Střechy z vodonepropustného betonu

Návrh a realizace vodonepropustných střech, které představují specifické řešení střešní konstrukce budov, se řídí přesně předepsanými pravidly.

Směrnice pro vodonepropustné betonové konstrukce se primárně používá k navrhování železobetonových podzemních prostorů budov. S ohledem na výhody této koncepce se však rozšiřuje také na jiné typy konstrukcí. Sem lze zařadit vodonepropustné betonové střechy budov. Vodonepropustné střechy budov jsou vystaveny přímému působení teploty a povětrnostních vlivů, což vyžaduje zohlednění dodatečných požadavků. U vodonepropustných střech má beton nejen nosnou, ale také těsnicí funkci, což znamená, že tyto střechy nepotřebují hydroizolaci. Míru vodonepropustnosti betonu udává odpor betonu proti prosakování vody, který závisí na konstrukčních, technologických a výrobních opatření. Vodonepropustný beton je definován jako beton, jehož hloubka prosakování tlakové vody při zkoušce podle [1] nepřekročí 50 mm. Beton s požadovanou kvalitou a tloušťkou nad 200 mm je bez ohledu na velikost hydrostatického tlaku vodonepropustný. Speciální pozornost je však třeba věnovat kontrole vzniku a šířce trhlin v betonu. V zabránění vzniku trhlin hraje roli složení betonu a podmínky při tuhnutí a tvrdnutí betonu. Šířka trhlin se kontroluje výztuží, přičemž ani při šířce do 0,2 mm nelze, vzhledem k malému tlaku vody na střeše, zaručit samoutěsnění trhlin. Navrhování vodonepropustných střech bytových a hospodářských budov se řídí, podobně jako navrhování podzemních inženýrských staveb, resp. stěn a desek nádrží, směrnicemi pro vodonepropustné betonové konstrukce [2] až [5] (dále směrnice).

Směrnice neplatí pro vnitřní stropní konstrukce parkovacích domů a podzemních garáží.

Dělení vodonepropustných střech

Podle technologie zhotovování se rozlišují monolitické, montované nebo spřažené (prefa-monolitické) vodonepropustné střechy. V závislosti na využití prostor pod střechou a namáhání je rozdělujeme do dvou skupin:

• vodonepropustná střecha bez tepelné izolace, např. pro podzemní garáže nebo neobytné suterény,
• vodonepropustná střecha s tepelnou izolací (zejména jako obrácená střecha s tepelnou izolací na horním povrchu) pro budovy, např. bytové domy, administrativní budovy, obchody apod.

V závislosti na funkci mohou být střechy pojízdné, pochozí nebo nepochozí. Vodonepropustné pochozí a nepochozí střechy primárně brání průsaku dešťové vody přes střechu. V případě pojízdné střechy je třeba zabránit i průsaku vody zavlečené auty, která v zimě obsahuje chloridy vyvolávající urychlenou korozi výztuže.

Vodonepropustné střechy bez tepelné izolace se používají nad nevytápěnými místnostmi nebo podzemními garážemi. V průběhu dne a roku jsou tyto střechy vystaveny významným teplotním změnám. Změny teploty na interiérové ​​straně desky v nevytápěných místnostech mohou být příčinou vzniku trhlin od teplotních změn. Při návrhu a realizaci je proto třeba učinit opatření ke snížení velikosti vynucených napětí od změn teploty – a proto nelze na každé budově realizovat vodonepropustnou betonovou střechu. Vodonepropustná střešní konstrukce plní svou těsnicí funkci hned po zatvrdnutí betonu za předpokladu zohlednění projektových a realizačních opatření.

Na rozdíl od podzemních vodonepropustných konstrukcí jsou vodonepropustné střechy vystavené přímému působení teploty a povětrnostních vlivů. Pokud účinky venkovní teploty na konstrukci nejsou dostatečně zmírněny, vyžaduje se splnění dodatečných požadavků. S ohledem na skladbu střešního pláště je možné ke zmírnění teplotních účinků použít tato opatření [7]:

• štěrková vrstva o tloušťce min. 80 mm z kameniva frakce 16/32 mm,
• zatravnění (extenzivní nebo intenzivní) s vrstvou vegetace, filtrační vrstvou a drenážní vrstvou,
• zemina o tloušťce min. 300 mm k omezení vysychání a vlivu zmrazovacích a rozmrazovacích cyklů na beton,
• zámková dlažba pochozí nebo pojízdná ve štěrkovém lůžku a drenážní vrstvě,
• velkoplošné desky na terčích nebo ve štěrkovém lůžku.

