<-UDC 05:625; ISSN 0017-2774 • LJUBLJANA, JANUAR-FEBRUAR-MAREC, 1995 • LETNIK XXXXIV • STR.: 1-58 GRADBENI VESTNIK 1 995 Super hauraton učinkovita rešitev odvajanja meteornih voda z različnih površin najširša paleta rešetk in kanalet od 15 kN do 900 kN program iz nerjavečega jekla za kuhinje in prehrambeno industrijo športni program za stadione hidravlični preračun in CDA skice vgradnje PREPROSTA MONTAŽA, UČINKOVITOST, ESTETSKI VIDEZ, DIN 19580, ISO 9001 hauraton PREDSTAVNIŠTVO V SLOVENIJI SORA 57, 61215 MEDVODE TEL/FAX 061/611-285 Chemical System OBIŠČITE NAS NA GRADBENEM SEJMU V GORNJI RADGONI OD 18. DO 22. APRILA 1995 IŠČEMO TUDI TRGOVINE Z GRADBENIM MATERIALOM, KI JIH ZANIMA PRODAJA NAŠIH IZDELKOV Članki, študije, razprave Articles studies, proceedings Poročila - Informacije Reports - Information Poročila Fakultete za arhitekturo, gradbeništvo in geodezijo Univerze v Ljubljani Proceedings of the Department of Civil Engineering University, Ljubljana Novosti - Gradbeništvo Tehniška fakulteta Univerza v Mariboru Civil Engineering News University in Maribor Informacije Zavoda za raziskavo materiala in konstrukcij Ljubljana Institute for testing and research in materials and structures Ljubljana GLASILO ZVEZE DRUŠTEV GRADBENIH INŽENIRJEV IN TEHNIKOV SLOVENIJE ŠT. 1-2-3 • LETNIK 44 • 1995 • ISSN 0017-2774 V S E D I I V A - C O l i l T E I V T S Amalija Trauner: CaCI2 PRI GRADNJI IN VZDRŽEVANJU CEST TER VPLIV NA NJIHOVO VARNOST .............................................................................................................. 2 CaCI2 FOR ROAD BUILDING AND MAINTAINING AND ITS INFLUENCE ON ROAD SAFETY Vlado Oštir, Janez Reflak: VPLIV PODAJNOSTI LINIJSKIH PODPOR NA NOTRANJE STATIČNE VELIČINE V PLOŠČAH IN V NOSILCIH ............................................................. 20 THE INFLUENCE OF FLEXIBILITY OF LINEAL SUPPORTS ON INTERNAL FORCES IN PLATES AND GIRDERS Marjan Pipenbaher: NOVOSTI PRI SNOVANJU IN IZVEDBI PREMOSTITVENIH OBJEKTOV . 26 NEW APPROACH IN DESIGN AND CONSTRUCTION OF BRIDGES Franc Saje: POŽARNA VARNOST BETONSKIH KONSTRUKCIJ........................................ 34 FIRE SAFETY OF CONCRETE STRUCTURES Bojan Leben: SLOVENIJA, PRIDRUŽENI ČLAN FEHRL ...................................................... 41 Maruška Šubic Kovač: FAKTOR IZRABE ZEMLJIŠČA KOT MERILO RACIONALNE RABE ZEM­ LJIŠČA V TRŽNEM GOSPODARSTVU IN PRI N A S .................................... 43 LAND USE INTENSITY AS A MEASURE OF ECONOMIC LAND USE IN THE MARKET ECONOMY AND IN SLOVENIA Andrej Štrukelj: UPORABA METODE PRESEČIŠČ ZA SNEMANJE FASAD OBSTOJEČIH OBJEKTOV ............................................................................................................. 49 USING THE METHOD OF INTERSECTIONS FOR MEASUREMENT AND RECORDING OF BUILDING FRONTS Jelena Srpčič: SODOBNI LESENI MOSTOVI ............................................................................ 53 MODERN TIMBER BRIDGES Trauner: CaCI2 pri gradnji 2 Gradbeni vestnik • Ljubljana (44) CaCI2 PRI GRADNJI IN VZDRŽEVANJU CEST TER VPLIV NA NJIHOVO VARNOST UDK 625.76:699.83:546.41 ’131 AMALIJA TRAUNER, ALEKSANDER KERSTEIN P O V Z E T E K " .■- — .... ^ Sestavek da je p r im e rja ln o s liko ustreznosti dveh k e m ič n ih sredstev za o d ta ja n je ledu na trije vega k lo r id a in ka lc ije vega k lo r id a (N aC I, C aC I2), ki sta p o zn a n i v svetu ko t n a jb o lj u p o ra b n i. A v to rja v n a d a lje va n ju d o kazu je ta p rednosti ka lc ije vega k lo r id a pred n a tr ije v im v sm is lu gospodarske ko ris tnos ti, z v id ik a p rom e tne va rnos ti, v p liv a na č lo ve ka , na p itn o vo d o , na ro d n o z e m ljo in rastline . V č la n ku so na kra tko obd e la n e vse tr i te h n o lo g ije p ro iz v o d n je ka lc ije ve g a k lo r id a . Za naš b iv a ln i p rosto r je z a n im iv tre tji. To je reakc ija m ed k lo ro v o d ik o v o k is lin o in a p nencem . Po tem postopku k a lc ije v k lo r id p r id o b iv a jo v CP C e lje — o b ra t asfa ltna baza — ka m n o lo m V e lika P irešica. Poseben poudarek je dan u po rab i ka lc ije ve g a k lo r id a pri g radn ji cest, kar je še posebej z a n im iv o za to zvrs t s trokovn ih b ra lcev . CaCI2 FOR ROAD BUILDING A N D M AINTAIN ING A N D ITS INFLUENCE O N RO AD SAFETY S U M M A R ..................... - ■ » i The a rtic le features th e com p a riso n be tw een tw o ch e m ica l substances sod ium c h lo r id e and c a lc iu m c h lo r id e w h ic h are recogn ized in the w o r ld as the m ost useful ones. The authors fu rth e r p ro v id e ev idence o f the advantages o f c a lc iu m c h lo r id e ove r sod ium c h lo r id e regard ing e co n o m y use from the p o in t o f tra ff ic safety and e co lo g y (effects on hum ans, d r in k in g w a te r, so il and p lants). A ll the th ree te c h n o lo g ic a l processes o f c a lc iu m c h lo r id e p ro d u c tio n are e x p la in e d ; the last one is m ost su itab le fo r o u r area, it is based on the reac tion be tw een ch lo ro h yd ro g e n a c id and lim estone . Th is process o f c a lc iu m c h lo r id e p ro d u c tio n is used by CP C e lje — o b ra t asfa ltna baza in k a m n o lo m V e lika P irešica. Specia l em phasis is g iven to p ra c tica l use o f c a lc iu m c h lo r id e in road b u ild in g w h a t m ay be o f great in te rest fo r p ro fessiona l readers. 1.0. UVOD Gradnja in vzdrževanje cestne mreže sta odločilna za ekonomski napredek vsake dežele. Omrežje varnih in prevoznih cest v vseh vremenskih razmerah je pomembno za vse panoge gospodarstva in za varnost udeležencev v prometu posebno v zimskem času, ko promet zaradi snega in ledu poteka po zglajenem cestišču. Posebno pri gradnji in vzdrževanju cest na severnoame­ riškem kontinentu ima kalcijev klorid (CaCI2) veliko vlogo. To je razumljivo, saj so prav na tem kontinentu največja ležišča kalcijevega klorida. Zato so se že v sredi stoletja v ZDA in Kanadi razvili razni vidiki uporabe kalcijevega klorida pri gradnji in vzdrževanju cest. Pri tem ločimo tri osnovne vidike, in sicer: Avtorja: Amalija Trauner, dipl. inž., Kerstein ing. Aleksander Republiški inšpektor za varstvo okolje, direktor obrata asfaltna baza in kamnoloma Vel. Pirešica ____ - protiprašna obdelava gramoznih-makadamskih cestišč, - povečanje nosilnosti nosilnih in zapornih plasti cestišč v makadamski izvedbi ali z asfaltno prevleko, - kot posipno sredstvo za odtajanje ledu na cestah pri zimskem vzdrževanju cest. Pomen kalcijevega klorida se tako rezultira v reševanju najbolj problematičnega področja gradnje cest; to je utrjevanje in zagotavljanje nosilnosti zgornjega ustroja cest. Določeni učinki kalcijevega klorida zagotavljajo izde­ lavo gramoznih vozišč brez asfalta, ki pa so boljša od običajnega »makadama«. To je prej omenjena protiprašna obdelava gramoznih vozišč s kalcijevim kloridom, ki obe­ nem povečuje tudi kohezivnost vgrajenih materialov in večjo nosilnost. Pri vozišču ne smemo računati samo na statično in dinamično obremenitev, ampak tudi na atmos­ ferske vplive v povezavi z velikim nihanjem temperature. Znano je, da je takšna tehnika na ameriškem kontinentu povsem izpodrinila klasični »makadam«. Seveda je ta tehnika primerna za ceste z manjšo prometno obremeni­ tvijo. Ima pa še to prednost, da je cenena. Po drugi strani pa s kalcijevim kloridom obdelani gramozni sloj ceste predstavlja kakovostno podlago za asfaltne prevleke. Le-ta ima poleg nosilnosti še odpornost proti zmrzovanju, ki je eden od pomembnih dejavnikov pri nastanku poškodb na cestah. Vzročno s tem je povezano tudi vzdrževanje cest, ki med drugimi zajema odpravo poškodb na cestah po odjugi in je tehnološko in stroškovno ob normalnih zimah zahtevno. V šestdesetih letih so se te tehnike začele razvijati in uporabljati tudi v Zahodni Evropi, potem ko je Solvay zagotovil večje količine relativno cenenega CaCI2 iz od­ padnih lužin v postopku pridobivanja sode. V tedanji Jugoslaviji do leta 1986 CaCI2 ni nihče proizvajal, takrat pa so v CP Celje prišli na idejo, da bi ga proizvajali iz odpadnih surovin, predvsem kislin. Njihov cilj je bil prido­ bivanje CaCI2 kot pospinega sredstva za odpravo zmrzali. Na podlagi literature o teoretičnih dognanjih in tujih praktičnih izkušnjah pa se je pokazalo, da je uporaba CaCI2 širša od samega zimskega vzdrževanja. Tako so raziskali tehnično-tehnološke možnosti uporabe CaCI2 tudi pri gradnji in vzdrževanju cest na splošno in temu primerno začrtali tudi proizvodnjo. V letu 1987 so začeli s pilotsko proizvodnjo in dve leti kasneje z redno. Posebno zanimiv je kratek zgodovinski razvoj tehnologije vzdrževanja cestnega sistema v zimskih razmerah. Pri nas smo tja do petdesetih let uporabljali za vzdrževanje cest v hladnih vremenskih razmerah različne posipne materiale, ki naj bi predvsem zmanjšali gladkost vozišč. To so bili priročni materiali in v vedno večji meri za to pripravljeni kamniti drobirji. Ta postopek se je do sredine petdesetih let najbolje obnesel in se razvil od preprostega ročnega posipavanja do popolnega avtomatiziranega po­ stopka posipavanja teh tvarin. Z leti so izkušnje pokazale, da za zagotovitev varne vožnje, za zagotavljanje vse večjih hitrosti in gostote prometa ti ukrepi ne zadoščajo, saj je učinek zaradi razmeta kratkotrajen, število posipov pa veliko. V šestdesetih letih se je težišče prizadevanja preneslo na iskanje kemičnih sredstev za preprečevanje zmrzali ozi­ roma za preventivne namene. Med kemičnimi sredstvi je največji razmah uporabe doživel natrijev klorid (NaCI). Temu je pripomogla lahka dostopnost, cenenost, načelno ustrezen postopek in možnost uporabe z že razvitimi mehaniziranimi pripravami za posipavanje drobljenih ka­ menin. S tem je bila dana možnost uporabe kombinacije natrijeve soli in drobljene kamenine ali vsake tvarine posebej. Zaradi prednosti, ki ga je imel postopek z uporabo NaCI pred uporabo samih kamnitih drobirjev, se je ta postopek hitro razširil. V zahtevnejših zimskih pro­ metnih razmerah (visoka gostota prometa in temperatura pod -10° C) v svetu pa so se pokazale tri temeljne slabosti tega postopka: 1. Enaka občutljivost za promet kot pri kamnitih drobirjih (ker je NaCI granulometrijsko podoben drobnemu pesku). 2. Pri temperaturi okoli -8° C uporabna lastnost za toplje­ nje ledu in snega praktično preneha delovati. 3. Kasnejše raziskave so pokazale tudi ekološko neustre­ znost NaCI. Zaradi tega in prej navedenega so razvili v Zahodni Evropi nove postopke in tvarine za odpravljanje in preprečevanje zmrzali. Ugotovili so nesporno prednost CaCI2 v primerjavi z NaCI, razen v ceni. Nadalje so ugotovili, da se lahko vsaj ena prednost CaCI2 izrabi tako, da izravna cenovno pomanjkljivost kalcijevega klorida. Na temelju spoznanj preučevanja v preteklih dvajsetih letih se je ugotovila največja učinkovitost in smotrnost sistema »vlažnega soljenja« z uporabo mešanice 20% vodne raztopine kalcijevega klorida in zrnatega NaCI, v posebnih pogojih pa samega kalcijevega klorida. Karta št. 1 kaže cestno omrežje RS, vzdrževalne postaje na avtocesti, razmejitev območij med cestnimi podjetji v Sloveniji. 1.1. VPLIV ZIMSKE SLUŽBE NA VARNOST V PROMETU Cesta je tudi pri nas prevzela prevladujoči vidik v ekonom­ skem smislu pred železnico. Razumna uporaba strojev za mehansko odstranjevanje snega in uporaba novih tehnik, tehnologij ter tvarin je bistven pogoj za vzdrževanje cestišč in varnost cestnega prometa. Organizacija izvaja­ nja zimske službe pa mora zagotavljati čim nižje stroške v celotnih stroških vzdrževanja cest, varnost njenih uporabnikov in ustreznost z ekološkega vidika. Organizi­ rana mora biti ustrezno podnebnim razmeram in gostoti prometa. Prednost ustrezno organizirane zimske službe se kaže v izboljšanju prometnih poti, kar pomeni prihranek časa in goriva, varovanju infrastrukturnih objektov ter zmanjšanju števila prometnih nezgod. V Sloveniji je bilo storjenih zelo malo raziskav, ki bi pokazale na odnose med zimskim vzdrževanjem in var­ nostjo uporabnikov cestnega sistema ter na vpliv interven­ cij zimske službe na nastajanje prometnih nezgod. Več je bilo v tej smeri storjenega v svetu. Tako po podatkih sodeč v državah Srednje Evrope 10-15% vseh prometnih nesreč pripisujejo zimskim razmeram na vo­ zišču. Stopnja prometnih nesreč pred posipanjem je 6-krat večja kot zunaj zimskega obdobja, posipanje cest pa jo zmanj­ šuje z 9,5 na 2,5 nesreč, šteto na milijon voznih kilometrov. Očitno je, da posipanje cest vzpostavlja skoraj normalne pogoje in zmanjšuje tveganje, ki ga s sabo nosijo polede­ nele poti. Pri odčitavanju grafov je jasno razvidno, daje pri razširjeni rabi kemikalij in pridobljenih izkušnjah z leti število nesreč zaradi poledice v upadanju. Tretji graf kaže krivulji gibanja števila nesreč v četnem prometu, ki so bile povzročene direktno ali indirektno zaradi zimskih pogojev, saj je vsaka nesreča lahko skupek okoliščin (napake voznika, stanja vozila, atmosferskih pogojev itd.). Vrh krivulje v letu 1963 je posledica izredno hude zime v letu 1963. Število nesreč zaradi poledice je redno in hitro upadalo do leta 1966, ko je predstavljalo le še 118 % vrednosti tiste v letu 1960 - kljub naraščajočemu prometu (od 1960 do 1965 se je število vozil povečalo za 50%) in kljub povečani hitrosti. Takšna situacija je bila rezultat izkušenj Oddelka za avtoceste in mostove in drugih pristojnih služb na področju tehnik pri uporabi kemikalij, ki so bile še posebej uporab­ ljene na 350 km avtocest in 10.000km državnih cest. Podobno so ugotovili v Franciji. Izkušnje v teh državah so dale ugotovitev, da je povečana varnost v prometu v zimskih razmerah posledica uporabe kemikalij za odtaja- nje snega in ledu na cestah. Še več, izboljšana je tudi uporabnost cest, ki so v zimskem času vzdrževane bolje in bolj ekonomično. Razumljivo je, da se vsako leto večje število cestnih zimskih služb določa za uporabo kemikalij in opušča uporabo abrazivnih materialov. Grafi št. 1 kažejo odvisnost števila nesreč zaradi poledice od porabe kemikalij (grafi veljajo za Italijo). Grafi št. 2 kažejo razmere v Belgiji. 1.2. VRSTE MATERIALOV V ZIMSKI SLUŽBI V SLOVENIJI Za preprečevanje poledice so bili v preteklosti v uporabi razni materiali, kot so: pepel, žlindra, pesek, žaganje. Takrat so ceste v glavnem plužili in jih nato s temi materiali posuli, da je bilo povečano trenje. Promet se je v zimskem času normalno precej zmanjšal. ITALIJA Poraba kemikalij Nesreče zaradi poledenelosti v zimskih pogojih Vse nesreče Nesreče z osebnimi poškodbami zaradi poledenelosti Vse nesreče z osebnimi poškodbami Smrtne nesreče zaradi poledenelosti v zimskih pogoj ih Vse smrtne nesreče 1 9 6 1 6 2 6 3 6 4 6 5 6 6 Graf 1 I 96 0 61 62 63 64 65 66 67 Graf 2 Porast prometa, povečanje števila vozil, izgradnja avto­ cest pa so povzročili, da je razlika v številu voženj v zimskem in letnem obdobju vedno manjša. Uporabljeni nasipni materiali so postali neustrezni, ker jih je promet zmetal s cestišča. Poleg tega pa je posuti material zamašil odvodne kanale in jaške. V začetku porabe soli se je le-ta dodajala pesku kot dodatek za posip, ki je preprečil zmrzovanje peska na deponijah, kar je omogočalo lažje nakladanje in posip s trosilci. V Sloveniji se je v letu 1987 na avtocestah, magistralnih in regionalnih in lokalnih cestah porabilo približno 27 200 ton soli. V odvisnosti od temperature uporabljamo za posipanje cest: - natrijev klorid - kalcijev klorid - magnezijev klorid - mešanica navedenih soli. Natrijeva sol se pridobiva kot kamena sol v rudnikih ali iz morja v solinah. Kalcijev klorid se predvsem v zadnjem času uporablja, medtem ko je magnezijev klorid zelo malo v uporabi. Meje praktične porabe so: - natrijev klorid do -7° C - kalcijev klorid -20 do -25° C - magnezijev klorid do -15° C Kakovost soli mora zadoščati določenim normativom: 1. zrnavost velikost zrn > 5 mm 0% 0,315-2 mm 80% <0,16 m največ 5% 2. vlažnost mora biti manjša od 2 % 3. v vodi topne snovi najmanj 9% Količine soli za posipavanje se gibljejo v mejah od 5g/m2 do 30 g/m2, pa tudi do 40 g/m2 v odvisnosti od temperature in jakosti padavin. HITROST VOŽNJE (k m /h ) Diagram 1 (2). Odvisnost koeficienta drsnega trenja od koli­ čine posutega drobirja 2.0. METODE ODPRAVLJANJA ZMRZALI NA CESTIŠČU 2.1. DELOVANJE KAMNITEGA POSIPNEGA MATERIALA Raziskave so pokazale, da za zagotovitev varne vožnje v zimskih razmerah posipanje s kamnitim posipnim mate­ rialom ne zadošča. Celo s 1100g/m2 (= ca. 8t/km) drobirja posuta vozna površina je pri hitrosti vožnje 100 km/h zagotavljala vrednost količnika drsnega trenja samo 0,23, kar je pod priporočljivo mejno vrednostjo za varno vožnjo (K = 0,33, 90% pogostost). Posip zaglajenih voznih površin z gospodarsko še opravičljivimi količinami zrnatih materialov za ohrapavljenje izboljša drsno trenje relativno zelo malo. Pa še ta učinek je lahko le kratkotrajen in je odvisen predvsem od hitrosti vozila in temperature, saj promet posipni material razmeče ob vozišče. Ker lahko ostane posuti material na vozišču celo samo nekaj minut, je treba posipavanje ponavljati. Zato je vprašljivo tudi preventivno posipanje kamnitih materialov. Podatki kažejo, da je število nezgod na voziščih, ki so posipana s sredstvi za odtajanje, praviloma znatno manjše (celo do 85%) kot tistih, ki so posipana z materiali za ohrapavljenje. V velikem številu držav se število nezgod v prometu sploh ne ali pa malo spreminja, odkar uporab­ ljajo za preprečitev gladkosti kemični sredstvi, kot sta CaCI2 in NaCI. 2.1.1. Kameni agregat kot posipni material Za posip oziroma ohrapavljenje vozišča ob poledici se uporablja drobljeni kameni material. Pesek rabi za premo­ stitev v tistem času, ki ga sol potrebuje, da raztali led. Prav tako kameni material uporabljajo v primerih, ko sol ne more raztaliti snega in nastane snežna brozga. Takrat je za zagotovitev varnosti prometa primerno posipanje s peskom. Po sneženju oziroma pluženju na makadamskih cestah prav tako uporabljamo za posip vozišča pesek. Uporabljamo drobljeni pesek (zrnavost do 2 mm), drobir (zrnavost do 8 mm), običajno kar frakcijo 4/8 mm. Za strmine in makadamske ceste so lahko zrna večja, obi­ čajno se uporablja frakcija 8/16 mm. Izkušnje kažejo, da je uporaba frakcij 4/8 mm in 8/16 mm najprimernejša za beton oziroma asfalte. Posipni material mora ustrezati naslednjim zahtevam: - ustrezna granulometrijska sestava - čistos (zrna gline, fini delci - odpornost proti zmrzovanju - odpornost proti drobljenju. Preventivno posipanje s peskom ni učinkovito, stroški pa zaradi več posipanj niso nič manjši kot pri soli. Poleg tega je treba prav tako upoštevati čiščenje asfaltnih cest in odvodnih naprav. 