Revize ČSN 73 0600 a výklad některých ustanovení této normy – část 6.

Tuto funkci musí hydroizolační (HI) konstrukce splňovat po celou požadovanou dobu. Její účinnost se proto nesmí snížit, a to zejména v důsledku mechanických a korozních vlivů, které působí někdy již v průběhu stavby, jindy i dlouho po jejím dokončení.

 

Kapitolou 5.2.7 končí část ČSN 73 0600 zaměřená na definici a zohlednění různých forem hydrofyzikálního (HF) namáhání při navrhování hydroizolací staveb. V předchozích výkladech úvodních částí normy (názvosloví a všeobecných zásadách při navrhování hydroizolací) jsme poukázali na některá ustanovení, při jejichž interpretaci dochází podle reálných zkušeností při různých reklamacích nebo i soudních sporech k nejasným nebo nesprávným výkladům, odlišným od původního záměru autorů.

Často bývá účelné docílit snížení původního vysokého HF namáhání některým opatřením podle 4.1.1 nebo 4.1.2, zejména drenáží. Pokud se to nepodaří a dále působí namáhání tlakovou vodou, je zřejmé, že se za takových obtížných podmínek zvýšenou měrou podílejí na účinnosti HI konstrukce kromě tlaku vody i mechanické a korozní vlivy, uvedené v dalších částech normy.

 

 

Požadavky a základní opatření jsou rámcově uvedeny v čl. 5.3 a podrobněji v C.1.1 a C.1.2. Působení mechanických vlivů může vést k porušení hydroizolace nebo k úplné ztrátě její funkce, předtím třebas bezchybné. Norma nerozlišuje různé typy a intenzitu namáhání. Přípustné hodnoty bývaly udávány pouze pro působení sil kolmých k rovině hydroizolace, a to pouze pro základní HI materiály. Vždy však předpisy zakazovaly působení sil rovnoběžných s rovinou izolace, tedy působících tahem na HI povlak. V praxi ovšem nebylo dodržení tohoto zákazu do všech důsledků možné. Norma se zmiňuje o omezení přenosu napětí (čl. 5.3.2), ochraně proti poškození (5.3.3) a zvláštních opatřeních.

 

Mechanické vlivy v průběhu stavby

Při stavbě se vyskytují převážně poškození průrazem, proříznutím nebo propíchnutím či vzniklá pojížděním hotové izolace (obr. 1). Dochází k nim z neopatrnosti nebo z úmyslné nedbalosti, ohleduplně nazývané „lidský faktor“ (čl. 3.3.3 normy). Tato rizika a jejich následky byly již popisovány mnohokrát [46, 47, 48]. Zvláště choulostivé jsou povlaky volně položené a navíc podložené měkkou podložkou, jako jsou plastové a pryžové pásy ve střechách i spodní stavbě. S vyhovující provizorní ochranou hydroizolace v kterékoli části stavby se však dnes setkáme jen zřídka. V zápase s často nereálnými termíny plánu se takové „detaily“ zanedbají a důsledkem jsou vážné poruchy, které mohou i zcela znehodnotit hydroizolaci. Porucha pak přinese v lepším případě mnohonásobné zvýšení původních nákladů na zhotovení izolace, v horším případě je zcela neopravitelná.

Poznámka: Skutečnost bývá opravdu až zarážející. Sám jsem se setkal s tím, že při rekonstrukci budov na Perštýně se stěhovalo lešení kolem dokola dvora dokonce několikrát a při tom bylo pokaždé stavěno na izolace dvora bez odpovídající ochrany.

 

