konštrukcie

Působení dřevěných konstrukcí v nepříznivých podmínkách (1. část)

Působení dřevěných konstrukcí v nepříznivých podmínkách (1. část)

Z průzkumu skutečného působení dřevěných historických a starších konstrukcí i konstrukcí realizovaných v současném období jednoznačně vyplývá, že dřevo patří k významným a perspektivním konstrukčním materiálům. Příspěvek je sestaven zejména na základě poznatků získaných při ověřování vlastností konstrukcí a vyhodnocení výsledků průzkumu konstrukcí za účelem jejich sanace nebo rekonstrukce, na nichž se autoři článku podíleli, a to jak v České republice, tak i ve Velké Británii.

Základním předpokladem pro úspěšnou realizaci konstrukcí s bezpečnou únosností, spolehlivou použitelností a potřebnou životností je komplexní a podrobná projektová dokumentace, použití materiálu s vlastnostmi vhodnými pro daný účel konstrukce, kvalitní výroba konstrukčních prvků, dílců a spojů a bezchybné provedení stavby. Vady a následné poruchy mohou spočívat v nedostatcích projektové dokumentace, při procesu výroby, během skladování dřevěných prvků a dílců i v provedení montáže.

Zásady navrhování a realizace dřevěných konstrukcí

Obecně platnou zásadou je, že konstrukční prvky a dílce ze dřeva nemají být během výroby, skladování, transportu a montáže vystavovány klimatickým podmínkám nepříznivějším, než jsou předpokládány v dokončené konstrukci. Před použitím na stavbě má být dřevo vysušeno na vlhkost, odpovídající klimatickým podmínkám v realizované konstrukci. Právě tento požadavek nebývá v řadě případů dodržován a může být příčinou poruch dřevěných konstrukcí. Jde zejména o předmontážní stavy, kdy jsou konstrukční prvky a dílce nevhodně skladovány a montážní stavy, kdy není konstrukce dostatečně chráněna proti nepříznivým klimatickým vlivům. Způsob uskladnění, transportu a montáže konstrukčních prvků a dílců má být součástí projektové dokumentace, což zpravidla bývá dodržováno. Důležité ovšem také je, aby byla zabezpečena důsledná kontrola provádění stanovených postupů, zejména na staveništi. V praxi se vyskytují případy, kdy tato kontrolní činnost bývá podceňována a není dostatečně kvalifikovaně zabezpečena. V příspěvku jsou uvedeny vybrané příklady poruch způsobených nedodržením uvedeného požadavku.

Při návrhu dřevěných konstrukcí je třeba uvažovat vliv účinků sesychání a bobtnání dřeva na působení konstrukčních prvků, dílců i konstrukčních systémů. Závažnost těchto účinků závisí na typu a podmínkách působení konstrukce. Účinek teplotně vlhkostních změn, projevující se objemovými a tvarovými změnami dřeva (sesycháním a bobtnáním), je významný u konstrukcí lávek a mostů, u konstrukcí vystavených vnějším klimatickým vlivům, ale také u konstrukcí ve vnitřním prostředí, kde se vyskytují poměrně velké a dlouhodobé teplotně vlhkostní změny, jako jsou zimní stadiony, bazénové haly, sportovní haly, obchodní haly, případně i další konstrukce. Specifickou skupinu konstrukcí z hlediska rozměrových a objemových změn představují srubové a roubenkové stavby. Jedním z důležitých úkolů projektanta, výrobce a dodavatele je, aby v návrhu konstrukce byly respektovány vlivy sesychání, respektive bobtnání, na působení dřevěné konstrukce, a to i v návaznosti na použité typy přípojů konstrukčních prvků.

Podmínky působení dřevěných konstrukcí

Dřevěné konstrukce jsou navrhovány pro různé podmínky prostředí, a to zejména s ohledem na účel a způsob využívání objektu, jeho pozici z hlediska působení vnějších vlivů a řady dalších faktorů. Základní ustanovení týkající se zatížení, vlivů prostředí a zařazování dřevěných konstrukcí do příslušných tříd provozu jsou uvedeny v normativních dokumentech ČSN EN 1995-1-1 (standard používaný pro pozemní a inženýrské stavby), resp. v ČSN EN 1995-2 (pro mosty). S uvedenými normami pro navrhování dřevěných konstrukcí souvisí soustava dalších norem, které obsahují požadavky nejen na vlastnosti konstrukčních materiálů, trvanlivost dřeva a materiálů na bázi dřeva, ale i na ochranu dřeva, požární odolnost dřevěných konstrukcí, provádění a kontrolu konstrukcí, případně další specifické požadavky podle typu a účelu konstrukce.