2.2. DELOVANJE KEMIČNIH SRESTEV ZA POSIPAVANJE Za odtajanje snega in ledu sta poznani in v rabi dve kemični sredstvi NaCI (natrijev klorid) in CaCI2 (kalcijev klorid). Uporabljamo ju samostojno kot suho sol, raztopino soli, navlaženo sol ter kot zmesi suhih soli in navlaženih soli. 2.2.1. Delovanje suhe soli (soli v zrnih) Pri tajanju snega ali ledu NaCI porablja toploto (približno 80 kcal/kg snega ali ledu), ki jo vzame iz okolja (zraka, snega, obrabne plasti voziščne konstrukcije). Proces odtajanja poteče le v primeru dovajanja toplote. Zaradi odvzema toplote okolju se le-to ohlaja. Tajanje poteka tedaj pri padajoči temperaturi in je zato proces upoča­ snjen. Zmanjšuje pa se tudi koncentracija nastale raztopi­ ne. Pri določeni temperaturi in koncentraciji solnice proces odtajanja poneha. NaCI ni tako higroskopičen in se posuši (odda vlago) že pri relativni vlažnosti zraka pod 75%. To je velika pomanj­ kljivost, ki omejuje uporabo te soli za preventivno posipa­ nje suhih vozišč. Promet, ki je v takih razmerah še hiter, lahko del posute soli razmeče oziroma odpihne na rob cestišča; tudi zaradi kubične oblike kristalov NaCI, ki se slabše nalegajo na vozno površino. Študije pri Solvayu so pokazale, da je ugotovljeni čas taljenja 90 min pri temperaturi -1,5° C pri uporabi NaCI več kot neustrezen. Zato so pri firmi DOW ugotovili, da mora talilno sredstvo biti takšno, da ledeni sloj ne le raztali, ampak vanj tudi prodre in led raztali tudi iz spodnje strani, tako da prepreči čvrsto povezanost s cestiščem. 2.2.1.1. Delovanje CaCI2 v primerjavi z NaCI Kalcijev klorid je zelo lahko topljiv v vodi in pri raztapljanju sprošča toploto (približno 90 kcal/kg v luskah 70-80%) Shema št. 1 ugotavlja veliko krajši čas raztapljanja snega pri manjši uporabi CaCI2 kot pri večji uporabi NaCI pri tempera­ turi -1 ,5° C (Solvay). za razliko od NaCI, ki po posipu potrebuje veliko več toplote iz okolja. CaCI2 je zelo higroskopičen in absorbira vlago celo iz razmeroma suhega zraka (do 37 % relativne vlažnosti) in pri nizkih temperaturah. Pri 80% relativni vlažnosti zraka navzame CaCI2 za dvojno lastno težo vlage. Rezultati tujih študij kažejo, da dosega CaCI2 pri vseh temperaturah pod lediščem boljše učinke tajanja glede na globinsko delovanje kot NaCI. Tudi pri _i,5°C, ko se naj bi uporabljal NaCI, je bilo z manjšo dozo NaCI2 v krajšem času raztopljenega več ledu kot z NaCI. Čas raztapljanja 90 minut za NaCI pa v praksi sploh ne ustreza (Solvay). Temperatura: —15°C Promet: 250 a v to v /h Vir: Solvay Shema št. 2 prikazuje, da se je pri določeni temperaturi -1 ,5° C ob večji porabi NaCI stopilo manj snega kot pri manjši uporabi NaCI2 (Solvay). Čas (m in.) Vir: DOW Diagram št. 2 prikazuje čas raztapljanja 0,3175 cm debelega ledenega sloja od podlage s CaCI2 (94/95%) v primerjavi z NaCI pri temperaturi -3 ,8° C (DOW). CaCI2 kot talilno sredstvo ima sposobnost prodiranja v ledeni sloj, tako preprečuje čvrsto povezanost s cestiščem in ima boljše talilne sposobnosti v primerjavi z NaCI. Testi so pokazali, da je bil CaCI2 pri -3,89° C po 10 minutah 3,5-krat učinkovitejši, po 20 minutah 2,4-krat, po 30 minutah še 2-krat učinkovitejši v raztapljanju ledene površine kot NaCI (3). Za odtajanje snega in ledu sta poznani in v rabi dve kemični sredstvi NaCI (natrijev klorid) in CaCI2 (kalcijev klorid). Uporabljamo ju samostojno kot suho sol, raztopino soli, navlaženo sol ter kot zmesi suhih soli in navlaženih soli. 2.2.2. DELOVANJE RAZTOPIN SOLI Postopki uporabe raztopin soli so bili razviti kot rezultat iskanja trajnejše učinkovitosti soli za odtajanje ledu. V praksi se večinoma uporablja raztopina CaCI2 (15- 32%), in sicer pretežno 26-odstotna raztopina. Za pripravo 1,21 solnice z lediščem -32° C potrebujemo 500 g lusk CaCI2 (77-80%) in 11 vode. Ledišče raztopine soli je tam nižje, čim večji je delež soli v raztopini. Zasičene razstopine NaCI zmrznejo pri - 21,2° C, CaCI2 pri pri -51,6° C. V praksi znaša tempera­ turno območje uporabe raztopine soli - z NaCI do -10° C - s CaCI2 do -20°C. Potek tajanja z raztopino se razlikuje od tajanja s soljo v zrnih. Medtem ko posamezna zrna soli prodirajo skozi plast in najedajo luknje ter led mehčajo, se raztopina soli razprostre po površini ledu, nastane površinsko odtajanje. Pri tem nastali film vode na vozni površini drsno trenje še zmanjša. To traja le toliko časa, da se plast ledu zmehča in deloma raztopi, tako dajo promet lahko poruši. Na začetku (po posipu) učinkovitejše odstranjevanje ledu z brizganjem raztopin se upočasni. Vzrok je v zmanjšani koncentraciji raztopine, pa tudi v porabljeni toploti v okolju. Neodvisno od vrste imajo raztopine soli določene predno­ sti pred solmi v zrnih: - natančnejši nadzor porabljene količine - enakovrednejšo razporeditev po vozišču - uporabnost vse do - 50° C in pri vsakem vremenu - dolgo učinkovanje - večji delovni radij vozil za posipanje - naprave za brizganje in vozila je mogoče uporabiti tudi pri drugih delih. Postopek je možno tako avtomatizirati, da lahko en človek obvladuje vse aktivnosti zimske službe. Pomanjkljivosti se kažejo v naslednjem: - vlaga, ki pade na vozno površino, razredčuje raztopino soli, tako da pri hitri ohladitvi lahko razredčena raztopina ustvari gladek led - v določenih meteoroloških pogojih se lahko raztopina koncetrira, kar povzroči ponovno kristalizacijo soli. To lahko tudi zmanjša drsno trenje na vozni površini - v primerjavi s sedanjimi postopki posipavanja se je potrebno preusmeriti na nove naprave za posipavanje in tudi sistem skladiščenja je spremenjen. Z uporabo postopka vlažnega soljenja, ki je trenutno v razvitem svetu najbolj razširjena metoda posipavanja, je mogoče zmanjšati porabo soli za odtajanje ledu ali snega na voziščih na najmanjšo še potrebno in primerno količino ter zagotoviti optimalno varnost vožnje v mejah, ki jih pogojuje stanje vozišča. Vlažna sol sestoji iz trdnih zrn soli, obdanih s filmom raztopine soli. Omočenje zrn se izvede tik pred posipom. Vlažna sol je tedaj videti kot lepljiva, mokra in brezbarvna kaša. Poznamo tri postopke vlažnega soljenja, kjer se kot trda jedra uporablja NaCI, redko NaCI2. 2.2.2.1. z 20% H20 navlaženi NaCI 22. 2 . 2 . z raztopino NaCI navlaženi NaCI 2 . 2 2 . 3 . z raztopino CaCI2 navlaženi NaCI Testiranja v Švici so pokazala, da ostanejo na cestišču naslednje količine soli (posip = 100%): a) po prevozu 100 vozil pri povprečni hitrosti 90 km/h - pri suhem NaCI ca. 20% soli - pri navleženem NaCI ca. 80% soli b) po prevozu 1000 vozil pri povprečni hitrosti 90 km/h - pri suhem NaCI ca. 10% soli - pri uporabi raztopine NaCI ca. 40 % soli - pri uporabi raztopine CaCI2 ca. 60% soli. 2.2.2.1. Ovlaženje NaCI z vodo Postopek ima določene prednosti pred uporabo suhega NaCI, še več pa ima pomanjkljivosti: - voda lahko zmrzne in cevi postanejo neuporabne - v primeru poškodbe dotoka soli (transportni agregat se zamaši in zmanjka soli) se cestišče obrizga z vodo, zaradi česar lahko na podhlajenem cestišču nastane ledena površina - učinkovanje vode je kratkotrajno, zato cestišča pogosto posipajo, kar dodatno ogroža okolje - pri nižjih temperaturah sistem v celoti odpove; posle­ dica je poledenitev cestišča zaradi dodatne vlage - negospodaren transport vode. 2-2.2.2. Ovlaženje NaCI z raztopino NaCI različnih koncentracij Nekatere prej navedene pomanjkljivosti ovlaženja z vodo je možno preprečiti z uporabo vsaj 15% do 20% razsto- pino NaCI. Vendar se tudi v tem procesu pojavljajo pomanjkljivosti: - učinkovanje je kratkotrajno, ker se sol izkristalizira in se lahko odpihne iz cestišča; zato cestišče pogosto posipavajo, kar še dodatno ogroža okolje - pri nizkih temperaturah ne učinkuje. 2.2.2.3. Ovlaženje NaCI z raztopino CaCI2 različnih koncentracij Novost pri posipavanju predstavlja uvedba posipa z vlažno soljo. To je pri nas novost, medtem ko je v tujini ta proces v rabi že dalj časa in daje zelo dobre rezultate. Prednosti postopkov so: - ni nevarnosti za zamrznitev cevi niti pri najnižjih tempe­ raturah - učinek tudi pri nizkih temperaturah do -50° C - onesnaževanje okolja je zmanjšano na dva načina: a) ker ni neustreznih posipov, se zmanjšuje poraba soli b) del Na+ se nadomesti s Ca+, kar pomeni, da kalcij zmanjšuje škodljivo delovanje natrija in omogoča ohrani­ tev naravne osmoze rastlin - v primeru poškodb dotoka suhe snovi se cestišče obrizga samo z raztopino CaCI2, ki v vsakem primeru doseže želeni učinek - dosežen je dolgoročnejši učinek, odvisen predvsem od dejavnikov, kot so zračna vlaga, temperatura, gostota prometa in podobno, saj CaCI2 ne izkristalizira iz raztopi­ ne. Skica 1. Vremenske situacije v zimski službi glede na uporabo NaCI oziroma CaCI2 (3) Skica zajema še štiri parametre: temperaturo, relativno zračno vlago, trajanje učinkovanja in čas učinkovanja. Posamezni križci označujejo vremenske situacije v zimski službi, notranji krog območje učinkovanja NaCI in zunanji krog območje učinkovanja CaCI2. Če je v določeni zimski situaciji eden od teh križcev zunaj področja učinkovitosti uporabljenih posipnih sredstev, po­ tem se šteje, da je bil celoten posip napačen. Problem je v ekstremnih vrednostih določenega oskrbnega področja, zato je treba najti takšno metodo za posipavanje, ki te ekstremne situacije obvlada. Primer: a) Pri 70% relativni vlažnosti je posipanje NaCI napačno. Že majhen dodatek CaCI2 bi to preprečil. b) Pri temperaturi -12° C čisti posip na NaCI tudi napa­ čen. Tudi tukaj bi se z majhnim dodatkom CaCI2 to dalo preprečiti. c) Če se pri določenih pogojih zahteva zadostni učinek odtajanja že po 30 minutah (npr. zjutraj na vpadnicah, ki vodijo v mesto), potem tega ni moči zagotoviti samo s posipom na NaCI. d) Če pri profilaktičnem posipavanju nastopi zmrzal šele 3 ure po posipu, potem posip na NaCI ne more biti učinkovit. Seveda pa bi se z majhnim dodatkom CaCI2 področje učinkovanja posipne snovi NaCI razširilo. Vlažna ali mokra sol je zmes NaCI in raztopine CaCI2 v vodi. Najustreznejša kot najbolj preizkušena koncentracija je 20-30% raztopina CaCI2. Sestavini še mešata nepo­ sredno pred posipom vozišča na krožniku za raztros. Vozilo je opremljeno s silosom za suhi NaCI in s cisterno za CaCI2. Shema 4. Prikaz opreme za posipanje s CaCI2 (CP Celje) Prednosti posipavanja z vlažno soljo se kažejo v vrsti lastnosti, ki ugodno vplivajo na izboljšanje varnosti prome­ ta, varstva okolja in na gospodarnost zimske službe. Poleg že omenjenih prednosti velja poudariti še naslednje: - dodana količina skoraj v celoti veže delce soli, kar preprečuje razmetavanje soli ob cesti; - s tekočino povzročena boljša sposobnost oprijemanja vlažne soli zagotavlja, da se takšna sol daljši čas zadrži na vozišču. S povečanim izkoristkom vlažne soli je mo­ goče posipno količino znatno zmanjšati; s tem se zmanjša tudi stopnja korozije vozil in cestnih objektov (mostov); - skrbno načrtovano posipavanje, ki ustreza vremenskim razmeram, lahko prepreči nastanek poledice; - vlažna sol je lahko praviloma večkrat učinkovita, ker je vtisnjena v vdolbine in votline na vozni površini in lahko prepreči naknadno poledico; - z vlažno soljo je izbojšan in povečan začetni učinek soli pri tajanju. Rezerva trdnih delcev soli v vlažni soli omogoča, da se led topi tudi globinsko; globinski učinek solnih zrn led tudi mehča in ga promet lažje razbije; - posipanje je izboljšano z več vidikov: • velik delež tekočine izboljšuje ekakomerno razdelitev soli v zrnih • nastanek kapljic, v katerih je raztopljena sol, omogoča boljše prilagajanje zrn vozni površini in s tem boljše pokrivanje vozne površine. Povečana je učinkovitost ota- janja ledu in snega; - omočenje zrn omogoča znatno večjo širino posipanja, saj soli ne odpihne s cestišča. Poleg tega je možno povečati tudi hitrost pri posipavanju ter posipanje natan­ čno omejiti; - zaradi manjše količine posipa (npr. zmanjšanja z 20 na 10gr/m2 se poveča dolžina poti posipanja z enim polnje­ njem vozila, tudi če upoštevamo, da je na vozilu cisterna s približno 15001 raztopine soli, ki uporabno nosilnost vozila ustrezno zmanjša; - uporaba vlažne soli zmanjšuje oziroma odpravlja nevar­ nost zamrznitve in zamašitve odtočnih kanalov s peskom, s čimer zmanjšuje stroške spomladanskega čiščenja ko­ munalne kanalizacije. 1 R e ze rvoo r zo ra z ta p lja n je In p r ip ra v o CcC/2 / 3m ^ ] la Š tin k ra k o mešalo 2 R e ze rvoa r za C0CI2 (20 m3 J 2a. N ivo m e te r 3 Vozilo za pos ip a n je L R e ze rvoa r za C0CI2 n o vo z ilu /3 m ^ l 5 K aso n zo NaCi s tra n s p o r tn im sistem om 6 ć r pe tka za C0CI2 7 R egu la c ijsk i s is te m d o z ira n ja CaCl2 8 Post p n i k ro ž n ik 9 č rp a lk a 10-15K ro g ličn i v e n t il 16.Filter 17 H it ro z o p o rn i v e n til 1 Rezervoar CaC!2 2 Keson Nad 3 Pogonsko kolo C Posipni krožnik 5 Reduktor 6 Transport er Nad 7 črpalka Ca CL 8 H idr. črpalka 9 Krmilna elektronika 10 Pretočni ventil 11 Nepovratni ventil 12 Pritisni ventil 13 Filter 1C El. magnetni ventil 15 Komandna omarica 16 Zaporni ventil Shema 3. Vozilo z opremo za mokro posipavanje (CP Celje) Sistem posipanja z vlažno soljo ne vpliva ugodno samo na prometno varnost in zaščito okolja, temveč ima njegova uporaba prednost tudi zaradi: - lažje in zanesljivejše manipulacije v operativni rabi - višjo stopnjo tehnologije, ki pogojuje ostrejše kriterije tehnološke discipline: • uporaba domače opreme za vozila za posipanje • uporaba domače opreme za transport • uporaba domače opreme za skladiščenje Vse to pa pomeni tudi uveljavitev lastnega znanja oziroma razvoja. 3.0. LASTNOSTI NaCI in CaCI2 Vlažna sol za posipavanje cestišča ima z ekološkega vidika prednosti pred uporabo samega NaCI. Za oceno ekološkega vidika obeh snovi so pomembne značilnosti obeh. Unhauraton 3.1.0. NaCI - NATRIJEV KLORID - kemična formula - molska masa - topnost pri 0° C pri 20° C - strupenost : I I - po strokovnem navodilu o tem, katere snovi se šte­ jejo za nevarne in škod­ ljive snovi... (Uradni list SRS, št. 18/85) in po za­ konu o vodah (Uradni list SRS, št. 38/81, 29/86 in 15/91) - pravilnik o ravnanju s po­ sebnimi odpadki, ki vsebu­ jejo nevarne snovi (Uradni list SRS, št. 20/86) NaCI 58,45 g/mol 35,7g/100g H20 36,0g/100g H20 NaCI je kemijsko nev­ tralna regirajoča sol. V vodnih raztopinah ima po­ dobne lastnosti kot mor­ ska voda. Pri običajnem ravnanju z njo ni toksična. Niso postavljene MDK za izpuste v vodotoke ozi­ roma kanalizacijo. Solni odpadki so zajeti pod šiframa 51802 in 51511 ter so uvrščeni v III. kategorijo odpadkov - posebni odpadki.