Vodní stavby, jako jsou přehradní hráze, plavební komory nebo vodní elektrárny, představují inženýrské stavby, které působivě ukazují, jak lze sílu přírody využívat nebo krotit. Ať jde o získávání energie či pitné vody, o ochranu pobřeží nebo o dopravní infrastrukturu - vodní stavby jsou nepostradatelnou základnou pro dodržení a vylepšení kvality života. Zachování těchto důležitých staveb pomocí efektivních opravárenských technologií patří již více než 30 let k základním kompetencím firmy MC-Bauchemie. V betonových konstrukcích vodních děl je klíčové správné provedení dilatačních spár. Tyto spáry umožňují konstrukci reagovat na objemové změny způsobené teplotními výkyvy, smršťováním a dotvarováním betonu, a minimalizují tak riziko praskání a dalších poruch, které by mohly ohrozit vodotěsnost a celkovou integritu stavby.
Význam a typy dilatačních spár
Dilatační spáry nejsou nic jiného než speciálně vytvořené mezery, které umožňují správné rozložení sil při provozu konstrukčních a dokončovacích prvků. Jsou nezbytné tam, kde stavební konstrukce nebo prvek nemůže neomezeně roztahovat či stahovat. Konstrukční prvky budovy jsou vystaveny namáhání, deformacím a mírným posunům, které pocházejí ze sil působících na stěny, základy a podlahy, nebo ze změn teplot. Tyto procesy jsou přirozené a bezpečné, ale pouze za předpokladu, že stavebním dílům dáme prostor pro přenášení těchto zatížení. K tomu slouží dilatační spára v budově; s touto mezerou žádné procesy probíhající v rámci jednoho prvku neovlivňují ostatní. Tím se zabrání praskání a jinému poškození, ke kterému dochází působením sil působících na stěnové nebo podlahové části.
Typy dilatačních spár
Dilatační spáry lze rozdělit na konstrukční, tepelné, technologické a antivibrační. Ve stavebnictví se nejčastěji používají:
- Konstrukční dilatační spáry: Mají oddělit pevné části budovy a zabránit přenosu zatížení. Umožňují čelit negativním vlivům přenášení zatížení, které vznikají při smršťování a roztahování stavebních materiálů. Zabraňují tedy poškození celé budovy.
- Obvodové dilatační spáry: Provádějí se podél stěn, sloupů a schodišť. Spára je tloušťka celého potěru a dokonale jej oddělí od zbytku stavebních prvků.
- Mezilehlé dilatační spáry: Používají se, když je povrch podlahy tak velký, že musí být použito dodatečné dělení, aby se přenášené napětí správně vyrovnalo.
Dilatační spáry by měly být, pokud je to možné, přímé a měly by procházet bez přerušení všemi částmi budovy zdola nahoru, tedy od základů až po střechu. Nicméně, teplotními dilatačními spárami není vždy třeba dělit základy, neboť ty leží na podloží v oblasti téměř konstantní teploty, takže u nich nedochází k rozměrovým změnám teplem a také smršťování je výrazně menší než u horní stavby. Musí se ovšem zvážit i teplotní poměry při stavbě základů.
Pohyby ve spárách
Pohyby se mohou vyskytnout jako pomalé nebo rychlé, jednorázově, zřídka nebo často se opakující a mohou být různě velké. Před navržením dilatačního detailu musí být známé potřebné údaje o očekávaných pohybech ve spárách. Styčné plochy se mohou navzájem pohybovat kolmo nebo paralelně k izolační rovině.
Čtěte také: Důležitost dilatace betonu
Pro různé typy pohybů se rozlišují:
- Typ spáry „A“: Pro pomalu odeznívající nebo jednorázové či zřídka se opakující pohyby (např. pohyby sedáním, zkrácení smrštěním nebo změnami délky prostřednictvím sezónních výkyvů teploty tepelně izolovaných střešních konstrukcí) o velikosti do 5 mm. Spáry typu „A“ lze provést v hydroizolační rovině.
- Typ spáry „B“: Pro rychle odeznívající nebo často se opakující pohyby (např. změny délky vlivem denních výkyvů teploty), jakož i pro všechny pohyby o velikosti nad 5 mm. Spáry typu „B“ jsou s ohledem na velikost a četnost pohybů realizovány s přerušením izolovaných ploch a musí být zvednuty nad izolovanou rovinu, např. použitím přířezů zhotovených z tepelné izolace nebo zděných konstrukcí.
Smršťování a dotvarování betonu
Účinky objemových změn jsou důležitými faktory ovlivňujícími životnost betonových konstrukcí.
