Zatékáním do konstrukce to všechno začíná
Horní prut vazníku je ve sklonu 5%. V tomto malém sklonu je i střecha. Tak, jak byl prefabrikován příhradový předepnutý vazník, tak bylo prefabrikováno řešení střech, které spočívalo v v použití výztužné vložky a nátěrového systému. Ve většině případů se jednalo o kombinaci asfaltů a výztužných vložek, které byl mezi jednotlivé vrstvy pokládány. Tento typ hydroizolací moc nefungoval a jeho životnost byla krátká. Až v v osmdesátých letech minulého století byly nahrazeny asfaltovými natavitelnými materiály. Příhradové předepjaté vazníky byly od začátku vystaveny zatékání srážkových vod. Původní tepelná a vyrovnávací vrstva z plynosilikátů se stala trvalým zdrojem vlhkosti a také zvýšené hmotnosti.
Opravy nevyhovujících střech probíhaly tak, že původní vrstvy byly přebetonovány a následně znovu izolovány. Střechy byly stále více zatěžovány.
Lze konstatovat, že technické řešení odvodu srážkových vod u střech s malým sklonem zaostalo za konstrukčním řešením vazníků, pro které se však stalo smrtelným ohrožením.
Rizikovým místem je krajní diagonála
Detektivkou bylo vyhledání technické dokumentace k předepmutým vazníkům. Významně nám pomohla společnost Strabag – Pozemné a inžinierké staviteľstvo s.r.o. (následník ZIPPu Bratislava) – v osobě Ing. Krále, kterému tímto děkujeme.
Nejvíce namáhanou částí celého vazníku jsou obě krajní diagonály.
To dokládají jednak provedené výpočty v programu Ansys a Scia Engineering, ale i zjištění provedených průzkumů.
Zatímco spodní prut ve své nejvíce namáhané střední části má 4 nosné kabely s 12 výztužnými dráty o Ø 4,5 mm, krajní diagonály mají jenom dva kabely po 12 drátech.
Při přechodu krajní tažené diagonály končí příčné třmínky v diagonále. Kromě toho dva kabely vedené v protilehlých rozích jsou svedeny v pohledu za sebe do jedné roviny. Kotvení je pak provedeno ve společné dvojité kotevní desce.
Všechno toto dohromady vytváří kousek pod styčníkem Achillovu patu – nejzranitelnější místo vazníku. Proto je tomuto místu při dronové kontrole věnována největší pozornost. Dále je pak kontrolována celá krajní diagonála včetně dolní kotevní oblasti, kde vlivem zatékání může docházet k poruchám. Viz níže.
Pacienta otevřít a nahlédnout endoskopem
Vyhledání polohy předepnutého kabelu je poměrně snadné pomocí feroscanu. Jak ale zkontrolovat stav výztuže z hlediska koroze? Nejlépe „pacienta otevřít“ a prohlédnou si jeho vnitřnosti. Jak na to? Po nalezení polohy samotného kanálku pomocí feroscanu, je třeba šetrně navrtat krycí vrstvu betonu a přitom nepoškodit předpínací dráty. Do vzniklého vrtu lze nahlédnout endoskopem. Ze zkušeností doporučujeme spíše provedení větší destruktivní sondy, které neporuší výztuž, než lokálního vrtání, kdy vrták zanechá svou stopu na předpínacím drátu. I v případě nalezení zcela zainjektovaných kabelových kanálků nelze se 100% pravděpodobností konstatovat, že koroze není v jiné části kabelového kanálku, která kontrolována nebyla. Kontrolovat celou trasu kabelových kanálků touto semidestruktivní metodou není možné. Kromě koroze jsou pro nás i častým nepříjemným zjištěním volné dráty. Pomocí SPT (specifického páčícího testu) zjišťujeme, že část drátů není předepnuta.
