Poškození běžné betonové desky od výbuchu. Zdroj: Tecnicall, ČVUT

Extrémní výzkum betonu

Ochranný systém metra byl primárně navržen pro účely ochrany obyvatelstva v případě jaderného útoku.

S betonem se setkáváme každý den a fakticky je nedílnou součástí našeho života. Nastávají však i takové situace, kdy náš život na betonu a zvláště na jeho kvalitě skutečně závisí. Současná doba je plná takových situací – dopravních nehod, požárů nebo dokonce útoků za použití trhavin. Sice jsou co do počtu ve srovnání s každodenním životem zanedbatelné, ale ve svém důsledku mnohdy velmi významné, ať již se jedná o národní ekonomiku nebo národní bezpečnost. Proto se těmito extrémními situacemi na Katedře betonových a zděných konstrukcí také zabýváme.

Odolnost proti výbuchu
Betonové konstrukce jsou vystavovány explozím v různých situacích, přičemž většina případů není nutně doprovázena zmínkou o velikosti boha. Jedná se zejména o dopravní nehody, poruchy dopravních prostředků, poškození výrobních technologií, přehřátí tlakových nádob a podobně. Je samozřejmé, že čím je tloušťka betonových stěn a desek větší, tím jsou tyto konstrukční prvky odolnější vůči účinku exploze, přesně v duchu tradice předválečných bunkrů a pevností v českém pohraničí. Jenže současný trend v navrhování betonových konstrukcí je přesně opačný, kdy se klade důraz na minimální spotřebu materiálu, a tedy na co nejmenší tloušťku prvků. Pak je tedy třeba ověřovat jejich odolnost a případně stanovit, za jakých podmínek lze daný konstrukční prvek použít jako bezpečný kryt. Zejména se zjišťuje způsob poškození, kdy je patrné, že i při použití vláknobetonu, který má vyšší houževnatost, mohou být vlivem exploze z povrchu betonového prvku vymrštěny na bezpečné straně životu nebezpečné úlomky. Z toho plyne pro běžného občana ponaučení, že není vhodné se před možným výbuchem schovávat hned za tenké betonové stěny, přičemž pro vojáka je toto ponaučení nadrilovaná samozřejmost.

Odolnost proti požáru
Požár lze obecně považovat za nejběžnější extrémní situaci, a jako takový je brán v potaz při návrhu konstrukcí, je tedy uvažován vždy. Zajímavé je srovnání přístupu k návrhu finančně nákladných požárních úseků v Evropě a ve Spojených státech amerických. V USA je návrh množství úseků a jejich zabezpečení otázkou výše pojištění, tedy se zvažuje cena pořízení objektu versus cena za využívání objektu. V Evropě toto dilema ani nenastane, protože protipožární opatření jsou v podstatě přikázána. Nicméně ať už jsme kdekoliv, je vždy nutné zaručit nosnou funkci betonových prvků během požáru po nezbytně dlouhou dobu, většinou definovanou možností evakuace objektu. Vedle numerických simulací je požární odolnost betonových prvků ověřována i ve speciálních zkušebních pecích, ve kterých jsou účinkům ohně vystavovány celé budovy nebo jejich části. Během požáru dochází k odštěpení povrchové vrstvy betonu, a třeba i k následnému odkrytí výztuže, přičemž odštěpení je způsobeno tlakem páry vzniklé z volné vody v ohřátém betonu. V případě zásahu hasičů bývá toto dílo zkázy dokonáno prudkým zchlazením žhavého povrchu betonu, který na náhlou teplotní změnu reaguje obdobně jako sklo, tedy že popraská ještě víc.

Betony pro ochranný systém metra
Pražské metro, které denně přepraví víc než milion cestujících, vedle funkce dopravní plní také funkci krytu civilní obrany pro případ ohrožení, odborně nazývanou ochranný systém metra. I když byl primárně navržen pro účely ochrany obyvatelstva v případě jaderného útoku, skutečným křtem prošel během povodní v roce 2002. Ačkoliv je tento systém ze zákona udržován ve stavu, aby mohl být do 24 hodin plně zprovozněn, během povodní bylo zjištěno mnoho skrytých závad, které vedly až k zatopení velké části tohoto systému. Pracovníci naší katedry se podílejí na rekonstrukci či úpravách jednotlivých kritických detailů zaručujících naprosté utěsnění. Za extrém lze v tomto případě považovat pracovní podmínky, kdy je možné v tunelu během jedné směny pracovat pouhé dvě hodiny, a to v noci, kdy je zde vypnuto napájení kolejí. Vzhledem k tomu, že samotný beton běžně potřebuje zhruba dvě hodiny pro ztvrdnutí, je času na přípravy bednění, výztuže a samotnou betonáž opravdu málo. Proto jsou postupy jednotlivých oprav nacvičovány v laboratoři tak, aby vycvičený tým byl schopen v takto extrémně krátkém časovém intervalu a ve stísněném prostoru provést přesně všechny úkony a zaručit tak dlouhodobou funkčnost zabudovaných prvků.

Železniční betonové pražce
Železniční pražce plní v koleji dvě základní funkce, a to že podepírají kolejnice a zároveň mezi nimi udržují přesně předepsanou vzdálenost. Právě velká požadovaná přesnost rozchodu kolejí a jejich náklonu dělá z návrhu a výroby pražce extrémní inženýrství. Přípustná tolerance rozchodu, který je v současné době 1435 mm, je totiž pouhý jeden milimetr. Pražce se vyrábějí v jednodenním výrobním cyklu, hotové se vyndávají z forem po pouhých patnácti hodinách od zabetonování. Zbylý čas výrobního cyklu je využit na čištění a opětovné osazování forem. Samotné brzké odbednění je nevhodné pro nerušený nárůst pevnosti pražce. Avšak podstatně větší vliv na konečný tvar pražce má předpětí ekvivalentní síle až 50 tun, které se do pražce vnáší ihned po odformování. Okamžitou deformaci pražce po vnesení tak obrovské předpínací síly a následný průběh smršťování a dotvarování je nutné předem důkladně analyzovat, protože pražce se vyrábějí ve velkých množstvích najednou, takže investice do výrobní linky s mnoha špatně navrženými formami by byla v důsledku zcela znehodnocena. Jedinou záchranou pro větší než přípustný rozchod chybového pražce by snad mohla být skutečnost, že od roku 2021 bude rozchod nově budovaných kolejí v Evropě o dva milimetry větší, tedy 1437 mm.

autor: doc. Ing. Petr Štemberk, Ph.D.

Publikováno v magazínu ČVUT Tecnicall 2/2017

Týden na ITBiz: Umělá inteligence jako nadřízený

Vedou agilní metody vývoje k vyhoření programátorů? Jepičí život firem po ICO. Kdo koho koupil. …

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close