Těžké pojízdné povrchy nebo lité asfaltové povrchy nejsou vhodné, pokud se použije tepelná izolace.

Požadavky na střechy

Zatížení vegetační střechy vyplývá z požadované tloušťky konstrukce, která závisí na druhu použité vegetace (tab. 1).

V závislosti na způsobu užívání místností pod střechou je třeba určit, zda je, nebo není nutná tepelná izolace střechy. V minulosti se tepelná izolace střech umisťovala na interiérové straně nosné konstrukce, v současné době se umisťuje na exteriérovou stranu střechy, čímž vzniká tzv. obrácená střecha (obr. 1). Vodonepropustné střechy jsou vhodné i pro pasivní domy s vysokými požadavky na kvalitu tepelné izolace [3].

Minimální tloušťky vodonepropustných konstrukcí v souladu se směrnicemi na navrhování vodonepropustných betonových konstrukcí jsou uvedeny v tab. 2. Z hlediska vzniku a rozvoje dělicích trhlin se rozlišují tři koncepce návrhu a zhotovení vodonepropustné konstrukce [3]:

• koncepce 1: konstrukce bez dělicích trhlin se dosáhne konstrukčními, technologickými a výrobními opatřeními,
• koncepce 2: konstrukce s dělicími trhlinami se šířkou umožňující jejich samoutěsnění se dosáhne návrhem a uspořádáním betonářské výztuže,
• koncepce 3: konstrukce s dělicími trhlinami s maximální šířkou podle stupňů vlivu prostředí, které se dodatečně utěsní.

Při navrhování vodonepropustných střech nelze uvažovat koncepci 2, která předpokládá jejich samoutěsní. Pro návrh vodonepropustné střechy lze použít koncepci 1, tedy konstrukci bez dělicích trhlin nebo koncepci 3, kde se dodatečné utěsnění musí řešit již při návrhu konstrukce [7].

Třídy namáhání a využívání vodonepropustných střech

Vodonepropustné střechy patří do třídy namáhání 1, což jsou konstrukce bez kontaktu s tlakovou vodou (max.100 mm vodního sloupce), výhradně určené pro vodorovné a šikmé plochy. Na střešní konstrukci může působit tlaková voda ve formě stojící vody (např. při přívalových deštích) s dočasným působením. U vegetačních střech se předpokládá odvedení nebo zachytávání vody. Výška tlakové vody závisí na sklonu střechy, výšce okrajů střechy a odvodňovacího žlabu. [7] Přiřazení třídy využití závisí obecně na způsobu využívání prostor pod střechou a na požadavcích uživatelů těchto prostor. Při podzemních garážích se zohledňuje, že voda nemůže na zaparkované automobily odkapávat, protože to by mohlo vést k poškození laku – proto se střechy podzemních garáží zatřiďují do třídy využívání A (nepřipouštějí se trhliny nebo spáry propouštějící vodu). Vodonepropustné střechy podzemních garáží třídy využívání A musí být kluzně uloženy, aby během návrhové životnosti konstrukce nevznikly žádné trhliny od teplotních změn vlivem klimatických podmínek. Pokud střešní deska není kluzně uložena a konstrukce je opakovaně namáhána vynucenými napětími, musí se navrhnout sekundární těsnění, aby se zajistila vodonepropustnost širokých trhlin, např. nátěrovou nebo fóliovou hydroizolací [4]. Vodonepropustnost střechy je zajištěna technologickými, konstrukčními a výrobními opatřeními.

Konstrukční opatření [7]

Při návrhu vodonepropustné střechy je třeba přijmout tato konstrukční opatření:

• kluzné uložení střešní konstrukce na stěny ke snížení vynucených napětí,
• tepelnou izolaci střechy, která zmenšuje vynucená napětí od teplotních změn,
• v případě uložení na stěny ze zdicích tvárnic použití železobetonového věnce s kluzným ložiskem mezi věncem a deskou,
• rozdělení desky na menší plochy.