Ve stavbách se vyskytují i místa, kde jsou HI povlaky značně zatíženy trvale. Vždy byly vodorovné izolace zdiva zatíženy hmotností stěn, podlahy různými konstrukcemi, sloupy, střechy nástavbami aj. Pro asfaltové pásy se připouštěl tlak 0,5 MPa (ON 73 0606/1986), pro PVC 5 MPa (ON 730607/1986). Nyní dle ČSN P 73 0606 čl. 4.5 platí tytéž hodnoty, jejich význam je však spíše informativní. Přípustné hodnoty by měli vzhledem k různosti materiálů ověřovat a uvádět hlavně výrobci. Zatím to však nikdo nevyžaduje. Skutečná velikost zatížení se odhaduje obtížně. V projektu dnes působí určité problémy například výpočet bodového zatížení při použití nopové fólie, a to i ve svislé poloze, je-li zatížena zeminou – uvádějí se i případy poškození tlakem nopů. Tam, kde se použily mechanicky odolné asfaltové pásy, nejlépe typu SBS, nebo dostatečně tlusté plastové fólie, podle zkušeností k poruchám nedochází. Překvapivě však naše zkoušky počátkem 90. let min. st. ukázaly, že elastická deformace SBS pásů může dlouhodobým zatížením přejít v trvalou, takže určité protlačování nelze ani u SBS pásů zcela vyloučit. O tom se výrobci nezmiňují. Jiné zkušenosti zpochybnily mechanickou odolnost APP modifikací (obr. 2).

 

Tangenciální síly, vznikající přetvářením okolních konstrukcí, se vždy podílely na poškození hydroizolací největší měrou. Trhliny asfaltových krytin byly proto předmětem intenzivního výzkumu desítky let. Ne všechny zkušenosti se však uplatnily (obr. 3). Například již Lufsky (1951) doporučoval volné kladení izolačního povlaku ve spodní stavbě. Upozorňoval, že je často nesprávné snažit se o co nejdokonalejší spojení spodní vrstvy (!) izolace s podkladem. Tření mezi hydroizolací a okolními stavebními díly by mělo být podle něj co nejmenší. To se uplatnilo o mnoho let později i v českých normách (ČSN 73 0600 čl. 5.3.2). Přesto přes padesát let přežívá nesprávná představa, že je vždy vadná taková asfaltová izolace, která není k podkladu plnoplošně přilepena, resp. když chybí penetrační nátěr.

 

Působící síly mohou mít různý charakter a různou intenzitu. Vzhledem k tomu bylo v minulém znění ČSN 73 0600 zařazeno rozdělení mechanických vlivů na tři stupně. Mělo být srovnatelné s dělením dle DIN 18 195 díl 8 – Abdichtungen über Bewegungsfugen.

V ČSN 73 0600/2000 již rozdělení není, ale určité odstupňování se musí vždy zohlednit:

● Nízké zatížení – působí kolmo a trvale v konstrukcích dostatečně stabilních.

● Střední zatížení – působí spíše pomalu, převážně jednosměrně, deformace se odehrávají v řádech milimetrů a rozkládají se do větších ploch.

● Vysoká zatížení jsou koncentrována do úzkých linií, působí opakovaně nebo náhle, deformace podkladů jsou v řádech centimetrů.

 

Jedná se hlavně o konstrukční dilatační spáry různého typu, ale často i o spáry v kontaktu různých dílů stavební konstrukce. Časté byly poruchy asfaltových krytin u průmyslových hal se střešní konstrukcí z velkorozměrových panelů, kde vznikaly pohyblivé spáry v podélném i příčném směru (obr. 3, 4). Do této kategorie by spadaly i deformace nad styky polystyrenových termoizolačních desek, které asi od roku 1970 poškodily statisíce m² střech (obr. 5, [49]).

 

Vyskytuje se i tečné namáhání některých svislých HI povlaků, vznikající zejména jejich vlastní hmotností. Volně zavěšené izolace nesmějí ani přenášet žádné síly, např. hmotnost obkladu, omítky apod.

 

Nejznámější bylo poškození klasických asfaltových krytin nad dilatačními spárami nebo nad trhlinami stropních desek, někdy i pod nimi, a nad spárami termoizolačních desek. Převažujícím příčinným faktorem byly opakované teplotní změny. Stárnutím HI materiálů se tyto poruchy postupně zhoršovaly a opravy se prováděly nevhodně. Jsou známé případy, kdy se při sondách zjistilo, že v krytině je i deset a více vrstev z předchozích neúspěšných oprav (obr. 6).