______ - Natrijev klorid pridobivamo kot kameno sol v rudnikih ali iz morja v solinah. Te soli imamo doma malo in jo je treba uvažati iz Romunije, Rusije, Egipta. Pri dobavi soli nastopajo težave, ker ne dosegajo predpi­ sanih normativov in je zato učinek slabši. Zanimivo je dejstvo, da pri nas posipavajo ceste najpogosteje z mešanico drobljenca in soli. Izračun optimalno potrebnih količin suhega NaCI pri posipanju samo suhega NaCI z upoštevanjem štirih temperaturnih razredov: Temperatura Suhi NaCI °C g/m2 5-0 10 0—(—5) 20 (—5)—(—10) 30 <-10 40 Pri tem je posipanje suhega NaCI v vremenskih razmerah stemperaturo pod -10° C popolnoma neučinkovito. 3.1.1. KEMIZEM TALILNEGA POSTOPKA Z OVLAŽENIM NaCI s H20 (7) Pri talilnem postopku leda ali snega z ovlaženim NaCI in HzO nastopata natrij in klor v obliki ionov. Zaradi privlačnih sil se Na+ in CI" ioni med sabo razporedijo na določen način in tvorijo kristalno telo. Vodna molekula ima obliko kota 0 2 H+ H+ in je na enem koncu pozitivno nabita, na drugem pa negativno. Če damo kristal NaCI v vodo, se naberejo okoli Na+ in ČL ionov zaradi elektrostatičnega privlaka vodne moleku­ le, zaradi česar se ioni izločijo iz kristalne mreže, kristal soli se raztopi. Če pade temperatura okolja na 0°C ali niže, čista voda zmrzne v celoti. Raztopina soli pa nasprotno pri podkora- čitvi tališča ne zmrzne kot celota (npr. -5° C,10 % NaCI). Zmrzišče raztopine soli pomeni temperaturo, pri kateri se pričenjajo iz raztopine izločati prvi kristali ledu in je vedno nižje kot zmrzišče vode. Vzrok je v privlačnih silah med molekulami vode in med natrijevimi klodidnimi ioni, ki pa zadržujejo vodne molekule, da se ne bi združile v ledene kristale. Pri tem se iz raztopine izloča samo voda, medtem ko koncentracija soli raste v preostali raztopini, kar vpliva na dodatno znižanje ledišča. Kakor hitro naraste koncentracija preostale množine raz­ topine tako daleč, da je točka ledišča enakovredna tem­ peraturi okolja, se preneha tvorba ledu. Tudi pri padajočih temperaturah je raztopina soli še vedno prisotna na cestišču. Zaradi tega ne pride do povezave zimske obloge ledu s cestiščem, kar ugodno vpliva na mehansko čiščenje vozišča. Na mestih stikov med kristali soli in ledom se tvori nasičena raztopina, s tem se povečuje površina, na kateri lahko deluje sol in se tako proces taljenja pospešuje do točke, ko se kristali soli povsem raztopijo in se je toliko ledu utekočinilo, da ustreza temperatura zmrzišča nastale solne raztopine ravno temperaturi okolja. S tem je proces taljenja končan. Če se uporablja suha sol pri nizkih temperaturah in pri majhni relativni vlagi ozračja, se lahko proces odtajanja zakasni, ker se začne raztopina soli tvoriti počasi; pri tem promet zmeče del zrn soli na robove vozišča. Zato je postopek omočenja talilne soli z raztopino CaCI2 veliko ustreznejši. 3.1.2. KEMIJSKA IN SEJALNA ANALIZA TALILNEGA SREDSTVA (NaCI) (7) Kemijska analiza - topno, talilno učinkovita snov ca. 98% - spremljajoče mineralne snovi ca. 1,7 % - sredstvo proti skepljenju ca. 200g/tono K4(F(CN)6) (kalijev heksaciano- ferat (II)) vlaga ca. 0,3 % Sejalna analiza - groba zrna, nad 5 mm 0% - 3,15-5 mm 5-10% - 0,8-3,15 mm 65-75% - 0,16-0,8 mm 20-30% - pod0,16mm > 5 % Talilna sol NaCI je osnovna sol za vse talilne procese, katere ekonomska uporaba v zimskih razmerah je 10- 20g/m2 do temperature -7° C. 3.2.0. CaCI2 - KALCIJEV KLORID CaCI2 110,99g/mol - kemična formula - molska masa - topnost: pri 0°C pri 20° C - pH vodnih raztopin do koncentracije 10 % - strupenost - po strokovnem navodilu o tem, kateri snovi se štejejo za nevarne in škodljive (Uradni list SRS, št. 18/85) in po zakonu o vodah (Uradni list SRS , št. 38/ 81, 29/86 in 15/91) - pravilnik o ravnanju z od­ padki, ki vsebujejo ne­ varne snovi (Uradni list SRS, št. 20/86) 59,5 g/100 g H20 74,5g/100g H20 6,2-7,4 CaCI2 ni strupen, uporab­ lja se v farmacevtski in živilski industriji ter kot dodatek umetnim gnoji­ lom. V vodnih raztopinah ima podoben učinek kot morska voda. Niso postavljene MDK za vodotoke in kanalizacijo. CaCI2 je naveden pod ši­ fro 51526 in uvrščen v lil. kategorijo odpadkov. Diagram 4 kaže krivulji zmrzišča in topnosti CaCI2 (10) CaCI2 je bela sol brez vonja. V naravi jo nahajamo v močno razredčeni obliki v morski vodi, v vrelcih naravne mineralne vode, v slanicah in v naplavinah soli. V koncentrirani obliki dobimo CaCI2 kot rumenkasto obar­ van mineral tahidrit (2MgCI2 • CaCI2 • H20) pri pridobivanju kalija v karnalitu. Naravna nahajališča se le redko uporab­ ljajo za pridobivanje CaCI2. Pridobivamo ga iz NaC03 (natrijevega karbonata), NaCI (natrijevega klorida) in CaC03 (apnenca). 3.2.1. VPLIV UPORABE VLAŽNE SOLI NA TALILNI PROCES Posebna učinkovitost vlažne soli je v takojšnjem talilnem učinku; saj je že na začetku na razpolago dovolj raztopine CaCI2 z nižjim zmrziščem, tako da se prične taljenje takoj ob stiku soli z ledenimi kristali. Pri tem ne nastanejo izgube zaradi razpihovanja kot pri uporabi NaCI. Razlog taljenju ledu zaradi delovanja soli je v težnji, ki jo ima sol za raztapljanjem. Da bi se lahko sol za odtajanje raztopila, mora biti prisotna voda. Za talilni proces pa mora biti prisotna talilna toplota. Ta toplota se dobi v primeru CaCI2 kot talilne snovi iz postopka raztapljanja te soli v vodi. Ta proces je eksoter- mna reakcija, kjer pride do sproščanja toplote. Z uporabo vlažne soli se učinkovitost NaCI bistveno poveča, s tem da lahko CaCI2 dovaja NaCI potrebno vlago. Prav tako pa se toplotni delež mešanice soli za odtajanje izenači ali prevesi celo v pozitivno stran. Z eksotermnim procesom nastala toplota odtajanje pospe­ šuje; tako 8% raztopina CaCI2 poniža temperaturo snega in ledu za približno 10° C, 25% pa do 35° C. Večji učinek trajanja s CaCI2 od NaCI je viden pri vseh temperaturah pod lediščem. Trajanje tega učinka pa je odvisno tudi od temperature, kar dokazuje naslednja preglednica (2). Diagram 3 prikazuje odtajano količino ledu v odvisnosti od trajanja učinkovanja kalcijeve in natrijeve soli ter temperature na vozišče (2). Temperatura °C Čas učinka trajanja CaCI2 (h) -2 do 1h20min -4 1h 50 min -7 2h 30 min -10 3h 20 min -14 7h -18 trajno Preglednica 2 Tudi trajanje učinkovanja NaCI se povečuje, ker se raztopljena zmes NaCI/CaCI2 obloži na cestišču v obliki glazure; nasprotno pa se NaCI hitro izkristalizira v obliki kristalov, ki jih veter in gost promet odpihneta s cestišča. Vlažna sol ima veliko širše območje uporabe kot NaCI - čisti ali ovlaženh - glede na temperaturo, relativno vlaž­ nost, trajanje učinkovanja, hitrost raztapljanja. 3.2.2. KEMIČNA ANALIZA 20% RAZTOPINE CaCI2 - delež soli ca. 20% - vode ca. 80% - netopnasnov vvodi ca. 0,02% - gostota 1,18 kg/l - zmrzišče -18° C 4.0. KORISTNOST UPORABE KALCIJEVEGA KLORIDA V CESTNEM GOSPODARSTVU 4.1. GOSPODARSKE KORISTI UPORABE CaCI2 Stroški za zimsko službo predstavljajo vedno večji delež v celotnih stroških vzdrževanja cest. Lahko jih delimo v tri skupine: - neposredni obratni stroški (delo, oprema, posipni mate­ rial) - korozija objektov in vozil (zaradi uporabe kemičnih sredstev) - škoda na okolju zaradi soli v tleh, vodi, rastlinah. Najpomembnejše koristi zimske službe pa so: - izboljšanje prometnih tokov in s tem prihrankov uporab­ nikov na času in porabi goriv - zmanjšanje hrupa, izpušnih plinov ter prihranku energije - zmanjšanje števila in stroškov nezgod. Ovrednotenje stroškov in še zlasti koristi zimske službe je izredno zapleteno, saj je skoraj nemogoče ovrednotiti delež posameznih dejavnikov, ki ga je pri emisiji hrupa in izpušnih plinov, poškodbah zaradi korozije in škodi na okolju možno pripisati zimskim razmeram. Pri nas tovrstne raziskave niso bile izdelane, vendar pa se lahko zgledu­ jemo po okvirnih podatkih pri Američanih, ki so ugotovili, da znaša izpad plač zaradi zamujanja na delo ali odsotno­ sti z dela, stroškov izpadov proizvodnje, stroškov porabe goriva več kot 18 mio dolarjev ter na okrog 3 mio dolarjev ocenjujejo škodo zaradi uporabe kemičnih sredstev za odtajanje ledu ali snega. Tako znaša le približno 1/6 koristi na voziščih, ki bi jih s tako zimsko službo lahko zagotovili. Tudi poraba goriva se pozimi pri vožnji v koloni in omejeni hitrosti poveča za ca. 20% pa tudi več. S poskusi so dokazali, da se poraba goriva poveča za 1,7 do 1,81/ 100 km. Rezultati raziskav v Nemčiji in Švici pa kažejo, da je zimska služba brez uporabe soli za tajanje snega in ledu približno 3,3-krat dražja. Pri ugotavljanju stroškov zimske službe z uporabo 20% NaCI za navlaženje NaCI in uporabo 16% CaCI2 za navlaženje NaCI so ugotovili, da se prvo navedeni stroški razlikujejo od drugih le glede na čisto materialne stroške v korist uporabe 20% NaCI, vendar se ta razlika že izniči, če bi ob upoštevanju daljšega učinkovanja CaCI2 namesto 100 posipov izvedli le 95. Metodo posipavanja cest v zimskih razmerah so najprej osvojili v Nemčiji že v letu 1975. Do leta 1985 pa se je razširila v Italijo, Belgijo, Francijo, Švico in Avstrijo. 4.2. UPORABA CaCI2 Z VIDIKA PROMETNE VARNOSTI Varnost in udobnost vožnje sta odvisni predvsem od: - vplivov okolja - kakovosti vozišča in vodenja trase - gostote prometa in stanja vozil. Vplivi okolja, predvsem vplivi vremena (dež, megla, sneg, poledica) so najmanj predvidljivi in povečujejo pogostost nezgod ter zastoje v prometu. Odločilnega prometa za varnost vožnje je torna sposobnost vozne površine, ki omogoča oprijemanje koles in vozišča in s tem prenos sil z vozila na vozišče. Na torno sposobnost vozne površine vplivajo poleg vrste obrabne plasti na vozišču tudi vremenske razmere. Naj­ manjše vrednosti se dosežejo v zimskih razmerah, pred­ vsem na poledenelem vozišču in zglajeni plasti snega. Raziskave kažejo, da je pogostost nesreč na cestah s snegom in ledom do 30-krat večja kot na cestah brez snega in ledu. Ugotovljeno je tudi, da je nad 20% težjih nezgod v zimskem obdobju možno pripisati zimskim pogojem na vozišču. Hitrost vožnje pa ne moremo toliko zmanjšati, da bi bila varnost pozimi enaka kot poleti. V primerjavi s sredstvi za odtajanje so materiali za hrapavljenje manj učinkoviti. Podatki dokazujejo, da je število nezgod na voziščih, ki so posipana s kemičnimi sredstvi, praviloma znatno manjše (celo do 85 %) kot na tistih, ki so posipana z materiali za hrapavljenje. 4.3. UPORABA KALCIJEVEGA KLORIDA Z EKOLOŠKEGA VIDIKA IN V PRIMERJAVI Z NATRIJEVIM KLORIDOM (8) 4.3.1. VPLIV NA ČLOVEKA Kalcijev klorid tako kot natrijev klorid sta nevtralni soli in nestrupeni. Obe se uporabljata v živilski in farmacevtski industriji. Mešanica obeh soli se zaradi higroskopičnosti CaCI2 manj praši, kar je pri ravnanju z njo ugodneje. 4.3.2. VPLIV NA PITNO VODO Kalcijev in natrijev klorid sta v vodi dobro topna in se s padavinami spirata v površinske vode ali pa skozi zemljo pronicata v podtalnico. Kalcijev klorid povečuje trdoto vode, obe soli pa vplivata na okus vode. Dopustna koncentracija klacijevega klorida, ki še ne vpliva na okus, je 500mg/l in je večja kot dopustna koncentracija NaCI, ki znaša 400 mg/l. V ekstremnih primerih stekanja s pobočij lahko pride do zaslajevanja lokalnih vodnih virov, vendar je pri uporabi mešanice natrijevega in kalcijevega klorida ta nevarnost manjša že zato, ker je skupna količina soli za ca. 60% manjša. 4.3.3. VPLIV CaCI2 NA RODNO ZEMLJO, ZEMLJINO IN tako da v prostoru korenin le občasno lahko nastopajo RASTLINE V PRIMERJAVI Z NaCI visoke koncentracije. - NaCI in MgCI2 (magnezijev klorid) po mehanizmih ionske izmenjave odvzameta zemlji kalij in kalcij. Zemlja postane zaradi tega manj sipka in humusni gel zadrži manj vlage in hranilnih snovi, vendar šele pri koncentraciji NaCI, ki je večja od 0,5 g/l. - Kalcijev klorid prej opisanega učinka nima in zaradi svoje higroskopičnosti zadržuje vlago. Kalcijeve spojine so sicer naravna sestavina zemlje. Kalcij je celo najstarejše znano gnojilo; s tem ko nadome­ sti del Na ionov s Ca ioni doseže prepustnost zemlje tako, da vse snovi, tudi kloridni ioni, potujejo navzdol in se ohranja naravna osmoza rastlin. Tako kalcijev kot natrijev klorid pa kot vodotopni soli spreminjata osmotski tlak raztopin. Odvisno od koncentra­ cije raztopljenih soli je to za biotop škodljivo in ima podoben vpliv, kot če bi vrt zalivali z morsko vodo. - Velik delež natrija v zemljini povzroča zamuljenje in zgoščevanje prostora okoli korenin. S tem nastajajo do­ datne obremenitve za rast rastlin. - Kalcij učinkuje kot flokulant. S flokulacijo oziroma tvorbo »agregatov«, kot to imenujejo pedologi, se izboljšuje delež zraka in vode v tleh; tako pa se izboljšujejo življenjski pogoji korenin. Klorid je v tleh enako gibljiv in se v zemljini hitro premešča, 4.3.3.1. Obremenitev s soljo zaradi razpršene vode v odvisnosti od razdalje do roba cestišča Prvi modelni poskus je bil osnovan na predpostavki mile in hude zime: - varianta A pomeni: milo zimo z 20 posipalnimi interven­ cijami z raztrosom 20g/m2 - varianta B pomeni: hudo zimo s 45 posipalnimi inter­ vencijami z raztrosom 30g/m2. Za obe varianti velja širina raztrosa na vozišču, širokem 5 m. Iz diagrama je razvidno, da je največji del uporabljenih množin soli zajetih v cestnih jarkih v področju, ki ni poraslo z rastlinami (ca. 2 m). Preostala množina soli 13% je porazdeljena zaradi razpršene vode s padajočimi množi­ nami na področju ca. 2 < 14 m poleg vozišča. Krivulja v gornjem diagramu kaže, da je bilo ca. 30% z razpršeno vodo prenesene soli odloženo v področjih od 2—4,5 m, zatem 4,5-8,5 m in 8,5-14 m. Drugi modelni poskus je nadaljevanje prvega in zajema 3 lončke z rastlinami, ki so bili izpostavljeni obremenitvam s soljo in sicer v območjih 2-4,5 m, 4,5-8,5 m in 8,5-14 m oddaljenosti od roba cestišča. Rezultati so bili merjeni v milih zimah (varianta A) in v ostri zimi (varianta B). Diagram 5 prikazuje od­ stotek obremenitve s soljo zaradi razpršene vode v odvisnosti od razdalje od roba vo­ zišča (3) Naslednja preglednica kaže skupne množine posipa v 1 - rahla, zdrobljiva struktura, voda lahko hitro ponikuje 10-kratni uporabi soli v odvisnosti od razdalje od roba 2 - zdrobljiva struktura je še ohranjena, voda še dobro vozišča. ponikne Preglednica 1. Podatki mo­ delnega poskusa št. 2 (3) A = nizke doze = mila zima z 20 posipalnimi intervencijami po 20 g/nr: 400 g/nr; širina cestišča 5 m = 2000 dolžinskih metrov B = visoke doze = ostra zima s 45 posipalnimi intervencijami po 30 g/m:; 1350 g/nr; širina cestišča 5 m = 6750 dolžinskih metrov Razdalja NaCI Mešana sol od roba cestišča (m) Lo nč ki skupna množina soli v 10 enakih dozah mg/lonček ustreza g/m2 množina posipa skupno v 10 enakih dozah mg/lonček skupno ustreza g/m2 NaCI CaCl2 A 8,5-14 3 664 16 531 133 664 16 5,4-8,5 3 1000 25 800 200 1000 25 2,0-4,5 3 1512 37 1210 300 1512 37 B 8,5-14 3 2296 57 1837 458 2296 57 4,5-8,5 3 3480 87 2784 696 3480 87 2,0-4,5 3 5280 132 4224 1056 5280 132 Rezultati poskusa kažejo, da po 10-kratni uporabi obeh soli, ki ustreza približno eni posipalni sezoni, obremenitev s solmi bolj ali manj vpliva na pH, sestav zemljine, kakovost poniknjene vode in rast rastlinja. Vpliv soli na pH vrednost zemljine snov za A varianta B varianta odtajanja majhni dodatki veliki dodatki NaCI pH = 7,9 pH = 8,3 vlažna sol pH = 7,8 pH = 8 Zaradi vlažne soli se pH le neznatno poveča, medtem ko pri NaCI naraste posebno pri velikih dodatkih že prek za rast rastlin ugodnega območja. Vpliv na sestav zemljine Natrij zaradi nabrekujočega učinka zemljino zgosti, ki tako postaja slabo prepustna, medtem ko kalcij v vlažni soli učinkuje na zemljino stabilizirajoče. Voda lahko hitro ponikne, natrij in klor se izpirata na življenjski pogoji korenin rastline se tako izboljšajo. A varianta B varianta Talilno (majhni dodatki) (veliki dodatki) sredstvo Stanje sestave tal Stanje sestave tal NaCI 2 3-4 vlažna sol 1 1-2 Legenda: 3 - vidno porušenje zdrobljive strukture, naraščajoča zgostitev, voda samo počasi ponikuje 4 - zdrobljiva struktura je v veliki meri uničena, gobasta površina, voda ponikuje zelo počasi 5 - v zemljini ni več zdrobljive strukture, zgostitev je močna, voda šele po nekaj dneh ponikne. Vpliv poniknjene vode NaCI VLAŽNA SOL Grafikon 1 kaže množino soli v poniknjeni vodi v primerjavi z neobdelano površino = 100% (3). Preiskave so pokazale, da se pri vseh uporabljenih količinah obeh vrst soli klorid relativno močneje izpira kot natrij in natrij močneje kot kalcij. Bistveno pa je, da so se soli pri zemljini, ki je bila obdelana z mešano soljo, močneje izpirale kot pri zemljini, obdelani z NaCI, kar pomeni, da se pri obdelavi z naravno soljo bistveno večji delež soli hitreje odstranjuje iz področja, nevarnega za rastlinstvo (to je iz področja korenin). Vpliv na rast rastlin Preiskave so pokazale, da se po zimski uporabi soli tudi pri rasti rastlin kažejo bistvene razlike pri rabi NaCI kot pri rabi vlažne soli. Ocena poškodb javorja po 1-letni uporabi talilnih snovi A varianta z B varianta Talilna snov majhnimi dodatki z velikimi dodatki NaCI 1-2 3 Vlažna sol 1 2 Legenda: 1 - zdrave rastline brez vsakršne poškodbe 2 - zdrava rastlina s posamičnimi poškodbami na listih 3 - rastline z dobro zaznanimi poškodbami listov 4 - vsi listi kažejo močnejše poškodbe 5 - rastline v izumiranju ali pa so že izumrle Vpliv na korozijo Korozija je elektrokemična reakcija. Za njen postopek morajo biti izpolnjeni trije pogoji, reaktivna kovinska po­ vršina, kisik in voda ali atmosferska vlaga. Kloridi povečajo hitrost korozije tako, da soli proti zmrzali pospešujejo korozijo. Gre za korozijo avtomobilov in mostov. Soljenje pa povzroča poleg propadanja mostov tudi propad cest. Sol v vodi se raztopi in prodira v pore cestišča. Zaradi izpiranja vode in izkristalizacije soli nasta­ nejo velike mehanske napetosti in ob razpokah, kjer se je nabrala sol, velike reže. Kloridni ioni prodirajo v drobne pore betona in tako napadajo železo v mostovih in nadvozih, ki katastrofalno propadajo, svoje pa prispeva tudi utrujenost materiala. Ugotovimo lahko, da soljenje z natrijevim kloridom vpliva na odmiranje dreves ob cestah, ogroža podtalnico, poško­ duje ceste in mostove, korodira avtomobilske dele. Zato je prehod z NaCI na nesporno mnogo bolj prijaznejše sredstvo za zimsko službo CaCI2 več kot zaželen. Povzetek prednosti CaCI2 v primerjavi z NaCI Glede na večletno uporabo vlažne soli v primerjavi z NaCI lahko ugotovimo: 1. Celokupna poraba soli se zmanjša za 30 %, ker v štirih letih potrošimo manj vlažne soli kot pri NaCI v treh letih. 