preskočiť na hlavný obsah

Vodonepriepustné betónové konštrukcie "Biele vane"

/up/images/featured/images/vane_0.jpg

Vodotesnosť betónu sa v minulosti vyžadovala hlavne pre hydrotechnické stavby, v posledných rokoch sa rozšírila i na podzemné časti stavebných konštrukcií pozemných a dopravných stavieb, ktoré sú trvale vystavené účinkom tlaku podzemnej vody, s rizikom priesaku do konštrukcie. Zabrániť prieniku priesaku sa dá viacerými technológiami. Okrem známych postupov s izolačnými materiálmi sa aj u nás začala využívať technológia známa v nemecky hovoriacich krajinách ako tzv. biele vane. Článok sa autori snažili napísať takým spôsobom, aby bol zaujímavý a poučný nielen pre projektantov a statikov, ale aj pre investorov, dodávateľov, výrobcov betónu i širokú odbornú verejnosť.

V posledných rokoch sa vďaka ekonomickému rozvoju Slovenska značne zintenzívnila výstavba nových stavebných objektov. Niekoľkoposchodové budovy rastú ako huby po daždi. Prakticky pod každou budovou sa plánujú 2 až 3 podzemné podlažia s parkovaním pre autá, aby sa, hlavne vo väčších mestách, odľahčila situácia s parkovacími miestami. V Bratislave, ale i v iných mestách, sa, vzhľadom pre blízkosť rieky a vysokú hladinu podzemnej vody, často stáva, že časť podzemných priestorov je trvale vystavená tlaku podzemnej vody s rizikom priesaku do konštrukcie. Najčastejšie chránime konštrukcie proti prieniku vody povrchovými hydroizoláciami na báze asfaltov alebo plastov. Okrem známych postupov s izolačnými materiálmi sa aj na Slovensku začala využívať technológia známa v nemecky hovoriacich krajinách ako WeiĎe Wannen („biele vane"), kde izoláciu proti vode zabezpečuje betón svojou vodonepriepustnosťou (obr. 1).

Koncepcia biele vane

Koncepcia, kde betón plní nosnú aj izolačnú funkciu má niekoľko výhod. K najhlavnejším patria: zmenšenie počtu pracovných postupov („odpadne" zhotovenie izolácie a jej ochrana), prípadné netesnosti sa dajú ľahko lokalizovať a opraviť. Za hlavnú nevýhodu môžeme označiť zvýšenú spotrebu výstuže.

V súvislosti s bielymi vaňami sa vyskytujú pochybnosti, či samotný betón môže zabezpečiť požadovanú izolačnú funkciu - vodonepriepustnosť, a či biele vane nie sú vhodné len pre podzemné priestory podradného významu. Ako vodonepriepustný sa označuje betón, ktorý odoláva tlakovej vode tak, že na jeho vzdušnej strane nevzniknú viditeľné priesaky. Vodotesnosť sa preukazuje skúškou presiaknutia tlakovou vodou podľa STN EN 123908. Hĺbka priesaku vody v správne navrhnutom a spracovanom betóne dosahuje najviac 70 mm. Vo väčšej hĺbke prebieha už iba difúzia vodnej pary. Aj keď betón z fyzikálneho hľadiska nie je vodotesný, stenami bielej vane prechádza do vnútorných priestorov len veľmi malé množstvo vody v závislosti od rôznych parametrov denne rádove 1 g/m2. Vnútorný povrch zostáva suchý, pretože transportná kapacita vzduchu vo vnútri vane je pri bežnom vetraní o jeden rád vyššia.

Technológia bielej vane, ktorá sa už viac ako 20 rokov úspešne používa (napr. v SRN), nebola až donedávna regulovaná predpismi. V roku 1999, 2002 a 2009 vydali v Rakúsku smernicu pre konštruovanie, navrhovanie, technológiu a zhotovovanie bielych vaní [2]. V roku 2003 vydali smernicu pre plánovanie a zhotovovanie bielych vaní aj v SRN, ktorá má všeobecnejší charakter [3].

Spôsoby zhotovenia konštrukcie

Základová doska a steny konštrukcie bielej vane sa zhotovujú v závislosti od zistenej triedy namáhania a zvolenej triedy využitia. Základová doska sa zhotovuje ako monolitická doska, naproti tomu stena bielej vane môže byť monolitická, prefabrikovaná alebo spriahnutá (prefamonolit). Z hľadiska vzniku a rozvoja deliacich trhlín rozlišujeme tieto spôsoby vyhotovenia konštrukcie bielej vane:

•    konštrukcia bez deliacich trhlín dosiahne sa konštrukčnými, technologickými a výrobnými opatreniami,
•    konštrukcia s deliacimi trhlinami obmedzenej šírky  dosiahne sa návrhom a usporiadaním betonárskej výstuže,
•    konštrukcia s deliacimi trhlinami, ktoré sa dodatočne utesnia.

