Vady a poruchy ETICS z hlediska porušení mechanické odolnosti a stability ETICS

1.  ÚVOD

Podle ČSN 73 2901, Provádění vnějších tepelně izolačních kompozitních systémů (ETICS) z dubna 2005 obsahuje ETICS tyto části:

• v systému specifikovanou lepící hmotu a v systému specifikované mechanicky kotvící prvky;
• v systému specifikovaný tepelně izolační materiál;
• v systému specifikovanou základní vrstvu z jedné nebo více vrstev, kde nejméně jedna vrstva obsahuje výztuž;
• v systému specifikovanou výztuž;
• v systému specifikovanou konečnou povrchovou úpravu, která může zahrnovat dekorativní vrstvu.

Mechanické kotvící prvky a lepící hmota jsou hlavní činitelé rozhodující o mechanické odolnosti a stabilitě ETICS. Podcenění návrhu popř. realizace kotvení může mít dalekosáhlé a fatální důsledky a to zejména u výškových panelových domů, které jsou v současné době masivně dodatečně zateplovány. Ačkoliv výrobci ETICS disponují poměrně rozsáhlou podporou a servisem pro projektanty a stavitele (zhotovitele staveb) není vždy možné zejména díky zákonu o zadávání veřejných zakázek^[1] navrhnout v rámci projektové přípravy konkrétní ETICS a tím i nutný počet kotvících prvků. Tím se projektant zbavuje do jisté míry kontroly nad výsledným dílem. Jeden z hlavních dokumentů, který by měl být součástí projektové dokumentace - kotevní plán není možno předběžně vypracovat neboť projektant dopředu ani nemůže vědět jaké kotevní hmoždinky budou na stavbě použity. Z hlediska soudního inženýrství se může jednat o stěžejní část sporu mezi dodavatelem stavby a investorem v případě, že dojde k havárii ETICS.

Cílem této práce je popis mechanismu kotvení ETICS včetně vad a poruch, které mohou vzniknout v případě, že kotvení není vhodně navrženo nebo provedeno. Vzhledem k tomu, že tato práce má za úkol primárně zkoumat příčiny ztráty mechanické odolnosti a stability ETICS, věnoval jsem i část práce požární bezpečnosti zateplovacích systémů

2.  KOTVENÍ ETICS

Kotvením ETICS obecně rozumíme připevňování tepelného izolantu ETICS k podkladu pomocí kotevních hmoždinek. Technicky vzato, lepení izolantu ETICS k podkladu lepidlem je také kotvením a společně s kotevními hmoždinkami tvoří neodmyslitelnou součást ETICS, která rozhoduje o mechanické odolnosti a stabilitě dodatečného zateplení. Jelikož návrh obou systémů kotvení vychází z jiných principů a předpokladů, v dalším textu budu rozlišovat tyto druhy kotvení.

2.1 Kotvení pomocí kotevních hmoždinek

2.1.1 Zatížení větrem

Základním východiskem při návrhu počtu kotevních hmoždinek ETICS je správný výpočet zatížení větrem, přitom se předpokládá, že kotevní hmoždinky přenášejí 100 % sání větru a nepodílejí se na přenesení jiných zatížení. Tento základní princip se v zásadě odrážel v ČSN 73 0035, Zatížení stavebních konstrukcí, jejíž platnost skončila v březnu 2010.

                                                  Obr.1  Mapa větrových oblastí ČR



Od března 2010 je nutné počítat zatížení větrem podle ČSN EN 1991-1-4, Zatížení větrem. Výpočet zatížení větrem podle té to normy probíhá podle poněkud jiných algoritmů a dává také jiné výsledky než výpočet podle “staré” ČSN. Tento stav může v budoucnu způsobovat jisté komplikace v soudně inženýrské praxi, protože logicky vzato i výpočet podle ČSN 73 0035 musel dávat správné výsledky založené na statistické a fyzikální analýze zatížení větem. Jak si ukážeme dál, výpočet podle ČSN EN 1991-1-4 může vést k návrhu počtu kotevních hmoždinek, který může být až o polovinu větší než v případě použití výpočetního postupu podle “starší” ČSN [2].

Podívejme se nyní jakým způsobem probíhá výpočet zatížení větrem podle ČSN EN 1991-1-4. Základním parametrem je tzv. maximální tlak qp, který zahrnuje střední rychlost větru a také tzv. krátkodobou turbulentní složku. Velikost maximálního tlaku qp je ovlivněna především povětrnostními podmínkami, drsností terénu, ortografií oblasti a výškou budovy nad terénem. Každou podmínku, která ovlivňuje qp lze určit výpočtem, popř. volbou z hodnot nabízené normou.

