Příspěvek pojednává o problematice statických poruch, respektive vzniku trhlin ve zdivu, které jsou zapříčiněny účinky technické seismicity. Dále je zde pojednáno o konstrukčních zásadách, které je možno uplatnit při projektování rekonstrukcí u objektů, které se nacházejí v dosahu účinků technické seismicity. Taktéž je zde zmíněna problematika historických a památkově chráněných objektů.
1. Technická seismicita a její dopady na zděné objekty
Na území České republiky se nacházejí seizmická území pouze o malých hodnotách přirozené seizmické aktivity, která je dána hodnotou efektivního špičkového zrychlení podloží ag (v jednotkách gravitačního zrychlení). Naproti tomu technická seismicita může leckdy představovat vážný problém. Technickou seizmicitou rozumíme seizmické otřesy vyvolané umělým zdrojem, nebo indukovanou seizmicitou. Zdrojů technické seismicity může být celá řada.
Typické projevy poškození zděných objektů
V důsledku dynamické odezvy vyvolané technickou seizmicitou vznikají na zděných objektech statické poruchy, které se projevují zejména vznikem trhlin. Zásadním znakem pro určení původu trhlin je, že trhliny zapříčiněné dynamickými účinky ve většině případů nemají jednoznačný průběh, jsou rozptýleny naprosto nerovnoměrně a nevytvářejí souvislý obrazec.
- Dynamické účinky technické seismicity se u zděných staveb projevují nejprve vlasovými trhlinami v omítkách, dále pak především opadáváním částí omítek.
- Typické jsou trhliny ve stropních fabionech, v místech uložení stropních nosníků a překladů, v rozích otvorů, v místech kontaktů dvou na sebe navazujících stěn.
- Při větší intenzitě také v plochách nosných i nenosných stěn.
Někdy, v určitých případech, mohou mít trhliny ve zdivu zapříčiněné dynamickými účinky také jiný průběh. Pokud se otřesy šíří zeminou, mohou mít trhliny v určitých případech jiný průběh. Trhliny mají za následek snížení tuhosti příslušné konstrukce a zároveň snížení prostorové tuhosti zděného objektu jako celku. Při opakovaném namáhání dynamickými účinky může dojít k těžkým statickým poškozením zděných objektů (zejména pokud spadají do kategorie A, nebo B podle ČSN 73 0040), v extrémních případech také k jejich úplné destrukci. A to zejména tehdy, jestliže nejsou proti dynamických účinkům žádným způsobem zajištěny a z konstrukčního hlediska postaveny naprosto nevhodně - například bez pozedních věnců, se stropy, které nejsou tuhé ve vodorovné rovině.
2. Konstrukční zásady pro zvýšení odolnosti proti technické seizmicitě
Způsob a stupeň ochrany zděné budovy proti působení účinků technické seizmicity je dán jejím konkrétním typem a velikostí jejich účinků.
Čtěte také: Vše, co potřebujete vědět o CPT sondách
Zásady pro návrh a rekonstrukce
- Provádět prostorové ztužení objektu pomocí ocelových předpjatých lan, a to v několika výškových úrovních (zpravidla v úrovních stropů), jejichž vzdálenost činí max. 6 m.
- Nenavrhovat zděné klenby. Tam, kde je to možné, nahradit je tuhými stropními konstrukcemi.
- V případě porušení klenby trhlinami, a pokud není možná její náhrada tuhými stropními konstrukcemi, je třeba provést sanaci klenby. A to například tlakovou injektáží trhlin a stažením klenebního žebra v místě jeho uložení pomocí ocelového předpjatého lana a ocelové rozpěry.
- Zmíněné stažení v patě klenby je vhodné doplnit také stažením jejich podpěr (sloupů či pilířů) v základech.
- Sloupy, které podpírají klenby, zejména uvnitř dispozice, je vhodné zesílit - např. obetonováním železobetonem, nebo ocelovou bandáží.
- Nenavrhovat stropní konstrukce, které nejsou tuhé ve vodorovné rovině (např. trámové stropy).
