PORUCHY STAVEB Trhliny v konstrukcích

PORUCHY STAVEB Trhliny v konstrukcích Seminární práce z předmětu: Rekonstrukce a modernizace staveb I. Forma studia: Kombinovaná Zkoušející: Akademický rok: 2008 / 2009 Semestr: Zimní

Nejzávaţnějším projevem poruch ve stavbách je výskyt trhlin. Trhlina je nápadným, viditelným a neomylným znamením nějaké poruchy v konstrukci a není moţno se pouštět do dalších zásahů, dokud nezjistíme příčinu trhliny a neurčíme její nebezpečnost. Podle závaţnosti můţeme trhliny rozdělit na: Staticky zanedbatelné, které neohroţují stavbu, ale působí nepříznivě esteticky a psychicky. Jsou to především povrchové trhliny v omítce, v nátěrech, trhliny v podruţných konstrukcích, v loţných spárách kleneb apod. Staticky závaţné, u nichţ lze vhodnou opravou zajistit bezpečnost stavby. Jsou to především trhliny v nosných konstrukcích, ve styčných spárách klenby, ale také trhliny v podruţných konstrukcích, které avízují nevhodné přetvoření nosných konstrukcí. Tyto trhliny mění časem své rozměry jsou v pohybu. Havarijní, které jsou staticky velmi závaţné. Bezpečnost stavby lze zajistit jen celkovou rekonstrukcí konstrukce nebo budovy. Trhliny procházejí celou tloušťkou nosných konstrukcí. Trhliny jsou v pohybu jejich rozměry se časem podstatně zvětšují. Staticky zanedbatelné trhliny Trhliny v omítce Trhliny v omítce, pokud nevznikly poruchou zdiva, jsou nejčastěji způsobeny smršťováním. Jejich příčinu lze nejčastěji hledat ve špatné technologii v příliš velkém mnoţství vody při zpracování, nebo v příliš jemných součástech, nebo v příliš rychlém vysušování sluncem či větrem. Smršťování nastává rychlým úbytkem vlhkosti v maltě, coţ způsobuje zmenšení jejího objemu a vytvoření shluku drobných trhlin, směřujících na všechny strany (viz. obr. 1). Jinou příčinou vzniku trhlin v omítce je nesourodost sousedících materiálů. Například Obr. 1. Schéma trhlinek v omítce způsobených špatnou technologií omítání omítka provedená na zdivu z betonu a cihelné vyzdívky, zcela jistě ve stycích těchto materiálů změnou teploty praskne v důsledku nestejné roztaţivosti betonu a cihel. Stejné příčiny takových trhlin jsou i ve fabionech stropů, kde se projevuje například styk ŢB stropu s cihelným zdivem, či mezi sádrovou instalací a zdivem apod. Také na omítkách příček z heraklitových desek se v místech styčných i loţných spár objevují trhliny, pokud tyto spáry nebyly přebandáţovány nebo nebyla celá stěna orabicována. Tyto trhliny v omítce vznikají především pruţností vlastní konstrukce příčky. Stejně vznikají i trhliny kolem dveří v tenkých příčkách, kdy prudká zavření dveří způsobí pohyb celé příčky a zvláště v místě jejího styku se zárubní. 2

Trhliny v klenbách a ve zdivu Za staticky zanedbatelné trhliny v klenbách a ve zdivu můţeme pokládat pouze takové, které jsou ustálené (nejsou v pohybu) a ne příliš rozevřené. Staticky závažné a havarijní trhliny Uvádím některé běţné příčiny poruch, které je moţno odhalit na základě charakteristických trhlin, jejich průběhu nebo směru. Trhliny ve valených klenbách Klenby bývají často poškozeny trhlinami, mají vpadlé cihly, bývají i proraţeny například zříceným komínem nebo štítovou zdí. Malta ve styčných spárách bývá poškozená nebo vypadlá. Je to nejčastěji způsobeno zátékáním dešťové vody v důsledku netěsné krytiny a voda postupně rozrušuje cihly. Klenba je konstrukce, která je na všechny tyto příčiny velmi citlivá. Následkem přetíţení vznikají v klenbě trhliny tahové. Jejich charakteristikou je poměrně souvislý průběh a jejich rozevírání (viz. obr. 2). Přetíţení na straně klenby (viz. obr. 3) vyvolává tahovou trhlinu na líci klenby přibliţně v místě přetíţení a tlakové trhliny na rubu klenby, a to ve vrcholu, případně na druhé straně neţ přetíţení (viz. obr. 4). Tahová trhlina je rozevřená, okraje tlakové trhliny mají zvrásnění typické pro stlačovaný materiál (viz. obr. 5). Obr. 2. Trhliny při přetíţení klenby ve vrcholu 1 tahová trhlina, 2 tlakové trhliny Nejzávaţnější poruchy kleneb vznikají poklesem podpůrných zdí, jehoţ příčinou bývá buď malá hloubka jejich zaloţení nebo rozmočení základové půdy porušenými okapy nebo netěsným vodovodním či kanalizačním potrubím. Obr. 3. Trhliny při jednostranném přetíţení 1 tahová trhlina, 2 tlakové trhliny 3