  (1)

Povětrnostní podmínky vyjadřuje tzv. základní rychlost větru vb:

kde je:
vb                                základní rychlost větru v m.s^-1,
cdir                              součinitel směru,
cseason                      součinitel ročního období,
vb,0                             desetiminutová střední rychlost větru ve výšce 10 m nad zemí v terénu kategorie II
                                    (tj. terén s nízkou vegetací).

Pro použití v České Republice lze součinitele směru a ročního období uvažovat rovno 1. Tím dochází k výraznému zjednodušení rovnice (1) a tedy základní rychlost větru je rovna desetiminutové rychlosti větru vb,0, kterou je možné získat z mapy základních rychlostí větru, viz obrázek č.1.

Jak je vidět na obr.1, území ČR je rozděleno do celkem 5-ti větrových oblastí s hodnotami vb,0 od 22,5 do 36 m/s (pro V. větrovou oblast je nutné požádat o tuto hodnotu příslušný Český hydrometeorologický ústav).

Jelikož hodnota vb,0, jak již bylo napsáno je hodnotou referenční (hodnota střední rychlosti větru ve výšce 10 m nad zemí u terénu s nízkou vegetací), je nutné uvažovat hodnotu reálnou v určité výšce nad zemí, např. u atiky panelového domu. Proto je zavedena tzv. charakteristická střední rychlost větru vm(z) ve výšce z nad terénem. Tato hodnota je ovlivněna velikostí vb,0, ale také místními vlivy, vyjádřenými pomocí součinitelů:

  (2)

drsnosti cr(z) a orografie co(z). Výpočet vm(z) potom probíhá podle následující rovnice:

  ⁽³⁾

Součinitel drsnosti cr(z) vyjadřuje vliv výšky nad zemí a lze jej vypočítat:

kde je:
kr                                 součinitel terénu,
z                                  výška v m,
z0                                délka drsnosti.

Součinitel z0 lze najít v příslušné tabulce normy podle kategorie terénu. Např. pro kategorii terénu II, tj. krajina s nízkou vegetací je z0=0,05. Součinitel terénu je možné

  (4)

vypočítat jednoduše:

Abychom mohli dále určit zatížení větrem je potřeba spočítat tzv. maximální

  (5)

charakteristický tlak qp(z), který lze stanovit z následujícího vztahu:
        
Vztah (5) vypadá na první pohled složitě, ale složitý je jen zdánlivě, pokud si uvědomíme, že qb=0,5ρvm2(z), což není nic jiného než základní tlak větru, ρ je měrná hmotnost vzduchu, většinou se počítá, že ρ=1,25 kg/m³. Zatím neznámá veličina Iv(z) je tzv. intenzita turbulence ve výšce z nad zemí stanovená podle vztahu:

  (6)

kde je:
k1                                součinitel turbulence, v našich podmínkách roven 1,
c0                                součinitel orografie - viz výše.

Potud není s výpočtem žádný problém a v zásadě se jedná o dosazování do vzorců. Další postup je již mírně složitější neboť ČSN EN 1991-1-4 vyžaduje výpočet kvazistatické odezvy v zásadě pro všechny konstrukce. Pouze v případech tuhých konstrukcí, které mají vlastní vysokou frekvenci (rezonanční účinek větru je zanedbatelný) pak není nutné dynamickou odezvu počítat. To je případ pouze některých základních typů konstrukcí a konstrukcí s vlastní frekvencí vyšší než 5 Hz. Podrobněji pro postup výpočtu kvazistatické odezvy odkazuji na [3]. Zatím jsme tedy schopni určit maximální charakteristický tlak podle rovnice (5), ten však k výpočtu zatížení větrem nestačí. Dalším krokem musí být určení tzv. součinitelů tlaků a sil a poté samotný výpočet tlaku nebo síly větru.

Součinitele tlaku a sil jsou dány dvěma hodnotami. Jedna hodnota vyjadřuje součinitele tlaku a síly pro malé plochy - pod 1 m² a druhá hodnota je to samé pro plochy větší než 10 m². Mezi těmito hodnotami lze interpolovat. Jak tomu rozumět? Obvykle se součinitele tlaku aplikují na nosné a hlavní konstrukce (průvlaky, sloupy). Hodnoty pro plochy menší než 1 m² se používají pro povrchy, které jsou přímo zatíženy větrem, v našem případě to např. může být obvodový plášť, který je nutné zateplit. Určení tlaku větru:

  (7)

působícího na vnější plochy je potom možné podle následující rovnice:
                                            
 kde je:
gp(z)                           maximální tlak, vypočítaný podle (5),
cpe                             součinitel vnějšího tlaku, jehož určení je poněkud složitější (závislý na velikosti plochy
                                   vystavené větru a na tvaru konstrukce), samotná ČSN EN 1991-1-4 mu věnuje několik
                                   stránek.

