Nejnavštěvovanější odborný portál pro stavebnictví a technická zařízení budov

Dřevo v historických konstrukcích

Datum: 16.7.2018  |  Autor: doc. Ing. Bohumil Straka, CSc., Ing. Milan Šmak, Ph.D., doc. Ing. Jan Vaněrek, Ph.D., VUT FAST Brno, Ing. Pavla Kotásková, Ph.D., MENDELU Brno, Lesnická a dřevařská fakulta  |  Recenzent: doc. Ing. Petr Kuklík, CSc., ČVUT Praha, pracoviště UCEEB

Text obsahuje poznatky a závěry autorů získané na základě průzkumu dřevěných historických konstrukcí, analýzy jejich dlouhodobého působení v daných podmínkách, návrhů sanace nosných prvků, případně celkové rekonstrukce historických objektů. Na konkrétních objektech byla aplikována nedestruktivní ultrazvuková metoda, kterou byla dignostikována struktura dřeva z hlediska jeho možné degradace dřevokaznými činiteli a použití metody tlakové injektáže.

Příspěvek obsahuje poznatky a závěry autorů získané na základě průzkumu dřevěných historických konstrukcí, analýzy jejich dlouhodobého působení v daných podmínkách, návrhů sanace nosných prvků, případně celkové rekonstrukce historických objektů. Do příspěvku byly začleněny vybrané typy nosných soustav historických konstrukcí – oblouky s mechanickými spoji systému de L´Orme, příhradové nosníky a rámy a historické krovy. V článku je uvedeno staticko-konstrukční řešení uvedených objektů a jsou popsány základní druhy biotického a abiotického poškození dřevěných prvků a míra jejich napadení. Stav dřevěných prvků je ve velké míře závislý na podmínkách, v nichž konstrukce působí. Na konkrétních objektech byla aplikována nedestruktivní ultrazvuková metoda, kterou byla diagnostikována struktura dřeva z hlediska jeho možné degradace dřevokaznými činiteli a použití metody tlakové injektáže.

1. Úvod

V oboru dřevěných konstrukcí je již delší dobu patrné, že problematika dřevěných historických konstrukcí nabývá stále na větší významnosti. Tématika související s dřevěnými historickými konstrukcemi představuje v současné době specifickou a rozsáhlou oblast v oboru dřevěných konstrukcí. Poměrně velký počet výzkumných prací se zabývá problematikou dřevěných historických konstrukcí. Hlavní směry výzkumu jsou orientovány na diagnostiku, vyhodnocení vlastností materiálu, teoretickou a experimentální analýzu konstrukčních soustav a spojů a dlouhodobé působení historických konstrukčních systémů v daných podmínkách. Výsledky průzkumu a výzkumu jsou pak využívány při návrhu sanací, respektive rekonstrukcí a jejich praktickém provádění. Z průzkumu a analýzy historických a starších konstrukcí vyplývá, že stále existuje velký počet těchto konstrukcí, které jsou plně funkční a mohou být dále provozně využívány.

2. Výběr analyzovaných dřevěných historických konstrukcí

2.1 Oblouky typu de L´Orme v konstrukčních soustavách

Oblouky systému de L´Orme, jsou používány již od šestnáctého století. Také v ČR existuje řada konstrukcí tohoto typu. Jako příklad je uvedena dřevěná střešní konstrukce jízdárny zámku v Letovicích, na jejíž sanaci se podíleli autoři příspěvku.

Obr. 1: Oblouky typu de L´Orme ve střešní konstrukci jízdárny zámku v Letovicích
Obr. 1: Oblouky typu de L´Orme ve střešní konstrukci jízdárny zámku v Letovicích

Hlavní příčné vazby konstrukce jsou provedeny jako oblouky systému de L´Orme na rozpětí 12,73 m (Obr. 1, Obr. 2). Osová vzdálenost oblouků je proměnná, maximálně 3,76 m. Průřez oblouků je sestaven ze dvou fošnových lamel 80×300 mm. Střešní krokve jsou na oblouky uloženy prostřednictvím vaznic. Osová vzdálenost krokví je 1,0 až 1,2 m. Příčná ztužidla ve střešní rovině nejsou v konstrukci provedena.

V rámci sanace konstrukce byla navržena příhradová ztužidla ve třech střešních polích mezi stávajícími oblouky tak, aby nenarušovala původní vzhled konstrukce. Tímto opatřením byla dostatečně zabezpečena prostorová tuhost konstrukce z hlediska jejího dalšího používání.