Obr. 4. Trhlina tlaková Obr. 5. Trhlina tahová Poklesnutí podpůrné zdi bývá často spojeno i s jejím vychýlením ze svislého směru (viz. obr. 6 a 7), coţ zvláště u kleneb s malým vzepětím a kleneb nedostatečně tlustých můţe vést k jejich zřícení. Obr. 6. Trhliny při drcení klenby 1 tlakové trhliny, 2 vychýlení podpor Obr. 7. Trhliny při vychýlení levé podpory 1 tahové trhliny, 2 tlaková trhlina 4

Poklesem nebo posunem podpor vzniká ve valené klenbě smyková trhlina. Tato příčina je pro stabilitu celé klenby nebezpečnější neţ přetíţení (viz. obr. 8). Trhliny v cihelném zdivu Trhliny v cihelném zdivu, které signalizují porušení stability zdí, vznikají nejčastěji z nedostatečně dimenzovaných nebo špatně provedených základů, případně později poškozených vnějšími či vnitřními vlivy nebo z přetíţení cihelných pilířů či zdí. Staré trhliny jsou zaprášené, nové mívají čistý lom. Kolmice vedené Obr. 8. Trhlina smyková k průběhu trhliny ukazuje zpravidla na stranu, na které dochází k poklesu základů. Je-li poklesávání základů ponenáhlé, vznikají trhliny obvykle schodovitě, jen ve spárách (viz. obr. 9). Při rychlejším poklesu vznikne trhliny i v cihle (viz. obr. 10). Obr. 9. Trhlina v cihelném zdivu při pozvolném poklesávání základu. Šipka (kolmice na směr trhliny) ukazuje na místo poklesu. Obr. 10. Trhlina v cihelném zdivu při náhlém poklesu základu. Trhlina neprochází jen spárami, ale i hmotou cihly. 5

Základy nejsou dostatečně hluboké. Základy nedosahují nezámrzné hloubky, tj. 900 aţ 1300 mm od úrovně terénu. Půda pod nimi zmrzne, zvětšuje svůj objem, rozpíná se a základy nadzvedává. Ty pak po zamrznutí půdy opět klesnou. Dochází tak k pohybu, který není rovnoměrný a který je příčinou trhlin ve zdivu nad základy. Charakteristika těchto trhlin je znázorněna na obr. 11. Obr. 11. Trhliny ve zdivu, které byly způsobeny nedostatečnou hloubkou základů. Zmrzlé podzákladí nadzvedává budovu. Stejný efekt vyvolává například dodatečné odhalení suterénu (například zřízením garáţe), které způsobí promrzání podzákladí a trhliny ve zdivu (viz. obr. 12). Obr. 12. Trhliny způsobené promrznutím podzákladí v části garáţe. Pod základy má budova nestejně pevné podloţí, které můţe být důsledkem buď přirozené konfigurace terénu (viz. obr. 13), nebo můţe vzniknout tím, ţe pod částí půdorysu budovy je stará naváţka (viz. obr. 14). Jestliţe je na jedné straně pevná půda nebo dokonce skála a na druhé straně budovy méně únosná půda, můţe část budovy nad méně únosnou půdou sednout 6

Obr. 13. Trhliny ve zdivu, které byly způsobeny sednutím budovy na straně zaloţené na neúnosné zemině 1 únosná zemina 2 neúnosná zemina Obr. 14. Trhliny ve zdivu byly způsobeny sednutím budovy ve střední části zaloţené na naváţce 1 únosná zemina 2 naváţka a v nadzákladovém zdivu vzniknou trhliny skloněné k místu sednutí. Trhliny vzniknou nejčastěji v té části stěny, která síle vzniklé z poklesnutí nejméně vzdoruje, to je v místě okenních či dveřních otvorů. Pokles meziokenních pilířů se vyznačuje klenbovými trhlinami vycházejícími z horních rohů okenních otvorů (viz. obr. 15). Jestliţe je pod střední částí budovy méně únosná půda, pak pokles je v této čísti a projeví se trhlinami směřujícími šikmo vzhůru ke středu budovy (viz. obr. 14). 7