  (8)

Analogicky lze určit tlak větru působící na vnitřní povrchy:

Kde je:
cpi                                součinitel vnitřního tlaku a platí o něm to samé co jsem napsal u rovnice (7).

Síly od větru se počítají pro celou konstrukci (např. obvodový zateplovaný plášť)

  (9)

nebo i pro nosné prvky. Zatížení větrem lze poté spočítat podle vztahu:

kde je:
cscd                         součinitel konstrukce, dělí se na dvě samostané součinitele, pro podrobnosti viz [3]
                                nebo [4],
cf                             součinitel síly konstrukce nebo nosného prvku,
qp(ze)                       maximální tlak větru v tzv. referenční výšce, viz dále,
Aref                          referenční plocha konstrukce.

Krátce se nyní vraťme k referenční výšce (ze). Ta závisí na poměru výšky a šířky objektu podle obr.č.2 a její určení je pro konečný výpočet zásadní.

Samotný výpočet zatížení větrem je oproti původní ČSN tedy poměrně komplikovaný, zejména se jedná o určení součinitelů cpi a cpe. Výhodné je pro tento typ výpočtu použít nějaký sofistikovaný nástroj např. software FINE apod., nicméně i vhodně vyrobená tabulka v programu Microsoft Excel může výrazně zjednodušit výpočty. Poměrně pěkné a názorné příklady na výpočet zatížení větrem pro různé typy budov jsou uvedeny v [4].

2.1.2  Hydrotermická zatížení

Jedná se o další druh zatížení ETICS, při kterém dochází k natahování nebo smršťování povrchové vrstvy ETICS. Desky izolantu se prohýbají (vydouvají nebo zvedají) jak ukazuje obr. č. 3. Pokud není izolační vrstva ETICS správně kotvena dochází k poměrně známému jevu, který se označuje jako tzv. “polštářový efekt”. Tato porucha je častá zejména tam, kde nedošlo k mechanickému kotvení pomocí kotvících hmoždinek. V těchto případech je izolant pouze lepen a to na méně než 40 % plochy desky a navíc

                                  Obr. 2  Rozdělení tlaku větru po výšce konstrukce



systémem “na buchty”. Hydrotermická zatížení bývají nejčastěji podceňována a jejich
výsledkem jsou fasády domů v podobě, jak si je asi žádný investor nepředstavoval.

                                          Obr. 3  Účinky hydrotermického zatížení ETICS



Ukázku “polštářového jevu” vidíte na obr. č. 4.

                Obr. 4  “Polštářový efekt” jako výsledek zanedbání hydrotermického zatížení



2.1.3  Kotevní hmoždinky

Kotevní hmoždinky mají za úkol přenést veškerá zatížení působící na ETICS. Pokud tedy víme únosnost jedné hmoždinky, lze jednoduše vypočítat počet nutných hmoždinek na 1 m² izolantu. Počet hmoždinek na 1m² izolantu by měl vyústit v zásadní výkres, který má být součástí projektové dokumentace (typicky v části, která se zabývá statikou stavby), který se nazývá kotevní plán. Tento výkres rozděluje zateplovanou plochu (např. štít panelového domu) do několika oblastí podle výšky a vzdáleností od nároží budovy s popisem počtu kotevních hmoždinek - viz obr. č.5.

Kotevní hmoždinky mohou mít plastový nebo ocelový trn. Trn je zasunut do hmoždinkového pouzdra, které se zasune do předvrtaného otvoru a zatluče se společně s trnem do podkladu. Pro každý druh podkladu je určen jiný typ kotevní hmoždinky. ETAG 014 zavádí několik základních materiálů:

• beton (kategorie použití A),
• plné zdící materiály (kategorie použití B),
• děrované nebo komůrkové stavební materiály (kategorie použití C),
• betony z lehčeného kameniva (kategorie použití D),
• pórobeton (kategorie použití E).

<sub>Pokud se provádí dodatečné zateplení, zejména u materiálů kategorie C a D je nutné provést tzv. výtažné zkoušky, kterým se budu věnovat v další kapitole. Vhledem k tomu, že minimální tloušťka základního materiálu pro kotvení má být 100 mm a monierka panelů na panelových domech je např. jen 50 - 70 mm považuji za nutnost provádět výtažné zkoušky i v těchto případech.

