Križno lamelirano drvo (CLT)
    Subota, 04 Svi 2019 19:21

    Križno lamelirano drvo (CLT)

    Križno lamelirano drvo (eng. Cross Laminated Timber – CLT) inovativni je pločasti proizvod slojevite strukture i izvrsnih fizikalno-mehaničkih svojstava. Zbog velike krutosti i nosivosti u ravnini i okomito na ravninu elementa najčešće se primjenjuje u obliku zidnih ili stropnih panela. Povoljna ekološka, estetska i energetska svojstva dodatno ga pospješuju. Tradicionalne drvene konstrukcije tijekom povijesti su se uglavnom izvodile kao lagani okvirni sustavi s linijskim elementima ograničenih raspona od punog drva. Početkom stoljeća čelik i beton su postali dostupniji i ekonomski isplativiji pa je drvo zamijenjeno armiranim betonom. Intenzitet i zanimanje za drvene konstrukcije ponovno su porasli tek sredinom 60-ih godina prošlog stoljeća pojavom proizvoda na bazi drva (eng. Engineered Wood Product - EWP). Proizvodi poput lijepljenog lameliranog drva - LLD (eng. Glued Laminated Timber - GLT) omogućili su gradnju složenijih i robusnijih linijskih konstrukcija većih raspona. Prvi pločasti proizvodi poput lijepljenih furnirskih ploča (eng. Laminated Veener Lumber - LVL) ili ploča vlaknatica (eng. Oriented Strand Board - OSB) našli su uglavnom primjenu kao sekundarni elementi u funkciji obloga i zaštita konstrukcije. Slijedom daljnjeg razvoja, sredinom 90-ih patentiran je novi pločasti kompozitni proizvod pod nazivom križno lamelirano drvo (eng. Cross Laminated Timber - CLT). CLT predstavlja kruti pločasti proizvod, sastavljen od odgovarajućeg broja slojeva (uglavnom neparnog 3, 5 ili 7), gdje je svaki sloj načinjen od dasaka/lamela položenih jedna do druge i pri čemu su daske susjednih slojeva uglavnom lijepljene pod kutom 90° jedna na drugu. Uslojena i optimizirana struktura omogućuje nosivost u ravnini i okomito na ravninu elementa s primjenom u obliku zidnih nosača i stropnih ploča. Odlikuju se visokim stupnjem predgotovljenosti pa je rad na gradilištu ubrzan i uključuje uglavnom montažu i spajanje pojedinih panela. S aspekta građevinske fizike, materijal se odlikuje izvrsnim energetskim svojstvima i velikim kapacitetom pohrane vlažnosti i toplinske energije. Mala vlastita težina olakšava mu temeljenje, a omogućuje i primjenu u seizmički aktivnim područjima.

    Obradivost, vitkost i raznolika mogućnost izvedbe u panelima velikih dimenzija gotovo da ne stavljaju nikakva ograničenja arhitektonskom oblikovanju. Povoljna prirodna i ekološka svojstva praćena estetski lijepim površinama razlog su njegove povećane eksponiranosti u posljednjih nekoliko godina, o čemu svjedoče sve veće i kreativnije stambene i poslovne zgrade kao ponovni povratak drvenog materijala među gradske sredine. Osim u visokogradnji, CLT je vrlo prikladan i u mostogradnji, gdje se može primjenjivati samostalno ili u kombinaciji s drugim materijalima na bazi drva i/ili čelika u izvedbi rebrastih i/ili sandučastih nosača. Značajke CLT-a prepoznate su ubrzo i izvan granica Europe u zemljama poput Kanade ili SAD-a, ali isto tako i u zemljama izloženim učestalim seizmičkim aktivnostima poput Japana, Kine ili Novog Zelanda, što je posljednjih nekoliko godina rezultiralo progresivnim rastom njegove proizvodnje, s godišnjom stopom povećanja od 15 do 20 %.

