Již zhruba před 30 lety a i později bylo upozorňováno na stále se zhoršující stav železobetonových vlnitých střešních desek SZD 1a – 240 a SZD 1a – 300, označovaných také jako Čiževského desky. Ač je to již po tolika letech zvláštní, stále se objevují požadavky na posouzení střešního pláště z těchto desek nebo jiných subtilních betonových konstrukcí různých staveb – zejména se to týká průmyslových halových staveb. Tyto desky se objevují u objektů určených pro účely kulturní, parkovací, opravárenské či zemědělské a při znalecké a posudkové činnosti je stále možné se s nimi setkat. V současnosti již většinou dožily a je třeba je prakticky ihned nahrazovat jinými konstrukcemi. Článek popisuje stav a únosnost střech, ověřovaných autory článku v letech 2017–2018 polními zkouškami.
Vlnité tenkostěnné železobetonové střešní desky SZD 1a – 240 a SZD 1a – 300, nazývané též Čiževského desky, se dodávaly v jednotné skladebné šířce 600 mm na rozpětí 2400 a 3000 mm, výška vln byla 90 mm. Autorem konstrukčního principu desek byl Ing. Feodosij Čiževský, významný stavební odborník působící v Brně [1, 6]. V padesátých až šedesátých letech minulého století byly desky hojně používány pro střešní pláště průmyslových a občanských budov [8, 13, 14].
Způsob výroby
Vlnité střešní Čiževského desky se vyráběly ve výrobně Prefa Brno v Kuřimi [10] dvěma odlišnými technologiemi:
a) Ručním natahováním jemné betonové směsi (maximální velikost zrna 8 mm) na matrice ze sklolaminátu, na něž byla položena jemná síť z drátů Ø 1,5 mm o velikosti ok 12×12 mm. Hlavní tahovou výztuž tvořily 4 Ø E 6 mm (z oceli 10 216). Maximální tloušťka jemné betonové (prakticky maltové) směsi byla 15–20 mm.
b) Mimo to byly vlnové desky pokusně vyráběny na mechanizované lince. Jejich kvalita však nedosahovala hodnot desek ručně tažených.
Technologie výroby byla velmi náročná na kvalitní zhutnění a utažení tenké vrstvy jemného betonu, což nebylo snadné v podmínkách tehdejší výroby dodržet. Technické parametry Čiževského desek byly v době jejich výroby popsány v soudobých katalozích [3, 9, 10] a v tehdejší výkresové dokumentaci. Byly též podkladem pro článek [2].
Ukládání Čiževského desek na podpůrné konstrukce, úprava líce desek
Jak je z rozměrových parametrů patrné, desky byly ukládány na rozpětí podpor 2,40 a 3,00 m. Je ovšem třeba poznamenat, že s deskami na kratší rozpětí jsme se dosud nesetkali. Podporami desek bývají horní příruby prefabrikovaných železobetonových vazníků pultových, sedlových nebo obloukových s táhlem, byly též kladeny na ocelové příhradové vazníky pultové, sedlové, často se světlíky.
Délka uložení odpovídá šířce příruby – obvykle se pohybuje okolo 100 mm. Oka u konců desek z jedné či z obou stran v uložení by měla být vzájemně provázána (či přivařena) a připojena u ocelových podpor i k vyčnívající výztuží (k ocelovým páskům) vazníků (obr. 1 a 2). Podpory se měly prolít zálivkovým betonem.
Mnohdy je možné se setkat s celkovým nadbetonováním desek betonem běžným či betonem lehkým. Beton pak vyplňuje vlny desek a v různé tloušťce nad vlnami vytváří podklad pro střešní krytinu (např. dvě vrstvy asfaltových střešních pásů). Setkali jsme se s nadbetonováním z běžného betonu v tloušťce cca 20 mm i s nadbetonováním pěnobetonem (o objemové hmotnosti cca 400–800 kg/m2) v tloušťce cca 50 mm.
