CONSTRAIN

Osrednji cilji projekta

Projekt CONSTRAIN si prizadeva povečati vpliv znanstvenih raziskav na tisti del gospodarskega sektorja programskega območja, ki se ukvarja s potresno varnostjo. Njegov specifični cilj je razvoj skupne metodologije za zmanjšanje potresnega tveganja, ki temelji na uporabi izboljšanih posegov za zmanjšanje potresne ranljivosti obstoječih zidanih konstrukcij. S tem projekt povečuje varnost prebivalcev. Ta cilj bo dosežen z razvojem metode za utrjevanje, v sklopu katere se uporablja sodobne kompozitnih materiale iz steklenih vlaken. Metoda za utrjevanje stavb  bo razvita s ciljem, da se hitro širi in uporabi po celotnem programskem območju.

Končno stanje izvajanja projekta (stanje na 28.02.2022)

Sodelovanje strokovnjakov projektnih partnerjev iz proizvodnega, gradbenega in raziskovalnega sektorjih je privedlo do pomembnih inovacij na področju metod za potresno utrjevanje konstrukcij. Pridobljeno znanje in izkušnje projekta so bili hitro razširjeni po področju s številnimi seminarji, ki so potekali v profesionalnih združenjih ter pri entitetah, ki so odgovorne za varnost in učinkovitost kontrol konstrukcij (ATER, Civilna zaščita, upravičenci itd.). To širjenje informacije je učinkovito doseglo široko občinstvo, ki se ukvarja z metodami za zmanjševanje potresne ranljivosti stavb.

Poleg tega je projekt znatno prispeval k trajnostnemu razvoju na področju varovanja stavbne dediščine in natančnih ocen potresnih tveganj.

V študiji je bila izvedena temeljita in kritična analiza pogosto uporabljenih metod potresnega utrjevanja z vidika načrtovanja, izvedbe, učinkovitosti, invazivnosti, časovnih okvirov, stroškov, uporabe virov in drugih vidikov. Kasneje se je fokus raziskav preusmeril na analizo tehnik z manjšo invazivnostjo.

Kot rezultat številnih eksperimentalnih testov je projekt uspešno razvil in analiziral metodo potresnega utrjevanja, ki je zelo učinkovita in minimalno moteča za prebivalce in dejavnosti v stavbah. Obsežne raziskave o tehniki ojačitve in numeričnih simulacijah so bili natančno dokumentirani v dveh tehničnih poročilih.

Aktivnosti

Spodaj so opisane različne aktivnosti, ki so jih partnerji izvajali v celotnem projektnem obdobju.

Administrativna in znanstvena koordinacija

Že na začetku projekta je bilo organizirano izvedbeno načrtovanje tehnično-znanstvenih dejavnosti in delitev dejavnosti s partnerji. Izvedeni so bili postopki komuniciranja aktivnosti, ustrezno pripravljena spletna stran projekta z izdelavo reprezentativne podobe, vnosom logotipov partnerjev in pripravljen plakat s povzetkom projekta, ki bo razstavljen v partnerski lokacije. Spletno mesto se nenehno posodablja z dokumenti, ki povzemajo dejavnosti, izvedene v vsakem semestru projekta, in poročajo o bistvenih vidikih vseh izvedenih eksperimentalnih testov.  Glavne novice o eksperimentalnih dejavnostih na voljo na družbenih omrežjih.

Organizirani so bili sestanki po spletu in osebna srečanja med posameznimi partnerji. Imeli smo tudi redne skupne sestanke z vsem partnerji.

Glede na načrtovano eksperimentalno kampanjo so bili dosledno izvedene vse naloge in izpolnjeni vsi tehnološko-konstruktivni vidiki. Rešene so bile tehnične podrobnosti v zvezi z izdelavo in eksperimentiranjem testnih vzorcev, potrebnih za karakterizacijo različnih minimalno invazivnih tehnik posegov v obstoječe zidane objekte (preizkusi na strig pri konstantnem tlaku in upogib zidanih slopov izven ravnine, preskusi upogiba in striga zidov, preskusi upogiba izven ravnine za vzorce v obliki črke C in zaključnih vezi na vrhu, preskusi karakterizacije materialov in zidov) in pilotne zgradbe, v njihovi osnovnem in utrjenem stanju.

