Σύνθετα Yλικά Ενίσχυσης Κατασκευών FRP
ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ΣΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ
Τα σύνθετα υλικά αποτελούνται από ίνες οπλισμού με υψηλές μηχανικές ιδιότητες και από μια μήτρα ρητίνης που εξασφαλίζει πρόσφυση στην υπό ενίσχυση δομική επιφάνεια και μεταφέρει τα φορτία στις ίνες. Χρησιμοποιούνται αποτελεσματικά για την ενίσχυση και την αποκατάσταση δομικών στοιχείων σε όλο τον τομέα των κατασκευών. Η εφαρμογή αυτή περιγράφεται πλήρως στη σχετική βιβλιογραφία και χρησιμοποιείται ευρέως στην Ιαπωνία, τις ΗΠΑ, τον Καναδά και χώρες της Βόρειας και Νοτίου Ευρώπης, κυρίως για την ενίσχυση κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα.
Στην Ιταλία, η εφαρμογή των σύνθετων υλικών ξεκίνησε το 1996 και έφερε μια ραγδαία τεχνολογική εξέλιξη στην μέθοδο αποκατάστασης και ενίσχυσης κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα και τοιχοποιία. Τα σύνθετα υλικά είναι κατάλληλα για την επίλυση προβλημάτων που σχετίζονται με την αποκατάσταση υφιστάμενων και ιστορικών κατασκευών, που προκαλούνται από τη γήρανση και τη φθορά κατά τη διάρκεια των ετών ή από διαφόρους παράγοντες όπως καθίζηση του εδάφους, σεισμούς, ισχυρές δονήσεις από την κυκλοφορίας οχημάτων, λανθασμένες κατασκευαστικές εργασίες καθώς και υποβολή σε υπερβολικά φορτία. Το πρόβλημα της αποκατάστασης διατηρητέων κτιρίων / μνημείων υπάρχει σε μεγάλο βαθμό στην Ιταλία, αλλά και σε άλλες ευρωπαϊκές χώρες, γεμάτες ιστορία, όπως η Ελλάδα, η Ισπανία και η Πορτογαλία. Σκοπός της χρήσης των σύνθετων υλικών είναι η βελτίωση της μηχανικής συμπεριφοράς των δομικών στοιχείων, δηλαδή βελτίωση της αντοχής, της παραμόρφωσης αστοχίας (άρα και της πλαστιμότητας) και της ικανότητας απορρόφησης ενέργειας.
Η ενίσχυση από σύνθετα υλικά (ίνες σε μήτρα ρητίνης) εφαρμόζεται απευθείας στην επιφάνεια του δομικού στοιχείου που πρέπει να αναβαθμιστεί. Το σύνθετο υλικό που προκύπτει αποτελείται από ινoπλισμένα πολυμερή (άνθρακα, γυαλιού, αραμιδίου) υψηλής αντοχής και ελαστικότητας και τη μήτρα από εποξειδική ή πυράντοχη ρητίνη. Η μήτρα παίρνει το σχήμα του στοιχείου και επιτυγχάνει την συνεργασία του οπλισμού με τον φορέα τον οποίο καλείται να ενισχύσει μεταφέροντας τις τάσεις του φορέα που οφείλονται σε εξωτερικά φορτία στις ίνες οπλισμού. Μερικά αντιπροσωπευτικά αποτελέσματα εφαρμογής σύνθετων υλικών είναι:
1. Αύξηση καμπτικής αντοχής δομικών μελών (υποστυλώματα, τοιχία, πλάκες, δοκοί)
2. Αύξηση καμπτικής δυσκαμψίας δομικών μελών(υποστυλώματα, τοιχία, πλάκες, δοκοί)
3. Αύξηση διατμητικής αντοχής δομικών μελών (υποστυλώματα, τοιχία, δοκοί)
4. Αύξηση Αξονικής αντοχής δομικών μελών (υποστυλώματα, τοιχία, δοκοί)
5. Αύξηση πλαστιμότητας δομικών στοιχείων (υποστυλώματα, τοιχία, δοκοί)
6. Μείωση απαιτήσεων μήκους αγκύρωσης (προσθήκη καθ’ ύψος ορόφων)
7. Αύξηση αντοχής κόμβων (δοκών-υποστυλωμάτων
ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΑ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ
Υπάρχουν πολλές εφαρμογές που οι δοκιμασμένες παραδοσιακές μέθοδοι ενίσχυσης με χρήση έγχυτου ή εκτοξευμένου σκυροδέματος ή μεταλλικών ελασμάτων δεν μπορούν να ανταποκριθούν στις ανάγκες τους λόγω:
• Πρόκλησης μεγάλης όχλησης στο χώρο της εφαρμογής
• Μεγάλου χρόνου ολοκλήρωσης της εφαρμογής
• Αναπόφευκτων αλλοιώσεων στο αρχιτεκτονικό ύφος του κτιρίου
• «Καταστρεπτική» παρέμβαση σε διατηρητέα κτίρια
• Υψηλού κόστους επέμβασης (άμεσου ή έμμεσου που να το καθιστά απαγορευτικό)
Τα κυριότερα πλεονεκτήματα της χρήσης των συστημάτων FRP, από σύνθετα υλικά, για την επισκευή, ενίσχυση και αποκατάσταση κατασκευών σε σχέση με τις παραδοσιακές μεθόδους, με χρήση συμβατικών υλικών (όπως χάλυβα ή σκυρόδεμα), είναι τα εξής:
1. Υψηλές μηχανικές ιδιότητες -Τα σύνθετα υλικά είναι μη αγώγιμα υλικά και παρουσιάζουν ιδιότητες όπως: αυξημένη αντοχή στη γήρανση και τη διάβρωση, μεγάλη ανθεκτικότητα έναντι κόπωσης, κρουστικών καταπονήσεων και ερπυστικών παραμορφώσεων και αντοχή στην υγρασία καθώς και σε αλκαλικό και όξινο περιβάλλον.
