Analiza postojećih situacija kod ispitivanja šipova kroz dijagram toka
Na osnovu prethodno identifikovanih i analiziranih ključnih elemenata kod ispitivanja šipova, konstruisani su dijagrami tokova metodologije ispitivanja šipova u kontekstu projektovanja i izgradnje objekta za situacije koje se pojavljuju u uobičajenoj inženjerskoj praksi. Šipovi su klasifikovani u dve grupe, prema ulozi koju imaju prilikom ispitivanja i njihove nosivosti za koje se analiziraju: probni (ispitni) šip (ne koristi se kao primarni noseći element konstrukcije – samo u funkciji ispitivanja) i radni (eksploatacioni) šip (koristi se kao primarni noseći element konstrukcije). U dijagramima tokova su prikazane samo najbitnije aktivnosti koje su u korelaciji sa ispitivanjima šipova, kao što su: istražni radovi, projektovanje i izgradnja objekta. Na slikama 1–5 prikazani su dijagrami tokova metodologije ispitivanja šipova u kontekstu projektovanja i izgradnje objekta za situacije koje se pojavljuju u uobičajenoj inženjerskoj praksi. Varijanta 1 (slika 1) jeste situacija da se nakon sprovednih istražnih radova i projektovanja objekta, izgrade (gotovo) svi šipovi objekta, pa se zatim pristupa ispitivanju radnih šipova. U ovom slučaju gotovo da se eliminiše sloboda kritičkog inženjerskog rasuđivanja u ispitivanju šipova, tako da je uloga ispitivanja samo da potvrdi da su šipovi kvalitetno isprojektovani i izgrađeni u tlu. Takođe, kao dokaz tome je i činjenica da se u toku ili čak pre ispitivanja izgradi i temeljna ploča i postavi hidroizolacija, a ostavi se samo nekoliko šipova za ispitivanje nosivosti. Neretko se zahteva i ispitivanje radnih šipova na granično stanje nosivosti, što je nedopustivo.
Slika 1. Dijagram toka metodologije ispitivanja šipova ‒ uobičajena inženjerska praksa ‒ varijanta 1
Varijanta 2 (slika 2) veoma je slična prethodnoj varijanti, s tim što se ostavi znatno manji broj šipova, tačnije selektuju se probni šipovi za ispitivanje do nivoa graničnog stanja nosivosti. U ovom slučaju projektant želi da dokaže da objekat zadovoljava i po pitanju projektne i granične nosivosti, ali i po pitanju upotrebljivosti (sleganja). Međutim, najčešće se količina (broj) šipova koji su ostavljeni za ispitivanje svodi na jedna ili dva šipa, a u poređenju sa ukupnim brojem šipova i geotehničkim uslovima to je jako mali procenat. U određenim situacijama se zahteva ovakvo ispitivanje do nivoa granične nosivosti DLT, pri čemu u neposrednoj blizini ili uz sam objekat postoje izgrađeni susedni objekti stari po nekoliko decenija, tako da im u toku i nakon DLT može biti ugrožena upotrebljivost, usled vibracija koje se generišu i propagiraju kroz tlo.
Slika 2. Dijagram toka metodologije ispitivanja šipova ‒ uobičajena inženjerska praksa ‒ varijanta 2
Varijanta 3 (slika 3) jeste situacija gde se izgrade svi šipovi objekta i izlije temeljna ploča, a ostavi se samo određen broj radnih šipova za ispitivanje nosivosti. Međutim, pre izlivanja temeljne ploče se zahteva ispitivanje integriteta gotovo svih šipova objekta. Ukoliko i određeni procenat šipova ima manji integritet, dokazan ispitivanjem, tada se i dalje insistira da je to samo manji procenat, u odnosu na celokupan broj ispitanih šipova. Zato se nastavlja dalje sa radovima (izlivanjem temeljne ploče), a ostavlja se samo par radnih šipova za ispitivanje nosivosti, pa se i na osnovu dobijenih rezultata integriteta tumače i rezultati nosivosti šipova, što je nedopustivo. S obzirom da je montaža opreme za ispitivanje nosivosti šipova zahtevnija u odnosu na postupak ispitivanja SIT (koji se najčešće i koristi), to je još jedan od razloga zašto se nastavlja sa daljim izvođenjem radova, pa se paralaleno sprovodi ispitivanje nosivosti šipova.