Konštrukcie bez deliacich trhlín

Trhliny v betóne vznikajú keď ťahové napätie v betóne prekročí aktuálnu pevnosť betónu v ťahu. Preto, ak treba zabrániť vzniku deliacich trhlín v betóne, je potrebné obmedziť veľkosť ťahových napätí od zaťaženia a objemových zmien (dotvarovanie, zmrašťovanie a zmeny teploty). Pomocou interakcie konštrukčných, technologických a výrobných opatrení je možné zabrániť tvorbe deliacich trhlín (trhliny prechádzajúce cez celý prierez). Zabezpečenie týchto predpokladov sa môže v praxi dosiahnuť len úzkou spoluprácou investora, projektanta a zhotoviteľa.

Konštrukcie s deliacimi trhlinami obmedzenej šírky

Pri zhotovovaní bielej vane s deliacimi trhlinami obmedzenej šírky sa vychádza z predpokladu, že v betóne sa vyskytnú ťahové napätia väčšie ako aktuálna pevnosť betónu v ťahu. Ťahové sily v betóne, tesne pred vznikom trhliny, preberie po vzniku trhliny betonárska výstuž. Kontrolovanie šírky trhlín vbetóne sa dosiahne kontrolou napätia vo výstuži v mieste trhliny, v závislosti od jej navrhovanej plochy.

Vhodné je vytvorenie pomerne hustej siete výstuže malého priemeru, čo najbližšie pri betónovom povrchu. Maximálna šírka trhlín musí byť zvolená tak, aby zabezpečila vodonepriepustnosť aj trvanlivosť konštrukcie. Výpočtová šírka trhliny musí umožniť samoutesnenie trhliny, resp. obmedziť prienik vody v kvapalnej forme v dohodnutej miere.

Konštrukcie s deliacimi trhlinami

Vkonštrukciách s deliacimi trhlinami, pri ktorých sa nepredpokladá ich samoutesnenie, je možné zriecť sa hustej siete výstuže kontrolujúcej šírku trhlín. Trhliny sú očakávaným stavom konštrukcie, nepredstavujú poruchu. Ich utesnenie je súčasťou stavebných opatrení na zabezpečenie vodonepriepustnosti betónu a musí byť plánované už v projektovej fáze.

Príčiny porúch

Významné chyby, ktoré prispievajú k vzniku porúch, vznikajú najčastejšie už v štádiu navrhovania. Často sa vyskytujúcou chybou je predpoklad, že použitie vodonepriepustného betónu je postačujúcou podmienkou pre vodonepriepustnosť bielej vane. Tento predpoklad je chybný, poruchy sa zväčša prejavujú líniovým priesakom vody cez trhliny a škáry. Z hľadiska návrhu bielych vaní preto treba venovať pozornosť najmä medzným stavom používateľnosti, s prihliadnutím na vznik a šírku trhlín, a to ako pri prevažujúcom obmedzení vynútených pretvorení, tak aj pri prevažujúcom účinku ostatného zaťaženia. Účinkami ostatného zaťaženia sa podrobne zaoberá STN EN 1992-11, ale tieto iba výnimočne vyvolávajú deliace trhliny, ktoré umožňujú priesak vody. Obmedzenie vzniku a šírky deliacich trhlín, vyvolaných objemovými zmenami betónu, sa dosahuje konštrukčnými, technologickými a výrobnými opatreniami.

K najdôležitejším konštrukčným opatreniam pre zabránenie vzniku deliacich trhlín patrí úprava základovej škáry uľahčujúca deformáciu konštrukcie a/alebo vytvorenie dilatačných škár, resp. nepravých škár. Vytvorenie rovnej spodnej plochy základovej dosky, a jej uloženie na klzné vrstvy na styku so základovou zeminou, výrazne zmenší napätia od jej skrátenia, hlavne v počiatočných štádiách chladnutia betónu.