Zásadní důležitost z hlediska celkové únosnosti konstrukce má typ a kvalita provedení spojů jednotlivých lamel. K poruchám zpravidla dochází v místech kolíkových spojů v koncových částech spojovaných lamel překročením pevnosti dřeva v tahu kolmo na vlákna. Poruchy jsou signalizovány výskytem typických trhlin, které značně snižují únosnost spojů a tím i únosnost oblouků. V rámci průzkumu byl stav spojů jednotlivých lamel důsledně prošetřován. Na základě prohlídky konstrukce bylo prokázáno, že u této konstrukce ke vzniku trhlin v oblastech dřevěných kolíkových spojů za dobu působení konstrukce nedošlo. Kolíkové spoje provedené pomocí dubových kolíků byly těsné (Obr. 3), nedošlo ke zjevnému otlačování kolíků, respektive otvorů ve dřevě. V oblasti galerie byla z původní konstrukce odstraněna část podélného příhradového ztužidla. Ztužidlo bylo v rámci sanace doplněno. Krokve, vaznice a kleštiny nevykazují příznaky narušení dřeva.

Obr. 2: Střešní konstrukci jízdárny zámku v Letovicích
Obr. 2: Střešní konstrukci jízdárny zámku v Letovicích
Obr. 3: Spoje lamel oblouků střešní konstrukce
Obr. 3: Spoje lamel oblouků střešní konstrukce

Oblouky uvedeného typu lze využívat i v současných konstrukcích, případně s uplatněním lepených prvků, nových typů materiálů na bázi dřeva, spojovacích prostředků a výztužných materiálů (fólií či tkanin) eliminujících nepříznivý vliv příčných tahových napětí v oblasti spojů.

Příkladem použití oblouků de L´Orme je konstrukce zastřešení školy v Brně-Soběšicích vytvořená jako prostorová klenba ze zakřivených žeber (1994) nad stávajícím nevyhovujícím krovem (Obr. 4). Půdorysné rozměry objektu jsou 14,5×19 m. Výroba obloukových žeber s mechanickými spoji kolíkového typu je jednoduchá a mohou ji zabezpečit firmy s běžným vybavením pro výrobu dřevěných konstrukcí. Konstrukce byla navržena na základě výsledků řešení prostorového modelu zahrnujícího i navazující ocelové prvky související s požadavky na rozšíření části půdorysu budovy. Současný stav konstrukce je na Obr. 5.

Obr. 4: Prostorová klenba ze zakřivených žeber
Obr. 4: Prostorová klenba ze zakřivených žeber
Obr. 5: Střešní konstrukce školní budovy – současný stav
Obr. 5: Střešní konstrukce školní budovy – současný stav

2.2 Příhradové soustavy v historických konstrukcích

Příhradové soustavy různého typu patří mezi běžně užívané nosné systémy v historických konstrukcích. Příkladem jsou příhradové vazníky střešních konstrukcí, příhradové rámy a oblouky halových konstrukcí.

Obr. 6: Příhradový oblouk střešní konstrukce výrobní haly v Břeclavi
Obr. 6: Příhradový oblouk střešní konstrukce výrobní haly v Břeclavi

Charakteristickou konstrukční skladbu mají příhradové nosníky, rámy a oblouky tzv. Štěpánovy soustavy. Pásy členěného průřezu jsou obvykle vyrobeny z fošen nebo hranolů, diagonální pruty jsou zkřížené, připojené k pásovým profilům hřebíky a svorníky. Zkřížené diagonální pruty mohou vytvářet násobnou příhradovou soustavu, která působí jako souvislá stěna nosníku, rámu či oblouku. Obvykle se tato plnostěnná konstrukční skladba prováděla v podporové oblasti nosníků, oblouků a v oblastech rámových rohů příhradových rámů. Příhradových konstrukcí tohoto typu, které jsou stále v provozu, a jejichž stáří přesahuje 80 a více let, je v ČR poměrně hodně.

Jedním z příkladů je zastřešení výrobní haly v Břeclavi příhradovými oblouky (Obr. 6). Obdobných konstrukcí tohoto typu existuje u nás více. Z hlediska rekonstrukce, související zpravidla s výměnou střešního pláště, případně i podhledu, což se projevuje zvýšením zatížení, je potřeba především zabezpečit prostorovou tuhost stávající konstrukce. Doplnění ztužidel a výztužných prvků tak, aby nedošlo k narušení původního charakteru nosného systému, není konstrukčním ani finančním problémem.

