Zesílení dřevěných stropů lehkým betonem

Při snaze maximálně využívat stávající objekty se často setkáváme s nutností rekonstrukce původních dřevěných stropních konstrukcí. V rámci zachovalých historických objektů, zejména v centrech měst, jsou velmi rozšířeny tzv. tradiční trámové stropy, které byly hojně používány zejména v 19. století a na začátku 20. století. Při projektování půdních vestaveb je nutno vždy v první řadě zohlednit hledisko statiky.

Statické posouzení a potřeba zesílení

Stávající nosné konstrukce půdních stropů bývají zpravidla dimenzovány na hodnotu užitného zatížení odpovídající tomuto účelu využití. Podle současně platné ČSN 73 0035 je normová hodnota užitného zatížení stropů pro půdy qn = 0,75 kN.m-2, výpočtová hodnota pak qf = qn x γf = 0,75 x 1,4 = 1,05 kN.m-2, kde γf je součinitel zatížení. Porovnáme-li hodnoty normového užitného zatížení stropů pro půdy a hodnoty normového užitného zatížení stropů pro jiné účely využití místností (např. byt - qn = 1,5 kN.m-2, pokoje a kancelářské místnosti qn = 2,0 kN.m-2), můžeme vidět, že hodnota normového užitného zatížení stropů pro půdy je dvojnásobně i vícekrát menší než hodnoty normových užitných zatížení stropů pro místnosti s jinými způsoby využití.

Bude-li stávající půdní prostor následně využíván k jinému účelu (např. byt, kancelář, hotelové pokoje apod.), dojde vždy k výraznému (dvoj- a vícenásobnému) zvýšení užitného zatížení stávajícího půdního stropu. Z tohoto důvodu je v mnoha případech plánovaných půdních vestaveb skutečností, že stávající stropní konstrukce je pro nový účel užívání ze statického hlediska, pokud nebyla výrazně předimenzována, nevyhovující. Řešením může být vybourání původního stropu a jeho nahrazení novým stropem s požadovanou únosností, což je však zpravidla technicky náročná, pracná a finančně nákladná záležitost. Přichází v úvahu jen tehdy, pokud je stávající strop v havarijním stavu, nebo je výrazně poškozen (např. biologickými škůdci).

Alternativou je zesílení původního stropu na požadovanou únosnost. Níže uvedenými způsoby je možno uspořit zpravidla značné finanční náklady, které by bylo nutno vynaložit na provedení stropů nových. Zanedbatelné není ani zachování stávajícího podhledu a skutečnost, že nedojde k zásahu do místností situovaných pod zesilovanými stropy. Návrh zesílení se provede na základě důkladného průzkumu stávajícího stropu, při kterém je nutno zjistit:

  • Jak je strop konstrukčně a materiálově tvořen.
  • Jak staticky působí.
  • Jeho stav (např. u dřevěných prvků zda není napaden biologickými škůdci).

Podle konkrétního případu je třeba provést také příslušný počet sond, kterými se určí složení a tloušťky jednotlivých vrstev stropní konstrukce, jejich mechanický stav, vlhkostní stav (hmotnostní vlhkost) atd. Je vhodné využít také endoskopie (např. u dřevěných trámových stropů). Teprve na základě takto provedeného průzkumu stávajícího stropu je možno korektně stanovit jeho únosnost a posléze odborně navrhnout způsob jeho zesílení. Návrh zesílení stropu musí být doložen statickým výpočtem.

Čtěte také: výhody lehkého betonu v nosných konstrukcích

Možnosti zesílení dřevěných stropů lehkým betonem

Jednou z efektivních metod zesílení stávajících dřevěných stropů je jejich spřažení s betonovou deskou. Tato metoda se používá v posledních 30 až 40 letech při rekonstrukcích dřevěných stropů. Nedostatečně dimenzovaný (popř. i poškozený) strop se spřáhne s betonovou deskou nebo s další vrstvou z fošen či prken. Provedením betonové desky, kterou spřáhneme s dřevěnými nosníky pomocí různých spřahovacích prostředků, výrazně zvýšíme tuhost i únosnost stropní konstrukce. Velkou perspektivu mají i v případě prefabrikovaných dřevobetonových stropů vícepodlažních dřevostaveb.