- Smršťování: Nastává při úbytku vlhkosti (vysychání) betonu a jeho účinek je dán zmenšením objemu. Vysychání začíná vždy na povrchu a při jeho rychlém průběhu na povrchových oblastech konstrukci brání vlhké jádro volnému stahování povrchu. Tím vznikají tahová napětí, která u betonových konstrukcí, u nichž se účinkům smršťování zabraňuje nevhodnou konstrukční úpravou, vyvolávají vznik trhlin. Zvlášť nepříznivě se projevují účinky smršťování při betonování nádrží, vodojemů kanálů apod., neboť smršťováním vznikají trhlinky, porušující vodotěsnost. Smršťování probíhá nejintenzivněji v prvém období po zabetonování (ve 3 až 6 týdnech) a během prvního roku. Čelí se mu vhodným konstrukčním opatřením a pracovními postupy při betonování.
- Dotvarování: Je vlastnost betonu charakterizovaná růstem trvalých deformací konstrukce za účinku trvalého nebo dlouhodobě působícího zatížení. Zvětšuje zkracování podpůrných konstrukcí, zvyšuje průhyby betonových nosníků, ovlivňuje vnitřní napětí betonu, zvyšuje změnu staticky neurčitých veličin, přesouvá napětí z betonu na výztužné pruty a úbytek předpětí v předpjatých konstrukcích. Účinky dotvarování jsou tím větší, čím dříve po vybetonování je konstrukce zatěžována a čím její průřezy jsou subtilnější.
Materiály a systémy pro sanaci a utěsňování dilatačních spár
Prosakující dilatační spára je častým problémem betonových konstrukcí, ať už se jedná o stavby z oboru pozemního, nebo podzemního stavitelství. V současnosti se pro dodatečné utěsňování dilatačních spár používají především takové systémy, kdy se na vnitřní líc konstrukce nalepuje pružná fólie, případně se spára vyplňuje pružným tmelem. Taková řešení sice zamezují pronikání vody do vnitřních prostor objektu, ale neřeší utěsnění vlastní betonové konstrukce.
Penetrace a nátěry
Příprava podkladu je naprosto zásadní pro finální vzhled a životnost použitého nátěru. Podklad musí být čistý, pevný, prostý znečištění a nesoudržných částí, které mohou negativně ovlivnit přídržnost penetrace. Maximální vlhkost nesmí překročit 6 %. Pevnost podkladu v tlaku musí být min. 25 MPa, tahová pevnost min. 1,5 MPa. Staré nátěry, olejové a tukové skvrny, organická kontaminace i prach musí být odstraněny, např. bruskou. Případné nerovnosti musí být vyrovnány a prach vzniklý broušením odstraněn, stejně jako kousky odroleného betonu.
WEBERPRIM EP 2K - transparentní epoxidová penetrace
Slouží jako penetrace pod polyuretanové nátěry. Složky A a B se promíchají elektrickým míchadlem s pomalými otáčkami dle určeného poměru po dobu 3-5 minut. Namíchanou směs lze ředit s 15-25 % vody pro regulaci viskozity. Optimální teplota pro aplikaci je +10°C až +25°C. Nátěr se nanese štětkou nebo válečkem po celém povrchu konstrukce. Po cca 6-12 hod. (ne později než 24 hod.), dokud je nátěr stále trochu lepivý, se aplikuje polyuretanový nátěr a geotextilie weberdry fabric. Natíraný beton musí být minimálně 24 hod. starý.
Čtěte také: Jak správně dilatovat betonovou mazaninu
WEBERDRY PUR SEAL - elastický polyuretanový vodotěsný nátěr
Před použitím nádobu s nátěrem důkladně promícháme.
WEBERDRY FABRIC - výztužná netkaná PES geotextilie
Ustřihneme 20cm široký pruh výztužné geotextilie weberdry fabric a položíme jej do čerstvě natřeného nátěru weberdry PUR coat nebo weberdry PUR coat traffic tak, aby byla překryta dilatační/pracovní spára a nacházela se ve středu tkaniny. Do středu tkaniny vložíme webertěsnicí provazec o průměru odpovídajícím šířce spáry.
WEBERTĚSNICÍ PROVAZEC - dilatační miralonový provazec do pružných spár
Vkládá se do středu tkaniny pro optimální vyplnění spáry.
WEBERDRY PUR COAT / TRAFFIC - ochranný polyuretanový nátěr
Ochranný polyuretanový nátěr pro venkovní pochozí (PUR COAT) nebo pojezdové (PUR COAT TRAFFIC) plochy. Před použitím nádobu s nátěrem důkladně promícháme. 24 hod. po aplikaci flexibilního tmele webertmel PUR celou pracovní plochu dilatační spáry (tmel i výztužnou tkaninu) přetřeme ochranným nátěrem weberdry PUR coat nebo weberdry PUR coat traffic (dle předpokládaného zatížení). Mezi jednotlivými nátěry musí být technologická přestávka 3-6 hod., ne delší než 36 hod.
