Příspěvek je zaměřen na posouzení vzniku trhlin v železobetonové základové desce garážových stání Bytového domu v Praze (obr. 1). Bytový dům má jedno podzemní garážové podlaží a čtyři nadzemní podlaží. V době posuzování trhlin v garážovém podlaží byl dům přibližně dva roky po výstavbě. Půdorys nadzemní části je 35×18 m a půdorys podzemního podlaží je 50×18 m. Podzemní podlaží tedy půdorysně přesahuje nadzemní část v místě vjezdu do garážového podlaží.
Budova je založena na základové desce v hloubce cca 3,5 až 4 m pod stávajícím terénem. V rámci průzkumu pro daný objekt byly provedeny jádrové vrty do hloubky 10 m. V prostoru mezi nadzemní částí a podzemní částí bylo zjištěno dislokační pásmo (tektonická linie) vyplněné zcela zvětralými (nebo také pouze navětralými) prachovitými břidlicemi třídy R 4 dle ČSN 73 1001 [3]. Základová půda pod základovou deskou může lokálně přecházet do slabě navětralých až zdravých prachovitých břidlic třídy R 3. V severozápadní části mohou být v základové spáře zastiženy křemence třídy R 3 až R 2. Základová půda je tedy v celém prostoru nadzemní části projektovaného objektu je tvořena skalními horninami třídy R 4, popř. R 3. Hladina podzemní vody je přibližně 1,5 až 2,0 m pod úrovní základové spáry). Geolog doporučil základovou spáru před betonáží základů pečlivě dočistit a případné nerovnosti vyplnit betonem, nebo jiným vhodným materiálem (např. tříděný betonový recyklát).
Základová deska jako podlaha garáží
Železobetonová deska má vnitřní obdélníkový půdorysný rozměr 16 350×46 625 mm, ohraničený obvodovými stěnami tloušťky 1000 mm. Základová deska je rozdělena v podélném směru zazubenou příčnou dilatační spárou s výplní 20 mm polystyrenu přibližně na rozměry 13 450 mm + 33 175 mm. Tato dilatace pokračuje svisle i ve stěnách a stropu garáže a odděluje výškově rozdílné části objektu (garáž s vlastní nadstavbou budovy a prodlouženou část garážového podlaží bez nadstavby budovy). Jiné další dilatační spáry v základové desce projektant neuvažoval.
Tloušťka základové desky je 250 mm v části s délkou 13 450 mm a 300 mm v části s délkou 33 175 mm. Základová deska je podepřena dvěma řadami patek v příčném směru se sloupy a podkladními pilotami a šesti řadami v příčném směru včetně pasů pod výtahovou šachtou a samozřejmě obvodových stěn v příčném i podélném směru.
Vlastní železobetonová deska je při horním i dolním povrchu vyztužena Kari sítěmi z profilů ∅ 8/8 mm, oka 100×100 mm s přesahy 2 až 3 ok u obou povrchů desky. Při okrajích se stěnami a v místě patek a pasů je deska doplněna příložnou výztuží z profilů ∅ 12 mm a ∅ 14 mm. Distanční a smyková výztuž je z profilů ∅ 6 mm. Výztužná ocel je třídy 10 505 (R), beton C 25/30 a krytí výztuže 25–35 mm.
Přímo pojížděný povrch základové desky byl pouze leštěn, nebyl proveden žádný nátěr nebo stěrka. Původně měla být deska s hlazeným povrchem a stěrkou tloušťky 2 mm se soklem výšky 150 mm. V reálu pak dle požadavku investora byla provedena „pouze“ leštěná betonová deska.
Dimenzování základové desky
Návrh výztuže obou desek byl proveden s následujícími výsledky:
a) deska tloušťky 300 mm:
– mezní stavy únosnosti … využití 90 %,
– mezní stavy použitelnosti … využití 99,7 %;
b) deska tloušťky 250 mm:
– mezní stavy únosnosti … využití 97,8 %,
– mezní stavy použitelnosti … využití 93,4 %.
