Otázky sanací betonových konstrukcí parkovacích a garážových objektů

1. Úvod

Ačkoli intenzivnější rozvoj výstavby parkovacích objektů je časově spjat teprve s posledními cca 2–3 dekádami, kdy si enormní nárůst počtu osobních automobilů zejména ve městech vynutil zavádění nezbytných nepopulárních regulací dopravy v klidu, postupně roste množství objektů tohoto typu, které se dostávají do životní fáze, kdy nezbývá než uvažovat o jejich sanaci.

Za varovné považujeme zjištění, že se často jedná o objekty velmi rozdílného stáří, které však trpí obdobnými neduhy a velmi snadno, resp. rychle mohou dojít do fáze, kdy se záměr sanace s ohledem na zjištěné skutečností mění v nutnost rekonstrukce.

2. Betonové stavby pro parkování vozidel

První objekty tohoto typu, pocházející z počátku dvacátého století. Stavět se začaly v centrech větších měst v těsném souběhu s tehdejším rozvojem železobetonových staveb. Nejedná se pouze o objekty v centru Prahy nebo Brna, ale např. i známé Novákovy garáže v Hradci Králové a řadu dalších.

Naše zkušenosti ukazují, že sloužily dlouho bez zásadních poruch, v éře méně rozvinutého automobilismu, ovšem cca od 70. let, kdy se začaly ve větším měřítku používat posypové soli jako chemické rozmrazovací látky a cca od 90. let, kdy začal výrazně narůstat počet vozidel, se jejich stav rapidně zhoršoval.

Míra tohoto fenoménu souvisí velmi úzce s charakterem jejich užívání, a proto jsme si v názvu dovolili rozlišení na parkovací objekty – s vysokou frekvencí obrátky vozidel, a garáží – ve smyslu objektů s obrátkou vozidel výrazně nižší. Intenzitu provozu je z našeho pohledu možno kategorizovat třemi základními úrovněmi, které se dále pokusíme verbálně charakterizovat.

Postupem času, zejména v nedávné době, se rozšířila výstavba parkovacích domů u obchodních center, letišť apod., kde se zdá obrátka vozidel nejvyšší, často podle konkrétního místa i nerovnoměrná. V menších, ale i větších městech je v provozu parkovacích domů poměrně dobře zřetelná víkendová špička a týdenní perioda se poměrně pravidelně opakuje s extrémy spojenými zejména se svátky na konci roku.

Střední úroveň z hlediska obrátky vozidel mohou představovat administrativní komplexy a objekty firemních centrál, kde převažuje při parkování soukromých vozidel zaměstnanců jedna denní obrátka a u služebních vozidel pak několika jednotek denně.

Nejnižší frekvence obrátky vozidel je pak u residenčních staveb, kde se v horní úrovni provoz blíží charakteru parkování soukromých vozidel zaměstnanců v administrativních budovách, ale obvykle je nižší, protože řada residentů nepoužívá svá osobní vozidla denně, spíše typicky vyjíždějí 1–2× týdně, nebo i méně.

Nikoli častým, ale přesto se vyskytujícím je i případ, kdy v garážích firemních nebo residenčních objektů nacházíme historické nebo sportovní vozy, které vyjíždějí jen velice zřídka.

Ve všech typech parkovacích objektů, snad pouze s výjimkou rezidenčních, nacházíme často i další provozy poměrně výrazně mokrého charakteru, jako jsou myčky vozidel, popř. i jejich různé servisy, kde může docházet k manipulaci s provozními náplněmi vozidel.

K ilustraci naznačených souvislostí jsme vybrali dva objekty různé konstrukce, stáří i provozního charakteru, jejichž stavebním stavem jsme se v nedávné době zabývali, a které přes řadu rozdílů vykazují množství společných znaků.

Odborná veřejnost už v poměrně širokém měřítku, chápe problematiku provozu garáží, vedle statických účinků pohyblivého zatížení i jako působení agresivního prostředí se střídavou vlhkostí a kritickém, zejména zimním, období i s přítomností velkého množství agresivní vody (s obsahem CHRL) v objektu.