Usklajene so bile diseminacijske dejavnosti namenjene predstavitvam rezultatov raziskav v šolah, strokovnih združenjih, javnih/zasebnih telesih v gradbenem sektorju in javnih zavodih, pristojnih za nadzor gradbene dejavnosti, tako v Italiji kot v Sloveniji.

Analiza in ocena tehnik z zmanjšano invazivnostjo in hitro izvedbo

V sodelovanju s partnerji je bila izdelana zbirka tehnične dokumentacije o zgodovinski zidani gradbeni dediščini projektnega območja. Namen zbirke je poznavanje materialov, obdobje gradnje in druge tehnološke podrobnosti gradnje, ki so pomembne za potresno ranljivost  zgradb (razporeditev odprtin, povezave med stenami in s tlemi, prisotnost vezi in/ali talnih robnikov).

Zbrane so bile različne tehnike za potresno utrditev, ki se uporabljajo na programskem območju, pri tem smo opazili pomembne razlike med tistimi, ki se uporabljajo v Sloveniji, in tistimi, ki se uporabljajo v Italiji. V Sloveniji so bolj uporabljane na tradicionalne tehnike (injektiranje malte, omet armiran s kovinsko mrežico in cementno malto, razvezovanje in šivanje), v Italiji pa sodobne tehnike z uporabo vlaken (steklenih, karbonskih, jeklenih), razpršenih v polimerni ali anorganski matrici.

Prednosti in slabosti teh tehnik so bile obravnavane in analizirane na podlagi znanja, pridobljenega s preučevanjem znanstvenih publikacij, ter na podlagi eksperimentalnih in teoretičnih izkušenj nekaterih partnerjev. V tej študiji so bile poudarjene tudi posebnosti glede načrtovanja in izvedbe teh ojačitev z upoštevanjem združljivosti materialov, trajnostjo in invazivnostjo za obstoječe konstrukcije.

Zbrane so bile študije o tehnikah za povezovanje delov konstrukcije skupaj, da bi preprečili, da stavbe med potresom razpadejo. Prednost teh sistemov je, da so minimalno invazivni z enostavnimi in lokalnimi posegi, ki se pogosto izvajajo samo zunaj zgradbe.

[PDF] Tehnično poročilo o utrjevanju zidanih konstrukcij

Izveden je bil podroben pregled literature, ki je poudarila bistvene pomanjkanje eksperimentalnih študij. Zato so bile razvite in izpopolnjene numerične simulacije, da bi razumeli učinkovitost in probleme teh ojačitev ter omogočili določili preizkušance za eksperimente, ki lahko pravilno predstavljajo dejansko stanje v elementu konstrukcije. Med temi tehnikami so bili upoštevane zaključne vezi armirane s kompozitnimi mrežami, s podrobnimi numeričnimi simulacijami za analizo njihovega potenciala, ki so zaradi njihove zanemarljive invazivnosti zelo uporabni za spomeniško zaščitene objekte. Utrjevanje z ene strain se je izvajalo s kompozitnimi mrežami, prevlečenih s polimernimi smolami FRP (Fiber Reinforced Polymer); vlakna so izdelana iz stekla, karbona ali jekla in se lahko lepijo na površino zidu z epoksidnimi smolami (FRP) ali s cementnimi ali apnenimi maltami (FRM – Fiber Reinforced Mortar).

Raziskovali smo tehnike utrjevanja na površini samo na eni strani zidu, da bi omogočili posege samo od zunaj, s čimer bi se začasni izselitvi in povezanimi nevšečnostmi za stanovalce. Največ pozornosti smo namenili utrjevanju z nanosom armiranega ometa z mrežo iz steklenih ali karbonskih vlaken. V literaturi obstajajo študije z aplikacijami samo na eni strani, ki kažejo slabe rezultate, vendar temeljijo le na diagonalnih tlačnih testih. Ta vrsta preskusa ne predstavlja dejanskega napetostnega stanja v zidu. Preliminarne numerične simulacije so bile narejene, da smo imeli oceno odziva, na podlagi katerega smo določili testne vzorcev, ki jih je treba testirati v eksperimentalni kampanji. V študiji so bili preskušeni zidovi z obremenitvami v in izven ravnine.

Te numerične študije so omogočile, da smo pridobili pomembne informacije o obnašanju zgradb, utrjenih s temi tehnikami.