Všeobecný stav Čiževského desek
Vzhledem k nepříliš dokonalému provedení povrchových vrstev střešních desek docházelo v čase (víc jak 60 roků) k postupnému zhoršování jejich kvality vlivem nepříznivého působení vody a oxidu uhličitého. Beton podléhal karbonataci a zvyšovala se prostupnost povrchu desky pro plyny a kapaliny. Vzhledem k velmi malé tloušťce betonu desek docházelo ke snížení jeho pasivačních účinků na ocelovou výztuž a k její následné korozi. Snižovala se i pevnost betonu. To se projevilo drcením a odpadáváním betonu v místech uložení desek. Rozdílná kvalita betonu byla často příčinou různě velkých hodnot průhybu vedle sebe uložených desek. Rozdíly v průhybech pak způsobovaly „otevření“ střešního pláště pro vodu a sníh [11, 12].
Vodní výluhy odebraných vzorků betonu vykazovaly hodnotu pod 10,0 pH. Snížení alkality betonu vedlo společně s vlhkostí ke koroznímu napadení nosné výztuže i síťoviny. Také nízká objemová hmotnost betonu svědčí o jeho značné pórovitosti.
O současné únosnosti desek není příliš informací. Ostatně řada z nich již v minulosti vyvolala pochybnosti o své nosné způsobilosti (prolomení, průhyby, trhliny, špatný vzhled atd.), takže byla nahrazena jinou konstrukcí, viz například [4, 5, 7].
Polní zkoušky únosnosti Čiževského desek
První polní zkouška únosnosti desek proběhla 5. 12. 2017. Provedení zkoušky bylo z provozních důvodů maximálně zjednodušené, neboť se realizovala v prostorách stavebního dvora při rekonstrukci divadla v Brně. Hlavním problémem byl stav desek vyjmutých z konstrukce – byly povětšinou poškozeny nejen stářím, ale i nepříliš citlivou dopravou na místo zkoušky. Většinu desek nebylo možné použít, neboť byly popraskané, s otlučenými konci a hranami. Vytříděny byly pouze dvě náhodně vybrané, relativně zachovalé desky. Na horním povrchu desek byly vlny desek vyplněny betonem a nad nimi proveden značně devastovaný betonový potěr, zhruba tloušťky cca 20 mm. Kvalita betonu nebyla měřitelná.
Při zkoušce se teplota pohybovala okolo 5 °C, bylo zataženo, bez větru, vlhkost vzduchu byla citelná (nebyla měřena).
Byly vytvořeny dva podstavce z pórobetonových bloků a vyrovnány vodováhou do vodorovné polohy. Na ně na každé straně byly položeny posuzovateli dodané uzavřené kovové profily Jäkl 50x50x3 mm v osové vzdálenosti cca 2930 mm (obr. 3). Jako zatížení byly použity pytle omítky o hmotnosti 25 kg, kladené postupně po dvou těsně vedle sebe a podélnou stranou kolmo k délce desky vždy na střed zkoušené Čiževského desky. Zatěžování bylo zdokumentováno fotograficky (obr. 4). Byla také zjištěna a předem popsána poškození desek – rozevření trhlin a drobné závady (odprýskávání betonu), vzniklé při demontáži střechy a manipulaci na skládce.
Měřen byl průhyb desky před započetím zatěžování a pak po položení každé vrstvy o hmotnosti 2x 25 kg (graf na obr. 5). Současně byly pozorovány a měřeny trhliny pomocí ručního příložného měřítka.
Desky se neprolomily, průhyb desek se již pružně po odtížení nevyrovnal – zůstal trvalý
(cca 15–20 mm). Nadbetonování desek se odlupovalo a odpadávalo. Byla konstatována všeobecná křehkost betonu desek, výztuž nebyla narušena korozí, potvrdil se též způsob vyztužení desek dle projektu [10]. Je ovšem jasné, že únosnost desek byla zkreslena zabetonováním vln a nadbetonováním potěru.
Po ukončení testů byly desek ověřovány na impakt palicí o hmotnosti 4 kg. Téměř ihned došlo k oddělení betonu od výztuže, deska se rozpadla a zdeformovala.