2. Pri uporabi kalcijevega klorida se nadomesti del Na ionov z rastlinsko hranljivim kalcijevim kloridom. 3. Vlažna sol ustrezno vpliva na strukturo tal; z modelnimi poskusi se je nedvomno dokazalo, da se večje množine Cl in Na izpirajo iz področja korenine; to je obremenitev rastline s soljo manjša. 4. Pri uporabi vlažne soli v primerjavi s čistim NaCI se zrnata struktura tal zaščiti, to je pozitivno vpliva na oskrbo tal z vlago in z zrakom; tako postanejo življenjski pogoji rastlin bolj ugodni. 5. Upravičeno se predvideva, da je pri dolgotrajni uporabi vlažne soli možno zadržati obremenitev s soljo pri mnogih rastlinah pod mejo toksičnosti. 4.4. UPORABA KALCIJEVEGA KLORIDA Z VIDIKA VZDRŽEVANJA CEST V vzdrževanje cest, ki ga pojmujemo kot redno vzdrževa­ nje, je v svojem bistvu preventivno in kurativno izvajanje ukrepov, ki zagotavljajo, da je prometna površina v takšnem stanju, da po njej normalno poteka promet. Obdelavo gramoznega ustroja cestišč s kalcijevim klori­ dom štejemo k preventivnim ukrepom vzdrževanja zgor­ njega ustroja cest. Poleg tega poznamo še posebno vrsto tako imenovanega zimskega vzdrževanja, ki mora zago­ toviti normalno potekanje prometa v razmerah obilnih padavin pri nizkih temperaturah, ko se na površini ceste nakopiči sneg in ko se površina prevleče z ledom. 5.0. TEHNOLOGIJA PROIZVODNJE CaCI2 5.1. MOŽNE TEHNOLOGIJE IZDELAVE CaCI2 Tehnično so možni trije postopki izdelave CaCI2. V ZDA je najbolj razširjen postopek predelave naravne soline. V Evropi, kjer naravnih soli ni, prevladuje postopek pri katerem je glavna surovina za proizvodnjo CaCI2 odpadna lužina iz postopka za proizvodnjo sode po Solvayu. Te lužine vsebujejo poleg CaCI2 še nepresnovljeni NaCI, apno in različne nečistoče v apnu. Zaradi tega je potrebno te lužine kemijsko očistiti. Tako pripravljeno lužino koncen­ trirajo v večstpenjskih uparjalnikih od začetka okoli 10% deleža CaCI2 na 50-55% CaCI2. Pri naraščanju koncentracije med uparjenjem, nekako od 20% CaCI2 naprej se prične izločati iz raztopine NaCI, ki ga odstranimo s filtriranjem ali centrifugiranjem. Pri tem postopku ostaja v raztopini CaCI2 še 1-2% NaCI glede na delež CaCI2. Koncentracije prek 55 % CaCI2 dosežemo z uparevanjem pod normalnimi ali pod povišanim tlakom. Pri normalnem tlaku uparevanja dosežemo koncentracijo okoli 75% CaCI2, pri nadtlaku pa vse do 85% CaCI2. Običajno uparevamo le do okoli 70-73% CaCI2. Raztaljeni CaCI2 se vliva neposredno v sode ali cisterne, ki morajo biti opremljene z ogrevalnimi napravami, lahko pa se predelujejo v kosovno obliko na granulirnih napra­ vah ali v obliki lusk na hladilnih valjih. Kosovni CaCI2 lahko v sušilnikih posušijo do brezvodnega CaCI2. Tretji možni postopek za proizvodnjo CaCI2 je v reakciji med klorovodikovo kislino in apnencem, pri čemer dobimo C02 in vodno raztopino CaCI2. Iz 20% vodne raztopine CaCI2 se lahko na razpršilnem sušilniku dobi trdni CaCI2 kot brezvodni CaCI2 ali pa v obliki hidrata v obliki finega prahu. Takšen postopek je upeljan v Cestnem podjetju Celje in družbi Kemira na Finskem. 6.0. GRADNJA CENENIH CEST V GORATIH ALI RAZVIJAJOČIH SE PREDELIH (16) 6.1.0. CaCI2 V GRAMOZNI MEŠANICI ZA GRADNJO CENENIH CEST V tujini v goratih predelih in razvijajočih se predelih dajejo prednost gradnji cenenih cest s pomočjo gramozne meša­ nice, ki vsebuje kalcijev klorid. Kalcijev klorid v mešanici prispeva pomembne prednosti: - zagotavlja homogeno osnovno površino - zagotavlja zadovoljivo dopustno nosilnost za tanko ali debelo asfaltno površino, eno- ali dvoplastno bitumensko prevleko. Kalcijev klorid se dodaja gramozni mešanici do ca 1, 5% teže suhe snovi v obratu ali na mestu samem. Temelji cestišč iz gramoza mešanega s kalcijevim kloridom se uspešno uporabljajo v prenekaterih evropskih državah Avstriji, Belgiji, Ševici, Italiji... Pri gradnji cest (neasfaltirane ali temelji za kasnejše asfaltiranje) se pokažejo utrjevalne lasnosti kalcijevega klorida, če ga dodamo peščeno gramozni mešanici. Omenili smo že, da kalcijev klorid izboljša vezne lastnosti in dopustne obremenitve ter naredi cestišče odpornejše proti kasnejši izsušitvi, koroziji ali vplivu prahu; čez dva ali tri mesece kompresijski modul doseže več kot 350 NM/m2. Če se pri gradnji cest uporablja gramozna mešanica s kalcijevim kloridom, pripravljena v obratu, se material vgrajuje z grederjem in utrdi z ustreznim valjarjem. Kolikor se namerava asfalt polagati v desetih dneh, se po pripravi temeljev kamena struktura ščetka ter nato položi bitumenska prevleka. V pričakovanju deževja pa se površina peska. Dodajanje kalcijevega klorida gradbenemu materialu po­ ceni stroške vzdrževanja zaradi ugodne vezljivosti in nepreprašnosti. V tujini pa takšne neasfaltirane ceste uspešno vzdržujejo s posipanjem oziroma škropljenjem cest z raztopino kalcijevega klorida. Če je kalcijev klorid še dodan gradbeni mešanici, potem se število potrebnih škropljenj zmanjša na polovico. Graditelji in vzdrževalci cest bi se pri prekrivanju cest z majhnimi količinami CaCI2 rešili visokemu številu škrop­ ljenj z vodo po temeljih pri pripravi tal ali po neasfaltiranih cestah, poteh ali športnih igriščih. Kalcijev klorid ostaja kot najcenejši dodatek tekočih gra­ moznih mešanic za temelje asfaltiranih in neasfaltiranih cest. 6.1.1. Gramoziranje cest s kontinuirno granulometrijo in z dodatkom CaCI2 Uporaba mešanic kamenja s široko in zvezno granulome­ trijo in z dodatkom CaCI2, ki se pripravljajo na centralnem mestu za temeljne sloje, ima pomembne prednosti: - konstantno doziranje oskrbnih materialov - optimalen delež vode, dozirane v trenutku mešanja, ostane v enaki količini zaradi prisotnosti CaCI2 - ustrezno razprostiranje, kompaktiranje, profiliranje za­ radi optimalnega deleža vlage - povečanje kohezije izdelanih slojev in odpornost proti zarezavanju - ni možnosti posedanj, če je nosilnost tal temeljev zadostna. 6.2. TEHNIKA UPORABE 6.2.1. Zvezno gramoziranje s CaCI2 Gre za mešanico granulacij 0/40, 0/32, 0/20 z dodatkom Cačl2 in vode (uporabljali pa so že mešanice 0/7, da bi zapolnili praznine nekega temelja iz obrnjenih tlakovalnih kamnov. Njihova granulometrija se odčita iz krivulj po Talbotu. y = 100 (^)* D = premer največjih zrn gramoza d = odprtina zank sita, skozi katera prihaja y [%] X = eksponent, ki ga je treba določiti, in naj bo nad 0,35 in 0,55 zaradi uskladitve maksimalne gostote. Največja gostota se doseže s »filerjem« (elementi, manjši od 74 mikrometrov) 10%. Temelji bi se le slabo deformirali že pri deležu »filerja« 7%. Količina dodanega CaCI2 mora biti med 0,5-1 % po teži suhega granulata, če ga doda­ jamo v obliki lusk (77-80%) oziroma med 0,4 do 0,8% CaCI2, če ga dodajamo kot raztopino. Material (gramoz, pesek ali prah, CaCI2 in vodo) se pripravlja v klasični betonarni diskontinuirne vrste. Tehnika za izvajanje del je značilno ročno razgrinjanje materiala za majhna gradbišča in uporaba mehanskih naprav, kot so greder ali finiserji (za beton ali za asfalt) za večja gradbišča. Predvidene debeline za spodnje sloje so 10-15 cm in 8-15cm za zgornje sloje; pri tem mora biti spodnji sloj dobro kompaktiran. Najboljši učinki se dosežejo z valjarji s pnevmatikami ali stroji - vibratorji, kjer naj bi se dosegla zahtevana gostota v suhem stanju 2,2 t/m3. 6.2.2. Diskontinuirano gramoziranje s CaCI2 Mešanice lahko pripravimo v centralni napravi (tako npr. mešanico s diskontinuirno granulacijo 0/32 za 8 cm debeli zgornji sloj) in pa mešanice »in situ« (na mestu). Pri mešanicah »in situ« lahko dosežemo tudi dobre lasnosti, če razprostiranje cestišč navlažimo s CaCI2. 6.2.3. Podtemeljenje Izdelava podtemeljev iz peska in žlindre povzroča težave pri kompaktiranju, ker zahteva velike količine vode. Temu se graditelji izognejo tako, da zaključijo zgornji del podte­ meljev s 6-8 cm debelim slojem in granulacijo 0/20 ali 0/32, kar pomeni boljšo stabilizacijo na površini. Pri tem pa uporabljajo bodisi na površini ali v mešanici CaCI2. 6.2.4. Nasipavanje zemlje Pri nasipavanju zemlje igra pomembno vlogo kot protipra- šno sredstvo CaCI2. 7.0. S K LE P Že več kot četrt stoletja kalcijev klorid dokazuje svojo učinkovitost tako v zimski službi kot v izgradnji cest graditeljem le koristi. Ugotovljena je njegova vsestranska uporabnost ne le za protiprašno obdelavo cestišč in izdelavo podtemeljev, temveč kot izjemno učinkovito sredstvo za odtaljenje ledu na cestiščih in sploh za preprečitev zaledenelih površin, kar ima še poseben pomen v zimsko-vzdrževalni cestni službi. Za ta namen se uporablja CaCI2 kot prah ali luskice ali pa v obliki 20 do 30% vodnih raztopin. Trdni CaCI2 omogoča namreč na zasneženih in poledenelih cestah takojšno povezanost in s tem varen in nemoten zimski cestni promet. Te hitre učinke lahko razložimo: - zaradi svoje higroskopičnosti brezvodni CaCI2 absor­ bira vlago iz zraka tudi pri hladnem in suhem vremenu - raztapljanje CaCI2 je eksotermna reakcija, kjer del toplote oddaja ledu in snega, medtem ko je pri postopku taljenja z NaCI potrebno toploto odvzemati iz toplote okolja. Ekonomičnost porabe CaCI2 omogočajo že majhne po­ rabe CaCI2, ki dajejo presenetljive učinke tudi pri zelo nizkih temperaturah do -30° C (npr. 5,7 ali 11,4g/m2 cestišča pri preventivnem posipu in podvojene količine za takojšnji učinek proti snegu in ledu). Glavni učinek uporabe CaCI2 proti zmrzali na cestišču pa je v njegovi kombinaciji s kuhinjsko soljo. Saj uporaba le kuhinjske soli odpove že pri temperaturi -10° C, ker je zaradi majhne relativne vlažnosti proces raztapljanja te soli zelo upočasnjen. Z dodatkom CaCI2 pa je učinek taljenja ledu na cestišču naglo pospeši tudi pri tem. -30° C in s tem omogoči prometno varno vozišče. V praksi se zato največ uporablja vlažna sol; to je zmes NaCI, ovlažene z 20% raztopino kalcijevega klorida. Tudi v Sloveniji ta tehnologija postopoma, a gotovo nadomešča z vseh vidikov močno neustrezno tehnologijo posipanja vozišč v zimskem času z NaCI. L I T E R A T U R A - • ^ 1. Prof. d r. J. Ž m a v c : P riro č n ik za s ta b iliz ira n je m a te ria lo v , Z R M K L ju b lja n a 2. Prof. d r. J. Ž m a v c : G ospodarsk i in p ro m e tn i v id ik i upo rabe n o v ih te h n o lo g ij vzd rže va n ja in g radn je cest s C aC I2 3. D r. Johannes, K em ična tova rna KALK, a p ril 1978 , K a lc ije v k lo r id k o t sredstvo za ta lje n je , s posebn im o z irom na po tresan je m okre soli (P redavanje na 59. seji d e lo va n ja o d b o ra d ru žb e za raz iskave pri cestogradn ji O IA V ) 1978 4. Izkušn je z v la ž n o s o ljo p ri p rep rečevan ju p o le d ic e na avtocestah v P oren ju — Pfalz, d ip l. ing . S. H ahn , Berlin 5. Praksa pos ipavan ja z o v la ž e n o so ljo (Strasse und V e rke h r 11 /87), S ie fgried H ahn , B e rlin 6. V o rb e d in g u n g e n fü r e inen w irts c h a ft lic h e n und w irk u n g s v o lle n P räven tive insa te m it S trohsa lzen , d r. R. Z u la u f, C h u r, Strasse und V e rkeh r 4 /67 7. O p o m n ik R az iskova lne d ru žb e za ceste v K ö lnu 2 /8 7 , 1 7 /87 8. Ekološki v id ik i p ro iz v o d n je in uporabe C aC I2 p ri v z d rže va n ju in g ra d n ji cest, p ro f. d r. Bogdan V o lavšek , U n ive rza v M a r ib o ru , T ehn iška faku lte ta 9. J. Ž m a v c : P riro č n ik s ta b iliz ira n ja m a te ria lo v Z R M K 1970 L ju b lja n a 10. C aC I2 — C h lo ru re de c a lc iu m et v ia b il ite h ive m a b le , So lvay 11. D eu tscher S traß en-D iens t G m b H , D S D -M e rk b la tt 1 /87 , 2 /8 7 , 3 /8 7 , 5 /87 12. C a lc iu m C h lo r id e H a n d b o o k , The D o w C h e m ica l C o m p a n y 1974 13. C a lc iu m C h lo r id e N e ve -N e ige . Schnee 1967 14. A . C a rlie r (So lvay C ie S .A .) E conom ic ju s tif ic a tio n o f w in te r trea tm ens and road safety, g ra d ivo za m ednarodn i kongres, T o r in o , 1968 15. D ip l. ing. D r. T ech , O tto D e d ič , Ein B e itrag zu r S a lzstrenung 1977 , W ie n 16. G ra m o z ira n je cest z zve zn o v e lik o s tjo kam en ja , obde lanega s C aC I2 (francosk i p revod ) VPLIV PODAJNOSTI LINIJSKIH PODPOR NA NOTRANJE STATIČNE VELIČINE V PLOŠČAH IN V NOSILCIH UDK 624.04:624.072/.073 VLADO OŠTIR, JANEZ REFLAK V p rispevku je p rikazan v p liv po d a jn o s ti l in ijs k ih p o d p o r na n o tran je s ta tične v e lič in e v p loščah in n o s ilc ih . S p o m o č jo lin e a rn o e las tične a n a lize z m e to d o ko n čn ih e le m e n to v sm o a n a liz ira li p rim e re z ra z lič n o to g im i lin ijs k im i n o s ilc i v sred in i p lošče in na n jenem robu te r u g o to v ili, da togost p o d a jn ih lin ijs k ih n o s ilce v b is tveno v p liv a na po tek n o tra n jih s ta tičn ih v e lič in v p loščah in v n o s ilc ih . THE INFLUENCE O F FLEXIBILITY O F LINEAL SUPPORTS O N INTERNAL FORCES IN PLATES A N D GIRDERS T he paper presents the in flu e n ce o f f le x ib il ity o f linea l supports on in te rna l forces in p lates and g irders. T he lin e a r e lastic ana lysis o f re in fo rce d co n c re te p lates w ith the h e lp the f in ite e le m e n t m e thod has been used. C ons ide ring the stiffness o f m ore f le x ib le linea l supports, m o re e c o n o m ic a lly cross section design o f p lates and g irders near the supports has been reached. 1.0. UVOD Pri analizi plošč v visokogradnjah običajno ne upoštevamo vertikalne podajnosti nosilcev, ki podpirajo ploščo. Posle­ dica tega je neekonomično dimenzioniranje nosilcev in plošč v področju podajnih linijskih nosilcev. Napaka, ki jo naredimo, je tem večja, čim bolj je linijski nosilec podajen. Da bi ugotovili velikostni red napake, smo s pomočjo linearno elastične analize, z metodo končnih elementov, analizirali primere, kjer smo upoštevali vpliv podajnosti linijskega nosilca. Analizo smo izvedli po metodi končnih elementov s pomočjo programa »PLOŠČA« [3], Za mode­ liranje plošče smo uporabili 9-vozliščne Mindlinove ploš- čne končne elemente (MIN9), za modeliranje nosilca pa 3-vozliščne linijske končne elemente (TIM3). Ker ima pri nosilcih na robu plošče pomembno vlogo torzijska togost linijskega nosilca, smo analizirali primere z linijskim nosil­ cem v sredini plošče in na njenem robu. Problematiko upoštevanja širine vertikalno nepodajnih točkovnih in linijskih podpor smo podrobneje opisali v [2], zato se bomo v prispevku omejili le na vpliv podajnosti linijskih podpor. 