Výjimečně praskaly krytiny náhle. S tímto vzácným jevem jsme se setkali na rozsáhlé ploše střech tiskáren v Kolíně, kde na podzim 1985 během několika minut došlo k vytvoření prasklin v délce desítek metrů, někdy ve tvaru T, a to nad styky polystyrenových desek (obr. 7). Stalo se to tak, že se střecha rozehřátá sluncem náhle ochladila večerním mrazem asi o 30–40 °C. Křehká krytina, složená z pásů s lepenkovou vložkou a plnoplošně přilepená na deskách LIGNOPOR (EPS + heraklit) asfaltovou suspenzí, nevydržela náhle vzniklé smrštění střešního souvrství. Očitý svědek, který byl náhodou na střeše, popsal tento okamžik jako zvláštní praskot, kdy se mu přímo u nohou rozběhly ostré trhliny.

Normy se proto dříve až přehnaně soustředily na asfaltové materiály. I nyní mají současné evropské normy většinu zkoušek určenou pro asfaltové pásy, zatímco zejména nátěrové systémy zůstávají zcela mimo.

 

Účinnou ochranou se rozumí provizorní nebo trvalé zakrytí izolace různými typy desek, cementovým potěrem apod. Provizorní prvky se postupně odstraňují, jak práce postupují. Některé způsoby již téměř vymizely. Například ještě nedávno doporučovala firma TROCAL trvalou ochranu plastových izolací speciálními plastovými deskami různého profilu.

Svislé plochy HI spodní stavby se tradičně chránily přizdívkami, které byly do tlakové vody požadovány vždy. U asfaltových hydroizolací se dokonce desítky let, a to podle některých odborníků dokonce ještě v roce 1996, vyžadovalo tzv. aktivní sevření svislé části tlakem zeminy min 0,5 at. [50], přestože jeho účinky byly od počátku velmi diskutabilní.

Naproti tomu použití textilií jako ochrany bylo dříve omezeno pouze na méně významné a méně zatěžované izolace, zatímco dnes se používají běžně, a to i tam, kde to představuje dosti velké riziko. Odolnost HI materiálů se sice v poslední době značně zvětšila, z cenových důvodů se však ještě často používají, a to i ve spodní stavbě, tradiční, málo odolné pásy, např. pásy s hliníkovou vložkou, které jsou bez účinné ochrany velmi zranitelné.

Moderní nopové fólie a termoizolační desky sloužící současně jako mechanická ochrana jsou při správném použití relativně účinné (viz část 5, Materiály 4/2007).

 

Řešení vysokých namáhání – dilatace

Řešení u dilatačních spár (čl. 5.3.4) bývají často uváděna v prospektech výrobců i v jiných předpisech [51, 53 aj.]. Tato „speciální řešení“ jsou vytvářena obvykle v liniích nejvíce ohrožených přetvářením konstrukce. Jedná se obvykle o prvky roznášející tah konstrukce (obr. 8) nebo vytvářející deformovatelný prvek, někdy vyplněný pružnou vložkou.

Dříve doporučované způsoby pouze zesilující izolaci nad kritickými místy, zejména nad výraznými dilatacemi, např. vložené proužky měděného plechu, se příliš neosvědčily, protože se deformace pouze přenesly do vedlejší linie, kde pásy praskaly také (viz obr. 8). Stará pravidla říkají, že silám je třeba ustupovat, zejména jejich roznesením na větší plochy. U vícevrstvých asfaltových povlaků jsou přitom namáhány všechny vrstvy povlaku, a to protažením, vzájemným posunem, odtržením od podkladu apod.

Nátěrové systémy jsou do vysokého namáhání nevhodné, a to i v kombinaci s průtažnými, a přitom vodotěsnými vložkami.

 

Řešení středních namáhání a nahodilých trhlin

Výše uvedená řešení je možné uplatnit tam, kde byla místa přetváření a působení tahových sil předem stanovena (dilatační spáry) a do jisté míry předem upravena. Jednodušší řešení se použije v jiných spárách s méně výraznými, ale obvykle stále opakovanými pohyby (střední zatížení). Jsou to místa přechodu HI na různé detaily, např. atiky, obvodové stěny aj. – speciálním řešením jsou zde např. atikové klíny, pohyblivé atiky (AWA) a jiné. V takových případech se používají dilatační opatření naznačená článkem 5.3.2. Jejich úkolem je umožnit spáře nebo ne zcela přesně definované trhlině volný pohyb pod nebo i nad hydroizolací v kontrolovaném místě tak, aby se do hlavní HI vrstvy, která v tomto případě zůstává v rovině střechy, přeneslo pokud možno co nejmenší napětí. Limitním řešením je samozřejmě oddělení celé HI vrstvy z obou stran, jako se to provádí u plastových fólií (pásů), někdy i asfaltových hydroizolací např. v terasách.

