Odolnost ETICS vůči zatížení působícímu rovnoběžně s rovinou fasády

Ekonomická recese a tlak na ceny novostaveb i rekonstrukcí způsobily, že systémy ETICS se začaly používat i u objektů s vysokými nároky na vzhled, např. u reprezentativních kancelářských komplexů, kde se dříve téměř výhradně používaly nekontaktní montované fasády. Kontaktní systémy, původně navržené jako relativně levné povrchové úpravy s vrstvou tepelné izolace umístěné ve výhodné poloze, tj. těsně pod tenkovrstvou omítkou, se musí snažit obstát i v náročných aplikacích, které se snaží zakrýt levný model ušlechtilou úpravou povrchu – kvalitní omítkou, keramickým obkladem nebo ještě těžším obkladem kamenným. Současně projektanti čelí stálému tlaku na použití nových typů materiálů pro tepelné izolace a požadavkům na barevnost, zejména na uplatnění sytých barevných odstínů. Ne všechny aplikace jsou však úspěšné. Poměrně často se při náročných aplikacích setkáváme s poruchami způsobenými nerespektováním zvláštností kontaktního systému a popřením zásad jeho statického schématu.

 

V čem tedy spočívají zvláštnosti kontaktního systému ETICS vůči jiným povrchovým úpravám? Zejména v odezvě na účinky teplot a ve způsobu přenosu zatížení do podkladu. Zatímco klasické povrchové úpravy mají ve většině případů zajištěný odvod tepla do podkladu a nehrozí tedy přehřátí povrchových vrstev, stoupají teploty při oslunění kontaktního systému přes 60 °C, aby v případě náhlého ochlazení nebo vlivem noční jasné oblohy teplota na povrchu systému klesala o desítky stupňů. Pokud se po systému posunuje rozhraní oslunění a stínu, posunuje se zde současně i oblast, kde se napětí v povrchových vrstvách mění z tahového na tlakové a naopak. Velikost normálových sil vznikajících v povrchových vrstvách systému je možno zjednodušeně vyjádřit vztahem

N_pú = (α · T + ε_p,s + υ) · E_pú · t_pú · μ₁ [N] (1).

 

Ve vztahu (1) je:

α · T … relativní délkové přetvoření omítkové vrstvy způsobené teplotním rozdílem T [K], α je součinitel teplotní délkové roztažnosti v 1/K),

ε_p,s + υ … relativní přetvoření vyvolané účinky smrštění omítkové vrstvy a změnami vlhkosti ve vrstvě povrchové úpravy,

E_pú … modul přetvárnosti povrchové úpravy,

t_pú … je tloušťka povrchové úpravy,

μ₁ … je součinitel zohledňující spolupůsobení povrchových vrstev s podkladem.

 

Vztah (1) zahrnuje vlivy, které způsobují normálové namáhání povrchových vrstev systému ETICS, které při překročení mezní hodnoty vede ke vzniku a otevření trhlin v povrchové úpravě. Jsou to teplotní změna, smrštění a další objemové změny, tloušťka a tuhost povrchové úpravy. Systém spolehlivě připojený k podkladu poměrně dobře snáší tlakové namáhání působící v rovině stěny, zatímco velké tahové namáhání vede ke vzniku trhlin. Pro systém ETICS je možno jen s velkou přibližností uplatnit postupy výpočtu napětí založené na teorii pružnosti, protože rozhodující materiály použité pro jeho zhotovení (tepelný izolant, základní vrstva vyztužená skelnou výztuží i povrchové úpravy na bázi umělých pryskyřic mají výrazně nelineární chování a reologické vlastnosti.

S určitou nadsázkou lze říci, že právě tyto vlastnosti umožňují systému ETICS přežít pomalu probíhající cykly střídání vnějších teplot. Při modelových výpočtech bylo dovozeno, že při použití obkladu na systém ETICS roste namáhání základní vrstvy systému až 10x. Pro omezení namáhání systému se proto dělí plochy s obkladem na plochy oddělené dilatačními spárami, které na jedné straně limitují napětí v povrchové úpravě, na druhé straně vnášejí do kontaktního systému cizorodý prvek s rizikem výskytu poruch (zatékání).

V místě dilatační spáry, stejně jako v místě každého ukončení systému v rovině fasády, je nutno přenést napjatost z povrchových vrstev systému do podkladu. Smyková napětí vznikající při přenosu sil vyvolaných objemovými změnami povrchových vrstev jsou více než 20x vyšší než napětí od vlastní tíhy povrchových vrstev včetně obkladu.

Matematické vyjádření maximálních hodnot smykových napětí je formálně stejné jako u normálových sil ve vztahu (1), avšak součinitel μ₁ zohledňující spolupůsobení povrchových vrstev s podkladem je nahrazen součinitelem ν₁, který zjednodušeně vyjadřuje délku, na které se normálové zatížení přenese do podkladu. Pro spolehlivou funkci kontaktních zateplovacích systémů s obkladem jsou nezbytné dva základní předpoklady. Jednak pevnost základní vrstvy systému, o které se předpokládá, že přenáší všechna tahová napětí v povrchových vrstvách systému, a jednak smykové vlastnosti systému umožňující přenášet namáhání povrchových vrstev do podkladu.