Slika 3. Dijagram toka metodologije ispitivanja šipova ‒ uobičajena inženjerska praksa ‒ varijanta 3
Varijanta 4 (slika 4) veoma je slična prethodnoj varijanti, s tim što se ostavi znatno manji broj šipova, tačnije selektuju se probni šipovi za ispitivanje do nivoa graničnog stanja nosivosti. Takođe, i ovde projektant želi da se ispitivanjem pokaže da probni šipovi zadovoljavaju kriterijum granične nosivosti, međutim događaju se situacije da se ispitivanjem to i potvrdi, ali da je znatno ranije ugrožen kriterijum upotrebljivosti. Najčešće se ispituju probni šipovi selektovani na dijametralnim pozicijama objekta, a često se usled većih dimenzija objekta i promene geoloških uslova dobijaju i drugačiji rezultati ispitivanja nosvosti, pa i integriteta. U tom smislu se mogu dogoditi situacije da na obe pozicije šipovi zadovoljavaju kriterijume graničnog stanja nosivosti, ali da jedan šip ima znatno veće odgovarajuće sleganje za nivo projektne sile, u odnosu na drugi šip. Ispitivanje nosivosti šipa ima za cilj da dokaže zahtevanu nosivost, tako da ne bude prekoračeno odgovarajuće sleganje i da su naponi pritiska i zatezanja u betonu mani od dozvoljenih, odnosno graničnih vrednosti. Takođe, razmatraju se i vrednosti maksimalnih apsolutnih akceleracija, kinetička energija, pozicija maksimalne sile pritiska i zatezanja po poprečnim presecima duž stabla šipa i drugo. Varijanta 5 (slika 5) je najpovoljnija u odnosu na sve prethodne varijante sa kojima se može susresti u praksi ispitivanja šipova, s obzirom da se nakon projektovanja objekta pristupa izgradnji probnih šipova, ali i ostalih šipova. U tom smislu postoji mogućnost da se primenom DLT, koji je dosta brži i efikasniji u odnosu na SLT, sprovede ispitivanje na nekoliko probnih šipova. Na osnovu izveštaja ispitivanja mogu se detaljnije razmatrati svi aspekti ispitivanja u konsultaciji sa nadzorom i projektantom, ukoliko se pojave problematične situacije. Ovde se prvenstveno misli na stepen redukcije faktora sigurnosti kod nosivosti šipova i uticaj stepena redukcije integralnosti šipa na nosivost šipa. Takođe, u problematičnim situacijama se razmatra i efekat redukcija integriteta šipova analizom signala sila i akceleracija koji se dobijaju primenom DLT.
Slika 4. Dijagram toka metodologije ispitivanja šipova ‒ uobičajena inženjerska praksa ‒ varijanta 4
Ukoliko se nosivost sprovodi SLT, tada se radi dodatna ekstrapolacija u cilju analiza sleganja u nelinearnom i postnelinearnom domenu ponašanja šipa i utvrđivanje granične nosivosti šipa.
Slika 5. Dijagram toka metodologije ispitivanja šipova ‒ uobičajena inženjerska praksa ‒ varijanta 5
Konstrukcija modela upravljanja kvalitetom ispitivanja šipova kroz dijagram toka
U prethodno prikazanim dijagramima tokova i objašnjenjima metodologije ispitivanja šipova u kontekstu projektovanja i izgradnje objekta, za situacije koje se pojavljuju u uobičajenoj inženjerskoj praksi, kritički su analizirani i prikazani određeni nedostatci koje treba unaprediti. Kao što se može videti uloga ispitivača je minorizovana u donošenje odluka po pitanju plana ispitivanja šipova u kontekstu projektovanja i izgradnje, u odnosnu na projektanta i izvođača radova, a trebalo bi da bude na znatno višem nivou, odnosno da postoji ravnoteža, kritičko sagledavanje i uvažavanje mišljenja i stavova svih strana. U suštini, treba napraviti razliku u pristupu projektovanja i izgradnji objekata pod zemljom (geotehničkih objekata) i objekata nad zemljom, ali najčešće se događa da projektanti imaju potpuno izgrađen isti pristup u projektovanju. Konstitutivni modeli ponašanja tla i geomaterijala su znatno složeniji u odnosu na konstitutivne modele ponašanja betona i čelika, pa u tom smislu nije opravdan isti prostup u projektovanju konstrukcije nad zemljom i konstrukcije