          Obr. 5  Příklad kotevního plánu ETICS na panelovém domě v konstrukční soustavě T08
 


Aby bylo možné určit konkrétní počet kotev je nutné znát konkrétní typ izolantu a také typ kotevní hmoždinky a také, jak již bylo zmíněno podkladový materiál. Zde je dobré upozornit, že ne vždy je možné spoléhat na typová řešení konstrukčních soustav uvedená v literatuře. U některých konstrukčních soustav - např. T06, T08, je možné se setkat s různými krajskými variantami, kdy byl obvodový plášť keramzitový, struskobetonový, expandokeramzitový apod. Stejná situace je u “pražských” konstrukčních soustav - např. VVU ETA, kde jsem se osobně setkal již s třetím materiálem, který byl použit na obvodový plášť. Navíc, není možné se spoléhat ani na to, že daný panelový dům se nachází v určitém kraji a podléhá tak známé krajské variantě. Nebylo totiž vyjímkou, že v rámci výpomoci mezi kraji se prováděla jiná materiálová řešení ad hoc.



Vlastní výpočet počtu kotev musí splňovat podmínku spolehlivosti:
kde je:
Rd                      návrhová hodnota zatážení kotvy,
Sd                      návrhová hodnota účinků sání větru.

Hodnota Rd je potom určena jako menší z hodnot odporu proti protažení kotvy z počtu kotev na 1 m² umístěných v ploše kotvené desky a ve spárách mezi deskami vydělené národním bezpečnostním součinitelem [5]. Jen pro konkrétnější představu: hodnoty zatížení větrem u panelových domů o 4 patrech se pohybují okolo 1,3 - 1,9 kN/m² v nároží, u domů o 12 patrech mohou dosahovat dokonce až 3 kN/m². Při použití hmoždinek s plastovým trnem potom dostáváme až 16 kotvících hmoždinek / m².

V roce 2011 byla vydána ČSN 73 2902 Vnější tepelně izolační kompozitní systémy (ETICS) - Navrhování a použití mechanického upevnění pro spojení s podkladem, kde se počet kotev stanovuje i na základě posouzení odporu proti protažení kotevní hmoždinky deskou tepelné izolace a navíc jsou zde uvedeny i součinitelé bezpečnosti uvažované při posouzení spolehlivosti kotvení.

2.1.4  Výtažné zkoušky

Výtažná zkouška (někdy se také uvádí pod názvem “pull out test”) se provádí pomocí speciálního přístroje, který se připojí přes adaptér k plastové kotvě a otáčením vratného ramene se postupně kotva zatěžuje tahem, který je indikován v měřící jednotce v kN. Provádí se celkem 15 měření a z pěti nejmenších mezních hodnot se stanoví střední hodnota, označovaná jako N1. Charakteristická únosnost hmoždinky je potom stanovena jako:

  (10)

Měřící přístroje mají rozsah až do 15-ti kN. Popis průběhu zkoušky je popsán ve směrnici ETAG 014, příloha D.

               Obr. 6  Přístroj sloužící k provádění výtažných zkoušek, v tomto případě COMTEST
 


2.2  Kotvení pomocí lepidla

Oproti mechanickému kotvení izolačních desek ETICS je nutné provádět lepení izolantu vždy. ČSN 73 2901 Provádění vnějších tepelně izolačních kompozitních systémů (ETICS) vyžaduje, aby bylo lepidlo naneseno min. na 40 % plochy desky z EPS a u desek z minerální vaty (MW) se vyžaduje 100% pokrytí desky lepidlem. Doporučuje se pokrýt i EPS desky ze 100 % [6]. Většina výrobců ETICS uvádí, že do zateplované výšky 12 m není vyžadováno mechanické kotvení, v těchto případech zastupuje lepidlo i funkci mechanických kotev a musí bezpečně přenést zatížení sání větru.

Na kvalitu podkladu, určeného pro lepení izolantu jsou kladeny tyto požadavky: podklad musí být suchý, zbavený nadbytečné vlhkosti a chráněný před příčinami vlhkosti, odmaštěný, čistý, zbavený biologických (plesnivých) a chemických skvrn. Dále musí být poklad rovný, maximální povolená odchylka rovinnosti podkladu je 20 mm/2m. Není možné lepit izolant ETICS na trhliny, vrstvené nátěry a nepevné obklady. Minimální soudržnost podkladu by měla být 80 kN, ale doporučuje se až 200 kPa. Minimální teplota, při které může být izolant lepen k podkladu je udávána většinou výrobců na +5°C. Naopak maximální teplota je stanovena na 25°-30°.

