Novo rešenje za temeljenje: Višak zemlje postaje deo konstrukcije

Savremeno građevinarstvo sve više traži rešenja koja istovremeno povećavaju sigurnost konstrukcija i smanjuju negativan uticaj gradilišta na okolinu. Jedan od takvih pristupa razvili su istraživači iz Japana, koji su osmislili krilasti kompozitni sistem šipova u kojem se koristi višak zemlje nastao tokom iskopa na gradilištima.

Ilustracija (Foto: AI generated)

Ovo rešenje usmereno je na dva važna problema u građevinskoj praksi: potrebu za pouzdanijim temeljima otpornim na sile izdizanja i pitanje upravljanja velikim količinama iskopane zemlje.

Višak zemlje sa gradilišta, posebno u Japanu, predstavlja ozbiljan izazov, jer se često ne koristi ponovo na samoj lokaciji u meri u kojoj se recikliraju drugi građevinski nusproizvodi.

Nepravilno odlaganje takvog materijala može dovesti do klizišta, zagađenja podzemnih voda i sleganja tla u stambenim zonama. Zbog toga se višak zemlje sve manje posmatra kao logistički problem, a sve više kao pitanje zaštite životne sredine i bezbednosti prostora.

Istovremeno, infrastrukturni objekti od ključnog značaja, poput dalekovoda, telekomunikacionih stubova i sličnih konstrukcija, zahtevaju temelje koji mogu da izdrže sile podizanja izazvane vetrom, prevrtanjem ili prirodnim nepogodama.

Tim koji je predvodio profesor Shinya Inazumi sa Fakulteta inženjerstva Instituta za tehnologiju Shibaura u Japanu razvio je sistem krilastog kompozitnog šipa koji koristi zemlju preostalu nakon građevinskih iskopa.

Inazumi je naveo da je ideja nastala kroz razgovore sa partnerima iz industrije, koji su tražili spoj konstrukcione pouzdanosti i održivijeg upravljanja gradilištem. Prema njegovim rečima, cilj nije bio privremeno ili improvizovano rešenje, već projektantski pristup zasnovan na merljivim parametrima i razumevanju mehanizma ponašanja sistema.

Studija je objavljena u časopisu Cleaner Engineering and Technology.

Predloženi sistem sastoji se od čeličnog cevnog šipa sa krilima, koji se ugrađuje unutar trajne čelične obloge. Umesto da se prostor između šipa i obloge popunjava novim materijalom dopremljenim na gradilište, prstenasti zazor ispunjava se zemljom nastalom prilikom iskopa.

Kako bi proverili efikasnost rešenja, istraživači su sproveli 224 trodimenzionalne elasto-plastične analize metodom konačnih elemenata. U ispitivanjima su menjani dužina šipa, prečnik tela šipa i prečnik proširenog krila, kako bi se utvrdilo kako svaki od tih parametara utiče na otpornost na izdizanje.

Okolno tlo modelovano je kao zbijeno peskovito zemljište, dok je materijal vraćen u prstenasti prostor prikazan kao rastresit pesak. Na taj način simulirani su tipični uslovi na gradilištu, odnosno karakteristike tla u koje se šip ugrađuje i zemlje koja nastaje iskopom.

Rezultati su pokazali da optimalan prečnik krila zavisi od dužine šipa. Kod šipova dužine 10 metara najpovoljniji prečnik krila iznosio je od 1,6 do 1,7 metara. Za šipove dužine od 15 do 20 metara optimalna vrednost pomerala se na raspon od 1,9 do 2 metra.

Istraživači su utvrdili i da povećavanje prečnika krila iznad optimalne mere ne donosi bolju otpornost. Naprotiv, kada prostor između krila i čelične obloge postane suviše uzak, smanjuje se zona smicanja tla koja učestvuje u pružanju otpora, pa ukupna otpornost na izdizanje opada.

Jedan od važnih nalaza odnosi se na prečnik samog tela šipa. Analize su pokazale da on ima znatno manji uticaj nego što bi se moglo očekivati. Pri promeni prečnika tela šipa od 0,2 do 0,6 metara, maksimalna otpornost na izdizanje varirala je manje od 10 odsto.

Takav rezultat može imati značajne posledice za projektovanje i održivost. Ako otpornost uglavnom zavisi od krila, a ne od masivnosti šipa, projektanti bi mogli da smanje prečnik čelične cevi, smanje potrošnju čelika i istovremeno povećaju količinu viška zemlje koja se ponovo koristi unutar obloge, bez većeg gubitka nosivosti.

Primena ovog sistema posebno je značajna kod temeljenja dalekovodnih stubova i drugih konstrukcija izloženih silama vetra i momentima prevrtanja. Krilasti kompozitni šipovi mogli bi da budu korisni i pri obnovi dotrajale elektroenergetske i telekomunikacione infrastrukture, naročito na lokacijama gde je prostor ograničen. Potencijal se vidi i u izgradnji objekata za obnovljive izvore energije.

Prema zaključcima studije, ovakav pristup može pomoći da se smanji transport iskopanog materijala van gradilišta, ograniči količina otpada i poveća upotreba materijala koji je već dostupan na lokaciji. Time se podržavaju principi cirkularne ekonomije, bez odricanja od konstrukcione sigurnosti.

Inazumi je istakao da rezultati istraživanja pokazuju da temelji visokih performansi i odgovorno upravljanje viškom zemlje mogu da idu zajedno. Na taj način nova tehnologija nudi alternativu praksi odvoženja iskopanog materijala sa gradilišta, koja često stvara dodatne ekološke i bezbednosne rizike.