Proto se vracíme zpět k vizuální prohlídce a to pomocí dronu, který pomocí kamery s vysokým rozlišením zachytí praskliny v konstrukci vazníku. Hodnotící statik má možnost si u videa zvětšit detail a vrátit se tam, kam potřebuje. Výhodou je, že pomocí dronu lze zkontrolovat všechny vazníky a následně v klidu záznam vyhodnotit. Samozřejmě je k tomu potřeba šikovný pilot dronu a následně zkušený hodnotitel.
Záznam lze pak po čase porovnat s novým skenováním a stanovit tak případný progres poruch.
Obecně zákazníky již v předstihu upozorňujeme, že předpoklad nalezení zdravých vazníků typu SPP je velmi malý. Peníze na vynaložený semidestruktivní průzkum nejsou zanedbatelné. Proto je vhodné přikročit k zesílení konstrukce. V případě etapizace zesílení, je vhodné použít dronový průzkum pro stanovení priorit.
Řešení: externí předpínací lana
Způsob systémového řešení sanace příhradových vazníků spočívá v úplném nahrazení zkorodovaných původních předpínaných drátů novými moderními externě vedenými předpínacími lany při ponechání původních kabelů v původním stavu.
Výpočet tohoto typu konstrukce je velmi složitý vzhledem k velkému množství možných odchylek. Obecně u tohoto typu předpjatých konstrukcí, kde jsou předpínací dráty kotveny pomocí kotevní desky, přistupujeme k výpočtu předpětí jako k externě působícímu silovému účinku. Případnou soudržnost na styku injektovaného kanálku a předpínacích drátů bereme na stranu bezpečnou jako možnou rezervu ke stupni bezpečnosti. Nová přidaná lana jsou také uvažována jako externí silové účinky působící v místech uložení deviátorů. Dalším složitě definovaným vstupem do výpočtu je výsledná stávající síla od předpětí, která může být i vzhledem ke korozi nižší. Sílu stávajícího předpětí nelze jakkoli ověřit. Jako základní výpočetní program jsme zvolili SCIA Engineer. Vytvořili jsme dva výpočetní modely. První byl klasický prutový. Druhý model byl uvažován jako deskostěna. V tomto výpočetním modelu byl lépe znatelný tok napětí. Výsledné výstupy byly v podstatě stejné a potvrzovaly jako nejslabší místo konstrukce krajní diagonálu.
Zesílení diagonály je stejné jako u dolního pásu a to dvojicí předepnutých lan zakotvených do ocelových deviátorů, které jsou uloženy a kotveny tak, aby původní kotevní systém kabelů byl zachován.
S výpočtovým modelem je nutné zacházet opatrně
Externí firma SVS FEM zpracovala detailní výpočet v programu ANSYS Mechanical 2020R1. Chování konstrukce modeloval Ing. Zdeněk Čada, Ph.D., a Ing. Milan Barančík. Tento výpočtový model je velmi komplexní, detailně modeluje jednotlivé objemové prvky s rozlišovací schopností řádově v centimetrech a dokáže zohlednit lokální drcení a trhání betonu. Modelována je i vnitřní výztuž, do které jsou přerozdělovány síly právě především při porušování betonu, a přebírá tak statickou úlohu. Předepnutí prvku je modelováno předpínací výztuží svázanou třecí tlakovou vazbou s kabelovými kanály. Do prvků předpínací výztuže bylo vneseno počáteční přetvoření na úroveň uvažované předpínací síly. Tento model je schopen zohlednit historii zatěžování a případně i postupné výstavby a dokáže i zohlednit ztrátu stability, a tedy modelovat chování za úrovní únosnosti konstrukce. Avšak pouze za předpokladu, že jsou dostupné všechny potřebné vstupní údaje s dostatečnou přesností.
