Metodika měření poruch panelových domů
Příspěvek pojednává o způsobu monitorování poruch panelových domů. Pohyby objektu jsou měřeny jednak pomocí příložného dilatometru typu Hollan (měření změny šířek trhlin a spár), jednak pomocí nivelace podlah. Výsledky měření budou důležitým podkladem pro rozhodnutí o způsobu sanace objektu.
1. Úvod
Obr. 1 Pohled na sledovaný panelový dům v Brně-Juliánově
Panelové domy postavené ve druhé polovině 20. století tvoří významnou část bytového fondu v České republice. Ačkoliv jsou považovány za prakticky nezničitelné, v průběhu jejich užívání se ukázalo, že řada z nich byla postavena s vadami, které se časem přeměnily v poměrně výrazné poruchy. Jedním z příkladů výrazně porušených panelových domů je i trojice čtyřpodlažních domů na sídlišti v Brně-Juliánově. Poruchy těchto domů zkolaudovaných v roce 1962 se projevily již před 35 lety, poté byly dokonce částečně sanovány. Změna klimatických podmínek v posledních třech letech doprovázená výrazným vysoušením půdy však způsobila, že došlo k porušení rovnováhy v podloží objektů a opětovnému rozvoji poruch. Jelikož se jedná o jev obecnějšího charakteru, který se týká prakticky všech typů objektů, bude tento příspěvek zaměřen hlavně na metodiku monitorování poruch a měření posunů v trhlinách stavebních objektů.
2. Metodika měření trhlin v nosných konstrukcích stavebních objektů
2.1 Příčiny vzniku trhlin
Při procesu porušování vznikají v konstrukcích lokální poruchy, zejména trhliny. Vzhled trhlin, jejich tvar, rozměry, vzájemná poloha a průběh vedou ke zjištění příčin jejich vzniku. Spolupůsobení většího počtu příčin obvykle znesnadňuje správnost posouzení. Poloha a směr trhlin závisí na pevnosti jednotlivých částí nosných konstrukcí, na stavu napjatosti, na celkových posunech objektu. Speciálně u panelových budov hraje velkou roli provedení styků panelů.
Při průzkumu porušených objektů se nejprve provádí prohlídka exteriéru i všech vnitřních prostor v budově po jednotlivých podlažích. V případě panelových budov je vnější prohlídka prakticky znemožněna vlivem zakrytí panelů zateplovacími systémy, a proto je o to důležitější prohlídka vnitřních prostor. Zde se vyšetří a zakreslí trhliny zjištěné ve spárách mezi panely (vodorovných i svislých), dále trhliny v podlahových a stropních konstrukcích, poruchy nenosných částí (např. sklepních kójí) a v neposlední řadě i deformace dveřních a okenních otvorů. Nelze pominout ani trhliny v obkladech v koupelnách a kuchyních (obklady na rozdíl od stěn nelze snadno opravit výmalbou). Pro přesné vyšetření trhlin a stanovení příčiny jejich vzniku je podle [1] třeba podrobnou prohlídkou stavby zjistit:
- současný stav trhlin (na materiálu nosné konstrukce, zbaveném omítek),
- vzájemné posunutí okrajů trhlin,
- původ trhlin podle charakteristických znaků (směr, vzájemná poloha, stav jejich okrajů, drcení materiálu),
- polohu trhlin, jejich průběh, délky, šířky a hloubky,
- jakou soustavu tvoří trhliny po celé výšce budovy, náhodný či systematický charakter,
- jakým způsobem se trhliny mění po výšce budovy, zda není budova průběžnými trhlinami rozdělena na dvě nebo více částí,
- zda jsou trhliny stabilizované či nikoliv, tzn. jejich časovou proměnlivost (rozevírání, zavírání).
