Statybinių konstrukcijų katedra. Rimas KASIULEVIČIUS

LIETUVOS ŽEMĖS ŪKIO UNIVERSITETAS VANDENS ŪKIO IR ŽEMĖTVARKOS FAKULTETAS Statybinių konstrukcijų katedra Rimas KASIULEVIČIUS KRŪMŲ IR MEDŽIŲ ŠAKNŲ ARDOMOJO POVEIKIO ĮVERTINIMAS TIRIANT TVENKINIŲ ŠLAITŲ TVIRTINIMO GELŽBETONINES PLOKŠTES Magistrantūros studijų baigiamasis darbas Studijų sritis technologijos mokslai Studijų kryptis aplinkos inžinerija Studijų programa hidrotechnikos inžinerija Akademija, 2010

2 Vandens ūkio ir žemėtvarkos magistrantūros studijų baigiamųjų darbų vertinimo komisija: (Patvirtinta Rektoriaus įsakymu Nr. 117 Kb, 2010 05 07) Pirmininkas: Lietuvos melioracijos įmonių asociacijos pirmininkas, doc. dr. Kazys SIVICKIS Nariai: 1. Vandens ūkio ir žemėtvarkos fakulteto prodekanas, Vandentvarkos katedros doc. dr.antanas DUMBRAUSKAS, LIETUVOS ŽEMĖS ŪKIO UNIVERSITETAS 2. Melioracijos katedros vedėjas, doc. dr. Liudas KINČIUS, LIETUVOS ŽEMĖS ŪKIO UNIVERSITETAS 3. Hidrotechnikos katedros vedėjas, doc. dr. Algirdas RADZEVIČIUS, LIETUVOS ŽEMĖS ŪKIO UNIVERSITETAS 4. Statybinių konstrukcijų katedros vedėjas, doc. dr. Feliksas MIKUCKIS, LIETUVOS ŽEMĖS ŪKIO UNIVERSITETAS Mokslinis vadovas: lekt. dr. Raimondas ŠADZEVIČIUS, LIETUVOS ŽEMĖS ŪKIO UNIVERSITETAS Recenzentas (parašas) doc. dr. Tatjana SANKAUSKIENĖ, LIETUVOS ŽEMĖS ŪKIO UNIVERSITETAS Katedros vedėjas doc. dr. Feliksas MIKUCKIS, LIETUVOS ŽEMĖS ŪKIO UNIVERSITETAS (parašas) Oponentas (parašas) lekt. Stanislovas TAMOŠAUSKAS, LIETUVOS ŽEMĖS ŪKIO UNIVERSITETAS (parašas)

3 SANTRAUKA Tvenkinių šlaitų tvirtinimo plokščių (toliau ŠTP) būklę bei ilgaamžiškumą lemia jas veikiantys poveikiai ir apkrovos, susidarantys dėl agresyvios aplinkos, klimato poveikio bei kitų veiksnių. Vienas iš žalingų reiškinių dėl prastos šlaitų priežiūros išaugę drėgmę mėgstantys krūmai (pvz. karklai) ar net medžiai, kurių šaknys ieškodamos drėgmės, iškilnoja ir suskaldo šlaitų tvirtinimo plokštes. Darbo tikslas įvertinti krūmų ir medžių šaknų ardomojo poveikio reikšmę Lietuvos tvenkinių šlaitų tvirtinimo gelžbetoninių plokščių būklei. Šiam tikslui pasiekti buvo atlikta literatūros analize, įvertinant tvenkinių šlaitų tvirtinimo plokštes veikiančius veiksnius ir apkrovas. 2008 2009 m. mokslinių ekspedicijų metu natūriniais tyrimais įvertinta 16 tvenkinių šlaitų tvirtinimo gelžbetoninių plokščių būklė pagal STR.1.12.03:2006. Remiantis natūrinių tyrimų rezultatų analize detalesniam tyrimui parinktos Antanavo hidroelektrinės žemutinio bjefo gelžbetoninės plokštės, kurių suardymo pobūdis leidžia teigti, kad šlaitų tvirtinimo plokštės buvo suardytos veikiant medžio šaknims. Pagrindiniai žodžiai: šlaitų tvirtinimo plokštės, šaknų keliamoji jėga

4 SUMMARY EVALUATION OF DESTRUCTIVE IMPACT OF SHRUBS AND TREES ROOTS BY INVESTIGATION OF THE REINFORCED CONCRETE SLABS FOR PODS SLOPE PROTECTION Durability and technical state of reinforced concrete slabs for ponds slope protection depends on the maintenance circumstances aggressive environmental impacts, loads from climate, etc. One of the harmful phenomenons are moisture loving shrubs (for example, wicker), which appeared because of the bad slope maintenance or even trees, the roots of which heave and shatter (when searching for moisture) slabs for slope protection. The aim of the work was to evaluate the destructive force of the trees and shrubs roots on the reinforced concrete slabs for slope protection. For the achievement of this goal the literature analysis was carried out in order to determine factors and loads effecting slabs for slope protection. During the scientific expeditions in 2008 2009 the condition state of the reinforced concrete slope protection slabs of 16 ponds were evaluated by field investigations according to STR. 1.12.03:2006. Following the analysis of the results of field investigations the reinforced concrete slabs from the lower pond of the Antanavas hydroelectric power station were chosen for the more detailed investigation. The destructive character of these slabs allows stating that slope protection slabs were destructed because of the trees roots. Keywords: slabs for ponds slope protection, lifting force of roots.

5 TURINYS SANTRAUKA...3 SUMMARY...4 ĮVADAS...6 Sutartiniai žymėjimai, simboliai, santrumpos, pagrindinės sąvokos...8 1. LITERATŪROS APŽVALGA...9 1.1. Šlaitų tvirtinimo tipai ir klasifikacija...9 1.1.1.Šlaitų tvirtinimas apželdinant bei biologine danga...12 1.1.2.Šlaitų tvirtinimas gelžbetoninėmis plokštėmis...14 1.2. Šlaitų tvirtinimą veikiančios pagrindinės apkrovos ir veiksniai...15 1.3. Gelžbetoninių plokščių pažaidos susijusios su medžių ir krūmų šaknimis...17 2. TYRIMO TIKSLAS IR UŽDAVINIAI...21 3. TYRIMO METODIKA IR ORGANIZAVIMAS...22 3.1. Tyrimo objektų kiekio pagrindimas...22 3.2. Natūrinių tyrimų metodika...23 3.3. Laboratorinių tyrimų metodika...26 3.4. Analitinių tyrimų metodika...29 3.5. Skaičiavimai kompiuterine programa...30 4. TYRIMO REZULTATŲ ANALIZĖ IR APTARIMAS...33 4.1. Natūrinių tyrimų rezultatai...33 4.2. Laboratorinių tyrimų rezultatai...41 4.3. Analitinių tyrimų rezultatai...41 4.4. Gruntinių statinių defektai ir jų remontas...43 IŠVADOS ir rekomendacijos...46 LITERATŪRA...47