Pevnost základní vrstvy systému v tahu je obvykle formulována jako napětí při vzniku pozorovatelných trhlin a je závislá zejména na kvalitě materiálu základní vrstvy a její schopnosti spolupůsobit se skelnou výztuží. Analogie klasických vyztužených konstrukcí, např. železobetonových, s působením tenkých vrstev vyztužených skelnou výztuží platí jen omezeně.

 

Pro zjištění smykových vlastností systémů s různými typy izolantů a zejména pro ověření vlivu talířových hmoždinek na smykové vlastnosti systému ETICS byly ve spolupráci společností Baumit, EJOT a s přispěním Cechu pro zateplování budov provedeny zkoušky ve zkušební laboratoři firmy MCT, spol. s r. o.

Zkušební vzorky sestávaly z desek tepelného izolantu nalepených na betonových dlaždicích o jmenovitých rozměrech 500x500x50 mm. Na deskách byla nanesena základní vrstva systému s výztuží, která přesahuje na všech okrajích zkušební prvek o cca 40 až 50 mm.

Pro lepení a stěrkování byla použita hmota Baumit ProContact. Pro zjištění vlivu hmoždinek pro přenesení zatížení působícího v rovině systému ETICS byly použity hmoždinky EJOT STR-U 2G aktivované dotažením šroubu s přídavnými talířky. Hmoždinky byly aplikovány pod základní vrstvu systému. Jako tepelný izolant byly použity desky z minerální vlny.

V první etapě zkoušek byly desky tepelného izolantu přilepeny k podkladu celoplošně (s výjimkou zkoušky se záměrným vyloučením přilepení pro ověření chování systému kotveného pouze hmoždinkami), v druhé etapě byl rozsah přilepení systému k podkladu omezen na 40 % v souladu se standardně používaným doporučením.

 

První série zkoušek první etapy zahrnovala zkoušky s deskami z minerální vlny tloušťky 140 mm s podélným vláknem, přičemž bylo porovnáno chování desek s třídou pevnosti v tahu TR 15 a TR 10 a vliv hmoždinek na smykovou pevnost a tuhost systému ETICS.

Při zkouškách působilo zatížení kolmo na převažující směr vláken v desce tepelného izolantu, což odpovídá běžnému způsobu výroby desek a jejich aplikace na fasádu.

Ze záznamu průběhu zkoušek bez hmoždinek na obr. 2 vyplývá, že třída pevnosti v tahu desek s podélnými vlákny má zásadní vliv na smykovou pevnost a tuhost tepelněizolační vrstvy. Smykové pevnostní a přetvárné parametry poklesly při snížení pevnosti v tahu z 15 na 10 kPa přibližně na polovinu.

Porovnáním zkoušek s hmoždinkami na obr. 3 se zkouškami bez hmoždinek na obr. 2 je patrné, že aplikace hmoždinek včetně použití talířků VT 90 o průměru 90 mm zlepšila pevnostní i přetvárné parametry systému s tepelným izolantem třídy TR 10 na úroveň vzorků s tepelným izolantem TR 15 bez hmoždinek. Aplikace hmoždinek má při celoplošném přilepení k podkladu a použití doplňkových talířků významný vliv na smykovou pevnost a smykový modul přetvárnosti. Naproti tomu z průběhů na obr. 3 vyplývá, že 16 hmoždinek na m² nemá oproti aplikaci 8 hmoždinek na m² významný vliv na odezvu systému při zatížení v rovině povrchové úpravy.

 

 

 

Druhá série zkoušek první etapy zahrnovala zkoušky s deskami z minerální vlny s kolmým vláknem tloušťky 140 mm, přičemž byl zjišťován vliv hmoždinek (včetně aplikace talířku SBL 140 plus o průměru 140 mm) na smykovou pevnost a tuhost systému ETICS. Při zkouškách působilo zatížení kolmo na orientaci lamel, což odpovídá běžnému způsobu aplikace na fasádu. Při jedné zkoušce byla přídržnost k podkladu zrušena vložením PE fólie mezi tepelný izolant a podklad, takže zatížení působící rovnoběžně s podkladem přenášely pouze hmoždinky.

Z porovnání průběhů zkoušek bez hmoždinek na obr. 4 s průběhy zkoušek s hmoždinkami na obr. 5 vyplývá, že aplikace hmoždinek má opět vliv na tuhost systému ve smyku. Nárůst smykové pevnosti však vzhledem k rozptylu výsledků zkoušek spolehlivě prokázán nebyl.

Na obr. 5 je ve spodní části diagramu zaznamenán průběh zkoušky, při které bylo vynecháno lepení systému k podkladu. Je zřejmé, že při vypuštění (nebo selhání) lepení vykazuje systém nízkou smykovou tuhost. V důsledku velkých přetvoření nebyla mez pevnosti systému ve smyku dosažena.

