ispitivanje građevnih elemenata i konstrukcija, znanstvena i tehnička disciplina koja obuhvaća postupke utvrđivanja ponašanja konstrukcija i njihovih elemenata pri različitim mehaničkim i kemijskim djelovanjima. Ispitivanja se obavljaju s obzirom na nosivost, uporabljivost i trajnost, s ciljem stjecanja novih spoznaja o materijalu i konstrukciji i njihovu ponašanju pri određenim djelovanjima, provjeru kvalitete izvedenih radova u odnosu na kvalitetu predviđenu projektom, dugotrajno praćenje ponašanja konstrukcija (monitoring), provjeru svojstava novoga proizvoda u odnosu na postavljene zahtjeve i specifikacije prije početka serijske proizvodnje, i dr. S obzirom na vrstu djelovanja kojima će konstrukcija biti izložena razlikuju se statička (pokusno opterećenje) i dinamička ispitivanja (nerazorni udar, razorno impulsno djelovanje, odn. eksplozija ili vibracije prouzročene djelovanjem strojeva, prometa, vjetra ili potresa). Ispitivanje konstrukcije može biti nerazorno (određivanje uporabljivosti) ili razorno (utvrđivanje uporabljivosti i nosivosti u neprekinutom slijedu, iz čega se donosi zaključak o sigurnosti u uporabi). S obzirom na mjesto ispitivanja razlikuju se laboratorijska (ispituju se prototipovi građevnih elemenata ili modeli konstrukcija) i ispitivanja na građevinama (in situ).







Statičkim ispitivanjima utvrđuje se stvarno ponašanje konstrukcija ili elemenata određivanjem njihove nosivosti ili uporabljivosti mjerenjem pomaka, deformacija i možebitnih nedostataka nastalih djelovanjem pokusnog opterećenja, koje mora biti što sličnije projektiranom opterećenju konstrukcije, uzimajući u obzir stalna i uporabna opterećenja te njihovu raspodjelu. Statičko opterećenje provodi se: a) do sloma konstrukcije ili njezina dijela kako bi se utvrdila njezina granična nosivost i b) do opterećenja kojim će se utvrditi uporabljivost s obzirom na sposobnost nošenja određenog opterećenja, na krutost (progib) ili na deformacije i pukotine. Pokusno opterećenje može poslužiti i kao osnova za odluku o daljnjoj uporabi postojećih konstrukcija koje su dugo bile izložene prirodnim ili umjetnim djelovanjima, preopterećene ili oštećene djelovanjem potresa, vjetra, eksplozije, naleta vozila, požara i sl.













Za opterećenje pri statičkom ispitivanju rabe se predmeti poznate mase kojima se lako rukuje (čelični ili olovni ingoti, betonski blokovi, cement u vrećama, opeka i sl.). Katkada se rabi voda u bačvama ili sloj nalivene vode potrebne visine. Ako se želi postići opterećenje koncentriranim silama, rabe se hidraulične preše. U laboratoriju se to postiže nanošenjem sustava sila, a hidraulična preša odupire se o čelični okvir usidren u kruti pod. Natovareni kamioni i druga teška vozila poznate mase rabe se za ispitivanje cestovnih mostova, a lokomotive i natovareni vagoni za ispitivanje pokusnim opterećenjem željezničkih mostova. Izborom vozila i njihovim rasporedom nastoji se postići najnepovoljnije opterećenje mosta ili pojedinih njegovih dijelova. Smatra se da ispitana konstrukcija zadovoljava kada su izmjereni progibi i deformacije u okviru projektiranih vrijednosti, kada trajni progibi i deformacije nisu veći od određenog postotka izmjerenih elastičnih deformacija (npr. 25% kod armiranobetonskih konstrukcija) i kada su pukotine na armiranobetonskoj konstrukciji uže od dopuštene širine (npr. 0,20 mm za nezaštićene konstrukcije). Ako su trajne deformacije veće od dopuštenih, pokusno opterećenje treba ponoviti. Nakon ponovljenog ispitivanja trajne deformacije trebaju zadovoljiti stroži kriterij nego nakon prvog opterećivanja (npr. 12,5% kod armiranobetonskih konstrukcija). Kriteriji zadovoljavanja veličine trajnih deformacija različiti su za → metalne, → betonske, → zidane, → drvene, spregnute, plastične i druge konstrukcije, a definirani su u normama.