- Překlady nad okny či dveřmi spojit se ztužujícími věnci (pokud je to možné).
- Minimalizovat otvory v nosných stěnách.
- Schodiště navrhovat jako železobetonová monolitická, nebo ocelová.
- Prefabrikovaná schodiště zabezpečit proti povytažení z podporujících konstrukcí, eventuálně zvětšit jejich úložné délky.
- V případě zděných sloupů nebo pilířů provést sanaci pomocí obetonování železobetonem, nebo ocelovou bandáží. Tímto způsobem je možno také zároveň zvýšit jejich únosnost.
Zesilování kleneb a stropů
V praxi je možno setkat se i se sanací, respektive zesilováním kleneb pomocí betonových skořepin provedených na jejich rubu. Tento způsob je nevhodný, protože dochází ke změně původního statického působení klenby. Klenby přenášejí zatížení pouze tlakem. Dochází ke zbytečnému zvyšování hmotnosti klenby, což má za následek přitěžování jak původní klenby, tak také svislých nosných konstrukcí, základů a základové spáry.
Zvýšit tuhost stávajících netuhých stropů (např. dřevěných stropních konstrukcí, stropů s nosníky z ocelových válcovaných profilů apod.) je možné pomocí spřažení původního stropu s doplňkovou konstrukcí. Zároveň je možno, pokud je to třeba, zvýšit také jejich únosnost.
Níže uvedený způsob (spřažení původního stropu s doplňkovou konstrukcí - nadbetonováním, eventuálně s dodatečně provedenou vrstvou prken nebo fošen) se používá v posledních 30 až 40 letech při rekonstrukcích dřevěných stropů. Nedostatečně dimenzovaný (popřípadě i poškozený) strop se spřáhne s betonovou deskou, nebo s další vrstvou z fošen či prken. Z důvodu správné funkce zesíleného stropu je nutno vždy zajistit řádné spolupůsobení původního stropu se zesilující konstrukcí. Pokud jde o nadbetonování, nevýhodou zde může být velká hmotnost betonové desky. Je však možno použít lehkých betonů. Návrh spřažení, stejně jako každý jiný způsob rekonstrukce či zesílení stropní konstrukce musí být doložen statickým výpočtem.
Další možností je zde spřažení stávajících stropních nosníků (ocelových válcovaných profilů I) s dodatečně provedenou betonovou vrstvou, obdobně, jak je již popsáno výše.
3. Specifické případy a moderní technologie zajištění
Stávající zděné budovy jsou specifickými jak z hlediska konstrukce, tak také z hlediska zpravidla malé odolnosti proti účinkům technické seismicity. Jedná se o zděné objekty se složitým prostorovým uspořádáním. Zdivo vykazuje zpravidla velmi malou pevnost v tahu a ve smyku. Zvláštní skupinou tohoto typu objektů jsou sakrální stavby (kostely a kaple).
Čtěte také: Řešení statických problémů
Sakrální stavby a dynamické vlivy
Pokud je u kostelních věží zavěšen zvon (respektive více zvonů), vyvozují rovněž dynamické účinky na zdivo věže nebo i přilehlé kostelní lodě. Ty mohou být v určitých případech příčinami poruch zdiva. Na věžích kostelů se mohou vyskytnout trhliny, které jsou zapříčeny dynamickými účinky při zvonění zvonů. A to tehdy, jestliže konstrukce věže není na tyto účinky dostatečně dimenzována, nebo je-li frekvence kyvu zvonu shodná s vlastní frekvencí věže, nebo se na věži nachází štíhlý prvek, jehož vlastní frekvence je shodná s frekvencí kyvu zvonu. Dále pak tehdy, je-li nevhodným způsobem provedeno uložení zvonové stolice na zdivu věže.
Moderní technologie statického zajištění
V sanační statice pozemních a dopravních staveb se uplatňuje řada moderních technologií:
- Dodatečné předpínání stavebních konstrukcí: Při správném návrhu a aplikaci předpínacího kabelu získáte ve zděné či betonové konstrukci definitivní dodatečný velmi účinný statický prvek. Předpínací výztuž se napíná napínacím zařízením opřeným o vytvrdlý beton nebo zdivo, takže se současně s napínáním výztuže zavádí do konstrukce předpětí.