2.0. VMESNA LINIJSKA PODPORA Kot značilen primer vmesne linijske podpore smo analizi­ rali kontinuirno ploščo, sestavljeno iz dveh kvadratnih polj velikosti 4 x 4 m in debeline 12cm (slika 1). Enakomerna zvezna obtežba po celotni površini plošče je znašala 8 kN/m2. Za elastični modul materiala plošče in nosilca smo upoštevali 32 • 106 kN/m2. Višina in togost nosilca sta bistvenega pomena, zato smo analizirali primere z različnimi togimi vmesnimi nosilci (slika 2). Avtorja: Vlado Oštir, mag., dipl. inž. gradb., mladi raziskovalec Janez Reflak, dr., dipl. inž. gradb., docent, Fakulteta za arhitekturo, gradbeništvo in geodezijo, Inštitut za konstrukcije, potresno inženirstvo in računalništvo, Jamova 2, Ljubljana Slika 1. Kontinuirna plošča z vmesnim linijskim nosil­ cem b[mj h [m] b • h [m2] l-upog [m4] l-torzij. [m4] 0.36 0.14 5.04E-02 8.23E-05 9.16E-04 0.36 0.44 1.58E-01 2.56E-03 3.49E-03 0.010.36 0.88 3.17E-01 0.02 0.36 1.88 0.68 0.2 0.03 0.36 4.88 1.76 3.49 0.08 Slika 2. Geometrijske karakteristike linijskih elementov Ugotovimo lahko, da se pri majhnih razmerjih debeline plošče proti višini nosilca, tj. pri veliki togosti linijskih nosilcev, rezultati za upogibne momente v plošči dobro ujemajo s tistimi za vertikalno nepodajno podporo; obratno pa opazimo pri gibkih nosilcih bistveno drugačen potek upogibnega momenta Mx v plošči v bližini nosilca (slika 4). Podobno velja za potek vertikalnih pomikov (slika 3). Velike razlike nastopijo tudi pri upogibnih momentih My v plošči v bližini vmesnega nosilca (slika 5). Vpliv podajnosti Slika 3. Potek vertikalnih pomikov v prerezu 1-1 x[m] io 't n T- , n i u cvl c\| cr> cö r f ^ in in "fr Ö $ § cd cd d/v =0.46 -----d/v =0.21 Ü — d/v =0.12 --------Brez nosilca d /v=0.46 - d /v=0.21 d /v=0 .12 d /v=0 .06 - d /v=0 .02 - - □ - V e rt nepodajna podpora Slika 4. Potek upogibnih momentov Mx v plošči v prerezu 1-1 Slika 6. Potek upogibnih momentov My v plošči v prerezu 2-2 (togosti) linijskega nosilca na upogibne momente My v plošči pa se zmanjšuje z oddaljenostjo od nosilca (slika 6). Glede na različne togosti linijskih elementov nastopijo podobne razmere tudi v nosilcu. Upogibni momenti (slika 7) in prečne sile (slika 8) naraščajo z večanjem togosti nosilca. Slika 7. Potek upogibnih momentov v vmesnem nosilcu y [m ] d/v=0.46 d/v=0.21 d/v=0.12 d/v=0.06 d/V=0.02 Slika 8. Potek prečnih sil v vmesnem nosilcu 3.0. LINIJSKA PODPORA NA ROBU PLOŠČE Analizo vplivov podajnosti linijskih nosilcev na robu smo izvedli na kontinuirni plošči prek dveh polj tlorisne velikosti 4 x 4 m , debeline 12cm, obremenjene z enakomerno zvezno obtežbo q = 8kN/m2 (slika 9). Material plošče in nosilca je bil enak kot v razdelku 2.0. Slika 9. Kontinuirana plošča z linijskim nosilcem na robu Analizirali smo primere z različno togimi robnimi linijskimi nosilci (slika 10). b[m] h [m] b • h [m2] I - upog [m4] I - torzij, [m4] 0.36 0.14 5.04E-02 4.91 E-04 9.16E-04 0.36 0.44 1.58E-01 1.50E-02 3.49E-03 0.36 0.88 3.20E-01 0.0996 0.01 0.36 1.88 0.68 0.8761 0.03 0.36 4.88 1.76 14.47 0.08 Slika 10. Geometrijske karakteristike robnih linijskih ele­ mentov Zaradi ekscentrične priključitve rebra smo upogibni vztraj­ nostni moment določili z izrazom I = I’ + e2A, kjer je I’ težiščni vztrajnostni moment rebra, e pa razdalja od težišča linijskega elementa do sredine plošče. Pri podajni linijski podpori na robu je pomemben dejavnik, ki vpliva na velikost notranjih statičnih veličin, torzijska togost linijskega nosilca. Z upoštevanjem dejanske torzij- ske togosti robnega nosilca se pojavi na podpori elastična vpetost (slika 11), katere upoštevanje je s stališča ekono­ mičnosti sicer upravičeno, dovoljeno pa le takrat [4], če jo zagotovimo z ustreznimi konstrukcijskimi ukrepi. x[m] Slika 11. Potek upogibnih momentov Mx v plošči v prerezu 1-1 na intervalu med 0 in a (dejanska torzijska togost robnega nosilca) Podoben potek (vendar z manj zaznavnimi vplivi togosti nosilca) opazimo pri notranjih statičnih veličinah v nosilcu (sliki 12 in 13). Iz diagrama upogibnih momentov (slika 12) in prečnih sil v nosilcu (slika 13) lahko vidimo, da bistveno odstopajo upogibni momenti in prečne sile samo v nosilcu z razmerjem d/v = 0.46, tj. v nosilcu z zelo malo višino glede na debelino plošče. Slika 12. Potek upogibnih momentov v robnem nosilcu (dejan­ ska torzijska togost robnega nosilca) Da bi dobili nekoliko jasnejšo sliko vpliva torzijske togosti, smo zmanjšali torzijsko togost nosilca na fiktivno vrednost 0.00001 m4. V tem primeru se diagrami upogibnih momen­ tov v plošči za vertikalno nepodajno in vrtljivo podporo in diagrami upogibnih momentov v plošči za različno toge linijske elemente (z izjemo najbolj podajnega nosilca) zelo dobro ujemajo (slika 14). d/v=0.46 ----- • -----d /v=021 ----- * -----d /v=0.12 - - - - d/v OX)6 ------------- d/v-=0X)2 Slika 13. Potek prečnih sil v robnem nosilcu (dejanska torzij­ ska togost robnega nosilca) Slika 14. Upogibni momenti Mx v plošči v prerezu 1-1 na intervalu med 0 in a y[m ] d /v=0.46 d/v=0.21 d/v=0.12 d /v=0.06 d/v=0.02 Slika 15. Potek upogibnih momentov v robnem nosilcu (zmanj­ šana torzijska togost robnega nosilca) x[mj d/v=0.46 ----- • ---- d/v=0.21 d/v=0.12 ...............d/v=0.06 ------------ d/v=0.02 Slika 16. Prečne sile v robnem nosilcu (zmanjšana torzijska togost robnega nosilca) 4.0. S K L E P I Razlike so bolj izrazite le pri diagramih upogibnih momen­ tov (slika 15) in diagramih prečnih sil (slika 16) v nosilcu, kjer ugotovimo ca. 30% manjše upogibne momente in ca. 60 % manjše prečne sile kot pri upoštevanju dejanske torzijske togosti robnega nosilca. Z analizo vplivov togosti linijske podpore na notranje statične veličine v plošči in nosilcu smo ugotovili nasled­ nje: 1. Upoštevanje togosti nosilca lahko bistveno spremeni potek notranjih statičnih veličin v plošči in v nosilcu. 2. Vpliv togosti nosilca na notranje statične veličine na­ rašča z večanjem podajnosti nosilca in se zmanjšuje z oddaljenostjo od nosilca. 3. Način obravnavanja vpliva togosti linijskega nosilca je odvisen od njegove lege in se razlikuje za linijski nosilec v sredini plošče in za nosilec na njenem robu. 4. Pri nosilcih na robu plošče je zelo pomembna tudi torzijska togost. 5. Če upoštevamo pri nosilcih na robu dejansko torzijsko togost, potem jo moramo s konstrukcijskimi ukrepi tudi zagotoviti, sicer pride do napačnega prevzemanja upogib- nih momentov v plošči in do neekonomičnega dimenzio­ niranja nosilca. 6. Pri projektiranju nosilcev z majhno višino priporočamo v vsakem primeru upoštevanje togosti. 1. V. O š tir , P ro to tip ce lo v ite ga p ro je k tira n ja a rm ira n o b e to n sk ih p lošč v stavbah, M ag is trska na loga, U n iv e rz a v L ju b lja n i, FA G G , L ju b lja n a 1994. 2. V . O š tir , J. Reflak, V p liv š irine p o d po re na no tra n je sta tične v e lič in e v p loščah, Z b o rn ik 7. sem ina rja R a ču n a ln ik v g radbenem inže n irs tvu , str. 2 0 5 -2 1 2 , L ju b lja n a 1994. 3. I. K ovač ič , P lošča 2.1 — v e rz ija IBM -PC , P rogram za računan je p lošč, U p o ra b n išk i p r iro č n ik , U n ive rza v L ju b lja n i, FAG G , IKPIR, L ju b lja n a , avgust 1988 . 4 . P ra v iln ik o te h n ič n ih n o rm a tiv ih za be ton in a rm ira n i be ton (U r. lis t SFRJ 11/87). ZAHVALA Prispevek je omogočilo Ministrstvo za zna­ nost in tehnologijo Republike Slovenije, ki financira delo v okviru akcije »2000 mladih raziskovalcev«. bournci 95 2 4 . m e d n a ro d n i s tro k o v n i sejem # Svetovni sejem grad­ benih strojev in strojev za gradbene materiale Ponudba 1. naprave za drenažo talne vode črpalke za gradbeništvo 2. stroji in naprave za obdelavo armiranega betona 3. opaži in odri 4. dvigala in transportna sredstva 5. stroji in oprema za pripravo, t ransport in dovajanje betona in malte, prednapenjanje betona 6. bagri, nakladalniki, naprave za odkop in planiranje 7. stroji in oprema za gradnjo rovov in predorov 8. naprave za vrtanje, zabijanje in vlečenje, sistemi za gradnjo in vzdrževanje kanalov 9. kompresorji, pnevmatsko in hidravlično orodje 10. stroji za utrjevanje tal pri zemeljskih delih in gradnji cest 11. stroji in oprema za betonsko in bitumensko gradnjo, za gradnjo vodnih poti in tirov, za vzdrževanje in popravilo cest 12. gradbena vozila 13. gradbene naprave in orodja, oprema gradbišč 14. stroji in naprave za industrijo cementa, apna, gipsa, peska, gline, prodca in gramoza 15. stroji in naprave za reciklažo gradbenih strojev 16. stroji in naprave za proizvodnjo s cementom, apnom in mavcem vezanih gradbenih elementov in gradbenih materialov 17. stroji, oprema in naprave za kopanje naravnega kamna in za obdelavo naravnega kamna in betona 18. kontrolna, merilna, krmilna in regulacijska tehnika 19. pogonska tehnika, fluidna tehnika, agregati za gradbene stroje, stroje za gradbene materiale in gradbena vozila 20. oprema, pribor in obrabni deli za gradbene stroje, stroje za gradbene materiale in gradbena vozila 21. strokovne zveze, organizacija, strokovne založbe Organizator Messe München GmbH Messegelände 08 0325 München Telefon: 0049 (89) 5107 209 Telefaks: 0049 (89) 5107 172 Bix 35075# NOVOSTI PRI SNOVANJU IN UDK 624.2/.8:691 MARJAN PIPENBAHER P O V Z E T E K — ■ ■ . ..-1 Izg radn ja n o v ih in š te v iln ih p re m o s titve n ih o b je k to v bo v nas ledn jih le tih v S lo ve n iji p o m e m b na na loga ta ko p ro je k ta n to v ko t iz va ja lsk ih g radben ih p o d je t ij. O bseg g radben ih de l na avtocestnem sistem u postav lja za h te vo po h itr i, e k o n o m ič n i in predvsem te h n o lo ško sodobn i g ra d n ji. U po raba p rednape tega betona n ud i sodobnem u p ro je k ta n tu v e lik e m o žn o s ti, hkra ti pa p reds tav lja v e lik iz z iv . Povečana p rom e tna ob te žb a , vedno agresivne jše o k o lje , dod a tn e za h teve in ve s tito rje v te r v e lik a konku renca , za h te va jo vedno in ve n tivn e jš i p ris top p ri snovan ju p rednape tih be to n sk ih ko n s tru kc ij. U p o raba kakovostne jš ih m a te ria lo v , n o v ih te h n o lo g ij te r iz v a ja n je m o d e ln ih p re iskav pred g ra d n jo v e lik ih m ostov za g o ta v lja p rednape tem u be tonu ko t ko n s tru kc ijske m u m a te ria lu tu d i v nas ledn jem s to le tju d o m in a n tn o v lo g o p ri izg ra d n ji p re m o s titve n ih o b je k to v . NEW APPR O AC H IN DESIGN A N D C O N STR U CTIO N O F BRIDGES S U M M A R v - ■ M B u ild in g new bridges to im p ro ve in fras truc tu re system s in S loven ia w i l l be an im p o rta n t task fo r designers and co n s tru c tin g com pan ies . W e have to b u ild som e im p o rta n t h ig h w a ys in a ve ry sho rt t im e pe rio d , so the re is a h igh dem and fo r new and e c o n o m ic c o n s tru c tio n m ethods. Prestressed co n c re te faces m any cha llenges. Increasing live lode , e n v iro n m e n ta l c o n d itio n s and va rious dem ands o f s e rv ic e a b ility set the requ irem en ts fo r new prestressed co n c re te structu res. N e w and im p ro ve d m ate ria l are a va ila b le . Research and large scale a p p lica tio n s tests o f new co n s tru c tio n s m ethods lead to w ays fo r real progres and a p p lic a tio n o f prestressed concre te in nex t cen tu ry . UVOD Velika konkurenca, zahteve investitorjev po čim krajših rokih izgradnje ter vedno ostrejši kriteriji glede trajnosti in enostavnosti vzdrževanja premostitvenih objektov silijo projektante in izvajalska gradbena podjetja, da pri gradnji uporabljajo vedno racionalnejše in inventivnejše tehnolo­ ške postopke, ki poenostavijo in pocenijo izvedbo kon­ strukcij ter hkrati zagotavljajo večjo trajnost objektov. Prednapeti beton še vedno predstavlja zaradi svojih znanih prednosti pred klasično armiranim betonom ter ostalimi konstrukcijskimi materiali (jeklo, aluminij) mate­ rial, ki se največ uporablja pri gradnji sodobnih premosti­ tvenih objektov tako v tujini kot v Sloveniji. V poslednjih 5 letih pa se je zaradi bistveno izboljšane protikorozijske zaščite jeklenih in sovprežnih konstrukcij, dominantne uporabe jekla pri visečih mostovih ter nasploh pri mostovih z ekstremnimi razponi, padca cen jekla, ki jo je povzročila kriza v svetovni jeklarski industriji, pričela zmanjševati konkurenčnost uporabe prednapetega be­ tona pri izgradnji premostitvenih objektov. Nujna posledica konkurenčnega boja je bil pospešen razvoj in iskanje novih tehnologij gradnje premostitvenih objektov kakor tudi uporaba vedno kakovostnejših mate­ rialov ter konstrukcijskih sklopov. V tehnološko razvitih državah poteka danes razvoj pri uporabi prednapetega betona v mostogradnji v 4 glavnih smereh, in sicer: Avtor: Marjan Pipenbaher, dipl. inž. gr., Inženirski biro PONTING d.o.o., Maribor - uporaba tehnologije prednapenjanja zunaj beton­ skega preseka v vzdolžni smeri mosta - prednapenjanje brez sovpreganja v prečni smeri mosta s predfabriciranimi kabli, ki so zainjektirani s cementno injekcijsko malto oziroma s protikorozijsko zaščitno mastjo - uporaba visoko kakokvostnih betonov MB 65 - MB 125 - uporaba stojin škatlastih nosilcev iz valovitega jekla 1.0. PREDNAPENJANJA BREZ SOVPREGANJA IN ZUNAJ BETONSKEGA PRESEKA Kratek zgodovinski pregled Ideja o zunanjem prednapenjanju je stara, saj jo je že leta 1927 patentiral nemški inženir Färber, vendar v praksi ni bila dejansko uporabljena. Današnji sistem zunanjega prednapenjanja pa je patentiral leta 1943 Dischinger. Podal je inovativno idejo o zunanjem prednapenjanju betonskih nosilcev, ki mu je omogočila zaradi še nepopol­ nega poznavanja reoloških lastnosti betonov ponovno ponapenjanje kablov, kadar je šlo za velike deformacije nosilcev zaradi lezenja betona. V obdobju med leti 1950 in 1975 je bil sistem zunanjega prednapenjanja zaradi problemov pri zagotavljanju proti- korozijske zaščite kablov skoraj popolnoma opuščen, tako da je v tem obdobju doživel bliskovit razvoj sistem prednapenjanja s kabli, ki so togo sovprežno povezani z betonskim presekom. Predporod zunanjega prednapenjanja, ki so ga spremljale obsežne raziskave, se je pričel v začetku osemdesetih let v ZDA in Angliji ter še posebej v Franciji in Švici. Danes se omenjeni sistem vedno bolj uporablja pri izvedbi novih mostov in viaduktov, v visokogradnji, posebej pa je uporaben pri sanacijah in ojačitvah obstoječih betonskih konstrukcij, saj je uspešno rešen problem antikorozijske zaščite kablov. Zakaj zunanje prednapenjanje mostov Na podlagi dolgoletnih svetovnih izkušenj pri projektiranju in izvedbi mostov je razvidno, da se kljub nekaterim prednostim konstrukcij, ki so prednapete s kabli, ki pote­ kajo v betonskem preseku (boljši izkoristek kablov, večja varnost v porušnem stanju ter pred nastankom razpok), pojavlja pri klasično prednapetih konstrukcijah bistven problem - zagotavljanje trajnosti ter možnost sanacije ali po potrebi ojačitve, saj vemo, da je življenjska doba premostitvenih objektov od 60-80 let, seveda če prej funkcionalno ne zastarijo. Glavne pomankljivosti klasično prednapetih konstrukcij so: - betonski preseki so masivnejši in težji, saj so dimenzije presekov definirane tudi s konstruktivnimi zahtevami glede razporeditve in zaščite kablov - pri velikem številu kablov in pri vitkih presekih je vgrajevanje betona otežkočeno, preseki so oslabljeni zaradi kabelskih cevi (stojine!) - pri dolgih kontinuirnih kablih znaša padec napenjalne sile zaradi trenja in valovanja do 50% - problematika utrujanja jekla za prednapenjanje - v fazi gradnje kablov ni mogoče ustrezno korozijsko zaščititi - kabli niso vedno brezhibno in kakovostno zainjektirani - kontrola vgrajenih kablov praktično ni več možna ali pa je zelo zahtevna - sanacija, oziroma ojačitev prednapetih konstrukcij je tehnično in tehnološko izredno zahtevna, zamudna in draga - obstoječe korodirane kable je praktično nemogoče odstraniti - kabli so v območju vmesnih podpor dodatno ogroženi s kloridovimi ioni, vlago ter ostalimi kemičnimi vplivi, ki bistveno povečujejo možnost korozije kablov. Iz navedenega je razvidno, da imajo klasično prednapeti mostovi še vedno veliko pomankljivosti, ki jih je mogoče odpraviti z uporabo kombinacije kablov, ki potekajo v in zunaj betonskega preseka. V Franciji, ZRN in predvsem v ZDA pa so že bili izvedeni objekti, ki so prednapeti samo s kabli, ki potekajo zunaj betonskega preseka. Na podlagi meritev ter rednega opazovanja objektov v fazi uporabe je razvidno, da se omenjeni mostovi obna­ šajo povsem regularno, tako da ni ovir, ki bi preprečevale množično uporabo tehnologije zunanjega prednapenjanja. Poglavitne prednosti kombinirano ali samo zunanje pred­ napetih konstrukcij pa so: - betonski preseki so vitkejši (predvsem stojine) in s tem bistveno lažji - vgrajevanje betona je lažje, v betonskem preseku ni oslabitev - izgube zaradi trenja so minimalne - večja izkoriščenost kablov (po EC No2 od 70-80% natezne trdnosti jekla) - ker so kabli zaradi betonskega preseka je omogočena enostavna kontrola - kabli so korozijsko zaščiteni že med gradnjo - kable je mogoče enostavno zamenjati, konstrukcijo pa po potrebi ojačiti z dodatnimi kabli - večja ekonomičnost in predvsem možnost kontrole izvedbe injektiranja, kar zagotavlja trajnost in varnost konstrukcije Opis kablov za zunanje prednapenjanje Kabli za zunanje prednapenjanje so sestavljeni iz nasled­ njih elemetov: - jeklenih kablov za napenjanje - napenjalnih glav za končno sidranje in donapenjanje - protikorozijskega zaščitnega sistema - sedel na mestu deviacij kablov Jeklo za prednapenjanje Večina standardov za napenjalno jeklo razlikuje med gladkimi in rebrastimi palicami, žicami in prameni. Stati­ stični podatki kažejo, da se