6 ĮVADAS Tvenkinių šlaitai tvirtinami saugant juos nuo žalingų bangų, ledo, vandens lygio svyravimų, vandens tėkmės, atmosferinių kritulių, vėjo poveikių, žemę rausiančių gyvūnų veiklos, molingo grunto išsipūtimo žiemos metu ir kitų šlaitų deformacijas sukeliančių veiksnių. Aukštutinio ŽU šlaito tvirtinimai skirstomi pagal paskirtį ir pagal medžiagas (Hidrotechninė statyba, 2000). Projektuojant ŠTP yra atsižvelgiama į bangų, ledo ir vandens tėkmės sukeliamas apkrovas, kurios nurodytos statybos techniniame reglamente (STR 2.05.15:2004). Apatinė pagrindinio tvirtinimo riba priimama atsižvelgiant į minimalaus vandens lygį, maksimalų 1 % tikimybės sisteminės bangos aukštį bei skaičiuojamąjį ledo storį. Remiantis literatūroje (Damulevičius ir kt., 2008) pateiktais Lietuvos tvenkinių tyrimais, nustatyta, kad tvenkinio šlaito pagrindinis tvirtinimas (kintamo vandens lygio zonoje) dažniausiai atliekamas gelžbetoninėmis (surenkamomis arba monolitinėmis) plokštėmis. Gelžbetoninių konstrukcijų irimą tyrinėjo R. Šadzevičius, kuris išanalizavęs užsienio šalyse bei Lietuvoje taikomas gelžbetoninių plokščių tvenkinių šlaitams tvirtinti skaičiavimo metodikas nustatė, kad ŠTP konstrukciniuose skaičiavimuose didžiausią įtaką turi ledo ir bangų apkrovos (Šadzevičius, 2002; Šadzevičius, 2005). Analizuotoje literatūroje neaptikta informacijos apie tai, kad medžių ir krūmų šaknys intensyviai ardo gelžbetonines ŠTP tuose hidromazguose, kuriuose dėl nepriežiūros neiškirsti medžiai ir krūmai gan plačiai išsikeroja. Monolitinis ištisinis gelžbetoninis tvirtinimas naudojamas, kai skaičiuojamasis bangos aukštis didesnis kaip 2 m ir šlaito gruntams būtinas standus tvirtinimas (ST 3209092.01:2003). Jei bangavimas nuo vėjo stipriai veikia šlaitą, tai jo apsaugai gali būti naudojamos plokštės su stačiakampėmis arba apskritomis angomis. Veikiant klimato sąlygoms, agresyviai aplinkai bei kitiems įvairiems veiksniams plokštės dėvisi, formuojasi pažaidos. Vienas iš žalingų reiškinių dėl prastos priežiūros išaugę drėgmę mėgstantys krūmai (pvz. karklai) ar net medžiai. Laiku nepašalintos medžių ar krūmų šaknys ieškodamos drėgmės, iškilnoja ir suskaldo šlaitų tvirtinimo plokštes, jose atsiranda plyšių, dėl to išplaunamas gruntas iš plokštės pagrindo. Žinoma, kad šaknys žemėje išsikeroja tokiu plotu, kurio įstrižainė prilygsta medžio aukščiui arba būna net 1,5 karto didesnė (Baranauskas, 2000). Literatūroje (Navasaitis, 2003) rašoma apie medžius bei jų šaknų sistemas, bet mokslinėje literatūroje nėra aptartas šaknų poveikis gelžbetoninėms konstrukcijoms, nėra aišku kokia keliamoji šaknų jėga.

7 Darbo tikslas įvertinti krūmų ir medžių šaknų ardomojo poveikio reikšmę Lietuvos tvenkinių šlaitų tvirtinimo gelžbetoninių plokščių būklei. Darbą sudaro: įvadas, sutartiniai žymėjimai (simboliai, santrumpos, pagrindinės sąvokos), literatūros apžvalga, tyrimo tikslas ir uždaviniai, tyrimo metodika ir organizavimas, tyrimo rezultatų analizė ir aptarimas, išvados, naudotos literatūros sąrašas bei priedai. Darbo apimtis 50 puslapių, jame yra 5 lentelės ir 31 paveikslas. Bibliografinį aprašą sudaro 43 šaltiniai.

8 SUTARTINIAI ŽYMĖJIMAI, SIMBOLIAI, SANTRUMPOS, PAGRINDINĖS SĄVOKOS f c standartinių 150 mm briaunos ilgio kubų gniuždomojo betono vidutinis stipris, N/mm 2 (MPa); f ck standartinių 150 mm briaunos ilgio kubų gniuždomojo betono charakteristinis stipris, (MPa); R 2 determinacijos koeficientas; σ standartinis nuokrypis (vidutinė kvadratinė paklaida); ν variacijos koeficientas; g/b gelžbetoninė(is); HTS hidrotechnikos statiniai; LŽŪU Lietuvos žemės ūkio universitetas; SKK Statybinių konstrukcijų katedra; ŠTP gelžbetoninė šlaitų tvirtinimo plokštė; ŽB žemutinis bjefas; ŽU žemių užtvanka; akmenų metinys konstrukcinis elementas iš sumestų akmenų, nenaudojant rišamosios medžiagos; atvirkštinis filtras konstrukcija, susidedanti iš vieno ar daugiau sluoksnių birių medžiagų, kurių dalelės stambėja geofiltracinės tėkmės kryptimi; bangų apkrovos dėl vandens bangavimo susidarę horizontalusis ir vertikalusis slėgiai, veikiantys HTS; defektai konstrukcijų (arba statybinių medžiagų) kokybės parametrų rodiklių nuokrypiai nuo normų reikalavimų, projekto, atsirandantys jas gaminant, transportuojant bei vykdant statybos ir montavimo darbus; krantų/šlaitų tvirtinimas techninės, biologinės ir kt. priemonės krantų/šlaitų atsparumui vandens tėkmės, bangų, atmosferos kritulių ir kt. poveikiams padidinti, stabilumui užtikrinti. geosintetika plokščia polimerinė (sintetinė ar natūrali) medžiaga, naudojama esant sąlyčiui su gruntu/uoliena ir/arba su kita geotechnine medžiaga statyboje; pažaida statinio elemento nesutikimas su projekto ar normatyvinių dokumentų reikalavimais, atsiradęs dėl išorinių veiksnių poveikio jo naudojimo metu; gabionas vielinio tinklo dėžė, prikrauta akmenų, naudojama jūrų, vandens saugyklų krantosaugai bei upių vagotvarkai.

9 1. LITERATŪROS APŽVALGA 1.1. Šlaitų tvirtinimo tipai ir klasifikacija Pagrindinės hidrotechnikos statinių projektavimo nuostatos išdėstytos statybos techniniame reglamente STR 2.02.06:2004. ŽU šlaitų tvirtinimo būdai detaliai aptarti mokslinėje ir techninėje literatūroje (Hidrotechninė statyba, 2000; ST 2079337.09:2000; ST 3209092.01:2003; EM 1110 2 1100, EM 1110 2 1902). Būtinas tvirtinti šlaitas skirstomas į 3 zonas: (ST 3209092.01:2003) viršutinė viršvandeninė zona, esanti aukščiau maksimalaus potvynio vandens lygio, kurios niekada neveikia srovė. Krantas šioje zonoje ardomas veikiant vėjui ar liūčių erozijai, o taip pat jeigu yra pažeistas šlaitas žemesnėse zonose; vidurinioji zona periodiškai apsemiama priklausomai nuo vandens lygio. Krantus šioje zonoje ardo tekanti srovė, ledonešis, gruntinis vanduo, kuris sunkiasi iš šlaito nukritus vandens lygiui. Kadangi ši zona vandens veikiama periodiškai, kranto tvirtinimo dangos turi būti atsparios puvimui; apatinė povandeninė zona, esanti žemiau minimalaus vandens lygio. Šioje zonoje kranto tvirtinimas turi pasižymėti elastingumu, kad paplovus šlaito papėdę būtų galima tvirtinimo konstrukcijos deformacija, o ne suirimas. Šlaitų tvirtinimo konstrukcijos tipas priklauso nuo to, kurioje zonoje numatomas tvirtinimas, ir tvirtinamo šlaito grunto rūšies, o taip pat reikia atsižvelgti į hidrologinio režimo ypatumus (tėkmės greitį ir kryptį skirtingais navigacijos periodais, vandens lygius poplūdžio ir žiemos periodais, ledonešio ypatumus). Šie veiksniai lemia kranto erozijos charakterį, periodą ir intensyvumą. Priklausomai nuo apkrovų pobūdžio ir dydžio įrengiamas pagrindinis arba palengvintas tvirtinimas. Pagrindinis šlaito tvirtinimas daromas intensyviausio bangų ir ledų poveikio zonoje (Murauskas, 1982; Ruplys, 1988). Pagrindinio tvirtinimo viršutinė riba (Hidrotechnikos..., 2001) yra bangos užbėgimo ant šlaito aukščiausia altitudė, o žemutinė riba dviem 1% tikimybės bangos aukščiais žemiau žemiausio vandens lygio tvenkinyje. Pagrindinis tvirtinimas turi būti pastovus, stiprus, ekonomiškas ir ilgaamžis. Jis turi patikimai saugoti žemių užtvankų šlaitus nuo įvairių veiksnių ardomojo poveikio. Palengvintas šlaito tvirtinimas daromas iki gylio H pal, kuriame bangų ar ledo jėgos jau nebepajėgia pakenkti šlaitui. Tvirtinimas daromas iš atskirų elementų, skaidant tvirtinimo plotą deformacinėmis bei temperatūrinėmis siūlėmis, kurios gali būti uždaros arba atviros. Pagrindinio tvirtinimo įrengimas aptariamas literatūroje (Hidrotechninė..., 2000; Ruplys, 1988).