Dinamička ispitivanja građevnih konstrukcija provode se kako bi se utvrdila njihova dinamička svojstva, odn. osnovni dinamički parametri: frekvencije ili periodi titranja, koeficijenti prigušenja, dinamički koeficijenti i osnovni oblici titranja konstrukcije. Konstrukcija se s pomoću posebnih uređaja (generatora vibracija) dovodi u rezonanciju, ali se dinamička svojstva mogu ispitati i jednostavnije, npr. potezanjem konstrukcije užetom i iznenadnim presijecanjem tog užeta, nakon čega nastaju slobodne vibracije konstrukcije. Za dinamičko ispitivanje mostova rabe se vozila koja se kreću različitim brzinama, a za postizanje većega dinamičkog učinka vozila prelaze preko određene prepreke ili se mjerenja provode pri naglim kočenjima. Izvori vibracija za postojeće konstrukcije mogu biti strojevi koji su ugrađeni u konstrukciju ili ambijentalne pobude. U novije se doba određivanje osnovnih dinamičkih svojstava pri ambijentalnim pobudama provodi metodom eksperimentalne modalne analize, rezultati koje su iznimno važni jer omogućuju kalibriranje i povećanje pouzdanosti numeričkog modela na kojem se provodi proračun konstrukcije pri potresnim opterećenjima. Osim za kalibraciju numeričkog modela rezultati mogu služiti i za ocjenu učinkovitosti radova na sanaciji i pojačanju konstrukcije.

Tijekom ispitivanja konstrukcija (ili njihovih elemenata) rabi se širok spektar mjernih instrumenata s pomoću kojih se utvrđuje stanje konstrukcije. Pri statičkim ispitivanjima mjere se pomaci, kutovi zaokreta i relativne deformacije na mjerodavnim mjestima na konstrukciji. Za mjerenje pomaka rabe se uglavnom geodetski instrumenti (niveliri, robotizirane totalne stanice, GPS, laseri i dr.) te senzori koji mogu raditi na različitim principima: električnom induktivitetu (engl. Linear Variable Differential Transformer, LVDT), električnom otporu, Braggovoj rešetki i dr. Za mjerenje kutova zaokreta rabe se uglavnom senzori koji rade na principu promjene magnetskih svojstava, potenciometri, mikroelektromehanički sustavi (engl. Micro-Electromechanical System, MEMS) i sl. Prigodom ispitivanja u laboratorijskim uvjetima u novije se doba rabe optički mjerni sustavi s kamerama visoke rezolucije i programima za obradbu fotografija s pomoću kojih se mogu mjeriti pomaci i relativne deformacije u 3D prostoru. Uz prethodno navedene instrumente, tijekom ispitivanja konstrukcija mogu se rabiti i senzori za mjerenje sile (mjerne ćelije), temperature, relativne vlažnosti i dr.

Ispitivanje građevnih konstrukcija znatno je starije od teorijskih postavki mehanike. Učenje na pogreškama bilo je prvi oblik ispitivanja konstrukcija. U starom se vijeku od graditelja zahtijevalo da budu ispod svoje konstrukcije tijekom gradnje ili nakon nje. Temelji mehanike postavljeni su u XV. st. kada je Leonardo de Vinci (1452−1519) ispitivao vlačnu čvrstoću žice. Galileo Galilei (1564−1642) izvodio je ispitivanja na jednostavnim vlačno opterećenim elementima i prva ispitivanja radi određivanja nosivosti greda opterećenih na savijanje. Osnove mehanike postavili su Isaac Newton (1643−1727), Robert Hooke (1635−1703) i drugi u XVII. st. Hooke je proučavao ponašanje materijala pod opterećenjem i 1676. ustanovio zakon (Hookeov zakon) o linearnoj ovisnosti sile i deformiranja, čime je postavio temelj znanosti o mehanici elastičnih tijela. Ispitivanje građevnih elemenata i konstrukcija kao disciplina snažno se razvilo tijekom XIX. i XX. st. usporedno s razvojem teorijskih spoznaja, dok su se suvremene metode ispitivanja razvile u skladu s razvojem mjerne opreme i računarstva. U XX. st. potaknuto je proizvodnjom novih i čvršćih materijala, potrebom gradnje sve većih konstrukcija, ali i dotad nesagledanim pojavama, npr. dinamičkim učincima na nosive konstrukcije, zamorom materijala, pojavama gubitka stabilnosti, degradacije nosivosti zbog korozije, kemijske agresije, požara, potresa ili ratnih razaranja. Ispitivanje konstrukcija razvijalo se usporedno s ispitivanjima materijala.

Razvoj ispitivanja građevnih elemenata i konstrukcija kao znanstvene i nastavne djelatnosti u Hrvatskoj

Prije institucionalnog djelovanja, istraživanjem i ispitivanjem građevnih elemenata i konstrukcija bavili su se mnogobrojni stručnjaci, graditelji, izumitelji, od kojih su najpoznatiji → Faust Vrančić (sv. 1), koji je u svojem djelu Novi strojevi (Machinae novae) tiskanom u Veneciji 1615. prikazao niz tehničkih izuma, te matematičar, geodet, astronom i filozof → Ruđer Bošković koji je 1742. sudjelovao u pisanju rasprave o pojavi pukotina na kupoli bazilike sv. Petra u Rimu, prve kojom se matematičkim metodama pokušalo objasniti ponašanje građevne konstrukcije. Nastavna djelatnost te znanstveno ispitivanje građevnih elemenata i konstrukcija u Hrvatskoj započeli su osnivanjem Tehničke visoke škole u Zagrebu 1919 (→ Tehnički fakultet u Zagrebu; sv. 4), gdje je 1920. osnovan Zavod za gradiva. Osnivač i prvi predstojnik Zavoda bio je redoviti profesor Škole → Stjepan Prokofjevič Timošenko (sv. 1), koji se posvetio utemeljenju i organizaciji Zavoda te nabavi strojeva i uređenju njegova laboratorija.