Nebezpečné linie mohou vznikat v místech, kde jsou stropní konstrukce podepřeny nosníky, nad kterými se mohou čela stropních desek rozevírat, jak se často stávalo u hal s kazetovými dílci. Může se jednat i o vysoké zatížení. Spíše než pevnost pásů v tahu se zde příznivě uplatňuje jejich elasticita, u asfaltových SBS pásů i jejich schopnost vratné deformace.

U některých konstrukcí jsou rizika značná. V jedné době jsme se dokonce setkali se speciálními „kluznými pásy“, určenými jako podklad pod nádrže a bazény. U těchto výrobků byl prostor mezi dvojitým pásem vyplněn kluznou kapalinou.

Výše zmíněné podkladní dilatační pruhy šířky 30–40 cm (německy Schleppstreifen) jsme používali úspěšně již před rokem 1990 při řadě oprav porušených asfaltových krytin (obr. 9).

Deklarované schopnosti tzv. přemostění trhlin jsou často pouze fikcí. S touto matoucí formulací, obvykle nepříliš přesně specifikovanou, se setkáváme často u nátěrových hydroizolací. Přitom nevíme, pro jakou teplotu údaj platí, pro jak rychlý pohyb spáry, jak se mění stárnutím. Ani u pásů nemusí být deklarované vlastnosti jako průtažnosti, pevnost, ohebnost atd. vždy rozhodující, zejména jejich výchozí hodnoty. Je třeba si vždy uvědomit, že pevnost žádného HI materiálu není tak velká, aby překonala síly dilatující betonové konstrukce, které snadno přetrhnou i betonovou desku. Vydrží jen ty izolace, které se působení napětí vyhnou.

 

Zkušební metody

Normové zkušební metody jsou velmi omezené a málo instruktivní, jejich souvislost s chováním materiálů v reálné situaci je nejasná. Současné evropské normy nepřinesly nic převratného, spíše naopak. Pro určité případy je proto často nutné doplnit zkoušky speciálními postupy. Již v roce 1985 jsme v rámci vývoje modifikovaných pásů započali zkoušky přístrojem umožňujícím několik tisíc protažení a mírných ohybů vzorků natavených na mezeře mezi betonovými deskami (obr. 11). Jiné postupy ověřovaly přídržnost krycí vrstvy na vložce, chování samolepicích vrstev apod.

Rozdíly v odolnosti různých pásů proti zlomení byly řádové – od několika protažení (pásy s vložkou ze sklorohože) až k několika desítkám tisíc protažení (SBS modifikované pásy). Podle některých informací se nyní pracuje na evropské metodě, kde by se pruh asfaltového pásu natavil přes podložku s definovanou štěrbinou. Možná se bude jednat o obdobu francouzské metody z roku 1975 [52], která byla kombinována i s působením vody.

Přeceňování odolnosti pásů proti přetržení se nevyplácí. Setkal jsem se s řadou případů, kdy nad aktivní trhlinou praskaly i pryžové pásy (obr. 12) nebo i bezvložkové vysoce modifikované pásy typu Flexoper s deklarovanou průtažností nad 1000 %.

U asfaltových materiálů je skutečné chování velmi složité, protože zejména u klasických pásů z oxidovaných asfaltů se na poškození podílí kromě pohybu podkladu i komplikované reologické vlastnosti asfaltů. Pro bližší vysvětlení zařazuji níže samostatnou kapitolu.

Například příčiny tvorby vln a smršťování krytin směrem ke středu u střech s EPS izolací se podařilo objasnit jen zčásti [49]. Chování SBS pásů je v tomto směru mnohem příznivější, i když některé deformace byly také zaznamenány. Vždy však v mnohem menší míře než u klasických pásů (obr. 13).