Pod technologickými opatreniami sa rozumie predovšetkým návrh betónu vhodného zloženia. Pre vodonepriepustné konštrukcie je potrebné zvoliť navrhovaný betón, resp. betón predpísaného zloženia, ktorý okrem je základných požiadaviek (trieda pevnosti, stupne vplyvu prostredia, maximálna horná medza frakcie kameniva, kategória obsahu chloridov a stupeň konzistencie) aj vodonepriepustný. Odporúča sa použitie cementu s nízkym hydratačným teplom a nízkym nárastom pevnosti betónu. K technologickým opatreniam patrí aj návrh rozmiestnenia pracovných škár a ošetrovanie betónu, ktoré má zabrániť rýchlemu ochladzovaniu a vysúšaniu čerstvého betónu.

Okrem vodonepriepustnosti betónu je potrebné urobiť opatrenia na zmenšenie rozdielu teploty betónu a obklopujúceho prostredia. V tejto súvislosti sa sledujú a upravujú:

•    teplota čerstvého betónu,
•    zvýšenie teploty betónu od hydratačného tepla,
•    ochladzovanie betónu v konštrukcii,
•    klimatické vplyvy (vrátane účinkov slnečného žiarenia).

Pre obmedzenie vzniku technologických trhlín je výhodné, ak má čerstvý betón nízku teplotu, pri tvrdnutí betón vyvíja málo hydratačného tepla a neskoršie sa iba pomaly ochladzuje. Ak ťahové napätie v betóne prekročí aktuálnu pevnosť betónu v ťahu, vznikajú deliace trhliny.

Z časového hľadiska sa rozlišujú (obr. 2):

•    skoré trhliny - tie vznikajú v prvých hodinách (dňoch) po betonáži,
v dôsledku ochladzovania betónu po dosiahnutí maximálnej teploty od hydratačného tepla,
•    neskoré trhliny - tie vznikajú, resp. zväčšujú svoju šírku, počas prvej zimy po betonáži.

Skoré trhliny

Súvislosť medzi teplotou betónu a priebehom napätia, vyvolaného obmedzením pretvorenia v prvých dňoch po betonáži, je schematicky znázornená na obr. 3. Ak napätie dosiahne aktuálnu pevnosť betónu v ťahu vznikne skorá deliaca trhlina. Na obmedzenie šírky trhlín sa navrhuje výstuž. Množstvo výstuže je funkciou efektívnej pevnosti betónu v ťahu fct,eff vokamihu vzniku trhliny. Hodnota fcteff závisí od použitého cementu, pevnostnej triedy betónu, hrúbky dosky alebo steny. Priemer a osová vzdialenosť prútov výstuže sa stanovia podľa STN EN 1992-11. Čím je hodnota fct,eff vyššia, tým viac výstuže je potrebnej na obmedzenie šírky trhlín.

Z dôvodu úspory výstuže sa odporúča obmedziť pevnosť betónu na triedu C25/30 po 56 dňoch. Pre zmenšenie účinkov hydratačného tepla je vhodné použiť menej cementu (c < 320 kg/m3) azvoliť cement s nízkym vývojom hydratačného tepla, príp. pridať prevzdušňovaciu prísadu.

Neskoré trhliny

Pre bielu vaňu zhotovenú v teplom ročnom období je prvá zima, pokiaľ je konštrukcia vystavená atmosférickým podmienkam, druhým kritickým obdobím z hľadiska vzniku a rozvoja trhlín. Vtejto fáze sa šírka trhlín ďalším ochladzovaním a vplyvom zmrašťovania zväčšuje, prípadne vznikajú ďalšie trhliny, ak sú ťahové napätia v betóne väčšie ako ťahová pevnosť betónu fctm (obr. 2 - neskoré trhliny).

Pri navrhovaní bielej vane s deliacimi trhlinami limitovanej šírky (0,05 až 0,2 mm) vychádzame z predpokladu, že ťahové napätia v betóne po vzniku trhliny preberie betonárska výstuž. Aby sa šírka trhlín v betóne dala kontrolovať, kontroluje sa napätie vo výstuži v pružnej oblasti. Maximálna šírka trhlín musí byť zvolená tak, aby zabezpečila vodonepriepustnosť aj trvanlivosť konštrukcie a umožňovala samoutesnenie trhliny, resp. obmedzenie prieniku vody v kvapalnej forme v dohodnutej miere.

Pod pojmom samoutesnenie sa rozumie, že trhliny, vedúce v počiatočnej fáze vodu, sa za určitých podmienok utesnia. V zásade ide o utesnenie usadzovaním uhličitanu vápenatého (CaCO3) v trhline. Prípustné šírky trhlín zhľadiska samoutesnenia, zistené na základe experimentálnych prác, uvádza nemecká smernica [3] alebo STN EN 1992-3.

