1. Multiaxiální dynamické zkoušky v kontextu stavebního výzkumu
V reálných podmínkách jsou stavební konstrukce vystaveny složitým kombinacím zatížení, která působí v různých směrech současně. Například šikmé střechy čelí nejen gravitačnímu zatížení od vlastní hmotnosti, hmotnosti krytiny a sněhu, ale také sacím a tlakovým účinkům větru působícím pod různými úhly. Fasádní systémy jsou vystaveny kombinaci bočního větru, teplotních dilatací a zatížení od vlastní hmotnosti. U nášlapné vrstvy pojížděné podlahy v garáži se střídavě uplatňují síly od kol vozidel v různých směrech. Proto má smysl vyvíjet testovací zařízení, které umožňuje simulovat víceosé namáhání, aby bylo možné přesněji ověřit skutečnou odolnost a chování stavebních prvků v podmínkách co nejblíže připomínajících realitu.
Důležitým vlivem působícím na stavební konstrukce je také teplota. Proto bylo zařízení navrženo jako klimatická komora s možností regulace teploty, aby bylo při zkouškách možné simulovat různé teplotní podmínky.
2. Atributy zkušebního zařízení
Zkušební zařízení umožňuje v základním nastavení testovat dynamické namáhání ve svislé i vodorovné rovině. Toho je dosaženo kombinací posuvného nosníku ve svislém směru a posuvného stolu ve vodorovném směru. Zkušební zařízení je však uzpůsobeno k zatěžování ve všech možných směrech.
Zařízení bylo zkonstruováno s těmito klíčovými vlastnostmi:
Nezávislé pohony ve dvou osách - pneumatické pohony a jeden elektrický pohon v každé ose, přičemž lze využít libovolnou kombinaci pohonů.
Možnost testování vzorků délky až 4m - lze testovat vzorky stavebních konstrukcí v reálném měřítku.
Maximální rychlost pohybu až 2 m/s.
Jednorázové i cyklické zatěžování.
Možnost testování v rozsahu teplot od -15 °C až do 40 °C.
Základní možnosti pohybu stroje lze shlédnout v ilustrativním videu.
3. Příklady realizovaných zkoušek
Díky unikátní konstrukci lze v tomto zařízení testovat různé stavební systémy a materiály za podmínek, které odpovídají reálným klimatickým vlivům. Mezi plánované oblasti využití patří:
Testování střešních konstrukcí - simulace zatížení od krytiny, větru a dynamického namáhání.
Zkoušky fasádních prvků - testování mechanické odolnosti vůči dynamickým silám u kontaktních fasádních systémů a systémů větraných fasád.
Zkoušky stavebních materiálů - testování mechanických vlastností m.j. tepelněizolačních materiálů.
Zkoušky kotvicích a spojovacích prvků a systémů - testování odolnosti kotev, lepených spojů a upevňovacích systémů.
Testování odolnosti povrchových úprav stavebních konstrukcí.
Testování prototypů výrobků nově vyvíjených ve firmách koncernu DEK.
Záměrem využití potenciálu popsaného zkušebního zařízení je testování materiálů a konstrukcí při takových namáhánch, která budou co nejvěrněji vystihovat podmínky zabudování a expozice ve stavbě. Bude možné využít metodiky testování popsané v existujících technických normách a směrnicích, v některých oblastech ale již přistupujeme k definování vlastních postupů zkoušek na základě dlouhodobého pozorování chování reálných konstrukcí. Například vedle jednorázové zkoušky namáhání střešních kotev tahem (metodika zkoušky „washer pull-through test“ vychází z dokumentu [5]) provádíme obdobnou zkoušku formou únavového testu se zatížením působícím řádově ve stovkách cyklů (viz. obr. 3, 4, 5).
Pro některé specifické výrobky a systémy není k dispozici odpovídající zkušební metodika. Například u hydroizolačního souvrství Dualdek pro spodní stavbu a střechy jsme chtěli otestovat mechanickou odolnost a vzájemné působení jednotlivých vrstev (PVC-P fólie + drenážní vložka ze smyčkové rohože) v podmínkách stavby. Souvrství jsme vystavili jak působení prostého tlaku, tak otěru za současného působení tlaku (viz. obr. 6, 7, 8). Získané poznatky nám usnadní správnou volbu materiálů pro tento hydroizolační systém a zároveň cenný soubor informací pro jeho navrhování.
Univerzálnost testovacího zařízení nám nabízí možnosti pro flexibilní testování prototypů nově vyvíjených výrobků. Jedním z produktů nově zaváděných do sortimentu Stavebnin DEK je kotevní bod určený k fixaci nejrůznějšího příslušenství a vrstev na ploché a šikmé střechy s fóliovou hydroizolací (FVE panely, vrstvy vegetačních střech atd.). Široké spektrum typů předpokládaných instalací a variabilního příslušenství si vyžádá široké spektrum zkoušek. Na základě výsledků testů potom validujeme statické výpočtové modely (viz obr. 9, 10, 11).
4. Perspektivy dalšího vývoje
Multiaxiální zkušební zařízení představuje klíčovou součást našeho komplexního zkušebního systému. Pro definování podmínek a zatěžovacích stavů při testování jednotlivých konstrukcí v budoucnu uplatníme mj. experimentální data, která získáme z testování účinků zatížení větrem v aerodynamickém tunelu. Ten blíže představíme v závěrečném dílu této série článků.
Zařízení popisované v článku bylo vyvíjeno ve spolupráci s firmou
v rámci operačního programu Podnikání a inovace pro konkurenceschopnost, programu APLIKACE s názvem DEK FUTURE BUILDING CZ.01.1.02/0.0/0.0/17_176/0015727.
Literatura a podklady
[1] ČSN EN 16002 Hydroizolační pásy a fólie - Stanovení odolnosti proti zatížení větrem mechanicky kotvených pásů a fólií pro hydroizolaci střech. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2019.
[2] Katalog DEK Stavebniny. https://www.dek.cz/pobocka-brno/obsah/technicka-podpora/katalog [online].
[3] Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 1-4: Obecná zatížení – Zatížení větrem.
[4] ETAG 006. European organisation for technical approvals (EOTA). Brussels, 2000, český překlad 62 s.
[5] EAD 030351-00-0402 SYSTEMS OF MECHANICALLY FASTENED FLEXIBLE ROOF WATERPROOFING SHEETS – February 2019
Aplikace
