Riziká predpätých strešných priehradových väzníkov typu SPP
V Českej i Slovenskej republike došlo k niekoľkým haváriám striech s dodatočne spínaným priehradovým väzníkom. Poruchy predpätia väzníkov vznikajú najmä v dôsledku problémov v stykoch medzi segmentmi alebo nedostatočnej injektáže káblových kanálikov maltou. To môže časom spôsobiť koróziu predpínacích lán, čo vedie k čiastočnej alebo úplnej strate predpätia a následnej havárii strešnej konštrukcie. Tento článok popisuje skúsenosti s diagnostikou vopred-predpätých spínaných strešných väzníkov, ktoré autori realizovali na viacerých objektoch na Slovensku.
1. Úvod
Obr. 1: Strešný väzník priehradový Priemstav predpätý na 18 m
Obr. 2: Výstavba haly Priemstav
V druhej polovici dvadsiateho storočia prebiehala výroba betónových prefabrikátov, ktoré boli z dôvodu dopravných obmedzení delené. Väzníky do 18 m rozpätia sa skladali z troch dielcov, väzníky pre rozpätie 24 m zo štyroch dielcov a väzníky pre rozpätie 30 m zo piatich dielcov. Spájať sa mali na stavbe dodatočným predpätím. Výroba sa spustila koncom 50. rokov v závodoch napr.: Priemstav Bratislava, ZIPP závod Rovinka, Prefa Hýskov u Berouna, atď. Postupne sa riešenie zdokonaľovalo a vylepšovalo. Podľa odhadu je v ČR plocha hál s týmto konštrukčným systémom okolo 500 000 m². Na Slovensku nám tento údaj chýba, ale predpokladáme, že sa jedná o zastavanú plochu 150 000 až 250 000 m². Tvar dodatočne predpätého väzníka pre rozpätie 18 m je na obr. 1.
Obr. 3: Pohľad na strešnú konštrukciu haly zo strešných väzníkov typu SPP – zanedbaný stav
Delené prefabrikáty boli priamo na stavbe dodatočne predpäté a následným injektovaním mali byť laná ochránené proti korózii. V ostatných rokoch došlo na Slovensku aj v Čechách k niekoľkým haváriám týchto strešných väzníkov typu SPP. Príčinou zlyhania sú systémové chyby v hrubom porušení technologickej disciplíny pri zhotovovaní väzníkov a pracovných postupov injektáže predpínacej výstuže.
2. Diagnostika priehradových väzníkov
Optimálny (a naším tímom odskúšaný) postup prieskumu/diagnostiky je nasledovný:
- Naštudovanie pôvodného projektu (ak je k dispozícii), vyhľadanie zabudovaných typov v pôvodných výrobných katalógoch, vyhľadanie výkresov výstuže, pôvodného statického výpočtu. Táto činnosť je mimoriadne náročná a nie vždy úspešná.
- Obhliadka objektu, príprava plánu dronového zalietania a fotografovania, určenie kritických a atypických detailov.
- Vyhodnotenie dronových fotografií – dvomi skúsenými autorizovanými osobami, určenie porúch, pravdepodobných príčin porúch, určenie prvkov a detailov na preverenie predpínacej výstuže endoskopickým prieskumom.
Postup kontroly injektovania káblových kanálikov predpätých väzníkov je na Obr. 4.
a)
b)
c)
Obr. 4: Endoskopia spínaných väzníkov: a) vŕtanie príklepovou vŕtačkou, b) čistenie otvoru stlačeným vzduchom, c) kontrola káblových kanálikov endoskopom
Obr. 5: Trhlina v prvej diagonále priehradového väzníka (zvýraznené)
Obr. 6: Kontrola injektovania káblových kanálikov – nevyplnené káblové kanáliky, povrch predpínacej výstuže chránený zvyškami cementového mlieka
Dôkladnou analýzou výstupov z dronového snímania všetkých väzníkov boli identifikované priečne trhliny v oblasti prvej diagonály strešných väzníkov (Obr. 5). Z tohto dôvodu sa v uvedenom mieste pristúpilo k prevereniu stavu injektáže predpínacej výstuže. Na základe endoskopických záberov (Obr. 6, Obr. 7) sa zistilo, že predpínacia výstuž nie je dostatočne chránená injektážnou maltou. Vo všeobecnosti možno na základe približne 250 kontrolovaných väzníkov konštatovať, že stav povrchu predpínacej výstuže sa líši v závislosti od konkrétneho prvku. V niektorých prípadoch boli predpínacie laná v oblasti prvej diagonály pokryté vrstvou cementového mlieka alebo zvyškami injektážnej malty (Obr. 6), ktorá pravdepodobne v dôsledku vyššieho obsahu vody počas tuhnutia vytiekla cez spoj medzi väzníkmi. Pri viacerých diagonálach sa na povrchu predpínacích lán prejavila povrchová korózia (Obr. 7). Stav injektáže bol overovaný aj v oblasti priamych predpínacích jednotiek dolného pásu priehradového väzníka. Vo všetkých kontrolovaných prípadoch boli tieto miesta riadne zainjektované (Obr. 8).
