne tacke Same deformacije kon­strukcije nisu velike i one se pri ovoj vrsti ostecenia mani­festuju prslinama i pukotinarna, narocito ako susagradene od armiranog betona. Znaci, ostecenie kon­strukcije, koje nastaje precenjenom nosivosti tla, rnani­festuje se izrazitom rotacijom, sleganjem translacijom iiikombinacijom pomenutih pomeranja (slika 1).

Elasticni opseg deformisanja tla smatra se onomkad se deformacije nalaze u intervalu:

& = (0,1 - 3)% . h

Plasticni opseg deformisanosti. posle koje nastaje10m tla, nastaje kad deformacije predu granicu:

& = (2 - 3)% . h

Navedene relacije su orijentacione. Opsezi elasti­cnih i plasticnih deformacija tla su razliciti i zavise ad vrstetla.

Granicno stanje ravnotsze kod tla, ispod temelja, tj.stanje izmedu elasticnoq i plasticnoq opsega deformisa­nosti, postize se:

• kod normalno nosivih tla (0DOZ > 150 kPa), priqranicnorn stanju napona u tlu, dijagram napona je tro­ugao (slika 2a). Tad je:

o < 0'< 2 . 0 m :

2 LV(j1 =20m =--b-;

A &1

#0' In ,w)j t. bII'\: ~ '" I

I \I

h\

h h I h \I \

+0 --- ::l8 SIV t S11I

~ b ~ t "b-1SLEGANJE HORIZ. POMERANJE ROTACIJA KOMBIN. POt1ERANJE

Slik« 1. Pomerenje potorne konstrukcije: a) sleganje; b) horizontelne trensleciie; c) roteclje; d) kombinoveno kretenje

a)

Slika 2. a) dijagram nepone kod norma/no nosivog tie; b) dijagram nepone kod nedovo/jno nosivog tla

10 MATERIJALI I KONSTRUKCIJE, 43 (9-20), 3-4 (2000)

kad je,

be=-

6'

• kod nedovoljno nosivog tla (oooz < 150 kPa), priqranicnorn stanju ravnoteze, dijagram napona ima obliktrapeza (priblizno pravougaonik) (slika 2b), tad je:

. bkad Je e = 18'Ukolikotlo, bilonormalno iii nedovoljno nosivo, ne­

rnoze da podnese sile sopstvene tezine potporne kon­strukcije i pritiska tla (stene), dolazi do sleganja inaginjanja potporne konstrukcije. Pri naginjanju dolazido povecanja ekcentriciteta e, a time i do veceq momentarotacije, sto izaziva jos vece deformacije tla i tezi lomu.

Cesto se kod visokih iii potpornih konstrukcija opte­recenih silom pritiska tla velikog intenziteta javlja u tlu, nakontaktu stope temelja i tla, zatezuci napon (-<J2) , (slika3). Tad dijagram napona prelazi u oblik kako je prikazanona slici 3.

Poznato je da tlo, prema svojim rnehanickirn svoj­stvima, ne prima zatszuci napon. Znaci da celokupan na­pon pritiska treba da bude primljen na reduciranoj sirinistope temelja b', koja je jednaka:

b' = 3 c

U navedenom slucaju na spoljnoj ivici temelja javljase maksimalan napon pritiska (max <J), cija se vrednostizracunava izrazom:

2 IVmax <J=--­

3c

Ekcentricitet. delovanja rezultante, u odnosu na sre­

dinu temelja, sa e, prelazi u e' = %- c, (slika 3).

b

Slika 3. Dijeqrem nepone pritiske na tlo, pri reduciranoj slrini stopetemelja

Proracunata vrednost za max <J treba biti manja oddozvoljenog napona pritiska za tlo na kome se fund irapotporna konstrukcija, tj.:

max <J < <JOOZ

Dozvoljeni napon u tlu je onaj napon koji se rnozedopustiti da deluje u tlu, pod uslovom da ne izazove 10mtla iii stene, pri najnepovoljnijim uslovima. Znaci da <JOOZtreba biti manji od qranicnoq napona pri lomu (<JGRAN).Odnos izmedu dozvoljenih i qranicnih napona u tlu iii ste­ni izrazava se:

MATERIJALII KONSTRUKCIJE, 43 (9-20), 3-4 (2000)

<JGRAN<Jooz=~,

gde je Fs faktor sigurnosti koji zavisi od vise cinilaca: ta­cnosti primenjenih fizicko-rnehanickih i otporno-defor­mabilnih svojstava tla, medu kojim je znacajno sto tacnijedefinisati koheziju (C), ugao unutrasnje otpornosti (<1»,

uslova opterecenja (staticko, dinarnicko), dubine fundira­nja temelja, sirine temeljne stope, oblik temelja itd. Faktorsigurnosti Fs ima vrednost od 1,300 do 1,500, sto zavisiod vaZnosti objekta i tacnosti u odabiru parametara zaproracun sile pritiska i deformisanja tla ispod temelja.

Postoji vise poluempiriskih iii empiriskih obrazacapornocu kojih se mogu proracunati qranicni naponi u tluiii steni (<JGRAN) , npr.: Terzaghi-ev obrazac, korekcija poMeyerhof-u, Frohlichov obrazac, Lenjingradska formula,obrazac Brinch-Hansen-a (uslovljen po nasirn propisi­ma) itd. Evropski propis "EVROKOD", za proracun qrani­cne nosivosti, daje aproksimativne [ednacine izvedene izteorije plast 'nosti i eksperimentalnih merenja za drenira­ne i nedren me uslove. Pored navedenih ernpirickih iiipoluempirickrh izraza, za proracun qranicnih napona,rnoquce je qranicne napone odrediti i eksperimentalno,"in situ" opitima, opterecenjem tla do loma.

Dozvoljeni napon u tlu (oooz) zavisi od vrste tla iiistena na kome je potporna konstrukcija fundirana. Za tla,tj. gline, prasins, peskove, sljunkove, <JOOZ, krece se u in­tervalu od 100 do 500 kPa; za me kane stene (flisevi, lapo­ri, laporci, glinci itd.) <JOOZ se krecs u intervalu od 400 do1000 kPa; dok za cvrsts stene (pescari, krecnjaci, mer­meri, dacit, granit itd.), <JOOZ se nalazi u relacijama od 600do 2000 kPa.

2. Ostecenja nastala usled potcenjene sile pritiskatla

Proracun sile pritiska tla na potpornu konstrukciju jeslozen postupak, koji se mora pazljivo i vrlo korektnoobaviti. Postoji vise metoda i nacina proracuna pritiskatla, koji su manje iii vise ernpiricki i pod pretpostavkamakoje uproscavaju postupak, ali zato daju manje pouzda­ne rezultate. U svim postupcima figurisu parametri: ugaounutrasnje otpornosti (<1», kohezija (C), zapreminska ma­sa (YJ itd. Izabrani parametri trebaju da odrazavaju stanjeu prirodi i da se na taj nacin obavi proracun sile pritiska tlaiii stena.