Funkce podlahy v garáži se postupně rozšířila od úpravy povrchu dominantně důležité z hlediska čistitelnosti, barevnosti, vzhlednosti apod. až po hydroizolaci, resp. s rozvojem chemické zimní údržby pozemních komunikací i ochranu proti agresivnímu působení vodného roztoku s CHRL na nosnou konstrukci, tzn. dané intenzitě provozu přiměřeně odolnou pojížděnou izolační skladbu.

To je ovšem pohled dnešní, kterému bohužel nebyl v minulosti ne tolik vzdálené, přikládán odpovídající význam.

Obr. 1: Typický zimní stav podlahy – mezistropu hromadných garáží; louže na podlaze, průsaky trhlinami na podhledu

3. Podzemní garáž z počátku osmdesátých let

Obr. 2: Prokreslování poruch na opakovaně přemalovávaném podhledu stropu

Obr. 3: Další rozvoj jedné z mnoha poruch v místě průsaku stropu

Obr. 4: Detail poškození kovových konstrukcí, rozvodů a osvětlení v místě průsaků

Jedná se o objekt půdorysného rozměru cca 30 × 50 m o šesti podzemních podlažích. V době jejího vzniku byla často upřednostňována konstrukční soustava s využitím tzv. Wünschových stropů. Uplatňovala se jak v podobě zabudovaných prefabrikovaných hlavic v monolitických deskách – následně zvedaných, tak kupodivu i v případech monolitických konstrukcí prováděných na bednění v konečné provozní poloze. Ačkoli by se mohlo zdát, že jde o řešení systémové, průzkumy mnoha realizovaných staveb bylo zjištěno velké množství odlišných konstrukčních variant a mutací, z hlediska statického schématu i skutečného chování, zpravidla jen nedůsledně zachycených dostupnou projektovou dokumentací.

Několik havárií a poruchy těchto konstrukcí vedly ke zkoumání a posuzování jejich technického stavu. Některé byly zbourány, jiné opraveny, a ačkoli jejich řešení bylo kryto řadou patentů, nepodařilo se jejich statické působení uspokojivě vysvětlit tak, aby mohly být s přijatelnou mírou spolehlivosti staticky kladně posouzeny z hlediska své stability a bezpečnosti, takže tyto patenty musely být nakonec zrušeny a výstavba takových konstrukcí zakázána.

Jejich základním konstrukčním prvkem je kruhová prefabrikovaná hlavice předpjatá ovinutím, spojená s monolitickou částí desky. Toto tvarové řešení již samo o sobě, ale i se způsobem uspořádání výztuže a jejího propojení v obou částech vytváří řadu okrajových podmínek, spojených s technologií realizace, které se výsledně mohou demonstrovat řadou významných poruch.

Dnes u monolitických konstrukcí velmi pečlivě zvažujeme např. důsledky vázaného smrštění, tvaru a velikosti prováděných částí. V oblasti sanací betonových konstrukcí jsme si velmi dobře vědomi citlivosti problematiky spojení zatvrdlého betonu a správkových/sanačních hmot. Víme tedy, že stavební stavy mohou v betonových konstrukcích vyvolávat velmi významná namáhání, vedoucí ke vzniku poruch – zejména výrazných trhlin, již v jejich raném stádiu.

Problematické charakteristiky typické pro popisovanou konstrukci, ve spojení s agresivním charakterem mokrého provozu přirozeně nemohly zůstat bez odezvy. U starších objektů, kde se ještě nevyužíval systém tzv. nulových podlah, je navíc popsaná skladba vodorovné konstrukce překryta zpravidla do jisté míry odseparovaným následně prováděným cementovým potěrem, který se z hlediska objemových změn také choval naznačeným autonomním způsobem a který vlastně plošně zakrývá, pro spojitou konstrukci důležitou, oblast horního povrchu podporových zón, tzn. částí konstrukce s koncentrací namáhání při přenosu napětí z vodorovných do svislých nosných konstrukcí.

Projevy poruch obtěžujících provozně, ale možná i finančně z pohledu potenciální nutnosti nákladnějšího stavebního zásahu, byly opakovaně řešeny pouze kosmeticky, tzn. nikoli odstraněním jejich příčin, ale spíše jen následků, resp. lépe řečeno zakrýváním jejich následků.