Výpočet a posouzení výztuže základových patek provedl projektant pro beton B35 a vrstvy zemin F8 (měkké konzistence) do hloubky 0,40 m, dále F6 (pevné konzistence) ve vrstvě mocnosti 1,30 m a níže ve třídě G5. Podle geologického průzkumu jsou však zeminy v podloží třídy R4. Podle ČSN 73 1001 [3] je výpočtová únosnost Rd pro horniny R4 se střední až velkou hustotou diskontinuit 400 kPa a pro velmi velkou hustotu 250 kPa. Ve statickém výpočtu jsou připuštěná vypočtená extrémní svislá kontaktní návrhová napětí řádově okolo 600 kPa (pro jednotlivé patky se mírně liší), převyšující významně normové hodnoty.
Statický výpočet obsahuje výpočet a posouzení šířky trhlin na jednotkové desce o jednotkové šířce 1000 mm a tloušťce 300 mm. Výpočtem byla stanovena šířka trhlin do 0,4 mm. Ve statickém výpočtu ani v poskytnuté výkresové dokumentaci není předepsána povrchová úprava základové desky (s výjimkou technické zprávy).
Charakter trhlin v podlaze garáží
Při celkovém pohledu do garážového podlaží je část základové desky pod vlastní budovou více poškozena trhlinami než část mimo půdorys nadzemní části objektu. Okraje dilatační spáry v desce mají mírně rozdílnou výšku, zřejmě způsobenou větším sednutím jedné části desky oproti oddilatované. Rovněž v obvodové stěně mírně nad kontaktem stěny se základovou deskou je patrná vodorovná trhlina, základová deska zřejmě mírně poklesla.
Od dilatační spáry se rozebíhají trhliny v základové desce, tedy v podélném a diagonálním směru půdorysu garážového podlaží. Tyto trhliny jsou šířky řádově 1 až 2 mm (obr. 2). Obdobně jako v blízkosti dilatační spáry se vyskytují i trhliny v okolí kanalizačního poklopu šachty v podlaze garáží (obr. 3).
Vlasové trhliny jsou v okolí sloupů. V základové desce zřejmě kopírují přibližně tvar základových patek pod základovou deskou (obr. 4) a pak pokračují v příčném a podélném směru.
V desce garážového podlaží převažují trhliny v příčném směru oproti trhlinám v podélném směru. Je to dáno velikostí rozpětí nedilatované části desky pod vlastní nadstavbou budovy (podélně na délku 33 175 mm vůči příčnému rozměru 16 350 mm) a také skutečností, že v příčném směru je deska propojena příložkami s obvodovými stěnami. Trhliny jsou převážně vlasové sevřené, nicméně mohou dosahovat šířky i několika desetin mm až 1 mm.
Jednotlivé trhliny (podélné, příčné i diagonální) se v půdorysu garáže větví (obr. 5), jsou vícenásobné (zdvojené blízko sebe) nebo se kříží. Některé trhliny jsou zabarveny výluhy z betonu, odpovídajícími zatékání vody (přivezené jako sníh nebo dešťová voda na pneumatikách garážujících vozidel) do betonu a následně jejich vyplavování.
Klasifikace a posouzení šířky trhlin
Při prohlídce konstrukce byly v podlaze základové desky zjištěny lokální trhliny o šířce větší než 1 mm, dále trhliny šířky několika desetin mm a konečně nerozevřené trhliny. Je pravděpodobné, že některé trhliny mohou procházet hluboko do základové desky.
V běžně vyztužených železobetonových konstrukcích jsou obvyklé trhliny o šířce okolo 0,3 až 0,4 mm, které jsou průvodním jevem tvrdnutí a dotvarování betonu [2]. Také podle statického výpočtu byly vypočteny a připuštěny trhliny o šířce do 0,4 mm, takže měla být předepsána vhodná ochrana proti zatékání vody do rozevřených trhlin.
Původně v projektu uvažovaná stěrka tloušťky 2 mm je zpravidla nedostatečná, ani ta však nebyla provedena. Tato stěrka nízké tloušťky by trhliny nepřekryla (při jejich rozevření by se porušila).
