Progresívne technológie stavby mostov, II. časť

Príspevok je pokračovaním článku Progresívne technológie výstavby mostov vo svete, v ktorom boli opísané technológie FLEXI ARCH a OPS (tzv. organické predpätie). Venovali sme sa v ňom aj novým riešeniam prechodovej oblasti integrovaných mostov a výpočtom genetickými algoritmami. Táto časť sa venuje dvom technológiám, ktoré patrili ešte donedávna do žánru science fiction a ktoré napredujú veľmi rýchlo – technológii stavby mostov 3D tlačou a stavbám mostov s využitím dronov.

Tieto technológie môžu v dohľadnom čase výrazne ovplyvniť nielen výstavbu malých a jednoduchých mostov, ale môžu zohrať významnú rolu aj pri výstavbe veľkých mostných konštrukcií, ich údržbe a pri ich rekonštrukciách.

Technológia 3D tlače

3D tlač objektov sa objavila prvýkrát v 80. rokoch 20. storočia pri výrobe jednoduchých plastových predmetov. Postupne, so zdokonaľovaním technológie a výkonu počítačov, sa 3D tlač začala vo veľkom presadzovať v najrôznejších odvetviach priemyslu a bolo preto len otázkou času, kedy sa objaví aj v stavebníctve. Prvé reálne stavebné konštrukcie sa touto technológiou (s využitím betónu a veľkej 3D tlačiarne) postavili začiatkom 21. storočia. Aj keď išlo zväčša len o prefabrikáciu 3D tlačou, postupne sa zrodila myšlienka tlače stavebných objektov ako jedného celku (obr. 1).

Obr. 1 Schematické znázornenie výstavby konštrukcie budovy prostredníctvom 3D tlače [5]

Predpokladá sa, že technológia dosiahne počas najbližších 20 rokov takú úroveň, že bude možné postaviť jeden kompletný rodinný dom vrátane inštalácií a rozvodov za 24 hodín [5]. Nepôjde pritom o sériovú výrobu, každý dom môže byť unikátny podľa požiadaviek zákazníka s takmer akokoľvek zakrivenými stenami v 3D priestore. Materiál, ktorý sa na tlač stavebných konštrukcií používa pri 3D tlači, je zväčša vysokohodnotný vláknobetón s rýchlym nábehom pevnosti. Výstuž sa pri tejto technológii rieši prostredníctvom spojkovaných krátkych oceľových kusov alebo ju nahrádzajú vlákna v betóne. V prípade, že vytlačený element slúži len ako stratené debnenie, je výstuž viazaná štandardne vo forme armokošov. Výstavba vodorovných konštrukcií (preklady, stropy) sa vykonáva prefabrikáciou, a to tak, že na vodorovnej ploche sa 3D tlačou vyhotoví daný segment a ten sa vyloží prostredníctvom žeriava, ktorý je súčasťou 3D tlačiarne. Na demonštráciu potenciálu výstavby pomocou 3D tlače bola v roku 2015 v Číne postavená 5-poschodová budova z veľkých 3D tlačených dielcov (obr. 2).

Obr. 2 Veľkoformátové segmenty zhotovené 3D tlačou [5]

Pri stavbe betónových mostov sa dá očakávať aplikácia tejto technológie najmä pri lávkach pre peších s menšími rozpätiami v ťažko prístupnom teréne (obr. 3) a pri rôzne tvarovaných pilieroch, ktoré môžu vďaka 3D tlači ľahko nadobudnúť takmer akýkoľvek tvar. Pri väčších mostoch možno 3D tlač využiť nepriamo už dnes na výrobu zložitého debnenia rôznych nosných či dekoračných prvkov. Vďaka 3D tlači možno veľmi jednoducho vrátiť mostom späť ich dekoračné detaily, ktoré v snahe zjednodušiť a zlacniť výstavbu mostov v 20. storočí takmer úplne vymizli. Do stavebníctva sa postupne vrátia späť tvary nosných konštrukcií, ktoré sa aj napriek ich výhodnému statickému pôsobeniu (napríklad priestorové škrupiny) stavali z dôvodu zložitého debnenia len veľmi ojedinele.