Druhá polní zkouška proběhla 21. 3. 2018 na dvoře průmyslového objektu v Dobrušce. Provedení zkoušky bylo opět z provozních důvodů zjednodušeno. Z konstrukce střechy byly náhodně vyjmuty tři desky poškozené stářím, demontáží a také drsným odstraněním lehkého betonu vyplňujícího vlny. Kvalita odstraněného betonu nebyla zjišťována.
Při zkoušce se teplota pohybovala okolo 12 °C, bylo oblačno, bez větru, vlhkost vzduchu byla normální (nebyla měřena).
Opět byly vytvořeny dva podstavce z pórobetonových bloků a srovnány do vodorovné polohy. Na ně byly na každé straně v osové vzdálenosti cca 2945 mm položeny kovové profily U80 (obr. 6). Desky byly zatěžovány tímtéž způsobem jako dříve, tedy pytli omítky ve stejných polohách. Zatěžování bylo dokumentováno fotograficky a videem (obr. 7). Na počátku zatěžování bylo taktéž vizuálně kontrolováno poškozování desek – rozevření trhlin a zřejmé odprýskávání betonu, vzniklé při demontáži a manipulaci na skládce (obr. 10).
Měřen byl průhyb desky před započetím zatěžování a pak po položení každé vrstvy o hmotnosti 2x 25 kg (graf na obr. 11). Současně byly pozorovány a měřeny trhliny pomocí ručního příložného měřítka.
Tentokráte se desky prolomily – průhyb se pružně nevyrovnal a došlo ke kolapsu (obr. 8). Stejně jako v Brně byla identifikována všeobecná křehkost betonu desek, výztuž nebyla narušena korozí, potvrdil se způsob vyztužení desek dle projektu [10] (obr. 9). Je ovšem jasné, že únosnost desek byla tentokrát zkreslena méně citlivým odstraněním nadbetonování vln.
Po ukončení testů byly zbytky desek ověřovány také na impakt palicí o hmotnosti 4 kg. Téměř ihned – stejně jako při prosincové zkoušce v Brně – došlo k oddělení betonu od výztuže, desky se rozpadaly a deformovaly.
Obě zkoušky byly vyhodnocované v rámci bakalářské práce [15].
Závěr
Je celkem zajímavé, že s přihlédnutím k problematickému stavu desek (otlučené okraje, praskliny, povrchové deformace a zčásti odhalená výztuž) byly výsledky zkoušek poměrně příznivé. Jak je zřejmé z přiložených grafů unesly desky při polních zkouškách značné zatížení. Také deformace nebyly příliš výrazné. Vzhled desek je ovšem všeobecně velmi špatný, při manipulaci se drtí a na okrajích kusy betonu odpadají. Také síťová výztuž již nebudí důvěru.
Na základě obecných zkušeností s Čiževského deskami lze konstatovat:
1. Střešní pláště z Čiževského desek dožily a nevylučuje se u jakékoliv střechy s těmito deskami možnost lokální poruchy střechy (deformace, prasknutí, odpadání betonových částí, dílčí nalomení).
2. Při provádění oprav krytiny nebo i při odklízení sněhu na střechách je nutné zamezit přitěžování střechy (např. zateplením či hromaděním materiálu). Pro případné pohyby osob na střechách se doporučuje použití provizorních lávek z ocelových nosníků.
3. Je vhodné a žádoucí předem (tj. okamžitě) vždy zpracovat projekt postupné výměny střešního pláště (desek) za jinou konstrukci.
4. Je třeba ještě před rekonstrukcí zajistit odstranění zvětralých kusů Čiževského desek v jejich uložení na konstrukce. Vždy totiž hrozí nebezpečí pádu kusů betonu. Odstranění lze provést údržbářsky pomocí kladiva, dláta a pily na kov (pro přerušení vyčnívajících výztužných prutů).
5. U vlastních nosných konstrukcí postačí obvykle běžná údržba.
6. Rizikovým stavem pro desky je napadání sněhu na střechu. Stav sněhu na střeše je nutné pravidelně kontrolovat a v případě vyšších hodnot provádět jeho opatrné odklízení.
