Reklama

Progresívna technológia zakladania budov – biele vane

3.11.2014

Ing. Róbert Sonnenschein, prof. Ing. Juraj Bilčík, PhD., SvF STU Bratislava

Recenzovaný

Podzemné priestory budov sa v súčasnosti často navrhujú a zhotovujú ako vodonepriepustné betónové konštrukcie. V príspevku sa uvádzajú vybrané požiadavky a koncepcie navrhovania a zhotovovania „bielej vane“.

Reklama

Potreba zrýchlenia výstavby nových budov, ako aj ekonomické hľadisko so sebou prinášajú aj potrebu progresívnych technológií zakladania budov. V súčasnosti sa podzemné podlažia budov využívajú najmä na parkovanie. V týchto priestoroch treba zabrániť prenikaniu tlakovej podzemnej vody a vlhkosti cez steny a základovú dosku. V minulosti sa konštrukcie chránili povrchovými hydroizoláciami na báze asfaltov a PVC tzv. „čierne vane“. Jedným z moderných spôsobov zakladania budov je použitie tzv. „bielej vane“. Tento spôsob zakladania je založený na skutočnosti, že betón je za určitých okolností vodonepriepustný. Hlavné výhody použitia vodonepriepustného betónu sú:

Obr. 1 Výstavba základovej dosky bielej vane Eurovea v Bratislave

zmenšenie počtu pracovných postupov – odpadá potreba zhotovenia hydroizolácie a jej ochrany,
ľahká lokalizácia a oprava prípadných netesností – miesto priesaku je aj miestom poruchy,
životnosť betónu je dlhšia ako povrchových hydroizolácií.

Nevýhodou vodonepriepustného betónu sú zvýšené náklady na výstuž, nakoľko použitie tejto koncepcie si vyžaduje väčšie množstvo betonárskej výstuže na obmedzenie šírky trhlín. [1]

Návrh a zhotovovanie bielych vaní nebolo do roku 1999 riešené žiadnymi predpismi. V súčasnosti je už niekoľko noriem, ale najmä smerníc pre návrh a zhotovenie vodonepriepustných konštrukcií napr. STN EN 1992-1-1, nemecká norma DIN 1045-1, rakúska a nemecká smernica pre návrh bielych vaní, Model Code 2010 a vo februári 2012 bola na Slovensku vydaná Smernica pre vodonepriepustné betónové konštrukcie „Biele vane“ (SmeBV).

Návrh vodonepriepustnej železobetónovej konštrukcie

Obr. 2 Konštrukčné prvky bielej vane

Biela vaňa pozostáva z dvoch základných častí – základovej dosky a steny (obr. 2), ktoré sú zhotovené na základe triedy využitia a triedy namáhania. Základová doska je spravidla monolitická a steny sú monolitické, montované alebo spriahnuté.

Návrh podľa SmeBV zohľadňuje najmä špecifické požiadavky a aplikačné pravidlá pre používateľnosť a trvanlivosť vodonepriepustných betónových konštrukcií. Najskôr sa konštrukcia navrhne na účinky priameho zaťaženia a následne sa uvážia vplyvy, ktoré vplývajú na vodonepriepustnosť konštrukcie:

urobí sa geologický prieskum, z ktorého sa zistia druhy namáhania, výška hladiny a agresivita podzemnej vody,
na základe pôsobenia podzemnej vody a vlhkosti sa určí trieda namáhania,
na základe požiadaviek využiteľnosti sa stanoví trieda využívania,
zvolí sa koncepcia návrhu z hľadiska možnosti vzniku, resp. šírky deliacich trhlín a návrh konštrukcie na účinky nepriameho zaťaženia,
špecifikujú sa základné a doplňujúce požiadavky na betón, pričom pevnostná trieda betónu by podľa rôznych smerníc a zahraničnej literatúry nemala byť vyššia ako C 25/30, nakoľko úmerne s nárastom pevnosti betónu sa zvyšuje aj plocha výstuže potrebnej na kontrolu šírok trhlín, resp. náklady na ich dodatočné utesnenie,
pri jednotlivých stupňoch agresivity prostredia je treba kontrolovať maximálny vodný súčiniteľ, minimálny obsah a druh cementu, a v závislosti od stupňa prostredia aj iné požiadavky,
spresnia sa požiadavky na zhotovenie: postup prác, betónovacie úseky, škáry, zabudované prvky,
navrhne sa tesnenie škár a dodatočné tesnenie priesakov. [2]

Koncepcie návrhu vodonepriepustnej betónovej konštrukcie

Pred samotným návrhom vodonepriepustnej betónovej konštrukcie treba na základe vzájomnej dohody medzi projektantom, investorom a zhotoviteľom vybrať vhodnú koncepciu návrhu a zhotovenia bielej vane.