Obr. 7: Kontrola injektovania káblových kanálikov – nevyplnené káblové kanáliky, povrchová korózia predpínacej výstuže
Obr. 8: Kontrola injektovania káblových kanálikov – vyplnené káblové kanáliky
Prieskumom sme preukázali, že injektážna zmes nie je a ani nebola nanesená injektážou podľa pravidiel v najcitlivejšom mieste priehradového väzníka t. j. v krajnej diagonále. Dôvodov môže byť viac. Napríklad:
- porušená technologická disciplína, nedokonalá kontrola injektážnych prác,
- nedokonalé plastifikátory v dobe realizácie,
- vytekanie injektážnej zmesi v miestach spojov jednotlivých častí väzníka,
- sadnutie a segregácia injektážnej zmesi,
- a iné dôvody.
Všetky tieto fakty potvrdzujú , že nosná konštrukcia strechy predpätých väzníkov nebola realizovaná v zmysle technologických predpisov z doby realizácie. Statická funkcia väzníkov nie je plne zabezpečená a nie je možné vylúčiť jeho náhlu haváriu.
Pri diagnostike strešnej konštrukcie boli diagnostikované lokálne alebo celoplošné miesta zatekania cez strešný plášť (Obr. 9) pravdepodobne cez poškodenú hydroizoláciu strešnej konštrukcie. Z dlhodobého hľadiska to môže spôsobiť degradáciu povrchu betónu a lokálnu koróziu výstuže. Častým problémom v tomto type hál býva podvesovanie technologických zariadení na dolný pás priehradového väzníka. Toto riešenie nemusí vždy automaticky znamenať ohrozenie spoľahlivosti prvku, nakoľko pri niektorých typoch väzníkov sa s priťažením dolného pásu počítalo od výroby. Na obr. 10 je príklad dodatočného kotvenia nosného lana pre vedenie elektrického káblu, pri ktorom bol poškodený betón dolného pása väzníka.
Obr. 9: Zatekanie cez strešný plášť, degradácia povrchu prievlakov
Obr. 10: Kotvenie pomocnej konštrukcie k dolnému pásu väzníka
Obr. 11: Aplikácia fenoltaleínu v mieste vrtu pre endoskop – hĺbka karbonatácie cca 3 mm
Hodnota pH v betóne má zásadný význam na koróziu výstuže. Pri poklese hodnoty pH pod 9 prestáva byť výstuž chránená (pasivovaná) a môžu prebiehať procesy korózie ocele. Na určenie neutralizácie betónu (t. j. poklesu hodnoty pH) možno použiť viaceré metódy. V stavebnej praxi sa hodnota pH (resp. hĺbka karbonatácie) betónu najčastejšie stanovuje acidobázickými indikátormi. Na posúdenie karbonatizácie betónu je vhodným indikátorom fenolftaleín v roztoku etylalkoholu, ktorý opisuje norma STN EN 14630. Metóda umožňuje spoľahlivo rozlíšiť miesta v betóne, u ktorých pH hodnota je menšia, resp. väčšia ako 8,2. Indikátor sa aplikuje striekaním priamo na čerstvú lomovú alebo reznú plochu betónu. Miesta s hodnotou pH väčšou ako 10 sa okamžite zafarbia na intenzívnu červenofialovú farbu, miesta s pH hodnotou menšou ako 8,2 zostávajú bez farebnej zmeny. V rámci diagnostiky strešných väzníkov sa overovala aj hĺbka karbonatácie betónovej krycej vrstvy. Na základe skutočnosti, že zistená hĺbka karbonatácie betónu je menšia alebo rovná 3 mm (Obr. 11) a betónová krycia vrstva je viac ako 10 mm, možno konštatovať, že všetka výstuž sa momentálne nachádza v alkalickom prostredí, čo ju chráni proti elektrochemickej korózii ocele. Toto však neplatí v miestach prípadných trhlín v stykoch strešných väzníkov, resp. v mieste trhlín.