Koheziju (C) ne uzimati u racun ukoliko je pritisakizazvan klizanjem mase tla (stene), jer ona u kliznom slo­ju ne postoji. Unistena je. Isto take, pri proracunirna, tre­ba voditi racuna da Ii koheziju uzimati u efektivnom iiitotalnom stanju (C' iii C). Vrlo je vazno stanje dreniranostitla iza potporne konstrukcije, koje daje razlicite vrednostiza koheziju (Cu - nedrenirani, C' - drenirani). Kohezija prinedreniranim uslovima (Cu), obicno je veca od kohezijepri dreniranim uslovima (C'), za oko 30 %. Radi sigurnos­ti, kod tla, koheziju (C) ne treba uzimati u racun jer je onaprividna i zavisi od vlaznosti tla, koja moze biti promenlji­va. Ona se kod glina i prasina rnoze uzeti u obzir u priro­dnim neporemecenim naslagama, konstantne vlaznosti.Tad kohezija kod mekanih glina dostize vrednosti od 5-10kPa, a kod tvrdih od 15-30 kPa. Sa porastorn zasicenjakohezija kod glina i prasina opada. Pri zasicenosti SR =100% gline i prasins gube koheziju. Mekane stene (Iapo­ri, laporci, glinci itd.) poseduju stabilnu koheziju, koja jenastala zakasnelom iii sporom kristalizacijom pod utica-

11

jem pritiska i temperature.Vrednost kohezije kod meka­nih stena krece se od 50 do 300 kPa. Cvrste stene ma­gmatskog porekla imaju stalnu i nepromenjljivu koheziju.Ona je nastala povezivanjem mineralnih sastojaka stene,mineralnim vezivom, pri kristalizaciji magme. Metamorfnestene takode imaju stabilnu koheziju, koja je nastala re­kristalizacijom minerala i mineralne mase. Vrednosti ko­hezije kod cvrstih stena krecu se od 300-800 kPa.

Ugao unutrasnje otpornosti (<1» nije konstantna veli­cina za jedno tlo, bilo da se radi 0 glinama, prasinama,pesku iii sljunku. Vise faktora utica na velicinu ugla unu­trasnje otpornosti. Hrapava povrsina mineralnog zrna ikubicast oblik sa izrazenirn rogljevima daju vsci ugaounutraSnje otpornosti. Mineralna zrna plocastih oblika saglatkim povrsinarna daju marne vrednosti ugla unutrasnjsotpornosti. Sa povecanjern suve zapreminske mase (Yd)dolazi do povacanja ugla unutrasnie otpornosti istog rna­terijala. Tla sacinjena od cvrstih minerala imaju veci ugaounutrasnje otpornosti od tla sastavljenih od rneksih mine­rala. Za jedno tlo iii stenu ugao unutrasnje otpornosti nijelinearna funkcija, vee velicina koja zavisi od normalnih na­pona. Sa porastom normalnih naprezanja dolazi do sma­njenja vrednosti ugla unutrasnjs otpornosti usledpromene polozaja zrna u masi tla. Porastom normalnognapona mineralna zrna menjaju orijentaciju i zauzimajupolozaj priblizno paralelan sa ravni loma.

Pri proracunu sile pritiska neophodno je tacno pro­ceniti zapreminsku masu tla iza potporne konstrukcije.Znamo da zapreminska masa tla rnoze biti: u suvom sta­nju (Yd) , pri Sr = 0%, sto je redak slucaj u prirodi; u deli­rnicno zasicenorn stanju (Yvv), sto je vrlo cest sluca] uprirodi; u potpuno zasicenorn stanju (Yz) , kad je Sr =100%, sto je rnoquc slucaj u prirodi iii potopljenom u vo­du (y), sto je, takode, moquc sluca] u prirodi. Koju od na­vedenih zapreminskih masa treba uzeti pri proracunu silepritiska tla zavisi od stanja vlaznosti tla, odnosno koje sta­nje vlaznosti vremenom mozs nastati. Znaci potrebno jeproceniti stanje vlaznosti u tlu koje ce dati maksimalnu si­lu pritiska tla, a koja se realno rnoze desiti tokomvremena.

Pri dimenzionisanju potpornih konstrukcija, vrlo ces­to se sila pritiska tla iskustveno ceni iii cak uopsts ne ra­cuna (koriscenje tipskih potpornih zidova). Takav nacinrada dovodi do potcenjivanja iii precenjivanja sile pritiskatla. Tad konstrukcija, u prvom slucaju, trpi deformacije ipomeranja, do loma konstrukcije iii tla ispod nje. U dru­gom sucaju dobijamo neracionalnu, predimenzionisanu iskupu potpornu konstrukciju.

Silu pritiska tla obicno sracunavamo metodoma:Coulomb-a (1770.), Rankina (1857.) iii metodama grani­cne ravnotsze Janbu-a, Bishop-a itd., nastalih u drugojpolovini dvadesetog veka. Najispravnije je silu pritiska tlaracunati po nekoliko poznatih metoda i usvojiti najvscudobijenu vrednost. Na taj nacin se rncqucnost qresks priproracunu sile pritiska tla rnoze smanjiti na minimum I

izbeci deformisanje, pomeranje iii 10m otporne kon­strukcije.

Nedovoljno tacno odredena sila pritiska tla, odno­sno potcenjena u odnosu na stvarnu silu koja se u terenujavlja i pritiska potpornu konstrukciju, prouzrokuje osts­can]a u tlu iii potpornoj konstrukciji (temelj, stub).

U tlu, usled nedovoljno uzete sile pritiska tla. nastajudeformacije, pomeranja i 10mtla. kako smo opisali u tacki1 ovog teksta. Te deformacije i pomeranja objasnjena suna slici 1,

Nedovoljno sracunata sila pritiska tla u odnosu nastvarnu silu, koja se javlja u terenu koji pritiska potpornukonstrukciju, rnozs izazvati 10m u temelju (slika 4a) iii stu­bu (slika 4b).

Pre nastanka loma potporne konstrukcije, u kriti­cnim presecima konstrukcije nastaju deformacije (dilata­cije i klizanja) i pomeranja. Deformacije se na potpornojkonstrukciji izrazavaju prslinama i pukotinama. a pomera­nja horizontalnim pomacima i rotacijom. U sferi elasticnihdeformacija potporna konstrukcija se nalazi u stabilnomstanju. Nastajanje plasticnih i rezidualnih detorrnacijapredhodi lomu potporne konstrukcije. Tad se konstrukci­ja nalazi u fazi nestabilnosti i nastaje potreba za neopho­dnom sanacijom.

Lom u temelju potporne konstrukcije nastaje namestima naznacenirn na slici 4a. Usled potcenjene silepritiska tla rncquc je poqrasan proracun dimenzije teme­Ija potporne konstrukcije, koji se obicno izrazava pogre­sno sracunatorn visinom temelja. kod nearmiranogbetona iii poqresno sracunatorn iii izvedenom armaturomkod armiranog betona. U tom slucaju konstrukcija ce pre­trpeti 10m i rnoze se sanirati uz otezan rad i znatna finan­siska srestva.

Lom u stubu potporne konstrukcije (slika 4b) nasta­je, obicno, na mestu pojave najvecsq momenta savijanja,t]. na kontaktu stuba i temelja potporne konstrukcije. Ovapojava loma nastaje usled proracunatih dimenzija stubana osnovu potcenjene sile pritiska tla. Znaci sila u stvar­nosti je veca od sile pritiska tla proracunate pri projekta­vanju. Opisani 10m potporne konstrukcije maze nastatikod konstrukcija od nabijenog iii armiranog betona. Sa-

Slik80 4. Moguei n80Cini Iomove potpornih tconstrukcie: a) u temelju, b) u stubu

12 MATERIJALI I KONSTRUKCIJE, 43 (9-20), 3-4 (2000)

Stika 5. Pedine iznad potporne konstrukcije: a) pre i b) posle neplaniranog opterecenie

nacija ovako ostscenih potpornih konstrukcija veoma jeteska i zahteva znatna finansiska srestva.