2. Ευελιξία στον σχεδιασμό – Τα σύνθετα είναι ελαφριά με εξαιρετικά υψηλή εφελκυστική αντοχή, πολλαπλάσια της αντοχής του χάλυβα, και συμπεριφέρονται γραμμικά ελαστικά. Αυξάνουν την αντοχή των δομικών στοιχείων σε κάμψη και διάτμηση καθώς και την πλαστισιμότητα των κόμβων. Η ενεργός μάζα του κτιρίου δεν αυξάνει σημαντικά με αποτέλεσμα να μην επηρεάζονται δυσμενώς τα δυναμικά χαρακτηριστικά του κτιρίου (ακαμψία, ιδιοπερίοδοι, ιδιομορφές). Μπορούν να εφαρμοστούν σε συνδυασμό με τις παραδοσιακές μεθόδους. Η χρήση τους έχει σαν επακόλουθο την μείωση παραμορφώσεων λόγω ωφέλιμων φορτίων (αύξηση ακαμψίας), αύξηση φέρουσας ικανότητας, αύξηση της αντοχής κόπωσης και τον περιορισμό ή εξάλειψη των ρηγματώσεων (αύξηση αντοχής). Επίσης τα σύνθετα υλικά έχουν υψηλό λόγο αντοχής προς μάζα και δυσκαμψίας προς μάζα, γεγονός που αποτελεί κρίσιμο παράγοντα σε σεισμικές ενισχύσεις, αφού αύξηση της μάζας προκαλεί και αύξηση των σεισμικών φορτίων.
3. Μικρός όγκος ενίσχυσης – Με την χρήση σύνθετων υλικών τα αρχιτεκτονικά χαρακτηριστικά των κατασκευών παραμένουν πρακτικά αμετάβλητα χωρίς μεταβολή της γεωμετρίας. Το πολύ μικρό πάχος ενίσχυσης (λίγα mm), με σύνθετα υλικά, δεν αυξάνει το μέγεθος των ενισχυόμενων στοιχείων, σε αντίθεση με τις παραδοσιακές μεθόδους όπου αφαιρείται σημαντικός ωφέλιμος χώρος του κτιρίου(π.χ. μανδύες σκυροδέματος).
4. Ευκολία και ταχύτητα εφαρμογής – Η εφαρμογή τους είναι απλή και απαιτεί σύντομη προετοιμασία στο εργοτάξιο. Το βάρος των σύνθετων υλικών είναι μικρό, η μεταφορά τους εύκολη (διατίθενται σε ρολά) και για την τοποθέτησή τους δεν απαιτείται βαρύς ή ειδικός εξοπλισμός αλλά απλά και μικρά εργαλεία. Κόβονται επί τόπου στο επιθυμητό μήκος και πλάτος χωρίς σπατάλη υλικού με αποτέλεσμα η επέμβαση να είναι πολύ ταχύς (στις περισσότερες περιπτώσεις ο χρόνος εφαρμογής είναι λίγες εβδομάδες).
5. Ευελιξία εφαρμογής – Η τοποθέτηση των σύνθετων υλικών είναι δυνατή ακόμα και σε περιπτώσεις που υπάρχει περιορισμός του χώρου εργασίας. Μπορεί να μορφωθεί επιτόπου στο έργο γύρω από οποιαδήποτε σχήμα επιφάνειας (μετά την κατάλληλη προετοιμασία αυτής).
6. Μικρή όχληση στη λειτουργία του κτιρίου – Η εκκένωση του χώρου δεν είναι αναγκαία και η όχληση στους χρήστες είναι ελάχιστη. Οι ενισχύσεις με σύνθετα υλικά δεν απαιτούν μεγάλο χώρο εργασιών και οι λειτουργίες του κτιρίου σε μεγάλο βαθμό δεν διακόπτονται κατά τη διάρκεια των εργασιών.
7. Αντιστρεψιμότητα της ενίσχυσης – Η χρήση σύνθετων υλικών επιτρέπει την απομάκρυνση από τον φορέα της αρχικής ενίσχυσης με σκοπό την εφαρμογή μιας άλλης ενισχυτικής μεθόδου σε μελλοντικό χρόνο. Αυτό το σημαντικό χαρακτηριστικό αποκτά ειδικό ενδιαφέρον σε θέματα που αφορούν την αποκατάσταση ή ενίσχυση οικοδομημάτων καλλιτεχνικής και ιστορικής αξίας, δεδομένου ότι η εφαρμογή εξοπλισμένων πολυμερών είναι μια μη καταστροφική μέθοδος ενίσχυσης.
8. Αρχιτεκτονικό αποτέλεσμα – Οι εφαρμογές σύνθετων υλικών μπορούν να επιχριστούν και να χρωματιστούν σύμφωνα με τις αισθητικές απαιτήσεις του έργου.
9. Οικονομικότερη λύση – Με βάση τα παραπάνω πλεονεκτήματα και δεδομένο ότι σήμερα η χρήση των σύνθετων υλικών είναι ευρεία, είναι φυσικό η λύση που παρέχουν να είναι οικονομικότερη και αποτελεσματικότερη σε σχέση με τις συμβατικές μεθόδους ενίσχυσης. Οι εφαρμογές σύνθετων υλικών εκτός των ανωτέρων πλεονεκτημάτων έχουν την δυνατότητα να αντιμετωπίζουν τα προβλήματα σημειακά και όπου απαιτείται χωρίς την ανάγκη συνολικής επέμβασης, όπως στις συμβατικές μεθόδους ενίσχυσης.