Nepříznivé podmínky působení dřevěných konstrukcí

Názory na to, co je třeba považovat za nepříznivé podmínky z hlediska působení dřevěných konstrukcí, mohou být různé. K této problematice lze přistupovat tak, že správně navržené a realizované konstrukce splňovaly požadavky spolehlivé únosnosti i použitelnosti, aniž docházelo po dobu jejich životnosti k vadám a poruchám, i když dlouhodobě působily v klimaticky nepříznivých podmínkách. Řadu případů tohoto typu je možné zaznamenat u historických, dlouhodobě působících, dřevěných konstrukcí. V jiných případech se v určité fázi montáže konstrukcí a provozu objektů projevovaly poruchy, v mezních případech i havarijní povahy, zapříčiněné působením nepříznivých faktorů, mezi něž lze zařadit zejména vady v opláštění konstrukcí umožňujících zatékání a udržování nepřípustné vlhkosti, nerespektování spolupůsobení dřevěné konstrukce se spodní stavbou a základy, nedostatečnou únosnost spojů, nevhodné řešení konstrukčních detailů, případně další nepříznivé vlivy.

Mezi nepříznivé podmínky, které významně ovlivňují působení a vlastnosti dřevěných konstrukcí, lze zařadit zejména níže uvedené faktory, případně jejich kombinaci:

•    Vlivy vnějšího prostředí, kterým jsou vystaveny konstrukce lávek, mostů a externí části konstrukcí (například vnější části rámových sloupů a oblouků, vnější části střešních konstrukcí, terasy, pódia, vnější konzoly, případně další konstrukční části).
•    Výskyt nepřípustné vlhkosti dřeva vlivem zatékání vody do konstrukce nebo kondenzací. Tyto účinky v řadě případů souvisejí s nesprávným řešením nebo nekvalitním provedením střešního nebo stěnového pláště.
•    Zatékání vody do konstrukce v místech prostupů střešním pláštěm, například v oblasti střešních oken, světlíků, komínů, prostupů odvětrávacích potrubí, antén i jiných technologických zařízení. Mezi obzvláště citlivá místa patří podporové oblasti lávek a mostů, patky sloupů, rámů a oblouků. K zatékání do patek konstrukce může docházet i v interiérovém prostředí, pokud voda protéká opláštěním. Většinou se v těchto případech jedná o lokální místa zatékání, ovšem proces zatékání je dlouhodobý a vytváří se příznivé podmínky pro napadení dřevěných prvků dřevokaznými houbami a hmyzem.
•    Výrazné vlivy objemových a tvarových změn, především sesychání, respektive bobtnání, dřeva a materiálů na bázi dřeva, způsobující délkové a objemové změny konstrukčních prvků a dílců. Tyto vlivy jsou zásadní u konstrukcí mostního typu působících ve vnějším prostředí, ale také u konstrukcí větších rozpětí a konstrukcí nad plaveckými bazény a ledovými plochami. Z konstrukčního hlediska je důležitý návrh a provedení ložisek hlavních nosných prvků, umožňujících předpokládané posuvy podle výsledků řešení výpočtových modelů. Důležité je měření a sledování změn vlhkosti dřeva hlavních konstrukčních dílců od jejich dodání na stavbu, zjištění vlhkosti po montáži (výchozí stav pro sledování změn vlhkosti) a při provozním působení konstrukce. O měření vlhkosti by měly být vedeny záznamy, což obvykle bývá požadováno v technické zprávě projektu konstrukce. Podklady o změnách vlhkosti dřeva jsou zásadní při ověřování skutečného působení konstrukce v reálných podmínkách, při vyhodnocování vzniku a rozsahu výsušných trhlin, případně dalších faktorů. Rozsah, způsob měření a termíny kontrol stanovuje zpravidla projektant konstrukce.
•    Vlivy vyplývající z nepostačující únosnosti a tuhosti spodní stavby a základů. U konstrukcí větších rozpětí, jako jsou například sportovní haly a obdobné konstrukce, je nutné uvažovat interakci dřevěné konstrukce se spodní stavbou a základy. Deformace podpůrných konstrukcí mají podstatný vliv na působení dřevěných konstrukcí, které jsou na ně podepřeny.
•    Nevyhovující únosnost a tuhost konstrukčních detailů. Mezi nejdůležitější konstrukční detaily patří montážní styky. Jejich nevyhovující únosnost a nesprávné konstrukční řešení se na konstrukcích projevuje deformacemi a může být příčinou havarijních situací.
•    Nepříznivé vlivy transportu a montáže. Z hlediska působení konstrukcí jsou významné podmínky skladování prvků a dílců před transportem a montáží. Při nesprávném skladování může docházet ke znehodnocení dřevěných prvků konstrukce, jednak vytvářením příznivých podmínek pro napadení dřeva dřevokaznými činiteli a jednak změnami geometrického tvaru prvků.
•    Nekvalifikované zásahy do konstrukcí a nesprávné úpravy, které se následně nepříznivě projeví na působení konstrukcí. Mezi nejzávažnější zásahy patří odstraňování ztužidel a výztužných prvků (u střešních konstrukcí z důvodu umístění různých technologických zařízení). Tyto zásahy mají nepříznivý vliv na únosnost a stabilitu porušeného nosného dílce, ale též celé konstrukce.