Technologická opatření [7]

Mezi technologická opatření patří:

• použití betonu s vhodným složením s pomalým nárůstem pevnosti a malým smršťováním,
• použití drceného kameniva ke snížení rizika vzniku trhlin zvýšením tahové pevnosti betonu,
• použití cementu s nízkým nebo velmi nízkým hydratačním teplem,
• použití přísady ke zpomalení tuhnutí betonu.

Výrobní opatření [7]

Výrobní opatření jsou tato:

• zpomalení poklesu hydratačního tepla betonáží za příznivých teplotních podmínek,
• začátek betonáže v teplém období večer nebo v noci,
• dodatečné zhutnění betonu,
• okamžité ošetřování betonu proti vysychání např. překrytím reflexní fólií,
• co nejrychlejší zalití betonu vodou – lze dosáhnout zvýšenými okraji desky,
• ochrana před rychlým ochlazením, především v zimním období, např. překrytím tepelnou izolací.

Výhody dodatečného zhutnění [7]

Základními výhodami dodatečného zhutnění je:

• omezení vzniku smršťovacích trhlin nebo jejich dodatečné utěsnění,
• zlepšení soudržnosti horní výztuže s betonem,
• menší objem pórů v povrchové vrstvě betonu, což omezí průsak vody do betonu.

Vzhledem k riziku tvorby trhlin v betonu je kluzné uložení vodonepropustných střech důležitým konstrukčním opatřením. Použití plastifikačních a tuhnutí zpomalujících přísad, i opětovné zhutňování betonu den po betonáži, jsou významná technologická opatření. Použití tepelných izolací je účinné z hlediska dlouhodobé vodonepropustnosti betonu střešní konstrukce. Štěrková vrstva představuje dobré řešení ke kompenzaci denních a ročních výkyvů teplot, které mohou způsobit vynucená napětí, a následně trhliny. [6]

Výhody vodonepropustných střech [6], [7]

Základní výhody vodonepropustných střech jsou:

• odpadá hydroizolace, dodatečně je třeba utěsnit pouze pracovní a dilatační spáry, popřípadě trhliny,
• žádné skryté nebo dodatečné poruchy (vyloučí se poškození sekundární izolace dodatečnými činnostmi při realizaci střešního pláště),
• snadno odhalitelné průsaky, jednoduše lokalizovatelné a opravitelné,
• mnohem vyšší trvanlivost betonu než trvanlivost hydroizolačních vrstev,
• bezúdržbovost a žádná dodatečná ochrana před přerůstáním kořenů rostlin u vegetačních střech,
• možnost zhotovení plochých střech bez spádování horního povrchu (stojatá voda není problém), což umožňuje jednodušší realizaci, zrušením ochranných vrstev se šetří i tloušťka konstrukce, a tím i náklady na střechu,
• možnost ukotvení zábradlí, atiky a jiných dodatečných konstrukcí bez použití těsnění,
• časem se zvyšuje pevnost a těsnost střechy, střecha nestárne,
• možnost využití povrchu střechy jako odkládací plochy pro uložení stavebního materiálu, Lešení pro stavbu vyšších podlaží lze položit přímo na střešní desku, nejsou potřeba opatření na ochranu hydroizolace,
• možnost zahájení stavebních prací v interiéru ihned po odstranění bednění, což zkracuje čas výstavby a přispívá ke snížení nákladů.

Běžná těsnění na ploché střechy ve formě povlakových krytin mají nákladnou a komplikovanou realizaci jednotlivých vrstev. Nelze je aplikovat ve vlhkém počasí a při nízkých teplotách. Nevýhodou je i riziko průsaků v důsledku poškození hydroizolace při montáži nebo její mechanické poškození při následných pracích (kladení dalších vrstev – tepelná izolace, dlažba apod.). Lokalizace a oprava později zjištěných netěsností je náročná a často vede k úplné výměně hydroizolace, což je spojeno s vysokými náklady. Obvykle se poruchy hydroizolace opravují natavováním dalších vrstev, což zvyšuje zatížení. Ploché střechy z vodonepropustného betonu jsou v současnosti nejmodernější technologií, která se zatím na Slovensku a v Čechách málo používá. Bez ohledu na typ střešního pláště by se u střech z vodonepropustného betonu měly zohlednit následující požadavky [7]:

