Vyhodnocování výsledků výtažných zkoušek na střeše
Výtažné zkoušky na střeše jsou neopomenutelnou součástí procesu návrhu a provádění mechanicky kotvených pružných střešních povlaků. Při rekonstrukcích jsou většinou nezbytně nutné pro ověření možnosti použití zvoleného kotevního systému pro konkrétní nosný podklad.
1. Úvod
Zdroj: Josef Krupka
Firmy – většinou dodavatelé kotev – výtažné zkoušky běžně provádějí. Používají při tom více či méně zdařilé formuláře pro záznam provedených zkoušek a jejich vyhodnocení, přičemž princip provádění i výpočet návrhového zatížení kotevního prvku vychází z ETAG 006.
ETAG 006 – Řídící pokyn pro evropská technická schválení systémů pružných hydroizolačních povlaků [2] byl však v únoru 2019 nahrazen Evropským dokumentem pro posuzování EAD 030351-00-0402 – Systémy mechanicky kotvených pružných hydroizolačních povlaků [1]. ETAG 006 byl tímto datem zrušen.
Nastal ale problém, i když část profesně zainteresovaných si jej patrně vůbec nevšimla. Do EAD [1] totiž nebyla implementována příloha C (dříve D) z Pokynu ETAG 006 [2], podle níž se prováděly a vyhodnocovaly výtažné zkoušky na střeše. Podle mých smutných zkušeností takřka všechny firmy, které se zabývají výtažnými zkouškami, používají dávno neplatnou metodu vyhodnocování. Mnohdy o tom skutečně ani nevědí a nikdo z odborných společností a jiných orgánů se netváří, že by se jich to jakkoliv týkalo. Odborná veřejnost marně čeká na kvalifikovaný pokyn nebo metodiku, jak při výtažných zkouškách a jejich vyhodnocování postupovat.
2. Provádění výtažných zkoušek
Je asi zbytečné zabývat se podrobně popisem, jak a v jakých případech se zkoušky mají provádět. Domnívám se ale, že připomenout si alespoň ty nejdůležitější zásady neuškodí:
- Před prováděním výtažných zkoušek by měly být všechny existující vrstvy nad nosným podkladem, které by mohly ovlivnit výsledek zkoušky, v místě zkoušky odstraněny (povlak, izolace apod.).
- Podle ETAG 006 se mělo zkoušet minimálně 6 vzorků na 5000 m2 střechy. Osobně se domnívám, že objektivně výhodnější by bylo uvažovat 6 vzorků na každých 1000 m2 střechy, přičemž obecně by mělo být 6 vzorků absolutní minimum pro každý druh podkladu. Významně se tím zvýší přesnost stanovení návrhového zatížení kotevního prvku na vytržení z podkladu (Fadm) a také vhodnost zkoušeného podkladu pro mechanické kotvení. Použití menšího počtu vzorků by se mělo písemně odsouhlasit všemi zainteresovanými stranami.
- Součástí protokolu ze zkoušek musí být náčrt tvaru střechy s umístěním jednotlivých testů.
- Oblasti s výskytem významně nízkých hodnot výtažných sil doporučuji následně zase zkoušet jako separátní střechy s testováním na minimálně 6 místech.
- Je nutno přesně popsat typ podkladu i všech případných vrstev nad ním, včetně uvedení jejich tloušťky a stavu.
- Musí se uvést typ zkoušené kotvy a popsat metoda aplikace.
- Součástí protokolu musí být vyhodnocení jednotlivých zkoušek podle platného předpisu s doporučením na další postup v případě nevyhovujícího výsledku. Nevyhovující výsledek je nutno také oznámit projektantovi, aby mohla být kvalifikovaně provedena nutná opatření resp. změna technologie stabilizace povlaku.
Výsledek výtažných zkoušek Fadm resp. Xd se má porovnat s dovoleným namáháním (návrhovou odolností) mechanicky kotveného systému Wadm získaným zkouškou ve skutečném (velkém) měřítku nebo malém měřítku.
Poznámka:
Některé sestavy mechanicky kotvených nejsou vybaveny dokumentem ETA podle EAD [1], ale mají provedeny jen zkoušky podle EN 16002. U nich zkouška v malém měřítku interpolací prostřednictvím korelačního součinitele není možná!
