Flood control from recycled plastics have stood the test

Modulárna koncepcia protipovod�ových zábran vyrobených z recyklovaných plastov

• zabra�uje prírodným katastrofám
• šetrí �ivotné prostredie
• zvyšuje stupe� zhodnotenia recyklovaných surovín
• pevnos�, flexibilita, �ahké spájanie blokov bez kotvenia aj v nepriaznivých podmienkach


Vývoj modulovej koncepcie protipovod�ových zábran vyrobených z recyklovaných plastov

Tento �lánok popisuje vývoj v oblasti recyklácie plastov zameranej na materiálové zhodnotenie odpadovej suroviny do podoby u�ito�ných výrobkov. V procese riešenia projektu bola zmapovaná situácia v oblasti materiálového zhodnocovania plastov. Primárne bol riešený plastový odpad z recyklácie autovrakov a priemyselný plastový odpad. V rámci výskumu bol riešený návrh výrobku - “modulárnej štruktúry protipovod�ových zábran”. Pre návrh modulovej koncepcie sme vypracovali ú�itkový vzor. Z h�adiska druhu a zlo�enia zdrojovej suroviny sme sa zamerali hlavne na polypropylén (PP) a polyetylén (PE). Pri návrhu geometrie a konštruk�ného prevedenia štruktúry zábran sme v prvej etape vychádzali z tvaru unifikovaných blokov vyrábaných z PP a PE.

Tieto unifikované bloky sa v podobnom prevedení vyrábajú v rámci Slovenska v spolo�nosti Chemosvit Environchem, a.s. V rámci spolupráce sme sa zamerali na výrobu týchto blokov z recyklovaných surovín a ich následné efektívne vyu�itie pre protipovod�ové beriéry. Aktuálnos� a potreba protipovod�ovej ochrany v sú�asnosti nás inšpirovala zamera� sa hlavne na túto problematiku. Vhodný tvar a pevnostné charakteristiky plastových blokov boli dostato�ným predpokladom k spusteniu vývoja. V prvej fáze boli posudzované rôzne tvarové štruktúry z h�adiska vonkajšej stability pre zistenie ich vhodnosti pre danú aplikáciu. Výsledkom sna�enia bol prvotný návrh celkového tvaru štruktúry a následne jednotlivých �astí stavebnice. Následne bola konštrukcia prepracovaná a bola navrhnutá realiza�ná štruktúra prototypu.

Vývoj

Slovenská technická univerzita v Bratislave rieši projekt „Výskum technológií progresívneho zhodnocovania odpadov zo starých vozidiel“ v kontexte s prioritou Ministerstva �ivotného prostredia Slovenskej republiky (M�P SR). Hlavným koordinátorom projektu je Strojnícka fakulta a projekt je finan�ne podporovaný Recykla�ným fondom. M�P SR uviedlo v tla�ovej správe: “Ide predovšetkým o premyslenú prácu na ú�innej protipovod�ovej ochrane, odstra�ovanie environmentálnych zá�a�í a komplexnú zonáciu národných parkov” (minister �P SR, Ing. Peter �iga, PhD., tla�ová správa M�P SR, 1. 7. 2012).

Protipovod�ová zábrana so šikmou stenou

Hlavným cie�om projektu je zvýšenie hranice efektívnosti a udr�ate�nosti rozvoja ekologického zabezpe�enia v oblasti zberu a spracovania starých vozidiel pri riešení problému komplexnej a systémovej recyklácie starých vozidiel. Pre dosiahnutie hlavného cie�a projektu boli vytý�ené špecifické ciele, ktorých dosiahnutím a integráciou výstupov dôjde k naplneniu hlavného cie�a. Špecifické ciele projektu mo�no rozdeli� na štyri oblasti:

1) Prognózovanie, vyh�adávanie optimálnych technológií, metód a logistiky spracovania vozidiel.
2) Návrh optimálnej štruktúry a fungovania výskumného centra v sú�innosti so Zväzom automobilového priemyslu Slovenskej republiky a spracovate�mi starých vozidiel.
3) Špecifikovanie oblastí výskumu a vývoja technológií a nových uzlov a strojov na nakladanie s odpadmi a druhotnými surovinami.
4) Výskum nových výrobkov zvyšujúcich stupe� zhodnotenia recyklovaných surovín a zabezpe�ujúcich odbyt v synergii spracovate�ov odpadu

MKP analýza sústavy blokov, porovnávacie napätie pod�a Misesa [MPa]

Modulárna štruktúra mobilnej koncepcie protipovod�ových zábran vyrobených z recyklovaných plastov

Jednou z úloh riešite�ského kolektívu je h�adanie mo�ností uplatnenia plastového odpadu zo spracovania starých vozidiel. Vo svete existuje celý rad protipovod�ových zábran. Po�as realizácie prvej etapy projektu od mája 2011 do júna 2012 bola analyzovaná problematika mobilných protipovod�ových zábran. Boli konštruk�ne, tvarovo, materiálovo a prevádzkovo posudzované známe bariéry na celom svete. Snahou bolo nájs� slabé �i silné stránky jednotlivých systémov a aplikova� ich ako poznatky v spomínanom vývoji. Nová koncepcia mala na základe integrácie výhod existujúcich systémov prinies� kvalitatívne novú konštrukciu zábran.

