Poruchy dřevěných prvků krovových a stropních konstrukcí a jejich údržba

Úvod

Dřevo je součástí kulturních památek mnoha civilizací již od počátku vývoje lidstva [1]. Je však materiálem přírodním, a proto disponuje velkou mnohotvárností danou růstovými podmínkami, prostředím a dědičnými dispozicemi. Kvůli svému rostlinnému původu je dřevo trvale vystaveno degradačním procesům zejména biotické, ale i environmentální (nebiologické) povahy [2], které způsobují významné změny fyzikálních, mechanických a chemických vlastností. Rozsah poškození závisí na prostředí, ve kterém se tento materiál nachází, a na procesech, jimž je vystaven. Z pohledu stavebních konstrukčních prvků je významná změna pevnosti dřeva a jeho odolnosti. Odolnost dřeva (rezistence) proti znehodnocení biotickými činiteli se nazývá přirozená trvanlivost. Je rozdílná podle druhu dřeva a závisí na obsahu extraktivních látek, jako jsou třísloviny, flavonoidy, terpenoidy apod. Údaje o přirozené trvanlivosti některých druhů dřevin uvádí norma EN 350–2 [3]. Dlouhodobé působení zejména biotických činitelů může v konečném důsledku způsobit nefunkčnost konstrukčního prvku, případně celé konstrukce. Proto je volba materiálu a jeho následné monitorování v konstrukcích zásadní a praktickou otázkou.

Vhled do problematiky

Nejčastější poruchy dřevěných konstrukcí je možné rozdělit do kategorií podle vlivů zapříčiňujících jejich vznik:

1. Napadení biologickými vlivy.
2. Napadení nebiologickými vlivy – přirozené vady dřeva, vlivy atmosférické koroze (přirozené stárnutí dřeva), tzv. rozvlákňování.
3. Poruchy vzniklé zvýšenou vlhkostí, případně přírodními živly.
4. Poruchy vzniklé nerespektováním základních konstrukčních zásad pro ochranu dřeva.
5. Poruchy vzniklé nevhodně zvoleným materiálem nebo nedostatečnými dimenzemi prvků.
6. Poruchy související se změnou užívání objektu.
7. Poruchy vzniklé nekvalifikovanými zásahy.

Ad 1 Napadení biologickými vlivy

Jedná se o poruchy vzniklé porušením dřevní hmoty biotickými činiteli, mezi něž řadíme dřevokazný hmyz a dřevokazné houby. Častý problém je i výskyt mikroskopických vláknitých hub, lidově nazývaných plísně. Rychlost destrukční činnosti, a tím i snížení pevnosti prvků jsou závislé na druhu biotického činitele a jeho vývojových fázi. Biodegradace probíhá nejrychleji při 20–30% vlhkosti dřeva. Dřevokazný hmyz a dřevokazné houby zpravidla v krovových konstrukcích působí symbioticky a pro jejich aktivní vývoj je zvýšená vlhkost dřevěných prvků nezbytná.

Dřevěné prvky (nové krovové konstrukce nebo výměny či protézy při konstrukční sanaci) by měly být vždy ošetřeny biocidním chemickým prostředkem. Jedná se o preventivní ochranu, která má dva účinky – repelentní a „sterilizační“, a to dle praktických zkušeností bionomie hmyzu a normy ČSN EN 370 [5]. Ta přímo definuje postup účinku chemické ochrany, kterou je možné použít pro jakékoliv povrchové aplikované ošetření, které je určené k zabránění výletu dospělých jedinců, ale není určené k likvidaci larev v napadeném dřevě. Tato metoda eliminuje dalš í generační vývoj identifikovaného dřevokazného hmyzu, a tím další destrukci dřevní hmoty. V momentě, kdy se dospělý jedinec bude snažit vytvořit výletový otvor, jímž bude chtít opustit strukturu dřeva při žíru vrchní povrchové vrstvy ošetřené chemickým prostředkem, uhyne. Uvedená metoda však nezajišťuje likvidaci živých larev ve struktuře dřeva, kam se chemická látka kvůli nízké propustnosti dřeviny (určené pro stavební účely – smrk/jedle) nedostane. Postřik ve formě preventivní repelentní látky je nutné provést alespoň ve dvou vrstvách dle technického listu výrobce a aplikovat detailně (včetně trhlin a spár) a v koncentraci doporučené výrobcem. Chemické prostředky na dřevo jsou fungicidní s typovým označením ochranné vlastnosti FB (účinnost proti dřevokazným houbám třídy Basidiomycetes) dle ČSN 49 0600-1 [6], doplněné o ochrannou vlastnost I_P (účinnost proti dřevokaznému hmyzu) z důvodu symbiotického působení hmyzu a hub.