Nevýhodou nadbetonování může být velká hmotnost betonové desky. Je však možno použít lehkých betonů. Návrh spřažení, stejně jako každý jiný způsob rekonstrukce či zesílení stropní konstrukce, musí být doložen statickým výpočtem. A to nejen jeho definitivní fáze v rámci spolupůsobení dřeva a betonu po jeho zatvrdnutí, ale i montážní fáze, kdy čerstvě položený beton, který ještě nespolupůsobí, stávající stropní konstrukci pouze zatěžuje. V případě, že stávající dřevěný strop nebude schopen přenést hmotnost čerstvého betonu, bude nutno jej dočasně, po dobu tvrdnutí betonu, podepřít. Správná funkce takto zesíleného stropu (jeho zvýšená únosnost a minimální průhyb) závisí na dobrém vzájemném spolupůsobení původního dřevěného stropu a zesilujícího betonu. To je ovlivněno smykovou pevností a tuhostí spojů mezi původní konstrukcí a nadbetonováním - hřebíků, vrutů, ocelových desek s prolisovanými trny, vrutů se dvěma hlavami, resp. jiných spřahovacích prostředků.

Návrh spřažení, resp. celé skladby budoucího takto zesíleného stropu, je nutno řádně posoudit nejen z hlediska statiky, ale také z hlediska tepelné techniky. Je třeba posoudit kondenzaci vodní páry uvnitř stropní konstrukce podle ČSN 73 0540-2, resp. možnost ohrožení funkce dřevěného záklopu a dalších dřevěných prvků. To proto, aby nemohlo v budoucnu, v rámci užívání stropu, dojít k napadení dřevěných prvků dřevokaznými biologickými škůdci. Posouzení se provede vhodným výpočetním programem (např. TEPLO 2007). Z tohoto hlediska je však nutné posoudit nově navrženou stropní konstrukci nejen v její ploše, ale také v kritických místech (vodorovné kouty u obvodové zdi pod stropem a nad podlahou, uložení stropních trámů apod.).

Typy lehkých betonů pro zesílení dřevěných stropů

Pro vytvoření experimentálních modelů spřažených průřezů dřevo-beton a modelů stropních konstrukcí byly využity dva typy lehkých betonů:

  • Liaporbeton (LB)
  • Beton s využitím recyklovaných surovin (RB)

Jako prvky spřažení byly zvoleny běžné stavební hřebíky ø5 mm/150 mm, bednění tvořila dřevěná prkna tl. 25 mm a jako případná separační vrstva byla použita PE fólie tl. 0,1 mm.

Čtěte také: Moderní podlahové systémy

Výzkum spřahovacích prostředků

Na základě provedeného výzkumu spřahovacích prostředků bylo zjištěno, že především tuhost, určovaná podle technických norem, je cca o 20 % nadhodnocována, neboť normy předpokládají, že spřahovací prostředek je v betonu dokonale vetknut a při zatížení nedochází k jeho zatlačení do betonu. Pro stanovení únosnosti spřahovacích prostředků kolíkového typu ve spojích dřevo-beton byly zpracovány následující výpočetní postupy vycházející z předpokladů pro spoje dřevo-dřevo.

Pro ověření platnosti vztahů pro únosnost spřahovacích prostředků byly použity výsledky protlačovacích zkoušek, které byly provedeny na univerzitě v Coimbře (Dias, 2003) a ČVUT v Praze, Fakultě stavební (Kuklíková, 2004). Zkušební tělesa byla provedena ze smrkového řeziva a betonu různých pevností (HSC - vysokopevnostní beton, NWC - obyčejný beton, LWC - lehký beton). Z hodnot uvedených v tabulce vyplývá, že únosnosti kolíků zjištěné podle analyticky odvozených výpočetních vztahů (Kuklíková, 2004) se velmi dobře shodují s charakteristickými hodnotami zjištěnými zkouškou.

Veličina, která popisuje účinnost poddajného spoje (např. hřebíkového) u spřažené konstrukce, je modul prokluzu spoje K [N/mm]. Tato veličina popisuje velikost síly potřebné pro deformaci spoje o 1 mm. Je proměnná s rostoucím zatížením a pro statický výpočet je potřebná hodnota charakterizující počáteční přetvoření spoje označovaná jako Kser (resp. Ku pro posouzení na 1. mezní stav, kdy Ku = 2/3 Kser). Pro stanovení veličiny Kser lze použít přibližný výpočet dle EC5, který se vztahuje pouze na spoje bez mezivrstev na styku dřevěného trámu a betonové desky. Pro jiné typy průřezů (s mezivrstvami např. z bednění) je nutno vyhodnotit zatěžovací zkoušky spoje v souladu s ČSN EN 26891.

