Poruchy podlah v prostorách víceúčelového kulturního zařízení

Seznámení s nálezem

Místním šetřením bylo zjištěno, že podlahy reprezentačních prostor ve třech podlažích rozsáhlé budovy víceúčelového kulturního zařízení opatřené keramickou dlažbou jsou značně poškozené. Již předchozí nahlédnutí do prováděcí dokumentace vyvolávalo rozpaky, protože v ní byla uvedena následující skladba podlahy v 1. NP:

• keramická dlažba tl. 9 mm;
• tmel MAPEI tl. 5 mm;
• mazanina z betonu B15 tl. 35 mm;
• lepenka A 400/SH tl. 2 mm;
• pěnový polystyren tl. 50 mm.

Důvody k optimizmu neskýtaly ani skladby podlah ve vyšších podlažích, které byly navrženy takto:

• keramická dlažba tl. 9 mm;
• tmel MAPEI tl. 5 mm;
• mazanina z betonu B15 tl. 45 mm;
• lepenka A 400/SH tl. 2 mm;
• Orsil N tl. 25 mm;
• suchý písek tl. 15 mm.

Sdělení uživatele stavby, že se první trhliny v keramické dlažbě objevily již před uvedením stavby do provozu, nemohlo překvapit. Protože se porušení podlahy zpočátku projevovalo pouze místně v místech rozvodů ústředního topení, bylo přistoupeno k opravě s uplatněním dlaždic menšího formátu (obr. 1). Postupně se však objevovaly další trhliny v keramických dlažbách jednotlivých místností. Jejich výskyt se zvětšoval v závislosti na zvyšování provozu. V době místního šetření se vyskytovalo rozsáhlé poškození trhlinami téměř ve všech místnostech, kde byla provedena keramická dlažba (obr. 2 až 4). Poškození keramické dlažby nebyla patrná pouze u místností s poměrně malou plochou.