O APP modifikaci je informací nedostatek. Víme však, že některým mechanickým vlivům odolává špatně (obr. 2). Plastové, např. PVC pásy, přikotvené nebo volně položené se ovšem chovají velmi odlišně, napětí od podkladu se prakticky nemohou přenášet do izolace, protože je většinou oddělena textilií. Deformace a následující poruchy vznikají u plastů spíše jejich vlastními rozměrovými změnami (smršťováním). Vznikají pak různá napětí v povlaku, způsobující například vrásnění na atikách (obr. 14).

Vzhledem k tomu, že není možné vlastnosti materiálů a jejich odolnost jednotlivě definovat vzhledem k jejich velké nabídce v současné době, je nutné se spoléhat na značně neúplné údaje výrobců. Zejména se vůbec neuvádějí možnosti korozních změn, které by měly být zohledňovány v projektu.

 

 

Častěji jsem citoval práce dr. Brauna, uveřejněné v několika číslech časopisu BITUMEN, Teere Peche, které později přednesl i na konferenci v Tatrách v roce 1978. Předcházely práce Marijse a Bonafonta, úpravy Thuna aj. [54, 55]. Teorie namáhání byla obsažena i v separátu firmy SHELL [56].

Řada prací o možnostech výpočtu chování asfaltových materiálů namáhaných tlakem, tahem apod., publikovaná v období 1970–1990, měla docílit toho, aby bylo možné nahradit zastaralé smluvní metody hodnocení asfaltových hydroizolací přesnějším vyjádřením. Přes velkou snahu se však nepodařilo dojít k použitelným výsledkům. Dodnes téměř žádná z nyní přebíraných evropských norem nepracuje s exaktními fyzikálními jednotkami, snad kromě jednoduchého vyjádření pevnosti v tahu.

Přesto však některé postupy pomohly objasnit mechanismus deformací a poruch hydroizolačních materiálů. Z nich uvedu pouze jeden případ, přibližně osvětlující způsob, jak se přetváření konstrukcí přenáší do deformace a poškození pásu s nosnou vložkou. Předpokládá se přitom, že je pás znehodnocený v okamžiku prasknutí vložky. Poznatky je však možné aplikovat i na jiné vrstvy. Vztah, který Braun publikoval poprvé v roce 1974, ještě později upravoval. Pro ukázku stačí původní vzorec:

                     1               η . v             Δl

Z_{5 cm} = ––––––– . ––––––– . ––––––– . 5 . 10^–2,

                    2                  h               ε_vl

 

kde:

Z_5cm [N] … tahová síla působící na nosnou vložku vzorku 5 cm;

η [N.sec.m^–2] … viskozita asfaltové hmoty za dané podmínky;

v [m.s^–1] … rychlost pohybu spáry pod hydroizolací;

h [m] … tloušťka vrstvy pod vložkou;

Δl[m] … maximální otevření spáry;

ε_vl[m.m^–1] … průtažnost vložky.

 

Poměr Δl / ε_vl označujeme také jako „účinnou plochu“.

 

Podle tohoto vzorce bychom mohli očekávat jednoduchý průběh definované závislosti. Ve skutečnosti však jeho členy závisí na dalších faktorech, a to složitými vztahy. Je to především viskozita asfaltu, která se mění s teplotou v rozmezí od 10 °C do 90 °C přibližně o 4 řády a kterou ovlivňuje i velikost deformačního napětí o další asi dva řády. Dále neznáme s dostatečnou přesností rychlost pohybu spáry, ovlivňovanou změnou teploty materiálu. V případě vzniku praskliny v důsledku koncentrace napětí může být rychlost velmi vysoká. Proto Braun pro rychle vznikající prasklinu později odvodil pozměněný vzorec.

Pro přenos napětí je rozhodující vrstva asfaltu mezi nosnou vložkou a podkladem. Podle základního vztahu pro viskozitu newtonské kapaliny (od které se ovšem asfalty svojí strukturní viskozitou značně liší) představuje viskozita vztah mezi smykovým napětím a rychlostí deformace:

                t

h = –––––––––– .