Obr. 7: Střešní konstrukce haly v Náměšti nad Oslavou
Obr. 7: Střešní konstrukce haly v Náměšti nad Oslavou
Obr. 9: Deformace pásu v místě dodatečného podepření příhradového vazníku
Obr. 9: Deformace pásu v místě dodatečného podepření příhradového vazníku

Obr. 8: Mřížová střešní skořepina haly
Obr. 8: Mřížová střešní skořepina haly
Obr. 10: Porušení kontaktních úložných dřevěných prvků
Obr. 10: Porušení kontaktních úložných dřevěných prvků

Poruchy se mohou projevovat hlavně v místě styků a přípojů táhel a intenzivně namáhaných tažených prutů, což byl i případ uváděné konstrukce. Stáří dřevěné střešní konstrukce haly v Náměšti nad Oslavou je přibližně 80 let (Obr. 7). Průzkum konstrukce byl proveden v letech 2005 a 2013. Mřížová skořepina ze tří vrstev latí je podepřená na horních a dolních pásech příhradových vazníků a na obvodových stěnách budovy. Skořepina tvoří nosnou vrstvu střešního pláště. Z hlediska prostorové tuhosti systému působí jako soustava příčných ztužidel a prakticky spojitě zabezpečuje pásy vazníků proti jejich vybočení z roviny vazníků (Obr. 8). Příhradové vazníky s dřevěným táhlem mají rozpětí 40,0 m, osová vzdálenost je 4,3 m. Příhradová soustava vazníku je se vzestupnými diagonálami, v krajních příhradách jsou diagonály zkřížené. Pásy i mezipásové pruty jsou složeného, respektive členěného průřezu, vytvořeného z fošen tloušťky 40 mm (táhlo je z fošen tloušťky 38 mm). Teoretická výška vazníku měřená mezi osami horního a dolního pásu je konstantní 4,0 m. Vazníky byly původně podepřeny jen na obvodových stěnách budovy. Vnitřní sloupy (Obr. 7), podpírající vazníky, byly zabudovány do konstrukce až dodatečně z důvodu omezení průhybů, které konstrukce vykazovala. Nepřípustným mimostyčníkovým podepřením několika vazníků, a to právě v místě styku dolního pásu, došlo k deformacím pásu (Obr. 9). Zvýšením tlaku na podpory došlo rovněž k prolomení kontaktních podložek (Obr. 10).

V průmyslové oblasti města Kuřim se nachází další ze zajímavých staveb s nosnou dřevěnou konstrukcí. Objekt byl navržen a realizován přibližně v letech 1940 až 1942. V průběhu provozu se měnilo jeho využití – nejprve sloužil jako kotelna pro vytápění průmyslového areálu, později jako kuchyně s jídelnou a v současnosti jako skladovací hala. V této souvislosti byly prováděny jeho dílčí stavebně konstrukční změny. Nosná konstrukce hlavní lodi (později doplněná druhou lodí) a opláštění jejích stěn jsou ovšem v původním stavu, prováděnými stavebně konstrukčními úpravami byly dotčeny v minimální míře (Obr. 11).

Obr. 11: Pohled na objekt s původní fasádou
Obr. 11: Pohled na objekt s původní fasádou

Délka haly je 60 m. Hlavní loď má světlou šířku 22,75 m, vedlejší loď 7,60 m. Střecha hlavní lodi je sedlová s valbami. Výška hřebene střechy hlavní lodi je na výškové úrovni +10,40 m. Sklon střešních ploch je 22°, resp. 28° u valbové části. Střecha vedlejší lodi je pultová se sklonem 12°.

Obr. 12: Nosná dřevěná konstrukce haly (výpočtový model Scia Engineer) – celkové uspořádání, detail příhradové příčné vazby
Obr. 12: Nosná dřevěná konstrukce haly (výpočtový model Scia Engineer) – celkové uspořádání, detail příhradové příčné vazby

Nosná dřevěná konstrukce hlavní lodi je tvořena hlavními příhradovými rámy osazenými v osových vzdálenostech 5 m, které sestávají ze střešní části – příhradové příčle sedlového tvaru se sklonem 22° a příhradových sloupů proměnné výšky (viz Obr. 12), dále příhradovými nosníky a sloupy ve valbových sekcích, vaznicemi, ztužidly a střešním pláštěm.

Jednotlivé pruty příhradových rámů jsou provedeny z řeziva obdélníkového průřezu, a to jako pruty celistvé nebo dvojice prutů celistvých, případně členěných. Vzájemné spojení prutů je provedeno pomocí svorníků průměru 12 a 18 mm, v některých případech doplněných zalisovanými ocelovými hmoždíky. V dolní části jsou příhradové sloupy kotveny prostřednictvím ocelových botek a svorníků (šroubů) na betonové základové patky. Kotvení stojek je provedeno nad úrovní upraveného terénu u objektu. Montážní spoje pásových prutů jsou provedeny pomocí svorníků průměru 12 mm a dřevěných vložek, osazených mezi dílčími dřevěnými profily.

