Předpjatý beton má vyšší únosnost než obyčejný. K čemu slouží?

Předpjatý beton výrazně posunul možnosti moderní architektury a stavebnictví. Díky své pevnosti a flexibilitě je ideální pro stavbu mostů, dálničních nadjezdů, vysokopodlažních budov i parkovacích garáží. Jak se tento stavební materiál vyrábí? Jaké má vlastnosti? A kde nachází využití?

Co je předpjatý beton?

Předpjatý beton je speciální typ betonu, u kterého dochází ke zvýšení pevnosti pomocí tzv. předpětí. Předpětí je proces, při kterém jsou uvnitř betonového prvku napnuty ocelové výztuže ještě předtím než samotný beton ztuhne. Tento postup pomáhá eliminovat trhliny, které by se jinak mohly objevit při zatížení konstrukce. Předpjatý beton je tedy v podstatě beton, který “pracuje pod napětím”, což mu umožňuje odolat vyšší síle než běžný železobeton.

Předpjatý beton řeší nedostatky tradičního betonu

Beton je kompozitní stavební materiál vyrobený ze směsi cementu, hrubého a drobného kameniva a vody. Svoji mechanickou pevnost získává během procesu tvrdnutí. Beton je pevný, libovolně tvarovatelný a velmi trvanlivý materiál. Má pevnost v tlaku (když je stlačen), avšak jeho pevnost v tahu je neuspokojivá (když je natahován). Předpjatý beton, který zpevňuje beton pomocí předem napnutých ocelových kabelů nebo prutů, je stavební technologie, která řeší problém nízké pevnosti betonu v tahu.

Jak funguje princip předpětí?

Představte si, že byste chtěli zvednout těžký balvan pomocí dřevěné desky. Pokud byste balvan položili na obyčejnou desku, prohnula by se nebo rozlomila. Pokud byste však desku předem trochu natáhli, napnuli – jako když napnete pružinu – unesla by mnohem větší váhu, aniž by se ohnula. Tento princip je podobný tomu, jak funguje předpjatý beton: ještě předtím, než na něj působí zátěž (například hmotnost mostu), je napnutý. Toto napětí mu umožňuje nést velké zatížení bez nebezpečí prohnutí nebo popraskání.

Existují dvě hlavní metody předpětí:

• Předpětí před betonáží

Ocelové kabely se nejprve natáhnou a upevní v bednění ještě předtím, než se beton nalije do formy. Po ztuhnutí betonu se napětí v oceli uvolní, což způsobí, že beton začne pracovat v tlaku.

• Dodatečné předpětí

Beton se nejdříve vylije a nechá zatvrdnout jako obyčejný betonový blok. Potom se do něj provrtají díry, do nichž se vloží ocelové kabely nebo pruty. Ty se napnou a zafixují, čímž se do betonu přenese napětí.

Využití předpjatého betonu

Předpjatý beton najde své využití tam, kde jsou konstrukce vystaveny velkému zatížení, nebo tam, kde je potřeba vytvořit velké volné prostory bez podpěr. Nejčastěji se předpjatý beton využívá pro stavby mostů a viaduktů. Předpjatý beton dále umožňuje stavět štíhlé a vysoké budovy, které jsou pevné a odolné vůči zemětřesením a dalším živelným pohromám. Kromě toho umožňuje stavbu velkých parkovacích ploch s minimem podpěr. Mechanické vlastnosti předpjatého betonu z něj dělají ideální materiál pro stavbu přehrad, nádrží a dalších vodních konstrukcí, u nichž je potřeba vysoká odolnost proti tlaku a dlouhá životnost.

Vlastnosti předpjatého betonu

Předpjatý beton přináší několik zásadních výhod oproti klasickému železobetonu:

• Větší nosnost

Díky procesu předpětí je beton schopen unést mnohem větší zatížení. To je zvláště důležité v konstrukcích, kde dochází k velkým zatížením, jako jsou mosty, výškové budovy nebo vodní díla.

• Menší spotřeba materiálu

Díky tomu, že předpjatý beton vydrží vyšší zatížení, lze použít o 10 až 20 % méně materiálu pro dosažení stejné nosnosti. Konstrukce jsou tak ekonomičtější a lehčí.

• Zvýšená odolnost proti trhlinám

Beton je z podstaty materiál odolný vůči tlakovým silám, ale ne tolik proti tahovým. Předpětí však pomáhá betonové prvky chránit před nebezpečím prasklin, které by se mohly vytvořit v důsledku napětí.

• Dlouhá životnost a odolnost

Konstrukce z předpjatého betonu mají delší životnost, protože mají vyšší únosnost a jsou odolnější vůči klimatickým vlivům. Předpjaté mosty a silniční viadukty mohou vydržet desítky let bez výraznějších úprav.

• Větší rozpětí mezi podpěrami

Předpjatý beton umožňuje návrh velkých rozpětí mezi podpěrami, což je výhodné zejména při návrhu mostů, stadionů a hal. Zároveň lze použít tenčí a lehčí prvky, což šetří místo i náklady.

Nevýhody předpjatého betonu

Ačkoliv předpjatý beton přináší mnoho výhod, jeho použití se pojí s mnohými výzvami. V první řadě se jedná o vyšší cenu výroby – předpjatý beton je technologicky náročnější než klasický beton, což zvyšuje počáteční náklady. Předpínání betonu je navíc náročný technologický proces, který vyžaduje speciální vybavení a školené pracovníky, kterými neoplývá každá stavební firma. S vlastnostmi předpjatého betonu musí být obeznámen i stavební projektant, neboť špatně provedený návrh předpjaté konstrukce může vést k jejímu pozdějšímu selhání.

Zdroje: Civiltoday.com, Practical Engineering, TheConstructor.org, Wikipedia.org