2.2 Přístroje pro měření přetvoření a trhlin
Pro měření posunů (průhyb, sedání, vodorovný posun) se používá celá řada měřicích přístrojů, sestávajících ze snímačů, měřidel a konstrukce pro jejich upevnění. Tenzometry používané pro měření trhlin jsou podle [2] založeny:
- na mechanickém principu;
- na optickém a mechanicko-optickém principu;
- na elektrickém principu.
Tenzometry mechanické a tenzometry strunové jsou vhodné pro dlouhodobá měření, zatímco tenzometry odporové pro krátkodobá měření. Při použití odporových tenzometrů pro dlouhodobá měření musí být systém měření i vlastní tenzometry upraveny.
Pro měření a kontrolu trhlin na stavbě se používají:
- lupa se stupnicí pro určení šířky a stavu okrajů trhlin;
- bodový reflektor nebo endoskop pro zjištění průběhu trhliny v hloubce zdi;
- měřicí mikroskop s nitkovým křížem;
- kontrolní sádrové destičky [3] (mají význam jen ve správném provedení);
- sestava terčů pro měření mechanickými sázecími tenzometry [4];
- strunové tenzometry určené pro sledování posunu v trhlině [4].
Pro zjištění pohybu konstrukcí nebo jejich částí se mohou použít tyto metody geodetické metody, optická vlákna, měřická pásma a soupravy s invarovým drátem.
2.3 Účel měření posunů v trhlinách
Měření posunů v trhlinách stavebních konstrukcí je téměř vždy měřením relativním, prováděným od určitého data. Prakticky vždy dochází k určitému prodlení v měření trhlin od okamžiku jejich vzniku – nejprve musí dojít k uvědomění si jejich existence, dále k rozhodnutí o nutnosti měření (přesvědčení o závažnosti poruch), získání finančních prostředků, výběru dodavatele měření. Často se tak stává, že nejvýraznější pohyby objektu nejsou měřením vůbec zachyceny. I tak má ale monitorování smysl, neboť slouží jako podklad pro rozhodnutí o nutnosti a způsobu statického zajištění objektu.
Účelem měření trhlin je určení jejich šířky, změn této šířky v čase a velikosti vzájemných posunů části konstrukce po obou stranách trhliny (spáry) v čase. Měřit posuny objektů je zapotřebí vždy, očekává-li se vliv stavební činnosti na stav, funkci a bezpečnost stavby. Pokud se to týká i okolních stavebních objektů, měly by se měřit posuny i těchto objektů. Dále se měří tehdy, objeví-li se poruchy užívaného stavebního objektu nebo lze-li očekávat jeho posuny vlivem přitížení nebo odlehčení základové půdy v okolí, změnou hladiny podzemní vody, změnou vlhkostních poměrů, poddolováním, apod. Na základě poznatků, získaných při měření trhlin stavebních objektů, byla zpracována metodika měření posunů v trhlinách konstrukcí. Osnova návrhu vychází z geodetické normy ČSN 73 0405 [5].
2.4 Projekt měření posunů v trhlinách
Pro každý stavební objekt (nebo skupinu objektů), jehož posuny se mají měřit, má být vypracován projekt měření posunů [4], ve kterém se uvedou zejména:
- účel a druh měření (etapová, periodická, kontinuální);
- údaje o geologických, geotechnických a hydrogeologických poměrech a vlastnostech základové půdy (provedení průzkumů nebo převzetí údajů);
- stručné údaje o způsobu založení, funkci a zatěžovacím postupu stavební konstrukce;
- hodnoty očekávaných posunů vypočítané v projektové dokumentaci (poklesy základové půdy, průhyby vodorovných nosných konstrukcí, apod.);
- požadovaná přesnost měření s ohledem na očekávanou velikost posunů;
- metody měření s rozborem nejistot měření;
- způsob označení a zajištění bodů měřickými značkami, druh a rozmístění pozorovaných a vztažných bodů (situace, řezy), způsob osazení (stabilizace) měřických značek a jejich ochrany proti poškození nebo zničení;
- časový plán měření u etapových a periodických měření nebo intervaly záznamu u kontinuálních měření, popř. zásady pro změnu časového plánu v závislosti na průběhu posunů a podmínky ukončení měření;
- způsob matematického a grafického zpracování a vyjádření výsledků měření a jejich interpretace z hlediska prokazatelnosti posunů, z hlediska zakládání staveb, apod.