3. Vyhodnocování výtažných zkoušek
3.1 Podle (neplatného) ETAG 006
Podle zrušeného ETAG 006 se hodnota povoleného (návrhového) osového zatížení kotevního prvku určila podle vzorce:
kde je
- X
- střední hodnota ze všech výtažných zkoušek
- ν
- součinitel bezpečnosti:
3,0 pro všechny betonové konstrukce
2,5 pro dřevěné a hliníkové konstrukce
2,0 pro ocelové konstrukce
Takto zpracované výsledky bohužel nedávají žádnou jistotu o kvalitách zkoumaného podkladu nebo úplné vhodnosti uvažovaného typu kotev. Velký rozptyl naměřených hodnot (rozdíl mezi minimální a maximální hodnotou) svědčí o nehomogenitě podkladu – jeho velmi nestejnorodé kvalitě s předpokládanou nežádoucí nespolehlivostí mechanického kotvení. Zřejmě by se mělo přistoupit k zásadnímu rozhodnutí, jak danou situaci řešit – rozdělit střechu na více částí (hlavně oblast s nízkými hodnotami) nebo i změnit technologii stabilizace.
3.2 Podle EN 1990
Zdá se, že jedinou metodou vyhodnocení výtažných zkoušek, vyhovující platné legislativě, je postup podle ČSN EN 1990 ed.2: 2021, Přílohy D – Navrhování pomocí zkoušek [3], a to prostřednictvím charakteristické hodnoty.
3.2.1 Výpočet pro normální rozdělení
Při normálním rozdělení se používají vzorce D.1 až D.3 z článku D. 7.2 – Hodnocení prostřednictvím charakteristické hodnoty, podle Přílohy D normy [3]. Tento způsob vyhodnocování zvolila Britská Single Ply Roofing Association (SPRA) vydáním metodické pomůcky – návodem S15-19 Pull Out Test Protocol [4]. Zareagovala tak na zrušení ETAG 006 již v září 2019. Koeficient kvantilu charakteristické hodnoty se uvažuje pro neznámý variační koeficient Vx.
(D.1)
(D.2)
(D.3)
3.2.2 Výpočet pro lognormální rozdělení
Další možným řešením je postupovat podle článku D. 7.1, odstavec 5, Poznámka:
Přijetí lognormálního rozdělení pro určité veličiny má tu výhodu, že nemůže dojít k výskytu záporných hodnot např. u geometrických veličin a parametrů odolnosti.
Použijí se vzorce podle Poznámky 2 článku D. 7.2 pro lognormální rozložení a pro neznámý variační koeficient Vx :
kde
Jestliže Vx není apriorně známý, 
3.3 Srovnání – příklady
Příklad 1
| Zkouška číslo | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Naměřená hodnota [kN] | 1,240 | 1,220 | 1,230 | 1,200 | 1,250 | 1,210 |
Tento výpočet je uveden v Návodu [4] jako ilustrační příklad výpočtu návrhové odolnosti pro normální rozdělení. Dílčí koeficient γm uvažuji v souladu s doporučením SPRA 2,00*).
| Postup výpočtu podle | Hodnota [kN] |
|---|---|
| ETAG 006 | 0,613 |
| EN 1990, ed.2, normální rozdělení | 0,592 |
| EN 1990, ed.2, lognormální rozdělení | 0,592 |
Rozptyl „naměřených“ hodnot je minimální, odpovídá tomu i prakticky totožný výsledek výpočtu všemi třemi metodami. Variační koeficient pro normální rozdělení je Vx = 0,015, což odpovídá přibližně hodnotě směrodatné odchylce sy pro lognormální rozdělení.
Příklad 2
| Zkouška číslo | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Naměřená hodnota [kN] | 4,440 | 2,650 | 2,410 | 1,170 | 1,950 | 0,970 | 1,320 |
Tento příklad vychází z reálně naměřených hodnot. Dílčí koeficient γm uvažuji 3,00*).
| Postup výpočtu podle | Hodnota [kN] |
|---|---|
| ETAG 006 | 0,710 |
| EN 1990, ed.2, normální rozdělení | −0,126 |
| EN 1990, ed.2, lognormální rozdělení | 0,205 |
Na rozdíl od příkladu 1 vykazují naměřené hodnoty výrazný rozptyl – maximální hodnota je 4,58× větší než minimální (!). Variační koeficient pro normální rozdělení je Vx = 0,563. K tomu blíže viz doporučení v bodu 4 tohoto článku.
Výsledek výpočtu návrhové odolnosti pro normální rozdělení je záporná hodnota, což je samozřejmě nelogické a nemožné. Ani výpočet pro lognormální rozdělení není prakticky použitelný – vypočtená hodnota odolnosti není dostatečná a měla by zřejmě vyvolat potřebu dodatečných zkoušek nebo dokonce principiální změny technologie stabilizace hydroizolace.