pod zemljom. Stepen unifikacije i pouzdanosti u utvrđivanju raspodele fizičko‒mehaničkih karakteristika betona i čelika je mnogo lakše statističko‒stohastički opisati u odnosu na fizičko‒mehaničke karakteristike tla. Takođe, matematički modeli getehničkih konstrukcija se znatno više razlikuju u odnosu na ove modele konstrukcije nad zemljom. Posledica prethodno rečenog je da se kod geotehničkih konstrukcija i geotehničkih konstruktivnih elemenata mora posvetiti posebna pažnja pri ispitivanju integriteta i nosivosti, ali tako da se ti rezultati moraju uzeti u obzir kao dodatna verifikacija projekta geotehnike, pa i projekta celog objekta. Na slikama 6–9 prikazani su dijagrami tokova metodologije ispitivanja šipova u kontekstu projektovanja i izgradnje objekta, a u cilju unapređenja upravljanja kvalitetom ispitivanja šipova. Predlog 1 (slika 6) jeste model upravljanja kvalitetom ispitivanja šipova kod koga se nakon sprovedenih istražnih radova i izrade geotehničkog elaborata pristupa izgradnji i ispitivanju probnih šipova. Na osnovu rezultata in-situ i laboratorijskih ispitivanja tla određuju se nosivosti šipova za različite tehnološke modele, prečnike i dužine šipova, tako da projektantu stoji na raspolaganju spektar opcija za izbor tipa i geometrije šipova koje će koristiti prilikom numeričkog proračuna konstrukcije u interakciji sa tlom. Paraleleno sa projektovanjem objekta sprovodi se i ispitivanje selektovanih modela probnih šipova do granične nosivosti, s tim što se pre ispitivanja nosivosti utvrđuje integritet probnih šipova. Na osnovu rezlutata ispitivanja probnih šipova projektant ima jasan uvid u ponašanje šipova za kriterijume nosivosti, upotrebljivosti i trajnosti. Uzimajući u obzir rezultate ispitivanja probnih šipova i numeričke analize pri interakciji konstrukcija‒tlo, projektant ima mogućnost da utvrdi da li rezultati numeričkih analiza zadovoljavaju kriterijume dobijene ispitivanjem šipova. Nakon izrađene projektne dokumentacije izgrađuju se svi radni šipovi objekta, pri čemu se sprovodi ispitivanje integriteta šipova i selektuje se određeni broj šipova za sprovođenje testova nosivosti. Izveštaj ispitivanja radnih šipova dodatni je dokaz o kvalitetu projektovanih i izgrađenih šipova po pitanju nosivosti, upotrebljivosti i trajnosti. Takođe, ovaj izveštaj je i potvrda da je izabran optimalan tehnološki i geometrijski model šipova. S obzirom na poštovanje dinamike projektovanja i građenja objekta, ovaj predloženi model, moglo bi se reći, jeste najefikasniji, ali i sa najnižim stepenom kvaliteta ispitivanja šipova u kontekstu projektovanja kompleksnih objekata u interakciji sa tlom.
Slika 6. Dijagram toka metodologije ispitivanja šipova ‒ model upravljanja kvalitetom ispitivanja šipova ‒ predlog 1
Predlog 2 (slika 7) sličan je prethodnom predlogu s tim što se ovde, s obzirom na kompleksnost geoloških uslova u kojima se duboko fundira objekat, sprovodi detaljnije ispitivanje probnih šipova, najčešće, primenom SLT ili DLT ili kombinacijom istih. Cilj je da se pored selekcije tipa tehnološkog modela i geometrije šipa utvrdi i najpovoljnija tehnologija ispitivanja šipova ili da se jasnije dobije uvid u izbor količine ispitivanja šipova. Na taj način se pravi i strategija za izbor pozicije probnih šipova (unutar dispozicije objekta ili van), ali i strategija koji probni ili radni šipovi će se ispitivati SLT, a koji probni ili radni šipovi će se ispitivati DLT. Takođe, pravi se i strategija koji tip testa će se primenjivati za ispitivanje integriteta šipova. Na osnovu sprovedenih ispitivanja šipova i rezultata ispitivanja šipova u formi izveštaja, projektant ima potpuno jasnu sliku o: izboru tipova šipova, raspodele šipova u dispoziciji objekta, nosivostima šipova, integritetu šipova i kotama fundiranja baza šipova.