Citlivost modelu na vstupní údaje může snadno vést k nalezení jiné statické rovnováhy, respektive nalezení jiné alternativní cesty chování konstrukce. Proto je nutné s modelem zacházet opatrně a určitě ho kontrolovat s jinými výrazně jednoduššími modely. Nová lana jsou vedena oboustranně v ose stávajících příhradových prutů. Kotvena jsou v horní části pomocí deviátorů C. Tato dvojice deviátorů je stažena pomocí šroubů utažených na odpovídající moment. Ve styku krajních diagonál a spodního pásu je osazen deviátor B, který slouží pro změnu směru vedení lana a také je napínacím místem. Ve středu spodního pásu je umístěn deviátor A sloužící pro stabilizaci volně vedeného dlouhého lana a také pro stabilizaci spodního pásu vazníku proti vybočení. Toto řešení umožňuje jen při minimálním zásahu do stávající konstrukce velmi efektivní sanaci tohoto typu konstrukce.
Tenzometrická měření potvrdila vhodnost metody
U prototypového řešení bylo provedeno tenzometrické měření Fakultou stavební VUT v Brně, odpovědným řešitelem byl Ing. Michal Požár, Ph.D. Snímače byly osazeny na krajní diagonálu, do středu spodního a horního pásu.
Z výsledků měření vyplývá jednoznačná vhodnost této metody. Konstrukce byla aktivována do tlakového napětí. Ze všech zpracovaných výpočetních programů je patrné, že po realizaci zesilujících opatření se stává nejvíce namáhanou částí konstrukce druhá tahová diagonála. Toto řešení je možné aplikovat i pro zvýšení únosnosti za cenu dalších vhodných zesilujících opatření na konkrétně zadané požadavky na zatížení.
Požární odolnost předpínacích lan je nízká. Současnou metodikou výpočtu požární odolnosti nelze prokázat ani základní požární odolnost R15. Protože se jedná o nosný konstrukční systém, opatřujeme lana izolačními rukávci a deviátory protipožárním nátěrem, dle požadavku na stupeň požární odolnosti.
Sanace prodlužuje životnost o 50 let
Prezentovaný návrh vycházel z 20 let působení firmy PEEM v oblasti zesilování konstrukcí formou dodatečného předpětí. Technický návrh byl jednoznačně ověřen a odzkoušen prototypovým řešením. Tato forma zesílení příhradových vazníků je realizovatelná v krátkém čase za provozu pouze s dílčími lokálními omezeními. Lze tak řešit i konkrétní požadavky na zvýšení únosnosti vazníků vycházející z potřeb investora. Popisovaný typ konstrukce je starý až 60 let. Je tedy za zenitem své životnosti. K tomu je třeba připočíst prakticky nulovou údržbu, zvyšování trvalého zatížení konstrukce novými střešními vrstvami a stále vyššími požadavky na nahodilé zatížení – sníh. Pro každého statika je velmi obtížné se pod takovou konstrukci podepsat. Z našich zkušeností víme, že zdravé vazníky prakticky neexistují.
Popsaná sanace prodlužuje životnost konstrukce o dalších 50 let a umožňuje i zvýšení využitelnosti konstrukce formou zesílení, například pro umístění fotovoltaických panelů či vzduchotechniky.
Hlásíme se také k tomu, že naše řešení je ekologické. Malé množství ušlechtilého ocelového předpínacího materiálu umožní další fungování betonové konstrukce s náklady rovnajícími se obnově střešní izolace a zateplení. Není třeba dále spotřebovávat materiál, energii a další náklady na demolici, novou nosnou konstrukci a nový střešní plášť.
Popsané originální řešení je chráněno přiznáním užitného vzoru 35770 U1.
Text:
Ing. Jiří Chalabala, PEEM
Ing. Jiří Bohatec, PEEM
Spolupracovali:
Ing. Zdeněk Čada, Ph.D., SVS FEM
Ing. Milan Barančík, SVS FEM
Ing. Michal Požár, Ph.D., VUT FAST, BZK
Rádi se zesílením vazníků pomůžeme i vám
Neváhejte se nám ozvat přes kontaktní formulář níže na stránce. Rádi zodpovíme všechny dotazy ohledně zesílení vazníků nebo kalkulace zakázky.