Základné po�iadavky kladené na nové zábrany spo�ívali v mo�nostiach, �e: na ich výrobu bude pou�itý recyklovaný materiál, budú samokotviace, �i�e nebudú pevne kotvené do zeme, budú pou�ite�né na pevný tak ako aj na sypký �i poddajný podklad, umo�nia vytvára� konvexné aj konkávne plochy, budú kopírova� nerovnosti terénu, budú �ahko montovate�né a demontovate�né, bude mo�né meni� ich výšku. Riešite�ský kolektív podal prihlášku na Ú�itkový vzor �. SK 5847 Y1 2 s názvom “Modulárna štruktúra protipovod�ovej zábrany”. Tento ú�itkový vzor slú�i ako základ pre detailnejšie riešenie konštrukcie zábran.

Grafické znázornenie výsledkov komplexných MKP simulácií, tabu�ka hodnôt reakcií

Uvedené konštruk�né riešenie teoreticky umo��uje z jedného systému stavebnice vytvori� dve podobné konfigurácie usporiadania modulárnych štruktúr protipovod�ových zábran. Princíp prvého riešenia uva�uje so zvislou a vodorovnou stenou, pri�om vodorovné panely sú zatopené vodou. Druhý variant po�íta so šikmou stenou a zadnými podperami. Voda vystupuje na protipovod�ovú zábranu z vonkajšej strany a spojovacie vzpery sú namáhané na tlak. Sila hydrostatického tlaku vody pôsobí na naklonenú plochu bariér, �ím zabezpe�uje dostato�né zaistenie zábrany proti jej posunutiu.

Sklon šikmého modulu je nastavite�ný d�kou vzpery a umiestnením kotviacich hlavíc. Modulárna štruktúra umo��uje meni� d�ku šikmých modulov. Výhody technického riešenia konštrukcie modulárnej štruktúry protipovod�ovej zábrany sú zjavné z jeho ú�inkov, ktorými sa prejavuje navonok. Vertikálne naklonená samonosná stena je vytvorená z blokov z recyklovaného materiálu spájaná spojovacími ty�ami osmi�kového tvaru a podopretá �ahkou konštrukciou. Konštrukcia zábran bola detailne pevnostne analyzovaná pod�a reálnych rozmerov a za�a�enia zábran.

Záplavové skúšky protipovod�ových zábran hydrostatickým tlakom

V prvej etape realizácie projektu sa riešite�skému kolektívu podarilo vyvinú� modulovú štruktúru protipovod�ových zábran. Ide predovšetkým o efektívnejšie zhodnocovanie kompozitných materiálov – plastov zo starých vozidiel. �asti prototypu navrhnutej štruktúry zábran sú vyrobené v spolo�nosti Chemosvit Environchem, a.s. a v Centre inovácií STU v Bratislave. Riešite�ský kolektív sa rozhodol v prvej etape tieto prototypy podrobi� záplavovým skúškam pomocou hydrostatického tlaku vody za ú�elom overenia teoretických predpokladov.

Bazénová skúška na overenie plnej výšky zábran za�a�ených hydrostatickým za�a�ením

Samotným záplavovým skúškam predchádzala ve�mi podrobná analýza výberu lokality. Pri výbere bol rozhodujúci tvar prehradzovaného kanála, jeho povrch, disponibilita vody a v neposlednom rade bezpe�nos� a eliminácia prípadných škôd pri porušení skúšaných zábran. Ako výsledok h�adania vhodnej lokality na odskúšanie schopnosti systému vydr�a� tlak vody a overenie stability jednotlivých modulov vykonaním dvoch záplavových skúšok bola vybraná vodná nádr� Vištuk pri Pezinku.

Zhodnotenie dosiahnutých výsledkov a odporú�ania pre �alší výskum

Po finálnom zhodnotení výsledkov doterajšieho vývoja mô�eme konštatova�, �e navrhnutá koncepcia sp��a po�iadavku minimalizácie ceny vyrábaných zábran v be�ných dielenských podmienkach. Koncepcia je vhodná bez akýchko�vek konštruk�ných úprav pre všetky druhy terénu (mäkký, polotvrdý, tvrdý). Výšku zábrany je mo�né upravova� aj pod zá�a�ou vody, �o umo��uje riešenie kritických situácii v teréne a u�ah�uje montá�. Pri pou�ití rovnakých �astí stavebnice je mo�né zahati� záplavu s výškou hladiny a� do 1,6 metra.

Kotviace body sú flexibilné a prispôsobujú sa upravením pod�a sklonu terénu a výškových nerovností. Systém je mo�né nainštalova� aj pri skokových zmenách ako napr. obrubníky v mestských �astiach. Pri skladovaní rozobratých �astí nie sú �iadne problémy s ukladaním blokov na seba. Spojovacie tiahla sú umiestnené nad nulovou �iarou terénu, aby sa nedostávali do kolízie s povrchom. Kovové prvky so zinkovou povrchovou úpravou majú vysokú �ivotnos�. Modul uchytenia rozperných ty�í do plastu prenáša silu na vonkajšiu plochu zdvojených rebier, �o je priaznivé z h�adiska pevnosti blokov. Pri nerovnosti terénu “osmi�kové” spojenie zabezpe�uje �iasto�né nato�enie celej montá�nej jednotky vo�i susedným jednotkám, a tým zabezpe�uje celkovú flexibilitu. Pri aplikácii rohových prvkov, �i u� pevných alebo pru�ných, je mo�né výrazne tvarova� celú protipovod�ovú stenu konvexne alebo konkávne. Aplikáciou tesniacich man�iet sa výrazne zlepšila tesnos� systému. Konštrukcia je �ahko a jednoducho zmontovate�ná aj pre menej zdatnú obsluhu.