10 Pagal literatūrą (Damulevičius ir kt, 2007) žemių užtvankų aukštutinių šlaitų klasikinę dangą sudaro šie konstrukciniai elementai (1.1 pav.): pagrindinė dangos dalis intensyviausio bangų ir ledo poveikio ruože, apsauganti šlaito gruntą labiausiai mechaniškai bangų, ledo ir kitų poveikių veikiamą šlaito zoną nuo išplovimo ar kitokio ardymo; palengvintoji dangos dalis žemiau (kartais ir aukščiau) pagrindinės dangos, kur mechaninių ardančiųjų veiksnių įtaka yra silpnesnė ir skirta apsaugoti užtvankos šlaitą nuo pažeidimų dėl bangų, ledo ir srovių poveikio ne tik normaliai naudojant užtvanką, bet ir vandens saugyklos užpildymo ir ištuštinimo metu; atrama pagrindinės dangos apačioje, skirta apsaugoti nuo nušliaužimo šlaitu žemyn ir sujungianti ją su palengvintąją danga, šlaito papėdėje ar šlaito apatinėje dalyje (dugne); pereinamoji dalis, ant kurios klojama pagrindinė danga ir kurią paprastai sudaro pasluoksnis ir atvirkštinis filtras, skirtas dangos konstrukcijai sujungti su žemių užtvankos masyvo gruntu ir apsaugoti nuo dalelių išplovimo (sufozijos) esant laidžiai dangai arba gerokai svyruojant vandens lygiui vandens saugykloje/tvenkinyje; atitvaras (parapetas), leidžiantis sumažinti viršutinę palengvintąją dangos dalį arba žemių užtvankos keteros altitude. 1.1 pav. Žemių užtvankos aukštutinio šlaito dangos principinė schema (ST 3209092.01:2003): 1 pagrindinė dangos dalis; 2 palengvintoji dangos dalis; 3 pagrindinės dangos dalies atrama; 4 pereinamoji dangos dalis (juostinis drenažas); 5 atitvaras (parapetas); 6 juostinis drenažas; 7 temperatūrinės/deformacinės siūlės Aukštutinio ŽU šlaito tvirtinimai skirstomi pagal paskirtį ir pagal medžiagas (Hidrotechninė..., 2000; ST 2079337.09:2000; ST 3209092.01:2003): akmenimis (metiniu ar grindiniu) (1.2 pav., a); gelžbetonio surenkamomis standartinėmis ar monolitinėmis plokštėmis (1.2 pav., b); asfaltbetoniu (1.2 pav., g); gabionais (1.2 pav., d); žabų čiužiniais (1.2 pav., b);

11 žabiniais; figūriniais blokais (1.2 pav., c); velėnomis (1.2 pav., c); žvyro smėlio dangomis; apsodinant gerai besišaknijančiais augalais (karklais, ievomis ir kt., ); panaudojant sudėvėtas automobilių padangas (sukabinant viela, pripilant skaldos ar žvyro); ląstelinėmis sistemomis (geosintetika); geotinklais; gelžbetoninių girliandų pinučiai (1.2 pav., h); derinant įvairius būdus (1.2 pav., a, b, c, d, e, f). 1.2 pav. Krantų ir šlaitų tvirtinimo konstrukcijos (ST 3209092.01:2003) Tvirtinami šlaitai ir krantai virš vandens privalo būti planiruojami, po vandeniu lyginami ir nuvalomi.

12 1.1.1.Šlaitų tvirtinimas apželdinant bei biologine danga Tvirtinimas biologine danga. Aukštutinis šlaitas tvirtinamas biologiniu būdu, t.y. apsodinant krūmais (ne medeliais). Šį tvirtinimo būdą galima naudoti ir žemutinio šlaito užliejamoje zonoje, jei potvynis trunka ne daugiau kaip 1 mėnesį ir bangos aukštis ne didesnis kaip 0,50 m. Sodinimui tinka karklų gyvašakės. Jos atsparios šalčiui ir trumpalaikiam (ne daugiau kaip 1 mėn.) vandens užliejimui. Gyvašakės sodinamos horizontaliomis eilėmis išilgai šlaito. Atstumas tarp eilių 1,50 m. Kol išsivysto gyvašakių šaknų sistema, jos turi būti apsaugotos nuo bangų ir klimato poveikių. Žabų paklotai. Nesant vietinių statybinių medžiagų (žvyro, akmenų, šlako), būtinų gruntinio statinio šlaitų ir keteros sutvirtinimui, arba kai nėra sąlygų šiuos darbus atlikti mechanizuotai, gali būti naudojami žabai. Žabų paklotą sudaro ant gruntinio statinio paviršiaus tvarkingai paklotas, esantis aukščiau vandens lygio, ištisinis žabų sluoksnis. Žabai klojami eilėmis 10 20 cm storio sluoksniu nuo keteros ašies šlaitų link. Kad dalis žabų prigytų, jie klojami eilėmis sekančia tvarka: pirmos eilės žabų kamblius uždengia sekančios eilės žabų viršūnės. Lygus žabų pakloto paviršius gaunamas suvagojant vagas, kuriose susmeigiami ir užkasami anksčiau paklotos eilės žabų kambliai. Kiekviena žabų eilė pritvirtinama dviem žabų juostomis, kurios prie gruntinio statinio prikalamos kuolais. Žabų juostos kas 0,30 0,40 m suveržiamos žabų sąvaržomis. Naudojami 1 m ilgio kuolai. Žabų paklotas prislegiamas akmenimis, žvyru arba moliu. Kad išvengti slėgmenų nuplovimo, ant pakloto viršaus išpinama 1,0 m kvadratais ir 0,5 m aukščio tvorele. Pakloto žabai turi būti ką tik nukirsti; žabų ilgis 1,5 2,5 m. Žabų apdangalai. Žabų apdangalą sudaro tankūs perkaitinta viela sujungti 3,0 m pločio atskiri žabų paklotai. Gruntinio statinio paviršius tvirtinamas padengiant ištisai žabų apdangalais, kurie tarpusavyje sujungiami 0,2 m aukščio kvadratais išpintais pinučiais. Geresniam statinių paviršiaus sutvirtinimui ir paties žabų apdangalo užankeravimui tarpai tarp pinučių užpilami akmenų, žvyro ar molio 0,15 m storio sluoksniu. Kad, statinio naudojimo proceso metu, žabų apdangalų tvirtinimas būtų patikimas, naudojami žabai turi priželti. Žabų pinučiai. Gruntinių hidrotechnikos statinių paviršius virš vandens gali būti tvirtinamas žabų pinučių tvorele nuo 1x1 iki 3x3 m kvadratais. Tvorelės kuolai sukalami 1,5 m gyliu. Atstumai tarp kuolų 0,7 0,8 m. Kuolai apipinami ką tik nupjautais žabais, kurių kambliai 0,20 m gyliu susmeigiami į gruntą. Pynimo aukštis paskaičiuojamas toks, kad pynimo kvadratų viršus sudarytų reikalingą statinio kontūrą. Tarpai tarp pinučių užpilami upiniu gruntu suplovimo arba užpylimo būdu.

13 Apželdinimas. Gruntinių statinių tvirtinimas apsodinant krūmais ir apsėjant žole patikimai apsaugo gruntinius statinius nuo išplovimo tuomet, kai tėkmės greitis 0,4 0,5 m/sek. Apželdinimas turi būti atliekamas birželio liepos mėnesiais arba vėlų rudenį. Geriausiai apželdinimui tinka karklų ir ievų sodinukai. Sodinama pavieniais sodinukais, lizdiniu būdu ar pinučių juostomis. Pavieniai sodinukai sodinami eilėmis, statmenomis pavasario tėkmės krypčiai 1 m atstumu vienas nuo kito. Eilėse sodinukai išdėstomi sodinant šachmatine tvarka kas 0,5 m. Sodinukų ilgis turi būti 0,7 0,8 m. Sodinant lizdiniu būdu atstumu kas 1,0 1,5 m iškasamas 40 cm gylio 15x20 cm duobutės, į kiekvieną iš kurių pasodinami 4 5 sodinukai. Sodinant statmenai šlaitui naudojami 1,5 2,0 m ilgio ir 2,0 cm kamieno skersmens ūgliai. Ūgliai sodinami 50 cm gyliu. Ūgliai turi būti ką tik nupjauti; jiems išbuvus iki pasodinimo vandenyje ilgiau kaip dvi paras, stiebų pjūvius reikia atnaujinti. Pynimui griovelyje naudojami ievos, karklo ką tik nupjauti 110 130 cm ilgio kuolai ir 200 300 cm ilgio žabai. Pinučiai pinami statmenai srovės krypčiai 10 15 m atstumu vienas nuo kito. Išilgai pynimo krypčiai iškasami grioveliai, į kuriuos susmeigiami atskirų žabų kambliai ir apipilami gruntu. Gruntinių statinių povandeniniai šlaitai tvirtinami nuo išplovimo šiais būdais: atskira vienetine pinučių tvorele išilgai statinio arba statant užtvaras tvorelės išdėstomos pasroviui kas 10 15 m viena nuo kitos; plūduriuojančiomis žabų juostomis, palaikomomis šachmatiškai sukaltais kuolais; žabų ryšuliais (žabiniais); žabų skydais. Sausojo šlaito tvirtinimas. Jei žemutiniame bjefe yra tvenkinys ir jo vanduo liečia žemutinį šlaitą, tai šlaito tvirtinimas daromas analogiškai kaip ir aukštutiniam šlaitui, atsižvelgiant į vietos sąlygas. Lietuvos sąlygomis žemutinis šlaitas dažniausiai tvirtinamas trimis būdais: 1) žemesnių kaip 10 m žemių užtvankų šlaitai planiruojami, užpilama ~ 0,1 m juodžemio sluoksniu ir apsėjama žolių sėklų mišiniu (1.3 pav.); 2) aukštesnių kaip 10 m žemių užtvankų šlaitai planiruojami ir velėnuojami ištisai. Velėnos juostos plotis ~ 0,3 m, storis 0,05 0,07 m; 3) tvirtinama skaldos ar velėnos juostomis, sudarant langus. Jų vidus užpilamas juodžemio sluoksniu ir įsėjama žolių sėklos mišiniu. Juostos daromos 45 kampu į šlaito nuolydžio liniją.

