V experimentálním centru DERIC v Brně byla uvedena do provozu vakuová komora, která slibuje významný pokrok v testování stavebních konstrukcí. Tato komora byla navržena s cílem simulovat dynamické účinky větru na stavební konstrukce a má potenciál nám pomoci ověřit, zda systémy střech a fasád splňují technické a legislativní nároky na odolnost vůči působení větru. Ve světě existuje jen několik podobných zařízení. Domníváme se, že žádné z nich však neumožňuje tak široké spektrum testování konstrukcí.
1 Co nás vedlo k vývoji tohoto zařízení?
Vzhledem k rostoucímu výskytu extrémních klimatických jevů jsou střešní a fasádní konstrukce vystaveny zatížením, která se blíží, nebo dokonce přesahují normové návrhové hodnoty. Opakované větrné poryvy způsobují dynamické tlakové namáhání, což může vést k únavě materiálu a následnému selhání konstrukcí.
V oddělení výzkumu a vývoje (DERIC) specializovaného střediska Ateliéru DEK dlouhé roky zrál záměr sestrojit zkušební zařízení, která by pomohla na jedné straně porozumět mechanismu působení těchto klimatických jevů na stavební konstrukce a na druhé straně měřit a porovnávat odolnost různých stavebních konstrukcí a materiálů vůči těmto vlivům.
Podrobněji je o problematice namáhání konstrukcí větrem a motivaci k sestrojení zkušebních zařízení pojednáno v prvním díle této série článků.
2 Vakuová komora
Konstrukce komory se skládá ze sedmi segmentů, které jsou vzájemně propojeny těsněním, aby byla zajištěna její vzduchotěsnost. Díky tomu lze vytvářet v komoře cyklický podtlak nebo přetlak, přičemž tlakové změny jsou řízeny a zaznamenávány pomocí speciálního softwaru.
V komoře je možné vytvořit cyklicky podtlak nebo přetlak až cca 14 kPa. Důležitým prvkem zařízení jsou speciálně pro tento účel vyvinuté klapky, které umožňují realizovat takto velké změny tlaku v řádu desetin sekund. Tím je možné se přiblížit charakteru reálných poryvů větru, což je pro tento typ měření klíčové.
Díky integrovanému zvedacímu zařízení lze komoru otočit do šikmé, nebo vertikální polohy, což rozšiřuje možnosti pro instalaci různých typů zkoušek.
3 WIND UPLIFT test
Hlavní motivací pro vývoj vakuové komory byla potřeba provádět tzv. WIND UPLIFT test, definovaný v [1], který se zaměřuje především na zkoušení systémů s mechanicky kotvenými povlakovými fóliovými hydroizolacemi v reálném měřítku. Vakuová komora při zkoušce vytváří definovaný podtlak na střešní fólii, čímž simuluje poryvy větru.
Testování probíhá tak, že se v komoře nad vzorkem střechy postupně zvyšuje podtlak, dokud nedojde k defektu některé části střešního systému. Ukázky různých typů porušení vzorku jsou na obr. 6 a 7.
Při běžném zkoušení může trvat zkouška i několik dní. Metodika zkoušky je podrobněji rozebrána v předchozím článku.
Výsledky těchto testů jsou cenné zejména pro:
Ověření kvality materiálů a instalace: Test ověří nejen únosnost kotev v definovaném typu podkladu, kvalitu použité fóliové hydroizolace, ale také správnost postupu jejich instalace. Test tak odhaluje důležité informace o kvalitě celých hydroizolačních systémů i jednotlivých komponent, což umožňuje výrobcům zdokonalovat své produkty.
Zajištění bezpečnosti a prevence poškození: Selhání střešního systému v důsledku silného větru může vést k rozsáhlým škodám na budově a majetku a v extrémních případech i ke ztrátám na lidských životech. Správný návrh a instalace vytváří předpoklad, že střecha odolá extrémním povětrnostním podmínkám, což zvyšuje bezpečnost budovy a lidí uvnitř a v jejím okolí.
Optimalizace konstrukce: Výsledky testu mohou pomoci konstruktérům a projektantům optimalizovat návrh mechanického kotvení, aby byla střecha nejen bezpečná, ale i ekonomicky efektivní. Konkrétní ekonomický přínos výsledků zkoušek je zdokumentován na reálném příkladu ploché střechy v dřívějším článku v časopisu DEKTIME.
Princip zkoušky WIND UPLIFT test lze s různými modifikacemi přiměřeně využít i pro další typy střešních konstrukcí. Aktuálně chystanou zkouškou je zátěžový test systému fotovoltaických panelů integrovaných do skládané střešní krytiny, tzv. systém DEKSOLAR INTEGRA, viz obr. 8, instalovaný do zkušební komory, viz obr. 9.
Popsaným způsobem mohou být testovány nejen střešní systémy. Vzhledem k výše zmíněné možnosti polohování komory lze testovat i vertikální stavební prvky, což rozšiřuje možnosti využití vakuové komory na fasádní systémy. Touto variabilitou zařízení nabízí velký zkušební potenciál.
4 Vize a cíle
Testování ve vakuové komoře představuje pouze část rozsáhlejšího komplexního výzkumného programu, jehož součástí je i vývoj větrného tunelu, který nabídne další možnosti simulace povětrnostních vlivů. Zároveň již probíhají pilotní testy v klimatickém víceosém dynamickém zkušebním zařízení, které je další klíčovou součástí celého zkušebního ekosystému.
Podrobnosti o těchto dalších zařízeních a aktuálně prováděných testech budou zveřejněny v dalších dílech 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.
Aplikace