Obr. 1: Ukázka rozpadu dřeva soklu oltáře v kostele v Horním Slavkově po působení dřevokazné houby hnědé hniloby

Obr. 2: Destrukce dřeva – stropního trámu v zazděné kapse a jeho rozpad po symbiotickém působení houby hnědé hniloby a dřevokazného hmyzu (červotoče umrlčího)

V případě rozsáhlého, a zejména aktivního napadení dřevokazným hmyzem je možné účinně konstrukci chránit pomocí vhodně zvolené sanace, nejčastěji prostřednictvím tepelné energie. V současnosti se z dostupných metod využívajících tepelnou energii nabízí ošetření horkým vzduchem nebo mikrovlnnou energií (metody byly publikovány ve sbornících STOP). U degradace způsobené dřevokaznými houbami (obr. 1) je efektivní aplikovat konstrukční sanaci (protézování nebo celkovou výměnu prvků). Prvním krokem však vždy zůstává odstranění příčin zvýšené vlhkosti.

Ad 2 Napadení nebiologickými vlivy

Obr. 3: Ukázka stárnutí dřeva (atmosférická koroze) vlivem abiotických činitelů

Obr. 4: Ukázka nízké kvality stavebního řeziva v RD

Mezi poškození nebiologickými vlivy lze nejčastěji řadit působení vody dešťové (srážkové) nebo ve formě sněhu a ledu. Dále působení slunečního záření a zvýšení teploty povrchu dřeva. UV záření vyvolává typické zešednutí povrchu dřeva (obr. 3), a to v důsledku degradace jeho povrchové vrstvy. Mezi tyto vlivy také řadíme agresivní prostředí (vítr, prach, emise) či poškození živly, jako jsou požáry či povodně.

Norma ČSN 49 1531-1 a navazující ČSN 73 2824-1 [4] uvádí, že dřevo na stavebn í konstrukce, tabulkově řazené do kategorie „konstrukčních prvků“, ma nejvyšší povolenou vlhkost 20 %. Dřevo o vlhkosti vyšší než 20 % se stává atraktantem pro dřevokazný hmyz a houby. Norma rovněž uvádí, že dřevo pro trvalé a nové konstrukce musí být řazeno do 1. třídy jakosti, musí být zdravé, bez suků a jiných vad, s vlákny rovnoběžně s podélnou osou prvku [4]. Dřevo v nové konstrukci musí mít možnost vysychat stálým prouděním vzduchu, je nutné zajistit dostatečné větrání. Norma také charakterizuje trhliny, které vznikají zbytkovým vlhkostním napětím a jsou patrné u zabudovávaného nedostatečně vysušeného dřeva, jež pak v konstrukci dodatečně vysychá a vzniká tenze, která způsobuje roztržení dřevních vláken a vznik trhlin. Norma dále definuje velikost a počet suků. Pro třídu jakosti S0 (řezivo vysoké pevnosti) nesmí být rozměr suku větší než 50 mm a u třídy SI (řezivo normální pevnosti) větší než 70 mm. Shnilé suky se nedovolují. Řezivo na stavební účely musí být řádně odkorněno. Dřevo i před aplikací ochranných prostředků musí být kompletně zbaveno kůry, lýka a všech nečistot, dle ČSN 49 0600-1 [6] (obr. 5, 6).