Obr. 5: Příklad velké poruchy v místě smršťovací trhliny na rohu stropní desky s detailem „sanace“

Obr. 6: Typická trhlina v nadbetonované podlaze na patě rampy, jeden příklad dalšího zdroje zatékání

Stavba, už s konstrukčně poměrně významně redukovanou statickou rezervou, tak byla dlouhá léta provozována. Naštěstí dosud bez havárie s fatálními následky. Teprve neustále opakované neúspěšné pokusy o udržení v provozuschopném, rozuměno vzhledově přijatelném stavu, včetně nutnosti provádět rostoucí množství stále větších lokálních oprav, dovedly jejího majitele k ucelenějšímu posouzení a přípravě radikálního konstrukčního zásahu. Mj. vzhledem k diagnostickým zjištěním se ukázalo, že namísto rozsahem omezené sanace, bude nutno z mnoha věcných důvodů – včetně hledisek bezpečnosti a hospodárnosti, provést celkovou rekonstrukci objektu.

Jak renovovat podlahy v privátních garážích?
Podlahy v garážích mívají mechanické poškození, na podkladech jsou patrné trhliny, povrch je znehodnocen degradovanými nátěry, případně je beton znečištěn provozními kapalinami. Návod jak připravit podklad pro opravu a jak aplikovat finální povrchovou úpravu (ekonomické nebo estetické řešení).

4. Podzemní parkovací objekt z první dekády tohoto století

Druhým příkladem je poměrně nový objekt, provozovaný teprve na hranici pětileté záruční doby, který je součástí většího obchodního centra. Jde o objekt půdorysného rozměru cca 80 × 200 m o dvou podzemních podlažích: Jeho nosná konstrukce je řešena jako plně prefabrikovaná. Svislé sloupy žb. skeletu nesou příčné rámy, na nichž jsou v podélném směru velkorozponové předpjaté stropní panely. Celý objekt tvoří v podélném směru tři stejné dilatační celky (zdvojená svislá konstrukce), ztužené monolitickými jádry svislých komunikací. Skladba drátkobetonové vodorovné podlahové desky se vsypem, leží na vyrovnávací vrstvě písku. Drátkobetonová deska byly nařezána na smršťovací pole cca 6 × 6 m a řezy následně zatmeleny.

Tmelová výplň se postupně v některých místech porušila, desky podlahy se při provozu začaly mírně pohybovat deformovat vysycháním horního povrchu a stropní skladbou protékala agresivní voda, která se částečně zdržovala v pískové vrstvě, lokálně kapala volnými styčnými spárami stropních panelů, ale především po nich stékala na úložné plochy průvlaků a po sloupech dolů.

Obr. 7 Typický stav ocelových prvků – použitých pro bednění pracovních spár drátkobetonové vrstvy podlahy se vsypem

Obr. 8 Příklad charakteristického stavu rozvoje trhlin na pojížděném povrchu drátkobetonové podlahy garáží

Z hlediska charakteru agresivní vody byla v tomto případě konstrukce chráněna pouze vlastní alkalitou, což je v případě ataků chloridovými ionty zcela neúčinné, tzn., že prakticky nebyla chráněna vůbec.

Zjevné poruchy nebyly patrné jen velmi krátkou dobu po uvedení do provozu a již první zimní období znamenalo rapidní rozvoj poškození, které se s každou další vlhou vlhkosti v interiéru dále rozvíjelo. Chloridy pronikaly s vodou do konstrukcí nejen spárami a trhlinami, ale i v ploše drátkobetonové podlahy a napadaly korozně veškeré ocelové části, s nimiž se dostaly do styku.

