Zesilování stavebních konstrukcí

Existuje řada způsobů dodatečného zesilování nosných konstrukcí staveb, které je nutno provést při poškození nebo při zvýšeném zatížení stavby, při změně účelu stavby nebo při odstranění chyb při projektování. Jednou z možností je využití zesilovacího systému vysoko-pevnostních uhlíkových lamel a uhlíkových tkanin.
Jedná se o jedinečnou metodu strukturálního zesilování konstrukcí pomocídodatečně externě lepené výztuže lamel z uhlíkových vláken. Tato technologie významně zpěvňuje statiku stávající konstrukce, nebo poskytuje řešení, jak tuto stavbu ochránit či uchovat.

Uhlíkové lamely

Uhlíkové lamely (příp. uhlíkové tkaniny), přesněji uhlíkovo-vláknité lamely se používají jako dodatečná externí lepená tahová výztuž. Tvoří je jednosměrná uhlíková vlákna laminovaná s minimálním obsahem vláken 68%. Vlákna jsou pečlivě seřazená a spojená, speciální syntetickou za tepla tuhnoucí pryskyřicí. Toto složení poskytuje skvělou životnost a odolnost proti povětrnostním vlivům a korozi.

Díky své vysoké pevnosti v tahu ve směru vláken a odolnosti proti únavě byly lamely speciálně navrženy pro zesilování nosných konstrukcí staveb. Použití je opravdu široké, neboť kompozitní materiály a z nich vycházející systémy výztuže se v pozemním stavitelství používají převážně na stávajících železobetonových, ocelových, zděných či dokonce dřevěných konstrukcích, eventuelně do drážek v konstrukci. Technologie uhlíkových materiálů vytváří řešení, jak posílit podlahy, stěny, nosníky, sloupy a jiné stavební prvky, které jsou narušené chátráním, nadměrným zatížením nebo nadbytečným průhybem.

Potřeba zesílení konstrukce / navýšení kapacity zatížení (zvýšení nosnosti) může vzniknout z důvodu zhoršení stavu konstrukce, poničení stavebních prvků, kvůli projektovým chybám, změně užívání stavby, z důvodů seizmického namáhání či změn v předpisech atd. Při správném použití těchto výztužných prvků lze dosáhnout zvýšení pevnosti a zatížitelnosti, omezení vzniku trhlin a celkové spolehlivosti konstrukce.

Kdy je potřeba uhlíkové lamely použít?

  • zvýšení užitného zatížení – změna účelu nebo užití konstrukce
  • pro zesilování v ohybu staticky nebo dynamicky zatížených konstrukcí
  • oprava poškozených nosných prvků (havárie, stárnutí konstrukce, koroze ocelové výztuže a předpínacích kabelů, trhliny)
  • oslabení konstrukce vlivem nových prostupů
  • konstrukční chyba – při opravě chyby v návrhu nebo provádění
  • náhodné nebo mimořádné zatížení
  • prodloužení požadované životnosti
  • zvýšení agresivity prostředí oproti projektu
  • změna statického systému (snížení počtu podpěr, zesílení dodatečně vybouraných nebo vyřezaných otvorů vodorovných i svislých konstrukcích, vybourání stěn)
  • změna norem
  • při velkých nárocích na rychlost provedení
  • při nemožnosti zřídit podpěrné konstrukce

Kde je můžeme užít:

  • posílení železobetonových, kovových, zděných či dřevěných konstrukcí
  • betonových nosníků, sloupů, stožárů, plošných konstrukcí, mostovek, zdí, propustí a štol
  • zvýšení ohybové pevnosti u trámů a desek
  • omezení vzniku smykových trhlin
  • obalením sloupů zajišťují ztužení a zvýšení prostorové tuhosti konstrukce
  • sila, komíny, věže
  • mosty
  • obytné budovy
  • parkovací domy
  • zesilování stropních konstrukcí, zlepšení užitných vlastností (snížení průhybu, zvýšení světlosti průřezu)

Výhody materiálu

  • nízká hmotnost oproti ocelovým deskám umožňuje snadnou manipulaci, rychlá a jednoduchá montáž, minimální aplikační tloušťka
  • možnost užít na svislých stěnách i na spodní stranu stropních konstrukcí
  • nevyžaduje podpěry
  • umožňuje křížení lamel
  • vysoká pevnost v poměru k váze, různé pevnosti a moduly pružnosti
  • odolnost proti únavě
  • nekoroduje, dlouhodobě ověřená životnost a minimální údržba
  • libovolná délka (dlouhé stavební dílce)
  • lze se vyhnout bourání příček, lamela se jednoduše protáhne otvorem vysekaným ve zdivu
  • použití ve stísněných prostorách

Toma Otrokovice


Výhodou je i možnost povrchových úprav lamely. Posyp křemičitým pískem ulehčuje následnou aplikaci omítkových systémů. Aplikuje se spolu s velmi kvalitním epoxidovým lepidlem v tahové nebo smykové části konstrukce. Podklad pro nalepení lamel musí být rovný, pevný, bez volných částí, nečistot a vlhkosti. Nejvhodnější úpravou povrchu je pemrlování, otryskání pískem nebo obroušení nesoudržných vrstev.

Určující pro použitý typ lamel je především průřez a modul pružnosti (např. CFRP - Carbon Fiber Reinforced Polymer) / CFK - Carbon-Faser-Kunststoff). Lamely jsou vyráběny ve dvou tloušťkách 1,2mm a 1,4mm, v různých šířkách a čtyřech modulech pružnosti.

Fyzikální a mechanické parametry:

Charakteristické vlastnosti suchých vláken

  • pevnost v tahu 3 790 MPa
  • modul pružnosti v tahu 231 GPa
  • maximální tahové přetvoření 1,5%
  • hustota 1,81g/cm3
  • objemový obsah vláken 68%

Charakteristické vlastnosti vytvrzeného kompozitu

  • tahová pevnost 2 250 MPa
  • modul pružnosti v tahu 155; 165; 170; 200 GPa
  • maximální tahové přetvoření 1,3 %
  • tahová pevnost normalizovaná tloušťkou 3150 MPa/mm
  • modul pružnosti normalizovaný tloušťkou 217 GPa/mm tloušťka 1,4 mm
  • Dle ASTM D-3039, pro navrhování se používá hodnota 85% pevnosti v tahu a modulu pružnosti

Zajímavosti

Věděli jste, že v jedné lamele je asi 1,2 miliónu vláken? Samotná vlákna jsou tak malá, že nejsou pouhým okem viditelná. Po impregnaci v pryskyřicové lázni a tažením silou, následuje lisování, po kterém se lamely nechají ztuhnout a zakalit v peci. Proto jsou jejich vlastnosti tak výjimečné.

O možnostech použití výztužného systému rozhoduje odpovědný projektant, který zpracovává statistický výpočet.
Možnosti zesilování nosnosti konstrukcí v pozemním stavitelství pomocí kompozitních materiálů jsou mezi odbornou veřejností již delší dobu známy, o čemž svědčí řada úspěšně zesílených průmyslových a občanských staveb, ale také mostních konstrukcí. Z různých metod dodatečného zesilování nosných prvků jsou nejbližším konkurentem zesilování lamely ocelové, které ovšem nedosahují stejných kvalit jako lamely uhlíkové.
Kvalita materiálů je prověřena jejich dlouholetým používáním v oblasti stavitelství a uhlíkové lamely se stále více a více využívají.

dot