2.5 Časový průběh měření posunů v trhlinách
Časový průběh měření se řídí druhem základové půdy, rychlostí postupného zatěžování základové půdy a namáhání konstrukce, průběhem posunů a přetvořením v předcházejících etapách, vnějšími vlivy na staveništi a v jeho okolí, rychlostí změn teploty, změnou dynamického zatížení při provozu strojů, dopravy, seismicity apod. Četnost měření by měla odpovídat velikosti předpokládaných posunů a přesnosti měření. Minimální doba sledování u staveb má být 1 rok (lépe však s přesahem minimálně dalších 3 měsíců). Po této době lze statisticky vyhodnotit vliv měnících se klimatických podmínek, např. teploty ovzduší a teploty konstrukce. Pro stanovení prognózy vývoje posunů v trhlině je zapotřebí doba měření ještě delší.
Stanovení časového intervalu mezi etapami měření vychází z ovlivnění trhliny měnící se teplotou v průběhu jednoho roku. Protože značná část trhlin v nosných konstrukcích má „pulsující“ charakter (šířka se mění s teplotou), je nutné, aby měření zachytilo zejména extrémní hodnoty posunů pro stanovení amplitudy vratných posunů vlivem teploty. Minimální četnost měření by měla být 9 etap za rok. V případě, že dojde k zásahu do konstrukce, který má okamžitý vliv na chování trhliny (např. sepnutí objektu, provedení injektáže základů, apod.), zkrátí se interval měření nebo se přejde na měření kontinuální.
Výpočty hodnot posunů a přetvoření pozorovaných bodů musí následovat ihned po měření. Jestliže se při výpočtech zjistí neočekávané hodnoty posunů, musí následovat opatření k zajištění bezpečnosti či provozu stavby. Spolu s měřením posunů je vždy nutné měřit teplotu konstrukce na každém měřicím místě zvlášť a sledovat údaje o denních teplotách ovzduší v dané oblasti [4].
2.6 Vyhodnocení měření posunů v trhlinách
Pro vyhodnocení výsledků měření je důležité přesně specifikovat polohu trhliny, odtržených částí nosné konstrukce a polohopis měřicích základen. Naměřené hodnoty posunů je třeba analyzovat z hlediska míry ovlivnění teplotou a jinými vlivy (tzv. denní periodicitu, roční periodicitu, závislost na prováděných pracích či průběhu zatěžování apod.). Výsledkem měření je jednak velikost trvalého posunu v trhlině za sledované období (zpravidla 1 roku), a jednak velikost vratného posunu způsobeného ostatními vlivy, zejména teplotou. Výstupem měření musí být zhodnocení statické závažnosti sledovaných poruch.
3. Měření prováděná na panelovém domě
3.1 Měření trhlin pomocí Hollanova deformetru
Obr. 2 Hollanův příložný deformetr při měření vodorovné spáry na jednoduché základně
Obr. 3 Měřicí místo se třemi základnami tvořícími rovnostranný trojúhelník
Měření posunů v trhlinách a spárách panelového domu je realizováno pomocí mechanického příložného Hollanova deformetru. Principem je měření rozdílu vzdáleností mosazných terčíků osazených přes trhliny a rozevřené spáry v panelech ve vzdálenosti přibližně 200 mm.
Existuje několik způsobů osazení terčů:
- Liniové – měříme kolmo na trhlinu pouze její rozevírání nebo zavírání – viz obr. 2.
- Trojúhelníkové (rovnostranný trojúhelník viz obr. 3) – měříme posuny v rovině a současně toto uspořádání umožňuje korelovat výsledky o chyby způsobené teplotními vlivy.