Prostorová tuhost hlavní lodi haly je zajištěna valbovými sekcemi (příhradové nosníky + vaznice), podélnými křížovými ztužidly a celoplošným záklopem z prken.

Nosná dřevěná konstrukce je i po téměř 80letém provozování v dobrém technickém stavu. Hlavními důvody jsou, kromě prováděné údržby, velmi dobře provedený staticko-konstrukční návrh a pečlivá a kvalitní výroba konstrukce. Odbornou prohlídkou byl zaznamenán pouze malý rozsah poškození dřevěných prvků, a to především lokálně hnilobou v místech zatékání střechou a v oblasti kotvení sloupů.

V souvislosti s připravovanou rekonstrukcí objektu, spojenou se zateplením střechy i obvodových stěn, byl proveden podrobný statický přepočet nosné dřevěné konstrukce podle aktuálních normativních dokumentů. Z provedených analýz vyplývá, že konstrukci po provedení navrhovaných sanačních úprav bude možné dále využívat. Sanace bude vyžadovat pouze lokální zásah do nosné konstrukce. Jedná se zejména o doplnění prvků vybraných spojů a v některých případech doplnění vložek intenzivně namáhaných členěných prutů.

Některé příklady konstrukčních detailů jsou zachyceny na Obr. 13.

Obr. 13a: Konstrukční detaily nosného systému
Obr. 13b: Konstrukční detaily nosného systému

Obr. 13: Konstrukční detaily nosného systému
2.3 Historické krovy
Obr. 14a: Objekt celnice – původní stav objektu
Obr. 14b: Objekt celnice – aktuální stav objektu
Obr. 14: Objekt celnice – původní a aktuální stav objektu

Dřevěné krovy jsou vždy zásadní součástí historických objektů. Průzkumem, udržováním, teoretickou analýzou, rekonstrukcemi a sanacemi historických krovů se zabývá řada institucí. Existuje rovněž mnoho různých konstrukčních systémů nosných soustav krovů. Je proto obtížné postihnout celou šíři problematiky historických krovů.

V příspěvku uvádíme rekonstrukci krovu bývalé celnice, která se nachází v zahradní části mezi vilou Tugendhat a Lőw-Beerovou vilou v Brně. Rekonstrukce byla provedena v roce 2013 až 2015, objekt je v současné době využíván jako muzeum a kavárna (Obr. 14).

Původní budova koníren a vozovny (v místě městské celnice) byla postavena na začátku 20. století podle projektu arch. Alexandra Neumanna z roku 1903, a to jako provozní zázemí hlavního objektu měšťanské rodinné Löw-Beerovy vily. Později byl řešený objekt využíván k bydlení správce (zahradníka) a pro technické zázemí hlavní budovy, která sloužila po druhé světové válce jako bytový dům a posléze jako studentská ubytovna.

V průběhu 20. století byly v objektu prováděny, v souvislosti se změnami užívání, stavební úpravy různého rozsahu, a to především přístavba severovýchodního traktu a vnitřní přestavba na obytný dům.

Objekt celnice je zděný s tloušťkou cihelných obvodových stěn 500 mm, je dvojpodlažní s podkrovím. Má půdorysný tvar písmene L.

Severozápadní sekce má vnitřní rozměry přibližně 4,2×11 m. V poslední etapě užívání domu se v podkroví nacházely podružné bytové prostory. Střecha je sedlová valbová se sklonem 41°, její šířka je přibližně 7,0 m. Krov je tvořen původní soustavou s vrcholovou vaznicí s plnými vazbami s vaznými trámy.

Obr. 15: Konstrukce zastřešení – původní stav krovu
Obr. 15: Konstrukce zastřešení – původní stav krovu

V současnosti jsou prostory využívány jako veřejnosti nepřístupný archiv. Předmětem rekonstrukce byla úprava uspořádání nosné dřevěné konstrukce krovu, která umožňuje uvolnění dispozice tohoto prostoru, a to především redukcí plných vazeb krovu. Při rekonstrukci byla vazba upravena na soustavu hambalkovou s vrcholovou vaznicí. U jednotlivých vazeb byly v úrovni podhledu doplněny hambalky s výztužným horizontálním nosníkem. Došlo k odstranění středních částí vazných trámů, šikmých vzpěr, kleštin i sloupků. V ose krovu byl doplněn nový střední sloupek, který byl osazen na nosník v nově provedené dřevo – betonové spřažené podlaze. V horní části byly ke sloupkům připojeny výztužné pásky a vrcholová vaznice. Vodorovná tuhost krovu v příčném směru (objekt nemá výztužné věnce) je zajištěna pomocí dvojic nově vložených krajních sloupků, osazených těsně u obvodové stěny. Sloupky zajišťují horizontální podepření pozednic.