- Technologie uhlíkových lamel a tkanin: Používá se pro dodatečné zesílení konstrukcí - hlavně betonových - v oblasti tahové únosnosti k jejímu zvýšení. Jedná se o speciální vysokopevnostní dodatečnou výztuž lepenou na upravený povrch konstrukce. Materiál lamel je tvořen laminovanými uhlíkovými vlákny s výslednými vysokými pevnostními charakteristikami. Lamely a tkaniny umožňují rychlou aplikaci bez použití podpěrných prostředků a jsou zvláště vhodné tam, kde je špatný přístup k podkladní konstrukci a omezený pracovní prostor.
- Zajištění kleneb rubovou železobetonovou skořepinou: Klenby poškozené trhlinami a deformacemi, které je potřeba zachovat s ohledem na konstrukční řešení stavby či památkovou hodnotu, lze zajistit a vynést rubovou ŽB skořepinou. Rubová skořepina se betonuje na vyčištěnou klenbu s proškrábanými spárami, po navrtání a nalepení kotviček do klenby z rubu a po osazení výztuže. Realizuje se výhradně torketovaným betonem, který díky nástřiku je potřebně hutněn a má nízké procento záměsové vody, čímž nedevastuje ani zbytečně nepřetěžuje stávající konstrukce.
- Dodatečně vkládané helikální výztuže: Pro svou subtilnost a zároveň zachování vysoké pevnosti jsou vhodné pro památkově chráněné stavby, kde je vyžadován minimální zásah do konstrukce s maximálním efektem. Helikální výztuže jsou odolné vůči agresivnímu prostředí v nadměrně namáhaných konstrukcích.
- Stříkaný beton (torkret): Je vždy vyztužen výztužnými sítěmi pro zlepšení vlastností monolitické zpevňující povrchové úpravy. Aplikován je pod tlakem torkretovacími motorovými a vzduchovými stroji. V betonu je nízké množství záměsové vody, proto se také používá termín suchý torkret, čímž se konstrukce vodou nepřitěžuje, nezamáčí a rychleji probíhá proces tuhnutí a tvrdnutí. Zesilování pomocí stříkaného betonu se provádí na nejrůznější podklady: cihelné nebo kamenné zdivo, beton, skála a další.
- Injektáže trhlin, dilatačních a pracovních spár: Provádí se tlakově i beztlakově do porézních materiálů.
- Injektážní zavrtávací kotevní tyče: Používají se především v nestabilním prostředí zemin a při porušení skalních a poloskalních hornin. Jsou to nastavitelné tyče opatřené po celé délce speciálně tvarovaným závitem, například typu TITAN, který má staticky vhodnější trubkový průřez a vysokou kvalitu oceli s úpravou zvyšující odolnost proti korozi.
- Kotvení: Využívá se všude tam, kde je účelné využít spolupůsobení horniny a vyvolaných napětí od zatížení stavebními nebo geotechnickými konstrukcemi. Kotvením je efektivně řešena technická i ekonomická stránka speciálního zakládání.
- Mikropiloty: V případě poklesu nosných konstrukcí vlivem změny stavu podzákladí se provádí podepření mikropilotami. Mikropiloty vytvoří pevné stabilizační prvky v základové půdě, které brání dalšímu poklesu celých konstrukcí i jejich částí. Jsou vhodnější a cenově přijatelnější než tradiční metody stabilizace. Vzhledem k možnému namáhání mikropiloty působí a jsou používány podobně jako kotvy.
