Zaistenie murovaných stavieb proti vplyvom technickej seizmicity

Technická seizmicita môže spôsobovať vážne problémy napríklad aj v oblastiach s malým prirodzeným seizmickým zaťažením. Rozumieme ňou otrasy vyvolané indukovanou seizmicitou alebo umelým zdrojom, ako sú: stroje, ťažká doprava, cestná alebo železničná doprava, údery ťažkých mechanizmov, kostolné zvony, banícke otrasy a otrasy vznikajúce pri odstreloch. Proti účinkom tejto technickej seizmicity majú najnižšiu odolnosť murované stavby. Článok sa zaoberá problematikou vzniku trhlín v murive v dôsledku technickej seizmicity a uvádza konštrukčné zásady, ktoré možno uplatniť pri rekonštrukcii objektov.

Poškodenie murovaných objektov v dôsledku pôsobenia technickej seizmicity
V dôsledku dynamickej odozvy vyvolanej technickou seizmicitou vznikajú na murovaných objektoch poruchy, ktoré sa prejavujú najmä vznikom trhlín. Zásadným znakom pre určenie pôvodu trhlín je, že trhliny zapríčinené dynamickými účinkami vo väčšine prípadov nemajú jednoznačný priebeh, sú rozptýlené nerovnomerne, a teda nevytvárajú súvislý obrazec (obr. 1, 2 a 3), ako je to napr. pri trhlinách zapríčinených statickým namáhaním (trhliny ťahové, tlakové či šmykové), pri ktorých je viditeľný smer vplyvu silového účinku.

Obr. 2 Trhliny na vonkajšej stene murovaného objektu spôsobené dynamickými účinkami	Obr. 3 Trhliny na vnútornej stene spôsobené dynamickými účinkami

Niekedy môžu mať trhliny v murive zapríčinené dynamickými účinkami aj iný priebeh – napr. pri murovaných priečkach, ktoré nie sú v hlave opreté, môžu vzniknúť iba zvislé trhliny (obr. 4).

Účinky dynamickej odozvy murovaných konštrukcií vyvolané technickou seizmicitou závisia od mnohých faktorov, najmä od:

• parametrov zdroja seizmicity − hmotnosti, frekvencie a amplitúdy jeho kmitania,
• vzdialenosti zdroja od miesta odozvy,
• geologických pomerov v podloží,
• hydrologických pomerov v podloží ­(napr. prostredie pod hladinou podzemnej vody výrazne zosilňuje prenos dynamických účinkov),
• typu a veľkosti základovej konštrukcie objektu, na ktorý pôsobia dynamické účinky.

Dynamické účinky technickej seizmicity sa pri murovaných stavbách prejavujú najprv vlasovými trhlinami v omietkach, neskôr predovšetkým opadávaním častí omietok, trhlinami v stropných fabiónoch, na miestach uloženia stropných nosníkov či prekladov (obr. 5), v rohoch otvorov, na miestach kontaktov dvoch na seba nadväzujúcich stien; pri väčšej intenzite aj na plochách nosných a nenosných stien (obr. 2 a 3).

Keď sa otrasy šíria zeminou (napr. od dopravy), v ich dôsledku dochádza k zhutňovaniu zeminy pod základmi, ktoré neskôr sadajú a murivo nad nimi sa deformuje a trhá. Trhliny majú za následok zníženie tuhosti príslušnej konštrukcie a zároveň zníženie priestorovej tuhosti murovaného objektu ako celku. Pri opakovanom namáhaní dynamickými účinkami (napr. v dôsledku baníckych otrasov v oblasti ťažby) môže dôjsť k ťažkým statickým poškodeniam murovaných objektov (najmä ak patria do kategórie A alebo B podľa ČSN 73 0040 [1], resp. STN 73 0040), v extrémnych prípadoch aj k ich úplnej deštrukcii. Stáva sa to v prípadoch, keď stavby nie sú žiadnym spôsobom zaistené proti dynamickým účinkom a z konštrukčného hľadiska sú postavené úplne nevhodne − napr. bez pomúrnicových vencov, so stropmi, ktoré nie sú tuhé vo vodorovnej rovine (napr. drevené stropy, stropy s nosníkmi), s tehlovými klenbami alebo s visutými (konzolovo uloženými) schodiskovými ramenami.

Konštrukčné zásady pri projektovaní rekonštrukcií objektov situovaných v dosahu technickej seizmicity
Spôsob a stupeň ochrany pred pôsobením účinkov technickej seizmicity je daný jej konkrétnym typom a veľkosťou jej účinkov. Pri projektovaní rekonštrukcií murovaných objektov situovaných v dosahu technickej seizmicity možno uplatniť niektoré konštrukčné opatrenia:

Poznámka: Vzhľadom na to, že na Slovensku (na rozdiel od Českej republiky) sa nachádzajú územia aj s vyššou prirodzenou seizmickou aktivitou, možno nižšie uvedené konštrukčné opatrenia aplikovať aj pri murovaných stavbách situovaných v dosahu zvýšenej prirodzenej seizmickej aktivity.