Obr. 5: Detail poškození sekundárním dřevokazným hmyzem

Obr. 6: Detail zbytku kůry s matečnými chodbami po kůrovci

Mezi často diskutovaná témata také patří tzv. rozvlákňování. Je důsledkem ošetření dřevěných prvků retardérem hoření obsahujícím amonné soli, které nevratně rozrušují povrch dřeva. Tento proces je kontinuální, snižuje celistvost dřevní hmoty, a tím také mechanickou pevnost.

Ad 3 Poruchy vzniklé zvýšenou vlhkostí, případně přírodními živly

Dřevo se svou vlhkostí přizpůsobuje vnějším podmínkám. Přijímáním nebo vydáváním molekul vody ve formě vodní páry se dřevo dostává do stavu vlhkostní rovnováhy se svým okolím (teploty a relativní vlhkosti vzduchu). Ve stavební praxi to znamená, že pokud je relativní vlhkost vzduchu delší dobu 95–99 %, vlhkost dřeva má hodnotu okolo 28–30 %. Vlhkost dřeva má velký vliv i na jeho praktické užívání v konstrukcích. Cyklické střídání hodnot vlhkosti a zvýšená vlhkost mají mnoho negativních projevů. Vyšší vlhkost snižuje pevnost dřeva, zvyšuje riziko napadení dřevokazným hmyzem a houbami. Měnící se vlhkost způsobuje tvarové změny příčného průřezu, vznik trhlin apod. Z hlediska vlhkostních podmínek ve dřevě v interakci s biotickým napadením lze stanovit hranice vlhkosti pro dřevokazný hmyz a dřevokazné houby takto:

• dřevokazný hmyz: w_min. = 10 %, w_optimum = 30 %,
• dřevokazné houby: w_min. = 20 %, w_optimum = 30 %.

Relativní vzdušná vlhkost synergicky doplňuje vlhkost dřeva, vytváří mikroklima prostor, a tím možné optimální okrajové podmínky pro rozvoj biotické degradace. Hodnoty vlhkosti vnitřního prostředí specifikuje norma ČSN P 73 0610 [7].

Zvýšená vlhkost je téměř vždy signifikantní příčinou většiny poruch materiálů a prvků konstrukcí objektů, nejen těch dřevěných. Samozřejmě velmi nebezpečné jsou pro dřevěné konstrukce přírodní živly jako oheň a voda. Řada norem a Eurokódů se zabývá požární ochranou a uvádí postupy pro návrh konstrukcí na odpovídající únosnost s ohledem na požadovanou dobu požární odolnosti. U stávajících objektů je řešení dáno vývojem retardérů hoření (protipožární nátěry) a ochranných systémů varujících před vznikem požáru. Je však pravdou, že se v minulosti masivní užívání retardérů hoření, zejména těch na bázi amonných solí, výrazně nevyplatilo. Rozvlákňování povrchu dřeva, které způsobily, je v současnosti velkým problémem a jde o proces prozatím nezastavitelný a neřešitelný (obr. 7a, b).

Obr. 7a: Detail makroskopické struktury dřeva vykazující rozvláknění povrchu

Obr. 7b: Detail odebraných vláken dřeva na povrchu krokve v kostele sv. Rocha v Praze

Ad 4 Poruchy vzniklé nerespektováním základních konstrukčních zásad pro ochranu dřeva