Obr. 15. Pokles meziokenního pilíře vytvoří parabolické trhliny mezi okenními nadpraţími. Obr. 16. Trhliny ve zdivu způsobené tím, ţe střední část budovy je zaloţena na únosné zemině a krajní části na naváţce 1 únosná zemina, 2 - naváţka Naopak, pevná půda pod střední částí můţe vyvolat pokles obou krajních částí budovy a trhliny v nadzákladovém zdivu směřují šikmo vzhůru k oběma pokleslým krajům (viz. obr. 16). Rozdílné zatíţení základové půdy U rodinných domků či chalup se stává, ţe jedna část je přízemní, zatímco druhá patrová. V nadzákladovém zdivu lze očekávat smykovou trhlinu mezi patrovou a přizemní částí (viz. obr. 17). 8

Obr. 17. Trhliny ve zdivu způsobené větším zatíţením základové půdy vyšší částí budovy Rozdílné zaloţení objektu Jestliţe je jedna část objektu podsklepená a dosahuje aţ na pevnou základovou půdu a druhá část je nepodsklepená, zaloţená na méně únosné půdě, můţe nepodsklepená část poklesnout a v nadzákladovém zdivu nepodsklepené čísti se objeví trhliny směřující šikmo vzhůru ke kraji budovy (viz. obr. 18). Obr. 18. Trhliny ve zdivu, které byly způsobeny sednutím budovy na straně, kde základy nedosáhly do úrovně únosné půdy 1 únosná půda 2 méně pevná půda Přístavba vyššího objektu k niţšímu Jestliţe se například k niţšímu starému objektu přistaví nový vyšší objekt, způsobí nový objekt přitíţení podzákladí starého objektu, které vyvolá poklesnutí jeho základu v části sousedící s novým objektem, a tím i trhliny asi v úhlu 45 aţ 60 (viz. obr. 19). 9

Obr. 19 Nová přístavba vyšší budovy v řadové zástavbě můţe způsobit trhliny ve zdivu niţšího souseda. Špatná vazba štítových zdí s obvodovými zdmi Při adaptacích, při odbourávání části objektu a vystavění nové zdi se často zanedbává dobré svázání nové zdi se zdí starou. To vyvolává svislé trhliny mezi oběma zdmi v důsledku sedání nové zdi (viz. obr. 20). Obr. 20 Svislé trhliny byly způsobeny neprovázáním štítových a podélných zdí. Prohnutí stropní konstrukce Zvláště u objektů s dřevěnými stropy dochází v důsledku většího a trvalejšího prohnutí stropních trámů k vodorovným trhlinám ve fasádě v místě jejich uloţení (viz. obr. 22). 10

Obr. 21. Prohnutí stropnic vytvořilo vodorovné trhliny ve fasádě. Přetíţení cihelné zdi Přetíţení cihelných sloupů tlakem je signalizováno svislými nebo téměř svislými trhlinami, a ve zdivu pod přetíţeným pilířem vznikají trhliny, které směřují od pilíře šikmo dolů na obě strany (viz. obr. 22). Takové trhliny prokazují velké nebezpečí a je bezodkladně nutné přistoupit k zabezpečení konstrukce. Překročením meze bezpečnosti se zdivo rozestupuje a vybočuje. Nejprve se objevují trhliny v jednotlivých cihlách obvykle v prodlouţení styčné spáry (viz. obr. 23), při rostoucím přetíţení se tato trhlina prodluţuje oběma směry (viz. obr. 24), a po překročení meze únosnosti se zdivo rozestupuje, vybočuje a bortí (viz. obr. 25). Obr. 22. Svislé trhliny v omítce na cihelném pilíři prozrazují jeho přetíţení a je nutno bezodkladně přistoupit k jeho zabezpečení. 11

Obr. 23. První svislé trhliny ve spárách i cihlách. Obr. 24. Trhliny na mezi únosnosti pilíře Obr. 25. Rozdrcený pilíř 12

