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“ (Projekto Nr. S-A-UEI-23-5, ŠMSM) 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.