murr Schunk

Formule pro bombovzdorný beton

Nové železobetonové budovy budou moci být lépe chráněny před hrozbou bombových útoků. Týmu výzkumných pracovníků z Fraunhoferova institutu se podařilo vytvořit unikátní vzorec, který umožňuje rychle vypočítat požadovanou tloušťku betonu, aby byl schopen odolat extrémním tlakům při explozích či zemětřesení. Stavební materiál připravený s využitím nových poznatků se uplatní mj. v budově One World Trade Center na Ground Zero.  

 

Při zemětřesení a výbuších vznikají velké síly. V těsné blízkosti exploze bomby v automobilu působí napětí v rozsahu několika tisíc megapascalů, ale i v delších vzdálenostech od detonace může ještě dojít k tlakovému zatížení několik set kilopascalů. Pro srovnání: tlak vzduchu v pneumatice kola je asi tři bary, což odpovídá asi 300 kPa. „Pro lidi je při detonaci ve větší vzdálenosti od výbuchu působení tlakové vlny méně nebezpečné. K tomu je naše tělo uzpůsobeno poměrně dobře. Větší a nebezpečnější hrozbou jsou odletující úlomky. To je totiž přesně to, co se stane po výbuchu s běžným železobetonem při tlakové vlně výbuchu: Je tak křehký, že se roztrhá, a některé individuální kusy nekontrolovaně letí vzduchem, "vysvětluje Dr. Alexander Stolz z oddělení bezpečnostní techniky a strukturální ochrany Fraunhoferova ústavu pro vysokorychlostní dynamiku Institutu Ernsta Macha (EMI) ve Freiburgu.

Beton, který výbuch nerozbije
Společnost Ducon Europe GmbH & Co KG vyvinula beton, jež pod takovou zátěží nepraská, ale pouze se deformuje. Umožňuje to speciální směs velmi odolného vysoce pevného betonu a jemné síťoviny z ocelové mřížky. EMI spolupracuje s ředitelem zmíněné firmy Dr. Stephenem Hauserem už několik let při optimalizaci této své patentované inovace. Výzkumní pracovníci jsou zodpovědní zejména za dynamické kvalifikační zkoušky materiálu při neobvyklém zatížení. To zahrnuje mj. i speciální nástroje pro charakteristiku materiálu a pro výpočet vlastností konstrukce. Vědci identifikovali matematický vzorec, který umožňuje pro každý jednotlivý požadavek, snadno a rychle určit tloušťku nového typu betonu. „Dosud se to provádělo na základě zkušeností ze srovnatelných hodnot. Nyní můžeme použít obecný algoritmus", konstatuje Dr. Stolz. Výpočtová formule je také vhodná pro zemětřesení a výbuchy.
Vzorec vznikl v sérii experimentů s novou proudovou trubicí v laboratořích výzkumného střediska v Efringenu. „Můžeme simulovat exploze s různou výbušnou silou - 100-2500 kg TNT v intervalech 35 až 50 m před budovami. A testy jsou k dispozici dokonce bez výbušnin," doplňuje Dr. Stolz. Princip: Tlaková trubice se skládá z kompresní a expanzní části, oddělené ocelovou membránou. V kompresní části mohou vědci stlačovat vzduch do 30 barů, což zvyšuje tlak vzduchu na 30násobek. Poté, co je nastaven tlak, je ocelová membrána proražena a vzduch uniká náhle, prochází expanzní části a naráží ve formě rovinné rázové vlny na betonový díl, připojený ke konci rázové trubice. „U běžných betonových potrubních dílů se materiál vytrhnul a stěna se zhroutila téměř okamžitě. V případě tvárné varianty betonu, koncipované tak, aby expandovala, se díl pouze deformuje. Žádná suť, stavební materiály zůstaly uzavřené v sobě," říká Dr. Stolz. Vzhledem k jeho tvárným vlastnostem je struktura tzv. duktilního betonu mnohem jemnější a materiál je zároveň odolnější než u konvenčního železobetonu. To dovoluje používat tenčí prvky. Jako pravidlo platí: stejná síla při poloviční tloušťce.

Bezpečí pro nový mrakodrap
Nová receptura umožňuje rychlou konstrukci prvků z tvárného betonu. Vysoká nosnost a tažný potenciál materiálu, prověřené zkušenostmi a poznatky o jeho možnostech získanými v průběhu let a konečně znalost stresových limitů materiálu pod vysokým zatížením, umožnili získat povolení k použití bezpečnostního betonu pro nový objekt One World Trade Center v New Yorku. Mrakodrap roste na jižním cípu Manhattanu na stejném místě, kde 11. září 2001 útok teroristů zničil dvě věže Světového obchodního centra. Se svými 541,30 m je nejvyšší budovou ve Spojených státech a třetí nejvyšší na světě. Budova stojí na 20podlažním výbuchuvzdorném základu, který dosahuje hloubky až 60 m. Uvnitř budovy je bezpečnostní beton použit na konkrétních, zvlášť kritických místech v celkové ploše několika tisíc m2. „Pomocí našich vzorců jsou teď přesně vypočteny bezpečnostní požadavky na tloušťku betonu pro takovouto speciální budovu," říká Dr. Stolz.

Bombovzdorný beton z města Beatles
Na obdobném řešení odolných zdí pracují I výzkumníci z britské University of Liverpool, kteří vyvinuli vlastní verzi explozivzdorného betonu. Tajemství jeho pozoruhodných parametrů tkví ve větším obsahu cementu a menším množství použité vody, než u běžného betonu, ve spojení s nejjemnějším křemičitým pískem a několika dalšími přísadami. A to především s krátkými úzkými ocelovými vlákny, které výsledný materiál výrazně zesilují a dávají mu 10násobně větší sílu v tahu, než  jakou disponuje běžný železobeton. Kromě konstrukcí odolných budov najde novinka využití např. i v bombovzdorných odpadkových koších apod.
 

 
Publikováno: 27. 12. 2014 | Počet zobrazení: 1550 článek mě zaujal 339
Zaujal Vás tento článek?
Ano