4. Spolupráce autorizovaných osob při statickém zajištění
Metodická pomůcka MP 1.7.1 Statika - spolupráce autorizovaných osob je věnována klíčovému problému, tj. vzájemné spolupráci autorizovaných osob při návrhu a projektování pozemních staveb. Výkony spojené s projektováním nosných konstrukcí pozemních staveb provádí odborný projektant nosné konstrukce - statik, tj. autorizovaná osoba, která získala oprávnění k výkonu této činnosti podle zákona. Z výše uvedeného vyplývá, že autorizovaný architekt nebo autorizovaný inženýr v oboru pozemní stavby je ve smyslu § 159 odst. 2 stavebního zákona povinen přizvat ke spolupráci na projektové dokumentaci autorizovaného inženýra pro obor statika a dynamika staveb v případě, že není způsobilý statický díl projektové dokumentace zpracovat sám.
Role statika v procesu návrhu a realizace
Návrh bezpečné a hospodárné konstrukce stavby a její kvalitní provedení vyžaduje spolupráci autora návrhu stavby se statikem od fáze přípravných prací až po její realizaci. Při této spolupráci jsou činěna závažná koncepční rozhodnutí.
- Po převzetí zakázky od projektanta stavby statik zhodnotí předané podklady a navrhne postup návrhu nosné konstrukce v souladu s platnými zákony, normami a technickými předpisy.
- Vyžádá u projektanta stavby zajištění provedení doplňujících podkladů. Získané podklady i jejich doplnění dokumentuje z hlediska věcného i termínového.
- O neúplných, nejednoznačných, protichůdných nebo zjevně chybných podkladech informuje projektanta stavby a řeší problémy s osobami odpovědnými za jejich zpracování.
- V průběhu zpracování dokumentace předává výsledky řešení (podklady) zpracovatelům jiných dílčích částí dokumentace.
- Vypracuje základní návrh nosné konstrukce stavby - případně s alternativami.
- Statik (je-li pověřen projektantem stavby) projednává rozpracovanou dokumentaci v průběhu zpracování se stavebníkem. O výsledcích projednání vede potřebné záznamy. Oprávněné připomínky stavebníka zohlední v dokumentaci.
- Statik je odpovědný za včasné a úplné předání požadavků, jejichž zabezpečení v rámci jiné části dokumentace je nezbytné pro správnou funkci jeho části díla.
- Dokumentaci zpracovává v nezbytném rozsahu podle charakteru díla.
- Statik předává jím dokončenou dílčí část projektové dokumentace projektantovi stavby. Dbá na to, aby jím zpracovaná část projektové dokumentace (titulní stránka svazku, seznam dokumentace, technická zpráva, samostatné výpočty, tabulky, výkresy apod.) byla označena jeho podpisem, autorizačním razítkem, datem, číslem a identifikací a podpisy všech zpracovatelů (konstruktérů apod.).
Koncepční rozhodnutí a rizika
Přítomnost statika při projednávání návrhu se stavebníkem je nutná v případě, že se jedná o zásadní koncepční změny konstrukce či navržených stavebních materiálů. Úkolem statika je posoudit koncepci nosné konstrukce, její složitost, možné technologie a případně navrhnout případná další vhodná variantní řešení. Je třeba upozornit na problémy, které mohou v následujících výkonových fázích nebo při provádění stavby nastat, zdůraznit rizika s tím spojená a upozornit na významná zvýšení stavebních nákladů, vyvolaná případnými neobvyklými požadavky autora stavby.
Čtěte také: Jak efektivně izolovat potrubí
V rámci přípravných prací jsou shromažďovány dostupné podklady a specifikovány požadavky další pro návrh nosné konstrukce stavby. Je třeba zvážit všechny skutečnosti ovlivňující proveditelnost stavby po stránce technické, ekonomické a z hlediska životnost stavby. V případě návrhu změny stávající stavby je nutné získat nejen všechny dostupné informace o stávající stavbě, popřípadě o stavbách sousedních, z původních stavebních plánů, projektové dokumentace změn staveb.
Statický výpočet a dokumentace
V projektové dokumentaci musí být doložena schopnost nosné konstrukce jako celku i jejích částí vzdorovat účinkům zatížení, které musí být jednoznačně specifikovány. Dokumentace musí obsahovat:
- Popis navrženého nosného konstrukčního systému stavby s uvedením druhů konstrukcí podle použitého materiálu, případně technologie a s uvedením hlavních rozměrů konstrukce.