Do všech vazeb byly doplněny vrcholové kleštiny. V souvislosti se změnou soustavy bylo nezbytné posílení stávajících spojů mezi krokvemi a pozednicí. Pro zvýšení prostorové tuhosti bylo doplněno celoplošné prkenné bednění.

Větší jihovýchodní sekce, ve které se nacházely obytné místnosti, má vnitřní rozměry přibližně 5,7×14 m. Střecha je sedlová valbová se sklonem 43°, její šířka je přibližně 9,0 m. Krov je tvořen původní vázanou soustavou, pro požadované využití nebylo nutné realizovat, kromě vybraných přípojů, žádná zesílení.

2.4 Diagnostika a sanace prvků historických dřevěných konstrukcí

V rámci prováděného stavebně technického průzkumu historických staveb se při vizuální prohlídce zjišťuje stav poškození dřevěných konstrukcí a současně se určí prvky, které je ještě potřeba dále prověřit vhodnými diagnostickými metodami. Přístrojové metody slouží k přesnějšímu určení vlastností, typu a míry poškození dřeva a k příčině vzniku poškození. Při posuzování historického dřeva je doporučováno používat pouze nedestruktivní metody, popřípadě semidestruktivní metody, při kterých se odebírá miniaturní vzorek z daného nálezu dřeva. Když je dřevo poškozené, mění se jeho vlastnosti, například optické, akustické, tepelné, ale i mechanické. A právě tyto změny zachycují různé přístroje.

Měření vlhkosti

Po předběžném vizuálním průzkumu prvků je potřeba určit druh dřeva a dále vlhkost jednotlivých prvků zejména v místech, kde předpokládáme vyšší vlhkost dřeva, neboť ta je většinou prvotní příčinou vzniku poruch. Měření vlhkosti dřeva je důležité nejen pro vytipování míst, kde můžeme předpokládat napadení dřevokaznými houbami nebo hmyzem, ale i proto, že zvýšená vlhkost může ovlivňovat výsledky měření diagnostickými přístroji.

K rychlému měření vlhkosti používáme odporový měřič vlhkosti s integrovanými měřícími hroty GMH 3810. Odporové vlhkoměry patří mezi nejběžnější a nejužívanější typy vlhkoměrů na dřevo. Princip měření vlhkosti dřeva elektrickými odporovými vlhkoměry spočívá v mimořádně velkém vlivu vlhkosti dřeva na elektrický jednosměrný odpor a vodivost. Kontakt se dřevem v elektrickém obvodu vlhkoměru umožňují měřící elektrody o dvou kolících. Pro hloubkové měření jsou nutné různé zarážecí či zatloukací sondy. Pro porovnání je dále použit např. kapacitní vlhkoměr Wagner L 601-3. Vzhledem ke konstrukci přístroje je téměř nedestruktivně měřena vlhkost do hloubky cca 25 mm. Na základě kalibrace vlhkoměrů lze zjišťovat vlhkostní obsah s ohledem na druh dřeva a teplotu.

Pro většinu dřevokazných hub je ideální interval teploty 20–30 °C a vlhkost nejméně 20 %. Dřevokazný hmyz poškozuje dřevo požerky larev. Životní podmínky dřevokazného hmyzu uvádí Tab. 1.

Tab. 1: Životní podmínky dřevokazného hmyzu (Reinprecht, Štefko, 2000)
biotický škůdcedřevoživotní podmínky
teplota [°C]vlhkost [%]
tesařík krovový
Hylotrupes bajulus
jehličnaté2930–35
červotoč proužkovaný
Anobium punctatum
jehličnaté, listnaté21–2428–30
červotoč umrlčí
Hadrobregmus pertinax
jehličnaté, (listnaté)2519–22
hrbohlav parketový
Lyctus linearis
listnaté3012

Je třeba zjistit, zda prvky s vyšší vlhkostí nejsou napadeny dřevokaznými houbami nebo hmyzem a identifikovat rozsah biotického napadení – určit stupeň poškození jednotlivých prvků. Brouci potřebují pro svůj vývoj jistou minimální vlhkost dřeva, při vlhkosti dřeva pod 10 % vlhkosti není brouky napadáno. Teploty nad 55 °C vedou k usmrcení larev. V případě napadení hmyzem je stupeň poškození možné stanovit na základě četnosti výletových otvorů (Tab. 2). Přítomnost aktivního hmyzu je zřejmá z výskytu dřevní drti nebo prachu, který je nejčastěji pod napadeným prvkem. Není však z toho patrný rozsah vnitřního poškození.