Injektážní materiály a systémy
Oboru injektáží se věnuje harmonizovaná norma ČSN EN 1504-5, která rozlišuje tři základní skupiny materiálů podle účelu použití.
Čtěte také: Standardy pro dilataci betonových konstrukcí
- Výplně schopné přenášet silová namáhání: Duromerové pryskyřice na bázi epoxidu a minerální suspenze.
- Bobtnavé výplně: Reprezentované pryskyřicemi na bázi akrylátů, tzv. hydrostrukturní pryskyřice (hydrogely). Asi největší výhodou těchto materiálů, kromě nízké viskozity (od 5 mPa.s), je jejich schopnost zabudovávat do své molekulární struktury sekundární vodu a tím dodatečně zvětšovat svůj objem. Kvalitní gely se pak vyznačují schopností tuto vodu déle v sobě podržet, ale hlavně znovu nabýt na původním objemu v případě vyschnutí a následného smočení.
- Materiály na bázi elastických polyuretanových pryskyřic: S co nejnižší možnou viskozitou (např. MC-Injekt 2300 top se směsnou viskozitou 55 mPa.s), což činí tyto materiály velmi dobře injektovatelné. Využití bobtnavých výplní nacházíme především v širších stavebních spárách, jako jsou zejména dilatační spáry, nebo jako způsob opravy plošné izolace.
Důležité je, že ne každý polyuretan je vhodný na každý problém, a proto by nemělo být rozhodování o materiálu vedeno jeho jednotkovou cenou. Rozhodujícím faktorem je nejčastěji viskozita pryskyřice a její reaktivita v kontaktu s vodou a bez ní.
Sendvičová ucpávka CarboCryl Wv Plus/CarboLan
Tento sanační systém je kombinací dvou materiálů, které se osvědčily v sanační praxi. Předpokladem pro utěsnění dilatační spáry sanačním systémem CarboCryl Wv Plus/CarboLan jsou pevné a nedrobivé boky spáry, které je nutno zbavit všech nečistot, volných částic a zbytků po použitých tmelech. Důležitou podmínkou je vlhký povrch spáry, který zlepšuje přilnavost gelu CarboCryl Wv Plus a umožňuje vytvrzení tmelu CarboLan. Ze spáry však nesmí vytékat voda.
- CarboCryl Wv Plus: Obměněná varianta metakrylátového injekčního gelu CarboCryl Wv. Zachovává si vynikající průtažnost (extrémních 970%), má však podstatným způsobem vylepšený parametr přilnavosti na vlhký betonový podklad a výrazně snížené smršťování v suchém prostředí. A samozřejmě je mrazuvzdorný. CarboCryl Wv Plus plní funkci výplně, která vyplňuje a utěsňuje jak vlastní dilatační spáru, tak i poruchy v konstrukci, které netěsnost způsobily.
- CarboLan: Jednosložkový těsnicí tmel na bázi modifikovaných polymerů silanu. Používá se pro uzavření dilatační spáry na líci konstrukce. Vyznačuje se velmi vysokou přilnavostí na prakticky všechny běžné stavební materiály, beton nevyjímaje. Pro své vytvrzení a dosažení dobré přilnavosti k podkladu vyžaduje přítomnost vlhkosti.
- Těsnicí šňůra: Z pěnového polyetylénu vytváří podklad pro nanesení těsnicího tmelu CarboLan do dilatační spáry. Zajišťuje, aby výsledný příčný průřez tmelu byl přibližně pravidelného průřezu s poměrem stran š:h = 1:1 až 2:1 a dále aby tmel přilnul pouze na boky spáry a ne na její dno.
Systém sanace dilatačních spár CarboCryl Wv Plus/CarboLan byl v roce 2002 podroben náročné zkoušce v délce trvání 5 měsíců, která měla ověřit jeho schopnosti. Zkouška prokázala schopnost systému utěsnit tekoucí dilatační spáru v její hloubce a také zamezit přístupu vody do konstrukce, čímž chrání konstrukci před nežádoucími účinky přítomnosti vody - korozí, poškozením vlivem mrazu, atd.
Příklady z praxe
Problém netěsných dilatačních spár je častý u vodních staveb, jak dokazují mnohé případy.