• přímá a nepřímá zatížení a jimi vyvolaná vynucená napětí by měla být vždy menší než aktuální pevnost betonu v tahu,
• konstrukční řešení uložení stropu na svislé nosné konstrukce a průvlaky by nemělo bránit dilataci vodonepropustné střechy (uložení na kluzná ložiska nebo kluznou vrstvu), vynucená napětí by měla být minimalizována,
• pokud jsou přítomny konstrukce, které brání volné deformaci desky (např. komunikační jádra s výtahy a schodišti), je třeba je umístit do středu půdorysu,
• nepravidelné půdorysy rozdělit pracovními spárami na čtvercové nebo obdélníkové části,
• použít vyvýšené hrany nebo zkosení v dilatačních spárách o výšce min. 100 mm (obr. 2),
• velikost pracovních záběrů max. 600 m² s poměrem stran maximálně 1 : 2,5,
• všechny spáry utěsnit vhodným těsnicím systémem,
• výztuž, která prochází přes pracovní spáru, omezit na plochu potřebnou k zajištění únosnosti, to platí i pro styčné plochy spřažených desek mezi prefabrikovanými panely,
• vodonepropustné střechy by měly mít konstantní tloušťku a měla by se omezit změna tloušťky desky (např. hlavicemi),
• k zamezení vzniku trhlin v betonu lze navrhnout dvousměrné předpětí betonové desky,
• nepoužívat vylehčení a ocelové nosníky v deskách, které lokálně zmenšují tloušťku betonového průřezu,
• okraje desky nebo zkosení k vytvoření žlabu v horní části desky by měly být min. 60 mm nad úrovní štěrku, zeleně nebo pochozí vrstvy střešního pláště (obr. 3),
• vyvýšené okraje desky a zkosení betonovat zároveň s vodonepropustnou deskou,
• vyvýšené okraje a zkosení u otvorů, světlíků, komínů apod. optimálně do výšky 150 mm, minimálně však 100 mm nad horní vrstvu střešního pláště (obr. 4),
• vegetace s rostlinami náročnými na kořenovou soustavu musí být od spár desky vzdálená minimálně 500 mm,
• prostupy přes střechu s průřezem DN 80, 100 nebo 125 mm musí být vodonepropustné (použití např. těsnicí manžety),
• vytváření drážek a jiných podobných úprav desky, které zmenšují průřez není povoleno,
• podélné rozvody nesmí být zabetonovány v desce, protože tyto rozvody oslabují průřez desky, což může vést ke vzniku trhlin,
• podélná elektrická vedení lze klást mezi výztuž, nesmí se však vytvářet svazky kabelů,
• vodonepropustná střešní konstrukce se zatřídí podle rozhodujícího stupně vlivu prostředí a vodní součinitel (v/c)_eqmá být ≤ 0,55,
• doporučuje se použít nižší třídy pevnosti betonu, min C20/25,
• použití drceného kameniva má příznivý vliv na složení betonu, spolu se zpomalovači tuhnutí a tvrdnutí betonu umožňuje dodatečné zhutnění betonu,
• vodonepropustné střechy s vrstvou zeminy, štěrku nebo vegetační střechy se mohou zhotovit bez spádu (dodatečné použití spádových vrstev nebo potěrů není třeba),
• při požadavku na odvodnění pochozí nebo pojízdné střechy z vodonepropustného betonu je třeba si uvědomit, že účinný spád je při sklonu minimálně 2,5 %, spád se doporučuje vytvořit samotnou konstrukcí vodonepropustné střechy, bez potřeby spádové vrstvy, je-li potřebný dodatečný potěr, musí se zabezpečit jeho soudržnost s betonem střechy,
• při přímo pojízdných vodonepropustných střechách, na které přímo působí rozmrazovací soli nebo se rozmrazovací soli mohou zavléct dopravními prostředky, se musí betonový povrch chránit před účinky chloridů pomocí nátěru nebo povlakové ochrany. Systém ochrany se musí pravidelně kontrolovat a opravovat,
• dodatečnými stavebními pracemi se vodonepropustná střešní konstrukce nesmí poškodit, proto je třeba vyhnout se vibracím. Není dovoleno sekání betonu. Zhotovení otvorů vrtáním do vodonepropustné desky pro chemické kotvy nebo mechanické kotvení je omezeno na hloubku max. 60 mm,
• v případě střešních desek s vrstvou zeminy je třeba zohlednit agresivitu chemických látek v zemině.

