Stavebně-technický průzkum brněnského kina Scala
Příspěvek pojednává o realizovaném stavebně-technickém průzkumu kina Scala v Brně. Jedná se o historický objekt, jehož stavba byla dokončena v roce 1928. Základním účelem diagnostického průzkumu byla pasportizace poruch a vad hodnocené konstrukce, stanovení kvality betonu, identifikace způsobu vyztužení, posouzení příčin identifikovaných vad a poruch, posouzení celkového stavu stropní konstrukce ve vztahu k uvažovaným úpravám objektu nad kinem.
Stavebně-technický průzkum brněnského kina Scala
1. Úvod
V létě roku 2016 byly realizovány diagnostické práce v rámci stavebně technického průzkumu vybraných konstrukční celků a prvků v objektu kina Scala, Jakubské nám. 5 / Moravské nám. 3. Mezi vybrané konstrukční celky patří konstrukce kolem hlediště a jeviště kina, konkrétně sloupy, stropní průvlaky a stropní deska.
Základním účelem prováděného diagnostického průzkumu byla pasportizace poruch a vad hodnocené konstrukce, stanovení kvality betonu, identifikace způsobu vyztužení, posouzení příčin identifikovaných vad a poruch a posouzení celkového stavu stropní konstrukce ve vztahu k uvažovaným úpravám hlediště divadla.
Obrázek 1.: Pohled do hlediště kina Scala
Stavba objektu byla dokončena roku 1928 a je nutno říci, že na tehdejší dobu je konstrukce postavena velmi směle a ekonomicky. V dané době se na větších stavbách beton míchal v osvědčených menších míchačkách, najednou se dalo připravit kolem 0,5 m3 betonové směsi. Proto může být kvalita betonu velmi různorodá. Významný stavební zásah byl realizován v 70. letech 20. století – byly montovány ocelové konstrukce, které vynášejí promítací plochu, maskování obrazu, oponová zařízení a ozdobnou část proscenia. V tomto období byla také provedena montáž ocelové konstrukce balkonů, která vynáší sedačky hlediště v novém uspořádání. Dále vzniklo opláštění stěn. Pohled na konstrukci kina Scala je uveden na Obr. 1.
Na základě předběžného šetření byly specifikovány diagnostické práce in-situ. Při diagnostických pracích na hodnocených konstrukčních celcích objektu byly prováděny následující práce s dílčími cíli:
- Identifikace a ověření způsobu vyztužení kombinací nedestruktivních a semidestruktivních metod (elektromagnetické sondy, georadar, sekané sondy).
- Ověření kvality betonu na odebraných jádrových vývrtech (6 odběrových míst jádrových vývrtů o průměrech 50 a 75 mm, výroba zkušebních těles, laboratorní zkoušky pevnosti v tlaku a objemových hmotností, rozbor a hodnocení karbonatace betonu).
- Endoskopická, vizuálně defektoskopická prohlídka zhlaví sloupů na stycích se stropní konstrukcí za účelem stanovení případných poruch a vad. Endoskopické prohlídky včetně pořízení fotodokumentace identifikovaných poruch a vad ve vizuálně nedostupných oblastech za stávajícími obklady interiéru kina. Zpracování výkresové a textové formy identifikovaných nálezů.
- Pasportizace poruch stropní konstrukce z dolního líce. Endoskopická vizuálně defektoskopická prohlídka dolního líce desek a bočních stěn trámů pod stávajícími akustickými deskami podhledu kina. Pořízení fotodokumentace identifikovaných poruch a vad. Zpracování výkresové a textové formy identifikovaných nálezů.
- Stanovení příčin identifikovaných poruch a vad stropní konstrukce a zhlaví navazujících sloupů svislého nosného systému. Analytické vyhodnocení nálezů diagnostického průzkumu.
- Zjištění a posouzení celkového stavu v kontextu uvažovaných úprav hlediště divadla.
2. Metodika diagnostických prací
2.1 Rozbor podkladů, podrobná vizuálně defektoskopická prohlídka
Před vlastní realizací diagnostických prací byla prostudována dostupná projektová dokumentace a dřívější odborné posudky objektu a také byla provedena předběžná vizuálně defektoskopická prohlídka vzdušných líců konstrukčních prvků a celků. Na základě těchto prohlídek byla navržena použitá technologie provádění diagnostických prací. Na Obr. 2 je uveden půdorys konstrukce s lokalizací realizovaných sond.