Od njegova osnutka do danas, djelatnost Laboratorija za ispitivanje konstrukcija vezana je uz aktivni znanstveno-istraživački i nastavni rad, te suradnju s gospodarstvom u izradbi niza visokostručnih zadataka. U sklopu tih djelatnosti se neprekidno obavljaju radovi na ispitivanju i istraživanju materijala, konstrukcija i njihovih elemenata kao i modela konstrukcija. Provode se istraživanja mehaničkih karakteristika materijala koji se rabe u graditeljstvu: čvrstoća (tlak, vlak, savijanje, posmik), modul elastičnosti, modul posmika, Poissonov koeficijent i dr. Provode se ispitivanja žilavosti, tvrdoće i zamora materijala, te istraživanja na materijalima izloženima višesmjernim stanjima naprezanja. Eksperimentalno se određuju ugrađena i zaostala naprezanja i deformacije u materijalima i elementima konstrukcija te reološke promjene pri puzanju i skupljanju materijala. Velik dio djelatnosti Laboratorija pripada ispitivanju konstrukcija pri utjecaju statičkih i dinamičkih opterećenja, u vidu kratkotrajnih mjerenja i sustava monitoringa na konstrukcijama.

Godine 1922. za predstojnika Zavoda za gradiva izabran je → Konstantin Čališev koji je tu dužnost obnašao sve do 1959. U Zavodu se sustavno pratio razvoj novih postupaka ispitivanja te su primjerice uvedeni primjena elektrootpornih tenzometara 1949 (uz izradbu vlastitih tenzometara od 1953), metoda krhkih lakova za mjerenje deformacija 1953., modelska ispitivanja i mehaničke analogije te dinamička ispitivanja konstrukcija 1954., metoda fotoelastičnosti 1964., ispitivanja ultrazvukom i sklerometrom 1965., i dr.

Podjelom Tehničkoga fakulteta na samostalne fakultete 1956., Zavod za ispitivanje gradiva djelovao je kao dio Građevinskog odsjeka Arhitektonsko-građevinsko-geodetskog fakulteta (od 1962. → Građevinski fakultet u Zagrebu), te su se u okviru Katedre za tehničku mehaniku provodili programi kolegija Mehanika, Otpornost materijala, Teorija elastičnosti, Ispitivanje materijala i konstrukcija te Dinamika konstrukcija, dok je Građevna statika pripadala Katedri za građevnu statiku i betonske konstrukcije. Godine 1974. ukinute su katedre, a zavodi su postali osnovnim jedinicama, te je ustrojen Zavod za tehničku mehaniku i ispitivanje materijala i konstrukcija. Udruživanjem s → Institutom građevinarstva Hrvatske u Građevinski institut 1977. Fakultet se reorganizirao, a Zavod je smanjio opseg djelatnosti (ispitivanje materijala preuzima Zavod za betonske i zidane konstrukcije) te promijenio naziv u Zavod za tehničku mehaniku. I nakon ponovnoga osamostaljenja Fakulteta 1991. temeljne djelatnosti Zavoda ostaju tehnička mehanika i ispitivanje konstrukcija, dok se ispitivanjem materijala bavi Zavod za materijale.













Istaknuti sveučilišni nastavnici i znanstvenici koji su u proteklom stogodišnjem razdoblju djelovali u području ispitivanja konstrukcija na fakultetima bili su u Zagrebu S. P. Timošenko, K. Čališev, → Zlatko Kostrenčić, → Aleksandar Kiričenko, → Vice Šimić, Krešimir Herman, Želimir Šimunić, Ljudevit Herceg, Mladenko Rak i Joško Krolo; u Splitu Pavle Marović; u Osijeku Vladimir Sigmund; u Rijeci M. Rak, a u Institutu građevinarstva Hrvatske Viktor Steinman, → Dražen Aničić, → Mihaela Zamolo i Dragan Morić. Danas se nastava iz područja ispitivanja konstrukcija na diplomskom studiju Građevinskoga fakulteta u Zagrebu održava u okviru kolegija Ispitivanje konstrukcija (D. Damjanović, M. Bartolac) i Eksperimentalne metode 1 (D. Damjanović). Nastava iz tog područja odvija se i na sveučilištima u Osijeku (od 1987. A. Kiričenko, danas I. Guljaš), Rijeci (od 1998. M. Rak, danas I. Štimac Grandić) i Splitu (od 2001. P. Marović, danas M. Galić i V. Divić), u početku znatnim dijelom uz suradnju s Građevinskim fakultetom u Zagrebu, a potom uz vlastite nastavnike.