Obdobou výtažných zkoušek u mechanického kotvení je v případě lepeného spoje tzv. zkouška přilnavosti podkladu. Tato zkouška je založena na přilepení zkušebních vzorků o velikosti 10x10 cm a tl. 10 cm na několika různých místech (doporučuje se celkem 10 míst na zateplované fasádě). Po třech dnech se provádí ruční odtržení. Pokud odtržení vznikne uvnitř vrstvy polystyrenu nebo desky z MW je přilnavost k podkladu dostačující. Jestliže dochází k odtržení celého zkušebního vzorku spolu s lepidlem a podkladovou vrstvou nelze považovat podkladní plochu za vyhovující. Je dobré zdůraznit, že lepidlo je systémovou součástí celého systému a je tedy i certifikované pro daný systém.

V současné době se používají nejčastěji lepidla na cementové bázi s pojivy. Setkáme se s nimi téměř u všech hlavních výrobců jakou jsou BAUMIT, HASIT, CEMIX apod. Tato lepidla se rozmíchávají s vodou přímo na stavbě. Novinkou jsou lepidla na bázi jednosložkové polyuretanové (PU) pěny, které vyrábí v současné době např. spol. ILLBRUCK nebo SOUDAL. Mezi nejčastěji uváděné výhody těchto lepidel patří to, že lepidlo vytvrdne během 30-40 min. a plné zatížení spoje je možné již po 2 hodinách, výrazně se tak zkracují technologické přestávky.

2.3  Diagnostika vad ETICS z hlediska mechanického kotvení

Vadou ETICS je zde rozuměn stav, kdy nastane nesoulad výrobku s předepsanými nebo obvyklými požadavky ^[7]. Z hlediska mechanického kotvení to je tedy stav, kdy ETICS jako celek nemá požadované mechanické vlastnosti, zejména stabilitu a hrozí zřícením. Obvykle se tento stav pozná až v momentě kdy závada přechází v poruchu ETICS, v našem případě zřícení. Prevence tohoto stavu spočívá v důsledné kontrole dodržování kotevního plánu a kontrole druhu a typu hmoždinek, které byly na stavbě použity. Tyto kontroly lze provádět v zásadě před tím, než je tepelně izolační vrstva zakryta výztužnou vrstvou. V případě rozsáhlých staveb není však vždy možné takto důsledné kontroly provádět. Pokud chce mít investor jistotu, že nedošlo ke snížení počtu kotevních hmoždinek nemá už příliš možností jak ex post kontrolu provést.

2.3.1  RTG diagnostika

V praxi se téměř u ETICS nepoužívá, nicméně se jedná o velice zajímavou metodu diagnostiky stavebních konstrukcí, která by ve forenzních disciplínách mohla v budoucnu najít větší uplatnění. Použití metod rentgenové (RTG) diagnostiky je možné díky novým lehkým pulzním rentgenům. Tyto rentgeny disponují malým výkonem, tudíž jsou bezpečné pro lidské zdraví. Jako záznamové médium se používá osvit filmu nebo zviditelnění záření na světelkující matrici. Jinou zobrazovací technikou je použití počítačové radiografie, která využívá připojení na videosystém a fotografování na polaroidní filmy. Práce v terénu je možná díky fosforovému záznamovému zařízení, které umožňuje opakovaný záznam a jednoduchou digitalizaci obrazu. Hmotnost RTG zářiče se pohybuje okolo 6 kg, skener má 15 kg. Fosforová záznamová deska disponuje rozlišením 300 dpi. Běžně se tento přístroj používá pro diagnostiku stavebních konstrukcí, ale v zásadě nic nebrání jeho použití i při diagnostice mechanického kotvení ETICS. Při správném použití - tedy při správné volbě vzdálenosti, směru ozáření a počtu impulzů lze snadno rozpoznat počty kotevních prvků skrytých pod výztužnou vrstvou ETICS, ale také druh hmoždinek (plastové nebo s kovovým trnem), hloubku kotvení, dokonce lze jít i do detailů jednotlivých hmoždinek ^[8].

Mezi hlavní výhody této diagnostické metody patří skutečnost, že se jedná o neinvazivní metodu, kterou lze provádět in situ. Rozměry záznamové desky umožňují i práci v poměrně stísněných podmínkách, např. v rozích stavby. Velkou výhodou oproti např. infračervené termografii je to, že rentgenové snímání lze provádět nezávisle na teplotním gradientu.

2.3.2  Infračervená termografie

Jedna z nejpoužívanějších diagnostických metod, zejména co se týče diagnostiky tepelných mostů popř. vazeb. Běžně používaná, dnes již cenově přístupná. Princip metody lze nalézt např. v [9]. Kromě zkoumání tepelných mostů a celé řady dalších jevů je možné při vhodném nastavení zjišťovat i umístění a počet kotev. Vycházet lze ze skutečnosti, že kotevní hmoždinka je v zásadě bodovým tepelným mostem, z materiálu, který např. u hmoždinek s ocelovým trnem má i výrazně odlišnou tepelnou vodivost než izolant ETICS. Počet hmoždinek je potom možné jednoduše odečíst z pořízeného infračerveného snímku.

