Dilatace či dilatační spára je konstrukční úprava staveb, která předchází poruchám způsobených vlivem teplotních či chemických změn materiálů, sedání budov na terén a přenášení účinků na jiné části budovy. Dilatační spáry vyrovnávají objemové změny (smršťování či roztahování) konstrukce a předchází nežádoucímu vzniku prasklin a jiných vad na stavbě.
Příčiny objemových změn stavebních materiálů
Dilatační pohyby jsou přirozené změny objemu stavebních materiálů vlivem teplotních výkyvů, vlhkosti a mechanického namáhání. Každý stavební materiál reaguje na změny teploty a vlhkosti. Při zahřátí se roztahuje, při ochlazení smršťuje. Tento pohyb je běžný a nevyhnutelný, ale u některých materiálů jsou rozdíly opravdu velké. Poruchy vyvolané účinky objemových změn lze zařadit do skupiny nepřímých účinků namáhání.
Teplotní účinky
Teplotní účinky vyvolávají u stavebních konstrukcí délkové změny. Nejsou nebezpečné tehdy, může-li se stavební konstrukce nebo prvek neomezeně roztahovat či stahovat. Například jsou-li konstrukce uloženy na pohyblivých podporách (ložiskách) nebo na kyvných stojkách, nebo jsou-li rozděleny na části v takových vzdálenostech, že výsledek napětí z délkových změn nezpůsobí žádná nadměrná namáhání ve vlastních nebo přilehlých nosných prvcích. Zvlášť nepříznivě se teplotní účinky projevují na nedostatečně tepelně izolovaných plochých železobetonových střechách. Tepelnou dilatací se porušuje jednak vlastní krytina, jednak se trhá římsa i nosné zdivo a nejvyšších podlažích. Podobné poruchy se také projevují jak na vnějších, tak i na vnitřních panelech montovaných staveb. Slunečním zářením a teplotními změnami uvnitř stavby jsou panelové stěny ve stálém pohybu. Pokud se staví v zimě, železobetonová konstrukce zkrátí a naopak je tomu v létě. Během let se konstrukce navíc smrští a dotvaruje.
Účinky smršťování
Smršťování nastává při úbytku vlhkosti (vysychání) betonu a jeho účinek je pak dán zmenšením objemu. Vysychání začíná vždy na povrchu a při jeho rychlém průběhu na povrchových oblastech konstrukci brání vlhké jádro volnému stahování povrchu. Účinek je udáván hodnotou cca 0,25 mm/m, často ale i výrazně vyšší v závislosti na typu betonu. Tím vznikají tahová napětí, která u betonových konstrukcí, u nichž se účinkům smršťování zabraňuje nevhodnou konstrukční úpravou, vyvolávají vznik trhlin. Proto se smršťováním trhají tenké stropní desky spojené monoliticky s masivními betonovými prvky - s trámy nebo průvlaky, případně se ztužujícími věnci atd. Trhají se i dlouhé zdi, které se nemohou v dosedacích plochách vlivem tření zkracovat. Smršťováním lze vysvětlit vznik trhlin, jež nemohou mít původ od účinků zatížení. Porušují se jím i trámy a průvlaky a hlavně zdivo, na kterém jsou železobetonové konstrukce uloženy. Průběh smršťování je ovlivněn teplotou a vlhkostí prostředí. Tvrdne-li beton v suchém a teplém prostředí, je smršťování větší a probíhá rychleji. Zvlášť nepříznivě se projevují účinky smršťování při betonování nádrží, vodojemů kanálů apod., neboť smršťováním vznikají trhlinky, porušující vodotěsnost. Účinek smršťování se zvyšuje u betonu s velkým obsahem cementu, používáním cementů objemově nestálých, vysokým vodním součinitelem, používáním jemnějších frakcí kameniva a některých přísad, zejména urychlovačů/zpomalovačů tuhnutí betonové směsi. 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 betonu
Dotvarování je vlastnost betonu charakterizovaná růstem trvalých deformací konstrukce za účinku trvalého nebo dlouhodobě působícího zatížení. Je velmi důležité pro železobetonové, ale zejména pro předpjaté konstrukce. Zvětšuje zkracování podpůrných konstrukcí (sloupů, stěn atd.), 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 atd. Účinky dotvarování jsou tím větší, čím dříve po vybetonování je konstrukce zatěžována a čím její průřezy jsou subtilnější.