- Průřezové rozměry hlavních konstrukčních prvků, ověřené ve statickém výpočtu.
- Stanovení jakosti staviv a materiálů.
- Hodnoty návrhových zatížení užitných, klimatických, mimořádných, případně dalších.
- Popis netypických a zvláštních částí konstrukčního systému.
V dokumentaci pro stavební povolení se zpracovává statický výpočet. Statickým výpočtem musí být ověřeno základní koncepční řešení nosné konstrukce. Dále musí být stanoveny rozměry hlavních prvků nosné konstrukce, včetně základů. Statický výpočet je nutné považovat za nedílnou součást dokumentace pro stavební povolení. Je-li některá část nosné konstrukce vystavena dynamickým účinkům, které by mohly ovlivnit navržený tvar a rozměry hlavních částí nosné konstrukce, zpracovává se při vypracování dokumentace pro stavební povolení dynamický výpočet. Jeho výsledky se zapracují do návrhu nosné konstrukce.
Dokumentace pro provádění stavby
Dokumentace pro provádění stavby musí jednoznačně řešit rozměrově, tvarově i skladebně všechny části nosné konstrukce, včetně kvalitativního i kvantitativního určení použitých materiálů. Musí být rovněž dostatečným podkladem pro návrh způsobu a postupu provádění stavby (postupu betonáže, odbedňování, montáže, předpínání, zasypávání apod.).
5. Případová studie: Zajištění stavební jámy a rekonstrukce objektů v Soukenické ulici v Praze
Po zřícení části jednoho ze dvou rekonstruovaných objektů v Soukenické ulici č. 25 v Praze 1, ke kterému došlo na začátku října roku 2009, byla městským statikem nařízena demolice objektu ve dvorním traktu. Namísto celkové rekonstrukce obou objektů, která zde měla probíhat, byl vytvořen nový projekt na rekonstrukci stávajícího objektu, ležícího na uliční čáře Soukenické ulice, a na stavbu nového objektu ve dvorním traktu. Vzhledem k tomu, že se v novostavbě budovy hotelu počítalo s výstavbou podzemních garáží, bylo zde nutné vyřešit nejen založení budoucí železobetonové konstrukce objektu, ale i zajištění stavební jámy pro suterén (včetně podchycení sousedních objektů).
Řešení zajištění stavební jámy a sousedních objektů
Zajištění stavební jámy a stávajících přilehlých objektů muselo být navrženo tak, aby nebyla porušena vlastnická práva majitelů přilehlých pozemků a nebyly poškozeny sousední objekty. Od samého začátku probíhaly konzultace projektanta s prováděcí firmou. Veškeré práce byly prováděny zevnitř stavební jámy, sousední objekty byly geodeticky monitorovány a průběžně byl vizuálně kontrolován jejich stav.
Zajištění se řešilo pro objekty, u kterých by prováděním výkopů stavební jámy na projektovanou úroveň byla podkopána jejich základová spára. K podchycení těchto objektů byly realizovány stěny vytvořené z pilířů tryskové injektáže. Při tryskové injektáži je zemina řezána injekčním paprskem a současně smíchána s injekční směsí. Principem je využití dynamické energie paprsku cementové injekční směsi tryskané pod vysokým tlakem. Tím je zemina rozrušena a současně promísena se směsí, takže na místě vzniká kompozitní materiál z částic zeminy a cementu.
Trysková injektáž nachází uplatnění v širokém spektru geologických podmínek, zejména nesoudržných zemin. Vzhledem k používání maloprofilového vrtání je často vítaná na staveništích se stísněnými podmínkami, kde není možno použít mechanismy jiných metod, například ve sklepení budov. Velmi vhodná je pro podchycování a rekonstrukce základů stávajících objektů, neboť lze dosáhnout dokonalého přenosu zatížení z konstrukce na nově vybudovaný základový prvek.
