Železobetón

Náhľad na vybúranú štruktúru železobetónu, ktorý tvorí stropný panel

Železobetón je betón vystužený oceľovými prútmi (roxor), pletivom, alebo oceľovými lanami. Výstuž v kompozite slúži na prenos ťahových síl pri zaťažení železobetónového dielca.

Popis

Železobetón sa používa v betónových prefabrikátoch (panely, nosníky) vyrábaných priemyselne, alebo priamo na stavenisku vytvorením oceľovej kostry (zváraním, viazaním) a jej vyliatím betónom. Pre dobré pevnostné charakteristiky musí byť oceľ minimálne pod 5 cm betónu (pevnostné a korozivzdorné charakteristiky). Oceľ je chránená chemickou reakciou betónu a železa. Kostra je priestorová sieť navrhnutá tak, aby v maximálnej miere bránila deformácii železobetónového dielu, a aby preberala na seba maximum ťahového napätia. Napr. pre nosník namáhaný ohybom (mosty...) je maximum oceľovej výstuže umiestnené v jej spodnom objeme, kde je najväčšie namáhanie ťahom. Oceľové výstuže sa musia podľa záťaže zložito staticky prepočítavať.

História

Používanie betónu sa vo väčšom meradle rozšírilo až v našom storočí. Prostý betón sa však používal v dávnejšom období. Peržania, Kartáginci ale najmä starí Rimania používali betón ako stavebný materiál o čom svedčia do dnes zachované stavby ako cesty a akvadukty, ktoré pochádzajú z prvého storočia nášho letopočtu. Betón sa prestal používať na mnoho storočí po páde Rímskej ríše. Znova sa betón objavil až v roku 1796, keď inžinier J. Smeaton použil pri oprave majáka v Edystone v Anglicku, ktorý bol kombinovaný hydraulickou maltou. V širšom rozsahu sa betón začal používať až po zavedení výroby cementu. Patent na výrobu cementu získal v roku 1824 anglický murár J. Aspdin z Leedsu v portlandskom grófstve. Pôvod názvu portlandský cement pochádza práve odtiaľ. O zavedenie priemyselnej výroby cementu sa v roku 1845 pričinil Angličan Johnson., ktorý objavil proces pálenia vápenca a hliny. Vďaka výrobe portlandského cementu sa v druhej polovici minulého storočia vybudovali najmä vo Francúzku pozoruhodné inžinierske stavby z prostého betónu. K myšlienke kombinovať betón so železnými prvkami dospel v roku 1849 Francúz J.L. Lambot pri stavbe člna, keď drôtenú sieť nanášal cementovú maltu. Tento čln sa používal 60 rokov. O šesť rokov nato mu bol udelený patent na stavbu lodí s vystuženým betónom. V roku 1861 uverejnil Francúz Francois Coignet prvú knihu o betóne a jeho praktickom využívaní v stavebníctve. Kniha sa volala Les betóns aglomérés appliqués l´art de construire a opisovalo sa v nej aplikovanie železobetónu v konštrukciách stavby. Hneď na to americký právnik Hyatt v roku 1877 publikuje objav výhodnosti použitia železobetónu pri namáhaní ohybom a v súvislosti s požiarom.

Vývoj betónu

Angličan J. B. White síce už v roku 1837 postavil dom z betónu a francúzsky podnikateľ Francois Coignet si dal v roku 1856 patentovať vkladanie železných predpätých tyčí do cementovej hmoty, napriek tomu úspešná história železobetónu bola zahájená až objavom záhradníka Josepha Moniera. Tento človek hľadal hmotu na vodovodné trubky, ktoré by odolávali mrazom a pritom objavil nové prednosti materiálu: Keď spojíme tekutý cementový kôš so železom, vzniká vnútorná väzba organického charakteru. Cement obklopuje železné tyče ako sval kostru. Význam správneho uloženia oceľového pletiva a tým rozdelenie tlakových a ťahových síl vo vnútri betónu si však Monier neuvedomoval. Napriek tomu sa jeho patent na betónové nádoby pre kvetiny z roku 1867 a neskoršie dodatočný patent z roku 1878, ktorý prihlásil v medzinárodnej rade, stal výnosným obchodom. Avšak to viedlo k dlhoročnému sporu s berlínskym majstrom Rabitsom, ktorý si taktiež chcel presadiť svoj patent na vkladanie železa do betónu. Sám Monier pracoval na bláznivých nápadoch v spojitosti so železobetónom. Príkladom sú železobetónové rakvy. Jeho vynález získal publicitu vďaka výstavným budovám. Napríklad v roku 1884 v Trevíre kde sa s jeho systémom zoznámil podnikateľ Conrad Freytag. Nakoniec získal práva pre južné Nemecko zatiaľ čo patentové práva pre severné Nemecko prevzal Gustav Adolf Wayss. Kvôli spôsobu zabezpečeniu stavby sa Wayss snažil o vedecké metódy a množstvom zaťažovacích pokusov na monierových klenbách a výsledky zverejnil v roku 1887 v spise s titulom Systém moniéra a jeho aplikácie v stavebníctve. Doplňujúcim stavebným krokom bolo, keď Francúz Francois Henebique preniesol princíp na všetky stavebné prvky, čím sa zaslúžil o vytvorenie monolitickej konštrukcie.