ZDENĚK BAŽANT, MILOŠ ZICH, JAKUB SICHA
foto archiv autorů
Článek vznikl v souvislosti s řešením grantového projektu TAČR TH03020446 Vývoj dispozičně variabilnější panelové soustavy pro bytové domy.
Literatura:
1) Patentní spis č. 946556a: Způsob a zařízení k výrobě stavebních dílců vakuací nebo vibrovakuací. Ing. Feodosij ČIŽEVSKÝ, 15. 9. 1959.
2) BAŽANT Z., M. ZICH: K problémům s vlnitými střešními deskami. Beton – Technologie, konstrukce, sanace, 5/2011.
3) Zoznam výrobkov vyrábaných podnikmi generálného riaditetelstva prefabrikácie. Bratislava 1966.
4) SVOBODA M., Z. BAŽANT: Posouzení střešních železobetonových vlnitých desek přístřešků v areá-lu Kraví Hora v Brně. Brno: PVÚ VUT, 1987.
5) BAŽANT Z.: Zpráva o provedené prohlídce zastřešení provaziště Janáčkova divadla v Brně. 12. 8. 2003.
6) Adresář zemského hlavního města Brna, 1948.
7) BAŽANT Z.: Problémy s tzv. Čiževského deskami. Přednášky z montovaných staveb, ÚBZK VUT FAST Brno, 2008.
8) ZICH M., Z. BAŽANT: Zpráva o stavu objektů 1. až 4. výrobního závodu v Bohumíně. Znalecké vyjádření, únor 2007.
9) Dílce železobetonové a z předpjatého betonu a z lehkých hmot, katalog stavebních prefabrikátů 1961–1965. Praha: publikace VÚSV č. 187, 1960.
10) Vlnitá střešní deska, výkres tvaru a výztuže desek, Ústav prefabrikace Brno, 1960.
11) BAŽANT Z., L. KLUSÁČEK: Statika při rekonstrukcích objektů. 6. (upravené) vydání. Brno: CERM, s. r. o., 1/2015.
12) MATOUŠEK M., R. DROCHYTKA: Atmosférická koroze betonů. Praha: Informační kancelář pro stavebnictví, Česká komora autorizovaných inženýrů a techniků, 1998.
13) ZICH M., Z. BAŽANT: Plošné betonové konstrukce, nádrže a zásobníky. Brno: CERM, s. r. o., 2010.
14) ZICH M., Z. BAŽANT: Montované betonové konstrukce. Brno: CERM, s. r. o., 2018.
15) SICHA J. Střešní prefabrikované desky. Bakalářská práce, VUT FAST v Brně, 2018.
Doc. Ing. Zdeněk Bažant, CSc., (*1933)
absolvoval FAST VUT v Brně v r. 1956, pracoval jako stavbyvedoucí firmy Průmyslové stavby Gottwaldov, n. p., a projektant v oboru statiky pozemních staveb PVÚ VUT v Brně. Pracuje jako docent a vědecký pracovník ÚBZK FAST VUT v Brně. Je autorizovaným inženýrem pro statiku a dynamiku staveb a soudním znalcem.
Doc. Ing. Miloš Zich, Ph.D., (*1971)
pracuje od roku 1997 v Ústavu betonových a zděných konstrukcí VUT FAST Brno. Zabývá se výzkumem i pedagogickou činností v oblasti navrhování betonových konstrukcí a jejich dlouhodobého sledování in-situ. Podílel se na řadě projektů nosných konstrukcí budov, hal, mostů, nádrží a jiných inženýrských konstrukcí. Je autorizovaným inženýrem v oboru pozemní stavby a statika a dynamika staveb a soudním znalcem v oboru stavebnictví.
Bc. Jakub Sicha (*1994)
absolvoval v roce 2018 bakalářské studium na FAST VUT v Brně, obor konstrukce a dopravní stavby se zaměřením na betonové konstrukce. V současné době studuje magisterský obor na VUT FAST v Brně.