Poruchy v příčkách Deformací stropní konstrukce, která můţe nastat, postavíme-li na nedostatečně dimenzovaný strop těţkou, zpravidla nevyztuţenou příčku, vzniknou v příčce trhliny v mírných obloucích klenoucích se nad prohnutým stropem (viz. obr. 26). Obr. 26. Prohnutí přetíţeného stropu způsobí trhliny v příčce, která na stropě spočívá. Odtrţení příčky od stropu vzniká sednutím příčky a projevuje se především u nově vybudovaných ve starých budovách s vysokou světlou výškou místnosti. V takových případech je příčinou poruchy nesprávná technologie, tj. pouţití malty nedostatečné pevnosti, příliš velkými loţnými spárami nebo rychlým vyzděním na celou výšku. V příčkách s dveřními otvory vznikají trhliny, které směřují šikmo vzhůru od otvoru. Tyto trhliny jsou obyčejně způsobeny nedostatečným zakotvením zárubní do příčky. Pohyb převislých konstrukcí Pokles nosné konzoly arkýře vyvolá v jeho boční cihelné stěně trhliny, jejichţ směr je charakteristický pro sníţení na okraji konstrukce (viz. obr. 27). Při deformaci balkónové konzoly se můţe rozevřít spára zděného zábradlí při obvodovém zdivu. Pohyb ploché střechy Trhliny pod ŢB deskou ploché střechy uloţenou na nosném cihelném zdivu mohou vznikat změnou teploty a změnou vlhkosti. Za horkých dní se ŢB střecha rozpíná a její posun vytvoří trhlinu mez ŢB a cihelným materiálem. Trhlina mezi atikou a zdivem vzniká často tím, ţe vrstva spádového škvárobetonu na ploché střeše není od atiky dilatována (ani odvětrávací mezerou) a rozpínáním směrem ven tlačí na atiku. Špatně provedený detail ukončení krytiny u atiky můţe Obr. 27. Trhliny způsobené nedostatečným dimenzováním konzol arkýře. 13

Obr. 28. Rozpínáním škvárobetonu vzniká trhlina pod atikou 1 škvárobeton 2 trhlina 3 chybí dilatační spára způsobit zatékání do dilatační spáry, coţ můţe rovněţ postupně vést k odtrţení atiky od zdiva, v krajním případě aţ k havarijní situaci. Ostatně kaţdá konstrukce sloţená za dvou pevně spolu spojených hmot různé tepelné roztaţnosti skrývá v sobě nebezpečí vzniku trhlin, a to v té čísti, která jez méně pevného materiálu (viz. obr. 28 a 29). Pokud tyto dva materiály nejsou spolu pevně spojeny, nastane vlivem teploty posunutí materiálů po sobě. Například teplotní deformace na střešní ŢB desce působí po dobu celé ţivotnosti stavby a jsou typické svojí nestálostí. Významnou úlohu hraje tloušťka desky a nestejná teplota působící na její líc a rub. V zimním období, kdy na vnější líc působí mráz, zatímco vnitřní líc je vystaven teplotě vnitřního prostoru, se deska při vnějším líci smršťuje a dochází k jejímu prohnutí směrem dolů, v letním období je tento pohyb opačný. Tyto, dá se říci pravidelně opakující se deformace, se mohou projevit trhlinami na styku desky s podporou. Obr. 29. Posun ţelezobetonové ploché střechy. 1 - trhlina 14

Trhliny v betonových a ţelezobetonových konstrukcích Nejmarkantnějším projevem poruch betonových a ŢB konstrukcí jsou trhliny vyvolané nejrůznějšími příčinami. Příčinu těchto trhlin je nutno hledat jiţ v nesprávném návrhu konstrukce a v technologii provádění ve sloţení, zpracování a ošetřování betonu. Jsou to trhliny vyvolané například smršťováním betonu při nesprávné technologii betonáţe, špatnou kvalitou betonu, nesprávným uloţením armatury, ale také trhliny vyvolané tepelnými změnami a trhliny, jejichţ příčinou je překročení pevnosti betonu v tlaku, tahu a smyku. Nebezpečí trhlin v ŢB konstrukcích spočívá také v tom, ţe postupně můţe docházet i ke korozi a k rozrušení výztuţe. Koroze sniţuje únosnost a trvanlivost ŢB konstrukcí tím, ţe oslabuje nosný průřez výztuţe a voda zmrzlá v trhlinách zvětšuje svůj objem a vyvolává tlak s trhavými účinky na beton. Ţelezobetonová deska Trhliny při spodním povrchu desky, jejichţ směr je kolmá k nosné armatuře (viz. obr. 30), mohou být způsobeny buď malou tloušťkou desky, a tím i jejím velkým průhybem, nebo tím, ţe výztuţ je uloţena příliš vysoko od spodního líce desky. Trhliny při spodním povrchu desky, jejichţ směr je rovnoběţný s nosnou armaturou (viz. obr. 31), mohou vzniknout velkým smrštěním betonu při nedostatečné rozdělovací výztuţi. Obr. 30. Nedostatečná nosná výztuţ u ŢB desky uloţené na dvou stranách. Obr. 31. Nedostatečná rozdělovací výztuţ u ŢB desky uloţené na dvou stranách. Trhliny při horním povrchu desky ve směru rovnoběţném se spodními nosnými zdmi a průvlaky mohou být způsobeny tím, ţe chybí nebo je nedostatečná výztuţ bránící odtrţení desky od zdi nebo průvlaku. Jestliţe tato trhliny probíhá vedle podpory na celou šířku desky, je nebezpečí ohroţení její stability (viz. obr. 32). Skupiny trhlin při horním povrchu ve směru rovnoběţném s nosnou armaturou nebo nepravidelně orientovaném směru mohly vzniknout při tuhnutí betonu nedodrţením správné technologie. V důsledku přetíţení desky, která je uloţena po obvodě aţ na mez únosnosti, vzniknou na spodním povrchu desky Obr. 32. Trhlina probíhající podél podpory na spodním líci desky ohroţuje její stabilitu 15