Eksperimentalni preizkusi

Ob upoštevanju numeričnih simulacij, izvedenih v okviru WP3.1, in z integracijo drugih modelov, smo zasnovali vzorce, ki smo jih eksperimentalno preizkusili v laboratorijih Univerze v Trstu, Univerze v Ljubljani, podjetja Fiber Net in Univerze v Brescii, ki je bila določena za izvedbo testa na pilotni zgradbi. Pri načrtovanju vzorcev so bili upoštevani vsi konstrukcijski detajli, ki so potrebni za izvedbo specifičnih testov, predvidenih med razvojem raziskovalnega projekta. Posebna pozornost je bila namenjena izbiri materialov za izdelavo testnih vzorcev. Izbrali smo tako kamenje, ki je tipično za stare zidane stavbe tako v Italiji kot v Sloveniji. V ta namen je bilo odločeno, da uporabijo kamne, vzete iz porušenih zgradb na potresno prizadetem območju osrednje Italije, in vzpostavili stik s COI Amatrice-Accumoli, ki je navedel dva kamnoloma. Na žalost so bila rušenja zaradi COVID-19 ustavljena od novembra 2020 brez informacij o datumu nadaljevanja. Zato je bilo treba poiskati alternativno rešitev za dobavo kamnov. Izbrali smo kamnolome Consorzio Cavatori Credaro (BS). Oblikovana je bila zasnova mešanice malt in v podjetju, ki proizvaja malte, je bilo naročena večja količina malte za pripravo maltne mešanice, da bi dosegli homogenost materiala v vseh vzorcih.

Na podlagi pregleda literature, preliminarnega numeričnega modeliranja in izbire materialov, je končana faza načrtovanja vzorcev za testiranje.

Pri gradnji vzorcev je bilo veliko pozornosti namenjene gradnji, ki bi bila reprezentativna za stare stavbe iz programskega območja.

Izdelali smo načrte preizkuševališč za izvedbo vseh predvidenih preizkusov: ciklični strižni test slopov, strižno upogibni test prekladnih delov zidov, vertikalno in horizontalno upogibanje izven ravnine, elementi v obliki črke C, zaključne vezi in preizkusi na pilotni zgradbi; določili smo strojno in drugo opremo, ki naj bi bile izdelane ali integrirane z obstoječo osnovno opremo in naročili izdelavo. Nato so bile sestavljena preizkuševališča  ter določena razporeditev merilnih instrumentov v različnih predvidenih eksperimentalnih preizkusih.

Vse vzorce so sezidali delavci partnerjev Veneziana Restauri in Kolektorja CPG.

Med gradnjo smo jemali vzorce malte, ki smo jo kasneje preizkusili.

Izvedenih je bilo 8 cikličnih strižnih preskusov na nearmiranih zidanih slopih (3 dvoslojni iz kamna, 2 enoslojna iz opeke in 3 dvoslojna iz opeke). Zidovi so bili ojačani z armiranim ometom samo na eni strani ali na obeh straneh. Izvedli smo tudi 3 teste na zidanih slopih izven ravnine - (1 dvoslojni iz kamna, 1 enoslojna iz opeke in 1 dvoslojna iz opeke), utrjenih z isto tehniko le na eni strani, na Univerzi v Trstu.

Opravljenih je bilo 8 ravninskih upogibnih in strižnih preskusov na prekladnih delih zidov nad odprtino (4 nearmirani in 4 armirani z armiranim ometom, od tega polovica v kamnu in druga v opeki) in dva horizontalna upogibna preizkusa zaključne vezi izven ravnine (1 v kamnu in 1 v opeki) armirani s kompozitno mrežo v maltne fuge, na Univerzi v Ljubljani. V istem laboratoriju sta bila za karakterizacijo materiala izdelana 2 vzorca, ki sta bila podvržena preskusu centriranega stiskanja za vsako obravnavano vrsto zidu.

V laboratoriju podjetja Fiber Net sta bila izvedena 2 izvenravninska vodoravna upogibna preizkusa vzorcev zidakov v obliki črke C (1 v kamnu in 1 v opeki).