Poruchy vzniklé při nedodržení základních konstrukčních zásad, které jsou pro dřevo a dřevěné prvky běžné a zaužívané, jsou bohužel časté. Respektování konstrukčních zásad prodlužuje trvanlivost dřeva ve stavbách. U krovových konstrukcí se často setkáváme se zazděným zhlavím trámů, které je následně rozrušeno činností hub hnědé hniloby. Dalším rizikem jsou prvky uložené na zdivo nebo do zdiva zazděné, jako například vazné trámy a pozednice uložené po celé délce. Zvláště trámy „natvrdo“ zazděné do obvodového zdiva velmi často a v krátké době podléhají degradaci dřevokazných hub hnědé hniloby (obr. 2). Důvodem je nemožnost dřeva vysychat a odvádět vlhkost nahromaděnou na povrchu ze zvýšené relativní vzdušné vlhkosti v zimních měsících a při trvalých deštích. Konstrukční ochranou je v těchto případech vytvoření vzduchové mezery 30 mm (nejlépe až 50 mm) kolem dřeva. Trámy, které jsou ve styku se zdivem, se doporučuje ukládat na tvrdá listnatá dřeva – podložky, nejlépe z dubu nebo akátu. Ty více odolávají působení dřevokazných hub a také umějí lépe pracovat s vlhkostí. V konstrukci je nutné zajistit trvalé a přirozené proudění vzduchu. Pozornost je nutné věnovat úžlabí, provádět pravidelné kontroly střešní krytiny, u hřebene je potřeba zajistit odvětrání a pravidelně sledovat okapový systém.

Ad 5 Poruchy vzniklé nevhodně zvoleným materiálem nebo dimenzemi prvků

U dřevěných konstrukcí je nutné volit materiál, který nevykazuje poškození biologickými vlivy, nadměrnými růstovými vadami a má vhodné mechanicko-fyzikální vlastnosti pro zajištění následné statické funkce. Nevhodně zvolené materiály nebo dimenze vedou při zatížení konstrukce k rozsáhlým deformacím, průhybům v důsledku přetížení apod. Poddimenzování průřezů konstrukčních prvků tyto deformace ještě více prohlubuje a zkracuje statickou funkci celé konstrukce (obr. 8).

Ad 6 Poruchy související se změnou užívání objektu

Když objekt přestane plnit svoji funkci a najde nové uplatnění, jiné, než bylo původně zamýšleno, velmi často dochází k deformacím způsobeným přetížením celé konstrukce. Často se jedná o změnu užívání jednotlivých podlaží, kdy stávající stropní konstrukce pak nemá dostatečnou únosnost. Dále jsou typické poruchy vznikající při výměně střešních krytin či u nových skladeb střech při tvorbě podkrovních jednotek. Zde dochází ke změnám mikroklimatu, případně kondenzaci vlhkosti (v případě, kdy ve skladbě dochází k uzavření dvou vrstev s různými difuzními odpory), a to může vést k rozvoji biologických vlivů.

Ad 7 Poruchy vzniklé nekvalifikovanými zásahy

Zde je možné poznamenat, že se jedná často i o havarijní zásahy, které konstrukci ještě více škodí (obr. 9). Dále dochází k poruchám při opravách a údržbě zejména střešních plášťů, mnohdy jde o zásahy související se změnou užívání objektu.

Obr. 8: Detail trhliny na nevhodně dimenzovaných krokvích v místě osazení střešního okna

Obr. 9: Nevhodné provizorní řešení poruch střešního pláště

Údržba dřevěných prvků konstrukcí

Na schématu (tab. 2) jsou uvedeny jednotlivé fáze způsobu ochrany dřevěných prvků konstrukcí. V rámci údržby je nutné dbát zejména na fázi 0 – preventivní ochranu, kam spadá konstrukční ochrana, dodržování preventivní chemické ochrany a její pravidelná obnova (dle výrobců chemických prostředků cca 3 roky pro prvky vystavené působení vnějšího prostředí) (obr. 10).

Obr. 10a, b: Preventivní chemická ochrana z vnější strany objektu

Do této fáze také patří pravidelný monitoring objektu jako celku. Pravidelné větrání a udržování mikroklimatu, sledování kvality střešního pláště, zejména před zimou a po zimě, v průběhu deště apod. Nové konstrukční zásahy by měly odpovídat pravidlům konstrukční ochrany, zejména při výměně prvků či protézaci nebo u stropních trámů nově uložených do kapes zdiva. Do údržby také patří fáze 3, tedy stálé sledování změn vlhkostních podmínek, a to nejen krovových konstrukcí, ale i v nižších patrech objektu, jako jsou sklepy. Zvýšená vlhkost může způsobit rozvoj biologických vlivů (nejčastěji dřevokazných hub), které se pak mohou objektem rozšířit (nejčastěji jako fragmenty na oblečení či obuvi) až do krovové konstrukce (obr. 11).

