MIT sukūrė trijų metrų betoninę siją su tris kartus mažiau betono: paslaptis – pasiūtas audinys

Sekite TechNaujienos Google

Trijų metrų ilgio betoninė sija, kuriai pagaminti reikia maždaug trečdalio įprasto betono ir tik pusės plieno armatūros – būtent tokį bandymo rezultatą lapkričio 6 d. pristatė Masačusetso technologijos instituto (MIT) tyrėjai. Neįprasta detalė: sijai formuoti jie naudojo ne tradicines kietas formas ar brangų 3D spausdintuvą, o specialiai pasiūtą audinį. Mokslininkai mano, kad tai gali atverti kelią lengvesnėms konstrukcijoms, nereikalaujančioms sudėtingos gamyklinės įrangos.

Statybų pramonė sunaudoja didžiulius betono kiekius, todėl net nedidelis medžiagų taupymas turi reikšmės ir sąnaudoms, ir aplinkosaugai. Inžinieriai seniai žino, kad tradicinės stačiakampės sijos dažnai turi daugiau medžiagos nei būtina konkrečiai apkrovai atlaikyti. Tačiau kompiuteriu apskaičiuoti sudėtingesnę, optimaliai apkrovą paskirstančią formą yra kur kas paprasčiau nei ją pagaminti pigiai ir pakartojamai.

MIT komanda nusprendė išnaudoti tekstilės savybes. Lankstus audinys po šlapio betono svoriu natūraliai deformuojasi, todėl anksčiau buvo sunku tiksliai numatyti galutinį liejinio profilį. Tyrėjai sukūrė automatizuotą audinio iškarpų skaičiavimo metodą, leidžiantį suplanuoti norimą geometriją dar prieš pasiuvant formą.

Ką parodė bandymas

Komanda pagamino maždaug trijų metrų bandymo siją ir palygino ją su įprasta konstrukcija, skirta išlaikyti analogišką apkrovą. Pasak MIT, optimizuotai sijai prireikė apie trečdalio betono kiekio bei maždaug perpus mažiau plieninės armatūros. Tai laboratorinio palyginimo rezultatas, o ne pažadas, kad kiekvieno daugiabučio ar tilto betono sąnaudas galima sumažinti identišku procentu.

Naujausi straipsniai

3 min. skaitymo • prieš 2 val

Lietuvoje apie 46 tūkst. žmonių baigė pasirengimo krizei mokymus: ką būtina žinoti šeimoms?

3 min. skaitymo • prieš 2 val

Lietuvoje 40 organizacijų išbandė gynybą nuo DI išnaudojančių įsilaužėlių: dalyvavo 200 specialistų

3 min. skaitymo • prieš 2 val

JAV kariuomenė Lenkijoje išbandė FD-1 dronus perėmėjus: ieško pigesnės apsaugos nuo atakų

Visi naujausi straipsniai →

Matuotas bandymo sijos atsakas nuo kompiuterinio modelio prognozės skyrėsi tik maždaug 2 procentais. Šis rezultatas svarbus dėl konstrukcijų inžinerijos praktikos: gamybos procesas turi būti ne tik taupus, bet ir pakankamai tiksliai prognozuojamas. Jei fizinė sija po sukietėjimo stipriai skirtųsi nuo numatyto modelio, ją būtų sudėtinga naudoti atsakingose laikančiosiose konstrukcijose.

Tyrėjų darbas paskelbtas mokslo žurnale „Journal of Building Engineering“. Komanda aiškina, kad pagrindinis metodas sujungia topologinį optimizavimą, t. y. kompiuterinį efektyvaus medžiagos išdėstymo skaičiavimą, su daug paprastesniais gamybos įrankiais. Iš esmės kompiuteris apskaičiuoja reikalingą formą, o audinys ją leidžia sukurti be masyvių, kiekvienam projektui atskirai gaminamų klojinių.

Ar taip statys namus ir Lietuvoje

Lietuvoje betoną naudoja gyvenamųjų ir komercinių pastatų statybose, infrastruktūros bei pramonės objektuose. Todėl tyrimas aktualus šalies inžinieriams, bet dar nėra paruoštas keisti statybų normas. Viena optimizuota sija laboratorijoje neįrodo ilgaamžiškumo visomis klimato, drėgmės, šalčio, gaisro ar nuovargio apkrovų sąlygomis. Norint tokias formas plačiai naudoti, reikėtų standartizuotų bandymų ir sertifikavimo.

Atskirą iššūkį keltų pakartojamumas statybvietėje. Audinys yra lankstus, todėl montavimo tikslumas, atramų padėtis ir betono mišinio savybės galėtų paveikti galutinę formą. Vis dėlto MIT metodo patrauklumas tas, kad jo konstrukcinė logika nėra priklausoma vien nuo itin brangios robotizuotos įrangos. Tai galėtų būti naudinga net ten, kur modernių 3D spausdintuvų nėra.

Apie kitus mokslo ir pramonės proveržius esame rašę aptardami MIT robotų atminties tyrimą, Europos technologinės pramonės finansavimą ir naujas ES investicijų galimybes. Naujasis bandymas išsiskiria tuo, kad svarbiausia inovacija nėra nauja brangi medžiaga, o kūrybiškai sujungti skaičiavimai ir paprastas audinys.

Mokslininkų rezultatas kol kas geriausiai vertintinas kaip įrodymas, kad ši gamybos kryptis techniškai įmanoma. Jei tolesni bandymai parodys patikimą veikimą realiose konstrukcijose, ateityje galėtume matyti lengvesnius, ekonomiškesnius betono elementus ir mažesnį žaliavų naudojimą.

Konstrukcijų optimizavimas naudingas ir klimato politikai, tačiau poveikio negalima vertinti vien iš sunaudoto betono svorio. Reikia įskaičiuoti formų gamybą, transportą, medžiagų tiekimą ir patikimumą per visą statinio eksploatavimo laiką. Vienkartinis tekstilinis klojinys gali turėti kitokią poveikio aplinkai struktūrą nei daug kartų naudojama standi forma. Todėl būsimi tyrimai turės atsakyti ne tik į mechaninio atsparumo, bet ir į viso gyvavimo ciklo klausimus. Tik tada inžinieriai galės nuspręsti, kur audinio technologija finansiškai ir ekologiškai pranašesnė. Svarbiausia šio MIT darbo vertė – patikimai sujungtas skaitmeninis projektavimas su realiu statybiniu elementu, o ne vien kompiuterinis pažadas.

Šaltiniai: pirminė tyrėjų ar institucijos publikacija; papildomi duomenys.