Obrázek 2.: Půdorys konstrukce s lokalizací realizovaných sond
2.2 Ověření kvality betonu na jádrových vývrtech
Bylo odebráno 7 jádrových vývrtů. Lokalizace sond je uvedena na Obr. 2. Jeden jádrový vývrt profilu 75 mm sloužil k prořezání trhliny, aby bylo možné prohlédnout lomovou plochu trhliny a zároveň se na něm zkoušela hloubka karbonatace za použití roztoku fenolftaleinu. Dva jádrové vývrty profilu 75 mm byly provedeny ve sloupech a zbylé čtyři vývrty profilu 50 mm ve stropní desce. Na uvedených vzorcích, kromě vzorku prořezaného skrz trhlinu byly provedeny zkoušky pevností betonu v tlaku pro upřesnění výsledků nedestruktivních metod z předchozího průzkumu.
Na jednom vzorku byla provedena také rentgenová difrakční analýza pro zhodnocení možných rizik souvisejících se složením betonu. Tato analýza odhalí složení a vzájemný poměr chemických prvků v betonu.
2.3 Endoskopická vizuálně defektoskopická prohlídka
Obrázek 3.: Záběry pořízené endoskopem v místě endoskopické sondy E5
Za účelem zjištění poruch v různých zakrytých částech konstrukce byl použitý endoskop GE XL GO+. Do podhledu byly vyvrtány malé otvory k prostrčení trubice endoskopu a následně byly prohlídnuty vzdušné líce v okolí daného místa. Z prohlídky endoskopem jsou k dispozici fotografie, příklad je uveden na Obr. 3.
2.4 Identifikace a ověření způsobu vyztužení
Způsob vyztužení nosné železobetonové konstrukce kina Scala byl ověřen a identifikován kombinací nedestruktivních a semidestruktivních metod. Nejprve bylo nedestruktivně zjišťováno elektromagnetickým indikátorem výztuže Profometer PM-630 krytí výztuže a odhadovány její průměry. Jako kontrola přístroje Profometer byl pro průzkum v kině Scala použit Georadar Hilti PS 1000. Vzhledem k malému průměru výztuže a zejména malému krytí byl přístroj PM-630 výrazně přesnější, ale radar sloužil ke kontrole, zda se ve zkoumaných místech nenachází více vrstev výztuže, což by bylo mimo možnost zjištění Profometrem. Výsledky nedestruktivních metod pro identifikace a ověření způsobu vyztužení byly ověřeny otevřením několika sekaných sond.
3. Výsledky a vyhodnocení průzkumu
3.1 Rozbor podkladů, podrobná vizuálně defektoskopická prohlídka
Rozborem podkladů bylo zjištěno, že v 70. letech 20. století byly prováděny stavební úpravy řešené části. V podkladech není zmínka, že by se tehdy vyskytovaly jakékoliv vady či poruchy (trhliny) v předmětné stropní konstrukci a navazujících sloupech. Z těchto skutečností vyplývá, že aktuální stav trhlin z hlediska jejich šířek byl iniciován především po těchto úpravách. Zároveň lze konstatovat, že charakter poruch odpovídá charakteru přitížení a také charakteru vyztužení konstrukce.
Prohlídkou byly zjištěny trhliny v desce a takzvaném rámovém rohu. U dnešních konstrukcí je obvyklé, že v těchto místech bývá výztuž a ta by měla zabránit vzniku takto velkých trhlin. Jak je dále v nálezové části konstatováno, identifikovaný způsob vyztužení odpovídá charakteru identifikovaných trhlin. Směr a místo trhlin také odpovídají způsobu přitížení změnami v 70. letech 20. století.
Zmíněné stavební úpravy spočívaly v instalaci ocelových konstrukcí, které na balkoně upravovaly výšku sedadel a v popředí konstrukcí které drží plátno, oponu a příslušná zařízení. První zmíněné zatěžují balkon a díky tomu sekundárně přenosem ohybových momentů, a s tím souvisejících deformací přes styčníky namáhají i průvlak. Intenzita namáhání je závislá od tuhosti styčníků. Jak bylo ověřeno nedestruktivním zkoumáním způsobu vyztužení, nejsou sice dané styčníky zcela tuhé, ale jsou dostatečně tuhé k tomu, aby tyto deformace byly schopny přenést.
Některé poruchy by mohly být způsobeny bombardováním za 2. světové války. Poruchy takového původu ale nebyly z daných diagnostických míst nalezeny. S velkou pravděpodobností je také možno konstatovat, že vlasové trhliny v trajektoriích současných propagací mohly vzniknout již krátce po dokončení stavby, resp. po odbednění stropní konstrukce.
Souhrnné dílčí závěry k identifikovaným poruchám:
- Stávající masivní trhliny v deskách a rámových rozích ve zhlavích sloupů jsou staršího data. Lze konstatovat, že s největší pravděpodobností vznikla část z nich v podobě vlasových trhlin již krátce po dokončení stavby. I když charakter trhlin neodpovídá trhlinám způsobeným bombardováním v blízkosti objektu, mohlo během bombardování zájmového území dojít ke zvýraznění původně vlasových, respektive alespoň výrazně menších trhlin. K dalším rozšíření trhlin a vzniku nových trhlin došlo s velkou pravděpodobností v 70. letech při konstrukčních úpravách balkónů kina a instalaci nového plátna a opony.
- Masivní trhliny v deskách a ve zhlavích sloupů odpovídají způsobu vyztužení. Při porušení zhlaví sloupů došlo k přípustné redistribuci vnitřních sil a aktuálně stropní konstrukce v tomto detailu fungují dle schématu prostého nosníku, a nikoliv rámového styčníku.
- Z hlediska celkové požadované mechanické odolnosti konstrukčních prvků a celků lze konstatovat, že jen minimálně ovlivňují požadované hodnoty a v případě zajištění dlouhodobého působení stálého i nahodilého zatížení od současného stavu a provozních podmínek je stav hodnocen jako uspokojivý.
- Pro zajištění dlouhodobé mechanické odolnosti je třeba dbát na řádnou údržbu tak, aby byla vyloučena degradace materiálů nosných konstrukčních prvků a celků (beton, železo) z důvodů např. nadměrné vlhkosti, dynamické odezvy od provozu v objektu a jeho okolí atp.
- Pro vyloučení rizik z hlediska mechanické odolnosti a stability hodnocené stropní konstrukce se doporučuje dlouhodobé sledování stavu konstrukčních prvků a průběžné měření změn šířek trhlin ve stropních deskách.
3.2 Ověření kvality betonu na jádrových vývrtech
Vývrty byly podrobeny zkoušce betonu v tlaku. Beton sloupů odpovídá třídě pevnosti betonu C8/10 a beton desky C12/15 – značeno dle současně platné normy. Také byla provedena zkouška roztokem fenolftaleinu, zda je beton zkarbonatován. Beton je velmi silně zkarbonatovaný, což znamená, že ztrácí pasivační schopnost vůči výztuži, důsledkem je, že výztuž v betonu je velmi náchylná ke korozi, protože zkarbonatovaný beton ji nechrání proti korozi.
Jeden jádrový vývrt odebraný ze stropní desky v poli nad jevištěm byl podroben chemické analýze (rentgenová difrakční analýza). Rozbor stanovil jako pojivovou složku zkoumaného betonu portlandský cement. Dalším z výsledků chemické analýzy bylo zjištění kompletní karbonatace betonu, výsledky fenolftaleinového testu byly chemickým rozborem vzorku betonu potvrzeny.
Souhrnné dílčí závěry k problematice kvality betonu:
- Je nutno doporučit sledování vlhkosti vzduchu v objektu a vlhkosti konstrukčních prvků a celků objektu a nadměrné vlhkosti zabránit. Relativní vlhkost by neměla překročit 50 %. Velká vlhkost by mohla mít za následek korozi výztuže, to znamená ztrátu soudržnosti výztuže s betonem, zmenšení účinné plochy výztuže a výsledkem by mohl být v extrémním případě až kolaps jednotlivých konstrukčních celků objektu. Koroze také způsobuje odpadávání krycí vrstvy betonu. Krycí vrstva není v řešené konstrukci příliš mocná, aby byla schopna tlaky způsobené nárůstem objemu výztuží korozí udržet.
- Z hlediska dnešních požadavků na kvalitu betonu je k zamyšlení kvalita betonu sloupů – C8/10 (dle ČSN 1090 z roku 1931 se jedná o beton druhu d – vysvětleno níže). Zde je nutné konstatovat, že se jedná vzhledem ke stáří původních konstrukcí a dobovým možnostem, o původní kvalitu (ve své době dokonce průměrnou kvalitu odpovídající požadavkům pro železový beton – viz následující odstavec). Diagnostickým průzkumem nebyly identifikovány žádné jevy, které by byly příčinou dlouhodobé degradace betonu.
- Na tomto místě konstatujeme následující dobové požadavky na kvalitu betonu z hlediska pevnostního. Podle normy ČSN 1090 (z roku 1931) – Navrhování betonových staveb se rozeznávalo 7 druhů nosných betonů, které se rozlišovaly podle krychelné pevnosti a označovaly se písmeny (a, b, c, d, e, f, g) a kromě toho číslicí podle hustoty (1 zavlhlá, 2 měkká, 3 tekutá). Betonu „a“ až „c“ bylo možno užít jako betonu prostého, beton „d“ pro beton železový i prostý beton „g“ pouze pro beton železový.
- Obdobně jako v předcházejícím bodě je hodnocena kvalita betonu stropní desky – C12/15 (dle ČSN 1090 z roku 1931 se jedná o beton druhu e).
- Identifikovaná kvalita betonu nijak nesnižuje původní mechanickou odolnost hodnocených konstrukčních prvků a celků.
3.3 Endoskopické vizuálně defektoskopické prohlídky
Za účelem zjištění poruch v různých zakrytých částech konstrukce byl použitý endoskop GE XL GO+. Do podhledu byly vyvrtány malé otvory k prostrčení trubice endoskopu a následně byly prohlédnuty vzdušné líce v okolí daného místa. Endoskopickou prohlídkou bylo zjištěno, že se trhliny viditelné v odkrytých částech konstrukce opakují v místech, kde došlo k přitížení konstrukce v 70. letech 20. století. Nálezy odpovídají způsobu vyztužení a přitížení.
3.4 Identifikace a ověření způsobu vyztužení
Deska D1 – stropní deska
Jedná se o železobetonovou stropní desku v prostoru za oponou. Poloha zkušebního místa D1 je patrná z Obr. 2.
Bylo provedeno měření elektromagnetickým indikátorem Profometer PM-630. Měření probíhalo v obou směrech – jednak pro zjištění množství, roztečí i průměru hlavní výztuže, jednak pro ověření přítomnosti rozdělovací výztuže.
Z měření elektromagnetickým indikátorem vyplývá, že hlavní výztuž je v desce rozmístěna více méně pravidelně, s průměrnou hodnotou roztečí přibližně 90 mm a průměrnou hodnotou krytí c = 10 mm (od 4 mm do 17 mm). Profil výztuže vycházel většinou Ø 8 mm, což je hodnota ověřená měřením na dvou obnažených prutech v místě prostupu (vytvořeného již v minulosti pro zavěšení opony). Pokud byl změřen nedestruktivně větší průměr, jednalo se s největší pravděpodobností o zdvojení výztuže či překryv, který se projevuje zdánlivým zvětšením naměřeného průměru.
Při měření na zkušebním místě D1 nebyl zaznamenán žádný prut rozdělovací výztuže. Zde byla odezva přístroje konstantní (pouze s projevem vlivu hlavní výztuže), bez jakéhokoliv vrcholu, jenž by ukazoval na rozdělovací výztuž.
Deska D2 – stropní deska
Jedná se železobetonovou stropní desku v prostoru za oponou, na opačné straně než místo D1. Na zkušebním místě D2 bylo provedeno měření elektromagnetickým indikátorem Profometer PM-630. Měření probíhalo v obou směrech – nejdříve pro zjištění množství, roztečí i průměru hlavní výztuže, poté pro ověření přítomnosti rozdělovací výztuže.
Rámový styčník
Jedná se masivní rámový styčník na styku sloupu a stropního průvlaku. Vzhledem k výskytu masivních trhlin v tomto styčníku bylo zajímavé zjistit vyztužení tohoto prvku. Nejprve byly pruty v obou směrech zjišťovány radarem Hilti. Byla zde diagnostikována pouze jedna výztuž ve svislém směru. Poté byla výztuž změřena elektromagnetickým indikátorem Profometer PM-630. Ve vodorovném směru nebyla zjištěna žádná výztuž do hloubky 150 mm, ve svislém směru byly výsledky měření rozdílné podle polohy sondy. Zatímco těsně (80 mm) pod horním povrchem styčníku byly zaznamenány 2 pruty výztuže v hloubce cca 40 mm a 55 mm, ve všech dalších liniích byl zjištěn pouze levý prut, u něhož byl stanoven odhad průměru jako Ø 30 mm. Poloha a umístění obou zachycených svislých prutů v rámovém styčníku je patrná ze zobrazení intenzity signálu – je patrné, že pravý prut se vyskytuje pouze těsně pod horním povrchem styčníku (deskou), pravděpodobně jde o hák. Levý prut o průměru přibližně Ø 30 mm je naopak průběžný, ovšem směrem dolů se přibližuje k povrchu, respektive směrem nahoru se nepatrně ohýbá dovnitř prvku.
Průvlak
Jedná se masivní průvlak v místě nad oponou, u něhož byla ověřována hlavní výztuž a třmínky. Vzhledem k nepřístupnosti průvlaku a malému manipulačnímu prostoru nemohl být použit radar Hilti PS 1000. Rovněž měření Profometrem PM-630 bylo velmi problematické, nakonec se podařilo změřit hlavní výztuž ve vzdálenosti přibližně 3,0 m od středu průvlaku. Průměr hlavní výztuže Ø 32 mm byl následně ověřen odseknutím krycí vrstvy a změřením posuvným měřítkem. Z důvodu nepřístupnosti bočního povrchu průvlaku nelze potvrdit ani vyloučit přítomnost ohybů.
Rámový sloup za ostěním v sále – zkušební místo S1
V rámci průzkumu byla zjištěna rovněž výztuž v jednom z masivních sloupů železobetonových rámů v sále kina za ostěním. Sloup byl bohužel přístupný pouze z jedné strany, a to ještě ne v celé šířce. Beton sloupu byl navíc zakryt silnou vrstvou izolace, která musela být pro účely měření výztuže Profometrem PM-630 částečně odstraněna. I tak bylo možné změřit pouze 1 ze 4 prutů, které se nacházejí pouze v rozích sloupu. Průměr prutu z několika měření vycházel od Ø 32 mm do Ø 34 mm, jedná se o masivní prut odpovídající výztuži zjištěné v průvlaku – kruhová hladká výztuž Ø 32 mm. Třmínek Ø 8 mm byl změřen po odseknutí.
Souhrnné hodnocení k diagnostice vyztužení:
Bylo zjištěno, že v místech, kde se dnes výztuž zabraňující příslušnému způsobu porušení běžně používá, tato výztuž v hodnocené konstrukci absentuje. Pokud je řeč o zdánlivém rámovém styčníku, je zde jeden silný prut výztuže, ten ale není veden tak, aby měl schopnost zabránit vzniku tahových trhlin v těchto vrstvách. Deska je ve směru, ve kterém je předpoklad jejího působení, vyztužena dobře. V druhém směru není rozdělovací výztuž, jako je tomu běžné dnes. Jelikož se bavíme o průvlaku a o desce jako o prvcích s působením ve dvou na sebe kolmých osách, dochází k tomu, že ohybové trhliny vzniklé v průvlaku se přenášejí i do desky, která v tomto směru není vyztužena. Tyto zkoušky podpořily tvrzení, že charakter poruch odpovídá způsobu vyztužení a návrhu konstrukce.
4. Závěr
Řešený objekt je po stavebně technické a statické stránce v uspokojivém stavu, který odpovídá stáří jednotlivých konstrukčních celků a časové ose postupné realizace úprav. V průběhu dostatečně dlouhého časového období konstrukce vykazuje uspokojivou způsobilost s ohledem na výskyt poškození, zatížení, degradace, přetvoření nebo kmitání. Lze říci, že způsob vyztužení konstrukce odpovídá identifikovaným vadám.
Úprava hlediště divadla (nad kinem) je možná za předpokladu, že nová konstrukce nebude těžší, než je konstrukce stávající a že nebude umožňovat výrazně větší počet usazených osob.
Celý bezproblémový provoz kina a divadla předmětného objektu je z důvodů zajištění dlouhodobé spolehlivosti a bezpečnosti podmíněn vyloučením případných změn v konstrukci nebo ve způsobu jejího využívání, které by mohly významně změnit zatížení včetně zatížení vlivem prostředí na konstrukci nebo její části. Dále je nutno eliminovat negativní jevy ovlivňující procesy degradace materiálů zabudovaných v nosných konstrukčních prvcích a celcích řádnou údržbou tak, aby bylo vyloučeno riziko významného snížení trvanlivosti konstrukce.
Pro hodnocený objekt doporučujeme následující konkrétní opatření:
- Je nutno sledovat vlhkosti vzduchu v objektu a vlhkosti konstrukčních prvků a celků objektu a nadměrné vlhkosti zabránit. Relativní vlhkost by neměla překročit 50 %. Zvýšená vlhkost by mohla mít vzhledem k aktuálnímu stavu karbonatace betonu za následek korozi výztuže, to znamená ztrátu soudržnosti výztuže s betonem, zmenšení účinné plochy výztuže s následkem výrazného snížení mechanické odolnosti a v extrémním případě až kolaps jednotlivých konstrukčních celků objektu. Koroze také způsobuje odpadávání krycí vrstvy betonu. Krycí vrstva není v řešené konstrukci příliš mocná, aby byla schopna tlaky způsobené nárůstem objemu výztuží korozí udržet.
- Identifikované trhliny ve stropních deskách v přístupném dolním líci konstrukce (za plátnem v kině) je nutno dlouhodobě a systematicky sledovat včetně dlouhodobého měření změn šířek. Dále se doporučuje krátkodobé měření za plného provozu jak v dispozičních prostorách kina, tak i divadla.
- Veškeré stavební úpravy související se změnou zatížení a se změnou statického působení, včetně jakýchkoliv stavebních zásahů do nosných konstrukčních prvků a celků objektu, je nutno konzultovat s odborníkem – statikem. Všeobecně nejsou přípustné jakékoliv investiční záměry vedoucí k významné změně z hlediska přitížení stávající konstrukce.
- Doporučuje se zvážit instalaci akustických izolantů z dolního líce stropní konstrukce za stávajícím plátnem (pod jevištěm divadla). V této oblasti byl identifikován také dodatečný průlezný otvor ve stropní konstrukci přímo pod dřevěnou konstrukci jeviště divadla, který je v daném místě významným „akustickým mostem“. Lze předpokládat, že po realizaci opatření se akustická pohoda v prostorách divadla při současné produkci v kině výrazně zlepší. Opatření však nesmí zabránit možnosti dlouhodobého monitoringu stavu trhlin.
Poděkování
Příspěvek byl vytvořen v rámci řešení projektu č. LO1408 „AdMaS UP – Pokročilé stavební materiály, konstrukce a technologie“ podporovaného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy v rámci účelové podpory programu „Národní program udržitelnosti I“.
Literatura
- BAŽANT Z., Klusáček L.: Statika při rekonstrukcích objektů
- PUME D., ČERMÁK F. a kol.: Průzkumy a opravy stavebních konstrukcí
- SCHMID P. a kol.: Základy zkušebnictví
- VANĚK T.: Rekonstrukce staveb. SNTL/ALFA Praha 1985
- Vyhláška č. 268/2009 Sb. o technických požadavcích na stavby se změnami 20/2012 Sb.
- ROCHLA M.: Stavební tabulky, 1973
- SIA – 10 let inženýrské práce, 1918–1928
- http://gis.brno.cz/ags/bomby/
- ČSN ISO 13822 Zásady navrhování konstrukcí – hodnocení existujících konstrukcí
- ČSN 73 0038 Hodnocení a ověřování existujících konstrukcí – doplňující ustanovení
- ČSN EN 1996-1-1 Navrhování zděných konstrukcí
- Dokumentace z archivu provozovatele objektu
The paper deals with structural-technical survey of Scala cinema in Brno. It is a historic building completed in 1928. The main purpose of the diagnostic survey was passportisation of structure´s defects, determine the quality of concrete and reinforcement, assessment of defects and failures causes, evaluate the condition of the ceiling structure in relation to the considered reconstruction above cinema.