14 1.3 pav. Augalų šaknys sutvirtina gruntą (Low cost shore protection)) 1.1.2.Šlaitų tvirtinimas gelžbetoninėmis plokštėmis Kaip nustatė V. Damulevičius ir J. Vyčius (Damulevičius ir kt., 2007), atlikę Lietuvoje esančių žemių užtvankų šlaitų dangų techninės būklės tyrimus, tvenkinio šlaito pagrindinis tvirtinimas (tvenkinio vandens lygio kitimo zonoje) dažniausiai tvirtinamas gelžbetoninėmis, surenkamomis arba monolitinėmis plokštėmis. Pagrindinė dangos dalis ant šlaito iš gelžbetonio klojama ištisiniu tiesioginiu betonavimu arba iš surenkamųjų gelžbetoninių plokščių su uždaromis nepralaidžiomis siūlėmis arba su atviromis siūlėmis. Monolitinis tvirtinimas daromas gelžbetoninėmis plokštėmis (žr. 1.4 pav.), kurių dydis būna nuo 5x5 iki 10x10 m. Storis 0,15 0,30 m. Plokštės tarp savęs jungiamos armatūros tinklais, numatomos specialios konstrukcinės siūlės; suformuojamos taip vadinamosios nuo 30x30 iki 40x40 m dydžio sekcijos. 1.4 pav. Tvirtinimo monolitinėmis gelžbetonio plokštėmis schema: 1 gelžbetoninės plokštės; 2 atrama; 3 gelžbetoninė lenta; 4 skaldos sluoksnis; 5 2 sluoksniai hidroizolo; 6 medinė lenta; 7 guminis intarpas

15 Tarp atskirų sekcijų daromos temperatūrinės deformacinės/sėdimo siūlės, kurios skiriasi nuo konstrukcinių: čia nededamas armatūros tinklas (tinklo juostos). Siūlės užtaisomos 2 cm storio pušinėmis kreozotu įmirkytomis lentomis. Surenkama sumonolitinta gelžbetonio danga klojama iš atskirų plokščių, sujungtų armatūros ryšiais su sandarintomis siūlėmis. Gelžbetonio dangos storis turi būti toks, kad plokštė nebūtų pakelta nubėgant bangai, kai vandens lygis ties danga gerokai pažemėja, o iš apačios tebeveikia visas hidrostatinis vandens slėgis. Plokštė armuojama tam, kad atlaikytų bangų smūgius, kai ties gelžbetonio danga pilnai pakyla, o po to lūžta bangos (Ruplys, 1988). Be to, pagal STR 2.05.15:2004 bei SNiP 2.06.04 82*, gelžbetoninė danga turi būti atspari ledo temperatūriniam išsiplėtimui, ledo lyčių smūgiams, išvertimui, kai, prišalus ledo dangai, pažemėja vandens lygis. Esant minimaliam armavimui, 10 cm storio ŠTP gali atlaikyti: iki 1 m aukščio bangas, iki 0,3 m storio ledus, iki 2 m/s vandens tėkmę. Atsižvelgiant į bangų charakteristikas Lietuvoje tvenkinių šlaitams tvirtinti pakaktų minimalaus storio plokščių, todėl ŠTP storis turėtų būti parenkamas pagal ardantįjį ledo poveikį (Šadzevičius, 2005). Anksčiau projektuotų Lietuvos tvenkinių šlaitų tvirtinimo plokštės buvo skaičiuojamos pagal tuo metu galiojusias statybos normas ir taisykles SNiP 2.06.04 82*. Surenkamųjų ŠTP skaičiavimai panašūs, tik skiriasi laisvai gulinčių ant šlaito ir tarpusavyje armatūra surištų plokščių darbas. 1.2. Šlaitų tvirtinimą veikiančios pagrindinės apkrovos ir veiksniai Tvenkinių ŠTP būklę, ilgaamžiškumą lemia jas veikiantys poveikiai ir apkrovos, susidarantys veikiant klimato sąlygoms, agresyviai aplinkai bei kitiems įvairiems veiksniams. Ypač dažnai pažeidžiamos žemių užtvankų gelžbetoninių ŠTP, o joms nusidėvint atsiranda defektų ir pažeidų, kurie turi tiesioginę įtaką ne tik atskiroms plokštėms, bet ir viso šlaito stabilumui bei HTS patikimumui, saugai bei ilgaamžiškumui. Ilgaamžiškumas yra pagrindinis statinių ir jų elementų kokybės vertinimo rodiklis, kai jie yra agresyvioje aplinkoje, apkrauti ciklinėmis arba kartotinėmis epizodinėmis apkrovomis, o HTS yra nuolat veikiami bangų, ledų smūgių ir kitų paminėtų apkrovų tipų. Šlaitų tvirtinimą veikia tokios pagrindinės apkrovos (STR 2.05.15:2004): bangų poveikis (statinis, dinaminis ir kt.); temperatūrinio ledo dangos plėtimosi slėgis kylant aplinkos temperatūrai;

16 ledo dangos poveikis kintant vandens lygiui tvenkinyje arba ledo susidarymo metu, sukeliantis lenkimo momentą M, kuris verčia plokštę šis poveikis apibūdinamas raunančiuoju momentu; dinaminis ledo poveikis nuo ledo lyčių smūgių į šlaitą ir kt. Pagrinde ŠTP veikia ir ardo bangų bei ledo apkrovos. Jeigu pagrindinis šlaitus ardantis veiksnys bangos, tai gelžbetoninės plokštės tvenkinių šlaitams tvirtinti skaičiuojamos pagal skaičiavimo tvarką pateikiamą literatūroje (STR 2.05.15:2004, Šabanov et. al., 1976). Iš literatūros (Šadzevičius, 2005) matyti, kad 10 cm storio plokštės gali atlaikyti: bangas iki 1 m aukščio, ledus iki 0,3 m storio, vandens tėkmę iki 2 m/s. Remiantis natūriniais žemių užtvankų ŠTP stebėjimais (Šadzevičius ir kt., 2001a) galima teigti, kad Lietuvoje šios konstrukcijos labiausiai ardomos dėl ledo poveikio. Gelžbetoninių konstrukcijų irimą veikiant ledo apkrovoms tyrinėjo R. Šadzevičius (Šadzevičius, 2002a; Šadzevičius, 2005) kuris išanalizavęs užsienio šalyse bei Lietuvoje taikomas gelžbetoninių plokščių tvenkinių šlaitams tvirtinti skaičiavimo metodikas nustatė, kad ŠTP konstrukciniuose skaičiavimuose didžiausią įtaką turi ledo apkrovos. ŠTP veikiančių ledo apkrovų skaičiavimo principai pateikiami Lietuvos (STR 2.05.15:2004), Rusijos (SNiP 2.06.04 82*), Kanados (EM1110 2 1612.99) ir Jungtinių Amerikos Valstijų (EM 1110 2 2200.58) normose t. y., šiuose norminiuose dokumentuose išdėstytose metodikose. Pagrindiniai veiksniai skaičiuojant ledo apkrovas ledo storis ir aplinkos temperatūra. Vienas iš HTS gelžbetonines konstrukcijas ardančių veiksnių, kuris stipriai ardo betoną, yra užšalimo atšilimo ciklai. Pagrindinė betono irimo, trūkinėjimo, trupėjimo ir aižėjimo priežastis yra jo porose užšąlančio vandens virtimas ledu, kurio tūris didėja. Lietuvos sąlygomis užšalimo atšilimo ciklų įtaką HTS konstrukcijų betonui tyrinėjo Patašius (1998), Ramonas (1995), Gurskis (1996), Vaišvila ir kt. (2004; 2007) bei kiti tyrinėtojai. Aplinkos sąlygų kategorijos, pagal kurias turi būti nustatomos projektinės betono charakteristikos, pasirenkamos pagal projektavimo normas (STR 2.05.18:2005, STR 2.05.05:2005; STR 2.05.04:2003; LST EN 206 1:2002; Hidrotechninė..., 2000 ir kt.). Literatūroje (Baranauskas, 2000) minima, kad šaknys, ieškodamos drėgmės, suskaldo požeminius kanalizacijos vamzdžius ir pastatų pamatus, plytų sienose atsiranda plyšių, suskyla namų kertės, išsiklaipo langų rėmai ir durų staktos, pradeda banguoti grindys. Analizuotoje literatūroje neaptikta informacijos apie tai, kad medžių ir krūmų šaknys intensyviai ardo gelžbetonines ŠTP tuose hidromazguose, kuriuose dėl nepriežiūros neiškirsti medžiai ir krūmai gan plačiai išsikeroja.