• objekt priestorovo vystužiť pomocou oceľových predpätých lán, a to na niekoľkých výškových úrovniach (spravidla na úrovniach stropov), ktorých vzdialenosť je max. 6 m [10], [11], [13]. Princíp je znázornený na obr. 6;
• nenavrhovať murované klenby tam, kde sa dajú nahradiť tuhými stropnými konštrukciami. V prípade porušenia klenby trhlinami, ak nie je možné jej nahradenie tuhými stropnými konštrukciami, treba vykonať sanáciu klenby, napr. tlakovou injektážou trhlín a stiahnutím klenbového rebra na mieste jeho uloženia pomocou oceľového predpätého lana a oceľovej rozpery. Spomínané stiahnutie v päte klenby je vhodné doplniť aj stiahnutím jej podpier (stĺpov alebo pilierov) v základoch (obr. 7). Stĺpy, ktoré podopierajú klenby, najmä vnútri dispozície, sa odporúča zosilniť − napr. obetónovaním železobetónom alebo oceľovou bandážou.

V praxi sa možno často stretnúť so sanáciou klenieb pomocou betónových škrupín realizovaných na rube klenby. Tento spôsob je však nevhodný, a to z viacerých dôvodov:

1. dochádza k zmene statického pôsobenia pôvodnej klenby, ktorá prenášala zaťaženie iba tlakom, po sanácii je však akoby zavesená,
2. zbytočne sa zvyšuje hmotnosť klenby, čo má za následok preťaženie tak pôvodných klenieb, ako aj zvislých nosných konštrukcií, základov a základovej škáry; v tomto prípade nie je zanedbateľné ani ekonomické hľadisko,
3. problematické je tiež zaistenie riadneho spolupôsobenia pôvodnej klenby a nadbetónovanej škrupiny, ktoré je nevyhnutné pre správnu statickú funkciu tohto zosilnenia,
4. sporná je i rozdielna tepelná rozťažnosť pôvodných klenieb (tehlové murivo) a nových škrupín (železobetón). Tieto materiály majú značne odlišné súčinitele tepelnej rozťažnosti (betón: α = 1,0 . 10-5 K-1, murivo: α = 0,5 . 10-5 K-1). Navyše má byť zaistené ich riadne spolupôsobenie;

• nenavrhovať stropné konštrukcie, ktoré nie sú tuhé vo vodorovnej rovine (napr. drevené stropy, stropy z tehlových stropných dosák a pod.);
• preklady nad oknami alebo dverami spojiť s vystužujúcimi vencami (ak je to možné, napr. pred realizáciou novej konštrukcie stropu);
• minimalizovať otvory v nosných stenách. V prípade nadmerného oslabenia nosnej steny sa musí zrealizovať čiastočné domurovanie;
• dodatočne vložiť vystužujúce steny (ak je to možné);
• schodiská navrhovať ako železobetónové monolitické alebo oceľové. Prefabrikované schodiská treba zabezpečiť pred povytiahnutím z podporných konštrukcií alebo zväčšiť ich úložné dĺžky. Zásadne by sa nemali používať schodiská konzolovo vyložené (visuté) alebo zostavené z malých dielcov;
• v prípade murovaných stĺpov alebo pilierov vykonať sanáciu pomocou obetónovania železobetónom (obr. 8) alebo oceľovou bandážou (obr. 9). Týmto spôsobom sa dá zároveň zvýšiť ich únosnosť [8], [9];
• zvýšiť tuhosť existujúcich netuhých stropov (napr. drevených stropných konštrukcií, stropov s nosníkmi z oceľových valcovaných profilov a pod.) pomocou spriahnutia pôvodného stropu s doplnkovou konštrukciou. Zároveň možno v prípade potreby zvýšiť aj ich únosnosť.

Obr. 7 Murovaný objekt s klenbami (napr. sakrálny objekt) − princíp zaistenia klenby pomocou oceľových predpätých lán Obr. 8 Princíp zosilnenia murovaného stĺpa obetónovaním železobetónom	Obr. 9 Zosilnenie murovaného stĺpa oceľovou bandážou

Zvýšenie tuhosti stropných konštrukcií
Z konštrukčného hľadiska treba rozlíšiť:

• zosilňovanie drevených stropov,
• zosilňovanie stropov tvorených prvkami (napr. tehlovými klenbami a pod.) osadenými do oceľových nosníkov.