Pomocí vyvýšených okrajů nebo zkosení vzniká na horní straně desky „vana“, což umožňuje zajistit zavlažování vegetační střechy. Zadržování vody umožňuje i okamžité identifikování průsaků. V případě delšího působení nahromaděné vody se mohou trhliny o šířce do 0,2 mm dodatečně utěsnit využitím samoutěsnění. Aby se zabránilo vzniku pozdních trhlin v betonu je třeba minimalizovat vynucené napětí od teplotních rozdílů a slunečního záření.

Výztuž vodonepropustných střech

Požadavky na výztuž [7] jsou tyto:

• tloušťka betonové krycí vrstvy:

• pojízdné vodonepropustné střechy bez ochrany proti chloridům (XD3) ≥ 55 mm
• vegetační střechy se štěrkovou vrstvou () ≥ 35 mm

• plocha výztuže při horním povrchu pro kroucení v oblasti rohů As,roh ≥ As, v poli, max
• výztuž po obvodu vodonepropustné střešní desky, je-li deska navržena s kluzným uložením po obvodu i ve spárách: podélné pruty min. 2 Ø 12 mm a třmeny min. Ø 8 mm až max. 150 mm.

Doporučení pro výztuž [7]:

• výztuž u horního povrchu průběžná a obousměrná min. Ø 8 mm až max. 150 mm, není-li požadováno s ohledem na přímé nebo nepřímé zatížení větší množství výztuže:

• při poměru stran větším než 1 : 2,5:
  • podélná výztuž u obou povrchů min. Ø 10 mm až max. 150 mm,
• u rohů s přídavnou výztuží při horním a dolním povrchu:
  • přídavná výztuž min. 5 Ø 12 mm až max. 100 mm, délky min. 1,5 m.

Těsnění spár

K těsnění dilatačních, pracovních a smršťovacích spár se používají zejména vnější těsnicí pásy na povrchu vodonepropustné střechy. Těsnicí pás ze syntetické pryskyřice a vhodné textilie se nanáší na spáru ve více vrstvách. Těsnicí pás vodonepropustné střechy má následující výhody a vlastnosti [7]:

• díky vnějšímu těsnění, v porovnání s vnitřními těsněními – jako jsou spojovací pásky, těsnicí plechy atd. – se do spoje, který se má utěsnit (např. pracovní spára), nedostane žádná voda, tím se brání přístupu chloridů z rozmrazovacích solí, které by způsobily urychlenou korozi výztuže,
• materiál musí být trvale odolný proti všem chemickým a minerálním sloučeninám nacházejícím se v půdě a vodě, což zvyšuje jeho odolnost proti hnilobě,
• materiál musí být odolný proti pronikání kořenů,
• přídržnost v tahu na ošetřovaném betonu je vysoká, což znamená, že šířka těsnění může být malá,
• materiál je otevřen pro difuzi vodní páry, což zajišťuje, že těsnění se nemůže oddělit od betonu v důsledku tvorby vzduchových bublin,
• díky jeho pružnosti, ve spojení s vyztužením rounovou textilií, je možné po těsnícím materiálu chodit, zároveň je dostatečně odolný proti všem běžným mechanickým namáháním v oblastech pokrytých zeminou a také pohybu způsobenému teplotními změnami,
• díky různorodé viskozitě lze materiál nanášet na vodorovné, svislé i těžko dostupné spáry,
• požadovaná odolnost proti UV záření je zaručena i pro těsnění mimo zeminu nebo štěrkovou vrstvu.

Závěr

Na navrhování vodonepropustných střech se doporučuje uplatnit koncepci 1 (bez trhlin) a koncepci 3 (dodatečné utěsnění trhlin). Návrhová koncepce 2, která uvažuje s možností samoutěsnění trhlin, není vhodná pro vodonepropustné střechy. Desky vodonepropustné střechy je třeba navrhovat s kluzným uložením na stěny a průvlaky, čímž se zabrání velkým vynuceným napětím při deformaci střešní desky od teplotních změn. Střešní desku je dobré dělit na menší části s jednoduchými tvary. Při vyztužování střešních desek je vhodné omezit velké průměry výztuže, pokud možno desky vyztužovat sítěmi.