17 1.3. Gelžbetoninių plokščių pažaidos susijusios su medžių ir krūmų šaknimis Iš 1997 2008 m. LŽŪU Hidrotechnikos katedros darbuotojų tyrinėtų 262 HTS, nustatyti daugiau negu 120 objektų užtvankų gruntinių šlaitų tvirtinimo plokščių įvairūs defektai, dažniausiai susiję su plokščių jungimo siūlių konstrukcijų pažeidimu, neretai ir su grunto išplovimais iš po šlaitų plokščių (Damulevičius ir kt., 2007), tačiau šioje literatūroje labai glaustai užsimenama apie nepašalintų kelmų šaknų sukeltas pažaidas. Dirvožemio savybes ir jo biologinį aktyvumą labai veikia augalų šaknų sistema. Augalų šaknys yra gyvenamoji aplinka ir maisto šaltinis daugeliui dirvožemio organizmų: grybams, bakterijoms, erkėms, nematodams, vabzdžiams. Augalų šaknys veikia dirvožemio struktūrą, didina poringumą, gerina aeraciją ir koloidų cirkuliaciją, ardo mineralus, jomis minta mikroorganizmai ir bestuburiai gyvūnai. Augalo šaknų išskiriamos medžiagos tiesiogiai dalyvauja dirvožemio biocheminiuose procesuose, skatina arba slopina mikroorganizmų ir bestuburių gyvūnų funkcinę veiklą. Dirvos paviršiuje ir prie šaknų gyvenantys mikroorganizmai dalyvauja azoto fiksacijos ir denitrifikacijos procesuose. Tai tiesiogiai siejasi su augalo mityba, augimu ir azoto balansu dirvožemyje. Ilgalaikės liūtys ir sausros, šaltos žiemos ypač kenkia molingiems dirvožemiams: vasarą jie slūgsta, žiemą kyla. Šie svyravimai dar stiprėja, jei plote auga dideli medžiai, nes jų šaknys turi įtakos grunto drėgmės balansui. Vegetacijos metu medžiams reikia daug drėgmės ir dėl to mažai higroskopiškame molio grunte pastatų pamatai slenka žemyn. (Baranauskas, 2000). Būtina įsidėmėti, kad šaknys žemėje išsikeroja tokiu plotu, kurio įstrižainė prilygsta medžio aukščiui arba būna net 1,5 karto didesnė (1.5 pav.). Žinant šią taisyklę, pasidaro aišku, kokiu atstumu reikia sodinti medžius nuo pastatų. Ši taisyklė labiau tinka lapuočiams, nes spygliuočių šaknys skverbiasi gilyn. 1.5 pav. Lapuočių medžių šaknų išsikerojimo plotas (Baranauskas, 2000)

18 Kita svarbi sąlyga pradedant statybas būtini duomenys apie grunto savybes ir gruntinio vandens lygį. Jei jis arti žemės paviršiaus, medžių šaknims nebus jokio reikalo skverbtis gilyn jos plėsis tik į plotį. Statinius ardyti gali ir kelmų šaknys, tad juos reikia arba išrauti, arba sunaikinti cheminiais prepartais. Išliejus apsauginę betoninę sienelę ir sutaisius apirusius pamatus, nuo šaknų poveikio kuriam laikui bus apsisaugota. Pasitaiko atvejų, kai medžiai iš pradžių pastatams nekenkia, o tik vėliau šaknimis apraizgo jų pamatus (1.6 pav.). Augimo pradžioje šaknims drėgmės pakako, o išbetonuoti takeliai ar aikštelės šaknis privertė drėgmės ir maisto medžiagų ieškotis toliau. 1.6 pav. Medžių šaknys apraizgo namų pamatus (Baranauskas, 2000) Kai augančių augalų šaknų tūris ir ilgis didėja, šaknys mechaniškai dirvožemį spaudžia į šonus. Tarp šaknų ir dirvožemio užsimezga abipusė sanglauda ir vyksta pastovi medžiagų apykaita. Kuo plonesnės šaknys, tuo aktyvesnė apykaita. Aktyviausia ji vegetacijos metu. Gili ir galinga šaknų sistema leidžia augalams efektyviai išnaudoti potencialų dirvožemio derlingumą. Dažnai šaknys iš gilesnių žemės sluoksnių iškelia į žemės paviršių tokius maisto elementus, kurių dirvožemyje nebuvo arba buvo tik jų pėdsakai. Tuo paaiškinama augalo šaknų teigiama jų reikšmė dirvodarai. Ąžuolo, pušies, maumedžio šaknys normalaus drėgnumo sąlygomis mūsų šalies miškuose prasiskverbia į 3 m, o kartais ir giliau. Sausringuose kraštuose dirvose smulkesnės šaknys aptinkamos net 20 m gylyje. Pagrindinė medžių šaknų masė koncentruojasi viršutiniame 20 30 cm storio dirvožemio sluoksnyje. Einant gilyn, jų palaipsniui mažėja, bet kartais nedėsningai. Neretai ir gilesniuose dirvožemio sluoksniuose pastebimas šaknų masės padidėjimas, ypač tada, kai medžiams trūksta bazinių elementų Ca, Mg arba prieinamos drėgmės.

19 Medžių šaknų įtaką drėgmes balansui bei šlaitų nuošliaužų susidarymui iliustruotų literatūroje (Low shore protection, 2002) pateikiama schema (1.7 pav.) 1.7 pav. Medžių šaknų įtaka drėgmes balansui ir nuošliaužų susidarymui (Low shore protection, 2002) Kaip pavaizduota 1.7 pav. medžių šaknys didina infiltraciją į gruntą, besifiltruojantis kritulių vanduo papildo gruntinio vandens atsargas, filtruojasi pro smėlį iki vandensparos ir taip padidina filtracinio vandens debitą, kas išplauna iš grunto smėlio daleles, šlaitas netenka pastovumo, susiformuoja nuošliaužos. Apie griaunamąją medžių augimo jėgą galima isivaizduoti iš žemiau pateiktų paveikslų (1.8 pav., 1.9 pav.):

20 1.8 pav. Medis įaugęs į atraminę sieną 1.9 pav. Medis įaugęs į gyvenamojo namo sieną

21 2. TYRIMO TIKSLAS IR UŽDAVINIAI Darbo tikslas įvertinti krūmų ir medžių šaknų ardomojo poveikio reikšmę Lietuvos tvenkinių šlaitų tvirtinimo gelžbetoninių plokščių būklei. Uždaviniai: Remiantis literatūros analize nustatyti pagrindinius tvenkinių šlaitų tvirtinimo tipus bei šlaitų tvirtinimą veikiančias apkrovas. Natūriniais šlaitų tvirtinimo gelžbetoninių plokščių defektų ir pažaidų tyrimo rezultatais pagrįsti esamą jų techninę būklę. Analitiniais skaičiavimais įvertinti kelmo šaknų apkrovą suardžiusią šlaitų tvirtinimo plokštę.