Obr. 11: Ukázka nálezového ložiska dřevomorky domácí ve sklepních prostorách zámku ve Velkých Losinách a její přenesení až do prvků krovové konstrukce při obnově

Důležité i z hlediska údržby je věnovat pozornost novým prvkům, které do konstrukce vstupují, často při drobných opravách. Je nutné, aby byly preventivně ošetřeny a nestaly se zdrojem nové biotické degradace, a to zejména při problematické kvalitě dnešní dřevní suroviny (obr. 12).

Obr. 12a: Provedení chemické ochrany (postřik) dřeva, které bude sloužit k výměně poškozených prvků v objektu

Obr. 12b: Postřik prvků nově zabudovaných do konstrukce

Fáze 1 a 2 už popisují jednotlivé způsoby sanace. Nejdříve určení biotické degradace, míry poškození, rozsahu, aktivity a zejména příčiny. Z toho vyplyne návrh sanace a odstranění příčiny. Jednotlivé postupy a metody sanace byly popsány ve sbornících ze seminářů STOP, ukázky na obr. 13–15.

Obr. 13a, b, c: Praktická ukázka chemické tlakové injektáže

Obr. 14: Ukázka mikrovlnné sanace stropního trámu roubeného objektu

Obr. 15: Ukázka horkovzdušné sanace větrného mlýna u obce Bravinné (okr. Nový Jičín)

K těmto fázím se přistupuje ve chvíli, kdy je degradace dřevěných prvků masivní, stále aktivní a je nutné ji v prvním kroku určit a definovat a v druhém odstranit. Jednotlivé uvedené kroky se mohou i v průběhu existence objektu několikrát opakovat – jde o nekonečný proces rehabilitace objektu a udržování jeho vitality, protože se stále jedná o živý organismus, jehož materiály podléhají faktoru stáří a mnohé i biologické degradaci. S tím je nutno počítat, tyto změny sledovat a být připraven tyto situace řešit.

Tab. 2: Fáze postupu ochrany a sanace dřevěných prvků konstrukcí

(Autor: Andrea Nasswettrová)

Použitá literatura

1. POŽGAJ, A., CHOVANEC, D., KURJATKO, S., BABIAK, M. 1997: Štruktúra a vlastnosti dreva. Bratislava: Príroda a.s., 485 s. ISBN 80-07-00960-4.
2. YOKOYAMA, M., GRIL, J., MATSUO, M., YANO, H., SUGIYAMA, J., KUBODERA, S., MISTUTANI, T., SAKAMOTO, M., OZAKI, H., IMAMURA, M., KAWAI, S. 2009: Mechanical characteristics of aged Hinoki wood from Japanese historical buildings. Comptes Rendus Physique, 10 (2009) 601–611.
3. ČSN EN 335-2 Trvanlivost dřeva a materiálů na bázi dřeva. Definice tříd použití – část 2: Aplikace na rostlé dřevo (2007).
4. ČSN 49 1531-1 Dřevo na stavební konstrukce – Část 1: Vizuální třídění podle pevnosti (1998). Nahrazuje ji ČSN 73 2824-1 Třídění dřeva podle pevnosti – Část 1: Jehličnaté řezivo.
5. ČSN EN 370: Ochranné prostředky na dřevo. Stanoven í ničivého účinku ochranného prostředku zabraňujícímu výletu Anobium punctatum (De Geer). (1996).
6. ČSN 49 0600-1 Ochrana dřeva. Zakladní ustanovení – Část 1: Chemická ochrana (1998).
7. ČSN P 73 0610 Hydroizolace staveb – Sanace vlhkého zdiva – Základní ustanovení.
8. Sborníky ze seminářů STOP věnovaných dřevu a dřevěným konstrukcím.