Kai betonas ima „kvėpuoti“: kodėl net stipriausios konstrukcijos pavargsta nuo laiko
Ar įsivaizduojate, kad net ir
galingiausias gelžbetoninis tiltas ar pastato kolona laikui bėgant gali
„pavargti“ – tarsi gyvas organizmas, reaguojantis į nuolatinę
apkrovą? Būtent šį reiškinį tiria VILNIUS TECH Civilinės inžinerijos
mokslo centro vyresnysis mokslo darbuotojas doc. dr. Mykolas
Daugevičius, aiškindamasis, kaip ilgalaikės apkrovos veikia
gelžbetonines konstrukcijas ir kodėl šių procesų supratimas lemia mūsų
pastatų ilgaamžiškumą bei saugumą.
Betonas – ne toks jau statiškas, kaip atrodo
Nors gelžbetonis mums asocijuojasi su
tvirtumu ir pastovumu, iš tiesų tai gyvai reaguojanti medžiaga. Ją
sudaro dvi labai skirtingos medžiagos – betonas ir plieninė armatūra.
Plienas iki tam tikros ribos
deformuojasi elastingai, o betonas – kur kas jautresnis: laikui bėgant
jis patiria vadinamąsias valkšnumo deformacijas, kai konstrukcija po
truputį keičia formą, nors išoriškai tai vos pastebima.
„Betonas – tai ne tik akmuo ir
cementas. Jame vyksta mikrolygio procesai: struktūra tankėja, kinta porų
tūris, užpildai pasislenka, o visa tai ilgainiui lemia konstrukcijos
deformaciją“, – aiškina doc. dr. Mykolas Daugevičius.
Kada betonas tampa pavojingu
Tyrimai rodo, kad žemesnės klasės
betonas ar anksti apkrautos konstrukcijos deformuojasi greičiau. O kai
apkrova viršija tam tikrą ribą, prasideda vadinamasis katastrofinis
valkšnumas – deformacijos greitėja, kol pasiekiamas ribinis būvis. Tokiu
atveju betono irimas gali būti staigus ir net priminti sprogimą.
„Tokius bandymus reikia atlikti itin
atsargiai – stipresni betonai suyra taip greitai, kad skeveldros lekia į
visas puses. Tačiau dar svarbiau – suprasti, kada betonas dar saugus, o
kada jo deformacijos artėja prie pavojingos ribos“, – pabrėžia
mokslininkas.
Projektuotojams šie tyrimai – ne teorinė prabanga, o būtinybė
Gelžbetonio elgsena ilgalaikės
apkrovos metu yra itin sudėtinga: kai betonas deformuojasi, dalį
apkrovos perima plieninė armatūra.
Toks įrąžų perskirstymas leidžia
konstrukcijai išlikti stabiliai net tada, kai viena iš medžiagų
„pavargsta“, bet kartu verčia projektuotojus įtraukti vis daugiau realių
bandymų duomenų į skaičiavimus.
Nuo 2025 metų tyrimai įgaus naują,
pažangesnį lygį: bus naudojami modernūs ilgalaikės apkrovos stendai su
nuolatiniu monitoringu, o visas eksperimentas truks ne mažiau nei
vienerius metus specialiai tam pritaikytoje kameroje su temperatūros ir
drėgmės reguliavimo funkcija. Nauja įranga įsigyta vykdant projektą
„Civilinės inžinerijos mokslo centras“ ir jos kaina siekia beveik 300
000 eurų. Dabar mokslininkai galės gauti itin vertingų ilgalaikės
elgsenos duomenų, kurie leis geriau projektuoti gelžbetonines
konstrukcijas ir atsižvelgti į tvarumo principus. Pažymėtina, kad
paprastai inžinerinėje praktikoje bandymai atliekami po 7, 28 ar 56
parų, tad tyrimai, trunkantys ilgiau nei 56 paras, yra tikra retenybė.
„Vien teorinių modelių nepakanka –
gelžbetonis elgiasi kur kas įdomiau nei rodo formulės. Tik ilgalaikiai
eksperimentai leidžia pamatyti, kaip realiai „gyvena“ konstrukcija,
veikiama metų metais trunkančios apkrovos“, – teigia M. Daugevičius.
Nors valkšnumo reiškinys nėra naujas,
jo praktinė reikšmė tik didėja: aukštybiniai pastatai, tiltai ir
inovatyvūs betonai reikalauja vis tikslesnių žinių apie tai, kaip
konstrukcijos elgiasi bėgant laikui.
VILNIUS TECH mokslininkų atliekami
tyrimai padeda ne tik numatyti konstrukcijų tarnavimo laiką, bet ir
užtikrinti, kad jos elgtųsi prognozuojamai net ekstremaliomis sąlygomis.