 

Z tohoto vztahu vycházely v podstatě všechny odvozované vzorce pro vytlačování asfaltu pod nosníky, vtékání do spár, stékání na šikmé ploše apod. Při určité viskozitě a rychlosti pohybu spáry (v souvislosti s teplotou) je asfaltová vrstva schopná přenést k vložce pouze určité limitní napětí. Pokud je napětí vyšší než pevnost vložky, vložka po dosažení maximálního protažení praskne. Nejpříznivější je tedy situace při vyšší teplotě (nízká viskozita), pomalé deformaci a co nejtlustší spodní vrstvě asfaltu. Vícevrstvé membrány se mohou deformovat ve více mezivrstvách, což je ještě příznivější.

Za nízkých teplot, kdy se vlastnosti asfaltu blíží tuhému tělesu, zejména při rychlejší deformaci, může asfalt přenést téměř celou deformační sílu od podkladu k vložce. Prasknutí vložky, pokud se překročí její průtažnost, je nevyhnutelné.

Jde zřejmé, že výpočet by mohl mít určitou informační hodnotu pouze u teplotně se málo měnících vrstev, např. hluboko pod povrchem terénu, a to ještě jen tam, kde se zatím původně definované vlastnosti asfaltu stárnutím příliš nezměnily. U elasticky modifikovaných asfaltů je průběh tzv. průtokové křivky ještě mnohem složitější, protože se za různých vnějších podmínek v různé míře kombinují vlastnosti asfaltu a modifikátoru (obr. 16). Je tedy zřejmé, že u všech tenkých vrstev s malou průtažností je prasknutí jisté.

U tenkých nátěrů spojených s podkladem, kde se natírá obvykle nový podklad bez prasklin – ty vzniknou nečekaně později –, se při vzniku a roztažení takové praskliny musí nátěrový film (popř. vrstva z tmelu apod.) protáhnout z nuly na hodnotu otevření štěrbiny, tedy přímo nad prasklinou o téměř nekonečně vysokou hodnotu, mnohokrát přesahující průtažnost jakéhokoliv nátěrového filmu, snad s výjimkou pryžových roztoků, schopných značné deformace. Zesílení vložkou umístěnou do nátěru mnoho nepomůže. To potvrzují i praktické zkušenosti.

Průtažnost SBS asfaltů při teplotách 10–30 °C (bez poškození) je vyšší než 1000 % a je téměř stoprocentně vratná. U takových asfaltů ani nemá smysl se o nějaké výpočty pokoušet. Proto je třeba brát všechny údaje o schopnostech přemostění trhlin u některých výrobků, zejména u nátěrových filmů, které často podléhají i značnému stárnutí, s velkou opatrností.

 

46) Novotný, M.: Ploché střechy, Grada Publishing. Praha 2003, s. 147 a další.

47) Bozděch, Z.: Materiálově podmíněné příčiny špatného stavu plochých střech v ČR z posledních desetiletí. STAVBA, č. 1/1995, s. 16.

48) Bozděch, Z.: Příčiny selhání hydroizolací pozemních staveb. Materiály pro stavbu, č. 1, 10, 2004, s. 30.

49) Bozděch, Z.: Termoizolace z pěnového polystyrenu – Rizika použití ve střechách i jinde. Architekt, č. 3, 2002.

50) Pavlát, J.: Klasické hydroizolace – kde se chybuje. Stavitel, č. 12, 1996, s. 18.

51) Emig, K. F.: Abdichtungstechnik für im Grundwasser liegende Gebäude. TIEFBAU, č. 12, 1978, s. 935.

52) Bozděch, Z.: Asfaltové‚ hydroizolační pásy na výstavě stavebních hmot BATIMAT 1975 v Paříži. Pozemní stavby, č. 12, 1976, s. 569.

53) Kutnar, Z. a kol.: Hydroizolace spodní stavby. Skladby a detaily – leden 2003. Publikace č. DEK/02/2003, Dektrade, Praha 2003.

54) Braun, E.: Die konstruktive Abdichtung. In: STRECHY 78, SVTS DT Košice, 1978.

55) Braun, E. – Metelmann, P. – Thun, D.: Bituminöse Hautabdichtungen – Folgerungen aus Theorie und Praxi. BITUMEN č. 5, 35, 1973, s. 117.

56) BITUMEN. Möglichkeiten fur Berechnungen in der Praxis. Von der Deutschen SHELL A.G. 1976.