trhliny, které sledují úhlopříčky (viz. obr. 33) a na horním povrchu jsou trhliny v koutech (viz. obr. 34). Obr. 33. Přetíţená deska podepřená po celém obvodě, spodní povrch desky vykazuje úhlopříčné trhliny. Obr. 34. Přetíţená deska podepřená po celém obvodě, horní povrch desky vykazuje trhliny v koutech. Ţelezobetonové trámy a průvlaky Trhliny trámu v tahové části, které jsou kolmo ke směru tahové výztuţe a dosahují asi do jedné třetiny průřezu trámu, bývají způsobeny buď tím, ţe trám (nebo průvlak) je přetíţen (má velký průhyb), nebo není dobrá soudrţnost oceli s betonem (viz. obr. 35). Trhliny na celou výšku trámu v místech třmínků a v jejich směru bývají vyvolány malou krycí vrstvou třmínků. Vodorovné trhliny ve stěně trámu (viz. obr. 36) mohou být způsobeny buď nesprávným postupem při betonování (dlouhé přerušení betonáţe) nebo vnitřním pnutím od hydratačního tepla či smršťováním Jsou-li tyto trhliny doprovázeny ještě svislými trhlinami u podpor, můţe hrozit nebezpečí stability. Trhliny ve stěně trámu, které jsou buď svislé nebo směřují od podpory šikmo vzhůru (viz. obr. 37), vznikají buď z přetíţení trámu blízko podpory nebo Obr. 35. Trhliny v místech třmínků v jejich směru způsobila malá krycí vrstva. Obr. 36. Vodorovné trhliny mohou být způsobeny nesprávným provedením pracovní spáry. Obr. 37. Trhlina směřující od podpory šikmo vzhůru můţe být způsobena nedostatečnou smykovou výztuţí a přetíţením poblíţ podpory můţe ohrozit stabilitu. 16

nedostatečné, špatně rozdělené či špatně zakotvené smykové výztuţe. Taková trhlina můţe být nebezpečná a je signálem ohroţení stability (viz. obr. 38). Trhliny na horním povrchu konzoly mohou být vyvolány nedostatečnou nebo špatně uloţenou výztuţí (viz. obr. 39). Obr. 38. Přetíţený trám. Obr. 39. Trhliny v konzole způsobené špatně poloţenou nebo nedostatečnou hlavní výztuţí Sloupy Podélné trhliny doprovázené odprýskáváním krycí vrstvy betonu kolem ocelových vloţek jsou signálem bezprostředního nebezpečí porušení pilířů a v takovém případě je nutno bezodkladně přistoupit k zabezpečení konstrukce. Čerpané prameny: Václav Hájek a kolektiv, Pozemní stavitelství IV, nakladatelství SOBOTÁLES Dimitrij Pume, František Čermák a kolektiv, Průzkumy a opravy stavebních konstrukcí, Edice stavby a rekonstrukce Václav Kupilík, Závady a životnost staveb, nakladatelství Grada M. Vlček, I. Moudrý, M. Novotný, P.Beneš, V. Maceková, Poruchy a rekonstrukce staveb, vydavatelství ERA, edice Technická knihovna Osobní praxe 17