Nové řešení konstrukce soklu se zateplením

Projektanti a realizační firmy dnes stále častěji řeší detaily stavebních konstrukcí z hlediska ČSN 73 0540 Tepelná ochrana budov. Mnohá v současnosti prosazovaná „extrémní“ zateplení jsou přitom na hranici technicky přijatelného řešení, navíc s nejistou finanční návratností a životností. Potřebnější a užitečnější je zaměřit se na opatření pro minimalizaci lineár- ních prostupů tepla v určitých pravidelně se opakujících detailech.

U řady konstrukčních prvků, například u oken, věnců, rohů apod., byly tyto detaily vyřešeny již přímo výrobcem cihel rozšířením sortimentu o vhodné doplňkové prvky. To se podařilo například vložením izolačních pásů pro osazení okna (obr. 1). Otázkou však stále zůstávalo jednoduché a účinné řešení zateplení soklu.

 

Za jediné optimální řešení konstrukce umožňující zateplení soklu byla dosud považována kombinace cihel o tloušťce 365 a 440 mm (obr. 2). Vykonzolování horní cihly o 75 mm vpodstatě vyhovuje konstrukční podmínce výrobce zdiva na max. vyložení 1/6 šířky horního cihelného bloku.

 

Zateplení soklu vysypáním první řady cihel perlitem přímo na stavbě, které některé firmy doporučují, se ukazuje jako poměrně nebezpečná konstrukční varianta, především z hlediska stability budov. Dokládají to fotografie pořízené u domu s vysypávanou první vrstvou cihel. Při odtávání sněhu došlo ke smáčení zdiva (obr. 3) a následnému naplnění dutin v cihlách mezi kuličkami perlitu vodou.

 

 Zatímco z prázdných dutin cihel voda průběžně odtéká, cihly jsou pouze vlhké a poměrně rychle vyschnou, v mezerách mezi kuličkami perlitu voda zůstává. Při zmrznutí dochází ke zvětšení objemu vody v kapilárách mezi kuličkami perlitu a doslova „rozstřílení“ první vrstvy cihel z obou stran (obr. 4, 5).

Přitom je nutné si uvědomit, že promočení první vrstvy cihel znamená i trvalé zhoršení tepelně-technických vlastností. Vyschnutí mezer mezi perlitem je obvykle záležitostí mnoha let, často s neodhadnutelným výsledkem. Například u pórobetonových tvárnic obdobná situace vedla k omezení použití pórobetonu až od výšky minimálně 300 mm nad okolním terénem. Právní spor o určení zodpovědnosti a náhrady škody (zdivo první vrstvy bude nutné pravděpodobně složitě vyměnit) by asi mohlo být obsahem jiného článku.

 

Svislé zatížení vykonzolovaného zdiva

Problematika chování vykonzolovaného zdiva pro vytvoření prostoru pro izolaci v oblasti soklu z hlediska statiky je zřejmá z obr. 6. Zde jsou zobrazeny varianty průběhu napětí ve styčné spáře dle stavební mechaniky v závislosti na změně excentricity zatížení.

 

Dle ČSN 73 1101:1980 lze svislé zatížení uvažovat v posuzovaném místě (nad soklem) jako osově působící. Excentricita je potom dána vzdáleností os cihelných bloků v posuzované ložné spáře. V obrázku jsou naznačeny čtyři varianty. Jako první je zobrazena ideální varianta, tj. va- rianta s nulovou excentricitou. Napětí ve spáře (zelená šrafa) je rovnoměrné, obdélníkové. Druhý případ vzniká při vyosení, tj. oddálení těžišť horního a spodního cihelného bloku. Napětí je zde nerovnoměrné a má lichoběžníkový průběh. Třetí případ při excentricitě e = 1/6 b je hraniční (je dosaženo tzv. jádrové úsečky), napětí má tvar trojúhelníku. Při dalším zvětšení excentricity již ve spáře vzniká v krajních vláknech tah (červená šrafa). Ve styčné spáře nelze uvažovat s přenesením tahového napětí a je nutné zmenšit účinnou plochu průřezu. Šířka účinné části průřezu je zřejmá z posledního obrázku. Trojúhelníkové zatížení potom výše citovaná norma nahrazuje obdélníkovým (modrá šrafa).

Z uvedeného popisu vyplývá, že optimální návrh bude takový, kdy při maximálním vnějším přesahu se dosáhne co nejrovnoměrnějšího tlakového napětí ve spáře. Naopak absolutně nevhodné řešení je takové, kdy ve spáře vzniká tah. V případě dodržení pravidla na maximální vyložení 1/6 tloušťky horní cihly, je tah s rezervou vyloučen (např. řešení na obr. 2).

 

 Výhodnější způsob řešení soklového zdiva

Ještě lepších výsledků a většího prostoru pro tepelnou izolaci lze dosáhnout, pokud se těžiště cihel různých šířek přiblíží co nejvíce k sobě. Na obr. 7 jsou znázorněny dvě možné varianty řešení detailu soklu s cihelnými bloky o tloušťce 300 a 440 mm.

Jako první (obr. 7a) je varianta se zarovnáním bloků na vnitřním líci stěny. Dochází zde k vyosení těžiště horní cihly až za jádrovou úsečku spodní cihly. Teoreticky tak vzniká tahové napětí, vzájemná pozice bloků je proto nevhodná. V případě použití by tato varianta vyžadovala individuál- ní statické posouzení. Avšak pouhým posunutím bloku tloušťky 300 mm směrem ven o 40 mm (obr. 7b) dojde k výraznému zmenšení excentricity a zároveň ke zlepšení průběhu napětí. Tím se získá vyložení horního bloku 100 mm, což s rezervou dostačuje pro požadovaných 80 mm tepelné izolace. Na vnitřní straně zdi (v interiéru) je možné vzniklou mezeru buď vyplnit tepelnou izolací (varianta A – obr. 8), nebo ji využít pro rozvod sítí (varianta B – obr. 9). Na obr. 10 je potom varianta B s rozvodem sítí pro větší názornost nakreslena ve 3D modelu.

Protože se jedná o zcela nový způsob řešení soklového zdiva, společnost Wienerberger provedla pro ověření správnosti statického výpočtu praktické laboratorní zkoušky na cihelných blocích POROTHERM.

V prvním kole proběhla zkouška pevnosti v tlaku na vzorcích o výšce dvou cihelných bloků ve vlastní podnikové zkušebně. Díky zpevnění tlačených ploch cihel kontaktem s tlačnými deskami zkušebního lisu se do sebe vzorky doslova „zakously“ (obr. 11).

Pro dosažení průkazných výsledků pro praktické použití pak byla v druhém kole realizována zkouška pevnosti v tlaku na cihelných stěnách podle platných ČSN v Kloknerově ústavu ČVUT v Praze. Zde již došlo k očekávanému odlamování vykonzolovaných bloků, způsobenému vznikem smykového napětí na vnější hraně spodní vrstvy cihel (obr. 12).

Výsledky statických zkoušek potvrdily správnost teoretických předpokladů nového řešení soklového zdiva, a tudíž možnost jeho využití v běžných konstrukčních systémech nízkopodlažních objektů.