Pri veCim silama pritiska tla iii kod visokih potpornihkonstrukcija, kad je sila pritiska tla znatno povecana, 10mkonstrukcije rnoquc je i u temelju i u stubu. Ova pojavanarocito je izrazena kod konstrukcija od nabijenog beto­na, ali je rnoquca i kod konstrukcija od armiranog betona.U ovom slucaju potpornu konstrukciju je vrlo tesko sani­rati. Ona je tad, obicno, neupotrebljiva i potrebno je sru­siti i izgraditi novu.

Isti fenomeni pomeranja, rotacije, deformisanja i 10­ma potporne konstrukcije nastaju kad se spoljno optere­cenje konstrukcije, nenadano iii qreskorn poveca.Predvidena sila pritiska tla, koja je bila dobro proracunatai potporna konstrukcija dugo bila stabilna, posle nesmo­trnog povecanja spoljneg opterecenja (slike 5a i 5b) do­lazi do, veceg iii manjeg, povecanja sile pritiska tla, a timedo pomeranja, rotacije, deformisanja iii loma konstrukci­je, koja je ranije, pre povecanja spoljneg opterecenja, bilastabilna.

Neplanirano povecanje spoljnog opterecenja, na­knadno, opterecuie potpornu konstrukciju silom vecornod prethodno proracunate. Tad konstukcija prima uticajei deforrnise se isto kao da je sila pritiska potcenjena. Ovefenomene pomeranja, rotacije, deformisanja i loma tla iiikonstrukcije opisali smo, u ovoj tacki, ranije.

3. Ostecenja nastala nedreniranjem t1a iza potpornekonstrukcije

Potporne konstrukcije su konstrukcije koje su, obi­cno, dve-trecine svog obima ukopane u teren. Svi feno­meni koji se javljaju u terenu prenose se i dejstvuju napotpornu konstrukciju. Takav je slucaj sa podzemnom vo­dom u terenu. Ona na potpornu konstrukciju rnoze de­lovati:

• hidrostatickorn silorn. (EHS = ~ . Yw h2)-7

• hidrodinarnickorn silom, (EHD = i . Yw . V), -7

MATERIJALI I KONSTRUKCIJE, 43 (9-20), 3-4 (2000)

• silom pornog pritiska, (U = '(IN . (h - z)), -7

gde je: L'1<J1 vertikalni napon od dodatnog opterecanja:L'1<J3 horizontalni napon od dodatnog opterecenja (u sta­nju mirovanja); A i B Skeptonovi parametri pornog priti­ska, koji zavise od senzibiliteta,stepena prekonsolidacijei zasicenosti tla (gline);

• silom potiska, (Euz = y v),-7

Pored navedenih sila podzemna voda rnoze izazvatii druge fenomene, koji nepovoljno uticu na potpornu kon­strukciju, kao sto su: bubrenje tla, skupljanje tla, sadrzajagresivnih supstanci, povecanje zdi "nl'iske mase tlazasicenoscu pora vodom, dejstvo mraza na temelj i stubpotporne konstrukcije, degradira fizicko-rnehanicke i ot­porno deformabilne karakteristike tla u temelju, tim srna­njuje nosivost tla, itd.

Uticaj navedenih sila i fenomena treba uzeti u obzirpri projektovanju iii gradenju potpornih konstrukcija uko­liko oni realno postoje u terenu iii se mogu iznenadno po­javiti iii kad konstrukcije nisu obezbedene drenazarna.Ukoliko se oni ne uzmu u obzir iii ne osujete izradom dre­naza, uticu na stabilnost potporne konstrukcije, sa ciljemnjene destabilizacije u smislu: pomeranja, rotacije, deter­macije, loma tla iii konstrukcije.

Hidrostaticka sila, ukoliko se pojavi a nije uzeta uobzir po stabilnost potporne konstrukcije, niti je osujece­na drenaznirn sistemom, pridodaje se sili pritisku tla i iza­ziva znato uvecanje pritiska na konstrukciju. Dejstvohidrostaticke sile na potpornu konstrukciju izaziva pome­ranja potporne konstrukcije: translatorno horizontalno ivertikalno (sleganje) , rotaciono iii konbinovano, u svemuisto kako je opisano u tacki 1 i naznaceno na slici 1. Nasamu potpornu konstrukciju hidrostaticka sila rnoze iza­zvati deformacije u smislu dilatacija i klizanja, koje se rna-

13

~~U{U)+--

nifestuju prslinama i pukotinama. Ovi fenomeni pojavljujuse u istom obliku i na isti nacin kako je opisano u tacki 2i slikama 4a i 4b. Odnosno, hidrostaticka sila pritiska iza­ziva iste deformacije i ostecenja na potpornoj konstrukci­ji, kao sila pritiska tla.

Hidrodinarnicka sila izaziva, ukoliko nije uzeta u ob­zir, iste nepovoljne fenomene na potpornu konstrukcijukao i hidrostaticka sila. Intenziteti sila su, naravno razliciti,kako je dato u gore navedenim obrascima. Interesantnoje sto hidrodinarnicka sila moze delovati na potpornukonstrukciju i pored uradene liniske drenaze iza kon­strukcije, kad ona nema dovoljno kapaciteta da primi pri­liv podzemne vode.

Sile pornog pritiska (U) iii pornog nadpritiska (L".U)deluju na potpornu konstrukciju sa svih strana i izazivajupritiske, koji nepovoljno uticu na potpornu konstrukcijuslika 6.

~<::r7~'?T~<

---------.6U(U~ .--

If l r-~U(U)

Slike 6. Oejstvo pornog pritiska i pornog netpritiske na potpornukonstrukciju

Dejstva sila pornog pritiska iii nadpritiska mogu iza­zvati, usled razlike pornih pritisaka iii pornih nadpritisaka,iza iii ispred potporne konstrukcije: horizontalno i vertikal­no pomeranje, rotaciju, deformacije u konstrukciji u sve­mu isto kako je opisano u tacki 2 i slikama 4a i 4b ovograda. Uticaj pornog pritiska i nadpritiska treba shvatiti kaokomplementaran uticaj drugih dejstava na potpornu kon­strukciju i u toj funkciji treba ceniti njihov znacaj, koji sepo pravilu treba uzeti u obzir kod prasinastih, narocito gli­novitih prirodnih materijala.

Sila uzgona dejstvuje u pravcu suprotnom zemljinojtezi u smislu translatornog vertikalnog pomeranja potpor­ne konstrukcije. Medutim, usled poznatog fenomena datela potpoljena u vodu gube od svoje tezine onoliko, ko­liko su svojom zapreminom istisnuli tecnosti, dovodi doolaksania potporne konstrukcije i njene manje otpornostina translatorno, horizontalno, kretanje, rotaciju i slozanopomeranje. Znaci usled dejstva sile uzgona dolazi do po­meranja potpornog zida, kao krutog tela u horizontal­nom. vertikalnom iii rotirajucern smislu. Isto tako rnoquceje slozeno pomeranje potporne konstrukcije (horizontal­no, vertikalno i rotaciono) ujedno. Nikakve deformacije napotpornu konstrukciju usled dejstva sile uzgona se nedesavaju, vee samo na njeno pomeranje.