Tesnenie škár a trhlín

Vbetónových konštrukciách, v ktorých očakávame vznik trhlín, sa vytvárajú pracovné a dilatačné škáry, v zvláštnych prípadoch sa namiesto dilatačných zhotovujú nepravé škáry. V miestach škár a trhlín je takisto potrebné zabezpečiť vodonepriepustnosť, čo môžeme dosiahnuť správnym návrhom utesnenia:

•    Tesnenie pracovných škár
Pre tesnenie pracovných škár sa do nich vkladajú expanzné profily (bentonitové alebo z hydrofilných polymérov), tenkostenné plechy alebo injektážne hadičky. Iný spôsob utesnenia poskytuje sekundárna kryštalizácia betónu vokolí škáry.

•    Tesnenie dilatačných škár
Vyhotovenie dilatácie v bielej vani musí byť, na rozdiel od bežne používanej dilatácie, aj vodotesné. Túto funkciu v dilatačných škárach zabezpečujú zvárané tesniace pásy z polymérnych materiálov. Dáva sa prednosť pásom vo vnútri prierezu pred povrchovými pásmi.

• Tesnenie trhlín
Pri úzkej pasívnej trhline a malom množstve presakujúcej vody je možné očakávať samoutesnenie trhliny. V opačnom prípade sa najčastejšie utesnenie trhliny robí tlakovou injektážou. Na injektovanie sa používajú najmä materiály na báze epoxidových a polyuretánových živíc. Výber vhodného injektážneho materiálu sa riadi okolnosťami a požiadavkami opravy [5].

Smernica pre „biele vane"

Pre zlepšenie kvality vodonepriepustných betónových konštrukcií „bielych vaní" zhotovovaných na Slovensku, sa pripravuje vydanie smernice, ktorá bude v súlade s normovými predpismi platnými na Slovensku, a bude zohľadňovať skúsenosti s používaním rakúskej a nemeckej smernice. Predpokladá sa pomerne široký autorský kolektív, v ktorom budú zastúpení vysokoškolskí pracovníci a projektanti z oblasti navrhovania a zhotovovania betónových konštrukcií, pracovníci zhotoviteľských firiem, technológovia z firiem dodávajúcich transportbetón, vyrábajúcich prísady do betónu a výrobky na utesnenie škár a trhlín, so skúsenosťami v oblasti bielych vaní.

Záver

Výhody technológie zakladania na bielej vani sú natoľko evidentné, že tento typ zakladania dosiahne - tak, ako to je už dlhšie v zahraničí, dominantné postavenie pri zakladaní budov aj na Slovensku. Splnenie rozšírených požiadaviek na vodonepriepustné betónové stavby, kde plní betón okrem nosnej aj izolačnú funkciu, je možné dosiahnuť len komplexnou koncepciou návrhu, technológie betónu a zhotovenia, čo vyžaduje spoluprácu investora, projektanta a zhotoviteľov. Na podporu tohto procesu sa pripravuje smernica so stanoviskami, odporúčaniami a potrebnými vysvetlivkami k návrhu a zhotovovaniu bielych vaní.

Prof. Ing. Juraj Bilčík, PhD., Doc. Dipl.-Ing. Dr. Vladimír Benko, PhD.
SvF STU v Bratislave Recenzent: Doc. Ing. Martin Moravčík, PhD.
SvF UNIZA v Žiline

Foto: archív autorov

Literatúra:
[1]Beratung Zement: Wasserundurchlässige Betonbauwerke,
Zement-Merkblat Hochbau, H 10, 8.2002 [2]ÔVBB - Richtlinie: Wasserundurchlässige Betonbauwerke
- Weisse Wannen. Ôstereichischer Betonverein, Wien,
2009, 76 str.
[3]DAfStb-RichtIinie: Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton. Deutscher Ausschuss fúr Stahlbeton, Berlín 11/2003,
17 str.
[4]LOHMEYER, G.- EBELING, K.: Weisse Wannen einfach und sicher, Verlag Bau + Technik, 6. Auflage 2004, 340 str.
[5]BiIčík, J.: Oprava trhlín v betónových konštrukciách. Stavebnícka ročenka 2004, Jaga 2003, str. 160-164

zdroj: VYDAVATEĽSTVO EUROSTAV, spol. s r.o.

Obsah textu nie je možné bez súhlasu autora / autorov ďalej šíriť a publikovať

Páčil sa vám článok?

áno: 173     nie: 170

Odporúč

pošli na vybrali.sme.sk

 

Odporúč známemu


logo © 2007 4-INDUSTRY, s.r.o. Všetky práva vyhradené. Ochrana údajov –  Podmienky poskytnutia služby