Hlavní výhodou této metody je stejně jako u RTG diagnostiky její neinvazivnost. Metoda je detailně popsána a na rozdíl od RTG běžně používána. Hlavní nevýhodou je to, že ji lze provádět pouze při min. teplotním gradientu 20 K, tedy jen v určitá období v roce a při určitých povětrnostních podmínkách. Také není vždy použitelná. Např. u speciálních typů hmoždinek z plastu a s polystyrenovou zátkou je mnohdy nemožné detekovat bodový tepelný most způsobený hmoždinkou. V tomto případě metoda selhává.

2.3.3  Ultrazvuková diagnostika

Jedná se o další neinvazivní metodu, hojně používanou např. ve strojírenství v defektoskopii, ve stavebnictví se s ní můžeme nejčastěji setkat při diagnostice rozsahu poškození dřevěných konstrukčních prvků nebo diagnostice památkových objektů. Své uplatnění může metoda najít i v oblasti mechanického kotvení ETICS, kdy je nutné dodatečně zjistit počet kotvících prvků.

Ultrazvuková diagnostika je založena na měření rychlosti šíření elastické deformace v konstrukci. Z času přechodu vlny a vzdálenosti sond můžeme vypočítat rychlost přechodu vlny prvkem [10]. Přenos signálu zprostředkovávají zvukové vlny s frekvencí od 40 až 80 kHz. Dobu přenosu vlny vyrazně ovlivňuje přítomnost cizorodých prvků, v případě ETICS kotevní hmoždinky, touto metodou lze tedy poměrně rychle zjistit, kde se hmoždinky nacházejí a odečít jejich počet na m².

Hlavní výhodou je opět neinvazivnost metody, kterou lze aplikovat in situ. Na druhé straně je nutné zdůraznit, že tato měření musí provádět dostatečně kvalifikovaná osoba, která rozezná umístění hmoždinky od jiného cizorodého prvku.

Jako příklad uvádím přístroj vhodný k terénnímu měření, jedná se o Arbsorsonic Decay Detector. Doby přechodu vlny lze podhodlně odečítat z displeje přístroje, měření je tedy rychlé a jednoduché. Ultrazvuková diagnostika obecně není často ve stavebnictví používána, může se však jednat o metodu, která může při malých nákladech přinést solidní výsledky a z tohoto důvodu jsem ji zařadil mezi forenzní techniky umožňující diagnostiku ETICS. V našem případě lze pomocí této metody zjistit místa, kde byly aplikovány kotevní hmoždinky.

3.  MECHANICKÁ ODOLNOST A STABILITA ETICS Z HLEDISKA POŽÁRNÍ BEZPEČNOSTI

Důvod proč jsem do práci o ztrátě mechanické odolnosti a stability ETICS zahrnul kapitolu o požární bezpečnosti stavby je prostý: Ke zřícení části ETICS totiž nutně nemusí docházet jen v případě nevhodného nebo nedostatečného mechanického kotvení ETICS. Asi častěji se spíše setkáme s případem, kdy zřícení ETICS způsobil požár. V tomto  případě mohou být následky horší než při “prostém zřícení” neboť EPS izolant je hořlavý a odkapává ^[11]. Pro více o požární bezpečnosti staveb s ohledem na základní termíny apod. odkazuji na [12] nebo [13].

3.1  Vlastnoti EPS z hlediska požární bezpečnosti

Fasádní polystyren (EPS-F) spadá většinou do třídy reakce na oheň E, vyjímečně se můžeme setkat s EPS s třidou reakce na oheň F (nepoužitelné v ETICS). EPS hoří silně kouřícím svítivým plamenem červené barvy za přítomnosti hustého černého neprůhledného dýmu mírně nasládlého zápachu připomínající svítiplyn [14]. Průvodním jevem hoření EPS je vznik toxických zplodin, které můžou naleptávat dýchací cesty a působit dusivě. Při požáru vznikají z původního styrenu oxidy uhlíku, voda a kouř.

Z výše uvedených důvodů se v systémech ETICS používají pouze EPS-F se samozhášivou úpravou, která poměrně výrazně zpomaluje rychlost šíření plamene. To však neznamená, že vnesením retardérů se EPS-F stává nehořlavým. Po dobu působení zdoje hoření EPS-F hoří, samovolně uhasíná až po oddálení plamene. Je také dobré si uvědomit, že EPS-F je do stavby vbudován a je reálné jej posuzovat v interakci s ostatními komponentami ETICS, zejména výztužnou vrstvou, kterou je zcela překryt.