Podzemna voda, i kad nije agresivna, degradira fi­zicko-rnehanicka i otporno-deformabilna svojstva tla nakontaktu stope temelja i tla, ukoliko je tlo od prasinastih,a narocito glinovitih materijala. U tom slucaju u tlu dolazido smanjenja kohezije i, kod glina, do smanjenja uglaunutrasnie otpornosti. Ovo izaziva degradaciju otpornihkarakteristika tla i dolazi, obicno, do vertikalnog transla-

14

tornog pomeranja (sleganja) i rotacije potporne konstruk­cije. Pojava degradacije nosivosti temelja usled dejstvaneagresivnih voda ne detorrnise samu potpornu kon­strukciju, vee je samo pomera i rotira. Konstrukcija se po­nasa kao kruto telo koje se pomera. Pomeranja mogu bitiznatna, sve do rusanja potporne konstrukcije.

Da bi se svi opisani uticaji sprecili, potrebno je da seslobodna podzemna voda drenira iz blize okoline potpor­ne konstrukcije, tako da ona nema nikakav uticaj na kon­strukciju. Zato je potrebno projektovati i izgraditi drenazuiii drenazni sistem iza potporne konstrukcije. Pri projekto­vanju i gradenju dranaza rnoquce su qreske, koje izaziva­ju uticaje koje smo opisali i dovode potpornu konstrukcijuu kriticno stanje stabilnosti. .Jos je veca qreska ne predvi­deti drenazu iza potporne konstrukcije, ako podzemnevode ima iii u koliko je, momentalno, nema, a realno je to­kom vremena rnoze biti. Tad dolazi do znatnog uticajapodzemne vode na potpornu konstrukciju i dovodi njenustabilnost u pitanje.

Pri projektovanju i gradnji drenaza, potrebnoje pa­znju pokloniti ispuni dranaznoq rova i filterskom sloju Ka­mena ispuna ima dvostruku funkciju. Prvu, da sprovedepodzemnu vodu, prikupljenu u drenaznorn rovu do dre­naznih okana iii do izlaska vode na povrSinu terena. Dru­gu, da drenaznorn rovu da krutost i sposobnost da primipritiske tla.

Ispuna drenaznoq rova mineralnim kamenim agre­gatom odredene granulacije je povoljna, ukoliko prime­njeni agregat nije rastvorljiv pri kontaktu sa vodom Upraksi se ispuna obicno izvrSava lornljenirn kamenom.granulacije od 6 do 25 em. Lomljeni kamen kod nas Je odkrecnjacke stene, manje iii vise alterisane. U koliko ispu­na nije od jedre stene krscnjaka, vee od alterisanih partijadolazi do rastvaranja zrna krecnjaka u vodi i stvaranja si­tnog krecnjackcq praha, koji zacepi tajacu i ometa nor­malno proticanje vode dranazorn. U ekstremnimslucajevima dolazi do veeeg zacepljsnja drenaze, a timei do stvaranja sila, koje smo opisali, a koje negativno uti­cu na stabilnost potporne konstrukcije.

Filterski sloj kod drenaza irna funkciju da obezbediprocedivanje podzemne vode iz terena u drenazu i sprecisufoziju sitnih cestica terena od dinarnickoq dejstva pod­zemne vode. Pri prelasku podzemne vode iz terena udrenazni rov dolazi do nag log povecanja hidraulickcqgradijenta, a time i do povecanja dinamickoq dejstvapodzemne vode na prirodni teren. Sprecavanjem sufozijeonernoqucava se deformisanje terena koji se drenira, a ti­me povecanja sila pritisaka tla i podzemne vode na pot­pornu konstrukciju, kao i nanosa sitnih cestica u drenaznirov.

Poznato je da filterski sloj mora da zadovolji dvauslova. Prvi je da obezbedi filtriranje podzemne vode. adruqi, da ostane stabilan pod dinarnickim dejstvom pod­zemne vode.

U klasicnorn smislu filterski sloj se radi od mineral­nog kamenog agregata frakcija: 0-4, 4--8 i 8-30 rnrn. Gra­nulacija filtra moze biti obavljena na vise nacinaNajcesce se obavlja po Terzaghi-evom pravilu. Izrada mi­neralnih filtera je skup i delikatan posao koji zahteva izu­zetnu pazniu Vrlo su oeste greske pri izradi filterskogsloja, koje se manifestuju zamuljivanjem dreriaznoq rova,sto dovodi do zacepljenja drenazo i stvaranja hidrostatic­kih pritisaka na potpornu konstrukciju.

MATERIJALII KONSTRUKCIJE, 43 (9-20), 3-4 (2000)

Kao orenazni filter se u poslednje vreme, umesto mi­neralnih granulisanih frakcija, primenjuje geotekstil. FiI­terski sloj od geotekstila se lako i brzo izvodi. Ukolikofiltracija vode kroz geotekstil nije priblizno ista filtraciji vo­de kroz teren, tj. ukoliko je koeficijent filtracije geotekstilamanji od koeficijenta filtracije tla, dolazi do zamuljivanjapovrsine geotekstila sa strane terena i prestanka prijemavode u drenazu, sto izaziva povecanje sile hidrostatickoqpritiska na potpornu konstrukciju. Kad je koeficijent pro­pustljivosti geotekstila veci od koeficijenta propustljivostitla dolazi do povecanja sufozije i do deformacija i pore­rnecaja u tlu sa izazivanjem povecania sila pritisaka tla ivode na potpornu konstrukciju. Znaci da do porernecajapotporne konstrukcije i okolnog terena moze doci i pripog resnom izboru geotekstila, kao filterskog sloja.

Ceste su qreske pri postavljanju drsnaza u visin­skom smislu. Obicno se izlazak drenaze na povrsinu tere­na (odvodni drenazni rov) ne postavlja iznad V V (visokihvoda) povrSinskih tokova, koje na tom mestu mogu biti.Tad, pri pojavi V V, dolazi do plavljenja izlaza i zamuljiva­nja drenaze, sto dovodi do prestanka njene funkcije, tj.do neplaniranog povecanja sile hidrostatickcq pritiska napotpornu konstrukciju. Isto tako, neophodna je paznia pripostavljaniu sabirne drenaze iza potporne konstrukcije.Ona rnoze biti postavljena tako da delirnicno iii potpunodrenira teren. Taj stav treba biti uzet u obzir pri dimenzi­onisanju potporne konstrukcije. Greske nastale u visin­skom postavljanu drenaze iza potporne konstrukcije,mogu izazvati postojanje hidrostaticke iii hidrodinarnickesile iza potporne konstrukcije, mada se pri projektovanjuna njih nije racunalo,

Hidrostaticka iii hidrodinamicka sila pritiska tla, su­perponira se sa pritiskom tla i dejstvuju na potpornu kon­strukciju. U koliko, pri projektovanju, sila hidrostatickoq iiihidrodinarnickcq pritiska nije uzeta u obzir, a tokom vre­mena se pojavi u terenu, iz ovih iii onih razloga, nastajepomeranje, rotiranje iii deformacije potporne konstrukci­je, kako je opisano pri potcenjenoj sili pritiska tla.

4. Ostecenja nastala podnozlckirn klizanjem tlaispod potporne konstrukcije

Ukoliko se potporna konstrukcija gradi na potenci­jalno nestabilnom terenu, rnoze doci, posle izgradnjekonstrukcije i drugih objekata, do klizanja terena i ken­strukcije (slika 7).

Klizanje terena i konstrukcije nastaje, najcesce,usled povecanja opterecenia na teren, a time i do aktivi-

Slika 7. Osiecenie potpome konstrukcije klizanjem terena

MATERIJALII KONSTRUKCIJE, 43 (9-20), 3-4 (2000)

ranja predisponiranog kliznog sloja, koji je bio neaktivanpod sopstvenom tezinorn terena. Nestabilnost terenarnoze nastati i usled drugih agenasa u terenu (nenadanapojava podzemne vode itd.), koji se u prirodnom stanjuterena nisu javljali, ali posle izrade potporne konstrukcijei drugih objekata, oni su se aktivirali i izazvali nestabil­nost. Poznat slucaj u praksi je da se, usled tezine potpor­ne konstrukcije, vodonoseci slojevi u terenu, ako ih ima,ispod konstrukcije slezu i smanjuju poroznost, a time iprirodni (raniji) protok podzemne vode, koja se akomulirai dejstvuje na potporni objekat.

Nastala pomeranja potporne konstrukcije su vrloslozena. Ona su, u ovom slucaju, obicno, istovremena,translatorna (horizontalna i vertikalna) i rotaciona.

Pri klizanju terena ispod temelja potporne konstruk­cije, po pravilu, nema deformacija (dilatacija, klizanja) ukonstrukciji. Ona ostaje istog oblika, ali pokrenuta, tj. po­lozs] joj je porernecen.

Ova pc ava ostecsnja potpornih konstrukcija je ces­ta u praksi. Ina se desava kad nisu u dovoljnoj meriizvrSeni prett .udni geotehnicki istrazni radovi i ostala jenedovoljno poznata struktura i konstrukcija terena na ko­me se gradi potporni objekat.

Nastala pomeranja potporne konstrukcije, na opi­san nacin, tesko se mogu sanirati, jer su nepovratnaUkoliko su pomeranja manja, moquca je sanacija u smi­slu stabilnosti konstrukcije, ali u smislu estetike, najcs­sc:e, nije rnoquca.

5. Ostecenja potporne konstrukcije nastala usledgresaka pri izgradnji nasipa (ispune) izakonstrukcije

Izrada nasipa (ispune) iza potporne konstrukcijeukoliko je nepravilno obavljena rnoze izazvati, naknadneuticaje iii opterecenia na kostrukciju. Ova ostecanja mo­gu se podeliti u tri grupe:

- prerano nasipanje tla iza p itporne konstrukcije,dok svi uslovi prijema opterecanja nisu ispunjeni;

- brzo i naglo nasipanje tla iza potporne konstrukcijeu vecirn koliCinama rnoze izazvati dinarnicku silu umestostaticke (odroni, nagli istovari, vibriranje nasipa pri zbija­nju itd.).

- stvaranje koncentrisanog opterocenja od nasipa,umesto jednako podeljenog na potpornu konstrukciju,kako je unapred predvideno.

Prerana izrada nasipa iza potporne konstrukcije,dok beton jos nije ocvrsnuo, dovodi do ranije optersce-

KLlZNAPOVRSINA

15

RASTERETNISVOOOVI

Slike 8. Ostecenja patparne kanstrukcije ad: a) preranag nesipenje; b) brzag nesipen]e; c) stvaranja kancentrisanag opterecetiie u nesipu.umesta jednaka padeljenag

nosti konstrukeije koja jos nije dostigla svoju predvidenucvrstocu Tad dolazi do deformisanja i lorna stuba potpor­ne konstrukeije. Ova pojava je vrlo cesta u praksi, naroci-to pri sanaeiji klizista, kad se neposredno posle izradekampade potpornog objekta odmah vrsi nasipanje. Po­trebno je sacekati propisano vreme da bi beton posle be­toniranja ocvsnuo. pa tek raditi nasip, odnosno opteretitigao

Slicna pojava se desava kad se kod potpornih kon­strukeija sa sidrirna, otpocne sa izradom nasipa, delimi­cno iii potpuno i ne sacaka se izrada sidra. Tad dolazi dodeformaeija i loma stuba konstrukcije na kontaktu sa te­meljom (slika 8a). Visina nasipa, koja se rnoze izvrsiti preobavljanja sidrenia, treba se unapred, projektom,odrediti.

Brzo nasipanje tla iza potporne konstrukeije, kao stosu prirodne osuline, brzi istovari vece kolicine nekog ma­terijala iii zbijanje nasipa vibraeionim srestvima vece sna­ge. mogu izazvati neplanirane dinarnicke sile umestopredvidenih statickih. Dinamicke sile su, kao sto je po­znato, znatno vece od statickih, pa je rncquca deformaei­ja iii 10mstuba potpornog objekta, obicno, na kontaktu satemeljom (slika Bb): Deformacije nastale usled opisanihdinarnickih utieaja tesko je iii nerncquce sanirati.

Nesmotreno vibriranje nasipa iza potporne kon­strukeije rnozs dovesti do dinarnickcq utieaja na stubkonstrukeije, tako da dolazi do deformisanja stuba pot­porne konstrukeije na eeloj njegovoj visini i duzini. U tomslucaju dolazi do umanjenja nosivosti potpornog objektai znatnih deformaeija koje je nemoquco sanirati.

Brza izrada nasipa iza potporne konstrukcije mozsizazvati prirodno rasteretne svodove u nasipu. Oni prima­ju opterecenje nasipa iznad i koneentrisano ga prenosena potpornu konstrukeiju. Tako umesto jednako podelje­nog opterecenja po eeloj povrsini stuba potporne kon­strukeije dolazi do koneentrisanog opterecenia, koje jeznatno vece od jednako podeljenog. Koneentrisane sileizazivaju deformaeije na potpornoj konstrukciji na mesti­ma svoga dejstva iii rotaeiono kretanje, sto rnoze dovestii do loma konstrukcije u stubu (slika 8e).

6. Ostecenja potporne konstrukcije nastala usledgresaka pri sidrenju u teren

Potporne konstrukeije predvidene da se sidre za te­ren iii da se vezuju bocno za druge gradevinske objekterncquce da budu ostecene na sledeci nacin:

- 10m u telu sidra, usled poteenjene iii netacno pro­racunate zatezuce sile u sidru, (slika 9a):

- usled cupanja sidra iz sidrisne baze, zbog preee­njenih fizicko-rnehanickih osobina tla, u kojem je sidrenjeobavljeno, netacnoq proracuna duzine sidrisns baze(preeenjenog ugla trenja izmedu sidra i inekeione mase iiiizmedu inekeione mase i terena) iii greske pri izvodenjusidrisne zone, (slika 9b);

- kidanje sidra u glavi, usled nekvalitetno uradeneglave sidra, (slika ge).

U sva tri slucaja ostecenja dolazi do rotaeionog kre­tanja stuba potporne konstrukeije i loma, u preseku, naj­cesce izmedu stuba i temelja potpornog objekta.

Telo sidra rnoze biti napadnuto korozijom, izmeduglave sidra i sidrisne zone. Taj fenomen se desava kad te­10 sidra nije zasticeno korozionom zastitom. Tad dolazido kidanja tela sidra na mestu gde je korozija najviscostetila sidro. U potpornoj konstrukciji, tad se javlja istadeformaeija opisana u stavu jedan ovog poglavlja, tj kaousled poteenjene iii netacno proracunate zatezuce slle usidru. (slika 9a).

Vezivanje potporne konstrukeije bocno za drugegradevinske objekte rnoquce je krutom vezom (ukljeste­njem) (slika 10a) iii na zglob, slobodnom vezom (slika1Ob). Pri krutoj vezi obicno dolazi do ostecsnia eupanjemankerovane grede (slika 10a), dok pri slobodnoj vezi do­lazi do ostecenja lomom u zqlobu, (slika 10b).

U oba slucaja dolazi do kombinovanog, slozenoq(translatornog i rotaeionog) pomeranja potporne kon­strukeije, od krajeva prema sredini i 10m na mestima spo­jeva. Velicina pomeranja rnoze biti znatna, od nekolikosantimetara do nekoliko desetina santi metra. Nastalaostscenia tesko je i skupo sanirati.

c)

Siika 9. a) Lam u telu sidra; b) Cupanje sidre iz sidrisne beze; c) Kidenje sidra u glavi

16 MATERIJALI I KONSTRUKCIJE, 43 (9-20), 3-4 (2000)

OTKINUTAZATEGA

Slike 10. a) Veza ukljestenjem; b) Siobodna veza

7. Ostecenja potporne konstrukcije nastala usleddejstva agresivnog tla, vode iii vazduha

Kako smo rekli, potporne konstrukcije su konstrukci­je koje se, obicno sa dve-trecine svog obima, nalaze za­kopane u zemlji, a jedna-treCina im je vidna i podloznautieajima vazduha i atmosferilija.

Zagadene i agresivne vode, tlo iii vazduh dejstvujurazarajuce na beton i armaturu, smanjujuCi njihove fizic­ko-rnehanicke i otporno-deformabilne karakteristike. Nataj nacin dolazi do oslabljenja nosivih svojstava potpor­nog objekta i do deformaeija i, na kraju, loma u konstruk­eiji. Obicno su napadnuti kontaktni delovi potpornekonstrukcije sa vodom, tlom iii vazduhom, koji prvi trperazaranja. a zatim se dejstvo agresivnosti siri u dubinukonstrukeije i slabi je prostorno.

Prema EVROKOD-u 7, agresivne, po potpornu kon­strukciju od betona i eementnu inekcionu masu, su vode(povrSinske iii podzemne) koje sadrze sledece vrednostistetnih sastojaka:

- pH vrednost, manja od 5,5;

- ugljene kiseline (C02), vise od 40 mg/litru;- amonijaka (NH4), vise od 30 mg/litru;- mag nezijuma (Mg), vise od 1000 mg/litru;- sulfata (804), vise od 200 mg/litru;- tvrdoca manja od 30 mg (CaO)/litru.Slicni kriterijumi agresivnosti vode po beton i ee­

mentnu inekcionu masu su i po nasirn propisima.Agresivna tla za beton i eementnu inekeionu masu

su, po nasirn propisima, ona koja sadrze vece kolicineaqresivnih supstanci od datih:

- sulfata (804), vise od 250 mg/kg;- hlorida (CI), vise od 500 mg/kg.Zagaden vazduh, koji agresivno utice na beton pot-

porne konstrukcije, sadrzi sledece supstanee:- ugljene kiseline (C02), vise od 1000 mg/m3

;

- sumpor dioksida (802), vise od 0,5 mg/m3;

- hlora (CI2), vise od 0,10 mg/m3;

b) I,?--

- hlorovodonika (HCI), vise od 0,05 mg/m3;

- vodoniksulfata (H2S), vise od 0,10 mg/ma

Agresivna voda iii tlo, na armaturu betona, je ona ko­ji sadrzi hlorida (CI): vise od 500 mg/kg iii za prednapre­gnuti beton 0,06 % od tezine cementa, odnosno zaarmirani be nO, 10 % od tezine cementa, kod podzem­nih objekata 3. 0,15 kod nadzemnih objekata.

Potporne konstrukcije postavljene u agresivnim sre­dinama moraju imati zastitni sloj armature sledece de­bljine:

- kod ploca, za umereno agresivne sredine min.2,50 em, a za veoma agresivne sredine 3,5 em;

- kod greda, za umereno agresivne sredine min,3,00 em, a za veoma agresivne sredine 4,00 em;

- kod stubova, za umereno agresivne sredine min,3,50 em, a za veoma agresivne sredine 4,50 em.

Cesta pojava u praksi je korozija armature potpornihkonstrukeija usled delovanja agresivnih agenasa, zbognedovoljne debljine zastitnoq sloja betona.

8. Ostecenja potporne konstrukcije usled dejstvamraza

Mraz rnoze da napadne potpornu konstrukciju dvo­jako. Prvo, moze napasti vidnu povrSinu potporne ken­strukcije, koja je izlozena atmosferiliju i direktnom utieajumraza, ostetiti je i smanjiti poprecni presek konstrukcije:Drugo, mraz rnoze nepovoljno delovati na tlo ispod i izapotporne konstrukcije i izazvati ostecenje tla i smanjiti ot­porno-deformabilne karakteristike. (slika 11),

U predelima sa ostrorn klimom i pojacanirn hidrolo­skim utieajem, sa dosta dana pod mrazom, ukoliko jepotporna konstrukcija sagradena od betona neotpornogna dejstvo mraza, mozs doci do znatnog ostecenja vidnepovrsins potpornog objekta. Lice potporne konstrukeije,posle nekoliko prirodnih eilklusa mraza, rnozs biti takoosteceno da se smanji poprecni presek potporne kon­strukeije za 10 do 20 em. 8manjeni poprecni presek di-

Slika 11. a) Ostecenje vidne povrsine i temelja potporne konstrukcije; b) Moguce dejstvo sile mreze na potpornu konstrukciju

MATERIJALII KONSTRUKCIJE, 43 (9-20), 3-4 (2000) 17

rektno umanjuje nosivost potpornog objekta i dovodi gau stanje velikih deformacija i loma. Najopasniji presek jena kontaktu stuba i temelja potporne konstrukcije. Tu do­lazi do deformacija i eventualno loma konstrukcije, usledsmanjenog poprecnoq preseka. Prvo i osnovno je da, uregionima sa ostrorn klimom, potporne konstrukcije, na­recite njeni delovi izlozeni atmosferskim uticajima i rnra­zu, moraju biti uradene od betona otpornog na dejstvomraza. Sanacija ostscenia vidne povrSine potpornogobjekta od dejstva mraza je rnoquca specijalnim malteri­rna, koji se moraju za svaki konkretan slucaj posebnoodrediti, u zavisnosti od stepena ostecenja i lokalnih kli­matskih uslova.

Ukoliko je potporna konstrukcija fundirana u zonidejstva mraza, posle nekoliko sezona, a zavisno od vrstetla, dolazi do ostecenja temeljnog tla i smanjenja njegoveotpornosti. Ova pojava se javlja u prolece posle jakih zi­ma, kad dolazi do otapanja sociva leda u porama tla i gu­bljenja nosivosti tla zbog zasicenja otopljenom vodom.Tad, najcesce, dolazi do rotacije iii sleganja potpornogobjekta. Sanacija potprne konstrukcije, u ovom slucaju,je slozena, ali moquca

Na slici 11b prikazano je nepovoljno dejstvo mrazana potpornu konstrukciju. Prikazana rnoqucnost je retkau praksi i javlja se kad se iza potporne konstrukcije nalazitlo osetljivo na dejstvo mraza i u planinskim predelima,gde je dejstvo mraza intenzivno i dugotrajno. U ovom slu­caju dolazi do deformacije potpornog objekta, najcescena kontaktu stuba i temelja u formi savijanja i na krajuloma.

Zona dubine dejstva mraza, za prostor geografskesirine od 30° N do 48° N, u kome se nalazi i nasa zemlja,je od 0,20 do 1,00 m.

Pod dejstvom mraza tla mogu da povecaju zapremi­nu od 2,5 % do 5,0 %.

Pritisak stvoren u tlu od dejstva mraza dostize velici­nu do 1000 kPa, sto zavisi od hidroloskih uslova, klime isastava tla.

Peskovita i sljunkovita tla nisu podlozna dejstvu mra­za. Glinovita tla primaju malu kolicinu vode, pa i ona nisunarocito podlozna dejstvu mraza. Prasinasta tla su najvi­se podlozna uticaju mraza, jer mogu primiti znatnu kolici­nu vode. Koeficijent prapustljivosti kod prasina iznosi od10-5 do 10-7 rn/sek, a poraznost od 40 % do 70 %, sto da­je povoljne preduslove za dejstvo mraza.

Prema Casagrande-ovom kriterijumu, tla su osetlji­va na dejstvo mraza kad imaju ujsdnacenu granulometri­ju (U) i sadrzs vise od 10 % zrna manjih od 0,02 mm.Osetljiva na dejstvo mraza mogu biti i tla koja imaju neujsdnacenu granulometriju 0N) i vise od 3 % zrna manjihod 0,02 mm.

Regioni, u kojima je rnoquce izrazito dejstvo mraza,su oni kod kojih je 1M (indeks mraza) > - 250°C

9. Ostecenje potporne konstrukcije usled bubren]a t1a

Ukoliko je tlo iza potporne konstrukcije od ekspan­zivnih (aktivnih) glina sa sklonoscu bubrenja i ako iza pot­porne konstrukcije nema elemenata dreniranja, rnozedoci do bubrenja glina i izazivanja pritisaka na potporniobjekat.

Gline iza potporne konstrukcije mogu doci u dodirsa vodom sa povrSine iii podzemlja, koja se prslinama iii

18

kapilarnom silom krece kroz glinenu masu. Ukoliko vodadode u kontakt sa visokoplasticnirn montmorionitskimglinama, klasificiranim u grupe CH i Cl, dolazi do bubre­nja i izazivanja sile koja deluje na potpornu konstrukciju.

Bubrenjern se zapremina glina povecava od 25 %do 50 %. Pritisak, koji bubrenje izaziva, krece se od 300do 1000 kPa. Znaci da potporni objekat, visine 2 m. mozebiti opterecen silom bubrenja od 600 do 2000 kN/m. stomoze biti preko dvadeset do trideset puta veca od sile ak­tivnog pritiska tla.

Bubrivost glina i velicina sile bubrenja rnoze se odre­diti na vise nacina:

- Preko koloidalne aktivnosti glina (A).Smatra se da su gline potencijalno bubrive ukoliko

se nalaze u granicama: 1,26 < A < 4,20- lstrazivac Seed dao je dijagram bubrenja iz koga

se rnoze definisati bubrivost 9 lina, u zavisnosti od kolo­idalne aktivnosti gline (A) i cestica manjih od 0,002 mm.

- lstrazivac Anon dao je na osnovu indeksa plasti-cnosti kvalifikaciju potencijala bubren]a:

Ip > 35, bubrenje vrlo visoko;22 < Ip < 35 bubrenje visoko;12 < [p < 22 bubrenje srednje;[p < 12 bubrenje malo.- lstrazivac Seed dao je poluernpiricku formulu za

proracun sile bubrenja (S):

S = K C3 .44 ,

gde je:• K, koeficijent, koji zavisi od vrste gline, K = a Ab

;

A je koloidalna aktivnost gline; a,b koeficijenti koji zaviseod vrste gline, dobijaju se laboratorijskim regresivnimpostupkom;

• C je procenat cestica gline manji od 0,002 mm.- Velicina zapremine bubrenja (VB) rnoze se odrediti

laboratorijskim ispitivanjem, pornocu izraza:

VB= Vp - Va.Va '

gde je: Va zapremina uzorka pre ispitivanja; Vp zapremi­na uzorka posle tretmana bubrenja.

Sila bubrenja, obicno, napada stub potporne ken­strukcije. ana rnoze biti znatna i izazvati deformacije ustubu potpornog objekta. Deformacije mogu dostici veli­cine kod kojih dolazi do loma konstrukcije.

Zastita potpornog objekta od sile bubrenja je obe­zbedenje dreniranja iza stuba potporne konstrukcije.

10. Ostecenja nastala usled nedovoljno pazn]e priizradi potporne konstrukcije

Gradenje potpornih konstrukcija treba se obaviti pa­zljivo, prema projektu i tehnickirn uslovima. Uobicajno jeda se potporne konstrukcije rade u terenima koji su izba­ceni iz ravnoteze i koji pri izvodenju radova sanacije vrsepritisak i ometaju normalno izvodenje radova. avo cinidodatne tsskoce da se postigne neophodan kvalitet i pot­porna konstrukcija posluzi svojoj nameni da duqorocnovrsi svoju funkciju prijema pritiska tla i drugih agenasa izterena.

Pri gradenju potporne konstrukcije, prvo treba obra­titi pazniu na skelu i oplatu. Greske nastale usled nepre­cizno uradene opiate iii nesolidno uradene skele, mogu

MATERIJALI I KONSTRUKCIJE, 43 (9-20), 3-4 (2000)

biti presudne po stabilnost i izgled potpornog objekta.Ove qreske se, obicno, ne mogu sanirati i one ostaju za­uvek. Najveca qreska po potpornu konstrukciju nastajeruseniern skele iii opiate pri radu. Tad dolazi do loma kon­strukcije i velike stete. Usled sleganja skele iii opiate, pribetoniranju potporne konstrukcije, dolazi do stvaranja ve­likih deformacija na potpornoj konstrukciji, koja se kasni­je mora porusiti iz bezbednosnih, funkcionalnih iiiestetskih razloga. Isto tako, prevremeno uklanjanje opia­te i skele moze da ostavi trajne deformacije na potpornojkonstrukciji

Ostecenja potporne konstrukcije mogu nastati usledlose spravljenog betona. Beton rnozs biti loseg kvalitetausled: nekvalitetnih osnovnih materijala (mineralni agre­gat cement, veda, dodaci), nepravilne tehnologije sprav­ljanja / betona, poqresnoq transporta, nestrucnoqugradivanja, nedovoljne nege betona itd. Potporna ken­strukcija sagradena od nedovoljno kvalitetnog betonagubi svoja pozitivna otporno-deformabilna svojstva i nernoze da obavlja funkciju potpore. U krajnjim slucajevi­rna. potporni objekat vremenom gubi svoja nosiva svoj­stva i pod teretom dolazi do loma konstrukcije. Ispravkenastalih ostecenja potporne konstrukcije od nekvalitetnouradenog betona tesko se mogu ispraviti i sanirati. U ta­kvim slucajevirna neophodno je potporni objekat srusiti.