Posouzení poškozených podlah

Jednou z otázek posudku bylo, zda navržené skladby podlah odpovídají konstrukčním zásadám a normovým předpisům. V dnes již neplatné normě ČSN 74 4505 z roku 1960 [3] se uvádí, že nejmenší tloušťka betonové vyrovnávací vrstvy na izolační pružné podložce je 35 mm a připouštěla se i menší tloušťka, pokud byla jejich vhodnost předem ověřena. Navržená podkladní vrstva tl. 35 mm z betonu B15 by sice uvedeným požadavkům vyhovovala, avšak již v ČSN 74 4505 z roku 1988 [4] bylo stanoveno, že pro potěry a betonové podklady plovoucí, pod všechny druhy podlahovin, se požaduje pevnost v tlaku a pevnost v tahu za ohybu, odpovídající betonu tř. III (zn. 250), což přibližně odpovídá betonu B20. Navržená pevnost betonové podkladní vrstvy B15 této normě nevyhovuje, stejně tak jako nevyhovuje současně platné ČSN 74 4505 z roku 1994 [5], která vyžaduje pro plovoucí vrstvy určené jako podklad pod podlahoviny pevnost v tlaku 21,5 MPa. Dále bylo ověřováno, zda skutečné provedení odpovídá navrženým skladbám podlah. Ze sondy ve vstupním vestibulu v 1. NP (obr. 5), bylo zjištěno, že betonová podkladní vrstva byla provedena o větší tloušťce: 50 mm a desky z pěnového polystyrenu byly použity tenčí: 30 mm. Skladbu podlahy 2. NP bylo možné ověřit ze sondy v šatnovém vestibulu (obr. 6), kde bylo změřeno, že betonová podkladní vrstva má zde rovněž oproti projektové dokumentaci větší tloušťku: 60 mm.
Zjištěné odchylky od navržené skladby lze hodnotit jako příznivý faktor. Od zvýšení tloušťky betonové podkladní vrstvy a snížení stlačitelné izolační vrstvy bylo zřejmě očekáváno zajištění odolnosti podlahy proti porušení. Jednou z příčin, proč toto očekávání nebylo naplněno, bylo nevhodné provedení jednotlivých vrstev. Pro zhotovení podkladní vrstvy byl použit beton vyrobený jen s jemnou frakcí kameniva, takzvaný potěrový beton, který má vlastnosti betonové malty a nikoli konstrukčního betonu. Při plastické konzistenci vzhledem k poměrně vysoké dávce cementu u něj dochází k velkým objemovým změnám od smršťování betonu, v jejichž důsledku se vyrobená podkladní vrstva porušuje trhlinami. Při zavlhlé konzistenci jsou sice objemové změny menší, avšak vzhledem k nedostatečnému množství vody potřebné k hydrataci cementu beton vykazuje malé pevnosti. Značně pórovitá struktura odebraných vzorků svědčila o tom, že beton nebyl dostatečně hutněn. Požadavky kladené na pevnost betonu podle současně platného, ale i předchozího znění normy ČSN 74 4505 [4], [5] beton odebraných vzorků zjevně nesplňoval.
Betonové podkladní vrstvy byly provedeny na izolačních vrstvách oddělených asfaltovou lepenkou. V 1. NP byly jako izolační vrstva uplatněny desky z pěnového polystyrenu tl. 30 mm. Z prováděcí dokumentace podlah ani z údajů zhotovitele podlah nevyplývalo, jaký typ polystyrenu byl použit. Z jeho snadné stlačitelnosti však bylo možné odhadovat, že se pravděpodobně jedná o EPS 50, nejvýše EPS 70. Pro ověření tohoto předpokladu bylo doporučeno provedení zkoušek vzorků odebraných za účasti zhotovitele a projektanta podlah, aby se předešlo případným pochybnostem o původu zkušebních vzorků. Pro běžně zatížené podlahy se považuje za přípustné použití desek z pěnového polystyrenu typu alespoň EPS 100 S Stabil [7], přičemž pro tak exponované podlahy, jako jsou podlahy kulturních zařízení, by bylo vhodné použít desky ještě vyšší pevnosti.
Ani skladba podlah v 2. NP a 3. NP neodpovídala požadavkům, které uvádí ve svých firemních podkladech výrobce izolačních desek ORSIL N firma Saint-Gobain Orsil s.r.o, v nichž se doporučuje, aby při tloušťce izolační vrstvy 25 mm betonová deska byla z betonu C25/30 tloušťky min. 50 mm a byla vyztužena svařovanou sítí z prutů Ø 4 mm s oky 150/150 mm. Provedená betonová podkladní vrstva měla požadovanou tloušťku, nebyla však vyztužena a beton neměl předepsanou pevnost.
Přestože normové požadavky požadují pevnost betonu vyšší než v projektu předepsanou třídě B15, zabýval se znalecký posudek otázkou, zda by podlaha vyhověla, kdyby tato pevnost betonu byla dodržena. Statická analýza byla provedena v 3D jako geometricky nelineární včetně uvažování konstrukční nelinearity, tj. vzájemného kontaktu mezi betonovou deskou a polystyrenovou vrstvou. Kontakt je uvažován ve standardním typu, tj. při tlakovém namáhání je plně funkční, ale naopak při tahovém namáhání je nefunkční, tj. dochází tedy ke vzájemné separaci vzájemně spojených vrstev. K vyjádření mechanického chování betonové desky a polystyrenové vrstvy byl použit izotropní materiálový model, u kterého se předpokládá lineární závislost mezi napětím a poměrným přetvořením. Výpočtový model byl zatížen kromě vlastní tíhy soustředěným zatížením podle ČSN 730035 [2] o intenzitě 3 kN/m² přepočtené na plochu 0,1x0,1 m, které bylo uvažováno ve třech polohách: v rohu, na okraji v polovině strany a ve středu dilatačního pole. Při vyhodnocení provedené analýzy byla zjištěna pole posunutí a pole hlavních maximálních napětí v jednotlivých vrstvách podlahy. Z porovnání analýzou stanoveného napětí s výpočtovou pevností betonu B15 v tahu, upravenou součinitelem gradientu přetvoření průřezu, součinitelem vlivu vyztužení průřezu a (převedeným) součinitelem zatížení vyplynulo, že podlaha pro toto soustředěné zatížení nevyhovuje. Porovnání analýzou stanoveného napětí s normovou pevností v tahu betonu B15, upravenou součinitelem gradientu, přetvoření průřezu ukazovalo, že lze očekávat vznik trhlin při zatížení v rohu a na okraji dilatačního pole. Výsledky potvrdily, že podlaha v uvažované skladbě s nevyztuženou vrstvou betonu B15 nevyhovuje ani pro silové zatížení požadované ČSN 73 0035 [2], přitom reálná konstrukce je navíc současně namáhána i deformačním zatížením od smršťování a dotvarování betonu a změn teploty.
V 2. NP a 3. NP, kde podlahy spočívají na stropní konstrukci montovaného skeletu se skrytými průvlaky MS-OB, vznikla otázka, zda průhyb této stropní konstrukce není faktorem, v důsledku něhož došlo v porušení dlažby. V odpovědi bylo uvedeno, že prvky stropní tabule jako hromadně vyráběné prefabrikáty byly povinně posuzovány nejen na mezní stavy únosnosti, ale také na mezní stav přetvoření a šířky trhlin a okolnost, že nosné dílce byly zatěžovány po několika letech od své výroby, byla z hlediska velikosti přetvoření příznivým faktorem, který zmenšuje velikost reologických složek přetvoření od dotvarování a smršťování betonu a tak i celkového přetvoření.
Další otázkou bylo, zda rozdělení plochy podlahy na dilatační pole 6x6 m bylo v souladu s normovými předpisy a kdo měl velikosti dilatačních polí stanovit. V již neplatném znění ČSN 74 4505 z 1988 [4] se stanovuje, že návrh podlahy musí obsahovat řešení dilatačních spar v podlahách a uvádí se v technické dokumentaci obvykle v dokumentaci stavby. Platné znění ČSN 74 4505 z 1994 [5] takové ustanovení neobsahuje. I když je řešení dilatačních úseků obvykle požadováno od projektanta, není tím dotčena možnost, že řešení provede zhotovitel nebo že bude provedeno ve vzájemné součinnosti, aby vystihovalo vliv zhotovitelem použité technologie na uspořádání dilatačních úseků. K velikostem dilatačních polí ČSN 74 4505 z 1961 [3] uvádí, že dilatační pole se navrhují obvykle v rozměrech 3x3 m až 9x9 m a že jejich velikost se řídí tepelnými vlivy prostředí, které bude na podlahu působit, a předpokládaným poškozením podlahy ostatními, např. mechanickými vlivy. ČSN 74 4505 z 1988 [4] nestanovuje žádné konkrétní hodnoty vztahující se ke vzdálenostem dilatačních spár a pouze obecně uvádí, že velikost dilatačních polí jednotlivých podlahových vrstev se řídí podle jejich druhu a tloušťky, podle druhu podlahoviny a podle způsobu namáhání podlahy, zejména tepelnými, vlhkostními a mechanickými vlivy. V současné době již neplatná oborová norma ON 74 4520 [6] doporučovala rozdělit podlahy dilatačními sparami na jednotlivá pole o ploše maximálně 6x6 m. Současné znění normy ČSN 74 4505 z 1994 [5] uvádí, že návrh podlahy musí stanovit rozmístění dilatačních spar v podlaze nebo v jejích vrstvách, jejich úpravu, popř. jiná přerušení podlah. K vzdálenosti dilatačních spár se vyslovuje takto: monolitické podlahové vrstvy, jejichž delší rozměr je větší než 3 m, je nutné dělit na menší části (dilatační pole). Velikost částí se řídí použitým materiálem, tloušťkou vrstvy a druhem namáhání (tepelné, vlhkostní a mechanické vlivy). Z uvedených výňatků norem je zjevné, že normy stanovují obecné podmínky návrhu dilatačních úseků, avšak jednoznačný návod použitelný na konkrétní řešení neobsahují. K provedeným velikostem dilatačních polí 6x6 m bylo možné konstatovat, že provedené uspořádání dilatačních spar nebylo v rozporu s ustanoveními norem.