22 3. TYRIMO METODIKA IR ORGANIZAVIMAS Atlikus teorinių HTS gelžbetoninių konstrukcijų būklės vertinimo metodų analizę sudaryta detali tyrimų programa, pasirinkti tyrimų objektai. HTS gelžbetoninių ŠTP ardančiajai krūmų šaknų jėgai įvertinti naudoti natūriniai tyrimai, apsauginio betono sluoksnio gniuždomojo stiprio nustatymas struktūros neardančiaisiais ir ardančiaisiais metodais, būklės vertinimas balų sistema, statistinis duomenų apdorojimas, konstrukciniai skaičiavimai. 3.1. Tyrimo objektų kiekio pagrindimas 2008 2009 m. ištirta 16 žemių užtvankų Kauno, Marijampolės, Panevėžio, Utenos, Vilniaus apskrityse. Tyrimų objektai parinkti remiantis literatūros analizės ir natūrinių stebėjimų duomenimis. Tyrinėjami objektai buvo atrinkti pagal šiuos kriterijus: tiriamuosiuose HTS turi būti gelžbetoninių konstrukcijų; tyrinėjamųjų HTS ŠTP turi būti pažeistos. Kelmo šaknų apkrovos modeliavimui parinktos 1973 m. statytos LŽŪU tvenkinių sistemos Graužės III žemių užtvankos ir 1957 metais statytos Antanavo hidroelektrinės žemutinio bjefo gelžbetoninės plokštės (160 90 10cm), kurių suardymo pobūdis leidžia teigti, kad jos buvo suardytos veikiant kelmų keliamąjai jėgai (3.1 pav.). 3.1 pav. Antanavo ir Graužės hidromazgų šlaitų tvirtinimo plokštėse augantys krūmai ir kelmai Graužės III žemių užtvankos tvenkinys yra charakteringas mažų tvenkinių (kurių plotas < 5 ha) Lietuvoje pavyzdys. Graužės III užtvankos aukštutinio bjefo (toliau AB) šlaitas yra tvirtintas gelžbetoninėmis plokštėmis (175 100 cm), kurios išdėstytos keturiomis

23 eilėmis po 138. Po vandeniu yra dvi plokščių eilės, trečioji plokščių eilė kintamo vandens lygyje, ketvirtoji virš normalaus patvankos lygio (toliau NPL). Šios plokščių eilės pagal literatūrą skirstomos į 3 zonas (3.2 pav.): zona A virš normalaus patvankos lygio; zona B kintamas vandens lygis; zona C zona po vandeniu. 3.2 pav. Plokščių zonavimas (vertikalia kryptimi) 3.2. Natūrinių tyrimų metodika Natūriniais tyrimais nustatyti faktiški ŠTP techninę būklę charakterizuojantys parametrai. Prieš taikant konstrukcijų diagnostikos metodus, pradiniame tyrimų etape, analizuota projektinė (darbo brėžiniai), archyvinė dokumentacija (techninės priežiūros žurnalai, apžiūrų ataskaitos) ir rinkti duomenys apie statinių istoriją, naudojimo sąlygas. Šiame etape atlikta pirminė objektų apžiūra, kurios tikslas gauti aiškesnę pradinę informaciją ir tiksliau sudaryti tolimesnių tyrimų programą, kurioje numatyti tyrimų metodai. Natūrinių tyrimų metu naudoti šie konstrukcijų diagnostikos metodai: vizualusis preliminarinė konstrukcijų apžiūra, kurios metu nustatytos labiausiai pažeistos vietos, pažeidų tipas, plotas bei gylis; betono irimo požymiai, atrinktos plokštės, kurių suardymo pobūdis leidžia teigti, kad ŠTP buvo suardytos veikiant ant šlaito augančių medžių ir krūmų šaknų (3.1 pav.), instrumentinis šiuo metodu pagrindinė tiriamoji charakteristika gniuždomojo betono stipris nustatytas E. Šmidto sistemos prietaisu Cat.58 CO181/N (tai struktūros neardantis tyrimo metodas). Pagal LST EN 12504 2:2009 pateiktą metodiką bandant betoną atšokančiu plaktuku specialiai paruoštose konstrukcijos vietose buvo smūgiuota po 10 12 kartų. Bandymams buvo parenkamos sausos betono paviršiaus vietos. Smūgiuota taip, kad atstumai

24 tarp žymių betone būtų ne mažesni kaip 30 mm. ŠTP betono gniuždomasis stipris nustatytas pagal specialius prietaisų taravimo grafikus. 3.3 pav. Tyrimų Šmidto plaktuku betono gniuždomajam stipriui nustatyti iliustracija ŠTP būklė vertinta defektyvumo (rizikos) balais pagal dešimties balų sistemą (0 balų ideali būklė, 10 avarinė elemento būklė), vadovaujantis vertinimo kriterijais (STR 1.12.03:2006). Vertinimo kriterijai nurodyti 3.1 lentelėje. 3.1 lentelė. HTS gelžbetoninių konstrukcijų ŠTP būklės vertinimo kriterijai pagal STR 1.12.03:2006 Vertinimo balai, Defektų ir Aukštutinio šlaito techninė būklė būklės pažeidimų dydis kategorija 1 2 3 Elementas atitinka nustatytus reikalavimus arba yra nežymūs nukrypimai nuo jų Aukštutinio šlaito viršutinės dalies šlaito koeficientas ir sutvirtinimas atitinka statinio projekto reikalavimus, pažeidimų nėra, neauga medžiai, krūmai. Siūlėse tarp betono ar gelžbetonio plokščių pastebimi įtrūkimai iki 5 mm, matomi betono erozijos požymiai, auga vienas kitas žolių kupstas ir krūmeliai. Esant atviroms siūlėms, tarp plokščių matomi nedideli grunto išplovimai iš plokščių tarpų, plokščių deformacijų nėra; akmenų grindinio ar akmenų tvirtinimo vietoje matyti nežymūs smėlinių gruntų išplovimai bangų veikimo zonoje, tačiau deformacijų nėra. Elemento defektai, neturintys įtakos jo stiprumui ir normaliam funkcionavimui 0 2,0; gera būklė 2,1 4,0; vidutinė būklė

25 1 2 3 Betono siūlės sutrūkinėjusios iki 10%, yra iškilusios, kai kur matyti nedideli smėlio žvyro išplovimai iš po plokščių, auga krūmai ir žolės. Esant atviroms siūlėms, tarp plokščių matomi grunto išplovimai iš plokščių tarpų, plokščių deformacijos (nusėdimai) sudaro iki 5% sutvirtinto paviršiaus ploto; akmenų grindinio ar akmenų tvirtinimo vietoje matyti smėlinių gruntų išplovimai bangų veikimo zonoje, deformacijos sudaro iki 5% sutvirtinto paviršiaus ploto. Iki 50% betono siūlių iškilusios, kai kur matyti smėlio žvyro išplovimai iš po plokščių, iki 10% ploto plokštės įgriuvusios, yra susiformavusių išgraužų nuo keteros, pastebimi aukštutinio šlaito sėdimo požymiai, šlaite pastebimi įtrūkiai iki 5 cm. Esant atviroms siūlėms, tarp plokščių matomi grunto išplovimai iš plokščių tarpų, plokščių deformacijos (nusėdimai) sudaro iki 10% sutvirtinto paviršiaus ploto; akmenų grindinio ar akmenų tvirtinimo vietoje matyti smėlinių gruntų išplovimai bangų veikimo zonoje, deformacijos sudaro iki 10% sutvirtinto paviršiaus ploto. Tvirtinimo plokštės deformuotos iki 50% ploto, atsiradę iki 10 cm pločio plyšiai ir įgriuvos aukštutinio šlaito viršutinėje dalyje, dideli šlaito išplovimai vandens lygyje, prie keteros auga medžiai ir krūmai. Esant atviroms siūlėms, tarp plokščių matomi grunto išplovimai iš plokščių tarpų, plokščių deformacijos (nusėdimai) sudaro iki 50% sutvirtinto paviršiaus ploto; akmenų grindinio ar akmenų tvirtinimo vietoje matyti smėlinių gruntų išplovimai bangų veikimo zonoje, deformacijos sudaro iki 50% sutvirtinto paviršiaus ploto. Pastaba. Aukštutinio šlaito būklė, kai tvenkinys pripildytas, vertinama nuo keteros iki 1 m žemiau vandens lygio. Išleidus tvenkinį, būtina atlikti nuodugnų viršutinio šlaito būklės įvertinimą Elemento defektai, turintys nežymią įtaką jo stiprumui, patikimumui ir ilgaamžiškumui Elemento defektai, žymiai sumažinantys elemento stiprumą, patikimumą Žymūs elemento defektai, dėl kurių negalima tolesnė jo eksploatacija, galima viso statinio griūtis 4,1 6,0; patenkinama būklė 6,1 8,0; nepatenkinama (bloga) būklė 8,1 10,0; labai bloga būklė Detalūs vertinimo kriterijai, kuriais vadovaujantis vertinamos hidrotechnikos statinio atskirų elementų būklės balais, pateikiami STR 1.12.03:2006 Hidrotechnikos statinių techninės priežiūros taisyklės 2 priede. Turint natūriniais tyrimais nustatytas žemių užtvankų gelžbetoninių ŠTP fizikines mechanines savybes ir naudojant mūsų sudarytus plokščių modelius galima įvertinti kelmų ir medžių šaknų apkrovas.