3.2  Požadavky na ETICS z hlediska požární bezpečnosti

ČSN 73 0810:2009 rozlišuje zateplení jako změnu stávající stavby nebo jako součást nové stavby. Rozhodující je rok kolaudace, který je stanoven na rok 2000. Vše, co bylo kolaudováno před rokem 2000 lze posoudit jako změnu stávající stavby. Na stavby zkoulaudované po roce 2000 je nahlíženo přísněji. Vzhledem k tomu, že většina dodatečných zateplení je realizována na stavbách, které byly kolaudovány před rokem 2000 budu se dál věnovat jen těmto stavbám. Dalším rozhodujícím faktorem je tzv. požární výška stavby ^[15]. Na kontaktní zateplení domů s požární výškou do 12 m nejsou kladeny žádné požadavky. Zbývají tedy domy s požární výškou nad 12 m a kolaudované před rokem 2000. Na ETICS těchto domů jsou kladeny následující požadavky:</sub>

• ETICS jako celek musí být třídy reakce na oheň B, přičemž izolant min. E a to u objektů s požární výškou do 22,5 m, od této požární výšky musí být použit izolant třídy reakce na oheň B,
• povrchová vrstva musí vždy vykazovat index šíření plamene is=0 mm/min,
• v nadpraží musí být aplikován materiál s třídou reakce na oheň min. A2 a to ve vzdálenosti max. 0,15 m od nadpraží o výšce 0,5 m a přesahů od stran okna min. 1,5 m - viz obrázek č.7,
• založení ETICS musí být v případě založení nad terénem provedeno v min. výšce 0,5 m a z materiálu třídy reakce na oheň A1 nebo A2,
• musí být provedeny takové úpravy ETICS v úrovni založení, aby podle ISO 13785-1 nedošlo k šíření požáru po vnějším povrchu nebo po tepelné izolaci a to po dobu 15 min. přes úroveň 0,5 m od spodní hrany zkušebního vzorku, jinými slovy, musí byt instalována nehořlavá zakládací lišta třídy reakce na oheň A1 nebo A2 a musí zároveň platit bod

                                           <sub>Obr. 7  Úpravy ETICS v úrovni nadpraží



                                                  Obr. 8  Úpravy ETICS v úrovni založení



                                            Obr. 9  Vliv požární výšky objektu na úpravy ETICS



3.3  Vliv požáru na mechanickou odolnost a stabilitu ETICS

Správně navržená a provedená tepelná izolace budovy nemá zásadní vliv na požární bezpečnost stavby [16].  Aby došlo k požáru musí být současně přítomny 3 základní faktory: hořlavý materiál, kyslík a zápalný zdroj ^[17]. V ETICS je jako hořlavý materiál nejčastějí použit EPS-F, kyslík je obsažen v atmosféře a zápalným zdrojem může být např. popelnice se žhavým popelem a papírem postavená u zateplené budovy. Základní fáze požáru jsou: vznícení, rozvoj požáru, intenzivní hoření a uhasínání.ko tzv. “požární trojúhelník” EPS měkne při teplotě 100°C. V této fázi požáru není již přítomen kyslík, ale vysoké koncentrace oxidu uhličitého a uhelnatého, což je toxický mix, který nedává žádné šance na přežití. EPS náhle vzplane při 450°C ^[18], skelná vata až při 700°C.

Zkoušky, které se prováděli podle ČSN ISO 13785-1 v únoru 2010 prokázaly, že při hoření EPS-F dojde k vyhoření EPS a vzniku dutin viz obr. č.10. Pokud dutiny vznikají okolo kotevních bodů dochází k odtržení hořící desky a jejího pádu, schopnost lepidla přenášet účinky zatížení je vlivem požáru omezena.

                                          Obr. 10  Vystavení požáru EPS-F a minerální vaty




V případě, že desky tepelného izolantu nebyly opatřeny lepidlem po celé ploše (došlo např. pouze k lepení tzv. “na buchty”), tak jak doporučuje ČSN je ztráta mechanické odolnosti a stabily ETICS vysoce pravděpodobná. Pádem hořící desky jsou potom ohroženy osoby unikající z objektu, ale také může dojít k přenosu požáru na další budovy.

4.  ZÁVĚR

Podstatným rozdílem je, jestli je zateplován rodinný dům nebo výšková budova. U výškových budov může dosahovat zatížení větrem poměrně velkých hodnot. To vyžaduje masivní mechanické kotvení, přičemž u těchto typů budov není vyjímkou použití 16-20 mechanických kotev na 1 m². Z hlediska počtu kotvících prvků je tedy rozhodující výška domu, který je dodatečně zateplován. Podcenění významu mechanického kotvení může mít v praxi dalekosáhlé důsledky pro uživatele objektu, zhotovitele stavby a pro investora.