Obr. 3 Vizualizácia konceptu stavby betónového mosta 3D tlačou [6]

Obr. 4 Možné tvary kovovej konštrukcie stavanej 3D tlačou [1]

Technológia 3D tlače však nie je výlučne doménou betónových konštrukcií – v posledných rokoch sa rozvinula aj v rámci výstavby kovových konštrukcií, kde ponúka úplne nové možnosti tvaru (obr. 4). Prvý pokusný kovový most bol 3D tlačou postavený v roku 2015 (obr. 5), prvý reálny most pre peších by mal byť postavený v roku 2016 v Amsterdame (obr. 6).

Obr. 5 Experimentálna výstavba kovového mosta zhotoveného 3D tlačou [2]

Obr. 6 Vizualizácia výstavby prvého reálneho mosta 3D tlačou v Amsterdame [2]

Výstavba, monitorovanie a sanácie mostov s využitím dronov

Okrem 3D tlače sa v posledných rokoch objavujú čoraz častejšie aj aplikácie využitia dronov, ktorých plný potenciál nebol ešte ani zďaleka objavený. V roku 2015 bol dronmi postavený prvý experimentálny lanový most [3]. Drony neviazali laná podľa striktne daného naprogramovaného postupu, ale podľa algoritmov, ktoré lanovú konštrukciu modifikovali aj počas stavby podľa reálne zameraných rozpätí a odchýlok od projektu (obr. 7). Lanová lávka bola schopná udržať človeka, ktorý po nej prechádzal.

Obr. 7 Experimentálna výstavba lanového mosta dronmi [3]

Ďalšou aplikáciou v stavebníctve je využitie dronov na stavbu ciest. Svetoznáma firma vyrábajúca stavebné mechanizmy vyvinula prednedávnom stroje na výstavbu násypov ovládané dronmi, pričom drony neustále zameriavali skutočný progres, ktorý porovnávali s projektom a navigovali jednotlivé mechanizmy bez ľudskej posádky. Podobne možno postupovať aj pri stavbe jednoduchých mostov.

Ďalšou oblasťou, kde sa začínajú drony v rámci mostov čoraz častejšie nasadzovať, sú obhliadky mostov, pričom majú veľký potenciál najmä v mapovaní neprístupných častí konštrukcie vysoko nad terénom. Dáta z kamery a detektorov sa spracujú buď manuálne v kancelárii, alebo ich priamo vyhodnocuje počítač. Drony sa potom dajú využiť aj v niektorých prípadoch v rámci sanácie, ako napríklad v prípade obnaženej  výstuže, keď možno v niektorých prípadoch aplikovať reprofilačnú hmotu priamo dronmi. Okrem toho sa drony môžu využiť aj na dopravu ľahkých dielcov na ťažko prístupné miesta, prípadne na monitorovanie priebehu výstavby či uskutočnenie geodetických 3D meraní.  

Obr. 8 Využitie dronov pri monitoringu mostov a geodetických prácach [4]

Záver

Tak ako každá technológia aj 3D tlač a drony majú svoje negatívne stránky a nehodia sa na akúkoľvek výstavbu či typ konštrukcie. Je však zrejmé, že stojíme na prahu podobnej revolučnej zmeny v stavebníctve, akú kedysi spôsobila prefabrikácia. Samozrejme, zmena nenastane zo dňa na deň, avšak technológia 3D tlače a drony si postupne určite nájdu svoje miesto, v rámci ktorého im budú iné technológie konkurovať len veľmi ťažko. Vyspelé výpočtové programy v súčinnosti s 3D tlačou, robotmi a dronmi tak nepochybne výrazne ovplyvnia charakter stavebníctva v 21. storočí.

TEXT: Ing. Peter Paulík, PhD.

Peter Paulík pôsobí na Stavebnej fakulte STU v Bratislave, na Katedre betónových konštrukcií a mostov.

Príspevok vznikol s finančnou podporou Agentúry na podporu vedy a výskumu v
rámci zmluvy č. APVV-0442-12.

Literatúra

1. Russel, H.: Build or print, Bridge 3/2015.
2. www.mx3d.com/projects/bridge/
3. www.ukconstructionmedia.co.uk/news/rise-of-the-machines-quadcopter-drones-build-rope-bridge/
4. www.viatechnik.com/3d-printing-and-looming-changes-in-the-construction-industry/
5. www.contourcrafting.org/
6. www.futurevision.rga.com/2014/04/robot-3d-prints-bridge-out-of-sand/

Článok bol uverejnený v časopise Inžinierske stavby/Inženýrské stavby