Zosilňovanie drevených stropov
Spriahnutie pôvodného stropu s doplnkovou konštrukciou nadbetónovaním, prípadne s dodatočne realizovanou vrstvou brvien alebo fošní, sa používa v posledných 30 až 40 rokoch pri rekonštruk­ciách drevených stropov. Nedostatočne dimenzovaný (prípadne aj poškodený) strop sa spriahne s betónovou doskou (obr. 10 a 11) alebo s ďalšou vrstvou fošní či brvien (obr. 12). Ak má zosilnený strop plniť svoju funkciu, treba vždy zabezpečiť riadne spolupôsobenie pôvodného stropu so zosilňujúcou konštrukciou. Spriahnutie pôvodného dreveného stropu s ďalšou vrstvou brvien, fošní alebo vrstvou betónu sa realizuje pomocou vrutov, klincov alebo iných spriahovacích prostriedkov.

Obr. 11 Spriahnutie dreveného povalového stropu s betónovou doskou	Obr. 12 Spriahnutie dreveného trámového stropu s vrstvou brvien alebo fošní

V prípade nadbetónovania je nevýhodou veľká hmotnosť betónovej dosky, možno však použiť ľahký betón. Návrh spriahnutia, rovnako ako každý iný spôsob rekonštrukcie alebo zosilnenia stropnej konštrukcie, treba doložiť statickým výpočtom, a to nielen definitívnu fázu spolupôsobenia dreva a betónu po jeho zatvrdnutí, ale aj fázu montážnu, keď čerstvo položený betón, ktorý ešte nespolupôsobí, stropnú konštrukciu zaťažuje. V prípade, že pôvodný drevený strop nie je schopný preniesť hmotnosť čerstvého betónu, odporúča sa ho počas tvrdnutia betónu podoprieť. Správna funkcia takto zosilneného stropu (zvýšená únosnosť a minimálny priehyb) závisí od vzájomného spolupôsobenia pôvodného dreveného stropu a zosilňujúceho betónu. Je ovplyvnená šmykovou pevnosťou a tuhosťou spojov medzi pôvodnou konštrukciou a nadbetónovaním − klincov, vrutov, oceľových dosák s prelisovanými tŕňmi, vrutov s dvoma hlavami, resp. iných spriahovacích prostriedkov [5], [6].

Návrh spriahnutia, resp. celej skladby budúceho, takto zosilneného stropu treba posúdiť nielen z hľadiska statiky, ale aj z hľadiska tepelnej techniky. Treba posúdiť kondenzáciu vodnej pary vnútri stropnej konštrukcie podľa ČSN 73 0540-2 [2] (zodpovedá STN 73 0540-2), resp. možnosť ohrozenia funkcie dreveného záklopu a ďalších drevených prvkov, aby v budúcnosti v rámci užívania stropu nemohlo dôjsť k napadnutiu drevených prvkov drevokaznými biologickými škodcami. Posúdenie možno spraviť vhodným výpočtovým programom (napr. TEPLO 2007 [7]). V tejto súvislosti sa však odporúča posúdiť novonavrhovanú stropnú konštrukciu nielen z hľadiska jej plochy, ale aj z hľadiska kritických miest (vodorovné kúty pri obvodových stenách pod stropom a nad podlahou, uloženie stropných trámov), priebeh teplôt na povrchu a vnútri konštrukcie je totiž odlišný od priebehu teplôt na ploche stropu. Zisťuje sa to pomocou dvojrozmerného vedenia tepla (resp. vlhkosti) riešením teplotných (resp. vlhkostných) polí, pričom sa použije vhodný výpočtový program (napr. AREA 2007 [4]). Čo sa týka vnútornej kondenzácie na kritických miestach, riešenie ročnej bilancie kondenzácie vodnej pary pri dvojrozmernom vedení tepla nie je upravené žiadnym normatívnym predpisom ani inou metodikou.

Pri betonáži je vhodné použiť suchú betónovú zmes s hodnotou vodného súčiniteľa w < 0,5. Spriahnutie pôvodného dreveného stropu s betónovou doskou je mokrým procesom. Z tohto dôvodu treba dbať na to, aby nedošlo k nadmernému premáčaniu záklopu, prípadne ďalších prvkov stropu. Povrch záklopu však netreba chrániť pred vlhkým betónom, pretože zaťaženie vlhkosťou zo zámesovej vody je krátkodobé a voda neprenikne do hĺbky dreva viac ako 2 mm. Predmetná vlhkosť sa okrem toho neskôr spätne spotrebuje aj pri hydratácii betónu. Pred uzatvorením betónovej vrstvy ďalšou vrstvou podlahy musí byť táto suchá, resp. vykazovať iba rovnovážnu vlhkosť. Zosilnenie stropov tvorených tehlovými klenbami osadenými do oceľových nosníkov
Ďalšou možnosťou je spriahnutie pôvodných stropných nosníkov (oceľových valcovaných profilov I) s dodatočne pridanou betónovou doskou (obr. 13) [3]. Tento spôsob je podobný, spôsobu opísanému vyššie.