danes vgrajuje ca. 75% pramen, 15% žic in ca. 10% palic. Uporaba žic in pramen je univerzalna, palice pa so omejene na ravne in kratke kable. Velika uporaba pramen je posledica ugodnega razmerja - tona/sila. Sidrne in napenjalne glave Do nedavnega so bili kabli sidrani z enakimi glavami, kot se uporabljajo za prednapenjanje s sovpreganjem. V pretekem obdobju pa je razvoj sidrnih glav dosegel velik napredek. Napenjalne glave so danes izdelane tako, da je kable možno popustiti in jih zamenjati ali pa dodatno ponapeti. Oba sistema sta v praksi preizkušena in zagotavljata kakovostno protikorozijsko zaščito. Specialna trajno pla­ stična injekcijska mast se mora pred injektiranjem segreti na ca. 100 stopinj C, tako da je zagotovljena predpisana viskoznost, ki zagotavlja dobro oblitje jeklenih kablov. Konstrukcija sedel na mestu deviacij kablov Kable, ki so prednapeti zunaj betonskega preseka, lahko vodimo ravno ali pa poligonalno, tako da sledijo momentni liniji zaradi obtežb. Da se zagotovi predpisana lega, je potrebno kable voditi prek posebno konstruiranih sedel, ki zagotavljajo prenos odklonskih sil kablov na konstruk­ cijo. V večini primerov so sedla sestavljena iz ukrivljenih jeklenih cevi, ki so vgrajene v beton, ali pa so preko navarjene jeklene podkonstrukcije sidrane v betonsko maso. Stik med kablom in sedlom mora biti skrbno detajliran, da se kabel med napenjanjem in v fazi uporabe ne poškoduje (R > 4.00 m). Posebno pozornost moramo posvetiti stiku PE cevi z jekleno cevjo, ki poteka prek sedla. Slika 1. Napenjalna glava BBR SUSPA za zunanje na­ peti kabel 1. žica za prednapenjanje premera 7 mm 2. sidrna glava 3. vlečni prstan 4. sidrna matica 5. sidrna plošča 6. PE - cev 7. PE - zaščitna kapa 8. jeklena zaščitna kapa 9. PE - opažna cev 10. zaščitna in jekcijska mast Protikorozijski zaščitni sistem Jeklo za napenjanje kot bistven nosilni element potrebuje kakovostno in trajno zaščito pred korozijo. Za kable, ki so zainjektirani v betonskem preseku, je zaščita zagotov­ ljena že z alkalnim okoljem injekcijske malte oziroma betona. Kabli, ki potekajo zunaj betonskega preseka, se danes uporabljajo kot predfabricirani, izdelani in zainjektirani v delavnici (jekleni kabli se vstavijo v PE cevi in se zainjek- tirajo s trajno plastično injekcijsko mastjo, npr. Denso-je- tom, tako da se na gradbišču samo vgradijo in prednap- nejo) ali pa se na gradbišču vstavijo v pocinkane jeklene ali PE cevi, prednapnejo ter zainjektirajo s cementno ali trajno elastično injekcijsko mastjo. d eviacuska cev BETON STOIINA Slika 2. Shematski prikaz deviacijskega sedla v polju Na podlagi izkušenj v Franciji, ZDA in Nemčiji pa je razvidno, da so objekti dolgoročno cenejši za 15 do 20 %, saj so stroški vzdrževanja, sanacije in morebitnega pove­ čanja nosilnosti bistveno manjši. Nadaljnji razvoj tehnologije zunanjega prednapenjanja Razvoj tehnologije zunanjega prednapenjanja še zdaleč ni končan. Poglavitne raziskave potekajo na področju zagotavljanja še kakovostnejše antikorozijske zaščite ter trajnosti, večje ekonomičnosti napenjalnega sistema ter zmanjševanju stroškov vzdrževanja. Sama tehnologija se v najrazvitejših državah množično uporablja. Najnovejši dokaz uspešnega primera uporabe tehnologije zunanjega prednapenjanja je 18,70 km dolg železniški viadukt Nuevo Leon v Meksiki z razponi polj do 47 m, ki je bil zgrajen v rekordnih 36 mesecih. Voziščna konstrukcija je sestavljena iz predfabriciranih betonskih segmentov dolžine do 3.5 m, ki so medsebojno povezani s suhimi fugami (brez lepljenja), ter prednapeti samo s kabli, ki potekajo zunaj betonskega preseka. Ekonomska primerjava Iz primerjalne analize do sedaj izvedeni objektov v tujini je razvidno, da so kabli, ki potekajo zunaj betonskega preseka, lahko tudi do 100% dražji od kablov, ki potekajo znotraj betonskega preseka. Ko pa upoštevamo ceno materialov celotne konstrukcije, je konstrukcija, ki je prednapeta s kombinacijo kablov, ki potekajo v betonskem preseku (faza gradnje), in kabli, ki potekajo zunaj beton­ skega preseka (faza uporabe), v fazi izvedbe dražja od 2 do 5%. PROSTO L E Ž E Č A PO LJA Du I , °! /s t l (0 ) )3 J_ (6) k c(0) = 1,0 za 20'C < 0 < 100"C k c(0) = (l6OO-0)/l5OO za 100°C < 0 < 400°C k c(0) = (9 0 0 - 0)/625 za 400°C < 0 < 900‘’C kc (0) = 0 za 900"C < 0 < 1200"C Vpliv povišane temperature na lastnosti armature Karakteristična napetost mehke armature na meji elastič­ nosti pri povišani temperaturi (0) je določena z enačbo (7), za prednapeto armaturo pa z enačbo (8). © ks (0) za jeklo z eut > 2,0% © ks (0) za jeklo z suk < 2,0% Slika 2. Redukcijski koeficient kc (6) f y k ( 0 ) - k s(0) • f yk (20°C ) (7 ) f p k ( 0 ) = k p ( 0 ) • f p k ( 2 0 ° C ) (8 ) Pri tem je redukcijski koeficient ks(0) za mehko armaturo podan na sliki (4), redukcijski koeficinet kp(0) za predna­ peto armaturo pa na sliki (5). Za simuliranje delovnega diagrama jekla za armiranje in prednapenjanje v odvisnosti od temperature so v stan­ dardu pr ENV 1992-1-2:1993 dane tudi ustrezne enačbe. Model delovnega diagrama jekla pri povišani temperaturi je prikazan na sliki (6), dejanski delovni diagram mehke armature na sliki (7), delovni diagram prednapete arma­ ture pa na sliki (8).Slika 3. Delovni diagram betona Slika 5. Koeficient kp(6) za prednapeto armaturo Slika 6. Shematični delovni diagram jekla pri povišani tempe­ raturi Slika 8. Delovni diagram palic za prednapenjanje pri povišani temperaturi Slika 7. Delovni diagram mehke armature pri povišani tempe­ raturi 4. MEJNA NOSILNOST IN VARNOST KONSTRUKCIJE PRI POŽARNI OBREMENITVI Principi splošne računskeanalize požarne varnosti betonskih konstrukcij Mejno nosilnost oziroma varnost betonske konstrukcije v primeru požarne obremenitve lahko določimo s pomočjo nelinearne analize konstrukcije do porušitve. Tak račun je sorazmerno zahteven in ga izvedemo lahko le z uporabo ustrezne programske opreme. Za nelinearno analizo odziva betonskih ravninskih okvirnih konstrukcij lahko uporabljamo tudi programsko opremo, ki smo jo v sodelovanju Katedre za metalne konstrukcije in gradiva in Katedre za masivne in lesene konstrukcije izdelali na FGG v Ljubljani. Teoretične podlage razvite računske metode nelinearne analize konstrukcije in ustrezne pro­ gramske opreme so podane v že objavljenih sestavkih avtorjev računske metode [3], [4], [5], [6], kjer si jih bralec lahko natančneje ogleda. Pri računu mejne nosilnosti betonske konstrukcije pri požarni obremenitvi moramo v okviru nelinearne analize obremenitve in pomikov konstrukcije poleg običajne geo­ metrijske in materialne nelinearnosti ter reoloških vplivov, kot je razvidno iz literature [3] do [6], dodatno upoštevati še vpliv povišane temperature betona in armature na njihove mehanske lastnosti. Pri integraciji napetosti mo­ ramo upoštevati delovne diagrame betona in armature, ki so v posameznih točkah prereza odvisni tudi od tempera­ ture na teh mestih prereza, kot je razvidno iz 3. točke tega sestavka. Časovni potek temperature v posameznih točkah konstrukcije pa na podlagi izhodiščnih enačb, ki so podane v 2. točki tega sestavka, določimo po zakonih prenosa toplote. Na ta na način z nelinearno analizo podane konstrukcije lahko pri poljubnem trajanju povišane temperature okolja konstrukcije določimo njeno mejno nosilnost oziroma varnost proti porušitvi. Na podlagi takšnih analiz pa potem določimo potrebne tehnične ukrepe, ki v praksi zagotav­ ljajo zahtevano stopnjo požarne varnosti konstrukcije. Saje: Požarna varnost 38 Gradbeni vestnik • Ljubljana (44) Približni račun mejne nosilnosti betonskih konstrukcij pri požarni obremenitvi po evropskem standardu pr ENV 1992-1-2:1993 Evropski predstandard, ki je v državah Evropske skupnosti v začasni uporabi, pr ENV 1992-1-2:1993 v točki 43 za hitro oceno požarne varnosti betonske konstrukcije dovoljuje tudi uporabo približnega postopka s pomočjo reduciranih prečnih prerezov elementov in ustrezno reduciranega računskega elastičnega modula konstrukcije. Po tem poenostavljenem postopku obremenitev konstrukcije pri požarni obtežbi določimo z običajno analizo konstrukcije po linearni teoriji elastičnosti z upoštevanjem reduciranega modula elastičnosti konstrukcije Ecd(0n)=(Kc(6m))2 • Eck(20°C) in reduciranih prečnih prerezov konstrukcije zaradi povišane temperature. Reducirane prereze pri tem določimo na ta način, da po tistem delu oboda, ki je izpostavljen ognju oziroma visoki zunanji temperaturi, prerez zmanjšamo za določeno debelino plasti az, ki je določena v standardu (slika 9). I M M T ' w i ' v 1 I1•1 M * ^2 J .......-H : ö z i - X N — 'T c - \ M & m i) W2 Qz2 Qzi a z1 X X 1 Slika 9. Reducirani prečni prerez konstrukcije Račun mejne nosilnosti prerezov elementov konstrukcije oziroma varnosti konstrukcije pri požarni obtežbi pa izve­ demo z upoštevanjem reducirane tlačne trdnosti betona fcd(6m) in reduciranih prečnih prerezov (slika 9) po običajni metodi računa mejne nosilnosti prerezov v skladu s predstandardom Eurocode 2 ENV 1992-1-1 iz marca 1992. Pri tem je reducirana tlačna trdnost betona podana z enačbo (9). f cd(e M ) = k c(0 M ) - f ck( 2 o ° c ) o ) Povprečni redukcijski koeficient kcm za del prereza ali celoten prečni prerez je podan z enačbo (10), pri čemer je n število kontrolnih točk. (1 -0 ,2/n) “ (10) i = l Debelina računsko nenosilnega površinskega sloja »az« betonskega prereza nosilcev in stropov je podana z enačbo (11), stebrov in sten pa z enačbo (12). z = W 1 k c , m kc(0M) OD k 3 z = W ^ k c( 0 M) v ( 12) 5. TEHNIČNI UKREPI ZA ZAGOTAVLJANJE POŽARNE VARNOSTI BETONSKIH KONSTRUKCIJ PO EVROPSKEM PREDSTANDARDU pr ENV 1992-1-2:1993 V navedenem predstandardu stopnja požarne varnosti R 30 oziroma R 60 pomeni, da konstrukcija, ki je izpostav­ ljena standardni požarni obtežbi, 30 oziroma 60 minut ohrani svojo nosilnost ob upoštevanju zahtevane reduci­ rane varnosti. Oznaka I 30 oziroma I 60 pomeni, da konstrukcija, ki je izpostavljena standardnemu požaru 30 oziroma 60 minut, zadošča zahtevanim pogojem toplotne izolativnosti. Oznaka E 30 oziroma E 60 pa pomeni, da mora konstruk­ cija, ki je izpostavljena standardni požarni obtežbi, vsaj 30 oziroma 60 minut zadoščati vsem zahtevam. Stabilnost in izolativnost betonskih konstrukcij, ki so izpo­ stavljene požarni obremenitvi, ogrožajo zlasti: - odstopanje krovne plasti betona, - eksplozivno cepljenje betonskih elementov, - padanje nosilnosti betona in armature z naraščanjem temperature, - večanje deformabilnosti betona in armature z narašča­ njem temperature. Prehitro odpadanje krovnega sloja betona in prenaglo segrevanje armature betonskega elementa preprečujemo z ustrezno oddaljenostjo osi palic nosilne armature »a|« od površine elementa (sl. 10). Pri določanju požarne varnosti računamo s povprečno oddaljenostjo palic od površine elementa (an). n ^ A si 3- j i= l i= l (13) Eksperimentalne raziskave so pokazale, da je nevarno eksplozivno cepljenje elementov pri povišani temperaturi odvisno zlasti še od nivoja tlačne napetosti betona in minimalne dimenzije prečnega prereza elementa kon­ strukcije. Zahtevano požarno varnost ojačenih betonskih kon­ strukcij v skladu z evropskim predstandardom pr ENV 1992-1-2:1993 zagotavljamo z: - zadostnimi najmanjšimi dimenzijami prečnih prerezov elementov konstrukcije, - zadostno velikostjo oziroma ploščino prečnih prerezov, - zadostno nosilno armaturo elementov konstrukcije, - zadostno oddaljenostjo palic nosilne armature od po­ vršine elementa konstrukcije. Opisane zahteve tehničnih ukrepov za zagotavljanje us­ trezne požarne varnosti se pri tem za posamezne kon­ strukcijske elemente nekoliko razlikujejo. Nekaj osnovnih zahtev iz predstandarda pr ENV 1992-1-2:1993 za zago­ tavljanje požarne varnosti betonskih konstrukcij je podanih v nadaljevanju prispevka. Za vse tipe konstrukcij pa je glede oddaljenosti armature od površine elementa treba upoštevati tudi najmanjšo debelino krovnega sloja betona, ki je potrebna zaradi korozijske zaščite betona in je določena v standardu Eurocode 2-1992-1-1. Vrednosti, ki so v naslednjih pre­ glednicah označene z *, pomenijo, da zadoščajo za zagotavljanje požarne varnosti, zaradi potrebne korozijske zaščite pa jih moramo povečati. Kadar debelina krovnega sloja betona preseže 50 mm, moramo ta sloj dodatno armirati s fino mrežo. Stebri in natezni elementi iz armiranega in prednapetega betona Armiranobetonski stebri Armirani in prednapeti betonski elementi Kategorija požarne odpornosti Minimalne dimenzije »b« in oddaljenosti armature od površine »a« v [mm] pri izpostavljenosti požaru Možne kombinacije minimalne dimenzije »b« in oddaljenosti armature od površine »a« min (b/a) [mm] večstranska enostranska 1 2 R30 150/10* 100/10* 80/25 200/10* R60 200/10* 120/10* 120/40 300/25 R90 240/35 140/10* 150/55 400/45 R120 280/40 160/45 200/65 500/45 R180 360/50 200/60 240/80 600/60 R240 450/50 300/60 280/90 700/70 Preglednica 1. Minimalne di­ menzije prereza »b« in od­ daljenosti armature od po­ vršine »a« B E T O N S K E S T E N E nenosilne betonske stene nosilne armiranobetonske stene najmanjša debelina Najmanjša debelina »b« in oddaljenost amature od površine »a« v [mm] požarna požarna enostransko izpostavljene dvostransko izpostavljene odpornost b [mm] odpornost min b/m in a [mm] min b/m in a [m] El 30 60 REI30 120/10* 120/10* El 60 80 REI60 130/10* 140/10* El 90 100 REI90 140/25 170/25* El 120 120 REI120 160/35 220/35 El 180 150 RE1180 210/55 300/55 El 240 175 REI 240 270/70 360/70 Preglednica 2. Minimalna debelina »b« in oddaljeno­ sti armature od površine sten »a« glede na požarno varnost Zahteve po preglednici 1 veljajo v primeru uporabe silikatnih agregatov, v primeru uporabe apnenčastih agre­ gatov lahko podane zahteve v povprečju reduciramo za 10% . Nenosilne betonske in nosilne armiranobetonske stene Minimalne zahteve debeline sten in oddaljenosti armature od površine so podane v preglednici 2. Armiranobetonski in prednapeti betonski nosilci Preglednica 3. Najmanjša dopustna debelina stojine »bw«, širina pasu »b« in oddaljenosti armature od površine »a« 6. S K L E P Glede zagotavljanja požarne varnosti betonskih konstruk­ cij smo v Sloveniji v občutnem zaostanku za razvojem stroke in ustrezno regulativo v razvitih evropskih državah. Betonske konstrukcije, ki so izvedene v skladu z našo tehnično regulativo, glede požarne varnosti v več primerih ne zadoščajo zahtevam evropskega predstandarda o zagotavljanju požarne varnosti betonskih konstrukcij pr ENV 1992-1-2:1993, še manj pa nekoliko strožjim nem­ škim predpisom DIN 4102. Da bi na področju zagotavlja­ nja požarne varnosti dosegli evropsko raven, bomo morali v Sloveniji še marsikaj postoriti. Prvi korak k temu je gotovo sprejem evropske regulative s področja požarne varnosti konstrukcij. Z nadaljnjimi prizadevanji pa bomo morali v zavesti gradbenih konstruktorjev doseči tudi ustrezen miselni preskok. Preglednica 4. Minimalna debelina hs in oddaljenost armature od površine plošč Požarna odpornost Normalne plošče Gobaste plošče brez gob Potrebna debelina hs [mm] Oddaljenost armature od površine min a [mm] Potrebna debelina hs [mm] Oddaljenost armature od površine min a [mm] plošče, nosil­ ne veni smeri križem ar ly/lc—1.5 nirane plošče 1,5 0,005 Ac), dolžina negativne armature pa mora biti tolikšna, da vsaj 0,3 lef sega v priležni polji. Pri gobastih ploščah pa je vsaj 20 % potrebne armature nad vmesnimi podporami v obeh smereh potrebno vleči prek celih dolžin priležnih polj. Kategorija požarne odpornosti Min. debelina stojine bw[m] Možne kombinacije minimalne širine »b« in oddaljenosti armature od površine »a« min (b/a) [mm] prosto ležeče grede grede neprekinjene preko več polj 1 2 3 4 1 2 3 R30 80 80/25 120/15 160/15* 200/10* 80/12* 160/12* 200/12* R60 100 120/40 160/35 200/30 300/25 120/25 200/12* 300/12* R90 100 150/55 200/45 250/40 400/35 150/35 250/25 400/25 R120 120 200/65 240/55 300/50 500/45 220/45 300/35 500/35 R180 140 240/80 300/70 400/65 600/60 380/60 400/60 600/50 R240 160 280/90 350/80 500/75 500/70 480/70 500/70 700/60 L I T E R A T U R A ~ ............... - ............ -■ 1. C . T u rk , M . Saje, Račun tem pe ra tu re v be tonsk ih ška tlah , 13. zb o ro v a n je g radben ih k o n s tru k to rje v S loven ije , Z b o rn ik str. 2 2 9 —2 3 4 , B led , septem ber 1991. 2. M .N .Ö z is ik , H eat transfer, a basica l app roach , M c G ra w -H ill Book C o ., S ingapore , 1985. 3. F. Saje, A n a liz a v iskoznega o d z iv a be tonsk ih o k v ir je v , 6. sem inar R a ču n a ln ik v g radbenem in že n irs tru , Z b o rn ik de l, str. 190—197, FAG G , L ju b lja n a , 1991. 4. J. B anovec, G e o m e trijska in m a te ria ln a n e linea rnos t pri ra vn insk ih o k v irn ih ko n s tru kc ija h , d o k to rsko de lo , F A G G , L ju b lja n a , 1986 . 