Vzhledem k podchytávané výšce by na základě statického výpočtu bylo nutné stěny z pilířů tryskové injektáže v některých oblastech kotvit dočasnými zemními kotvami. Kotvy byly na této stavbě z důvodu ochrany vlastnických práv majitelů objektů převážně nahrazeny opěrnými ocelovými konstrukcemi prováděnými zevnitř stavební jámy. Svislé prvky konstrukce - mikropiloty byly s postupem zemních prací zavětrovány a rozpírány o stěnu vytvořenou z pilířů tryskové injektáže. Mikropiloty vyrobené ze silnostěnných trubek spojovaných na závity, ve spodní části perforovaných a opatřených gumovou manžetou pro injektáž, byly osazeny do maloprofilových vrtů vyplněných cementovou zálivkou. Injektáží byly vytvořeny kořenové části mikropilot. Kromě opěrné ocelové konstrukce byly k zajištění stěn z pilířů tryskové injektáže použity ocelové rozpěry v rozích jámy. Stěny byly s postupem zemních prací rozpírány dvěma trubkami o profilu 280/10, na třech úrovních.
Zajištění rekonstruovaného objektu a založení novostavby
Stávající objekt určený k rekonstrukci byl rovněž zajištěn pilíři tryskové injektáže pod stávajícími základy. Účelem podchycení nosného zdiva rekonstruovaného objektu bylo jednak zvýšení únosnosti základové spáry pro přenesení zatížení od budoucí nástavby, jednak zajištění těchto obvodových zdí v době provádění výkopů pro stavbu podzemních garáží novostavby. Základová spára tohoto objektu byla nad úrovní výkopu pro základovou desku novostavby. Pokud by nebyly základy stávající budovy takto zajištěny, mohlo by s postupem provádění zemních prací dojít ke statickému ohrožení rekonstruované stavby. Vrty pro tryskovou injektáž byly realizovány z valné části zevnitř objektu ze sklepních prostor ve velmi stísněných podmínkách.
Založení objektu novostavby bylo řešeno jako hlubinné, vzhledem k hladině podzemní vody, která byla zastižena přibližně 1 metr pod úrovní základové spáry, geologickým poměrům a danému zatížení. S ohledem na složité prostorové podmínky uvnitř stavební jámy a obtížnému přístupu na staveniště, který byl možný jen průjezdem v objektu určenému k rekonstrukci, se dala použít pouze malá vrtná souprava. Z tohoto důvodu nebylo možné realizovat založení na vrtaných pilotách ze železobetonu, ale byla opět zvolena metoda tryskové injektáže v kombinaci s rozpěrnou železobetonovou konstrukcí základové desky.
Pod obvodovými a vnitřními stěnami byla základová deska podepřena pilíři tryskové injektáže. Pod vnitřními sloupy byly pomocí skupin pilířů založeny patky o půdorysných rozměrech přibližně 2,4 × 2,4 m. K založení jeřábu v jámě, který byl dále využíván ke stavbě objektu, byly rovněž použity pilíře tryskové injektáže, vyztužené ocelovou trubkou a opatřené kotevními prvky sloužícími k jeho upevnění. Základová deska byla navržena tak, aby ochránila základovou spáru před nepříznivými klimatickými podmínkami a zároveň fungovala jako rozpěrná konstrukce pro základy sousedních objektů. Do základové desky o tloušťce 500 mm byly vetknuty obvodové železobetonové stěny o tloušťce 350 mm, které po doplnění stropní konstrukce rozepřely stavební jámu. Obvodové stěny a základová deska byly projektovány tak, aby utvořily takzvanou bílou vanu - vodonepropustnou železobetonovou konstrukci, která má kromě nosné funkce ještě funkci těsnicí.
Po realizaci všech prací speciálního zakládání se ukázalo, že projektované technické řešení zajištění stavební jámy, založení novostavby hotelu a podchycení stávajících objektů bylo optimální a splnilo veškeré požadavky investora. I přes složité podmínky na stavbě, způsobené především polohou staveniště v samém centru Prahy, se podařilo využít bohaté zkušenosti všech zúčastněných a dosáhnout tak požadovaného kvalitního výsledku.
tags: #statické #zajištění #dočasných #staveb #principy