Industrijski podovi od mikroarmiranog betona

Koncept projektiranja industrijskog poda od mikroarmiranog betona, 5.dio

TVRDOĆA MATERIJALA I NOSIVOST

Tvrdoća materijala ocjenjuje se ugibnim pokusom na probnom uzorku – prizmi sa rezom (slika 1).

Slika 1: Shematski prikaz ugibnog pokusa sa rezom

Način pripreme reza je shematski prikazan na slici 2.

Tijekom pokusa se stalno zapisuju vrijednosti opterećenja i čistog ugiba na sredini raspona.

 Tako dobivamo radni dijagram opterećenje -ugib (F-d), a iz tog dijagrama se utvrđuju:

f_fy  – ugibna tvrdoća na vlak na granici proporcionalnosti,

f_eq,2 in f_eq,3  – ekvivalentne ugibne tvrdoće na vlak.

Opterećenje na granici proporcionalnosti F_u određuje se iz radnog dijagrama F-d, kao što je prikazano na slici 3.

Moment na sredini raspona prizme, koji odgovara F_u, je (1):

     

pri čemu je L raspon pokusnog uzorka (mm).

Uključivanjem raspoređene napetosti, kao što je prikazano na slici 4, ugibna tvrdoća na vlak na granici proporcionalnosti f_fy može se izračunati po sljedećoj jednadžbi (2):

  

pri čemu je:
b  – širina prizme (mm),
h_sp  – udaljenost između vrha reza i vrha poprečnog prereza (mm) (vidi  sliku 2).

Kapacitet apsorbirane energije D_BZ,2 (D_BZ,3) jednak je površini pod dijagramom F-d do ugiba d₂ (d₃), kao što je prikazano na slici 5.

D_BZ,2 (D_BZ,3) sačinjavaju:

• doprinos betona bez vlakana Þ D^b_BZ (Nmm),

• utjecaj čeličnih vlakana:

 Þ D^f_BZ,2 = D^f_BZ,2,I + D^f_BZ,2,II (Nmm),

 Þ D^f_BZ,3 = D^f_BZ,3,I + D^f_BZ,3,II (Nmm).

Kao razdjelnicu između oba dijela može se preuzeti pravac koji se pruža kroz onu točku na dijagramu koja određuje F_u, i kroz točku na osi apscise d_FU + 0,3 mm. Pri tome je d_FU ugib na granici proporcionalnosti. Ugibi d₂ i d₃ su definirani ovako :

F₂ (F₃) je jednak srednjoj sili koju smo obilježili osjenčanom površinom  , i može se izračunati (3) (4):

   

Moment na sredini raspona pokusne prizme, koji odgovara F₂ (F₃), je (5), (6):

Uključivanjem raspoređenosti napetosti, kao što je prikazano na slici 4, ekvivalentne ugibne tvrdoće na vlak f_eq,2 i f_eq,3 izračunavaju se prema jednadžbama (7), (8):

Upozorenje: Ako je pukotina nastala izvan reza, rezultat nije iskoristiv.

Karakteristične vrijednosti tvrdoće mogu se odrediti statistički, i to na temelju pokusa obavljenih na tri ili na većem broju prizmi. Karakteristična vrijednost ugibne tvrdoće na vlak na granici proporcionalnosti izračunava se po jednadžbi:

pri čemu je:
f_fyk – karakteristična vrijednost ugibne tvrdoće na vlak na granici proporcionalnosti (MPa)
f_fyms  – srednja vrijednost serije pokusa ugibne tvrdoće na vlak na granici proporcionalnosti (MPa)
f_fym   – srednja vrijednost ugibne tvrdoće na vlak na granici proporcionalnosti (MPa):

gdje su:

s_p – standardni otklon (MPa):
n  – broj pokusnih uzoraka
t₁₀   – vrijednost za distribuciju studentima pri 10-postotnoj fraktilnosti (u ovisnosti o broju pokusnih uzoraka). Neke od vrijednosti navedene su u tabeli 1.

Tabela 1: Vrijednosti t₁₀ u ovisnosti o broju pokusnih uzoraka n

Jednako se izračunava i karakteristična ekvivalentna ugibna tvrdoća na vlak f_eqk,2 (f_eqk,3).

Projektirane vrijednosti za ugibnu i čistu tvrdoću na vlak mogu se utvrditi i naknadno, uz korištenje tabele 2.

Tabela 2: Projektirane vrijednosti za ugibnu i čistu tvrdoću na vlak:

Za podne ploče produkt parcijalnog koeficijenta za materijal iznosi  dok parcijalni koeficijent za stupanj sigurnosti iznosi .

Projektirano opterećenje se neposredno uspoređuje sa nosivošću u raspuklom stanju. Nosivost F se može prikazati sljedećom jednadžbom (10):

pri čemu je:

• g  – funkcija
• m  – najveći pozitivni moment na debljinu ploče (na donjem dijelu   ploče)
• m´ – najveći negativni moment na debljinu ploče (na gornjem dijelu  ploče)
• a – promjer okrugle površine opterećenja
• l – promjer reaktivne krutosti, koja se određuje kao:

U homogenoj podnoj ploči od mikroarmiranog betona nema razlike između najvećih momenata dolje i gore, i zato je:

pri čemu je  projektirana vrijednost ugibne tvrdoće prema tabeli 2.

Jednostavan primjer za unutarnje opterećenje prikazan je na slici 6.

Slika 6: Granično područje djelovanja unutarnjeg opterećenja (lijevo) te odnosi između a / l i relativne nosivosti (desno)

U ovom slučaju jednadžba izgleda ovako (11):

MJERILA PROJEKTIRANJA ZA GRANIČNO STANJE NOSIVOSTI

Za neraspuklo stanje trebaju biti ispunjeni sljedeći uvjeti (12), (13):

pri čemu je s_fl ugibna napetost radi vanjskog opterećenja, s_t tvrdoća na vlak radi ometenog stezanja, a f_fl i f_t projektirane vrijednosti ugibne tvrdoće i tvrdoće na vlak iz tabele 2.

Za raspuklo stanje bi trebao biti ispunjen sljedeći uvjet:

pri čemu je Q projektirana vrijednost za vanjsko opterećenje, a F projektirana vrijednost za nosivost prema jednadžbi 10. Svaki utjecaj uslijed ometanja, primjerice – ometenog stezanja – trebalo bi uzeti u obzir uz povećavanje potrebe za duktilnošću, jer se za izračun ugibne tvrdoće (f_fl), najvećeg momenta i nosivosti (F) koristi ekvivalentna tvrdoća.

ZAKLJUČAK

Na kakvoću betonskog industrijskog poda utječu:

• pravilno predviđanje svih vrsta opterećenja koje će djelovati na pod tijekom njegove uporabe te ocjena njihovog utjecaja na nosivost i trajnost poda,
• priprema podloge,
• dimenzije podne ploče (debljina, raspored razmaka na spojnicama i njihova širina),
• odabir prikladnih materijala za pripremu betona,
• sastav betona,
• priprema, prijevoz i ugrađivanje betona,
• postizanje predviđene ravnine i nagiba poda,
• obrada površine,
• rezanje (izrada) spojnica,
• njega.

Izvedba će biti visoke kakvoće ako će svi navedeni čimbenici biti usklađeni sa svim ostalim sudjelujućim čimbenicima, i to u svim stupnjevima projektiranja i izvedbe, u dogovoru sa naručiteljem odnosno ulagačem i budućim korisnikom poda. Ako se iz bilo kojeg razloga ne poštuje makar samo jedan jedini od ovih čimbenika onako kako je dogovoreno i usklađeno, to će odlučujuće utjecati na pogoršanje kakvoće, što se može pokazati i nakon višegodišnje uporabe poda.

Uporaba novih materijala i tehnologija građenja omogućila je izradu betonskih industrijskih podova visoke kakvoće, što ponekad znači i najprikladnije rješenje s obzirom na sve zahtjevnije (počesto čak i ekstremne) uvjete uporabe tih podova. Zato se sve učestalije – pa i u našoj praksi – industrijski podovi izrađuju od mikroarmiranog betona.

Neke preporuke sadrže dovoljno osnovnih naputaka za projektiranje i izradu mikroarmiranih betonskih elemenata, pa tako i podova; stoga nije potrebno da komercijalisti rješavaju neke naročite poteškoće kod izvedbe mikroarmiranog betona.

Vlakna najviše utječu na ponašanje mikroarmiranog betona prema granici proporcionalnosti, to jest uvijek onda kada se u opterećenom elementu stvore pukotine. Taj dio radnog dijagrama ‘opterećenje – ŠOR’ (širina otvora raspukline) ili ugib može se dobro ocijeniti kroz modul žilavosti (MŽ), koji je ovisan o faktoru oblika vlakana (l / d), prianjanja između vlakana i matrice te raspoređenosti i broja vlakana na prijelomnoj površini pokusnog uzorka. MŽ nije neposredno ovisan o tvrdoći mikroarmiranog betona na pritisak, ali se zajedno sa povećavanjem tvrdoće mora povećavati i prianjanje te napraviti dobar raspored što je moguće većeg broja vlakana na površini prijeloma. Tako se postiže žilavost mikroarmiranog betona i dobiva visoki stupanj njegove tvrdoće.

Jakob Šušteršič