Co s tím?

Tak obvykle klade uživatel otázku s nadějí, že znalec zná nebo objeví nějaké jednoduché a levné řešení. Taková řešení však většinou neexistují. Ani v tomto případě tomu nebylo jinak a bylo nutné konstatovat, že vzhledem ke znakům, rozsahu a příčinám porušení keramických podlah se ukazuje jako nezbytné odstranit všechny trhlinami porušené podlahy a zhotovit nové. Nelze ani připustit ponechání části podlah, kde současné poškození je zatím poměrně malé, neboť lze předpokládat, že poškození trhlinami se bude nadále rozšiřovat. Při obnovení podlah je nutné se vyvarovat nedostatků, které vedly k současnému neuspokojivému stavu. Pro izolace je nutné volit materiály vykazující menší stlačitelnost než materiály, které byly použity. Na tepelnou izolaci by bylo vhodné použít např. extrudovaný polystyren nebo alespoň EPS 200 S Stabil. Z hlediska statiky by bylo vhodné provést betonové podkladní vrstvy z hutného betonu B30 s hrubým kamenivem a řádně vyztužené svařovanými sítěmi.

Závěr

Porušení podlahy s keramickými dlaždicemi ve víceúčelovém kulturním zařízení bylo zapříčiněno kombinací málo únosné nevyztužené betonové podkladní vrstvy na stlačitelných izolačních vrstvách. Obecně se ukazuje, že u plovoucích podlah betonové podkladní vrstvy nad izolací nelze navrhovat tenčí než 50 mm, i když dříve, jak vyplývá i z uvedeného výňatku z ČSN 74 4505 z roku 1960 [3], se považovala za přípustnou i tloušťka 35 mm, dokonce i menší. Nutno ovšem poznamenat, že obvykle dlaždice měly menší formát a větší tloušťku a kladly se do lože z cementové malty 20 mm, nikoli na tenkou vrstvu lepidla. Ulpívání na starých zásadách při současných technologiích se tak může stát zdrojem problému.

Použitá literatura
[1] Lavický, M.: Znalecký posudek 016/2006. 2006, Brno
[2] ČSN 73 0035 Zatížení stavebních konstrukcí. ÚNM, Praha, 1986
[3] ČSN 74 4505 Podlahy. Základní ustanovení, ÚN Praha, 1960
[4] ČSN 74 4505 Podlahy. Společná ustanovení, ČNI Praha, 1988
[5] ČSN 74 4505 Podlahy. Společná ustanovení, ČNI Praha, 1994
[6] ON 74 4520 Podlahy. Nášlapné vrstvy z dlaždic, ÚNM Praha, 1989
[7] Norma kvality - značení a minimální požadavky na desky z expandovaného polystyrenu určené pro použití ve stavebnictví, Sdružení EPS ČR, č. EPS 002/03, 1. vydání, 2003