Vybrané příklady dřevěných konstrukcí a prvků působících v nepříznivých podmínkách: vliv nepříznivého vnějšího prostředí – vysoká přirozená vlhkost

Dřevěná konstrukce lávky v přístavišti lodní dopravy na brněnské přehradě pod hradem Veveří je typickým případem konstrukce působící v poměrně malé výšce nad vodní hladinou, v lesní oblasti (Obr. 1). Vliv vnějšího prostředí na konstrukce tohoto typu je velmi podstatný.

Komplex zastávky lodní dopravy u hradu Veveří je tvořen dřevěnou zastřešenou lávkou a spojovací lávkou. Obě lávky umožňují spojení zastávky lodní dopravy s přístupovou cestou na hrad Veveří. Spojovací lávka s vodorovnou niveletou má délku 9,55 m, délka zastřešené lávky je 27,66 m. Světlá šířka obou lávek (vzdálenost mezi hlavními nosníky) je navržena 2,60 m.

Nosná konstrukce zastřešené lávky je vytvořena jako kombinace hlavních nosníků z lepeného lamelového dřeva a příhradové soustavy. V přípojích primárních nosných prvků jsou použity svorníkové spoje. Při kontrole působení lávky byl ověřován hlavně stav dřeva v oblasti spojů (Obr. 2) a podepření na ložiska (Obr. 3) po zimním období. V přípojích prutů příhradové soustavy byly svorníkové spoje již při výrobě zesíleny vruty proti nepříznivým účinkům příčných tahových napětí, která vznikají jednak působením přenášených sil skupinou kolíkových spojů uspořádaných v řadách za sebou a jednak působením nepříznivých teplotně vlhkostních změn.

Mezi dřevěné konstrukce, které působí v klimaticky nepříznivých podmínkách, patří také konstrukce bazénových hal a konstrukce zastřešení zimních stadionů. O těchto konstrukcích bylo podrobněji pojednáno například v [3]: bazénová hala v Brně Kohoutovicích, postavená v r. 2010; zimní stadion ve Vrchlabí, postaven v r. 2002; nezastřešená lávka v Brně přes ulici Drobného do arboreta Mendelovy univerzity, postavena v r. 2002.

U dřevěných konstrukcí působících v nepříznivých vnějších podmínkách je třeba dbát na konstrukční řešení detailů tak, aby se nevytvářely možnosti udržování vody a tím podmínky pro napadení dřeva dřevokaznými houbami a hmyzem.

Pro návrh dřevěných prvků je vlhkostní zátěž normativně definována pomocí tříd použití 1 až 3. Za vyšší vlhkostní zátěž je uvažováno se třídou 3 vykazující četný výskyt relativní vlhkosti vzduchu v hodnotě vyšší než 85 %, v ČSN 73 1702 je pro třídu použití 3 uvažována rovnovážná vlhkost jehličnatého dřeva v rozmezí 12 až 24 hm.% [4]. Při vyšších stavech rovnovážné vlhkosti dřeva poté hrozí zejména riziko napadení biotickými činiteli, především dřevokaznými houbami a při procesech opakovaného sesychání poté dochází k rozvoji výsušných trhlin. Pro omezení těchto negativních vlivů a pro zvýšení životnosti je proto žádoucí, aby při návrhu konstrukce bylo uvažováno s volbou trvanlivější dřeviny včetně řádné konstrukční ochrany dřeva omezující přímé působení srážkové vlhkosti na tyto prvky. Pro omezení vlivu objemových změn je doporučeno při výběru upřednostnit lepený sortiment vykazující nižší objemové změny oproti rostlému dřevu.

Na Obr. 5 a Obr. 6 jsou patrné důsledky zanedbané konstrukční ochrany dřeva, kdy jsou patrné projevy biotického poškození zejména v místech, kde se shromažďuje voda. Prvotní zásadou pak je u takto exponovaných konstrukcí, jako jsou mostní lávky či konstrukce vystavené exteriéru, umožnit rychlý a bezpečný odtok srážkové vody.

V příštím pokračování představíme nepříznivé účinky nekvalitní výroby a montáže dřevěných prvků a nepříznivé účinky vnějšího prostředí – uložení konstrukce na spodní stavbu a základy.

Autoři: doc. Ing. Bohumil Straka, CSc.; Ing. Milan Šmak, Ph.D.; doc. Ing. Jan Vaněrek, Ph.D.; Ing. Michal Zajíc
Kontakty: straka@bohumil.eu; milan.smak@seznam.cz
Foto: archiv autorů

Online magazín

Nastaviť odber noviniek

Please enable the javascript to submit this form

sk_SKSlovenčina
cs_CZČeština sk_SKSlovenčina