- Rohové – díky terči osazenému na úhelníku měříme odklon panelu v rohu místnosti (buď v jednom směru, anebo ve dvou navzájem kolmých směrech – viz obr. 4).
Mechanický příložný deformetr je osazen digitálním nebo analogovým úchylkoměrem s citlivostí 0,001 mm. Při použití etalonu z invaru a uspořádání základen do tvaru rovnostranného trojúhelníka s jednou neporušenou základnou se jedná vlastně o autokalibrační měření. Osazení měřících bodů se provádí s ohledem na požadavek trvanlivosti, souvisejících s délkou měření, podmínkami a zejména přístupností měřících základen pro veřejnost. V tomto případě byly měřící body z mosazi připevněny přímo na beton panelů (po odstranění omítky) pomocí dvousložkového lepidla X - 60. Při osazení měřících bodů bylo dbáno na dodržení jejich přesně svislého a vodorovného umístění. K tomu byl použit křížový laser FatMax – viz obr. 5.
Obr. 4 Dvojice rohových základen pro měření odklonu panelu v rohu místnosti ve dvou navzájem kolmých směrech
Obr. 5 Osazování měřících bodů, přesnost osazení (v tomto případě svislá poloha) kontrolována křížovým laserem FatMax
Základní délka invarového etalonu Hollanova deformetru je 200 mm při 20 °C, této délce odpovídá čtení úchylkoměru na etalonu En. Délka základny lo (ao, bo, co) v mm při počátečním měření je dána vztahem:
Délka základny ln (an, bn, cn) v mm při n-tém měření se vypočítá ze vztahu:
kde je
- lE
- nominální délka etalonu (200 mm při 20 °C);
- Eo (En)
- čtení úchylkoměru při počátečním (n-tém) měření etalonu, v mm;
- Ho (Hn)
- čtení úchylkoměru při počátečním (n-tém) měření základny, v mm;
- ΔlEo (ΔlEn)
- korekční člen na teplotu při počátečním (n-tém) měření etalonu, v mm.
Poznámka: Při použití etalonu z invaru je možné korekční členy zanedbat.
Pro hodnocení posunů panelů není rozhodující délka základny, ale rozdíly zjištěné při měření vzhledem k počátečnímu stavu (popřípadě vzhledem k předcházejícímu měření). Celková změna délky základny Δl v mm vzhledem k počátečnímu stavu je dána vztahem:
Pokud se měří na třech základnách uspořádaných do tvaru rovnostranného trojúhelníka (viz obr. 6), lze pomocí trigonometrických funkcí vypočíst souřadnice x a y bodu, jehož posun ve zvolené souřadnicové soustavě sledujeme. Z podrobného metrologického rozboru všech nejistot, ovlivňujících měření Hollanovým deformetrem, byla stanovena celková nejistota měření celkové délky základny Δl hodnotou u = ±0,015 mm. Uvedená hodnota nejistoty měření platí pouze při dodržení všech zásad správného měření.
Obr. 6 Měřicí místo, kde tři základny tvoří rovnostranný trojúhelník, bod A nahoře
Souřadnice vrcholů trojúhelníku:
A [x,y], B [0,0], C [0,a]
Shrneme-li postup vyhodnocení výsledků měření, pak z hodnot naměřených na snímači (např. číselníkovém úchylkoměru) přístroje vypočteme délky jednotlivých základen a z nich následně souřadnice bodu A ve zvolené souřadnicové soustavě xy. Posuny bodu A lze znázornit v polohovém grafu nebo pro každý směr posunu zvlášť v závislosti na čase.
Při sledování posunů v trhlinách či spárách se vždy jedná o relativní měření – zachytíme pouze vzájemný posun dvou oddělených částí konstrukce, nikoliv pohyb objektu jako celku. Přesto má takové měření značný význam, neboť vypovídá o aktivitě pohybů objektu a při dlouhodobějším sledování rovněž o celkovém trendu a rovněž o vlivu teploty.
