Kotevní plány střech – teorie vs. praxe

Úvod

Střešní konstrukce s mechanicky kotveným hydroizolačním povlakem právem patří k nejoblíbenějším řešením skladby střechy nejen v průmyslové ale i občanské a bytové výstavbě. Je tomu tak z důvodu rychlosti výstavby, malé závislosti na počasí i často nižší finanční náročnosti. V případě nezávadného návrhu a realizace se tak jedná o velmi efektivní způsob zastřešení objektu.

Přesto, že již od 1. 4. 2010 (tedy více než 4 roky) platí pro stanovení zatížení a dimenzování stavebních prvků a konstrukcí pouze systém Eurokódů a předpisy související, do oblasti mechanicky kotvených pružných hydroizolačních povlaků střech tento stav ještě plně nepronikl.

Občas se argumentuje i údajnou nezávazností technických norem. Podle §4 Zákona č. 22/1997 Sb. nejsou sice české technické normy obecně závazné, podle §160 Zákona č. 183/2006 Sb. (Stavební zákon) a §9 Vyhlášky č. 268/2009 Sb. (O technických požadavcích na stavby) musí však být stavba navržena a provedena v souladu s normovanými hodnotami – tím je deklarována závaznost ČSN principem Lex specialis derogat generali.

Relativně často také dochází ke zbytečným haváriím mechanicky kotvených plochých střech, jejichž příčina tkví v nedodržení zásad pro správné kotvení, většinou se na nich podepíše i nedbalost realizačních firem ale i nesmyslný tlak investorů a vyšších dodavatelů staveb na co nejnižší cenu, bez ohledu na možnost fatálního dopadu na výslednou kvalitu díla.

Kotevní plány střech

Principem výpočtu kotevního plánu je porovnání návrhového (výpočtového) zatížení posuzované konstrukce větrem s hodnotou návrhové odolnosti (dovoleného namáhání) kotevního systému, použitého v daném systému – celé sestavě.

Poznámka: Právě nutnost posuzování tohoto problému z pohledu celé sestavy je stále ještě v odborné veřejnosti přehlížena, ba dokonce ignorována, což také vede k závažným pochybením.

Ve smyslu Stavebního zákona (§160) a ČSN EN 1990 (čl. 4.2) je zhotovitel stavby povinen u kotvené střešní konstrukce nezpochybnitelně prokázat mechanickou stabilitu a odolnost, což je jeden z nejdůležitějších požadavků kladených na stavby. Je také povinen dodržovat technické normy a stavby navrhovat i provádět v souladu s normovými hodnotami (viz Vyhláška č. 268/2009 Sb. O technických požadavcích na stavby, §9).

Zatížení stavby nebo konstrukce se v současné době určuje (pouze) podle ČSN EN 1991-1-4. Pro stanovení odolnosti kotevního systému je nutno v souladu s ČSN EN 1990, čl. 4.2 Vlastnosti materiálů a výrobků použít výsledků předepsaných zkoušek, uvedených v příslušných harmonizovaných evropských technických specifikacích, jimiž mají být dokumenty ETA.

Stále poučenější stavební dozory a v neposlední řadě i pojišťovny odmítají převzít popř. pojistit mechanicky kotvené střešní pláště, které nejsou řádně navrženy a provedeny – tedy i kvalifikovaně a prokazatelně správně kotveny.

ČSN EN 1991-1-4

Česká technická norma pro určení zatížení větrem ČSN EN 1991-1-4 platí již od dubna 2007. Pro usnadnění přechodu od „staré“ normy ČSN 73 0035 k systému Eurokódů tedy měla odborná veřejnost plné tři roky, kdy souběžně platily obě normy.

