Duté drevené stĺpy v mostných konštrukciách

Existuje viacero dôvodov, pre ktoré si drevo neustále udržiava svoje postavenie medzi konštrukčnými materiálmi využívanými pri výstavbe mostov. V súčasnosti sú jeho výhody podložené nielen skúsenosťami, ale aj vedecky.

Hlavnými výhodami dreva sú predovšetkým zanedbateľné zmeny rozmerov a deformácie vplyvom zmeny teploty, odolnosť proti nízkej aj strednej agresivite prostredia, optimálna životnosť objektu, rýchla a jednoduchá montáž a demontáž prvkov. Okrem toho je drevo čisto prírodný ekologický materiál, je obnoviteľný a nie je problém s jeho ekologickou likvidáciou po skončení životnosti. V mostných konštrukciách možno využívať drevo v surovom stave alebo ako súčasť lepených konštrukčných prvkov. Takýmto lepeným prvkom je aj dutý drevený stĺp, ktorý vznikol ako alternatíva k plným stĺpom, pretože na jeho výrobu sa dajú použiť malorozmerové piliarske sortimenty. Toto konštrukčné riešenie zároveň predstavuje 13- až 15-percentnú úsporu materiálu pri rovnakej únosnosti. Oproti plnému stĺpu má nižšiu hmotnosť, poskytuje možnosť skryť inžinierske siete, možno ho vyrobiť vo veľkých dĺžkach a z estetického hľadiska ponúka hodnotnejší vzhľad.

Konštrukcia dutých drevených stĺpov
Dutý drevený stĺp je konštrukčný prvok vyrobený zlepením dvanástich kusov prírezov  s lichobežníkovým prierezom, ktorého tvar je znázornený na obr. 1. Medzi jednotlivé prírezy sa vkladá po celej dĺžke cudzie pero alebo sa počas výroby vyfrézuje vlastné pero. Tieto konštrukčné spojenia majú zabrániť posunutiu susedných prírezov a vymedzujú ich ­polohu. V súčasnosti je drevársky priemysel zameraný na čo najefektívnejšie využívanie drevnej hmoty a z tohto dôvodu sa snaží spracovávať aj piliarsky odpad, malorozmernú a menej kvalitnú surovinu. Tento trend sa prejavil aj v novej konštrukcii stĺpa: základnou jednotkou pri výrobe je čistý opracovaný prírez – lamela. Z lamiel, ktoré nezodpovedajú požadovanej kvalite, sa odstránia všetky chyby a krátke kusy sa pomocou spoja na ozub nadpájajú na dĺžku – systémom výroby nekonečného vlysu. Štyri takto vyrobené lamely sa šírkovo zlepia do jedného bloku, čím vznikne hrubý lepený prírez, ktorý sa potom opracuje do lichobežníkového tvaru. Na výrobu dutých drevených stĺpov možno využiť aj spojenie prírezov bez spojovacieho prostriedku – cudzieho pera. V tomto prípade sa špeciálnou frézou vytvorí konštrukčný spoj nazvaný vtáčí zobák (bird ­mouth joint). Po nanesení lepidla do vytvoreného spoja sa jednotlivé prírezy do seba zasunú. Týmto spôsobom je možné vyrobiť 8- alebo 12-stenné stĺpy.

Technológia výroby dutých drevených stĺpov
Vstupným materiálom na výrobu dutých drevených stĺpov je najčastejšie smrekové alebo borovicové rezivo. Borovicové rezivo sa používa pri stĺpoch, ktoré budú vystavené vyššej záťaži. Na výrobu tohto konštrukčného prvku však možno použiť akúkoľvek drevinu, ktorá bude vyhovovať mechanickým, expozičným a estetickým podmienkam. Technológia výroby sa skladá z týchto krokov:

• sušenie reziva,
• výroba prírezov so súčasným odstránením chýb (pri novej konštrukcii stĺpa lamiel),
• výroba konštrukčného spoja,
• nanášanie lepidla (využívajú sa lepidlá na báze rezorcinolu, lepidlá PVAC a polyuretánové lepidlá),
• skladanie súboru,
• klimatizácia stĺpa, konečné ošetrenie a povrchová úprava.