U rekonstrukcí se ve většině případů realizuje betonáž na původní či opravené bednění, případně je aplikována také separační fólie - jedná se tedy o spoj s mezivrstvami. Byla snaha vysledovat dle normou stanovených zkoušek spoje závislost modulu prokluzu na použitých mezivrstvách. Abychom mohli z tohoto pohledu jasně odvodit vliv separační fólie, bylo nutno provést stejné zatěžovací zkoušky na modelech s bedněním, ale bez aplikace separační fólie. Při zatěžování, které simuluje smykové namáhání spoje, je sledován vzájemný posun mezi trámem a betonem v závislosti na působícím zatížení F. Dle zjištěné deformace je pak vypočítána konkrétní hodnota K pro příslušnou zatěžovací sílu F nebo jednočíselná hodnota Kser pro jeden hřebík u daného modelu spoje. Pro sérii 5 stejných modelů byly následně výsledky zprůměrovány.

Vliv separační vrstvy

Separační vrstva je na bednění aplikována zejména z důvodu zamezení vnesení technologické vlhkosti z betonáže do dřevěné části konstrukce. Pro sledování této problematiky sloužily modely stropních konstrukcí se třemi dřevěnými trámy o celkových rozměrech 1,28 × 3,3 m s aplikací výše zmíněných lehkých betonů. Použitá betonová směs měla nízký vodní součinitel a na záklop nebyla aplikována separační vrstva. Vyrobeny byly modely, kdy byly jako prvky spřažení použity hřebíkové spoje ve dvou variantách (model LB-H1 a LB-H2, RB-H2) nebo bylo spřažení s betonem dosaženo ozuby v dřevěném podkladu, kdy byla střídavě s mezerami položena druhá vrstva bednění (model LB-SB a RB-SB).

Čtěte také: Pohledový beton a bednění

Měření vlhkosti proběhlo vždy těsně před betonáží, následně 1 den po betonáži a případně i v dalších časových úsecích. Po aplikaci mokré betonové směsi na bednění u modelů stropních konstrukcí byl potvrzen předpoklad o nárůstu objemové vlhkosti v dřevěném bednění, který ovšem nebyl nijak markantní. U modelů stropů s aplikací směsi liaporbetonu s vodním součinitelem w/c = 0,38 došlo po betonáži k nárůstu vlhkosti bednění průměrně o 0,81 %, u modelů s recyklovaným betonem byl pak přírůstek 0,57 %.

Dle výsledků provedených experimentů můžeme říci, že při aplikaci betonové směsi s vodním součinitelem do hodnoty cca 0,4 není u dřevobetonové konstrukce nutné používat separační mezivrstvu mezi betonem a bedněním. Bez separační vrstvy dochází totiž k minimálnímu nárůstu vlhkosti v bednění stropu (dle experimentů o cca 1 %), který není z hlediska trvanlivosti a životnosti konstrukce podstatný. Aplikace fólie z důvodu zamezení šíření vlhkosti z čerstvé betonové směsi je vhodná pouze v odůvodněných případech.

Použití separační vrstvy má výrazný vliv na modul prokluzu spoje, kdy byl při její aplikaci zjištěn pokles modulu prokluzu Kser ve většině případů vyšší než 50 % - hodnota tedy klesá o více než polovinu hodnoty Kser zjištěné u modelů pouze s bedněním. Znamená to, že spoje jsou více smykově namáhány a dochází pak také k jejich výraznější deformaci. Aplikace separační vrstvy u rekonstrukcí dřevěných stropů formou spřažení s betonovou deskou je v praxi často diskutována. Z reálných zkušeností i dalších prováděných experimentů na Fakultě stavební VUT v Brně můžeme říci, že její použití z důvodu zamezení vnikání technologické vlhkosti od betonáže do dřeva je ve většině případů neopodstatněné, zejména má-li konstrukce možnost následně po betonáži vysychat. Nevýhody jsou zde i ze statického hlediska a použití separační fólie v daném konkrétním případě je proto potřeba důkladně zvážit.

