Standardním těžkým kontejnerem myslíme variantu s objemem 36 až 40 m3, s hmotností cca 3000 kg, přičemž kontejner je vyroben z ocelových plechů jakosti S235 respektive S355, tloušťky 5 mm dno a 3 mm boční stěny, a čela. Za odolnost kontejneru považujeme jeho životnost.
Destrukční mechanismy kontejneru
Existují v podstatě tři základní destrukční mechanismy kontejneru. Plastická deformace (boule) vedoucí případně až k protržení stěn nebo dna, únavové trhliny ve svarových spojích a otěr. Z těchto tří poškozujících mechanismů je většinou rozhodující deformace, zprohýbání stěn nebo dna kontejneru. Výrazné poškození kontejneru otěrem je problémem jen ve velice speciálních případech a únavové trhliny svarových spojů jsou ovlivňovány mnohem více kvalitou svařování než použitým materiálem.
Jak zvýšit odolnost ocelové konstrukce proti plastické deformaci
Existuje v principu jednoduchý způsob, kterým lze zvýšit odolnost ocelové konstrukce proti plastické deformaci, a tím je použití pevnější oceli. V současné době se používá jako standardní materiál pro výrobu kontejnerů ocel S235 (s mezí kluzu Re = 235 MPa) a ocel S355 je již považována za vysokopevnou. Nicméně dnes běžně existují oceli, ve formě plechů nebo pásů, jejichž mez kluzu dosahuje až do úrovně Re = 1500 MPa. Z těchto typů ocelí se například na korby nákladních automobilů, i na některé kontejnery, běžně používají oceli Hardox 400 nebo Hardox 450 s pevnostmi na mezi kluzu Re = 1000 MPa respektive 1200 MPa. Dalšími běžně používanými materiály jsou oceli Domex 700, nebo Docol 1000, obě s mezí kluzu Re = 700 MPa. Nelze bohužel říci, že pokud například použijeme v kontejneru ocelový plech s dvojnásobnou mezí kluzu oproti původnímu, můžeme snížit tloušťku na polovinu. K deformacím dna a stěn kontejnerů dochází při rázovém namáhání a zde není odolnost oceli plně proporcionální k mezi kluzu. Z tohoto důvodu provádíme od začátku devadesátých let simulované rázové testy. Při nich na ocelové plechy různých tlouštěk padá z výšky dvou až tří metrů ocelové závaží s hmotností od 50 kg do 300 kg. Pak se měří hloubka plastické deformace, případně protržení plechu. Postupně jsme se také naučili tyto deformace modelovat FEM metodou a existuje i matematický vzorec umožňující jejich přibližný výpočet. Jsme tedy schopni kvalifikovaně odhadnout ekvivalent různě pevných ocelí, různých tlouštěk stejně odolných proti plastické deformaci při rázu (obr. 1, tab. 1).
Tab. 1: Tloušťky plechu [mm], které mají ekvivalentní odolnost proti plastické deformaci při rázu
| S 355 | 3,9 | 5,4 | 6,8 | 7,5 |
| Domex 700/Docol 1000 | 2,0 | 3,0 | 4,3 | 5,1 |
| Hardox 400 | - | 2,0 | 3,0 | 4,0 |
| Hardox 450 | - | - | 2,2 | 3,0 |
Jak už bylo zmíněno, použití vysokopevných ocelí v kontejnerech není novinkou. Od devadesátých let se tyto oceli používají zejména pro těžké kontejnery na ocelový šrot a v Evropě existuje řada firem, které se na výrobu těchto kontejnerů specializují, například Sirch nebo Ferro Umfortechnik z Německa, švédské ILAB, CMT, nebo polský Pol-Osteg. V Česku má ve výrobním programu řadu odolných kontejnerů z vysokopevných ocelí například firma Multitec. Nicméně, koncepce těchto kontejnerů je doposud převážně založena na tom, že kontejner bude výrazně odolnější než varianta z normálních ocelí a bude mít stejnou nebo jen mírně redukovanou hmotnost. Tyto kontejnery tedy nabízejí zejména výrazně delší životnost za výrazně vyšší cenu. Zvýšení životnosti je zde samozřejmě vyšší než zvýšení ceny, jinak by tento koncept nefungoval.