26 3.3. Laboratorinių tyrimų metodika Laboratorinių tyrimų metu faktinis ŠTP betono stipris nustatytas struktūrą ardančiais metodais. Gniuždomojo betono stipris nustatytas ardomaisiais metodais bandant nepavojingose konstrukcijos vietose atskeltus netaisyklingos formos betono gabalus nesulygintais paviršiais pagal metodiką aprašytą darbuose (Vaišvila ir kt., 2002a; 2002b; 2002; 2003). Betono gabalai bandymams atskelti iš žemių užtvankų šlaitų tvirtinimo plokščių, pagamintų iš stambiagrūdžio betono, kurio gniuždymo stipris buvo iki 36 MPa (stipris preliminariai patikrintas Šmidto plaktuku). Bandiniai matuoti slankmačiu 1,0 mm tikslumu. Iš Ageniškio hidromazgo (Biržų r.) konstrukcijų ŠTP paimtas pirmas bandinys, antras iš Gulbinų hidromazgo (Biržų r.), trečias iš Utenos miesto užtvankos, ketvirtas iš Virkščių hidromazgo (Ukmergės r.). Prieš bandymą betono gabalai atidžiai apžiūrėti. Supleišėję, sluoksniuoti bei tuštymėti bandiniai atmesti. Bandymų rezultatams turi įtakos štampų skersmuo ir bandinio aukštis. Cementinio skiedinio bandinių santykinio gniuždymo stiprio priklausomybė nuo bandinių santykinio aukščio pateikiama literatūroje (Vaišvila, 2002). Įgaubtų štampų skersmenys parinkti atsižvelgiant į standartų reikalavimus išpjautų ar išgręžtų bandinių matmenims. Turimais štampais gniuždyti bandiniai, kurių skersmuo atitiko standartinių bandinių skersmenį, bei bandinius, kurių skersmuo buvo mažesnis už nurodytą standarte. Įgaubtų štampų, kurių įdubos gylis 10 mm matmenys nurodyti 3.2 lentelėje. 3.2 lentelė. Štampų matmenys Štampų numeris Skersmuo d, mm Plotas A n, mm 2 1 35,7 1000 2 50,5 2000 3 71,4 4000 4 100,0 7850 Bandomų betono gabalų matmenų ir štampų skersmenų leistini santykių dydžiai nurodyti 3.3 lentelėje. 3.3 lentelė. Koeficiento α ir štampų skersmens priklausomybė Štampų skersmuo, mm 35,7 50,5 71,4 100,0 α 0,85 0,93 0,98 1,00

27 Dauguma betono gabalų buvo tokio dydžio, kad juos buvo galima bandyti didžiausio skersmens (d = 100 mm) štampais (3.4 pav.). 3.4 pav. Gniuždymo prietaisas hidraulinis presas MC 1000 Prieš bandymą pasirinkto skersmens štampų įdubos užpildytos išlyginamuoju skiediniu, kurio gniuždymo stipris buvo artimas bandomo betono stipriui. Po to ant vieno štampo uždėtas bandinys, o antrasis štampas ant bandinio viršaus taip, kad abiejų štampų ašys apytikriai sutaptų. Bandinys centruotas specialiame įrenginyje (3.5 pav.). 3.5 pav. Bandinių centravimo prietaisas Centruoto bandinio štampų išilginės ašies paklaida neviršijo 0,2 mm, kontaktinių paviršių plokštumų nuokrypis 0,005 štampo skersmens. Bandinių darbo aukštis h atstumas

28 tarp centruotų štampų briaunų, bei kiti bandinių matmenys matuoti slankmačiu 0,1 mm tikslumu. Paruošti bandiniai bandyti pagal standarto LST ISO 4012:1995 reikalavimus. Tolimesniems tyrimams naudotas hidraulinis presas MC 1000 bei svirtinė bandymo mašina P 5. Gniuždymo jėga tolygiai didinta (0,6±0,4) (N/mm 2 )/s intensyvumu. Bandymo metu stambūs betono gabalai, bandomi 100 mm skersmens štampais, suskildavo į mažesnes dalis. Atskilusios betono gabalo dalys, jei jos nebuvo pažeistos, bandytos mažesnio skersmens štampais. Po bandymo įvertintas bandinių suirimo charakteris, matuotas betono stambaus užpildo didžiausių dalelių dydis. Jei štampo skersmens ir betono stambaus užpildo dalelės dydžio santykis buvo mažesnis kaip 3, bandinių gniuždant rezultatatai atmetami. Gniuždomojo betono stipris, įvertintas bandant įgaubtais 35,7; 50,5; 71,4 ir 100,0 mm skersmens štampais, netaisyklingos formos 0,8 2,0 santykinio aukščio bandinius buvo perskaičiuotas į standartinių 100 mm briaunos ilgio kubų gniuždomojo betono stiprį pagal (Vaišvila, 2002) pateiktą formulę: čia N/mm 2 (MPa); 100 f c = f nch α η γ, (3.1) 100 f c standartinių 100 mm briaunos ilgio kubų gniuždomojo betono stipris f nch netaisyklingos formos 0,8 2,0 santykinio aukščio bandinių gniuždomojo betono stipris, įvertintas bandant pasirinkto skersmens (numerio) įgaubtais štampais N/mm 2 (MPa), apskaičiuojamas pagal formulę: F f nch =, (3.2) A n čia f nch netaisyklingos formos bandinio, kurio h= (0,8 2,0) d, išbandyto įgaubtais n numerio štampais, gniuždomojo betono stipris N/mm 2 (MPa); F ardančioji apkrova, kn; A n bandinio skerspjūvio plotas, į kurį veikia gniuždymo jėga; šis plotas lygus panaudoto štampo plotui, nurodytam 3.2 lentelėje; α netaisyklingos formos bandinių, išbandytų pasirinkto skersmens įgaubtais štampais, gniuždomojo betono stiprio perskaičiavimo į bandinių, išbandytų 100,0 mm skersmens įgaubtais štampais, gniuždomojo betono stiprį, koeficientas, nurodytas aukščiau esančioje 3.3 lentelėje; η netaisyklingos formos 0,8 2,0 santykinio aukščio bandinių, išbandytų pasirinkto skersmens įgaubtais štampais, gniuždomojo betono stiprio perskaičiavimo į

29 bandinių, kurių santykinis aukštis lygus 1, išbandytų įgaubtais štampais, gniuždomojo betono stiprį, koeficientas, apskaičiuojamas pagal formulę: η = 1,0007(h/d) 0,1801, (3.3) čia γ netaisyklingos formos bandinių, kurių santykinis aukštis lygus 1, išbandytų 100,0 mm skersmens įgaubtais štampais, gniuždomojo betono stiprio perskaičiavimo į 100 mm briaunos ilgio kubų, išbandytų standartiniu būdu, gniuždomojo betono stiprį f c, koeficientas bandiniams, kurių gniuždomojo betono stipris iki 10 MPa (praktiniams skaičiavimams priimama γ =1). Gniuždomojo betono stiprio 100 f c perskaičiavimo į 150 mm briaunos ilgio kubų, išbandytų standartiniu būdu, gniuždomojo betono stiprį f c, koeficientas 0,95. Netaisyklingos formos bandinių gniuždomojo betono stiprio reikšmės, jų sklaidos amplitudės, standartiniai nuokrypiai bei variacijos koeficientai apskaičiuoti pagal standarto LST EN 206 1:2002 nurodymus. 3.4. Analitinių tyrimų metodika Betono tyrimo rezultatams apdoroti naudoti statistiniai rodikliai: dispersija, vidutinis kvadratinis nuokrypis ir variacijos koeficientas, parodantys gautų verčių išsibarstymą. Statistiniai rodikliai apskaičiuoti pagal standartines formules esančias literatūroje (LST EN 206 1:2002; Martinėnas, 2004). Dispersija charakterizuoja rezultatų sklaidą, kuri apskaičiuojama pagal formulę: čia vidurkio: n stebėjimų skaičius; x i i stebėjimas; ξ m aritmetinis vidurkis. n 2 1 2 δ ( ξ ) = ( ξ ) (3.4) n 1 i= 1 Vidutinis kvadratinis nuokrypis dažniausiai taikomas sklaidos matas, apskaičiuojamas: x i m σ ( ξ ) = σ 2 ( ξ ) (3.5) Variacijos koeficientas gaunamas standartinį nuokrypį padalinus iš asimetrinio σ ( ξ ) δ ( ξ ) = (3.6) ξ m

