Projekty a granty

Stanovení deformačních a pevnostních charakteristik konstrukcí ze slaměných balíků.

SP2012/185

Projekt je zaměřen na ověření možnosti využití slaměných balíků jako materiálu pro nosné stěnové stavební konstrukce z hlediska deformačních a pevnostních parametrů. Slaměné balíky se ve stavebnictví využívají jako výplňový a tepelně izolační materiál. Mohou být ale použity i jako nosná stěnová konstrukce viz. [1] a [2]. Pro stavbu nosných stěn se slaměné balíky používají jako klasický kusový stavební materiál, který se vyztužuje kleštinovým věncem v úrovni stropu. Ten umožňuje vnesení primární deformace pomocí předpínacích pásů nebo armování. Smykové spolupůsobení jednotlivých balíků je dále zajištěno pomocí kolíků, které propojují jednotlivé slaměné balíky v celé ploše nosné stěny. Při projektování a výstavbě ze slaměných balíků se v současné době využívá pouze empirických zkušeností a znalostí zejména ze zahraničních realizací. Požadavky na mechanicko-fyzikální vlastnosti slaměných balíků jsou zohledněny pouze doporučenou objemovou hmotností, kterou by měl slaměný balík určený pro nosnou stěnu mít. Stanovením materiálových a deformačních charakteristik slaměných balíků využitelných pro nosné stěnové konstrukce bude možno optimalizovat návrh těchto konstrukcí. Ověří se také výsledky výzkumu pevnostních vlastností slaměných balíků, prováděných v zahraničí [1]. Ty uvádí nosnost slaměného balíku mezi 10 až 20 kPa ([2]) při stlačení 1.25 %. [1] dále uvádí zhruba lineární závislost mezi napětím a přetvořením. Výsledky měření vzorků slaměných balíků v laboratoři budou využity pro numerickou inverzní analýzu konstrukce nosné stěny. Následně budou porovnány výsledky numerické analýzy s experimentálním měřením deformací reálného vzorku slaměné stěny při zatížení. Experimentální měření bude provedeno na zatěžovací lavici Fakulty stavební. Inovativnost projektu Zajímavé z hlediska numerického modelování slaměné nosné stěny, je zejména ověření závislosti deformace na zatížení a porovnání těchto hodnot s hodnotami deformací reálného vzorku. Dále získání hodnot pevnosti (či obdobného parametru) důležitého pro návrh konstrukcí ze slaměných balíků. Metodika 1) Stanovení deformačních a pevnostních charakteristik slaměných balíků: Výzkum se v první etapě zaměří na získání parametrů základního skladebného prvku – slaměného balíku o rozměrech cca. 60 x 50 x 35 cm. Balíky slámy budou namáhány tlakem v hydraulickém lisu (typu EU 100). Na základě zkoušek bude vyhotoven pracovní diagram. Budou zkoumány 4 alternativy v závislosti na hustotě slámového balíku. Pro každou hustotu bude zvoleno 10 vzorků. Pro zvolených 4 x 10 vzorků bude vyhotoven pracovní diagram. Z pracovního diagramu bude ověřen předpoklad lineárního chování materiálu a zjištěna hodnota únosnosti při přijatelné deformaci. Dále bude ověřena příčná roztažnost materiálu. Další částí projektu bude zkoumání závislosti pevnosti slaměných balíků na základě jejich vlhkosti. Budou stanoveny pracovní diagramy a moduly pružnosti u čtyř skupin balíků slámy s konstantní objemovou hmotností ale rozdílnou vlhkostí. 2) Zkoušky dotvarovaní slaměných balíků: Dále bude zkoumán vliv dlouhodobého zatížení a pro zvolené 4 hustoty bude sledován vliv dotvarování slámy. Balíky se zatíží vhodným konstantním zatížením a odečte se počáteční deformace. Dále se bude v pravidelných intervalech sledovat velikost nárůstu deformace. 3) Numerická analýza, experimentální měření reálného vzorku nosné stěny: Průběh zkoušek bude pomocí inverzní numerické analýzy vyhodnocen s cílem odhadnout vhodné parametry pro numerické modelování, a to zejména modul pružnosti E a poissonovu konstantu . S využitím materiálových parametrů bude navrženo konstrukční řešení, geometrie a velikost zatížení pro experimentální zkoušku vzorku nosné stěny ze slaměných balíků v měřítku 1/1. Následně budou pomocí numerického modelu připraveny zatěžovací parametry zkušebního vzorku stěny. Budou stanoveny předpokládané velikosti deformací při zvoleném zatížení. Numerické výsledky budou ověřeny na reálném vzorku slaměné nosné stěny. Vzorek slaměné stěny bude přibližně o rozměrech 2 x 1,8 m. Zkouška stěny bude provedena s využitím zkušebního „standu“, který je postaven vedle garáží v areálu FAST VŠB-TUO. Časový plán Březen až srpen – zkoušky v lisu – tvorba pracovního diagramu; Březen až říjen – zkoušky dotvarování Červenec - říjen – numerická analýza, zkouška zatížení reálného vzorku nosné stěny ze slaměných balíků. Možné úskalí • Znalost materiálových charakteristik na úrovní jednoho balíku umožňuje pouze hrubou představu o chování celého systému. • Při modelování příčné deformace bude obtížné získat reprezentativní hodnotu parametrů slámového balíku. Literatura [1] Minke G. Mahlke F. Stavby ze slámy, Hel, 2009, ISBN: 978-80-86167-31-2 [2] California Straw Bale Code. Koordinátor projektu: Vzhledem k možné provázanosti projektů SP2012/185 a SP2012/121+122 s ohledem na zkoumaný materiál (balíky slámy) bude tyto projekty koordinovat Doc. Ing. Jaroslav Solař, Ph.D.

2012

2012

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Konečný Petr doc. Ing., Ph.D.