Studentský projekt na recyklaci lyží

„Za dvě hodinky to máte ve čtyřech postavené,“ nalákal naši skupinu jeden z vedoucích. Vybrali jsme si tedy v rámci projektu druhého semestru magisterského studia na stavební fakultě Université Joseph Fourier v Grenoblu práci na stínící konstrukci, sestavenou z použitých lyží.

V průběhu semestru jsme měli postupně prezentovat odvedenou práci jednomu z vedoucích, externistovi, architektovi, „potenciálnímu investorovi“. Druhý, respektive druhá vedoucí nám měla být během celého semestru k ruce, v čemkoliv jsme potřebovali poradit. Naše práce se měla odvíjet v několika postupných krocích.

V první řadě jsme měli prezentovat různé návrhy odpovídající zadání, další fází bylo zkoušení lyží a jejich mechanických vlastností, zároveň s tím jsme prozkoumávali, jaké jsou možnosti, co se zdrojů vyřazených lyží týče a v neposlední řadě jsme se věnovali samotné montáži a demontáži konstrukce.

Základním zadáním bylo navrhnout stínící konstrukci, která bude zakrývat plochu 100 m², nosnými prvky budou vyřazené lyže, konstrukce bude rychle de/montovatelná a bude možnost v ní uspořádat menší posezení.

Volba typu konstrukce
Přišli jsme tedy s pěti různými variantami. První byla geodetická kopule, druhou pyramida, další byl model jakési visuté střechy, dále pak model ve stylu tradičních mongolských jurt a poslední byla klasická skládaná kopule. Nicméně každá z nich měla svá pro i proti. Pyramida svými výrazně sklopenými stěnami ubírala na použitelném prostoru, visutá střecha byla složitá ke konstruování, jurta vyžadovala, v případě dodržení typu původní konstrukce, vysokou pevnost lyží, a skládaná kopule kladla zase požadavek na velké množství lyží. Vybrána byla tedy geodetická kopule, u níž jsme jen lehce upravili vstupní otvory. Je nejúspornější konstrukcí vůbec, co se statiky týče. Základem jsou jen tlakové a tahové síly, proto je tato konstrukce samonosná. Je tvořena křivkami, vepsanými do koule, v našem případě do polokoule. Jednotlivé úsečky sledují křivky spojující jakékoliv dva body na dané kouli nejefektivnější trasou, přičemž lyže svým zakřiveným tvarem mohou tyto křivky kopírovat ještě přesněji.



Poskytovatel materiálu
Vzhledem k množství nových lyží, které se každý rok dostávají do oběhu, by se dalo předpokládat, že sehnat 90 párů lyží vyřazených nebude problém. Zvlášť v okolí města, které je tomuto sportu zasvěceno. Vždyť na tom byl vlastně celý projekt založen, na pokusu o recyklaci těchto kompozitních prvků, které jsou vlastně díky své složité konstrukci v tradičním slova smyslu nerecyklovatelné. Po oběhání několika různých půjčoven a obchodů se nám podařilo vedení jednoho z nich přesvědčit, že místo toho, aby platili za uskladnění lyží, které už jsou „mimo provoz“, je i pro ně výhodnější nám je poskytnout. Mělo to jediný háček. Bylo nutné ze všech 180 lyží odstranit léty prověřená vázání, připevněná léty prorezlými šrouby za pomoci jedné vrtačky a několika šroubováků.

Skladba jednotlivých prvků
V rámci meziškolní spolupráce k nám byly přiděleny dvě slečny z École Nationale Supérieure d‘Architecture de Grenoble. Ty měly za úkol naší konstrukci dodat zajímavý umělecký ráz, především co se samotného stínícího prvku týkalo. Navrhly tedy trojúhelníkové plachty, které měly kopírovat prostřední pentagon. Plachty byly zavěšeny na vlascích, jejichž pevnost ale nebyla dostatečná, a proto nevydržely již samotnou konstrukci kopule.
Vzhledem k délce lyží, které jsme měli k dispozici, jsme byli nuceni zmenšit o dva metry požadovaný průměr konstrukce na 8 metrů. Co se jednotlivých spojů týče, měli jsme za úkol dát „investorovi“ na výběr opět z několika variant, nicméně již od začátku bylo jasné, že nám nezbyde, než se přiklonit ke spoji nejjednoduššímu a zároveň nejlevnějšímu. Ten byl tvořen šrouby délky osmi centimetrů, přičemž všechny lyže byly na svém začátku a konci provrtány, aby bylo možné jich vždy pět či šest na tento šroub uchytit. V rámci Institut Universitaire du Technologie jsme měli možnost tento spoj vyzkoušet v tahu. Zkoušeli jsme ho ve třech různých podobách: špička se špičkou, patka s patkou a špička s patkou. Zjistili jsme, že zatímco špičky se při síle vyšší než je jejich pevnost zlomí, patky šroub při takovéto námaze „rozpáře“. Špička (8,56kN) vydržela nicméně menší síly než patka (11,9kN).