    Za ostvarenje punog potencijala potrebno je u doglednom vremenu intenzivirati rad na normizaciji i usklađivanju postojećih propisa i normi. Svojstva CLT-a isprva su bila definirana u nacionalnim (od 1998.), a od 2006. i u međunarodnim tehničkim odborima (eng. International European Technical Approval - ETA). Prva europska norma za CLT, EN16351  izdana je 2015. Međutim, njome su zasad regulirana samo ograničenja vezana za proizvodnju i izvedbu, pri čemu jedinstvenog postupka proračuna još uvijek nema. Postupak proračuna moguće je pronaći u nekim nacionalnim dodacima europske norme poput, iako ga sama europska norma za drvene konstrukcije EN 1995-1-1 (EC5). U međuvremenu, za proračun CLT-a inženjeri se služe raznim tehničkim propisima i specifikacijama koje izdaju proizvođači. Postoji i nekoliko knjiga i priručnika koji daju preporuke i postupke proračuna na osnovi rezultata velikog broja provedenih istraživanja, kao na primjer priručnik od Schickhofera iz 2010. ili Wallner-Novaka iz 2013.  za primjenu u Europi te CLT-priručnici za kanadsko tržište i tržište SAD-a. 

    Općenito o postupku proizvodnje
    Postupak i tehnologija proizvodnje CLT-a u mnogočemu je slična postupku kod LLD-a. Ugrubo bi se postupak proizvodnje mogao podijeliti na dva osnovna koraka:
    - priprema i obrada osnovnog materijala
    - slaganje i lijepljenje osnovnog materijala

    Prvi korak proizvodnje: priprema i obrada osnovnog materijala
    Prvi korak proizvodnje uključuje sušenje i klasifikaciju materijala, a zatim blanjanje, rezanje i uzdužno nastavljanje zupčastim spojevima. Osnovni materijal treba biti vlažnosti u granicama od 12 ± 2 % nakon čega se strojno ili vizualno klasificira prema npr. normi EN14081-1 19 ili DIN4074-1. Uobičajeno se za homogeni CLT presjek koristi klasa drva C24 sukladno normi EN 338 21, a u slučaju kombiniranog presjeka u okomitim slojevima dopušta se i slabija klasa C16/18. Uglavnom se primjenjuju meke vrste drva, pri čemu i lokalne vrste sa slabijim mehaničkim svojstvima također mogu biti odgovarajuće iskorištene. Po završetku klasifikacije materijala uzdužno se spajaju lamele izvedbom zupčastih spojeva jednake specifikacije i tehnike izvedbe kao i kod LLD nosača. Pojedini proizvođači nude mogućnost nastavljanja i čitavog CLT elementa izvedbom velikih zupčastih spojeva minimalne duljine 45 mm. Takvi se spojevi izvode na prethodno napravljenom CLT elementu i kod njih je potrebno uzeti u obzir i moguće smanjenje mehaničkih karakteristika. Kod izvedbe zupčastih spojeva potrebno je osigurati prikladno adhezivno sredstvo sukladno normi npr. EN 301 ili EN 15425 kao i tehničke zahtjeve za njegovo korištenje (vlažnost, temperaturu, količinu, trajanje i intenzitet pritiska pri nanošenju itd.). Preporuka je upotrebljavati adhezivna sredstva sličnih mehaničkih karakteristika osnovnom materijalu. Trenutačno se od ljepila najviše upotrebljava melanim-urea- formaldehid (MUF), jednokomponentno poliuretansko ljepilo (1K-PUR) ili emulzijsko polimerno izocijanitno ljepilo (EPI). Nakon izvedbe zupčastih spojeva obavlja se završno rezanje lamela na dimenzije potrebne za izradu CLT elementa.

    Drugi korak proizvodnje: slaganje i lijepljenje osnovnog materijala
    Drugi korak proizvodnje uključuje slaganje i lijepljenje prethodno obrađenih lamela u sastav CLT elementa. Načelno se kod proizvodnje razmaci među lamelama nastoje minimalizirati zbog zahtjeva fizike objekta (otpornosti na požar, zrakopropusnosti ili zvučne izolacije), estetike ili zbog same tehnike spajanja dasaka. Ipak, u mnogim tehničkim propisima među kojima je i norma EN 16351, dopuštene su maksimalne vrijednosti razmaka do 6 mm. U slučaju proizvodnje CLT elementa bez razmaka, pojedini proizvođači najprije izvode pojedinačne slojeve CLT elementa lijepljenjem uskih rubova lamela, nakon čega tako izvedene slojeve lijepe međusobno po širokim stranama u cjelovitost konačnog elementa. Ipak, doprinos od nanošenja ljepila po uskim stranama lamela je upitan i načelno je preporuka da se može zanemariti ili u najboljem slučaju ograničiti samo na unutarnje slojeve elementa. Razlog tomu je očekivana pojava nepravilnih pukotina na površini elementa kao posljedica skupljanja i bubrenja drva pri promjeni temperature i vlažnosti okoline. Ako postupak proizvodnje ne uključuje izvedbu pojedinačnih slojeva, onda se prethodno pripremljene lamele izravno slažu i lijepe samo po širokim stranama u cjelinu CLT elementa. Načelno se preporuke i zahtjevi koje daju proizvođači ljepila moraju slijediti gdje su najvažniji parametri poput tlaka lijepljenja, kvalitete, vlažnosti i debljine nanošenja ljepila vezani za iskustvo lijepljenja u LLD nosačima. U primjeni su iste vrste ljepila kao i kod izvedbe zupčastih spojeva. Lijepljenje dasaka ostvaruje se uz određeni tlak, pri čemu se hidrauličnim prešama doseže vrijednost od 0,10 do 1,0 N/mm², vakumskim prešama od 0,05 do 0,10 N/mm², a vijcima, klamficama i čavlima tlak u iznosu 0,01 do 0,20 N/mm². Ipak, propisima još uvijek nije regulirana jedinstvena vrijednost tlaka pri lijepljenju. Po završetku lijepljenja obavlja se završno rezanje u konačne dimenzije proizvoda. Također, prije isporuke na elementu se izvode sve potrebne korekcije vezane za geometriju. Takav finalizirani proizvod propisno se zaštićuje od vanjskih vremenskih utjecaja, čime je spreman za transport i ugradnju.