Čtěte také: Důležitost dilatace betonu
Typy a zásady navrhování dilatačních spár
Stavby, které jsou vydány přirozeným změnám teploty ovzduší, je třeba rozčlenit na části, které se mohou chovat samostatně. Pokud se tak nestane, konstrukce se sama rozdělí podle obecných fyzikálních zákonů a vnitřních a vnějších tvarových a materiálových vlastností stavby. Úmyslně vytvořené spáry mezi jednotlivými částmi konstrukce se nazývají dilatační nebo rozdělovací.
Umístění a provedení dilatačních spár
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. Ovšem, 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. Dilatačními spárami oddělujeme od sebe také ty části budov, které jsou založeny na různých základových půdách a kde lze očekávat nestejnoměrné sedání. Pokud by se taková konstrukce provedla spojitě, vyvolalo by to u ní nerovný pokles základů a tedy přídavná namáhání a poruchy horních konstrukcí. Při vzájemném překrývání objemových či teplotních změn a při větších délkách stavby může také dojít k tak velkým roztažením nebo stlačením a tedy k silovému namáhání konstrukce tak, že dojde k překročení pevnosti stavebních materiálů a nezbytné protažení se projeví trhlinami. Bohužel jsou tyto trhliny „divoké“, tj. Uvedené poruchy jsou složitý a nesnadno odstranitelný problém, zasluhující podrobné šetření. Dále je třeba připomenout, že bourá-li se stavba vedle staré budovy s chatrnými sousedními zdmi, oddělenými vzájemně dilatací, musí se štítová zeď neodstraňovaného objektu řádně vzepřít - zvláště to platí, je-li tato zeď zatížena klenbami. Zajišťovací konstrukce jsou někdy složité a nákladné a vždy zdržují postup bourání i výstavbu nového objektu v proluce. Také základy a celá stavba nového objektu se musí přizpůsobit místu stavby.
Možnosti provedení dilatačních spár
- Svisle: Kdy jednotlivé nosné konstrukce oddělených částí měly nosné systémy navzájem zcela nezávislé. Po obou stranách dilatační spáry jsou sloupy, stropní trámy či desky v každé části samostatné. Základy sloupů jsou společné (nebyla-li dilatace provedena z důvodů nestejnoměrného sedání jednotlivých částí stavby - tehdy je nezbytné dělit i základy). Tento způsob umístění spáry je bezpečný a z konstruktivního hlediska vhodný.
- Zalomeně: Kdy dilatační spára přerušuje průvlaky, buď těsně při sloupu, nebo při stropním žebru. Leží-li průvlaky příčně, může se obdobně přerušit i stropní konstrukce.
- Vložením celého dilatačního pole.
Někdy je ovšem třeba volit polohy dilatačních spár ve větších vzdálenostech, než je běžné. Například u spojité konstrukce nelze dilatační spáry upravit tak, že se stavba jednoduše rozdělí na jednotlivé menší části - to by bylo nevhodné, nekonstruktivní a drahé. Spáry se mohou v podobných případech provést i ve větších vzdálenostech, je však nutné u konstrukce početně vyšetřit vliv změn teploty a smršťování betonu a nepříznivým účinkům bránit vhodnými konstrukčními opatřeními, která vyplynou ze statického výpočtu.
Šířka a úprava dilatačních spár
Obvykle se navrhuje šířka dilatačních spár 15 až 25 mm. Realizace se pak zajistí vložením vhodné vrstvy stlačitelného materiálu. Do spár se též vkládají různé trny či továrně vyrobené prvky. Dilatační spáry se v hotové stavbě skutečně svírají a rozevírají, nebo se v nich při různém zatížení a sedání základů posunuje jeden díl stavby svisle podle části druhé. Musí být upraveny tak, aby se přilehlé stavební součásti těmito pohyby neporušovaly. Nesmí se tedy přes spáru provést například omítka. Dilatační spára se přizná a obvykle se překryje lištou, nebo se ponechá volná.
Ozuby v dilatačních spárách
Ozuby je třeba pečlivě propočítat a zachytit napětí v hlavním tahu, vznikající nad uložením a pod ním, kde mají nejvíce namáhané části konstrukce jen poloviční výšku. Je nezbytné také přihlédnout k účinkům tření v ložné ploše ve vodorovné části spáry. Při vodorovných posuvech dilatované konstrukce vznikají v ní vlivem tohoto tření vodorovné tahové síly. Kdyby nebyly zachyceny výztuží, mohly by se ozuby odtrhnout od zbylé části stavby, případně by se konstrukce mohla v některém slabém průřezu porušit tahem. Výztuž by měla být počítána na všechny zmíněné účinky.
Čtěte také: Jak správně dilatovat betonovou mazaninu
Specifické typy spár
- Jalové spáry: Jsou „uměle vytvořené trhliny“ v podlahové desce a slouží jako místo žádaného zlomu. Po vytvrzení betonu bude příčný řez oslaben naříznutím povrchu a bude vyprovokováno vytvoření trhliny na definovaném místě (kontrolované tvoření trhliny). Hloubka řezu činí asi 25 až 30 % tloušťky desky. Řezání nesmí být provedeno příliš brzy, jelikož řez se v nedostatečně vytvrzeném betonu „třepí“.
- Pracovní spáry: Vznikají nabetonováním na odpojený, dříve vyrobený výřez. Vytvoření je na pero a drážku, při spojení hmoždinkami s hladkými čelními plochami. Oddělují betonovou desku po celé její tloušťce.
- Prostorové spáry: Oddělují podlahovou desku od jiných stavebních dílů, jako například podpěr, stěn, šachet, žlabů atd. Tím se zamezí přenosu dodatečné horizontální zátěže ve vstupním nebo výstupním stavebním dílu. Dále by měly prostorové spáry umožnit volné rozpínání betonu, která jsou potřeba pro omezení velikosti prvků a spárami, které oddělují jeden stavební díl od druhého.
Příklady poruch a doporučení
Článek pojednává o poruchách dilatací objektů pozemních staveb. Střešní krytiny jsou neustále vystaveny teplotním změnám a povětrnostním vlivům, což způsobuje jejich rozpínání a smršťování. Aby střešní krytina odolala extrémním teplotním výkyvům, je důležitá pravidelná údržba a správná ochrana povrchu. Ke dlouhodobému zpevnění a zvýšení odolnosti střechy přispěje nanotechnologická impregnace.
Příklad 1: Objekt v proluce
Objekt byl postaven v proluce. Přední část (půdorysně cca 11,7 × 21,6 m) je čtyřpodlažní, bez podsklepení, umístěný nad stávajícími historickými klenutými sklepy. Objekt byl dle původní projektové dokumentace založen na vrtaných pilotách průměru 900 mm, přes ně byl vytvořen železobetonový rošt vytvářející podporu pro uložení sloupů horní stavby. Střední část (půdorysně cca 13,7 × 21,6 m) je devítipodlažní, z toho jsou dvě podlaží podzemní. Ta byla provedena železobetonová, skládající se ze stropních desek, stěn a základové desky. Byla tedy založena plošně a je oddilatována od části přední. Zadní část (půdorysně cca 9 × 14,0 m) je jednopodlažní, železobetonová. Konstrukci tvoří stěny, základová deska a stropní deska s trámy. Úroveň základové spáry je cca −4,4 m pod úrovní ±0,000.
Nadzemní část budovy není v horní stavbě vůbec dilatována. Staveniště se nachází v proluce a v lokalitě, která již v dávných dobách byla osídlena, leží poblíž historických hradeb, na celkově problematickém podloží, kde byly během staletí ukládány různé antropogenní navážky, nekvalitní co se týká únosnosti i deformovatelnosti. IGP doporučil celkově hlubinné založení. To ovšem nebylo v projektu realizováno. Předložený způsob založení objektu je nevhodný a měl by zásadní dopad na chování horní stavby. Systém přenášení zatížení budovy je nejasný. Po výstavbě objektu lze očekávat trhliny ve stěnách a deskách, poruchy obkladů, obvodových plášťů, izolací, podlah, rozvodů apod. Doporučeno bylo zrušit dilataci mezi přední a střední částí. Základové rošty protáhnout až nad suterénní stěnu střední části, o kterou se opřou. Střední část podepřít také na mikropilotách. Současně ve střední části zmenšit výšku části základové desky na cca polovinu.
Příklad 2: Podzemní garáže
Objekt má podélný půdorysný tvar, je jednopodlažní, třítaktový, monolitický - železobetonový. Původní rozměry byly 94,25 m (18 polí po 5,20) × 17,30 m (5,25 + 6,50 + 5,25) (délka × šířka); objekt byl vzhledem ke značné délce dilatován na dva stejné celky po 9 polích (po 46,80 m). Dilatace mezi oběma částmi stavby byla navržena vložením dilatačního pryžového profilu do spáry. Terén, na kterém byly garáže vystavěny, je svažitý (sklon 10° směrem k západu), podélně je objekt situován rovnoběžně s vrstevnicemi zhruba ve směru sever-jih. Konstrukce byla z velké části zapuštěna do terénu (výškový rozdíl původního terénu na šířku objektu je cca 3,20 m, na západní - dolní - straně leží cca 0,80 m nad terénem, na východní - zadní - straně pak cca 2,40 m pod úrovní původního terénu). Na stěnách a na dvou řadách sloupů spočívají stropní desky.