Situácia v Európe

Dochádza k veľkému rozmachu železobetónových stavieb najmä po svetovej výstave v Paríži v roku 1900, na ktorej Francois Henebique predviedol niekoľko vydarených železobetónových konštrukcií. Tie boli v porovnaní s dovtedy budovanými oceľovými stavbami - únosnejšie, bezpečnejšie pri požiari, lacnejšie a taktiež menej citlivé pri otrasoch. O 10 rokov bol tento Francúz autorom a realizátorom komôrkového mosta s rozpätím 100 m cez rieku Tibet v Ríme.

Situácia v Rusku

V roku 1904 bol v Nikolajeve po konzultáciach s profesorom N.A. Beleljubským postavil prvý železobetónový maják na svete.

Hlavná nevýhoda železobetónu

Aj napriek uvedeným odvážnym príkladom použitia má kompozitný materiál železobetón isté nevýhody. Ak sa má výstuž, ktorá prenáša ťahové napätie, dostatočne využiť, musia v okolitom betóne vzniknúť trhliny, a to z dôvodu pretvorenia betonárskej výstuže je pri jej hospodárnom využití niekoľko krát väčšie, než pomerné pretvorenie betónu na medzi vzniku trhlín. Túto nevýhodu eliminuje vznik ďalšej prevratnej etapy betónových konštrukcií- Predpätý betón.

Predpätý betón

Pokusy s použitím predpätého betónu sa objavili už koncom minulého storočia, keď v roku 1886 Američan Jackson v San Franciscu prihlásil patent, ktorý opisoval využitie napätých ťahových výstuží ukotvených skrutkami. Avšak v odbornom svete sa za objaviteľa pokladá vynikajúci francúzsky inžinier a výskumník E. Freyssinet, ktorý v roku 1928 ako prvý odborne opísal a definoval javy zmrašťovania a dotvarovania betónu a ich vplyv na zmenšovanie veľkosti predpínacej sily. Jeho princíp je vo vnesení predpätia – tlakové napätie v betóne. Týmto krokom sa podarilo eliminovať vznik ťahových napätí od zaťaženia a tým aj vznik spomínaných trhlín. Predpätie sa v železobetóne dosiahne tak, že sa v ňom natiahne kvalitná výstuž a na koncoch prvkov sa zakotví kotvami, alebo súdržnosťou s betónom. Takto natiahnutá , vhodne umiestnená predpínacia výstuž aktívne stláča nosník, čím vzniká v betóne tlaková rezerva, ktorou sa v konštrukcii kompenzuje tlakové napätie od zaťaženia.

Betón v povojnovom období

Aktuálna potreba rýchlej a masovej výstavby bytových domov ale aj iných. Túto požiadavku dokázal splniť jedine betón. V podobe sériovo vyrábaných betónových panelov sa spustil ošiaľ výstavby prefabrikovaných systémov. Počas 2 až 3 desaťročí sa panelovou technológiou vybudovali rozsiahle sídliská s desiatkami tisícov bytov, aké v západnej Európe nemajú obdobu.

Použitá literatúra

• Vladislav Dudák a kolektív: Encyklopédia Svetovej architektúry, Nakladateľstvo BASET 2000, Bratislava.
• Ľudovít Fillo a kolektív: Betónové a murované prvky, JAGA GROUP 1998 ,Bratislava.
• Irena Seidlerová, Jiží Dohnálek: Dejiny betónového stavitelsrví v českých zemích do konce 19. Století, Informačné centrum ČKAIT 1999, Praha.
• V. Jasievič: Betón a železobetón v architektúre, Strojizdat 1980, Moskva.