30 Žinant vidutinį bandinių stiprį f c, bei variacijos koeficientą ν apskaičiuojamas su 95 % tikimybe (patikimumo koeficientas priimtas 1,64 (LST EN 206 1:2002)) garantuotas betono gniuždomasis stipris f ck: : f ck = f c (1 1,64 ν), MPa. (3.7) Šią reikšmę apvalindami į mažesnę pusę iki standartinio dydžio nustatome kokią klasę C pagal (LST EN 206 1:2002) atitinka betonas. Darbe vidutinis gniuždomojo betono stipris f c, variacijos koeficientas ν bei vidutinis kvadratinis nuokrypis σ apskaičiuoti Microsoft Excel makrokomandų pagalba. 3.5. Skaičiavimai kompiuterine programa Konstrukciniais skaičiavimais naudojant programinį kompleksą Robot Millenium 2009 nustatyta kelmo šaknų keliamoji jėga ir ŽU šlaitų tvirtinimo gelžbetoninių plokščių įražos. Programinė įranga ROBOT Millennium skirta gelžbetoninėms, plieninėms, medinėms konstrukcijoms bei pamatams analizuoti ir projektuoti, dokumentacijai ir brėžiniams paruošti. Projektuoti galima pagal daugybę normų (tarp jų EC bei SniP) ir atlikti tai, ko nedaro kitos programos, t.y. ugniaatsparumo analizę, mazgų patikrinimą, g/b konstrukcijų valkšnumo įvertinimą, skaičiavimų atlikimą naudojantis daugybe analizės metodų, brėžinių generavimą ir kt. Programa išsiskiria itin paprasta vartotojo sąsaja, projektuotojo darbą paspartinančiomis patogiomis tipinių konstrukcijų bibliotekomis, išsamia duomenų baze (atitinkančia daugiau kaip 100 šalių projektavimo normas), skerspjūvių sortimentais, plačiomis baigtinių elementų tinklo generavimo galimybėmis, įspūdingu greičiu dirbančiu galingu analizės varikliu. Be to, skaičiavimų rezultatai yra pateikiami tekstine forma, su skaičiavimo formulėmis bei nuorodomis į pasirinktas projektavimo normas. Visa tai pateikiama lietuvių, rusų bei kitomis kalbomis. Programinio komplekso pagalba Robot Millenium 2009 nagrinėtas toks teorinis skaičiavimo modelis (3.6 pav.), patikslintas pagal natūrinius stebėjimus. Spręstas tikrinamasis uždavinys, kuomet remiantis Antanavo HE užtvankos gelžbetoninių ŠTP tyrimo metu nustatytomis betono fizikinėmis mechaninėmis charakteristikomis, plastiškumo teorijos pagalba nustatyti plokščių suirimo rodikliai bei naudojant programinį kompleksą Robot Millenium 2009 nustatyta kelmo šaknų keliamoji jėga suardžiusi užtvankos ŠTP.

31 3.6 pav. Antanavo HE užtvankos plokštės modelio mazgų numeracija Sudarytas tamprios plokštės skaičiavimo matematinis modelis, kurį sudaro diferencialinių lygčių sistema ir kraštinės sąlygos. Nežinomoms funkcijoms rasti naudojami du būdai: uždavinio sprendimas pagal nežinomus poslinkius arba įrąžas. Sprendžiant poslinkiais gaunama ketvirtos eilės diferencialinė lygtis, kuri vadinama Sofi ir Zermen lygtimi: čia u įlinkių paviršiaus skaliarinė funkcija; F išorinės apkrovos skaliarinė funkcija; 2 E h C = 12 ν 2 ( 1 ) 4 4 4 u u u F + 2 + =, (3.14) 4 2 2 4 x x x x C 1 1 2 2 konstanta, vadinama plokštės cilindriniu standumu, priklausanti nuo plokštės medžiagos (apibūdinamos dydžiais E ir ν) ir jos storio h. Ši lygtis sprendžiama programiniame komplekse Robot Millenium 2009. Programiniame komplekse Robot Millenium 2009 taikomas baigtinių elementų metodas poslinkių formuluotėje. Plokštės vidurinioji plokštuma sudalijama baigtiniais elementais, ant kurių pažymimi mazgų taškai. Konstrukcijos nežinomų poslinkių skaičius yra lygus visų mazgų laisvės laipsnių sumai. Suradus mazgų poslinkių reikšmes, apskaičiuojamos įrąžos ir atramų reakcijos. Remiantis natūriniais tyrimais nustatytu faktiniu gniuždomojo betono stipriu, apskaičiuotas tamprumo modulis E b pagal Grafo formulę, kuri taikoma sunkiąjam betonui: 6 10 E b =, (3.15) 360 1,7+ f c

32 čia f c standartinių 150 mm briaunos ilgio kubų gniuždomojo betono vidutinis stipris N/mm 2 (MPa). Siekiant nustatyti Antanavo HE užtvankos ŠTP suardžiusias apkrovas, pagal natūrinių tyrimų duomenis atrinkta plokštė, kurios suirimo pobūdis leidžia daryti prielaidas, kad buvo suardyta veikiant kelmo šaknų jėgai. Nustačius pasirinktos plokštės standį, nagrinėjamas lenkiamos plokštės skaičiavimo uždavinio matematinis modelis.

33 4. TYRIMO REZULTATŲ ANALIZĖ IR APTARIMAS 4.1. Natūrinių tyrimų rezultatai Natūrinių tyrimų metu naudojant konstrukcijų diagnostikos vizualinį ir instrumentinį metodus nustatyti faktiški ŠTP techninę būklę charakterizuojantys parametrai. Nustatyti pagrindiniai tyrinėtų 16 žemių užtvankų ŠTP defektai ir pažaidos, naudojant neardantįjį metodą įvertintas gniuždomojo betono stipris. Tyrinėtų 16 hidromazgų pavadinimai, statybos laikas, tyrinėjimų data, statinio amžius, minimalios gniuždomojo betono stiprio f c reikšmės, jų statistinio įvertinimo rodikliai, šlaitų tvirtinimo plokščių būklės įvertinimas balais pagal STR.1.12.03:2006 metodiką bei pagrindinės pažaidos (susijusios su augmenija ir biokorozija) pateikiami 4.1 lentelėje. 4.1 lentelė. Hidromazgų šlaitų tvirtinimo plokščių tyrimų rezultatai Nr. Hidromazgo pavadinimas, statybos metai Tyrimų data, statinio amžius Gniuždo mojo betono stiprio f c reikšmės, MPa Variacijos koefi cientas, ν Kvadra tinis nuokrypio vidurkis, σ Minimali gniuždo mojo betono klasė, C Šlaitų tvirtinimo plokščių būklė, balais, pagrindinės pažaidos 1 2 3 4 5 6 7 8 Kauno apskritis, Kauno r. 1. 2. Graužės III 1979 Obelių 1975 3. Antanavo HE 1957 2008 10 03 29 m. 2008 10 12 33 m. 2008 09 30 51 m. 24,4 28,2% 6,3 C16/20 Kėdainių r. 7,0 suardytos šaknų 29,1 17,0% 5,0 C20/25 5,0 Marijampolės apskritis, Marijampolės r. 8,5 37,0 3,3 8,1 suardytos šaknų 4. Pilvės Vabalkšnio 1973 5. 6. Ageniškio 1976 Gulbinų 1976 2008 09 30 45 m. 2008 09 18 32 m. 2008 09 18 32 m. 35,2 23,8% 8,3 C20/25 6,0 Panevėžio apskritis, Biržų r. 11,8 40,2% 4,8 C8/10 24,3 34,1% 8,3 C16/20 7,0 siūlėse auga žolės 7,0 siūlėse auga žolės