Pri diagnostike väzníkov bolo zistené, že takmer 100 % testovaných diagonál nemá injektážne kanály v krajných diagonálach vyplnené injektážnou maltou a predpínacia výstuž (káble z predpínacieho drôtu P 4,5 mm, vedené v trubkách) nie je chránená pred koróziou. Fotografie z endoskopického prieskumu dokazujú stopy korózie, resp. povrchovú koróziu predpínacích drôtov. Na základe týchto skutočností odporúčame zabezpečiť väzníky dodatočnou oceľovou konštrukciou, pripevnenou na väzník. Realizácia je možná len s lokálnym obmedzením prevádzky na krátky čas. Podľa skúsenosti s realizáciou je doba stavebných prác približne 1,5 dňa na väzníka, podľa možnosti prístupu k zabezpečovanej konštrukcii. Dodatočná injektáž je veľmi ťažko realizovateľná až nemožná, preto tento spôsob sanácie neodporúčame.
Obr. 12: Zosilňovanie 24m väzníkov pomocou externého predpätia
Obr. 13: Zosilňovanie 18m väzníkov pomocou externého predpätia
3. Záver
Na základe vykonaných diagnostík väzníkov typu SPP vo viacerých halách po Slovensku možno skonštatovať, že takmer 100 % testovaných diagonál nemá injektážne kanály v krajných diagonálach vyplnené injektážnou maltou. Na základe týchto skutočností odporúčame vlastníkom hál s predpätými delenými priehradovými väzníkmi zabezpečiť prostredníctvom kvalifikovaných odborníkov stavebno-technický prieskum a následné posúdenie technického stavu strešných väzníkov. Akékoľvek zásahy a posúdenia do nosnej konštrukcie strechy je nutné zveriť kvalifikovaným odborníkom, ktorí majú s podobnými typmi zásahov skúsenosti. Dodatočná injektáž nezainjektovaných káblových kanálikov je veľmi ťažko realizovateľná až nemožná, preto tento spôsob sanácie neodporúčame. Najbezpečnejším (aj finančne najmenej náročným) riešením býva zabezpečiť väzníky dodatočnou oceľovou konštrukciou, pripevnenou na väzník.
Poďakovanie
Tento článok vznikol s podporou výskumného projektu KEGA č. KEGA 046STU-4/2025 Aktualizácia a modernizácia vybraných predmetov pozemného staviteľstva so zohľadnením súčasných požiadaviek v oblasti obnovy budov a architektúry a VEGA č. VEGA 1/0483/26 Inovatívne výstuže pri navrhovaní a zosilňovaní betónových konštrukcií s dôrazom na používateľnosť.
4. Literatúra
- VAŇURA, T., Montované železobetónové haly. Konstrukce a statický výpočet. SNTL Nakladatelství technické literatúry, 1977.
- ÚNMS SR, STN ISO 13822: Zásady navrhovania konštrukcií. Hodnotenie existujúcich konštrukcií, 2012.
- M. Rudolf, Montované stavby průmyslové. Práce, 1961.
- KŇAZE, P., Betónové a železobetónové prefabrikáty. alfa – Vydavateľstvo technickej a ekonomickej literatúry, 1979.
- VOVES B., Trvanlivost konstrukcí z předpjatého betonu. SNTL Nakladatelství technické literatury, 1988.
- HOLLÝ I., Vplyv korózie výstuže na životnosť železobetónových konštrukcií, Habilitačná práca, SvF STU v Bratislave, 2020.
In the Czech and Slovak Republics, several roof failures involving post-tensioned trusses have occurred. Prestressing failures of trusses occur mainly due to problems at joint interfaces between segments or to insufficient grouting of cable ducts with mortar. This can cause corrosion of the prestressing cables over time, leading to partial or complete loss of prestressing and subsequent failure of the roof structure. This article describes the experience with diagnostics of pre-tensioned switched roof trusses, which the authors have implemented on several buildings in Slovakia.