Slika 7. Dijagram toka metodologije ispitivanja šipova ‒ model upravljanja kvalitetom ispitivanja šipova ‒ predlog 2
Predlog 3 (slika 8) je nešto drugačija verzija predloga u odnosu na prethodni model upravljanja kvalitetom ispitivanja šipova, s obzirom da se ovde prvo sprovodi projektovanje objekta, a zatim, u fazi pripremnih radova, sprovodi se ispitivanje probnih šipova. U tom smislu postoji mogućnost donošenja odluke o reviziji projektnog rešenja dubokog fundiranja. Pripremni radovi, prema Zakon o planiranju i izgradnji objekata (član 2, tačka 28), jesu radovi koji prethode građenju objekta, tako da se u ovoj fazi mogu sprovoditi ispitivanja probnih šipova, na osnovu kojih će se doneti odluke o tehnološkom modelu i geometrijskim karakteristikama šipova. Na osnovu izveštaja ispitivanja integriteta i nosivosti šipova projektant može da verifikuje rešenje dobijeno numeričkim analizama kompletnog objekta u interakciji sa tlom. Ukoliko se pokaže nedostatak u integralnosti ili nosivosti probnih šipova, projektant može da revizijom projektne dokumentacije koriguje modele šipova ili da smanji faktor sigurnosti i dozvoli preraspodelu statičkih i dinamičkih uticaja u interakciji tlo‒šipovi‒temeljna ploča, ali tako da ne ugrozi nosivost, stabilnosti i upotrebljivost objekta.
Slika 8. Dijagram toka metodologije ispitivanja šipova ‒ model upravljanja kvalitetom ispitivanja šipova ‒ predlog 3
Takođe, projektant ima na raspolaganju mogućnost povećanja broj šipova na određenom delu objekta ili u koncentrisanoj grupi šipova, ukoliko utvrdi da samo određni deo objekta, u pogledu fundiranja, ima manji stepen integriteta ili nosivosti. Nakon izgradnje radnih šipova, i paralelnim, naizmeničnim ili naknadnim ispitivanjem radnih šipova koji se izgrađuju ili su izgrađeni, projektant ima mogućnost da potvrdi izmenu u tehničkom rešenju fundiranja objekta i dispozicije šipova. Efekat povećanja dužine šipova, najčešće, pokazao se kao i najefikasniji revizioni metod, mada ima i drugih metoda i postupaka za korekcije. Predlog 4 (slika 9), u odnosu na sve prethodne predlogde, najsofisticiranije je rešenje, jer se u metodologiju upravljanja kvalitetom ispitivanja šipova uvodi Elaborat ispitivanja šipova. O detaljima forme Elaborata ispitivanja šipova prikazano je u narednom radu pod naslovom Analiza modela upravljanja kvalitetom ispitivanja šipova.
Slika 9. Dijagram toka metodologije ispitivanja šipova ‒ model upravljanja kvalitetom ispitivanja šipova ‒ predlog 4
Model upravljanja kvalitetom ispitivanja šipova definisan je i razvijen, između ostalog, u cilju implementacije Elaborata ispitivanja šipova kao obavezujućeg dokumenta konstrukcija fundiranih na šipovima u Zakonu o planiranju i izgradnji objekata ili kroz odgovarajuće podzakonske akte ili tehničke propise. Na taj način bi se u potpunosti upravljalo kompletnim tokom ispitivanja šipova, ali bi se i dodatno unapredio kvalitet projektovanja i izgradnje šipova, pa samim time povećao bi se i kvalitet celog objekta. U tabeli 1 prikazana je komparativna analiza četiri predložena modela upravljanja kvalitetom ispitivanja šipova, gde su razmatrani ključni aspekti koji ukazuju na prednosti i nedostatke definisanih modela. Evidentna je prednost modela u kojem se planiranje, sprovođenje i analiza rezultata ispitivanja šipova zasnivaju na primeni odgovarajućeg dokumenta ‒ Elaborata ispitivanja šipova. Postoji mogućnost kreiranja i novog modela upravljanja kvalitetom ispitivanja šipova koji bi u sebi sadržao odgovarajuće elemente iz ovih predloženih modela, a sve u zavisnosti od problema sa kojim bi se susreli u praksi na konkretnom projektu objekta.
Link za više informacija:
Ćosić M., Šušić N., Prica M., Božović N., Đoković K.: Quality Management Model of Piles Testing ‒ Development, Geotechnical Aspects of Civil Engineering and Earthquake Engineering, Vrnjačka Banja, Serbia, 2023, pp. 558-570.