    Dimenzioniranje CLT elemenata
    Postupak dimenzioniranja CLT-a zasad nedostaje u europskoj normi EC5, osim u pojedinim nacionalnim dodatcima. Sada u Europi postoji i nekoliko priručnika kojima se regulira dimenzioniranje prateći poznati europski koncept pouzdanosti. S tim u skladu potrebno je definirati koeficijent sigurnosti materijala i koeficijent modifikacije svojstava kmod kako bi se dobile računske materijalne karakteristike materijala. Za CLT je predložen koeficijent sigurnosti materijala u iznosu 1,25, pri čemu se za vrijednosti modifikacijskog faktora kmod kojim se uzimaju u obzir mikroklima prostora i trajanje opterećenja predlažu iste vrijednosti kao i za puno drvo i LLD s ograničenjem primjene CLT-a na uporabnu klasu 1 i 2.

    Požarna otpornost CLT-a
    Dimenzioniranje na požarno opterećenje zasad se radi prema metodi reduciranog poprečnog presjeka, danoj u normi EN 1995-1-2 78. Metoda se bazira na određivanju dubine pougljenja dchar koja u slučaju CLT-a ovisi o nekoliko faktora:
    - brzini pougljenja
    - vrsti adhezivnog sredstva
    - postojanju i vrsti protupožarne zaštite.

    Definirane su dvije vrijednosti brzine pougljenja ovisno o tome postoje li razmaci među lamelama unutar slojeva nosača:
    - za CLT bez razmaka, odnosno do maksimalno 2 mm razmaka vrijedi  0,65 mm/min
    - za CLT s razmacima između 2 i 6 mm vrijedi 0,80 mm/ min.

    Za CLT nosače izložene požaru i djelovanju okomito na ravninu elementa detaljnu su analizu i pregled stanja područja dali Klippel i ostali. Predložena je modificirana metoda proračuna "efektivnog poprečnog presjeka" koristeći termalno modificirani sloj materijala d0 čija vrijednost nije konstantna kao u metodi danoj u EN 1995-1-2. Na osnovi provedenih eksperimentalnih istraživanja Frangi i ostali dodatno ističu važnost odabira adhezivnog sredstva. Naime, kad se upotrebljavaju ljepila koja nisu otporna na visoke temperature uočeno je odvajanje nagorenog dijela nosača na mjestu lijepljenog kontakta među slojevima, pa je preporučeno u proračunu koristiti dvostruku vrijednost brzine pougljenja. Ipak, u slučaju CLT nosača opterećenih u ravnini elementa, takva pretpostavka ne vrijedi. Dodatna istraživanja radi definiranja brzine pougljenja i debljine termalno modificiranog sloja materijala do proveli su Schmidt i Fragiacomo. Pri tome se zaključilo kako u dogledno vrijeme treba raditi na optimizaciji vrijednosti d0, u pogledu zahtijevanog vremena požarne otpornosti CLT-a (30, 60 i 90 minuta) ili vezano za odabranu kompoziciju CLT-a (debljina, raspored i broj slojeva). U slučaju požarne otpornosti kod spojeva CLT nosača, stanje područja prikazali su Werther i ostali gdje je istaknuta ključna uloga spojeva u sprečavanju protoka topline tijekom osiguranja požarne otpornosti cjelokupne građevine.