Historické a pamiatkovo chránené objekty
Tieto objekty si vyžadujú špecifický prístup, tak pri návrhu, ako aj pri realizácii opatrení proti negatívnym účinkom technickej seizmicity, a to z týchto dôvodov:

• väčšinou ide o objekty so zložitým prie­storovým usporiadaním zvislých a vodorovných nosných konštrukcií;
• pri týchto stavbách sa možno často stretnúť s rôznorodým stavebným materiálom, ktorý môže byť navyše poznamenaný vysokým vekom a dlhodobým pôsobením nepriaznivých vplyvov vonkajšieho či vnútorného prostredia. Spomínaná rôznorodosť stavebných materiálov súvisí aj s ich vekom, ktorý býva rozdielny v dôsledku neskorších prestavieb;
• pri pamiatkovo chránených objektoch musia navrhované konštrukčné opatrenia rešpektovať požiadavky pamiatkovej ochrany.

Zvláštnou skupinou tohto typu objektov sú sakrálne stavby (kostoly a kaplnky). Ak je v týchto stavbách zavesený zvon (resp. viac zvonov), vznikajú tu aj dynamické účinky pôsobiace na murivo veže alebo aj na priľahlé kostolné lode. Tie môžu byť v určitých prípadoch príčinami porúch muriva. Na vežiach kostolov sa tak môžu vyskytnúť trhliny, ktoré sú zapríčinené dynamickými účinkami vznikajúcimi pri zvonení zvonov. Je to najmä vtedy, ak konštrukcia veže nie je na tieto účinky dostatočne dimenzovaná, ak je frekvencia pohybu zvona zhodná s vlastnou frekvenciou veže, ak sa na veži nachádza štíhly prvok, ktorého vlastná frekvencia je zhodná s frekvenciou pohybu zvona, alebo ak je nevhodným spôsobom uložená zvonová stolica na murive veže. Táto problematika je však pomerne rozsiahla a nie je možné ju do podrobností rozobrať v tomto článku. Jej podrobnejší výklad možno nájsť napr. v literatúre [12].

TEXT: doc. Ing. Jaroslav Solař, PhD.
FOTO: autor

Autor absolvoval Stavebnú fakultu VUT v Brne v roku 1986. V súčasnosti pôsobí na katedre pozemného staviteľstva Stavebnej fakulty VŠB-TU Ostrava. Zaoberá sa problematikou vplyvu vlhkosti na stavebné objekty, strešných plášťov, porúch a rekonštrukcií stavieb, stavieb v oblasti ťažby a povodní.

Literatúra
1.    ČSN 73 0040 Zaťaženie stavebných objektov technickou seizmicitou a jej odozva (1996).
2.    ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov − Časť 2: Požiadavky (2007).
3.    Čajka, R.: Spriahnuté oceľovo-betónové stropné konštrukcie rekonštruovaných stavieb. Zborník 23. konferencie Sanácie a rekonštrukcie stavieb. Praha, 2001.
4.    Svoboda, Z.: AREA 2007 pre Windows. Výpočtový program pre PC.
5.    Drevené konštrukcie podľa Eurokódu 5. STEP 2. Autorizovaný preklad z anglického vydania „Timber Engineering STEP 2“ Centrum Hout, The Nederlands, 1995. Vydanie prvé. Informačné centrum ČKAIT, 1995.
6.    Reinprecht, L., Štefko, J.: Drevené stropy a krovy. Typy, poruchy, prieskumy a rekonštrukcie. ABF Praha, 2000.
7.    Svoboda, Z.: TEPLO 2007 pre Windows. Výpočtový program pre PC.
8.    Vaněk, T.: Rekonštrukcie stavieb. Praha: SNTL, 1985.
9.    Witzany, J.: Poruchy a rekonštrukcie murovaných budov. Praha: Nakladateľstvo ŠEL, spol. s r. o., 1999. ISBN 80-902697-5-3.
10.    Solař, J.: Sanace zděných objektů po povodni. Tepelná ochrana budov č. 5/2002. ISSN 1213-0907.
11.    Bažant, Z., Klusáček, L.: Statika při rekonstrukcích objektů. Brno: Akademické nakladatelství CERM, s. r. o., 2002. ISBN 80-214-2058-8.
12.    Solař, J.: Poruchy a rekonštrukcie kostolných veží. Strechy, fasády, izolácie č. III/2004. ISSN 1212-
-0111.
13.    Solař, J.: Poruchy a rekonstrukce zděných staveb. Grada Publishing, a. s., 2008. ISBN 978-80-247-
-2672-4.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.