Kvalita vyhotovenia jednotlivých krokov ovplyvňuje výsledné mechanické, úžitkové a estetické vlastnosti stĺpa. Najzložitejším krokom výroby je skladanie súboru, ktoré sa pri priemyselnej výrobe vykonáva pomocou vákua. Pri tomto spôsobe sa jednotlivé prírezy najskôr zložia do výsledného tvaru stĺpa, zarovnajú sa čelá a takto pripravený stĺp sa stiahne na dvoch miestach. Následne sa na otvorené konce priložia oceľové čiapky s gumovým tesnením a vákuovou pumpou sa vyčerpá zo stĺpa vzduch, čím vznikne v jeho vnútri podtlak, ktorý jednotlivé prírezy k sebe dokonale pritlačí.  Súbor sa môže skladať aj mechanickými prostriedkami, akými sú oceľové obruče alebo textilné sťahovacie pásy. Týmto spôsobom sa však nedosiahne rovnomerné rozloženie lisovacieho tlaku po celej dĺžke stĺpa.

Vlastnosti dutých drevených stĺpov
Dutý drevený stĺp sa prvotne skonštruoval na stožiare vedenia vysokého napätia, vďaka svojim mechanickým vlastnostiam sa však uplatnil aj ako nosný konštrukčný prvok stavieb a mostov. Duté drevené stĺpy sa priemyselne vyrábajú s priemermi od 150 do 820 mm a dĺžkami od 2,5 do 10 m. Podľa potrieb zákazníka možno rozmery upraviť, ale stĺpy môžu maximálne dosahovať 27 m. V tabuľke sú informácie o mechanických vlastnostiach priemyselne vyrábaných dutých drevených stĺpov. Nevýhodou dutého dreveného stĺpa sa počas požiaru ukazuje práve jeho dutina, ktorá vytvára komínový efekt, čím ovplyvňuje rozvoj požiaru. Počas požiaru plameň pôsobí na väčší aktívny povrch stĺpa, pri ktorom je dobrý odvod spalín a prívod vzdušného kyslíka potrebného na horenie. Na zvýšenie odolnosti stĺpa proti požiaru preto treba odstrániť komínový efekt, a to vyplnením dutiny stĺpa (napríklad minerálnou vlnou) a ošetriť ho retardérom horenia.

Možnosti uplatnenia a použitia dutých drevených stĺpov
V reálnych konštrukciách môžu duté drevené stĺpy plniť viacero funkcií, pretože sa vyznačujú komplexom fyzikálno-mechanických, úžitkových a estetických vlastností. Na základe toho sú vhodné do exteriéru aj interiéru, kde sa môžu použiť ako nosné alebo len estetické prvky. Môžu byť vyrobené z rôznych druhov dreva a dajú sa kombinovať s inými materiálmi. V interiéri sa môžu použiť ako podporné prvky podlaží, schodísk alebo ako optické rozdelenie veľkých vnútorných priestorov na menšie. V exteriéri sú vhodné na stožiare lámp pouličného osvetlenia, základné piliere mostov, stĺpy balkónov a predĺžených striech alebo stĺpiky plotov. V prípade ošetrenia transparentnými ochrannými nátermi sa môžu použiť v národných parkoch a chránených krajinných oblastiach, kde budú pôsobiť veľmi prirodzene.