Ekostyrenbeton jako řešení pro lehké zpevnění

Trámové stropy najdeme ve starých domech, ale i novostavbách. Rozdíl je v tom, že trámový strop byl dříve konstruován tak, že byl často opatřen prkenným záklopem i zdola (nejen shora) a vzniklá dutina byla vysypána například jemnější, suchou sutí. Z tepelně izolačního hlediska je toto řešení nedostačující, byť je dřevo jako takové výborným tepelným izolantem. Běžně se na prkennou podlahu půdy ukládá tepelná izolace (např. minerální vlna), často je prkenná podlaha demontována, suť odstraněna a nahrazena lehkým tepelným izolantem, ovšem tepelnou izolaci lze položit i na prkennou podlahu, aniž bychom do konstrukce zasahovali.

A kromě tradičních tepelných izolantů, které je třeba opatřit povrchem, na nějž můžeme pokládat podlahovou krytinu, je výborným řešením právě použití lehčeného betonu. Právě tepelná izolace o nízké hmotnosti a přitom vysoké pevnosti v tlaku je ideálním řešením i z hlediska tloušťky výsledných konstrukcí. A právě pro trámové, ale i klenbové stropy se jeví jako ideální.

Co je Ekostyrenbeton?

Ekostyren je plnivo určené do lehkých tepelně a zvukově izolačních betonů, které se používá jako přísada do betonu. Ekostyren je speciálně upravená drť pěnového polystyrenu, která se snadno míchá s vodou, cementem a pískem (ručně, v míchačce i domíchávači - záleží jen na potřebném množství hmoty a dostupném zařízení). Aby se zajistila smáčivost jednotlivých granulí, musí být obaleny vhodnými smáčedly a vysoušedly, které zároveň odstraní elektrostatický náboj. Docílí se tak snadné míchatelnosti v běžných mechanizačních prostředcích, přičemž po vylití se jednotlivé granule ekostyrenu rozprostřou homogenně v celé vrstvě betonu. Ekostyren je vyráběn na bázi recyklovaného odpadního polystyrenu.

Aplikace Ekostyrenbetonu

Aplikace je zcela jednoduchá - Ekostyren se míchá s vodou, cementem a pískem, čímž vznikne lehčený beton - Ekostyrenbeton. Tento lehký beton se pak používá pro rekonstrukce a půdní vestavby, pro vytvoření spádové vrstvy ploché střechy, jako výplňová tepelně izolační vrstva pro stropy, terasy a podlahy a to především na všechny vodorovné konstrukce. Využití najde všude, kde potřebujeme vyrovnat jakoukoli nerovnost a přitom nezatížit konstrukci domu. Platí to i pro trámové stropy půdních vestaveb, kde chceme povrch podlahy vyrovnat a přitom dobře tepelně a zvukově izolovat, aniž bychom příliš zatížili stropní konstrukci.

Cílem každého výrobce stavebních hmot je vyrobit hmotu, která bude co nejlehčí a zároveň bude mít co největší pevnost v tlaku. Ekostyrenbeton je až 12x lehčí než klasický beton, rychle tuhne, má až 30x lepší tepelně-izolační vlastnosti, je netříštivý, nesnadno hořlavý, odolává hlodavcům a plísním, je hygienicky i ekologicky nezávadný. Plnivo do lehčených betonů známe již od 60. let 20. století, kdy se do těchto betonů vmíchávaly nejrůznější hmoty, které měly specifickou objemovou hmotnost nižší než beton prostý. Dosahovalo se tak zlepšení fyzikálních vlastností při zachování dobrých mechanických vlastností těchto betonů.