Cesta je pojava segregacije betona u potpornomobjektu. Ta mesta su prostornog karaktera i na tim mes­tima potporna konstrukcija gubi svoja nosiva svojstva idolazi do deformacija, au ozbiliniiirn slucajevirna i do 10­ma konstrukcije. Poznato je da segregacija u betonu nas­taje usled nepravilnog transporta betona, pri ugradivanjuiii poqresno izabrane granulacije, 0 cernu je neophodnovoditi racuna pri izgradnji potpornog objekta. Sanacijuosteconia potporne konstrukcije, nastale segregacijom,potrebno je obaviti odmah po izvrsanorn betoniranju,smesom cementnog maltera iii sitnozrnog betona sadodacima.

Prekidi rada, odnosno "radne spojnice", na izradipotporne konstrukcije, ukoliko se dobro ne izvedu, mogubiti potencijalno nestabilna mesta po kojima dolazi do de­formisanja potpornog objekta. Sanacije ovakvih qresaka,po potpornu konstrukciju, su skoro nernoquce.

Posle zavrSetka betoniranja potporne konstrukcije,neophodno je odredeno vreme, shodno tehnickim propi­sima, beton negovati. Ukoliko se to ne obavi u betonumogu nastati prsline i pukotine koje se mogu, kasnije priopterecenju, prosiriti i izazvati veca ostecenja i slabljenjekonstrukcije. Ove pojave mogu se sanirati uz mukotrpani vrlo pedantan rad, koji dosta kosta.

11. Ostecenja potporne konstrukcije uslednedovoljnog odrzavan]a pri korlscenlu

Dobro i solidno izgradenu potpornu konstrukciju, to­kom duqoqodisnjeq obavljanja svoje namene, potrebnoje odrzavati. Ukoliko se potporna konstrukcija ne cdrza­va. vremenom rnoze doci do pogorSanja njenih nosivihkarakteristika i gubljenja svojstva potpore.

Nastanak prslina i pukotina, tokom eksploatacije, napotpornom objektu je znak slabljenja konstrukcije i potre­bno je obaviti zalivanje prslina i pukotina odqovarajucirncementnim malterom iii cementnim mlekom sa dodaci­ma, koje projektant sanacije treba da odredi. Na taj nacin

MATERIJALII KONSTRUKCIJE, 43 (9-20), 3-4 (2000)

neophodno je spreCiti pojavu daljeg sirenje prslina i pu­kotina, koje usled erozionog dejstva padavina, dejstvamraza, soli sa kolovoza, ulja i masti od saobracaja itd.mogu, ukoliko se ne sprees. znatno ostetiti potporniobjekat.

Vidna povrsina potporne konstrukcije rnoqucs je dabude ostecena, u veco] meri, usled nekog udara u nju.Tad se obicno na povrSini potpornog objekta javlja otvor(rupa). Ona se rnoze dalje, po svom obimu, siriti uslederodivnog dejstva padavina, mraza, soli za odrzavanjesaobracaja, ulja i masti od saobracaja itd. Zato je neop­hodno te otvore popunjavati sitnozrnim betonom sa po­godnim dodacima, na nacin kako to projektno resenjezahteva. Svaku sanaciju ove vrste potrebno je osmisliti,sto zavisi od obima ostecenja, izradom projekta iii dava­njem sanacionog resenja. Narocito brzo treba reagovatiukoliko je otvor na konstrukciji takav da je ogoljena arrna­tura, koja, ako se blagovremeno ne zastiti, rnozs prouzro­kovati ozbii 'a ostecenja potpornog objekta.

Drenaz sistem, koji je u sklopu potporne konstruk­cije, tokom vremena eksploatacije treba kontrolisati. Ve­oma je opasno ako on otkaze i dode do akomulacijevode iza potpornog objekta. U tom slucaju rnoze nastatihidrostaticka sila na koju se nije racunalo pri dimenzioni­sanju potporne konstrukcije iii prodiranjem podzemnevode u temelje potpornog objekta, koja umanjuje fizicko­rnehanicke osobine tla. Nastalo ostecenje drenaznoq sis­tema, koje se najcesce manifestuje zapuseniern,potrebno je otpusiti i sistem vratiti u funkciju. Posao otkla­njanja qresaka nastalih u drenaznorn sistemu je mrko­trpan i postupak koji dosta kosta.

Sistem povrSinskog odvodnjavanja terena (kanali, ri­goli, propusti, humuziranje terena itd.) potrebno je da bu­de ispravan i da uvek poseduje prvobitnu namenu.Opasno je ukoliko se dozvoli da povrSinska sistem cdvo­dnjavanja izgubi svoju regularnost i voda otpocne da pe­netrira u temelje potpornog objekta. Zato je potrebno stopre uociti problem i otkloniti gao Ukoliko se brzo ne otklo­ni ostecerjje sistema povrSinskog odvodnjavanja mog u­ce je slabljenje otporno-deformabilnih karakteristika tla utemelju potpornog objeka i da dode do sleganja iii rotaci­je konstrukcije.Otklanjanje nastajanja ostecenja na siste­mu povrsinskoq odvodnjavanja je rnoquce i rnoze sebrzo i efikasno uraditi.

Ma koja vrsta ostecenja potporne konstrukcije sedesila, u njenom eksploatacionom veku, potrebno je brzoukloniti i ne dozvoliti da se siri i slabi nosivost iii ometafunkcionalnost potpornog objekta.

12. Ostecenja potpornih konstrukcija uslediznenadnih i neocsklvanlh uticaja

Cest je slucaj, koji se javlja pri eksploataciji potpor­nih konstrukcija, da bude napadnuta od nenadanih, izne­nadnih iii nicirn nepretpostavljenih dejstava sila iiiagenasa. To moze biti: iznenadna pojava podzemne vo­de u terenu, koja se dotle nije javljala i za koju se nije mo­glo pretpostaviti da ce se realno javiti i na koju se priprojektovanju nije racunalo: stoqodisnji i visi nivo povrsin­skih tokova, koji mogu potkopati potporni (kejski) obje­kat; iznenadni jaci zemljotres u regionu koji je, do tada,smatran regionom sa rnoqucnoscu zemljotresa manjegintenziteta; likvefakcija tla ispod i iza potporne konstrukci-

19

je, usled dejstva pojacanoq saobracaja, koji se nije mo­gao pretpostaviti; iznenadna pojava povecanoq povrsin­skog opterecenja, nego pri projektovanju realnopretpostavijenog, raznih havariskih udara na konstrukcijuitd.

Kod ovih havarija, koje se mogu smatrati visorn si­10m. obicno dolazi do rusenja potpornih konstrukcija ione se dalje ne mogu koristiti kao potpore. Medutim,ukoliko je rnoquce, korisno ih je i ispiativo popraviti i vra­titi u prvobitnu funkciju.

Ove iznenadne pojave mogu izazvati razlicite defor­macije i lomove potpornih konstrukcija, koje smo pretho-

20

dno, u radu, opisali. Posle navedenih pojava, inzenjer di­jaqnosticar mora da iskustveno i znanjem tacno procenikoja je vrsta ostecenja nastala i kojim uticajem, da bi semogla tacno doneti sanaciona mera i potporna konstruk­cija popraviti i staviti u funkciju.

L1TERATURA

[I] Annales de L'institut technique du batiment et des travauxpublics. No. 285, 1971. Louis Logeais

121 EVROKOD C7, 1996.

[31 JUS - Standardi za agresivne agense.

MATERIJALI I KONSTRUKCIJE, 43 (9-20), 3-4 (2000)