Obr. 9 Vlevo příklad prvních známek rozvoje koroze oceli, vpravo bližší pohled na korodující drátky v oblasti řezané spáry

Obr. 10 Příklady rozvoje plošné koroze drátků, vpravo v kombinaci s přidanými pruty betonářské výztuže v podporovém pruhu

Obr. 11 Příklad stavu nosné konstrukce – prefabrikovaných průvlaků pod stropem

Po většinu záruční doby se pozornost zúčastněných zaměřovala na řešení těsnosti spár. Až námi provedená diagnostika zkonstatovala velmi vysoký obsah chloridů v napadených částech, tj. podlaze a části nosných konstrukcí pod stropem. Provedená měření ukázala, že obvykle koncentrace Cl⁻ s hloubkou pod povrchem podlahy rostla, avšak v některých místech byla blíže pod povrchem nižší, než v hlubší úrovni, což znamená, že místy dochází i k jejich přechodnému vymývání.

Výplně spár byly bez valného výsledku v některých částech opraveny, a když se poruchy opakovaly, bylo hledáno odolnější řešení. Tento postup se nedařil mj. i proto, že jednotlivé desky prakticky plavaly na vyrovnávací pískové vrstvě, která lokálně promrzala a zejména v oblasti komunikací umožňovala výrazné pohyby ve vodorovném směru od účinků pohybu vozidel (brždění, akcelerace, změna směru jízdy apod.).

Obr. 12 Ukázky odebraných vývrtů z podlahy – vlevo otisk viditelné nerovnosti pískové vyrovnávací vrstvy, vpravo průběh smršťovací trhliny ve vzorku z oblasti řezané spáry

5. Analýza stavu a porovnání

Příklady parkovacích objektů betonové konstrukce, zvolených pro srovnání z hlediska možnosti provedení jejich sanace jsou rozdílné z pohledu jejich stáří, konstrukčního uspořádání, použitého betonu, technologie jeho zpracování i frekvence parkování, avšak velmi podobné při srovnání aktuálního technického stavu a výchozích podmínek pro nutnou opravu.

U obou objektů vrstva podlahy prakticky znemožňuje kontrolu horního povrchu nosné konstrukce pod ní, což je mj. velmi významné u starší z nich, jelikož stav koroze horní výztuže, zejména v podporové oblasti a perimetru hlavic je zcela zásadní pro posouzení její bezpečnosti a trvanlivosti. Hlavně z projevů poruch v mezipodporových oblastech, patrných na spodním líci tohoto objektu (a několika nakonec v rámci oprav provedených sond shora) je možno zprostředkovaně soudit, že korozní stav zde dobrý není. Zatékání trhlinami shora má ve srovnání s odparem v opačném smyslu (zejména při opatření povrchu nátěry, jak tomu zde je) zpravidla kladnou bilanci a cyklicky střídané fáze provlhání a vysychání jsou příznivé jak z pohledu transportu Cl⁻ do konstrukce, tak korozního procesu oceli samotného.

Trhliny v podlahovém potěru nekorespondují polohově s trhlinami ve vodorovné nosné konstrukci pod ním, což při průsaku směrem dolů nutně vede také k plošnému pohybu agresivní vody po tomto rozhraní a tudíž atakování většího rozsahu povrchu nosné konstrukce, než při lokálním průniku vody např. neřízenou smršťovací trhlinou.

Velmi pravděpodobná je nižší kvalita betonu potěru, především jeho hutnost a pórovitost v porovnání s betonem nosné desky, vytváří potenciální kapacitu pro akumulaci shora prosakující vody, která pak postupně může působit po delší dobu na povrch nosné části stropu.

Mladší konstrukce je montovaná a styky jejích konstrukčních prvků nejsou řešeny jako těsné, takže z hlediska vytékání shora prosakující vody dole působí pozitivně, avšak jejich tvarové uspořádání vede k akumulaci agresivní vody a jejímu směřování do staticky citlivých míst konstrukce.

Tato garáž má nosnou desku podlahy vystavenu agresivní vodě přímo, protože silikátový vsyp na průchod vody s Cl⁻ nemá prakticky žádná vliv. Plošné rozvedení agresivní vody a její jistá akumulace, podobně jako v potěru starší konstrukce, je zde umožněna v pískové vyrovnávací vrstvě. Tento jev je zde na rozdíl od starší konstrukce velmi dobře pozorovatelný, když voda vykapává z podhledu ještě několik týdnů po tom, co dávno ustal její přísun na horní povrch podlahy a ten postupně oschl.