Postup modelizace
Abychom mohli vytvořit věrohodný statický model celé konstrukce, bylo nutné zjistit, jakou mají lyže pevnost. Toto jsme měli opět možnost vyzkoušet a výsledek byl velmi uspokojivý. Na základě zkoušek lyží v průhybu jsme u nich zjistili Youngův modul (Eprům = 51801 MPa), na základě jednotlivých rozměrů jsme našli průměrný moment setrvačnosti (Iprům = 9.1E-9 m4) a z toho jsme již byli schopni určit charakteristický model lyže, který jsme mohli použít pro modelizaci a výpočty konstrukce v programu Robot Structural Analysis.

Samotná modelizace probíhala v několika fázích. Nejprve jsme ji vytvořili v programu Rhinoceros. Poté jsme dali prvkům 3D rozměry a naprogramovali jsme jí zatížení jak od vlastní tíhy, tak od větru a následně jsme ji podrobili i silám rotačním v jednotlivých spojích. To vše již v Robot Structural Analysis, dle metod Eurokódu. Maximální možná síla, která dle modelizace mohla na konstrukci být vyvíjena, vyšla 0.3kN, přičemž veškeré hodnoty, používané k výpočtu byly zkorigovány bezpečnostními koeficienty. V případě maximálního zatížení tlakového prošlo 100 procent lyží, v případě maximálního možného průhybu také. Konstrukci jsme v programu taktéž podrobili zkoušce dynamické.





Montáž stavby
Další fází, které bylo nutné se věnovat, byla vlastní konstrukce. Tu bylo ale nutné velmi pečlivě strukturalizovat, vzhledem k požadavku na možnost znovusmontování. Rozhodli jsme se tedy pro postupnou montáž jednotlivých pěti a šestiúhelníků, z nichž se až na místě poskládá celá kopule. Jednotlivé šesti(pěti)úhelníky jsme pečlivě označili barvami a popisky a vytvořili jsme montážní plán. Takto vybaveni jsme se mohli vrhnout do samotné montáže už i my.

V den D jsme na určené místo uprostřed kampusu dopravili všechny polotovary, hromadu šroubů, matek a podložek a mohli jsme začít. Již po spojení prvních dvou pentagonů nám došlo, že to nebude taková sranda, jak jsme si představovali. Při nástupu na polední pauzu nám ze čtyřiadvaceti úhelníků zbývalo osmnáct. Po obědě nám ale přišla pomoct spousta spolužáků, a pak už to šlo ráz na ráz. Kopuli jsme montovali od středního nejvyššího pětiúhelníku postupně spirálovitě dolů s vynecháním dvou otvorů (jeden vstupní, jeden výstupní). Za 17 hodin a s pomocí asi deseti lidí se nám podařilo dojít do cíle. Kopule stála. Týden po té jsme ji v dešti demontovali.



Splnění cíle
Co se nových zkušeností týče, byl tento projekt velmi přínosný. Nejen že jsme si mohli na vlastní kůži vyzkoušet, jak probíhají různé zkoušky mechanických vlastností, také jsme se naučili pracovat a prezentovat naši práci v postupech běžně provozovaných ve stavebnictví. A v neposlední řadě jsme ověřili, že i lyže, jakožto materiál vysoce kompozitní a zdánlivě nerecyklovatelný, mají, co se konstrukčních vlastností týče, vysoký potenciál.
Šárka Zelenková
Foto: Yichen Weng

Termín: leden – květen 2012
Místo: Grenoble, Francie, Université Joseph Fourier
Autoři: studenti fakulty PHITEM Université Joseph Fourier – Vincent Pillet, Loic Poix, Yichen Weng, Šárka Zelenková, ve spolupráci s École Nationale Supérieure d‘Architecture de Grenoble (Yoanna Anastassova, Catherine Wright), za vedení Dominique DAUDON a Olivier BAVEREL