Je s podivem, že se stále setkáváme se stanovením zatížení podle neplatných norem – např. podle DIN 1055, která se svými výsledky blíží hodnotám podle zrušené české normy, tedy přibližně polovičním až čtvrtinovým ve srovnání s oněmi platnými podle Eurokódu. Jistě je to způsobeno pohodlností (zdarma poskytnutý software od partnera z jiné země, který nelze upravit), neznalostí a ignorantstvím, zarážející je ale (skutečně vyřčený) argument, že „zákazníkům se to líbí, protože nemusí používat tolik kotev“…

Bohužel jsou časté i případy, kdy zpracovatel použije hodnoty, spočítané programem podle DIN, ale deklaruje je jako hodnoty podle ČSN EN.

Pro správný výpočet zatížení větrem je nutno dbát především na následující hodnoty:

Stanovení kategorie terénu

Neznalost konkrétního místa stavby nebo nerespektování vlastností okolního terénu je častá chyba hlavně u regenerovaných bytových domů, které je nutno kotvit odlišně, nacházejí-li se uprostřed velmi rozlehlého sídliště (až kategorie IV) nebo na jeho okraji u rozlehlého lánu (kategorie II).

Často dochází k tomu, že realizační firma si s cílem ušetřit nechá zpracovat jeden „typový“ výpočet kotevního plánu, podle nějž realizuje několik objektů, bez ohledu na jejich skutečnou polohu. Rozdíly v zatížení jsou mnohdy překvapivé s nečekaným dopadem do počtu kotev.

Tab. 1: Vliv kategorie terénu –  hodnoty zatížení [kN/m²] pro budovu 28×32 m, výšky 10,6 m, s plochou střechou bez atiky ve II. větrné oblasti

Oblast	Kategorie terénu		Nárůst zatížení a počtu kotev
	IV	II
Vnitřní (I)	0,142	0,280	Cca 2×
Návětrná (H)	0,853	1,680
Okrajová (G)	1,422	2,800
Rohová (F)	1,778	3,500

Součinitel vnějšího tlaku

Vzájemná záměna lokálního a celkového součinitele vnějšího tlaku pro pozemní stavby může také způsobit poddimenzování kotevního systému.

Tab. 2: Vliv hodnoty součinitele vnějšího tlaku pro objekt bez atiky – platí pro všechny větrné oblasti

Oblast	cpe,10	cpe,1	Nárůst zatížení
Rohová (F)	−1,8	−2,5	1,389×
Okrajová (G)	−1,2	−2,0	1,667×
Návětrná (H)	−0,7	−1,2	1,714×

Počet kotev

K nejkurióznějším chybám při návrhu a zdrojům nedorozumění při realizaci patří neschopnost určení hustoty kotev.

Co si myslet o projektantovi, jenž suverénně prohlásí, že při kotvení do TRP s roztečí vln 310 mm to znamená 4 ks kotev v běžném metru… To, že mj. i tímto postupem obhajoval svůj chybný výpočet, vypovídá o jeho kvalitách.

Dalo hodně práce přesvědčit stavební dozor, že i když v jím umístěném čtverci 1×1 m není žádná kotva, rozhodně to neznamená, že při daném způsobu kotvení není na střeše deklarovaných 2,304 ks/m² kotev.

ETAG 006 a ETA – stanovení návrhové odolnosti kotvy

Řídící pokyn ETAG 006 z března 2000 je ve smyslu ČSN EN 1990 a Zákona č. 22/1997 platným podkladem pro posouzení vhodnosti výrobku k určenému použití. Jedním z jeho výstupů by mělo být i stanovení návrhové odolnosti (dovoleného namáhání) kotevního systému, která by měla být uvedena v Evropském technickém posouzení (ETA).

Tento pokyn, původně vydaný již v roce 2000, byl v listopadu 2012 aktualizován (bohužel český překlad stále není k dispozici) s poměrně významnými změnami. Je však nutno podotknout, že srozumitelnost tohoto dokumentu je stále spíše horší, některá ustanovení jsou nepřesně nebo nesrozumitelně formulována, což vede k nejednoznačné interpretaci a neoprávněnému „zvýhodnění“ některých výrobků. Některé ze zásad jsou z pohledu praktického uplatnění obtížně realizovatelné, ba až nesmyslné.