    Seizmička otpornost CLT-a
    Velika krutost u ravnini elementa i relativno mala vlastita težina glavni su razlozi izvrsnog ponašanja CLT-a i kod seizmičkog djelovanja. Prema europskoj normi EN 1998-1-1 i postupku proračuna otpornosti na potres pomoću faktora ponašanja q, do sada su u svrhu njegova određivanja kod CLT-a provedena brojna eksperimentalna i numerička ispitivanja. Načelno bi to mogla biti ispitivanja na zidnim panelima i ispitivanja na čitavim CLT konstrukcijama. Ispitivanjem zidnih panela bavili su se Dujič, Ceccotti, Popovski. Seim i ostali, Flatscher i ostali, Gavrić i ostali, Tomasi i ostali. Pri tome je variran velik broj parametara od koji su najvažniji sljedeći:
    - dimenzije, sastav i kompozicija CLT-a
    - rubni uvjeti i vrsta spojeva
    - eksperimentalna konfiguracija i način unosa opterećenja.

    Općenito je zaključak taj da neovisno o sastavu, broju panela i kompoziciji CLT-a kapacitet nosivosti nije bio ograničen nosivošću materijala, već svaki put nosivošću i duktilnošću spojeva. Spojevi su u većini slučajeva izvođeni kao točkasti ili linijski pomoću kutnih metalnih pločica i držača u kombinaciji sa spojnim sredstvima poput čavala, vijaka ili samobušećih vijaka za drvo. Spojevi su se pokazali kritičnim i kod seizmičke otpornosti hibridnih sustava CLT-nosivo staklo. Radi dimenzioniranja i optimiziranja spojeva, dosad su mnoga istraživanja, kako za normalne tako i za seizmičke proračunske situacije, proveli Uibel i ostali 94, Schneider i ostali 95, Ringhofer i ostali 96, Gavrić i ostali 97, 98 i Izzija i ostali 99. Osim primjene standardnih tipova spojeva, u posljednje vrijeme provedeno je i nekoliko istraživanja na inovativnim novim vrstama spojeva koji su pokazali visok potencijal primjene (Kraler i ostali i Polastri i ostali). Općenito ponašanje čitavih CLT konstrukcija ispitivali su dosad na potresnim stolovima u sklopu projekta SOFIE (Sistema Costruttivo Fiemme) Ceccotti i ostali, a u sklopu projekta SERIES (eng. Seismic Engineering Research Infrastructures for European Synergies) Flatscher i Schickhofer. Na osnovi takvih ispitivanja predložen je faktor ponašanja CLT-a q u vrijednosti između 2,0 i 3,0. Bez obzira na razlike među ispitanim eksperimentalnim modelima, u oba slučaja se utjecaj spojeva pokazao kritičnim parametrom nosivosti. Stoga, ako ne postoje podaci o korištenim spojnim sredstvima i načinu izvođenja spojeva, preporučuje se ipak niža vrijednost faktora ponašanja q u iznosu 2,0.

    Otvorena i nedovoljno istražena područja
    Iako je dosad provedeno mnogo istraživanja vezano za različite proračunske situacije CLT-a, još uvijek postoji nekoliko otvorenih ili slabo istraženih područja, među kojima su neka vezana za specifična djelovanja, a neka za specifične konfiguracije i sastav CLT-a kako slijedi:
    - koncentrirana opterećenja na CLT pločama 
    - koncentrirana opterećenja na CLT zidnim nosačima 
    - rebrasti stropovi kao kompoziti CLT i GLT nosača 
    - veliki otvori u CLT zidnim i stropnim nosačima 
    - otvori i zasjeci u CLT grednim nosačima
    - heterogeni sastavi CLT-a uz primjenu tvrdih vrsta drva
    - problemi stabilnosti
    - spojevi i ojačanja
    - interakcije naprezanja.