Sázka na „lehkost”
Firma Multitec společně s firmou Gamaocel (speciální ohýbané profily z vysokopevných ocelí), na základě výpočtů firmy SSAB vyvinuly a postavily kontejner z vysokopevných ocelí, který není výrazně odolnější než varianta z klasických ocelí, ale je výrazně lehčí. Tento kontejner nenabízí výrazně vyšší životnost, ale podstatně nižší hmotnost a současně by neměl být výrazně dražší než standardní, těžký kontejner. Na kontejner byla použita ocel Hardox 400 tloušťky 3 mm (dno) a Docol 1000 tloušťky 2 mm na stěny. Čela jsou vyrobena z oceli Domex 700, tl. 2 mm. Hardox 400 tloušťky 3 mm odpovídá svou odolností proti plastické deformaci oceli S355 tloušťky 6.5 mm. Docol 1000 a Domex 700, tl. 2 mm vykazují stejnou odolnost jako S355 tloušťky 3.9 mm. Kontejner tedy bezpečně odpovídá, respektive převyšuje svou odolností standardní kontejner z obyčejných ocelí (S235/S355) ve variantě: dno – tloušťka plechu 5 mm, stěny – tloušťka plechu 3 mm. Na stěny kontejneru byly použity integrované ohýbané profily, což umožnilo odstranit příčná i podélná žebra a dále tak snížit hmotnost. Kontejner má objem 36 m3 a vlastní hmotnost je 1900 kg. Je tedy víc než o třetinu lehčí než standardní kontejner. Cena kontejneru by neměla převýšit cenu standardního kontejneru o víc jak 20 %.
„Ekonomika” lehkého kontejneru ...
I když předpokládáme, že i přes výrazné vylehčení bude mít nový kontejner vyšší odolnost a tím i delší životnost, je to především úspora vlastní hmotnosti – to, co nově nabízíme. Existují různé výpočty demonstrující velikost úspor, pokud převážíme nižší hmotnost, případně o kolik je možno vydělat víc, pokud využijeme větší užitnou hmotnost. Nedostatkem těchto výpočtů je často jejich přílišný optimismus týkající se vstupních parametrů (úspora paliva, možnost plného využití užitné hmotnosti, množství projetých kilometrů). Je také zřejmé, že se tyto parametry mohou výrazně lišit v závislosti na konkrétním použití kontejnerů.
... a vyčíslení možných úspor konzervativním způsobem
Uvažujeme dva extrémní scénáře. V prvním nelze prakticky nikdy zaplnit kontejner tak, aby se maximálně využila jeho maximální užitná hmotnost (častý příklad např. při přepravě ocelového šrotu nebo pokud se často přepravuje prázdný kontejner). K jediné úspoře zde tudíž dochází snížením spotřeby nafty díky tomu, že „náklad” je o tunu nižší. V druhém případě lze stoprocentně využít vyšší užitné hmotnosti a přepravovat tak „tunu navíc”. Zde je „úspora” v tom, kolik dokážeme vydělat navíc za větší množství nákladu.
První varianta – úspora paliva. Roční přepravovaná vzdálenost: 70 000 km. Úspora nafty při snížení hmotnosti soupravy o 1000 kg: 0,5 litrů/100 km, t.j. 350 l nafty ročně. To znamená, při ceně nafty cca 28 Kč/l (bez DPH), úsporu 9 800 Kč ročně.
Druhá varianta – využití vyšší užitné hmotnosti. Roční přepravovaná vzdálenost: 70 000 km. Cena za přepravu 1 tuny nákladu/1 km = 1 Kč. To znamená ročně navíc 70 000 Kč.
Je zřejmé, že hlavním parametrem, který rozhodne, jak rychle se zvýšená cena kontejneru (cca 20 000 Kč) zaplatí, je množství najetých kilometrů. Druhým rozhodujícím parametrem je pak využití možnosti přepravovat větší množství materiálu. Reálně pak bude často docházet k situacím, kdy se budou kombinovat obě varianty úspor. Pokud by například kontejner jel polovinu kilometrů ročně prázdný, nebo s nevyužitou užitnou hmotností, a v druhé polovině by využil možnost přepravovat o tunu více, zvýšená cena (cca 20 000 Kč), by se uhradila po ujetí celkem cca 35 000 km.