Příklad 3
| Zkouška číslo | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Naměřená hodnota [kN] | 2,700 | 1,900 | 2,000 | 2,300 | 2,250 | 2,310 |
Tento příklad vychází z reálně naměřených hodnot. Dílčí koeficient γm uvažuji 3,00*).
| Postup výpočtu podle | Hodnota [kN] |
|---|---|
| ETAG 006 | 0,748 |
| EN 1990, ed.2, normální rozdělení | 0,544 |
| EN 1990, ed.2, lognormální rozdělení | 0,568 |
Rozptyl naměřených hodnot je o něco větší než v příkladu 1, odpovídá tomu i vyšší směrodatná odchylka (s = přibližně 0,20) a výsledek výpočtů se více liší. Výsledek pro lognormální rozdělení je o něco vyšší než pro normální rozdělení. Variační koeficient Vx = 0,125 resp. sy = 0,124 – hodnoty jsou dostatečné.
*) viz bod 4.1.
4. Závěr a některá doporučení
Tento článek si neklade za cíl podat vyčerpávající a podrobný návod, jak nakládat s výsledky výtažných zkoušek (nejen) na střeše. Spíš bych chtěl vyvolat (pokud možno odbornou) diskuzi, na jejímž základě by mohla vzniknout tak potřebná směrnice nebo metodická pomůcka. Následují má osobní doporučení:
- 4.1 Je třeba jednoznačně určit, jaká hodnota dílčího koeficientu γm se má pro stanovení návrhové odolnosti kotvy použít v případě postupu podle čl. D. 5, odstavec 3 normy [3]:
Pokud je dostatečná shoda zkoušek a běžného rozsahu aplikace dílčích součinitelů při numerickém ověřování, pak se má pro charakteristickou hodnotu použít dílčí součinitel podle příslušného Eurokódu. To by znamenalo například v případě betonových konstrukcí
γm = γm × γinst = 1,5 × 1,4 = 2,1
- 4.2 Počet zkoušek doporučuji zvýšit nad minimální počet obzvláště v případech, kdy:
- nosná vrstva je viditelně poškozená, nesoudržná, poškozená zatečenou srážkovou vodou nebo chemickými sloučeninami apod.
- střecha se nachází ve větrné oblasti III a vyšší a zároveň v kategorii terénu I.
- 4.3 Při výpočtu Fadm (Xd) je nutno věnovat pozornost hodnotě Vx resp. sy. Tyto hodnoty vyjadřují stejnorodost podkladu – vyrovnanou kvalitu v ploše střechy. Variační koeficient by neměl snižovat průměrnou hodnotu mx o více než 50 %. Pro jednotlivé počty zkoušek lze sestavit následující tabulku maximálních hodnot variačního koeficientu:
Pro zobecnění a zjednodušení lze doporučit, aby variační koeficient pro normální rozdělení resp. směrodatná odchylka pro lognormální rozdělení byly max. 20 % (0,20):N 3 4 5 6 7 8 9 10 20 Vx 0,148 0,190 0,215 0,229 0,239 0,250 0,255 0,260 0,284
Vx = max. 0,20 resp. sy = max. 0,20
Vyšší hodnota již avizuje potřebu zvýšení počtu zkoušek (hlavně v místech minimálních hodnot) nebo dokonce změnu technologie stabilizace hydroizolačního povlaku. - 4.4 V místech, kde je dosaženo výrazně nižších hodnot oproti průměru, doporučuji provést důkladný stavební průzkum, aby se zjistila příčina této anomálie.
Použité podklady
- EAD 030351-00-0402 – Systémy mechanicky kotvených pružných hydroizolačních povlaků
- ETAG 006 – Řídící pokyn pro evropská technická schválení systémů pružných hydroizolačních povlaků (platný do 02/2019)
- ČSN EN 1990 ed.2: 2021, Příloha D – Navrhování pomocí zkoušek
- S15-19 – Pull Out Test Protocol, SPRA, 2019
- Program „Výtažné zkoušky“ (vlastní)
In February 2019, the guideline ETAG 006 - Systems of Mechanically Fastened Flexible Roof Waterproofing Membranes was repealed, including its Annex C – Site pullout test, according to which the tests were to be carried out and evaluated. ETAG 006 has been replaced by document EAD 030351-00-0402, which no longer contains any guidelines for pull-out tests. It seems that the only solution to the evaluation of pull-out tests is the procedure according to ČSN EN 1990, Annex D. The application for roof suppliers has not been addressed yet in any available literature. The article offers some options and encourages a professional discussion on this topic.