    Zaključak
    Inovativni kompozitni proizvod poput CLT-a nedvojbeno je u posljednjih desetak godina najviše doprinio popularizaciji i povećanoj uporabi drvenih konstrukcija, mijenjajući tradicionalno uvriježene linijske sustave novim i modernim punostjenim oblicima. Uzimajući u obzir dosadašnji razvoj kao i povećani interes svih sudionika gradnje, u skoroj budućnosti očekuje se daljnja globalizacija CLT- a uz dodatno jačanje utjecaja i u izvaneuropskim zemljama poput Kanade, SAD-a i Japana. Stoga je za ostvarenje punog potencijala CLT-a u doglednom vremenu potrebno ostvariti dodatne napore na njegovoj normizaciji, uključujući usklađivanje postojećih propisa vezanih za proizvodnju, referentna ispitivanja, postupak proračuna, rješenje detalja, izvedbu objekta i u konačnici njegovu upotrebu. S aspekta proizvodnje očekuje se daljnje usklađivanje među proizvođačima koje bi u budućnosti rezultiralo normiziranim predgotovljenim modularnim elementima. Vezano za mehaničke karakteristike, posljednjih godina intenziviran je rad na utvrđivanju njihovih referentnih vrijednosti i referentnih postupaka ispitivanja. Nedavno izdana europska norma EN 16351 daje samo dio postupaka ispitivanja, ali bez referentnih vrijednosti. U doglednom vremenu potiče se daljnji rad na definiraju pojedinih razreda čvrstoće CLT-a. Hibridne sustave namijenjene optimizaciji CLT-a primjenom tvrdih vrsta ili lokalnih mekih vrsta drva također treba normirati jer su pokazali na ograničenom broju ispitivanja velike mogućnosti primjene. S aspekta proračuna CLT-a, u budućoj verziji europske norme za drvene konstrukcije Eurokod 5 (EN 1995-x-x) koja je upravo na reviziji, očekuje se uključivanje CLT-a s postupkom proračuna na sva mjerodavna stanja naprezanja od djelovanja u ravnini i okomito na ravninu elementa. U međuvremenu je potrebno poraditi na još nekoliko otvorenih ili nedovoljno istraženih područja. Posebno pri tome treba obratiti pažnju na spojeve, koji najčešće određuju ponašanje čitave konstrukcije, i to posebno u izvanrednim proračunskim situacijama poput potresa ili požara. Ističe se i nedostatak adekvatnog tipa spoja prilagođenog CLT elementu, jer su dosad uglavnom upotrebljavani točkasti tipovi poput metalnih kutnih L- profila preuzetih od okvirnih drvenih sustava. Uporabljivost i vibracije kod CLT-a također su otvoreno pitanje i malo je provedenih istraživanja posebno kod primjene u visokim zgradama. Sadašnji propisi i ograničenja nisu dovoljni i traže dopunu. Vremenske prilike poput vlažnosti, puzanja i skupljanja CLT-a također imaju velik utjecaj, a u nedostatku provedenih istraživanja uglavnom im se propisuju vrijednosti drugih sličnih materijala. Ponašanje u izvanrednim situacijama poput potresa ili požara dosad je provedeno uglavnom na pojedinim individualnim elementima te je stoga upitno u kojoj se mjeri ono može preslikati na čitavu CLT konstrukciju. Spoznaje o ponašanju spojeva na kontaktu zidova i ploča pri tome su od iznimne važnosti, a zasad nedostaju. Zaključno gledano, inovativni kompozit poput CLT- a pridonosi razvitku i proširenju mogućnosti gradnje ne samo drvenih konstrukcija već i općenito čitavoga graditeljskog sektora. Zasad se njegove mogućnosti najviše ostvaruju u primjeni kod ekološki i energetski učinkovitih višeetažnih stambenih i poslovnih zgrada. Na taj način CLT kao predstavnik drvenih konstrukcija nudi kvalitetno alternativno rješenje betonskim ili zidanim konstrukcijama, čime se u skoroj budućnosti očekuje dodatno jačanje njegove pozicije.
    www.građevinar.hr

    Pročitano 165 puta

    O nama

    Hrastović Inženjering d.o.o. od 2004. se razvija u specijaliziranu tvrtku za projektiranje i primjenu obnovljivih izvora energije. Osnova projektnog managementa održivog razvitka društva je povećanje energijske djelotvornosti klasičnih instalacija i zgrada te projektiranje novih hibridnih energijskih sustava sunčane arhitekture. Cijeli živi svijet pokreće i održava u postojanju stalni dotok Sunčeve energije, a primjenom transformacijskih tehnologija Sunce bi moglo zadovoljiti ukupne energetske potrebe društva.

    Kontakt info

    HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o.
    Kralja Tomislava 82.
    31417 Piškorevci
    Hrvatska

    E-mail: info@hrastovic-inzenjering.hr
    Fax: 031-815-006
    Mobitel: 099-221-6503
    © HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o. - design & hosting by Medialive