3.2 Ukázka výsledků měření v prvním období
Měření ve spárách panelového domu probíhá prozatím po dobu 5 měsíců, což je z hlediska sledování objektů příliš krátká doba, nicméně první výsledky jsou zajímavé. Ukážeme si je na příkladu spáry u schodiště v 1. NP objektu – viz obr. 7. Vlivem poklesu základu příčné nosné stěny došlo k oddělení a poklesu spodního panelu.
Obr. 7 Pohled na rozevřenou spáru mezi panely v příčné schodišťové stěně v 1. NP objektu
Obr. 8 Grafické znázornění svislého poklesu panelu z obr. 7. Spára se za 5 měsíců rozšířila o 3,0 mm, k největšímu posunu došlo v letních měsících.
Z výsledků měření i vizuálního pozorování je zřejmé, že i nadále dochází k výraznému rozšiřování spáry mezi panely.
3.3 Měření poklesů objektu
Ačkoliv je podle charakteru poruch zřejmé, že objekt v minulosti nerovnoměrně sedal (a zřejmě doposud sedá), nebylo zde v minulosti provedeno žádné měření sedání. Měření poklesů bylo tedy provedeno nyní, a to s pomocí laserového samonivelačního kříže FatMax a skládací třímetrové skládací nivelační latě. Měření bylo komplikované z důvodu členitosti suterénních místností a jejich částečné nepřístupnosti. Proto byly měřeny zejména chodby a vstupní prostory. Výsledky měření relativních výšek podlahy v suterénu domu (ve dvou vchodech) jsou uvedeny na obr. 9. Samozřejmě výšky není možné porovnat z původním stavem, ovšem při předpokladu alespoň základního dodržení geometrické přesnosti ve výstavbě ukazuje toto měření, kde došlo k největšímu sedání.
Obr. 9 Výsledky měření relativních výšek podlah v suterénu panelového domu (měřeno ve dvou vchodech). Rozdíl minimální a maximální výšky podlah dosahuje 130 mm, což potvrzuje značné nerovnoměrné sedání objektu.
4. Závěr
Cílem článku je představit metodiku měření posunů v objektu panelového domu. Měření výšek podlah potvrdilo, že v minulosti došlo ke značnému nerovnoměrnému sedání objektu. Měření posunů v trhlinách a spárách mezi panely na 30 osazených základnách je teprve v počáteční fázi, avšak z prvních výsledků měření vyplývá, že k výraznému sedání objektu dochází i nadále. Dalším průzkumem byly zjištěny chyby v založení objektu a značné sesýchání základové půdy, kterou tvoří spraš. Měření bude nadále pokračovat, ovšem již první etapa ukázala, že sanace objektu je nezbytná.
Poděkování
Tento příspěvek vznikl za finanční podpory projektu LO1408 AdMaS UP – Pokročilé materiály, konstrukce a technologie, podporovaného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy České republiky v rámci Národního programu udržitelnosti I.
Literatura
- PUME, D., ČERMÁK, F. a kol.: Průzkumy a opravy stavebních konstrukcí, Praha, Arch 1998
- Schmidt, P. a kol.: Základy zkušebnictví, skriptum VUT FAST Brno, CERM 2001
- Bažant, Z., Klusáček, L. Statika při rekonstrukcích objektů. Skriptum VUT v Brně FAST, CERM Brno, 2002.
- Cikrle, P. Diagnostika poruch staveb – dlouhodobé sledování trhlin ve zdivu a měření posunů. Disertační práce, VUT v Brně FAST, 2002.
- ČSN 73 0405 Měření posunů stavebních objektů.
This article describes how to monitor panel house faults. Object movements are measured by a Hollan deformeter (used to measure changes in crack widths and joints) and by floor leveling.