V konstrukci základové desky se vyskytují trhliny s větší šířkou než 0,4 mm. Je to zřejmě důsledkem souběhu skutečností:
a) Pravděpodobně nebyla provedena úprava podloží pod základovou deskou, doporučená geologem. Podloží je v této hloubce podle geologického průzkumu vyplněné zcela zvětralými nebo navětralými prachovitými břidlicemi třídy R4, a tedy sednutí desky na podloží je vyšší, než předpokládal projekt. O tom ostatně svědčí i různá výška okrajů dilatační spáry, trhlina při kontaktu stěn se základovou deskou a prokreslení trhlin okolo základových patek pod základovou deskou.
b) Výztuž základové desky je navržena prakticky na mezi přípustného využití (až 99,7 %), tedy velmi úsporně. I když takové využití ještě je přípustné, tak při sebemenší nejistotě ve stanovení mechanických vlastností desky a jejího podloží (zejména tuhosti, třídy betonu, dodržení předepsaného rozmístění výztuže apod.) mohou být mezní stavy únosnosti i použitelnosti významněji překročeny a důsledkem je pak rozšíření šířky původně předpokládaných trhlin a vznik dalších, nových.
c) Na vzniku a rozšíření trhlin v základové desce se mohla rovněž podílet skutečnost, že v projektu nebylo zdůrazněno a předepsáno ošetřování betonu základové desky po betonáži (i když tato povinnost je obecně známa podle návrhových norem). Zvláště při větších rozpětích základové desky (přes 30 m) a jejím pnutí (propojením s obvodovými stěnami).
Důvodem vzniku trhlin nad 0,4 mm šířky a jejich masivního rozšíření v desce jsou tedy výše uvedené nedostatky, které projektant zřejmě dostatečně nezvážil a nezahrnul do projektové dokumentace. Jedná se tedy o vadu projektu.
Tím, že projektant navrhl tenkou krycí stěrkovou vrstvu tloušťky 2 mm k překrytí trhlin, která ani v konečné etapě nebyla provedena z rozhodnutí investora, stalo se, že trhliny v základové desce nejsou vodotěsné, jsou znečištěné výluhy a v důsledku průsaků je i korozí ohrožena výztuž v základové desce. Tento nedostatek je vadou projektu.
Navíc rozhodnutí investora o neprovedení stěrky, ale pouze vyleštění horního povrchu základové desky jako pojížděného povrchu, nedostatek překrytí trhlin v desce umocnilo. Investor předpokládal, že vhodná příměs do betonové směsi (Sikkaton A) způsobí jeho vodonepropustnost.
Posouzení příčin vzniku trhlin v garážovém podlaží
Na vzniku trhlin v garážovém podlaží [8] se tedy podílely jak nedostatky v projektu, tak při vlastním provádění konstrukce:
– Statické výpočty základové desky mají minimální rezervu v únosnosti, která může být chybou při nedostatečně přesném respektování skutečných charakteristik podloží a reálných vlastností konstrukce železobetonové desky. Je pravděpodobné, že konstrukce byla poddimenzována [6] a to mohlo způsobit větší rozevření trhlin, než je obvyklé. Na větším rozevření trhlin se mohlo též podílet nedostatečné nebo nesprávné ošetřování betonu po betonáži nebo nedostatky při výrobě betonové směsi (např. možné odchylky v množství záměsové vody, množství cementu apod.) a jejím ukládání;
– Podle sdělení projektanta investor potvrdil projektantovi návrh konstrukce se šířkou trhlin 0,4 mm; zajištění vodotěsnosti trhlin bylo uvažováno nevhodně pomocí příměsi Sikkatonu A do betonové směsi.
– Nesprávné rozhodnutí investora o finální úpravě podlahy betonové desky (bez provedení dostatečné stěrkové konstrukce) navýšilo citlivost povrchu desky na její otěr, zatékání srážkové vody do desky, včetně dalších důsledků na ochranu výztuže desky před korozí;
– v předané části projektu není řešen způsob odvodnění podlah, jak to vyžadují normy ČSN 73 6058 [4] a ČSN 74 4505 [5] a ani vliv odvodu vody, která zde může vytvářet kaluže, které usnadňují zatékání vody do trhlin v základové desce. Projekt byl schválen investorem za předpokladu pravidelného úklidu a odsávání vody.
