Što su složeni sustavi u strukturnoj konsolidaciji

U području konsolidacije i strukturnog ojačanja koriste se kompozitni sustavi, tj. kombinacije otporne faze (vlakna) i matrice (koja "veže" vlakno za strukturni nosač).

Cilj je poboljšati čvrstoću i duktilnost (tj. sposobnost deformacije bez pucanja) zidanih elemenata, stupova, zidova, svodova, podova itd.

Kada govorimo o "konsolidaciji zidova", cilj je obnoviti ili poboljšati nosivost, krutost, vlačnu ili smičku čvrstoću te poboljšati seizmički odgovor postojećih zidova koji imaju pukotine, oštećenja, degradaciju i strukturne nedostatke. Kompozitni sustavi su moderni alati za intervenciju na relativno neinvazivan način, za razliku od "ponovnog rada od nule".

U "strukturnoj obnovi" moguće je intervenirati na oštećenim dijelovima (lezije, degradirana područja, pukotine) strukturnim mortovima, lokalnim ojačanjima, područjima za zadržavanje. U tim intervencijama tradicionalne tehnike (mortari, injekcije, šavovi) često se kombiniraju s kompozitnim sustavima kako bi se postigla adekvatna izvedba.

Složeni sustavi stoga su dizajnerski sredstva za izvođenje:

• Savijajuće / prešanjem savijanje zidnih panela
• Smično ojačanje zidnih tapova
• Zatvaranje stupova / zidnih stupova
• Ojačavanje lukova, svodova, zakrivljenih elemenata
• Intervencije protiv prevrtanja i odvajanja
• Poboljšanje globalne otpornosti u seizmičkom polju

Izbor između jednog ili drugog sustava ovisi o: stanju zida, geometrijskim zahtjevima, arhitektonskim ograničenjima, kompatibilnosti materijala, dopuštenoj debljini, troškovima, potrebnoj izdržljivosti, važećim propisima i certifikacijama sustava.

Akronimi navedeni u nastavku odnose se na različite vrste kompozitnih sustava koji se koriste u građevinarstvu za konsolidaciju, ojačavanje ili "popravak" postojećih konstrukcija.

Pogledajmo ih jednog po jednog:

FRP : polimer ojačan vlaknima

• Značenje: "kompozitni materijali ojačani vlaknima s polimernom matricom".
• Sastav: vlakna (ugljik, staklo, aramid, bazalt itd.) impregnirana ili ugrađena u polimernu matricu (epoksidna smola, vinilesterska smola itd.).
• Način primjene: često se nanosi na postojeće površine kao "vanjska oplata" (folije, tkanine, listovi) koristeći strukturne epoksidne smole kako bi se prianjale na podlogu.
• Prednosti:
  • Izvrsna vlačna čvrstoća.
  • Vrlo smanjena debljina, mala težina.
  • Također se primjenjuje na armiranobetonske elemente, grede, stupove, zidove od kamena itd
• Ograničenja / kritičnosti:
  • Kompatibilnost s povijesnim zidanjem: polimerne smole možda nisu "kompatibilne" s vrlo starim strukturama ili potrebama za prozračnošću.
  • Osjetljivost na toplinu ili vatru (ovisno o smoli).
  • Visoka krutost: armaturni materijal može biti vrlo krut u usporedbi s povijesnim zidanjem.

FRP je "klasična" tehnologija u strukturnim armaturama od kompozitnih materijala i danas se široko koristi pri nastojanju da se postignu visoke mehaničke performanse uz smanjenu debljinu.

FRCM : Cementna matrica ojačana vlaknima

• Značenje: Cementna matrica ojačana vlaknima ojačana vlaknima → "mreža/vlakna + anorganski mort (cementni / vapneni)" = cementna matrica ojačana vlaknima
• Sastav:
  • Mreža vlakana: može biti od ugljika, AR stakla (alkalno otpornog stakla), bazalta, UHTSS čelika, aramida, PBO-a itd.
  • Anorganska matrica: cementni mort, hidraulični vapno ili vapno + pozzolana, kompatibilno s "tradicionalnim" materijalima povijesne građevine.
  • Konektori (kemijski ili mehanički ankeri) također se često koriste za prijenos napona vlakana → screedu → zidane konstrukcije.
• Područje korištenja: vrlo prikladno za strukturnu konsolidaciju postojećeg zidanog materijala, posebno za povijesne zgrade ili cigleno-kameno-zidano, gdje su potrebna kompatibilnost, prozračnost i manja invazivnost.
• Tipična debljina: za jednu mrežu, neto debljina armature varira između oko 5 mm i 15 mm (neto izvještaj o potpori), a ako se koristi više mreža, ukupna debljina može biti oko 30 mm.
• Prednosti:

• Bolja kompatibilnost s povijesnim zidanjem, zahvaljujući "anorganskoj" prirodi matrice
• Prozračnost: Smanjuje probleme s unutarnjom vlagom.
• Bolje ponašanje paljbe nego kod polimernih materijala.
• Visok omjer čvrstoće i težine

• Mogu se primijeniti na tradicionalne radnike (uz upotrebu strukturnih mortova)
• Nedostaci / Pažnje:
  • Mreže i vlakna moraju biti otporni na alkalije (ako je matrica cementna) kako bi se izbjegla degradacija.
  • Sučelje vlakna/matrica/nosač mora biti dobro održavano kako bi se osiguralo pridržavanje.
  • Dodatna debljina (čak i ako je mala) može biti veća nego što se može postići FRP-om u nekim slučajevima.

Smjernice za konsolidaciju s FRCM-om koje je izdao Viši savjet za javne radove definiraju kriterije dizajna, izvedbe i testiranja za ove sustave.

CRM : Kompozitni ojačani minobacač

• Značenje: "kompozitno armirana žbuka", tj. strukturni mort ojačan kompozitnom mrežom → kompozitnim armiranim mortom.
• Sastav:
  • Prethodno oblikovana mreža u kompozitnim materijalima (npr. stakloplastika otporna na alkalije, ugljik, bazalt)
  • Strukturni mort: cementni ili vapneni mort, namijenjen za konstrukcijsku upotrebu
  • Konektori: sidreni elementi koji prenose silu između mreže i zida, često izrađeni od vlakana (ili čelika)
• Značajke i upotrebe:
  • Deblje od FRCM sustava: obično između 30 i 50 mm (neto izravnavanje potpore) prema industrijskim propisima.
  • Koristi se za strukturno ojačavanje u zidanim elementima: smicajućim ili savijajućim zidanim zidovima, zidanim kesonima, lukovima, svodovima, protuodvajajućim ispunama itd.
  • To je evolucija (ili moderna varijanta) prethodnog "ojačanog gipsa" (koji je koristio elektro-zavarene čelične mreže) s prednostima kompozitnih materijala.
  • CRM sustavi mogu biti certificirani (CVT — Technical Assessment Certificate) prema talijanskim propisima kako bi se osigurale performanse i trajnost.
• Prednosti:
  • Omogućuje debljinu "velike debljine" u usporedbi s FRCM-om, što je korisno kada je zid vrlo nepravilnog ili oštećenog.
  • Korištenje kompozitnih mreža sprječava probleme korozije tipične za tradicionalne metalne mreže.
  • Dobre mehaničke performanse zahvaljujući kombinaciji mreže + morta + sidara.
• Ograničenja / Oprez:
  • Invazivniji su po debljini od drugih sustava (npr. FRCM).
  • Potrebna je precizna kontrola prianjanja vlakna/morta/podloge te ispravno postavljanje konektora.
  • Nije uvijek prikladan za svaku vrstu zidanja (posebno za vrlo osjetljive povijesne građevine), procjenjuje se kompatibilnost.

Ostale uobičajene kratice:

SRG : Fuga ojačana čelikom

• Sustav temeljen na mrežama od nehrđajućeg čelika ili pocinčanog čelika uronjenim u anorgansku matricu (mort).
• Alternativa FRCM-u, u kontekstima gdje je upotreba čelika poželjnija.
• Koristi se za smicanje, savijanje i ojačanje za zadržavanje.

TRM : Tekstilom ojačani mort

• Slično FRCM-u, ali se često koristi u akademskim ili međunarodnim okruženjima.
• Tekstilna mreža (u vlaknima) + anorganski mort.
• Akronim se koristi kao sinonim (ne uvijek savršen) za FRCM.

Poboljšani CRM

• Evolucija tradicionalnog CRM-a, s poboljšanjima u povezivanju zida i seizmičkoj izvedbi.
• Nije uvijek kodificirano zasebnim akronimom, ali se često nalazi u tehničkoj literaturi.

UHPFRC : Ultra-visokoučinkoviti beton ojačan vlaknima

• Vrlo visokoučinkovit beton ojačan vlaknima.

• Nije riječ o "vanjskom kompozitnom" sustavu u strogom smislu, već se koristi za nove ploče, strukturne integracije ili omotavanje ( intervencija zatvaranja mortovima ili armiranim betonom, s vlaknima ili bez njih).
• Vrlo visoka mehanička otpornost i izdržljivost.

HPFRCC : Visokoučinkoviti cementni kompoziti ojačani vlaknima

• Široka kategorija koja uključuje cementne materijale ojačane vlaknima s visokom duktilnošću.
• Uključuje ECC materijale.

ECC : Inženjerski cementni kompozit

• Cementni materijal "inženjerski" s vlaknima, vrlo deformabilan (pseudo-duktilni tip).
• Koristi se za popravke, integracije i spojeve.

GFRP / CFRP / AFRP / BFRP – podvrste FRP-a

• GFRP – polimer ojačan staklenim vlaknima
• CFRP – polimer ojačan karbonskim vlaknima
• AFRP – Polimer ojačan aramidnim vlaknima
• BFRP – polimer ojačan bazaltnim vlaknima

To nisu samostalni sustavi, već označavaju različite vrste vlakana koja se koriste u FRP kompozitima.