V současné době je asi největším nešvarem vynechávání kotvícího plánu v projektové dokumentaci s odkazem na zákon o veřejných zakázkách. Přesná specifikace kotvících prvků by totiž i podle nálezů ÚOHS mohla způsobit znevýhodnění jiných dodavatelů. V technických zprávách se potom setkáváme s oznámením, že kotvící plán bude vypracován až po výběru dodavatele, ten se však již nikdy nevypracovává a počet kotev je stanoven podle jednoduchých podkladů výrobce ETICS ačkoliv přesný způsob kotvení má být dán statických výpočtem.

Cílem práce byl popis nejčastějších vad a poruch ETICS z hlediska mechanické odolnosti a stability. Vad ETICS z tohoto pohledu moc není - notoricky známý “polštářový efekt” již není dnes vlivem různých školení výrobců ETICS pro zhotovitele stavby tak častý jako tomu bývalo na přelomu století. Porucha ETICS znamená již přímo zřícení nebo v lepším případě odtržení části ETICS. Nevhodné nebo nedostatečné mechanické kotvení bývá právě v tomto případě nejčastější příčinou, pokud vynecháme extrémní klimatické podmínky nebo požár.

                                                                                               Autor: Ing. Bc. Aleš Zvěřina
                                                             

Zdroj: Literatura, zákony, vyhlášky, internetové stránky a komentáře
[1]  Jedná se o zákon č. 137/2006 Sb., o veřejných zakázkách.
[2]  Tepelná ochrana budov 3/2011: Kotvení kontaktních zateplovacích systémů panelových budov na zatížení
      větrem - Gattermayerová Hana, Karas Jiří. Praha, CZB, ČKAIT, 2011
[3]  ČSN EN 1991-1-4, Zatížení větrem
[4]  LORENZ, Karel; kolektiv. Nosné konstrukce I, Základy navrhování nosných konstrukcí. Praha, ČVUT
      v Praze, 2005. ISBN 80-01-03168-3
[5]  Kriteria pro kvalitativní třídy ETICS, vymezení a požadavky. Technická pravidla CZB
[6]  ČSN 73 2901, Provádění vnějších tepelně izolačních kompozitních systémů (ETICS)
[7]  Jedná se o všeobecně používanou definici v soudním inženýrství, zde aplikovanou na vady
      ETICS, přesná definice vady je uvedena v ČSN 01 0113, kde je vada dále dělena na
      podstatnou, nepodstatnou a kritickou. To je však pro další výklad nepodstatné.
[8]  To by byl nejspíše případ, kdyby se na ztrátě mechanické odolnosti a stability podílela únava
      materiálu hmoždinek, popř. by hmoždinky pocházely z vadné výrobní série.
[9]  ZVĚŘINA, Aleš; KALOUSEK, Miloš. Bezkontaktní diagnostika vad a poruch vnějších kontaktních
      zateplovacích systémů pomocí infračervené termografie. Brno, VUT v Brně, 2011.
      ISBN 978-80-214-4276-4
[10]  Portál ASB: Diagnostické metody pro hodnocení dřevěných konstrukcí in situ - Bláha Jiří,
        Kloiber Michal. Praha, ASB, 2008
[11]  Odkapávání je stav, při kterém dochází ke změně pevného skupenství stavebního materiálu
        na kapalné, což je doprovázeno uvolňováním hořících kapek se značně vysokou teplotou,
        která se může blížit až ke 200°C.
[12]  RUSINOVÁ, Marie; JURÁKOVÁ, Táňa; SEDLÁKOVÁ, Markéta. Požární bezpečnost staveb.
        Brno, CERM, s.r.o., 2007. ISBN 978-80-7204-511-2.
[13]  POKORNÝ, Marek. Kontaktní zateplení budov z požárního hlediska. Praha, ČVUT v Praze, 2010.
[14]  POKORNÝ, Marek; SLANINA, Petr; KALINÁČ, Jakub; HUSÁKOVÁ, Veronika. Pěnový polystyren
        v “ETICS” z požárního hlediska. Praha, ČVUT, 2010.
[15]  Jednoduše řečeno je požární výška výškou od prvního do posledního užitného podlaží, např.
        u jednopodlažních domu je požární výška 0 m.
[16]  Sdružení EPS: Požární bezpečnost konsktrukcí s pěnovým polystyrenem. Kralupy nad Vltavou,
        PKK, 2009.
[17]  Někdy bývá tato trojice faktorů označnována jako tzv. “požární trojúhelník”
[18]  Dřevo náhle vzplane již při 340°C.</sub>

Další >