Tab. 2: Odhad stupně poškození dřeva požerky dřevokazného hmyzu
podle počtu výletových otvorů připadajících na 1 m2 povrchu
(Reinprecht, Štefko, 2000)
Stupeň poškozeníPočet výletových otvorů
Tesařík (4×7 mm)Červotoč (2–3 mm)
Slabý2–46–10
Střední6–1612–24
Silnývíce než 16více než 24

V případě napadení dřeva houbami ale i hmyzem je složité vizuálně odhadovat účinný průřez prvku, který se po délce prvku většinou liší. Zde je proto vhodné využít přístrojové metody, pomocí kterých je možné stanovit ztrátu hustoty, způsobenou atakem dřevokazných hub.

Nedestruktivní metody šíření elastických vln

Mezi nejpoužívanější ultrazvukové přístroje určené pro měření dřeva jsou Fakopp Microsecond Timer s piezoelektrickými snímači Fakopp 2D.

Jejich výhodou je nedestruktivní metoda, která je poměrně jednoduchá a rychlá. Princip přístroje Arborsonic Decay Detektor je založen na přikládání snímače na jednu stranu prvku a budiče na stranu druhou. Zvuk tedy prochází průřezem prvku. Odečtená hodnota na přístroji udává čas v mikrosekundách, za který projde zvuk prvkem, tedy od budiče ke snímači.

Podobně u přístroje Fakopp je poklepem kladívkem na sondu vyslán akustický signál a přístroj snímá čas potřebný k průchodu signálu z aktuálně aktivované sondy do sondy protilehlé. Vygenerovaný impulz se určitý čas šíří materiálem a po chvíli dorazí k druhé sondě – k přijímači. Čas přenosu ultrazvukového impulzu se zobrazí na displeji přístroje v mikrosekundách.

Rychlost šíření závisí na druhu dřeva, jeho vlastnostech, hustotě, tuhosti a vnějších podmínkách. Degradované dřevo vykazuje nižší rychlosti šíření zvuku. Vlna prochází přes nejkvalitnější zóny dřeva a obchází zóny s defekty (trhliny, suky, hnilobu, poškození hmyzem), čímž se snižuje její rychlost. Rozdílné rychlosti, resp. časy průchodu slouží jako porovnávací veličiny pro hodnocení aktuálního stavu materiálu a je možné najít i jejich závislost na fyzikálních a mechanických vlastnostech dřeva.

Na základě časů průchodu a průměru daného průřezu je vypočtena rychlost a z ní lze odhadnout stav prvku.

Rychlost zvuku se spočítá dle vztahu:

vzorec 1
 

kde je

c
rychlost šíření zvuku [m.s−1],
d
průměr prvku nebo vzdálenost mezi měřenými místy [m],
t
čas šíření zvuku z jednoho místa do druhého [s].
 

Poškození prvku je vyhodnoceno na základě srovnání naměřených hodnot s průměrnými hodnotami uváděnými pro zdravé dřevo (viz Tab. 3). Vzhledem k tomu, že jsou tyto rychlosti šíření zvuku ve dřevě závislé na dřevině, je nutné vždy brát v úvahu také tento parametr.

Tab. 3: Odhad stupně poškození dřeva na základě průměrné rychlosti šíření elastických vln kolmo k vláknům; vlhkost 12–16 % (Kloiber, Drdácký, 2015)
Průměrná rychlost kolmo na vlákna [m.s−1]
Stupeň poškozeníDruh dřeva
smrk, jedleborovicedub
1prvky bez znatelného poškození dřeva1260 <1160 <1640 <
2prvky s drobným poškozením dřeva920–1260840–11601180–1640
3prvky s poškozením dřeva750–920680–840850–1180
4prvky s rozsáhlým poškozením dřeva< 750< 680< 850

Rychlost šíření zvuku ve dřevě závisí také na vlhkosti dřeva. Se vzrůstající vlhkostí rychlost šíření zvukových vln klesá, proto je nezbytné měřit vlhkost daného prvku.

Odporové vrtání

Odporové vrtání odporovou mikrovrtačkou Resistograph 4453-S (Obr. 16) je založené na měření odporu vůči pozvolnému pronikání vrtáku malého průměru zkoumaným materiálem. Výhodou je, že přístroj nabízí přehled o vnitřním stavu prvku. Vzhledem k minimálnímu poškozování materiálu patří mezi semidestruktivní způsoby zjišťování stavu dřevěných konstrukcí (Kloiber, Kotlínová, 2010).

Obr. 16: Odporové vrtání – přístroj Resistograph 4453-S
Obr. 16: Odporové vrtání – přístroj Resistograph 4453-S

Odpor vrtáku se soustředí ve špičce o průměru 3,0 mm. Dřík vrtáku má průměr 1,5 mm, což umožňuje snížit tření vrtáku v řezné spáře v hlubších vrstvách prvku. Tenký vrták snímá odpor při průniku do dřeva.

Řezný odpor vrtání je definován dle vztahu (Horáček, 2007):

vzorec 2
 

kde je

RD
odpor vrtání [Nm.s.rad−1],
Tω
točivý moment [N.m],
ω
úhlová rychlost [rad.s−1]
 

Z toho vyplývá, že menší vrtný odpor, který vyžaduje menší točivý moment motoru, je dán menší hustotou dřeva, dutinami, poškozením, rozštípnutím a trhlinami. Výstupem Resistographu je grafický záznam (hustotní profil, dendrogram). Dendrogram je přímo tištěn na integrované termotiskárně a současně může být přenášen z flash paměti přímo do PC.

Obr. 17: Komplex bytového domu v obci Škvorec
Obr. 17: Komplex bytového domu v obci Škvorec

Vrty jsou vedeny v celém průřezu/průměru prvku. Během vrtu je při konstantních otáčkách posuvu vrtáku snímán potřebný elektrický příkon, ze kterého je odvozen výstupní mechanický odpor. Hodnocen je průběh odporu v průměru prvku (změny vlastností, odhalení defektů) a rovněž střední hodnota mechanického odporu za celý prvek.

Záznam vrtání odpovídá spotřebované energii potřebné na udržení konstantní vrtné rychlosti. Vrcholy v grafickém záznamu odpovídají vyšší energii, tedy vyššímu odporu i vyšší hustotě, zatímco nižší body jsou spojené s nižší energií, tedy nižším odporem a hustotou.

Odlišný odpor může odhalit různé stupně poškození. Tato metoda je časově náročnější, ale z výsledků je poměrně kvalitní výstup pro posouzení stavu příčného průřezu.

Sanace dřevěných prvků v původním objektu pivovaru v obci Škvorec byla provedena v roce 2017. V prostoru pivovaru byl vybudován komplex bytového domu (Obr. 17).

Při rekonstrukci objektu na bytový dům bylo použito a zabudováno již napadené stávající dřevo krovů. Dřevěné prvky v objektu jsou atakovány tesaříkem krovovým (Hylotrupes bajulus). Byly zjištěny příznaky výskytu tesaříka zejména v interiérech bytů charakterizované vypadáváním drobných pilin z trhlin a výletových otvorů a dutiny po chodbičkách. Brouci se v interiéru vyskytují i v polétavém stadiu, takže kladou vajíčka do zabudovaného dřeva. Tesařík krovový patří k nejškodlivějším druhům dřevokazného hmyzu, protože jeho larvy rychle napadají dřevo (velký požer), a to i odumřelé a napadené hnilobou. Vývojový cyklus tesaříka může trvat i 10 až 12 let. Proto se brouci objevují i ve starých objektech při klimaticky příznivějších podmínkách nebo v souvislosti se zateplováním půdních prostor. Podmínky pro napadení dřeva jsou v podkrovních prostorách splněny téměř vždy (dostačující vlhkost a teplota prostředí). Zateplením se vlhkost dřeva může zvýšit k hodnotě 25 % až 27 %.

Obr. 18a: Tlaková injektáž napadených dřevěných prvků v interiéru domu
Obr. 18b: Tlaková injektáž napadených dřevěných prvků v interiéru domu

Obr. 18: Tlaková injektáž napadených dřevěných prvků v interiéru domu

K dispozici jsou různé metody likvidace dřevokazného hmyzu. Mechanický způsob likvidace spočívající v odstranění napadeného dřeva a jeho nátěrem nebo nástřikem není dostatečně účinný. Dlouhodobá ochrana dřeva a likvidace dřevokazného hmyzu je bez potřebné technologie prakticky nemožná.


Z hlediska sanace se v objektu vyskytovaly dva případy – interiéry bytů s přístupnými dřevěnými prvky napadenými hmyzem a prakticky nepřístupný podkrovní prostor. Pro sanaci dřevěných prvků v bytech byla aplikována metoda hloubkové tlakové injektáže, kdy se dřevo injektovalo pod tlakem insekticidem (Obr. 18). Pro sanaci dřevěných podkrovních prvků byla použita metoda termosanace (horkovzdušné likvidace) tak, aby nedošlo k poškození izolačních vrstev střešního pláště, kabelů umístěných v prostoru apod. v kombinaci s tlakovou injektáží.