Postup aplikace Ekostyrenbetonu

  1. Příprava podkladu: Podkladem pro Ekostyrenbeton mohou být prkna či dřevěné desky uložené na trámy shora a opatřené impregnačním nátěrem, ale i beton, keramika a ocelové plechy. Na impregnovaný dřevěný podklad se lepí asfaltová lepenka, beton a keramika se navlhčí, pokud jsou znečištěné a zamaštěné, opatříme je kvůli přilnavosti vhodným nátěrem, stejně tak i ocelové plechy.
  2. Míchání směsi: Je nutné nalít předepsané množství vody, přidat cement a rozmíchat na cementové mléko. Poté se přidá písek a znovu promíchá a až nakonec se postupně přidává Ekostyren a hmota se promíchává, dokud nevznikne polosuchá homogenní směs. Pokud je směs příliš suchá a nesoudržná, doplní se nepatrně vodou, přičemž výsledná směs nesmí být tekutá. Sklon míchačky se volí co nejmenší a výsledná hmota se míchá alespoň 3 minuty.
  3. Ukládání a hutnění: Ekostyrenbeton se vždy ukládá na celou výšku vrstvy, přičemž její sklon může být dle potřeby až 30°. S výjimkou výroby prefabrikátů není zhutňování tohoto materiálu nutné, stačí povrch stáhnout latí a uhladit hladítkem. U volných ploch je nutné povrch chránit před nadměrným vysycháním a klimatickými vlivy.
  4. Armování: Pro zvýšení únosnosti Ekostyrenbetonu je vhodné použít armaturu, nejlépe svařované (kari) sítě při objemové hmotnosti Ekostyrenbetonu 900kg/m3. Armaturu uložíme ve spodní třetině až jedné polovině tloušťky vrstvy, výšku fixujeme podložkami.

Obecné zásady betonáže stropů

Při betonáži je vhodná použít betonovou směs suchou - o hodnotě vodního součinitele w < 0,5. Realizace spřažení stávajícího dřevěného stropu s betonovou deskou je mokrý proces. Z tohoto důvodu je nutno dbát, aby nedošlo k nadměrnému promáčení záklopu, případně dalších prvků stropu. Povrch záklopu však není třeba chránit před vlhkým betonem. To proto, že jeho zatížení vlhkostí ze záměsové vody je krátkodobé, voda nepronikne do hloubky dřeva větší než 2 mm (v závislosti na konzistenci betonové směsi a na struktuře povrchu dřeva). Předmětná vlhkost se pak navíc zpětně spotřebuje při hydrataci betonu. Před uzavřením betonové vrstvy další vrstvou podlahy musí být tato být suchá.

Při manipulaci s materiálem během montáže a při ukládání betonové směsi se musí učinit taková opatření, aby nedošlo k trvalým deformacím vyčnívající prostorové ocelové výztuže. Celkové plošné montážní zatížení stropního prvku před uložením betonové směsi do konstrukce nesmí překročit 1,5 kN/m2. Bodové zatížení není přípustné a může negativně ovlivnit nosnost stropního prvku, nebo může vést k jeho prolomení. Používá se betonová směs B 20 měkké konzistence, max. zrno 16 mm. Při betonování nesmí dojít k hromadění betonové směsi na jednom místě. Stropní konstrukce se betonuje v pruzích ve směru nosníků, zároveň se betonují žebra i betonová deska, která doplňuje strop na potřebnou výšku. Při ukládání betonové směsi nesmí dojít k posunu nebo přetvoření výztuže. Betonáž pruhu nesmí být přerušena. Případná pracovní spára se smí vytvořit pouze mezi nosníky uprostřed stropního prvku. Při betonáži je nutné dodržet krytí horní výztuže, které je dané normou. Betonovou směs v žebrech a okolí ztužujících žeber je nutné řádně zhutnit. Při použití ponorného vibrátoru smí mít vibrační hruška průměr max. 40 mm. Vibrování prostřednictvím výztuže se nedovoluje. Zhutnění je možné provádět i intenzivním propichováním. Po zhotovení stropu je třeba udržovat beton ve vlhkém stavu až do zatvrdnutí. Podpěry stropu lze odstranit, až beton dosáhne normou stanovené pevnosti, která je pro příslušnou třídu předepsána.

Zvýšení tuhosti stávajících netuhých stropů (např. dřevěných stropních konstrukcí, stropů s nosníky z ocelových válcovaných profilů) pomocí spřažení původního stropu s doplňkovou konstrukcí nadbetonováním, event. s dodatečně provedenou vrstvou prken nebo fošen se používá v posledních 30 až 40 letech při rekonstrukcích dřevěných stropů. Zároveň je možno, pokud je to třeba, zvýšit také jejich únosnost.

tags: #lehky #beton #zesileni #drevenych #stropu

Oblíbené příspěvky: