Stavby, které jsou vystaveny 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.
1. Poruchy vyvolané objemovými změnami
Článek pojednává o poruchách dilatací objektů pozemních staveb. Poruchy vyvolané účinky objemových změn lze zařadit do skupiny nepřímých účinků namáhání. Teplotní účinky vyvolávají u stavebních konstrukcí délkové změny.
Nejsou nebezpečné tehdy, může-li se stavební konstrukce nebo prvek neomezeně roztahovat či stahovat. Např. 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.
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.
Čtěte také: Postupy pro správné provedení dilatačních spár
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.
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.
2. Dilatační spáry
Úmyslně vytvořené spáry mezi jednotlivými částmi konstrukce se nazývají dilatační nebo rozdělovací. Někdy je ovšem třeba volit polohy dilatačních spár ve větších vzdálenostech, než je běžné. Např. 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, např.
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.
Čtěte také: Prevence poruch dilatačních spár
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.
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.
Způsoby provedení dilatačních spár:
- Svisle: 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 bezpečný a z konstruktivního hlediska vhodný.
- Zalomeně: 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.
Ozuby v případech b) a c) 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.
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.
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.
Čtěte také: Dilatační spáry v betonu
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 např. omítka. Dilatační spára se přizná a obvykle se překryje lištou, nebo se ponechá volná.
3. Případové studie
3.1. Objekt v proluce
Objekt byl postaven v proluce. Přední část (půdorysně cca 11,7 × 21,6 m). Jednalo se o čtyřpodlažní objekt, 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 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.
Návrhy řešení:
- 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.
3.2. 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. 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.
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).
Tab. 1: Výpočet pohybu dilatačního celku délky 57,2 m od teplotních změn
| Teplota (°C) | Roztažnost (mm/m) | Pohyb (mm) |
|---|---|---|
| -20 | -0.01 | -5.72 |
| +30 | +0.01 | +5.72 |
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.
Doporučení:
- 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.
- 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).
4. Dilatační spáry v podlahách
Dilatační spáry nejsou jen konstrukční prvek, ale hrají klíčovou roli i v podlahových systémech. Správné provedení dilatačních spár v podlaze je nesmírně důležité, protože umožňuje pohyb podlahy (laminátové, dřevěné, vinylové a jiné podlahové krytiny) a tedy rozměrové změny podlahy s měnící se teplotou a vlhkostí, tak aby mohla podlaha mít plovoucí systém.
Typy dilatačních spár v podlahách:
- Obvodová dilatace: Umisťujeme těsně ke stěně.
- Mezilehlé dilatační spáry: Rozdělují místnost na více částí (nutné u velkých ploch).
- Konstrukční dilatační spáry: Umožňují čelit negativním vlivům přenášení zatížení (vznikají při smršťování a roztahování stavebních materiálů).
- Dilatační spáry pro podlahové topení: Používají se v místech, kde je podlahové vytápění.
- Dilatační spáry pro vibrace: Instalují se v místech v blízkosti těžebních oblastí, oblastech náchylných k zemětřesení a průmyslové závody, kde se pracuje s velkými stroji.
Při pokládce podlahových krytin je všeobecně důležité dbát na dobře připravený podklad. Kromě vhodného podkladu je nutné použít dilataci. Správně provedené dilatační spáry ve dveřích a místech, kde se podlaha stýká se zdí, zabrání mnoha nepříznivým změnám plovoucí podlahy, podlahy, kde je podlahové topení a další.
Dilataci provádíme tak, že v potěru vytvoříme nebo ponecháme potřebné mezery. U betonového potěru s obvodovou dilatační spárou spáru nevyplňujeme. Mezilehlé spáry ale musíme vyplnit, a proto vybíráme vhodnou utěsňovací pásku nebo pružný tmel. Obvodové dilatační spáry se provádějí na podlaze podél stěn, sloupů a schodišť. Spára je tloušťka celého potěru a dokonale jej oddělí od zbytku stavebních prvků. Taková dilatační spára, která po obvodu většinou zůstává bez jakékoliv dodatečné výplně, vyžaduje pak, aby mezi podlahou a stěnou, tj. kolem podlahy se připevnily soklové lišty, které skryjí dilatační spáry.
5. Těsnění spár Sika
Řešení Sika pro těsnění spár jsou široce využívána ve všech typech stavebních konstrukcích - ve veřejných i soukromých infrastrukturách, užitných i jiných stavebních konstrukcích pro rezidenční, komerční, volnočasové i výrobní aktivity. Použití spárových těsnicích systémů Sika je rozhodnutí založené na kompetencích v oblasti konstrukčních návrhů, jistotě a práce s důvěryhodným partnerem v oblastech, kde jsou stavební konstrukce nejzranitelnější a mají tendenci selhávat.
Oblasti použití těsnění spár Sika:
- Infrastruktura (dopravní stavby): Rychlé dokončení stavebních prací a opětovné zprovoznění dopravy je klíčovým požadavkem, zvláště pak v případě rekonstrukcí.
- Betonové cesty: Při konstrukci jakékoli betonové cesty se dá nekontrolovatelnému praskání v důsledku smršťování zabránit výřezem pravidelných spár do tvrdnoucího betonu.
- Letištní plochy: Oblasti přistávacích drah a dalších letištních ploch jsou vysoce frekventované a zatěžované plochy.
- Parkovací domy: Stejně jako u všech konstrukcí je i zde nutné zajistit jejich vodotěsnost správným utěsněním.
- Průmyslové podlahy: Na podlahových plochách skladů, továren a jiných průmyslových zařízení jsou primární řezané spáry umístěny a navrženy tak, aby se přizpůsobovaly smrštění během tvrdnutí betonu a kompenzovaly pohyb během přirozené expanze a kontrakce v betonové struktuře.
- Železnice: Vibrace a hluk z kolejí lze efektivně redukovat uložením kolejnicových pražců do elastických stlačitelných polyuretanových tmelů.
- Nádrže a sila: Oblast okolo nádrží je většinou tvořena speciální ochrannou konstrukcí z vyztuženého betonu.
- Potravinářské závody: Stejně, jako je výběr správné výrobní technologie a podlahy nezbytné k úspěchu potravinářského závodu, je pro jeho úspěch klíčový také výběr správných podlahových a nástěnných tmelů a jejich správná instalace.
- Čisté místnosti: Požadavky, jež musí těsnicí tmely splnit, aby mohly být použity v čistých místnostech, se většinou stahují k obsahu VOC (těkavým organickým látkám).
tags: #dilatační #spára #v #betonu #konstrukční #řešení