3. Závěr

Dřevo patří k nejstarším materiálům, které člověk využíval původně pro stavbu jednoduchých přístřešků, hrází, opevnění, lávek a dalších účelových staveb. V dalších vývojových etapách pak pro stavbu domů, mostů, monumentálních konstrukcí a specifických staveb. Na vývoji historických objektů a konstrukcí lze zaznamenat určité vývojové etapy stavebnictví v daném období. V současné době, v souvislosti s významným rozvojem nových technologií výroby dřevěných prvků, materiálů a spojů, jsou navrhovány a realizovány stavby tradiční i stavby s dřevěnými konstrukcemi velkých rozpětí a složitých geometrických tvarů. Se zřetelem k výhodným vlastnostem dřeva a materiálů na bázi dřeva bude nesporně vývoj dřevěných konstrukcí pokračovat. Lze zaznamenat, že zájem investorů, architektů, realizačních firem i studentů odborných a vysokých škol o dřevěné konstrukce je stále poměrně velký.

Poznatky a zkušenosti vyplývající z analýzy dlouhodobého působení historických konstrukcí jsou důležité pro navrhování nových konstrukcí a vývoj konstrukčních systémů. Cílem příspěvku bylo uvést poznatky z průzkumu, posuzování a sanace vybraných typů historických konstrukcí.

4. Literatura a použité materiály

  1. BINDA, L., DRDÁCKÝ, M., KASAL, B., 2007. In-situ evaluation and non-destructive testing of historic wood and masonry structures. Praha: ÚTAM AV ČR. 253 s. ISBN 978-80-86246-36-9.
  2. HASNÍKOVÁ, H., KUKLÍK, P., 2013. Metody pro zjišťování spolehlivosti historických dřevěných konstrukcí. TZB-info. Topinfo s.r.o., ISSN 1801-4399.
  3. HORÁČEK, P., 2007: Zjišťování změn vlastností zabudovaného dřeva v čase. Sborník z konference „Historické a současné dřevěné konstrukce“, Kostelec nad Černými lesy, ČZU v Praze, s. 67–73, ISBN 978-80-13-1641-6.
  4. KLOIBER, M., DRDÁCKÝ, M., 2015. Diagnostika dřevěných konstrukcí. Praha: ČKAIT. Technická knižnice. ISBN 978-80-87438-64-0.
  5. KLOIBER, M., KOTLÍNOVÁ, M., 2008. Nondestructive defectoscopic devices used for build-technical surveys of historical wood construction. In: Stavební ročenka, 2008. Praha, JAGA, pp. 36–41.
  6. KUKLÍK, P., KUKLÍKOVÁ, A., 2001. Methods for evaluation of structural timber. Wood Research. 46(1), 1–10. ISSN 0012-6136.
  7. POŠTA, J., JÁRA, R., HASNÍKOVÁ, H., DOLEJŠ, J., KUKLÍKOVÁ, A., KUKLÍK, P., 2015. Metody pro nedestruktivní hodnocení dřeva a jejich přesnost, In: Dřevostavby 2015. Volyně: VOŠ Volyně, s. 197–199. ISBN 978-80-86837-72-7.
  8. REINPRECHT, L., ŠTEFKO, J., 2000. Dřevěné stropy a krovy. Typy, poruchy, průzkumy a rekonstrukce. Praha, Nakladatelství ARCH, 252 s. ISBN 80-86165-29-9.
  9. STRAKA, B., Drevo – tradičný aj perspektívný materiál na stavebné konštrukcie, ASB Architektúra-Stavebnictvo-Bývanie, Jaga group, s.r.o., Bratislava, 6/2004.
  10. STRAKA, B., ŠMAK, M. Vybrané příklady použití dřeva v nosných konstrukcích, Materiály pro stavbu, 9/2010, s. 22–27.
 

Hodnotit:  

Datum: 16.7.2018
Autor: doc. Ing. Bohumil Straka, CSc.   všechny články autoraIng. Milan Šmak, Ph.D.   všechny články autoradoc. Ing. Jan Vaněrek, Ph.D., VUT FAST Brno   všechny články autoraIng. Pavla Kotásková, Ph.D., MENDELU Brno, Lesnická a dřevařská fakultaRecenzent: doc. Ing. Petr Kuklík, CSc., ČVUT Praha, pracoviště UCEEB



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Google+  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (žádný příspěvek, přidat nový)