5. F. Saje, Reološka p re ra zp o re d ite v n o tra n jih sil so vp režn ih k o n s tru kc ij, K u h lje v i dnev i '9 3 , Z b o rn ik re feratov, str. 7 -12 , Šm arješke to p lic e , septem ber 1993. 6. J. Lopa tič , F. Saje, M o d e llin g o f e las to -p las tic response o f co n c re te s truc tu rec , EUR O -C 1994 , C o m p u ta tio n a l M o d e llin g o f C oncre te S tructures, P roceedings 3rd In te rn a tio n a l C on fe rence , 10 s tran i, Innsbruck, m arec 1994. 7. E urocode 2 : D esign o f co n c re te structures, Part 1 -2 : S tructura l f ire design pr ENV 1 9 9 2 -1 -2 :1 9 9 3 . 8. D IN 4 1 0 2 B randve rha lten von Baustoffen und B au te ilen Ž e le ta 1 9 8 9 u sta n o v ljen o zd ru žen je F E H R L (F o ru m o f E u r o p e a n N a tio n a l H ig h w a y R esea rch L a b o ra to r ies — F oru m ev ro p sk ih n a c io n a ln ih cestn ih ra z isk o v a ln ih la b o ra to r ijev — in štitu to v ) j e b ilo u sta n o v ljen o za države E v r o p sk e sk u p n o sti in d ržave E F T A z n a m e n o m , da sp o d b u d i so d e lo v a n je m ed ev ro p sk im i n a c io n a ln im i ra z isk o v a ln im i lab o ra to r iji in in štitu ti n a p od ročju ce stn ih g rad en j. F oru m ž e li za g o ta v lja ti u strezn a znanja za sv o je v la d e , e v r o p sk o sk u p n o st, c e s tn o in d u str ijo in u p o ra b n ik e cest. T o naj b i p rep reč ilo o b is to ča sn i p rod u k tivn i k o n k u ren c i p o d v a ja n je n a p o ro v in v o d ilo k in tegrac iji ev ro p sk ih p o te n c ia lo v na p o d ro čju cestn eg a tran sp orta , k i j e te m e ljn e g a p o m e n a za so c ia ln i in e k o n o m sk i razvoj in j e is to ča sn o n a jp o m em b n ejša o b lik a tran sp orta v E v r o p i, ki p o leg te g a še n arašča . Izh o d išča in cilji za u sta n o v ite v zdru žen ja: — p o m e m b n o st ce s tn e g a tran sp orta — p o treb n a sred stva za v zd ržev a n je in razvoj c e s tn e in frastru k tu re — v e lik so c io -e k o n o m sk i s tr o še k p ro m etn ih n e z g o d — p red n o sti sk u p n eg a n a sto p a in izvajanja ra z isk o v a ln ih p ro jek to v — te k o č a izm en ja v a in fo rm a cij, izk u šen j, tren d o v in n o v ih in ic ia tiv na ra z isk o v a ln em p od ročju — iz k o r išča n je p red n o sti o b sk u p n em isk an ju ra z isk o v a ln ih p o treb in m o ž n o s t i so d e lo v a n ja — izv a ja n je sk u p n ih p red v sem m e d se k to r sk ih , m u ltid isc ip lin arn ih in ra zv o jn ih razisk ova ln ih p r o je k to v , m e d k a ter im i j e izp o sta v ljen S E R R P p ro jek t — S trateg ie E u ro p ea n R o a d R e se a r c h P ro g ra m m e (S tra tešk i e v r o p sk i ce stn i razisk ova ln i p rogram s p e tn a jstim i p ro jek ti) — ra zv o j e v ro p sk e reg u la tiv e in stan d ard izacije — b o lj u č in k o v it n ačin uvajanja rezu lta to v ra z isk a v . G o rn ja iz h o d išč a so sp o d b u d ila zan im an je za so d e lo v a n je s tem zd ru že ­ n jem in ta k o j e Z R M K v im e n u S lo v e n ije o b p o d p o r i M in istrstva za p r o m e t in z v e z e in R e p u b lišk e u p rave za c e s te le ta 1992 v lo ž il prošn jo za v č la n ite v v F E H R L . P o p red sta v itv i c e lo tn e s lo v e n sk e o rg a n iz ira n o sti c e s tn o p r o m e tn e razi­ sk o v a ln e sfere in Z R M K v aprilu 1993 j e s le d ilo le to in p o l d o lg o o b d o b je , v k a terem so č lan i u reja li fo rm a ln o sti in pripravili p rav iln ik za č la n s tv o v tem zd ru žen ju . V n o v e m p raviln ik u j e d ana m o ž n o st tu d i o sta lim d ržavam p o sta ti p rid ru žen i č lan fo r u m a , v k a terem so b ili d o sed aj le p red sta v n ik i d ržav ev r o p sk e z v e z e in E F T E . T a k o j e b ilo n o v e m b r a 1994 o d lo č e n o , da la h k o p o s ta n e S lo v en ija p rid ru žen i član te g a zd ru žen ja in Z a v o d za ra z isk a v o m a ter ia la in k on stru k cij L jubljana s lo v e n sk i p red sta v n ik . T o zd ru žen je p rev zem a p o b u d o pri p o v e z o v a n ju ev ro p sk ih cestn o g ra d - b e n ih ra z isk o v a ln ih in štitu cij in s tem n jih o v ih p o te n c ia lo v pri izvajanju ra z isk o v a ln ih n a lo g na p o d ro č jih , k jer E v ro p a tr en u tn o p o treb u je o d g o ­ v o r e za r e š ite v ak u tn ih p r o b le m o v . N a š i c ilji p a so b ili in so p o v e z o v a n je in so d e lo v a n je z ev ro p sk im i c e s tn im i razisk o v a ln im i in štitu ti, priprava sv o jih sta n d a rd o v o b u p o šte v a ­ nju v s e h n a ših sp ec ifičn ih ra zm er in v se to v so d e lo v a n ju in p o v ezo v a n ju z v se m i s lo v en sk im i strok ovn jak i n a p o sa m e z n ih p o d ro č jih , saj j e že lja in o b v e z a Z R M K , da p ren a ša in fo rm a cije in k o o rd in ira d e lo v n a ši d rža v i. T a k o o rd in a c ija tren u tn o p o te k a : — n a p o d ro čju p o v ezo v a n ja m e d 3 o d 15 p ro jek to v S E R P P in p rip ad a­ jo č im i C O S T p rogram i in n a d a ljn jim i, k i so v p ripravi - u stan av ljan ju . - n a p o d ro čju p o sred o v a n ja in form acij o izvajan ju razisk ova ln ih n a lo g , k i s e izv a ja jo v ok v iru v se h ev ro p sk ih držav in n jih o v ih n a c io n a ln ih in š t itu to v č la n o v F E H R L , k i j ih j e sed aj 1 7 . K o n ta k tn a o se b a : B o ja n L e b e n , in ž . , t e l .: 0 6 1 1 6 8 3 2 6 1 , fa x . : 0 6 1 3 4 8 3 6 9 . I UNIVERZA V LJUBLJANI [u i i l i i l i i l u l i l FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO IN GEODEZIJO Im iU LL -Jn iit frmTinil'1'.! 61001 Ljubljana, Jamova 2, p. p. 579 GV XXXXIV • 1-2-3 FAKTOR IZRABE ZEMLJIŠČA KOT MERILO RACIONALNE RABE ZEMLJIŠČA V TRŽNEM GOSPODARSTVU IN PRI NAS UDK: 7118:330.342 MARUŠKA ŠUBIC-KOVAČ P O V Z E T E K ■ . : ,..... ... '.... - ' ■ V č lanku sm o s p o m o č jo m a tem a tičnega m ode la a n a liz ira li nekatere z n a č iln o s ti iz rabe stavbnega ze m ljiš ča v d ržavah z ra zv itim trž n im gospodarstvom in v S lo v e n iji. P rikaza li sm o tu d i m o žn o s t upo rabe o m e jitv e izrabe stavbnega ze m ljiš ča v p rostorskem p la n ira n ju , v z e m ljiš k i p o lit ik i in p ri v re d n o te n ju s tavbn ih ze m ljišč . LAND USE INTENSITY AS A MEASURE O F EC O N O M IC LAND USE IN THE M ARKET E C O N O M Y A N D IN SLOVENIA analysed som e land use in te n s ity cha rac te ris tics in e co n o m y and in S loven ia . W e presented the poss ib ilit ie s o f use in te n s ity in spatia l p la n n in g , in land p o lic y and a t land v a lu a tio n . S U M M A R Y ...... • .. By h e lp o f a m a them a tica l m o d e l w e in th is a rtic le the co u n tr ie s w ith d e ve lop e d m arke t l im ita t io n a t land use 1.0. UVOD V Sloveniji so bile cene stavbnih zemljišč v preteklosti neposredno ali posredno administrativno določene in praviloma nizke. V primeru gradnje na tako poceni pridob­ ljenih zemljiščih je bilo vprašanje o njihovi racionalni izrabi skorajda nepomembno. Izračunavanje tako imenovanih količinskih kazalcev urbanističnega standarda pri izdelavi prostorskih izvedbenih aktov je bilo samo informativno. Družbena lastnina na stavbnih zemljiščih ni spodbujala njihove racionalne izrabe. Avtorica: Maruška Šubic-Kovač, viš. pred., mag., dipl. inž. gradb. Fakulteta za arhitekturo, gradbeništvo in geodezijo, Oddelek za gradbeništvo in geodezijo, Institut za komunalno gospodarstvo Z legalizacijo zasebne lastnine na stavbnih zemljiščih pri nas in z novim razmerjem moči med zasebnimi in javnimi interesi na teh zemljiščih bomo morali racionalno izrabo stavbnega zemljišča upoštevati tudi v sistemu prostor­ skega planiranja in zemljiške politike ter pri vrednotenju nepremičnin. V tržnem gospodarstvu na eni strani želi podjetnik izrav­ nati visoko ceno stavbnega zemljišča s čim večjo izrabo tega zemljišča, na drugi strani pa država zaradi gradbenih in urbanističnih razlogov regulira oziroma omejuje to težnjo po čim večji izrabi zemljišča, s tem pa tudi po višjem donosu, s prepovedjo na deklarativen način ozi­ roma z ekonomskimi instrumenti. Namen tega članka je prikazati značilnosti faktorja izrabe zemljišča kot enega od meril racionalne rabe stavbnega zemljišča v tržnem gospodarstvu in njegovo uporabnost pri regulaciji razvoja in rasti naselij. 2 .0 . NEKATERE TEMELJNE ZNAČILNOSTI SPREMINJANJA FAKTORJA IZRABE ZEMLJIŠČA V TRŽNEM GOSPODARSTVU V ekonomski teoriji se pojem intenzivnosti izrabe zemljišča nanaša na količino kapitala, dela in managementa, ki v procesu produkcije odpade na enoto površine zemljišča. Raven intenzivnosti izrabe zemljišča je pogojena z vrsto rabe zemljišča. Pri dani vrsti rabe zemljišča je raven intenzivnosti izrabe zemljišča pogojena tudi s faktorji, kot so: dejanska raba zemljišča, značilnosti zemljišča, spre­ membe v ponudbi in povpraševanju, razmerje produkcij­ skih faktorjev in preference podjetnika [1]. Omejenost producijskih faktorjev pomembno vpliva na intenzivnost izrabe Zemljiča. Pri omejeni količini zemljišč, namenjenih specifični rabi, podjetnik intenzivira izrabo zemljišča. Pri omejenosti ostalih produkcijskih faktorjev išče ob danih omejitvah tisto kombinacijo produkcijskih faktorjev, ki prinaša najvišji donos, čeprav lahko to vodi v manj intenzivno izrabo zemljišča. Višina cene stavbnega zemljišča, ki jo je posamezni podjetnik v tržnem gospodarstvu pripravljen plačati na določeni lokaciji, se ravna po pričakovanem donosu iz te lokacije. V splošnem lahko podjetnik izravna visoko ceno stavbnega zemljišča s čim višjim donosom od zemljišča. Višji donos lahko doseže z večanjem bruto etažnih površin in z višjo najemnino na kvadratni meter bruto etažne površine. Najemnine ne more povišati toliko časa, dokler je na trgu na razpolago še dovolj tovrstnih nepremičnin na enakovrednih lokacijah, ki imajo tolikšno najemnino. Višji donos lahko doseže z večanjem bruto etažnih po­ vršin, s čimer pri dani površini zemljišča povečuje inteziv- nost izrabe stavbnega zemljišča. Torej, visoko ceno stavb­ nega zemljišča bo podjetnik v tržnem gospodarstvu nado­ mestil z intenzivnejšo izrabo tega zemljišča. Tudi samo naraščanje cen zemljišč na trgu spodbuja podjetnika v tržnem gospodarstvu k intenzivni izrabi že zazidanih stavbnih zemljišč in k zazidavi še nezazidanih stavbnih zemljišč. Opisana razmerja veljajo, če lastnik stavbnega zemljišča ni hkrati tudi uporabnik tega zemljišča, ampak je le podjetnik, ki bo dal ali daje stavbo na tem zemljišču v najem. Če je lastnik stavbnega zemljišča hkrati njegov uporabnik, vplivajo na intezivnost izrabe stavbnega zem­ ljišča tudi subjektivne okoliščine oziroma osebne prefe­ rence lastnika glede prostorskega standarda. Kot merilo intenzivnosti (racionalnosti) izrabe stavbnega zemljišča uporabljamo v praksi faktor izrabe zemljišča, ki nam pove, koliko kvadratnih metrov bruto etažne površine odpade na kvadratni meter površine stavbnega zemljišča. Odvisen je torej od spreminjanja specifičnih potreb po bruto etažnih površinah in specifilnih potreb po stavbnih zemljiščih. V nadaljevanju si poglejmo, kako se spreminja faktor izrabe zemljišča v odvisnosti od spreminjanja bruto etažne površine oziroma števila etaž in zazidane površine zem­ ljišča ter površine stavbnega zemljišča. Matematični mo­ del bi lahko zapisali takole: FIZ = FIZ { BEP (n, Fz), F } oziroma n • Fz FIZ = —— , tako da je FIZ = n • Fz. Pri tem pomenijo oznake: FIZ - faktor izrabe zemljišča BEP - bruto etažna površina (m2) F - površina zemljišča (m2), n - število etaž, Fz - zazidana površina stavbnega zemljišča in FAZ - faktor zazidanosti zemljišča, ki nam pove, koliko kvadratnih metrov zazidane površine (stavbišča) odpade na kvadratni meter površine stavbnega zemljišča. Dokažemo lahko, da je dFIZ dn dFz dF FIZ n + Fz F pri čemer je: dBEP dn dFz BEP n Fz Relativna sprememba faktorja izrabe zemljišča je v splo­ šnem enaka vsoti relativne spremembe števila etaž in relativne spremembe zazidane površine, zmanjšani za relativno spremembo površine stavbnega zemljišča. V dolgoročnem obdobju lahko na podlagi znanih specifič­ nih potreb po bruto etažnih površinah in na podlagi znanih faktorjev izrabe zemljišča na podlagi 1) ugotavljamo specifične potrebe po novih stavbnih zemljiščih v posame­ znih srednjeročnih obdobjih na ravni naselja kot celote. Če ne planiramo pozidave na novih stavbnih zemljiščih, potem govorimo o intenzivnem razvoju naselja in velja, da je dF dFIZ dn dFz---= 0 in = — - f ---- F FIZ n Fz (2) Relativna sprememba faktorja izrabe zeljišča je enaka relativni spremembi števila etaž in relativni spremembi zazidane površine zemljišča. Intenzivnejša izraba stavb­ nega zemljišča je v tem primeru mogoča le z večanjem števila etaž in zazidane površine zemljišča. V Nemčiji je potrebno v načrtu rabe zemljišč in v zazidal­ nem načrtu upoštevati in določiti najvišje vrednosti določe­ nih meril izrabe zemljišča in pri tem tudi faktorja izrabe zemljišča. Najvišje vrednosti faktorjev izrabe zemljišč so določene glede na vrsto območjih v posebnem pred­ pisu [2]. Če predpostavimo, da je faktor izrabe zemljišča omejen oziroma določen v nekem obdobju na določeni prostorski planski celoti, potem velja 2). Relativna sprememba fak­ torja izrabe zemljišča na prostorski planski celoti je enaka relativni spremembi števila etaž in relativni spremembi zazidane površine. Najvišji še dovoljeni faktor izrabe zemljišča je mogoče doseči s kombinacijo različnega števila etaž in zazidane površine, saj je FIZ • F = const, iz česar sledi, da je tudi n • Fz = const. Plansko določen faktor izrabe zemljišča ne pogojuje enolične zazidave znotraj posamezne prostorske planske celote. Prav tako so mogoči različni načini zazidave na prostorskih planskih celotah, ki imajo predpisane enake faktorje izrabe zemljišča, kar nam kaže spodnja slika. Slika 1. Različni načini zazidave zemljišč z enako površino stavbnega zemljišča, faktorjem izrabe zemljišča FIZ = 1, raz­ ličnim številom etaž (od P + 1 do P + 15) in različno zazidano površino stavbnega zemljišča. V splošnem velja, da je največje možno število etaž omejeno zaradi naravnih danosti in omejitev gradnje. Zazidana površina pa je lahko največ tolikšna, kot je površina posameznega zemljišča. Dejansko so omejitve večje predvsem zaradi predpisov o odmikih za dosego ustrezne požarne varnosti, kakovosti bivalnega okolja in t. i. estetske kontrole rasti in razvoja naselja [3]. Če se pojavi kot dodatno merilo izrabe zemljišča poleg faktorja izrabe zemljišča še zahtevano število etaž ali faktor zazidanosti stavbnega zemljišča, se lahko zgodi, da najvišji še dovoljeni faktor izrabe zemljišča na posameznih zemljiščih znotraj prostorske planske celote ne more biti dosežen. S tem pa ni dosežena zahtevana (racionalna) izraba stavbnega zemljišča [4]. 3 . 0 . FAKTOR IZRABE ZEMLJIŠČ IN VREDNOTENJE STAVBNIH ZEMLJIŠČ Kot smo že napisali: podjetnik v tržnem gospodarstvu nadomešča visoko ceno zemljišča z intenzivnejšo izrabo zemljišča. Pri ostalih nespremenjenih faktorjih, ki vplivajo na ceno stavbnega zemljišča, je zato posledica različnih cen stavbnih zemljišč tudi različna izraba stavbnega zemljišča. Šele v tem primeru, ko obstaja taka relacija, lahko v vrednotenje stavbnih zemljišč vključimo tudi faktor izrabe zemljišča. Za razliko od cene se v tako ocenjeni vrednosti stavbnega zemljišča ne odraža njegova možna uporaba v prihodnost, ampak le trenutno stanje glede intenzivnosti izrabe stavbnega zemljišča. Hkrati to pome­ ni, da vpliva faktorja izrabe zemljišča na njegovo ceno v razmerah družbene lastnine in razmerah nedelujočega trga stavbnih zemljišč ne moremo upoštevati oziroma ta vpliv ne more biti značilen. Regresijska analiza cen stavbnih zemljišč v Nemčiji je pokazala, da obstaja določena odvisnost med ceno stavb­ nih zemljišč in faktorjem izrabe zemljišč. Tako na primer je bila za obravnavani predel v Kölnu v Nemčiji ugotovljena značilna odvisnost med cenami stavbnih zemljišč in faktor­ jem izrabe zemljišča. Korelacijski koeficient med omenje­ nima znakoma je znašal kar 0.79 [5]. V tržnem gospodarstvu se faktor izrabe zemljišča pri določeni vrsti zazidave zmanjšuje z oddaljenostjo od središča mesta oziroma naselja [6], kar je tudi lahko posledica padanja cen stavbnih zemljišč od središča mesta oziroma naselja proti obrobju. To pomeni, da je dFIZ "Fiz dn < 0, dFz dF <0 , — < 0 in — >0. n Fz F Zato je dF, dn dFz , — + — > I — 'n Fz ' F V absolutnem smislu je z oddaljenostjo od središča mesta oziroma nselja relativna sprememba bruto etažnih površin večja od relativne spremembe površin zemljišč. Število etaž in zazidana površina zemljišč se z oddaljenostjo zmanjšuje hitreje, kot se povečuje površina zemljišč. V tem smislu lahko tudi pojasnimo Alonsov paradoks, da revni stanujejo na dragih zemljiščih v središčih mesta in bogati na poceni zemljiščih zunaj mesta. Polensky [7] ga je pojasnil v svoji disertaciji s preračunom cene zemljišča na kvadratni meter bruto etažne površine. Če preraču­ namo ceno zemljišč na kvadratni meter bruto etažne površine, potem dobimo ravno obrnjeno sliko, kajti bogati stanujejo v vilah, revni pa v stanovanjskih silosih. V predelih ekskluzivnih vil, kjer so cene stavbnih zemljišč sicer nadpovprečno visoke, je faktor izrabe zemljišča zelo nizek. Na višino cene stavbnega zemljišča v takem predelu vpliva poleg ekonomskih še kopica neekonomskih faktorjev. Gre za neelastično prilagajanje spremembe faktorja izrabe zemljišč ceni stavbnega zemljišča. V tem primeru je količnik elastičnosti cene stavbnega zemljišča glede na faktor izrabe zemljišča (Ec, f iz ) öC c ~ Č Ec, f iz - ' n ÖFIZ "fiž" I Ec, FIZ I < 1 ter parcialni koeficient elastičnosti cene stavbnega zem­ ljišča glede na površino zemljišča pri nespremenjeni bruto etažni površini (Ec, f ) 6C c ~ Č . Ec,f = — m ÖF T I Ec.fI <1. Zato moramo pri vrednotenju stavbnih zemljišč taka ob­ močja obravnavati ločeno od ostalih območij, za katere velja elastično prilagajanje faktorja izrabe zemljišča ceni stavbnega zemljišča [8]. Vse dosedaj napisano velja za homogen prostor in za razmere tržnega gospodarstva, s katerimi se bomo pri nas srečali takrat, ko bo trg stavbnih zemljišč začel delovati. 