Závěr
Tímto článkem o konkrétní konstrukci chceme poukázat na chyby, které se při projektování a provádění konstrukcí garážových podlaží velmi často vyskytují. Na základě našich zkušeností [6 až 9] je možno konstatovat, že tento typ poruch podlah garážových podlaží je velmi častý, konstrukce železobetonových desek bývají poddimenzovány, dimenzování výztuže na šířku trhlin se zpravidla neprovádí a rovněž požadavek na odvodnění bývá často přehlížen a nahrazen požadavkem na pravidelné odstraňování vody (vymetání) z podlahy garáží, které se jen výjimečně provádí. Dále se výrazně šetří na provedení stěrkové konstrukce podlahy.
V případě této konkrétní konstrukce byly poruchy (trhliny) v základové desce garážového po-dlaží zapříčiněny zejména nedostatky v projektu tohoto objektu a vypuštěním povrchové úpravy podlahy garáží. Lze konstatovat, že trhliny jsou přibližně po dvou letech od výstavby již prakticky stabilizovány, i když v důsledku kolísání teplot uvnitř garáží může dojít ještě k jejich prodlužování nebo spojování nebo mírnému rozevírání. Tyto faktory je nutné při sanaci trhlin uvážit.
Poděkování
Práce na této problematice byla podporována grantovým projektem GAČR P105/11/1580. Autoři děkují grantové agentuře za její podporu.
DANIEL MAKOVIČKA, DANIEL MAKOVIČKA ml.
foto archiv autorů
Literatura:
1) ČSN EN 1990 (73 0002): Eurokód: Zásady navrhování konstrukcí.
2) ČSN EN 1992-1-1 (73 1201): Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí, Část 1-1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby.
3) ČSN 73 1001: Zakládání staveb. Základová půda pod plošnými základy (dnes již neplatná).
4) ČSN 73 6058: Jednotlivé, řadové a hromadné garáže (ve znění z r. 1987 a r. 2011).
5) ČSN 74 4505: Podlahy. Společná ustanovení.
6) MAKOVIČKA, D. a D. MAKOVIČKA. Statické problémy odezvy betonových podlah na podkladní konstrukci. In: Podlahy 2006: sborník z konference, Česká zemědělská univerzita v Praze, 2006, s. 167–175.
7) MAKOVIČKA, D. a D. MAKOVIČKA. Příčiny poruch podlah bytových prostor. In: Podlahy 2008: sborník z konference, Betonconsult, s. r. o., Praha, 2008, s. 155–160.
8) MAKOVIČKA, D. a D. MAKOVIČKA. Příčiny poruch podlah bytových prostor, Materiály pro stavbu, 2009, roč. XV, č. 8, s.43–46.
9) MAKOVIČKA, D. a D. MAKOVIČKA. Obvyklé příčiny poškození podlah trhlinami v garážových podlažích, In: Podlahy 2010: sborník z konference, Betonconsult, s. r. o., Praha, 2010, s. 39–44.
Doc. Ing. Daniel Makovička, DrSc., (*1941)
absolvoval Vysokou školu dopravní v Žilině, obor inženýrské konstrukce a dopravní stavby, docentskou habilitaci v oboru mechanika na Stavební fakultě ČVUT v Praze, je autorizovaný inženýr pro obor statika a dynamika. Od roku 1965 pracuje v Kloknerově ústavu, v současné době jako vedoucí vědecký pracovník. Je soudní znalec pro obor mechanika stavebních konstrukcí.
Ing. Daniel Makovička ml. (*1969)
absolvoval Stavební fakultu ČVUT, obor konstrukce a doprava. V současné době se zabývá inženýrskou, výzkumnou, konzultační, expertní a projekční činností. Posuzování statiky a dynamiky stavebních konstrukcí.