Po několikaletém používání v praxi se zdá, že význam ETAG 006 je spíše v rovině komerční než technické a bylo by dobré se vážně zasadit o jeho důkladnější novelizaci, která by byla méně výhodná pouze pro akreditované zkušebny a lépe by splňovala požadavky stavební praxe.

Pokyn je nicméně schválen a je platný. Výrobců, kteří se jeho ustanoveními řídí, je však žalostně málo – zkoušky mají účinně provedeny prakticky všichni významní výrobci kotev, z výrobců hydroizolací (tj. dodavatelů sestav) však pouze zlomek.

Závaznost pokynu ETAG 006 by bylo určitě prospěšné posoudit po legislativní stránce. Absence ETA resp. obdobného dokumentu pro sestavu mechanicky kotveného pláště s jednoznačným určením návrhové odolnosti kotevního systému by totiž mohlo znamenat i to, že tento výrobek není vhodný pro použití ve stavební části staveb – viz §3 Zákona č. 102/2001 Sb. O obecné bezpečnosti výrobků.

Největší změnou, jejíž nerespektování přináší nejvážnější problémy a pochybení, je zcela odlišný způsob posuzování stavebních výrobků – v tomto případě stanovení hodnoty dovoleného namáhání resp. dovoleného zatížení kotevního prvku.

Dříve byli poskytovateli a garanty této veličiny většinou výrobci kotev a pro výpočet se většinou doporučovala hodnota 0,400 kN/kotevní místo.

Je zřejmé, že tato víceméně empiricky stanovená hodnota neodrážela skutečnou odolnost kotevního prvku ve spojení s konkrétním hydroizolačním povlakem – neodrážela totiž rozdílnou kvalitu povlaku.

Podle ETAG 006 je garantem hodnoty dovoleného namáhání kotevního systému (zatím výlučně) výrobce hydroizolace, jako (formální) dodavatel celé sestavy. Průměrné hodnoty návrhové odolnosti se nyní pohybují u „dobrých“ výrobků většinou v rozmezí 0,600–0,800 kN.

Provedení příslušných zkoušek je poměrně finančně náročné, zpracování výsledků do podoby ETA autorizovanou osobou je navíc i časově náročné. Důsledkem je, že řada výrobců nemá pro své systémy ETA a kvalifikované posouzení odolnosti kotevního systému je tak prakticky nemožné. V tom případě se používá „stará“ hodnota 0,400 kN. Je ale ihned zjevné, že něco není v pořádku a taková konstrukce je z pohledu legislativy a možných následků případné havárie střešní konstrukce nepříliš čistá, ba až nebezpečná.

Na druhé straně jsou i výrobky, pro něž byla ETA vydána, nebyla však zveřejněna (zpřístupnění výsledků zkoušek totiž – nepochopitelně – není povinné) nebo dokonce není jednotlivými dodavateli respektována. Bývá to mnohdy z komerčních důvodů – prodej vyššího počtu kotev u „papírově“ dostatečně odolného systému je ekonomicky nesporně zajímavý.

Řídícím pokynem ETAG 006 popsané metodiky zkoušení komponent MEFAWAME buď nejsou zcela jednoznačně definovány, nebo jsou formulovány tak, že dovolují dezinterpretaci a zkreslení výsledků vlivem subjektivní chyby posuzovatele. Přesto je základní metodika převzata do ČSN EN 16002 a odvolává se na ni i nová norma pro bitumenové pásy ČSN EN 13707.

Jeden z význačných evropských výrobců střešních kotev shromáždil výsledky všech zkoušek systémů kotvených hydroizolací, které byly provedeny v různých evropských zkušebnách s jeho kotvami. Výsledky jsou velmi zajímavé a navíc dostatečně ilustrativní pro pochopení významu použití správné – reálné hodnoty odolnosti:

Vliv materiálové báze na hodnoty návrhové odolnosti kotevního systému

Z grafu 1 je patrno, že z pohledu jednotlivých typů a výrobců vykazuje kotevní systém nejvyrovnanější výsledky s klasickým těžkým bitumenovým pásem, určeným pro mechanické kotvení. Modifikovaný SBS pás má také poměrně vyrovnané výsledky, hodnoty jsou ale navíc cca. o 20 % lepší. Absolutně nejlepších ale i nejhorších výsledků dosahuje fólie PVC – hodnoty se mohou lišit až 3×.

Vliv tloušťky materiálu na hodnoty návrhové odolnosti kotevního systému

Na grafu 2 jsou zobrazeny výsledky odolnosti kotevního systému stejného hydroizolačního pásu renomovaného evropského výrobce a to pro tloušťky 1,2 mm a 1,5 mm. Každá tloušťka byla zkoušena v jiném zkušebním ústavu, v různou dobu a možná i různou metodikou.

Zajímavé je, že hodnota pro tl. 1,5 mm, naměřená neznámou metodikou ještě před vydáním řídícího pokynu ETAG 006 s jejím popisem, se shoduje s později zveřejněným údajem v technickém schválení ETA, platným podle zpracovatele i pro menší tloušťku fólie.

Cca 2 roky po vydání ETA byla provedena nová zkouška pouze pro menší tloušťku, kdy byl naměřen přibližně o 30 % horší výsledek, než udává ETA.

Může to znamenat, že druhý z ústavů neprovedl zkoušku vinou špatného postupu, stejně jako to, že tloušťka hraje v určování odolnosti větší roli, než je výrobce ochoten přiznat. Oficiálně však garantuje vyšší hodnotu.

Možné je však i jiné vysvětlení rozptylu naměřených hodnot, a to např. v čase proměnlivá kvalita posuzované hydroizolace.

Další subjektivní vlivy na hodnoty návrhové odolnosti kotevního systému

Nějakým jiným subjektivním vlivům by napovídaly i výsledky zkoušek pro jinou fólii na bázi PVC-P, prováděné v rozmezí let 2008–2012 toutéž předepsanou metodikou. Pro kotvení byla vždy použita kombinace plastového teleskopu se šroubem.

Kuriózní je, že zkouška z roku 2011 byla zahrnuta jako podklad pro sestavení ETA a podle ní se kotvy, použité ve zkoušce z roku 2012, vůbec nesmí použít. Zkouška však dokázala, že tomu tak není, ba dokonce s „papírově“ slabšími kotvami bylo dosaženo lepších výsledků.

Velké a nečekané problémy mohou vzniknout, pokud výsledek zkoušek některého konkrétního typu kotev výrazně převýší kotvy ostatní a tento typ bude použit i pro zkoušku celé sestavy.

Pokud výrobce MEFAWAME zvolí tuto cestu, dopustí se v touze po co nejlepším výsledku často fatálního omylu. Může tím výrazně omezit možnost používání kotev jiných výrobců – jejich použití je možné buď jen za podmínky drastického omezení výpočtové odolnosti kotev, nebo je použít nelze vůbec. Důsledky tohoto kroku v komerční oblasti jsou potom nepříjemné, avšak neodvratné.

Tab. 3: Návrhová odolnost kotev po interpolaci

Typ kotev	Wadm [N]	Počet kotev
Použité při zkoušce MEFAWAME	541	100 %
Jiné (nejběžnější) typy	318	170 %

Možnosti optimalizace

Přes všechny nedostatky je řídící pokyn ETAG 006 platný a podle ČSN EN je nutno jej používat pro posouzení vhodnosti zvolené sestavy.

Navíc se automaticky nabízí možnost využít deklarovaných vlastností certifikovaných výrobků pro úsporu investičních nákladů, snížení pracnosti a zároveň zvýšení spolehlivosti střešní konstrukce. Ušetřit se zdá mnoha způsoby:

• Volbou šířky pásu hydroizolace
• Změnou kotevního systému na „kvalitnější“
• Změnou hydroizolace na „kvalitnější“
• Objektivizací hodnoty odolnosti kotevního systému

Tab. 4: Optimalizace výběru komponent (kombinace hydroizolace a kotev)

Kombinace sestavy	Počet kotev		Délka svárů
	[ks]	Nárůst	[bm]	Nárůst
Optimální kombinace	6 970	0 %	3 470	0 %
Původní kombinace	17 130	+146 %	8 172	+136 %

Tabulka 4 dokladuje výsledek optimalizace, provedené na pokyn realizační firmy, jíž se nelíbil navržený způsob kotvení, jenž byl v souladu s normou vypočten pro jí vybranou kombinaci „cenově výhodné“ hydroizolace a kotevního systému. Po změně skladby na materiály, jež jsou jen mírně dražší, došlo k výrazné úspoře na počtu kotev i výměře svárů pro přelepení vložených řad kotev. Zároveň se snížilo riziko jejich špatného provedení, a tím se zvýšila spolehlivost střechy.

Některé další realizační chyby a příčiny havárií

Co potřebujeme

Současná úprava navrhování a posuzování mechanicky kotvených hydroizolačních povlaků podle Eurokódů je určitě prospěšná – vnáší do celé problematiky prvky objektivity. Aby však výsledek tohoto snažení nebyl podobně kontraproduktivní jako jiné úřednické směrnice např. o obutí kadeřnic, chovu slepic, zákazu ohřívání guláše, povinné kvótě řídících míst pro ženy a podobné unijní nesmysly, je nutná veřejná diskuze odborníků a následné kvalifikované připomínkování resp. i následná změna souvisejících předpisů.

V oblasti stanovení zatížení se jedná např. o:

• Vliv vnitřních atik
• Vliv střešních nástaveb
• Stanovení minimální šířky okraje
• Minimální počet kotev v oblastech působení sání větru
• Posuzování střech, stabilizovaných násypy

V oblasti posuzování vhodnosti a certifikace je to např.:

• Povinnost zveřejnění všech údajů, nutných pro posouzení vhodnosti a bezpečnosti použití pro všechny komponenty MEFAWAME
• Upřesnění metodiky zkoušení kotev i celých sestav tak, aby nedocházelo ke zkreslování výsledků a neodůvodnitelného doplňování dodatečných omezení (additional limitations)

V současnosti je bohužel pouze na odpovědnosti autorizované osoby činné ve výstavbě, že na základě dostatečné průvodní technické dokumentace navrhne bezpečný výrobek do stavby. V nejlepším případě jsou tyto vlastnosti doplňovány zodpovědnými výrobci dobrovolnou certifikací. U řady materiálů pak výrobce tyto vlastnosti neuvádí s tím, že je to nad rámec jeho zákonných povinností. Je třeba upozornit na tuto situaci, kdy autorizovaní architekti, inženýři a technici tak mají odpovědnost za navrhování staveb, aniž by získali právní oporu pro vyžadování úplných podkladů potřebných pro výkon své činnosti ve veřejném zájmu.

Závěr

Tak jako u všeho platí i o problematice mechanicky kotvených hydroizolačních povlaků, že záleží na tom, kdo to dělá. Pokud se návrhu i realizace ujmou profesionálové v pravém slova smyslu (nikoliv podle honosnosti jména zaměstnavatele), může vzniknout velmi ekonomická a spolehlivá střešní konstrukce. Je však nutno všemi dostupnými prostředky nejen šířit nové teoretické poznatky, ale i aktivně zpracovávat připomínky a zkušenosti z praxe a účinně je zahrnovat do zákonných předpisů a norem popř. směrnic a příruček.