4.0. NEKATERE ZNAČILNOSTI FAKTORJA IZRABE ZEMLJIŠČA PRI NAS Faktor izrabe zemljišča se je v Sloveniji v preteklosti uporabljal predvsem pri načrtovanju sosesk kot merilo izrabe prostora na ravni celotne soseske. Faktor izrabe zemljišča velja še danes za enega izmed kriterijev pri določitvi višine enomesečnega nadomestila za uporabo stavbnega zemljišča [9]. Pravilnik o enotni metodologiji jWV|g|M| _ i ä \ i m 1 1 Ü ^■ ■ W W B l Ä w W m M i EU ha ura to n hauraton za izračun prometne vrednosti stanovanjskih hiš, stano- vanj in drugih nepremičnih [10] uporablja faktor izrabe zemljišča kot enega izmed faktorjev pri izračunu vrednosti stavbnega zemljišča na kvadratni meter površine stanova­ nja. Nobeden izmed naštetih faktorjev izrabe nima takega pomena, kot ga ima faktor izrabe zemljišča v tržnem gospodarstvu. Ker na oblikovanje faktorja izrabe zemljišč pri nas ne vpliva njegova tržna cena oziroma trg stavbnih zemljišč še ne deluje, ne moremo faktorja izrabe zemljišč že danes vključevati v vrednotenje stavbnih zemljišč. Današnji fak­ torji izrabe zemljišč pri nas so le posledica trenutnih načrtovalskih in oblikovalskih kriterijev posameznega na­ črtovalca, deloma pa so tudi posledica nekaterih ukrepov zemljiške politike v zvezi z opredeljevanjem nezazidanih stavbnih zemljišč. Posredno lahko omenjeno tezo potrdimo tudi na podlag analize trga stavbnih zemljišč v Ljubljani v letu 1993 [8] S stopnjo tveganja a = 0,05 in na podlagi t-testa smo lahko z izbranim vzorcem ugotovili, da na območju ljub­ ljanskih občin v letu 1993 ni bilo medsebojne odvisnost med oddaljenostjo od središča mesta in površino zemljiš­ ča. Prav tako tudi vpliv površine stavbnega zemljišča na njegovo ceno ni bil značilen (a = 0,05). Omenjeno velja pri nespremenjeni bruto etažni površini. Z vzpostavitvijo trga stavbnih zemljišč pri nas bo potrebno preučiti tudi vpliv cene stavbnega zemljišča na faktor izrabe stavbnega zemljišča. Na podlagi omejitev faktorjev izrabe stavbnega zemljišča pa lahko že danes postavimo podlago obdavčenju stavbnih zemljišč. Zato smo na Inštitutu za komunalno gospodarstvo s pomočjo vzorčnih območij v Ljubljani analizirali sedanje faktorje izrabe zemljišča [8], upoštevajoč pri tem njihovo različno lego in rabo zemljišča. Rezultati so zbrani v preglednici 1. Lega stavbnega zem ljišča, Faktor izrabe zem ljišča (FIZ) vrsta gradnje posam ičnega zem ljišča obm očja (št.etaž) m in m aks povprečen Središče m esta: 0.35 6.14 Šubičeva ulica, hiše ( P + l ) 0.35 0.38 P reše rnova cesta , bloki o d ( P + 2 ) do (P + 4 ) 0.74 2.12 1.19 F eren to v vrt, s to lpn ice o d (P + 2 ) do ( P + l l ) 3.62 T ru b arjev a cesta , zg radbe od ( P + l ) do (P + 2 ) 1.21 2.00 A jdovščina, zg radbe od (P ) do ( P + 1 4 ) 2.90 C ankarjeva u lica, zg radbe od (P ) do ( P + 6 ) 1 6.14 3.72 Šiška: 0.43 1.94 Središče ob k inu Šiška, zg radbe od (P ) do ( P + 8 ) 0.50 1.94 1.55 D erčeva u lica, bloki ( P + 3 ) 0.95 T ugom erjeva ulica, vrstne h iše ( P + l ) 0.43 0.63 0.53 Preglednica 1. Faktorji iz­ rabe zemljišč v izbranih pri­ merih v Ljubljani Na podlagi analize vzorčnih območij smo ugotovili, da so večje razlike med posameznimi faktorji izrabe stavbnih zemljišč predvsem v mestnem središču, saj je najnižji faktor izrabe zemljišča 0.35, najvišji pa 6.14, medtem ko so razlike na območju zunaj središča mesta te razlike manjše. Če primerjamo te rezultate s faktorji izrabe zemljišča, ki jih za mestno središče predpisuje nemški pravilnik [2] in se gibljejo na intervalu od 1 do 2.4, potem lahko ugotovimo, da so pri nas večja odstopanja od teh vrednosti. Če si kot enega izmed ciljev prostorskega planiranja in zemljiške politike postavimo racionalno izrabo zemljišč ter ustrezno kakovost bivalnega in delovnega okolja vključno z ustrezno dostopnostjo, potem bi lahko ta cilj dosegli tudi s pomočjo omejitve faktorja izrabe zemljišča. Z omejitvijo vrednosti faktorjev izrabe zemljišč v fazi načrtovanja in pri uporabi stavbnih zemljišč lahko: • s predpisano spodnjo mejo spodbujamo intenzivnejšo izrabo stavbnih zemljišč oziroma promet z viškom stavb­ nih zemljišč, ki niso pozidana, in • • s predpisano zgornjo mejo omejujemo previsoko zazi­ davo stavbnih zemljišč v središču, upoštevajoč pri tem urbanistične in gradbene zahteve glede višine zazidave, potrebnih zelenih in parkirnih površin, odmikov od ceste in podobno. Dolgoročno gledano lahko s spreminjanjem zgornjih in spodnjih mej dopustnih faktorjev izrabe zemljišča uravna­ vamo rast in razvoj naselij [11]. Dopustne faktorje izrabe stavbnih zemljišč lahko v primeru, ko gre že za zazidana stavbna zemljišča, uporabimo kot podlago za različno obdavčitev stavbnih zemljišč. Predlagani način mora biti seveda ustrezno vgrajen v celoten sistem obdavčenja nepremičnin in predstavlja sam zase le enega od možnih predlogov obdavčenja nepremičnin v prihodnosti. Če je faktor izrabe zemljišča (FIZ) manjši od dopustnega faktorja izrabe zemljišča (FIZd), obdavčimo stavbno zem­ ljišče nad površino, ki omogoča dosego dopustnega faktorja izrabe zemljišča, z višjo davčno stopnjo. Prav tako obdavčimo del stavbnega zemljišča, kjer je faktor izrabe zemljišča nad dopustno mejo, z višjo davčno stopnjo. Poglejmo si to na konkretnem primeru. Imamo tri stavbna zemljišča, na katerih je postavljena enaka stavba. Faktor izrabe zemljišča na zemljišču a je enak dopustnemu, faktor izrabe zemljišča na zemljišču b je nižji od dopustnega in faktor izrabe zemljišča na zemljišču c je višji od dopustnega faktorja izrabe zem­ ljišča. Torej velja, da je FIZ„< FIZ„ in FIZ, «FIZ,. FIZ, > FIZ(I zemljišča (FIZd) Fd = BEP • FIZd. V našem primeru je Fd = Fa. Zato v primeru a obdavčimo površino stavbnega zemljišča Fa po običajni davčni stop­ nji. V primeru b obdavčimo površino stavbnega zemljišča Fa po običajni davčni stopnji, površino stavbnega zem­ ljišča (Fb- F a) pa po višji davčni stopnji. V primeru c obdavčimo površino stavbnega zemljišča Fc po običajni davčni stopnji, del površine tega stavbnega zemljišča površine (Fa-F c) po po višji davčni stopnji. Pri tem je površina stavbnega zemljišča (Fa- F c) tista površina, ki bi omogočila dosego zahtevanega faktorja izrabe zem­ ljišča. 5 .0 . S K L E P Zasebna lastnina na stavbnih zemljiščih v državah z razvitim tržnim gospodarstvom ne predstavlja lastništva na zemljišču v absolutnem smislu. Tudi na zasebnem zemljišču lahko država uveljavlja javni interes. Ker med cilje urejanja prostora v Sloveniji lahko štejemo tudi racionalno rabo zemljišča, kakovost bivalnega in delov­ nega okolja ter ustrezno prometno dostopnost, lahko država operacionalizira te cilje tudi s pomočjo omejitve faktorja izrabe zemljišča. Nekatere značilnosti faktorja izrabe zemljišča v tržnem gospodarstvu in pri nas smo prikazali v članku, kolikšne naj bi bile vrednosti dopustnih faktorjev izrabe zemljišč v naših razmerah, pa je potrebno še podrobneje raziskati. [1 ] B a rlo w e R., Land Resource E conom ics —The E conom ics o f Real Estate, P rentice H a ll, 557 strani (1986) [2 ] V e ro rd u n g über b a u lich e N u tzu n g der G ru n d s tü cke (B a u n u tzu n g e ve ro rd n u n g (-B a u N V O -)), 15. 9. 1977 (B G B l. I S. 1769), 19. 12. 1986 (BG B l. I S. 2665 ) v d e lu : S am m lung ä m tlic h e r Texte zu r W e rte rm itt lu n g von G runds tücken , V erlag fü r V e rw a ltungsp rax is F ranz R ehm , M ü n ch e n , 192 strani (1987) [3 ] B oedd inghaus G ., A bstandsflächen im B auo rdnungsrech t der neuen Ländar, Rehm , M ü n c h e n , 150 stran i (1992) [4 ] B oedd inghaus G ., Ü b e r das Z u sa m m e n w irke n b a u p la n u n g s re ch lich e r und b a u o rd n u n g s re ch tlich te r V o rsch rifte n bei de r B odenve rkeh rsgenehm igung , Verm essungsw esen und B auordnung , B onn, H e ft 8, str. 3 9 3 -4 0 2 (1985) [5] V oge ls M ., G rundstücks- und G e b ä u d e b e w e rtu n g - m arktgerech t, Bauverlag , W iesbaden und B erlin , 4 5 4 stran i (1989) [6] M u th R. F., U rban R esidentia l Land and H o u s in g M arke ts t, Issues in U rban E conom ics, B a ltim o re , str. 2 8 5 -3 1 7 (1968) [7] P o lensky T ., D ie B odenpre ise in S tadt und R egion M ü n ch e n , d ise rta c ija , V e rlag M ich a e l Lassleben, K a llm ünz/R egensbu rg , 1974 , v d is e rta c iji: Rakar A ., N eka te ri v id ik i rasti u rban ih a n g lo m e ra c ij, L ju b lja n a , 108 stran i + 9 strani p r ilo g (1979) [8] Š ub ic Kovač M . et a l., O p re d e lite v in o p e ra c io n a liz a c ija pogo jev za vzp o s ta v ite v k o n tro lira n e g a trga s ta vb n ih z e m ljiš č na o b m o č ju mesta L ju b lja n e , In s titu t za k o m u n a ln o gospodarstvo , 103 strani + 8 strani p r ilo g (1994) [9] O d lo k o nadom estilu za u p o ra b o stavbnega z e m ljiš ča , UL SRS št. 3 2 /8 6 in 39 /89 [10 ] P ra v iln ik o en o tn i m e to d o lo g iji za iz ra ču n p rom e tne vrednosti s tanovan jsk ih hiš in s tanovan j ter d ru g ih n e p re m ič n ih , U L SRS št. 8 /1 9 8 7 [1 1 ] B aum ol W . j . , V a lla ce E. O ., E conom ics, E nv ironm en ta l P o lic iy and the Q u a lity o f L ife, P rentice H a ll, 377 stran i (1979) a b e Slika 2. Zemljišča a, b in c, ki imajo faktor izrabe zemljišča enak, manjši in večji od dopristnega faktorja izrabe zemljišča Če je BEP FIZ = — => F = BEP-FIZ, potem lahko izračunamo površino stavbnega zemljišča (Fd), ki omogoča dosego dopustnega faktorja izrabe UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA G RADBENIŠTVO 62000 Maribor, Smetanova 17, tel.: 062 25-461,221-112, telefax: 062 225-013 I ■ 10 GV XXXXIV * 1 - 2 - 3 STR.: 24-26 JANUAR-FEBRUAR-MAREC 1995 SNEMANJE UDK 69.059.25:519.68 ANDREJ ŠTRUKELJ P O V Z E T E K V p rispevku je p rika za n ra zvo j a lg o ritm a za p r ip ra v o p o d a tko vn e baze k o o rd in a t ka ra k te ris tičn ih to čk fasade obs to ječega o b je k ta . O m e n je n a baza p o d a tko v la h ko rabi k o t v h o d n a d a to teka za n a d a ljn jo g ra fičn o o b d e la vo s ka te rim od z n a n ih p rog ram sk ih g ra fičn ih o ro d ij. O snova za iz ra ču n k o o rd in a t vsake to čke je ne g lede na ve liko s t o b je k ta m e rite v , ki jo izve d e m o s p o m o č jo te o d o lita z dveh s to jišč z z n a n im i ko o rd in a ta m i: USING THE METHOD OF INTERSECTIONS FOR MEASUREMENT AN D RECORDING OF BUILDING FRONTS. S U M M A R Y -__ - • ■ ■ . 'BBSS In the paper the a lg o rith m fo r the c rea ting o f the data base o f the co o rd in a te s o f the ch a ra c te ris tic po in ts o f the fro n t o f a b u ild in g is d e ve lop e d . The above m e n tio n e d data base can be used as the in p u t f i le fo r one o f the kn o w n g ra p h ica l packages. The base fo r the c a lc u la t io n o f each p o in t c o o rd in a te is the m easurem ent m ade by a th e o d o lite fro m tw o d iffe re n t s tand ing po in ts w ith kn o w n co -o rd ina tes . 1. U V O D V starih mestnih jedrih se je za potrebe spomeniškega varstva večkrat pojavila potreba po snemanju fasad obsto­ ječih zaščitenih objektov, za katere načrti ne obstajajo več. Da lahko načrt fasade izrišemo v merilu, potrebujemo natančne koordinate njenih karakterističnih točk. Osnova za to so meritve na terenu. Za celotno fasado jih lahko izvedemo s teodolitom z dveh Stojič (Ch in 0 2), ki so izbrana tako, da z njih lahko uviziramo vse karakteristične točke na fasadi. Za vsako točko lahko tako na podlagi treh izmerjenih kotov določimo njene koordinate. Avtor: Mag. Andrej Štrukelj, dipl. inž. gr., asistent na Fakulteti za gradbeništvo Univerze v Mariboru 2. PRIPRAVA PODATKOV Poznamo koordinate obeh stojišč v globalnem koordinat­ nem sistemu: Oi(Xn,Y i,Z i) in 0 2(X2,Y2,Z2). Lokalni koor­ dinatni sistem xyz postavimo tako, da predstavlja stojišče O, njegovo izhodišče, os x pa poteka skozi točko 0 2, ki predstavlja projekcijo 0 2 na xy ravnino. Koordinate obeh stojišč v lokalnem koordinatnem sistemu so torej 0,(0,0,0) in O2(x2,0,z2). Točko, katere koordinate računa­ mo, označimo s T, njeno projekcijo na xy ravnino pa s T \ Enotski vektor, ki kaže v smeri veznice C^T, označimo z rV|, enotski vektor v smeri veznice obeh stojišč pa z 6. Ravnino, ki jo definirajo točke 0 1; 0 2 in T, označimo s jt, normalo na njo z n, ravnino, ki poteka skozi os z in točko T, pa s k -,. Najprej s stojišča O, uviziramo točko T in izmerimo kot Yi med osjo x ter veznico med O, in T’. Hkrati odčitamo tudi velikost kota 73 med osjo z in vektorjem rV Nato točko T uviziramo s stojišča 0 2 in izmerimo še kot y 2 med osjo X ter veznico med 0 '2 in T’. Z Z A « % » / ' * ■■ X Slika 1. Grafični prikaz problema 3. RAČUN KOORDINAT TOČKE T Prvi korak je določitev koordinat projekcije točke T na xy ravnino s pomočjo izmerjenih kotov yi in Y2 ter projekcije razdalje med merskima izhodiščema in 0 2. Premica, ki poteka skozi točko 0^0,0,0) in T’(xT,yT, ima v ravnini xy enačbo: 0 ) , premica, ki poteka skozi točki 0 2(x2,0,0) in T’(xt , yT, 0), na « ypl- ‘8(Yj) <* *2)• Izenačimo desne strani enačb (1) in (2) in dobimo izraz za xT: , tg(r2) *g(T i) + ‘ B (y j) ■%- (3) Enačbo (3) vstavimo v enačbo (1) ali (2) in dobimo izraz za yT: ... tg(Yi)'«g(Y2) T i g (Y i)+ tg (y 2) 2 (4) Za določitev vektorja normale na ravnino k potrebujemo najprej enotska vektorja n , in 0 . Iz slike 2, kjer smo ravnino jt! prikazali zvrnjeno v ravnino xy, lahko komponente vektorja n! kar odčitamo: j s in ( y j ) c o s ( - y , ) l n , = | s i n ( r j ) s in ( y , ) | . C0S(Y 3) J (5) Slika 2. Določitev komponent vektorja h! Komponente vektorja ö lahko določimo tako, da normi­ ramo radij vektor iz izhodišča lokalnega koordinatnega sistema (O,) do točke 0 2: (6) 4*1 +*2 Vektorja 6 in hi ležita v ravnini it. Njun vektorski produkt ima torej smer normale na ravnino, nima pa enotske dolžine, saj vektorja ö in n! v splošnem nista pravokotna. Tako je: yPi = tg (Y i)* . (D N = 6 x n , = n s in (a ) . Gradbeni vestnik • Ljubljana (44) 51 Novosti 10 kjer je a kot, ki ga v ravnini n oklepata vektorja ö in n,. Vrednost vektorskega produkta pa je: N = o x n , ■ H ... x 2 + z ! s in ( Y j ) « » ( Y , ) s in < y 3) s in ( y , ) cos( y 3) s in ( ? j ) » to t r t ) : i j s in ( r j ) c o s ( Y , ) - * 2 c o s ( Y j) j . IjSin(Y3)5in(Y,) (8) M * A S tem, ko poznamo vektor N, lahko zapišemo enačbo ravnine n : Sn«(?-m) = m «(?- m) = N»(r-m) = 0. O) Vektor m predstavlja radij vektor od izhodišča lokalnega koordinatnega sistema do poljubne znane točke na ravnini jr. Ker v našem primeru ravnina poteka skozi izhodišče koordinatnega sistema, je m = 0. Enačba ravnine pa se glasi: N f = 0, oziroma v razviti obliki: - z , ■ s in (Y j )■ » i n ( Y « n ( Y 3>-ow ( y i) ~ *1 '«K Y 3 )) • y + x 2 s jn (Y 3) s « n (y ,) z = 0 . Iz gornje enačbe izrazimo z: (10) ( 11) (*2 ‘g(ri) ‘g(yj)-sin(vi>j y' Ko v enačbo 12 vstavimo izraz za xT in yT (enačbi 3 in 4), dobimo vrednost z koordinate točke T : _____ m ri)_______ _ 1 tg(Y3 )c o S(Y i)(« g (rt) + *g(Y2))' (13) Koordinate točke T v lokalnem koordinatnem sistemu so: ‘ g (Y i) + *g(Yj>. *g-*»«g(Yj)-cos(Y,) (*g(Y,) + ‘g(Y j)) *g(Yj) _ *B -»" tg ( Y , ) + t g ( Y i ) l im y x = l im = tg (T i)~ * a . W r.l-« “ t g ( Y l ) + * g (Y I ) (16) >-** ■ *(?, )->« tg ( Y j ) c o s ( Y,) ' ( lg ( Y1) +