Nazadnje je bila zgrajena dvonadstropna pilotna stavba iz kamna z dvojno oblogo in stropnimi konstrukcijami ter leseno streho, ki je bila preizkušena v laboratoriju Univerze v Brescii. Pri gradnji smo poskrbeli za vse konstrukcijske podrobnosti. Tudi naprave za nanašanje obremenitve so bile podrobno obdelane, da bi se izognili neželenim parazitskim obremenitvam med preskusi. Zabeležene so bile tako vrednosti obremenitve kot globalni in/ali relativni premiki številnih točk konstrukcije (54 merilnikov premika in 6 merilnih celic). Preskus v neojačani konfiguraciji je omogočil vpogled v odziv zgradbe do stopnje poškodbe tik pred zrušitvijo, omogočil popravilo/ojačitev s predvideno tehniko. Za tem je bil izveden drugi preskus na ojačani konstrukciji. Stavba je bila potresno utjena le z zunanje strani. Maltna obloga je bila sestavljena iz mavca, armiranega z GFRP mrežo, ter sidrana s povezovalnimi sidri. Operacije so bile izvedene v laboratoriju Pietro Pisa Univerze v Brescii. Preskus po nanosu ojačitve je omogočil vpogled v odziv zgradbe do stopnje poškodbe blizu porušitve. Izvedene so bile tudi dinamične meritve pred in po izvedbi testa, da bi preučili razlike v lastnih frekvencah stavbe.

Zbrani rezultati za silo in vrednosti absolutnih/relativnih pomikov v različnih točkah vzorca so bili zbrani in prikazani na grafih. Za pilotno zgradbo so bile izvedene tudi meritve z visoko občutljivimi merilniki pospeška, da bi zaznali nihajne oblike in nihajne čase konstrukcije pred in po preskusih v osnovnem in utrjenem stanju.

Analiza eksperimentalnih rezultatov

Vse rezultate smo grafično izrisali in jih komentirali ter interpretirali. Rezultate na utrjenih vzorcih smo primerjali s tistimi iz neutrjenih, da bi poudarili učinkovitost utrjevanja. Primerjali smo tudi rezultate različnih vrst zidovja, da bi ugotovili, pri katerih je tehnika utrjevanja pokazala največjo učinkovitost. O rezultatih eksperimentalnih testov smo obsežno razpravljali z različnimi partnerji, da bi našli skupno razlago in jo predstavili na seminarjih. Razviti so bili numerični modeli za simulacijo eksperimentalnih testov. Pri tem smo morali modele kalibrirati na podlagi eksperimentalnih rezultatov. Pravzaprav so bili vsi eksperimentalni testi numerično simulirani z modeli, za katere so značilne različne stopnje natančnosti, da bi umerili najprimernejše za uporabo na profesionalnem področju.

Na koncu je bilo izdelano zaključno poročilo o vseh izvedenih aktivnostih in z vsemi rezulati numeričnih simulacij

[PDF] Tehnično poročilo o eksperimentalni akciji in numerično modeliranje - 1. del

[PDF] Tehnično poročilo o eksperimentalni akciji in numerično modeliranje - 2. del

Diseminacija rezultatov projekta

Skupaj s komunikacijskimi menedžerji podjetij Fiber Net in IGMAT smo načrtovali koledar interaktivnih učnih ur z dijaki 2 gradbenih šol in 4 italijanskih tehničnih inštitutov ter 1 strokovne šole, 3 tehničnih inštitutov in 2 slovenskih študijskih programov:

Tehnično-informacijski seminarji so potekali v 5 strokovnih združenjih inženirjev, deželnem štabu Civilne zaščite, pisarnah ATER v Vidmu in Trstu ter Univerzi v Trstu v Italiji in Sloveniji, v 8 podjetjih in Zavodu za varstvo kulturne dediščine. Slovenije:

Gradivo, uporabljeno na tehničnih seminarjih, je bilo pripravljeno in razdeljeno udeležencem. V Italiji sta bila napisana in predstavljena dva znanstvena članka na Nacionalni konferenci o potresnem inženirstvu ANIDIS XIX (11./15. september 2022 – Torino), ki bosta objavljena v Procedia Structural Integrity; v Sloveniji pa je bil napisan konferenčni članek, ki je bil predstavljen na Zborovanju gradbenih konstruktorjev Slovenije (Rogaška Slatina, oktober 2021).

Poleg tega so bile pripravljene brošure in roll-upi za predstavitev projekta CONSTRAIN na dogodku Interreg, ki je bil 21. septembra v hotelu Savoia v Trstu. 2022.

Procedia Structral Integrity - ANIDISXI - Masonry piers

Procedia Structral Integrity - ANIDISXI - Pilot Building

Conference paper: Eksperimentalne raziskave utrjenih prekladnih delov kamnitih zidov