 

Z tabulky 1 vyplývá velký rozdíl mezi charakteristikami desek s podélnými vlákny třídy TR 10, TR 15 a desek s kolmými vlákny. Použití hmoždinek (včetně rozšiřovacích talířků o průměru 90 mm) má u desek s podélnými vlákny třídy TR 10 podstatný vliv na zvýšení smykové pevnosti a tuhosti. Desky s kolmými vlákny dosahují pevnostních parametrů, které umožňují aplikaci hmotnějších povrchových úprav (obkladů). Použití hmoždinek s doplňkovými talířky o průměru 140 mm u vzorků s kolmým vláknem má pozoruhodný vliv na zvýšení smykové tuhosti systému.

 

Ve druhé etapě zkoušek byly desky tepelného izolantu přilepeny k podkladu pouze rámečkem po obvodu desky a svislým páskem v její ose (v místě aplikace hmoždinek). Šířka rámečku a pásu byla volena tak, aby celkové procento přilepené (kontaktní) plochy izolantu činilo 40 % plochy desky. Ke zkouškám byly použity desky s podélným vláknem třídy TR 10 o tloušťce 140 a 200 mm. Při zkouškách byly porovnány výsledky dosažené na systému bez hmoždinek a systému s aplikací 2 hmoždinek na zkušební vzorek, které odpovídá aplikaci 8 hmoždinek na m² systému. Při zkouškách byly pod hlavu hmoždinek použity talířky VT 90 o průměru 90 mm.

Z průběhu zkoušek na obr. 6 je zřejmé, že není zásadní rozdíl mezi výsledky zkoušek s tepelným izolantem tloušťky 140 mm a 200 mm. Smykové pevnosti jsou při tloušťce 200 mm mírně nižší, pravděpodobně vlivem větší vzdálenosti roviny zatížení od roviny podkladu.

Z porovnání průběhu zkoušek na obr. 6 (bez hmoždinek) a na obr. 7 (s aplikací hmoždinek včetně talířků o průměru 90 mm) vyplývá, že aplikace hmoždinek výrazně ovlivňuje průběh deformací při zkouškách. U zkušebních vzorků s hmoždinkami pokleslo při tloušťce tepelné izolace 140 mm po dosažení maximální hodnoty zatížení na hodnotu odpovídající cca 70 % a poté zůstalo na této hodnotě i při velkých deformacích systému vůči podkladu. Při tloušťce tepelné izolace 200 mm pokleslo zatížení na cca 90 % maximální dosažené hodnoty, přičemž v dalším průběhu zatěžování zatížení opět rostlo. U vzorků bez hmoždinek klesá zatížení po dosažení maximální hodnoty rychle k nule.

 

Z tabulky 2 a jejího porovnání s tabulkou 1 z 1. etapy zkoušek vyplývá, že při částečném přilepení systému ETICS k podkladu (40 %, což odpovídá běžnému doporučení technologických předpisů výrobců) klesla v systému s hmoždinkami pevnost ve smyku v témže poměru. V systému bez hmoždinek klesla smyková pevnost na cca 60 %.

Smyková tuhost u systémů bez hmoždinek a s hmoždinkami se výrazně neliší a je přibližně stejná jako u systémů celoplošně přilepených bez hmoždinek.

Vliv hmoždinek na smykovou pevnost se při částečném přilepení systému uplatní méně než u celoplošného přilepení. Vliv hmoždinek na smykovou tuhost je relativně malý.

 

Provedené zkoušky přinesly důležité poznatky o smykových vlastnostech systémů ETICS s různými typy izolantů na bázi minerální vlny a o vlivu hmoždinek na tyto vlastnosti při plnoplošném a částečném přilepení k podkladu.

Pro aplikaci systémů ETICS s hmotnými povrchovými úpravami (např. obklady) je nezbytné použití celoplošně lepeného systému s tepelnou izolací s kolmými vlákny s kotvením hmoždinkami v počtu min. 8 ks/m². Při použití roznášecích talířků o průměru 140 mm není použití většího počtu kotev než cca 10 ks/m² účelné. Možnost aplikace hmotných obkladů je třeba posoudit v souladu s požadavky ČSN 73 2902. (Základní vrstva systému ETICS musí být provedena z kvalitního materiálu s odpovídající výztuží.

Snížení třídy pevnosti tepelného izolantu v tahu má významný vliv na snížení smykové pevnosti a tuhosti systému ETICS. Příznivý vliv hmoždinek je třeba v konkrétních případech ověřit pro odpovídající procento kontaktní plochy.

Při snižování procenta kontaktní plochy (přilepení systému ETICS k podkladu) klesá vliv hmoždinek na smykové vlastnosti systému, což je v rozporu se vžitou představou, že nedostatečné procento přilepení je možno kompenzovat zvětšením počtu hmoždinek. Hmoždinky mohou zabránit zřícení systému v případě selhání spojení s podkladem lepením. Při selhání lepení tepelné izolace k podkladu však nemůže systém ETICS fungovat bez vzniku výrazných poruch. Tuto možnost je třeba vyloučit ověřením přídržnosti lepicí hmoty systému k podkladu. Rizika v připojení k podkladu nelze kompenzovat zvětšením počtu hmoždinek.

JAN DVOŘÁK, PETR LORENC, IVAN ŘEHOŘ