Původní projekt počítal s jednou příčnou dilatací, tj. rozdělil stavbu na dva celky dlouhé 46,80 m. Podle ČSN 73 1201/2010, tab. 4.1 je maximální délka monolitického dilatačního chráněného celku s dilatací uprostřed 54 m. Vzhledem k tomu, že se jedná vlastně o střešní konstrukci, bez vhodné tepelné izolace a značná část opěrných stěn leží nad terénem, bylo by na místě užít spíše hodnotu pro konstrukci nechráněnou. Železobetonové stěny a stropní desky byly sice dostatečně vyztuženy v příčném směru.
Čtěte také: Standardy pro dilataci betonových konstrukcí
Původní projekt byl změněn. Úpravou garáží byla zmenšena jejich délku o jedno pole a také byla posunuta dilatace o dvě pole tak, že jeden dilatační celek nyní obnáší 6 polí (31,20 m) a druhý 11 polí (57,20 m). Změněna byla také skladba pojížděné střechy (tj. parkoviště), kde místo lithoplastu perfor byla použita nopová fólie. Místo běžného betonu byl použit beton „vodostavebný“ (ovšem bez bližší specifikace). V upravené verzi stavby doporučené hodnoty vzdálenosti dilatací dodrženy nebyly. Pokud by délkově upravovaný objekt byl dilatací rozdělen na dvě stejné části po 8 polích, byla by délka dilatační části jen 41,2 m.
V následující tabulce je uveden výpočet pohybu dilatačního celku délky 57,2 m od teplotních změn za předpokladu, že roztažnosti není bráněno. Je zřejmé, že 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.
| Teplotní rozdíl (°C) | Délková změna (mm) |
|---|---|
| 20 | 13,7 |
| 30 | 20,6 |
| 40 | 27,5 |
| 50 | 34,4 |
Vypustit izolaci proti vodě nebylo užitečné - svědčí o tom průniky vlhkosti stropní deskou. Domněnka se, že když se konstrukce provede z vodostavebního betonu, tak bude i současně vodotěsná a bez trhlin (tzn. Betonová konstrukce je vodotěsná tehdy, když kromě správného složení (třídy) betonu, je konstrukce též staticky nadimenzována na vznik trhlin, případně má omezenou šířku (tj. většinou s většími dimenzemi průřezů a s výrazně větším množstvím výztuže) a jsou též odpovídajícím způsobem provedeny všechny detaily (těsnění pracovních spáry apod. - dle pokynů pro tzn. bílé vany).
Prvé trhliny se objevily v pravé - delší - dilatační sekci (o 11 polích) mezi řadami N-O. Trhliny se ukázaly jak na stropě, tak i na stěnách. Trhliny byly následně vyspraveny injektáží, nicméně po určitém čase se druhé, o něco posunuté trhliny ukázaly ve stejném poli. Posléze vznikly v pořadí třetí trhliny v poli P-Q. Svědčí to o skutečnosti, že konstrukce si sama vytváří přirozenou dilataci zhruba po 25-28 m, tj. zhruba po pěti polích. Z výše řečeného plyne, že u garáží by problémy s trhlinami s velkou pravděpodobností vznikly i bez změny rozměrů, a posuvu dilatační spáry. Úpravy projektu možnost vzniku trhlin ovšem zvýšily. Při projektu a jeho změnách měly být vzaty v úvahu velké teplotní rozdíly, které mohou nastat v průběhu roku. Zejména stropní deska je vystavena slunečnímu záření, které může konstrukci oteplit o několik desítek stupňů. Přitom v zimě stropní deska může promrzat (není nad ní dostatečná tloušťka vrstev, aby nepromrzala). Dochází tak k rozdílnému teplotnímu namáhání stěn a desek.
Proinjektování trhlin, které provedla odborná firma, přeneslo problém pouze o několik metrů dále, kde vznikly trhliny nové. Je-li injektáž provedena spolehlivě - což se zřejmě v tomto případě stalo - má injektážní hmota vyšší pevnost v tahu než beton. Doporučeno bylo položit novou izolaci proti vodě na strop garáží. Trhliny ve stropech a zdech ponechat a neopravovat. Jednalo by se pouze o závadu vzhledu, staticky by nemělo dojít k rozvoji poruchy. Stropní konstrukci a stěny proříznout v poli N-O a vytvořit novou, jasně definovanou dilatační spáru ve stropě i stěnách. Spáru provést v místě nulového momentu v průvlacích (cca ¼ rozpětí). Tato varianta, ale obnáší nutnost statického zajištění podélného průvlaku například vložením ocelových nosníků (rámů).
tags: #dilatace #staveb #odborny