Přehradní hráz v Rusku (Sajano-Šušenská přehradní nádrž)
Po značných netěsnostech v pravém přetokovém tunelu a tím podmíněných ztrátách výroby energie byly provedeny úspěšné zkušební testy elastomerovou injektážní pryskyřicí na bázi polyuretanu (MC-Injekt 2300 plus).
Přehradní hráz v ČR (Slapy)
Přehradní hráz, která slouží již od roku 1954, je pravidelně kontrolována a jsou zde v případě nutnosti prováděny lokální opravy nefunkčních částí. Dilatační spoje mezi jednotlivými hrázovými bloky byly při výstavbě zatěsněny pomocí jílového těsnění. Na těchto jílových kanálcích se ale již podepsal čas a docházelo zde k netěsnostem. V roce 2014 došlo k pokusu o dotěsnění těchto dilatačních spojů z inspekčních šachet pomocí mechanického přikotvení příložných úhelníků v kombinaci se speciální gumou. Jako vhodný materiál byla zvolena speciální hydrostrukturní pryskyřice na bázi akrylátu zesílena polymery. Z původního průsaku 5 - 6 l/s bylo v únoru 2016 zaznamenáno průsak cca 0,025 l/s.
Vodní dílo Gabčíkovo
V současné době probíhá komplexní modernizace plavebních komor vodního díla Gabčíkovo. Betonové konstrukce plavebních komor jsou rozděleny do jednotlivých dilatačních bloků délky cca 40 m. Už od uvedení vodního díla do provozu se projevoval vliv netěsnosti těchto dilatačních spár. Dilatace a pracovní spáry byly v průběhu provozu plavebních komor opakovaně opravovány a injektovány. Problém netěsností spár vznikl již při realizaci původního díla, kdy pryžové pásy byly vystavovány dlouhodobému působení povětrnostních vlivů. Tím došlo k částečné degradaci pryže. Předmětem sanačních prací bylo proto navrhnout a provést takové řešení, které zajistí maximální vodotěsnost dilatačních spár i při možném pohybu dilatačních bloků ve všech směrech, které jsou způsobovány teplotním zatížením, nerovnoměrným sedáním i měnícím se směrem zatížení (plná/prázdná plavební komora).
Práce na dilatačních spárách byly rozděleny do několika kroků:
- Vyčištění spáry od pozůstatků z předchozích injektáží a vybourání rozšířené části pro vlepení nových pásů.
- Za pásem byla následně provedena rozšířená drážka pro chemickou injektáž.
- Po vybourání těchto částí dilatací byla plocha vyrovnána a byl nalepen nový těsnicí pás.
- Pro zabezpečení pásu proti mechanickému poškození byly nakotveny ochranné prvky (kombinace kompozitních desek a betonových rohoží). Tyto prvky slouží také jako „opěrný“ člen v případě, že by za dilatací nastoupala voda.
- Vybouraná drážka za pásem byla posléze zainjektována. Tato injektáž plní částečnou a pomocnou funkci těsnění, ale opět slouží především jako opěra pryžového pásu při jeho zatížení vodou směrem od komory.
Doporučení
Projektování a realizaci dilatačních spár by měli provádět odborníci se zkušenostmi. Laik by se do toho pouštět neměl. Pro úspěšné dosažení cíle - těsnou konstrukci - je zapotřebí především dobrých a zkušených techniků, kteří provedou správný návrh technologického postupu, dobré injektážní zřízení a spolehlivý injektážní materiál a v neposlední řadě pár šikovných rukou, které injektáž provedou.
Při návrhu je nutné brát v úvahu velké teplotní rozdíly, které mohou nastat v průběhu roku, zejména u konstrukcí vystavených slunečnímu záření a mrazu. V těchto případech je vhodné navrhovat novou izolaci proti vodě a správně definované dilatační spáry, které umožní konstrukci přirozené pohyby bez vzniku trhlin.
Tabulka 1: Výpočet pohybu dilatačního celku od teplotních změn (příklad)
| Délka dilatačního celku (m) | Součinitel tepelné roztažnosti (10-6 K-1) | Teplotní rozdíl (°C) | Pohyb (mm) |
|---|---|---|---|
| 57,2 | 10 | 50 (např. -10°C až +40°C) | 28,6 |
| 57,2 | 10 | 60 (např. -20°C až +40°C) | 34,32 |
Poznámka: Hodnoty pohybů mohou být při extrémních teplotních rozdílech poměrně značné. Tepelná roztažnost však ve skutečnosti neprobíhá volně, je jí bráněno vazbou stěn, průvlaky, nerovnoměrným oteplením apod. Z toho důvodu vznikají tahová namáhání, která beton nemůže přenést.
tags: #dilatace #betonovych #konstrukcich #vodnich #del