Oblasti zdržení a průchodu agresivních vod jsou ve velmi úzké korelaci s intenzitou rozvoje poruch spojených s korozí výztuže nosné konstrukce (vodorovné i svislé) pod každým parkovacím podlažím. Zjištěná lokalizace a míra zasolení betonu předpjatých stropních panelů ukázala, že jejich velmi kvalitní beton je také výrazně hutný, neboť vyšší zaznamenané hodnoty jsou v, především průsaky intenzivně smáčených, částech styčných spár a na prefabrikátech nejsou patrná porušení betonu v důsledku koroze oceli.

Pro oba objekty je společným znakem vysoká míra zasolení, především obsah Cl⁻, jejíž efektivní snížení na přijatelnou míru je u skutečné rozsáhlé konstrukce prakticky neproveditelné. Doposud známé chemické postupy jsou poměrně omezeně uplatnitelné v laboratorním měřítku na malých prvcích, nikoli však na celých stavebních objektech.

Tato skutečnost významně limituje možnosti využití zdánlivě jednoduchých řešení, jako by bylo např. zesílení kritických částí přidanou výztuží u staršího objektu, nebo utěsnění spár podlahy u objektu mladšího.

6. Shrnutí a závěr

Po zvážení řady hypoteticky možných variant sanací a zesílení se nakonec jako technicky i technologicky racionální a hospodárné ukázalo řešení postavené na odstranění betonu nadlimitně kontaminovaného Cl⁻ z konstrukce. Sanace se tak rázem změnila v rekonstrukci, aby bylo možno predikovat dosažitelné prodloužení životnosti objektů a tedy i hospodárnost vynaložení nutných prostředků.

U obou příkladů byl hrubě podceněn charakter provozu parkování vozidel ve smyslu jeho vlivu na nosnou konstrukci, a to i přesto, že zejména v případě mladšího objektu platná norma pro podlahy doporučovala takové jejich provedení, aby zajistilo i ochranu nosné konstrukce objektu.

Enormní tlak na co nejnižší pořizovací cenu, elementární projekční pochybení, tzn. úplné zanedbání posouzení stavebního návrhu z hlediska všech působících zatížení i nekvalifikovaný přístup vlastníka/provozovatele, samozřejmě vedle kombinace dalších okolností, podstatnou měrou přispěly k dosažení standardně nesanovatelného stavu konstrukce. V případě starší z konstrukcí sice za delší dobu při méně intenzivním provozu, ale s podstatně vyšší mírou rizika vzniku statické poruchy – havárie. U novější konstrukce s vyšší intenzitou provozu již v horizontu pětileté záruční lhůty, která se tak významně přiblížila délce životnosti, neboť bez včasného zásahu do stávajícího stavu a provozního režimu na sebe nedá rozsáhlejší ohrožení nosné konstrukce samotné dlouho čekat.

V obou případech již není možné uplatnit levné ani jednoduché řešení opravy. Zanedbáním posouzení navrženého stavebního řešení i řádné údržby a oprav objektu byla promarněna možnost relativně jednoduchého a nákladově účelu odpovídajícího řešení zajištění včasné ochrany konstrukce. Tato skutečnost vedle vysokých nákladů na opravu generuje také velké provozní komplikace spojené s nutností zajištění náhradního parkování i postupem samotné rekonstrukce v daných místních podmínkách.

S ohledem na opakování chybných řešení i vývoj provozních podmínek je možno s vysokou pravděpodobností předpokládat, že výskyt podobných případů bude v nedaleké budoucnosti vykazovat vzrůstající trend.

Poděkování

Příspěvek vznikl za podpory grantu GAČR P105/12/G059 Kumulativní časově závislé procesy ve stavebních materiálech a konstrukcích.

Související normy

1. ČSN ISO 13822 Zásady navrhování konstrukcí – Hodnocení existujících konstrukcí,
2. ČSN 73 6058 /1987 Hromadné garáže,
3. ČSN 73 6058 /2011 Jednotlivé, řadové a hromadné garáže,
4. ČSN 74 4505 Podlahy Společná ustanovení