Mechanické vlastnosti priemyselne vyrábaných dutých drevených stĺpov

Duté drevené stĺpy v mostných konštrukciách
Dutý drevený stĺp môžeme z konštrukčného hľadiska považovať za nosník alebo pilier. Vďaka výbornej pevnosti a pružnosti možno tento prvok využiť aj v mostných konštruk­ciách. Využíva sa najmä pri výstavbe nosníkových a závesných mostov. Dutý drevený stĺp tvorí hlavnú časť konštrukcie nosníkového mosta, teda nosník, ktorého úlohou je prenášať hmotnosť samotného mosta a takzvané úžitkové zaťaženie. Najväčším problémom pri tomto druhu mostov, predovšetkým pri väčších rozpätiach, je hmotnosť samotnej konštrukcie. Z tohto pohľadu poskytuje dutý drevený stĺp oproti plnému prierezu ideálne riešenie, pretože ak sústredíme podporné prvky na jeho horný a spodný povrch, únosnosť ostane takmer rovnaká a výrazne klesne hmotnosť samotnej konštrukcie. Preto je most schopný prenášať vyššie úžitkové zaťaženie. Táto skutočnosť je dôvodom, pre ktorý sa v súčasnosti nosníkové mosty navrhujú väčšinou z dutých nosníkov. Na obr. 4 je nosníkový most, v ktorého konštrukcii sa použil dutý drevený stĺp s priemerom 1 000 mm a hrúbkou steny 138 mm. Tento most sa nachádza vo švédskom meste Ůmea. Ďalším príkladom použitia dutých drevených stĺpov v mostnej konštrukcii je závesný most vo švédskom meste Karlstad. V tomto prípade sú na nich ukotvené závesné laná, ktoré slúžia na prichytenie mostovky. Ide o najdôležitejšie miesto závesného mosta, pretože prenáša zaťaženie z lán cez stĺpy do podložia. Pri tejto konštrukcii sa použili duté drevené stĺpy s priemerom 700 mm a hrúbkou steny 88 mm. Na záver možno povedať, že v mostných konštrukciách sa môžu využívať aj netradičné konštrukčné prvky, akými sú práve duté drevené stĺpy, ktoré oproti železným a železobetónovým nosníkom poskytujú viacero výhod.

 
Literatúra
1.    Argay, A.: Výskum dutých drevených stĺpov z bukovej preglejky Multiplex. Dizertačná práca. Zvolen: Technická univerzita vo Zvolene, 2010.
2.    Comwood: Hög bärighet och naturlig träkänsla. Martinsons, 2012, online: http://www.martinsons.se/ALLM%C3%A4n/Filer/Travaror/Produktbroschyr_Comwood.pdf.
3.    Detvaj, J. a kol.: Duté drevené stĺpy – návrh konštrukcie a ich výroby. In: Technológia v spracovaní dreva, sekcia č. 5, zborník MVK Les, Drevo, Ekológia. Zvolen: Technická univerzita vo Zvolene, 1992, s. 299 – 305.
4.    Detvaj, J. a kol.: Návrh stĺpového konštrukčného prvku na výrobu drevostavieb. In: Zborník vedeckých prác Drevárskej fakulty Technickej univerzity vo Zvolene. Bratislava: Alfa, 1993, s. 105 – 115.
5.    Dudasová, A. a kol.: Duté drevené stĺpy z hľadiska požiarnej odolnosti. In: Acta facultatis xylologiae. Zvolen: Technická univerzita vo Zvolene, 1997, s. 77 – 85.
6.    Langer, P. a kol.: Lepidla pro výrobu dřevěného spoupového prvku. In: Pokroky vo výrobe a využití lepidiel v drevárskom priemysle XI. Článok zo sympózia, 1993, s. 391 – 402.
7.    Paulík, P.: Typy a základné statické pôsobenie mostov (Blogsme), online: peterpaulik.blog.sme.sk/c/186451/Typy-a-zakladne-staticke-posobenie-mostov.html.
8.    Semanco, S. a kol.: Duté drevené lepené stĺpy. In: Drevo, roč. 55, č. 11, s. 231 – 233.
9.    Träguiden: Bro över väg och järnväg vid Skutgränd. Umeå. 2012. Träguiden, online: www.traguiden.se/TGtemplates/popup2sp- alt.aspx?id=7142&contxt-Page=7027.

TEXT: Ing. Miroslav Holý, doc. Ing. Juraj Detvaj, CSc., Ing. Stanislav Košúth, PhD.
FOTO: archív autorov

Miroslav Holý je doktorand na Katedre mechanickej technológie dreva Drevárskej fakulty Technickej Univerzity vo Zvolene.
Juraj Detvaj pracuje na Katedre mechanickej technológie dreva Drevárskej fakulty Technickej Univerzity vo Zvolene.
Stanislav Košúth je vedecko-výskumný pracovník na Katedre mechanickej technológie dreva Drevárskej fakulty Technickej Univerzity vo Zvolene.

Článok bol publikovaný v čaqsopise Inžinierske Stavby/Inženýrské stavby