Podľa spôsobu zhotovenia a rozvoja deliacich trhlín sa rozlišujú tri koncepcie návrhu konštrukcie bielej vane [1], [2]:

konštrukcia bez deliacich trhlín – pri realizácii treba dodržať konštrukčné, technologické a výrobné opatrenia; v konštrukcii nesmú vzniknúť deliace trhliny,
konštrukcia s deliacimi trhlinami s obmedzenou šírkou – šírka trhlín sa kontroluje návrhom a usporiadaním betonárskej výstuže; šírka deliacich trhlín umožňuje samoutesnenie,
konštrukcia s deliacimi trhlinami so šírkou podľa STN EN 1992-1-1, ktoré budú dodatočne utesnené; neuvažuje sa so samoutesnením deliacich trhlín.

Konštrukčné, technologické a výrobné opatrenia

Stanovujú sa na základe vybranej koncepcie navrhovania a zhotovenia bielej vane a so zreteľom na ekonomickú náročnosť. Na redukovanie účinkov objemových zmien treba navrhnúť [1], [2]:

konštrukčné opatrenia – voľba podmienok uloženia na minimálne obmedzenia pretvorení vytvorením pracovných a nepravých škár a úpravou základovej škáry:
1. základy s rôznymi výškovými úrovňami pri šachtách, kanáloch, základových pásoch a základových doskách sú nevhodné pre biele vane, betonáž základov treba rozdeliť na viac častí, čo predstavuje viac pracovných škár (obr. 3a),
  
  Obr. 3a Priečny rez základmi so šachtami a kanálmi [1]
2. najúčinnejšie je vytvorenie základovej dosky bielej vane v najnižšej úrovni základov, v danom prípade je možné základovú dosku zhotoviť naraz so stenami (obr. 3b).
  
  Obr. 3b Vhodná úprava spodnej plochy základovej dosky [1]
technologické opatrenia – návrh primeraného zloženia betónu,
výrobné opatrenia – vytvorenie vhodných betónovacích úsekov a ošetrovanie mladého betónu prispôsobené poveternostným podmienkam.

Návrh výstuže

Navrhnutá výstuž musí spĺňať podmienky spoľahlivosti a minimálneho stupňa vystuženia. Usporiadanie výstuže musí vyhovovať konštrukčným zásadám a umožniť bezchybné uloženie a zhutnenie čerstvého betónu v súlade s STN EN 13670. Stykovanie presahom sa vyžaduje v prípade ak má výstuž kontrolovať šírku deliacich trhlín.

Obr. 4: Porovnanie potrebných plôch výstuže podľa STN EN 1992-1-1 [4] a DIN 1045-1 [5] pre hrúbky betónovej konštrukcie od 0,2 do 2,0 m a výstuž priemeru 10 a 16 mm

Obr. 5 Zhotovovanie steny bielej vane Zimného štadióna O. Nepelu v Bratislave

Návrh výstuže je možné urobiť podľa rôznych normových predpisov. Na porovnanie sa uvádza graf potrebných plôch výstuží (obr. 4) určených na základe noriem STN EN 1992-1-1 [4] a DIN 1045-1 [5]. Pre porovnanie výsledkov boli zvolené nasledovné charakteristiky konštrukcie:

meniaci sa parameter bola hrúbka dosky, ktorá bola uvažovaná hodnotami 0,1 m až 2,0 m.
konštantné parametre boli trieda betónu C25/30, trieda cementu S, betonárska výstuž B500B, stupeň prostredia XC2, trieda konštrukcie S4, vyšetrovaný čas 5 dní, maximálna dovolená šírka trhliny w_k,max = 0,2 mm.

Na obr. 4 možno pozorovať, že použitím DIN 1045-1 je možná úspora výstuže. Nakoľko biele vane vznikli v SRN a tam aj dosiahli najširšie uplatnenie, možno na základe teoretických prác a dlhoročných praktických skúseností predpokladať, že úspora výstuže je oprávnená a nezvyšuje sa riziko vzniku vodu prepúšťajúcich trhlín. Postup podľa STN EN 1992-1-1 vedie, najmä v hrubších prvkoch, k nárastu potrebných plôch výstuže.

Záver

Pri výpočte potrebnej plochy výstuže do bielej vane podľa normy DIN 1045-1 vychádzajú značne menšie plochy ako pri použití normy STN EN 1992-1-1, ktorej návrh je teda nehospodárny. Je úlohou výskumu overiť, či zmenou národnej prílohy k STN EN 1992-1-1 nie je možné dosiahnuť úsporu výstuže. V článku uvedené množstvo výstuže je vypočítané pre skoré štádium vzniku trhlín. Pri návrhu konštrukcie treba určiť množstvo výstuže aj pre ďalšie zaťažovacie štádia vyskytujúce sa počas životnosti konštrukcie.

Poďakovanie

Článok vznikol za podpory výskumného projektu VEGA č. 1/0784/12 „Holistické navrhovanie a overovanie betónových konštrukcií“.

Literatúra

[1] Smernica pre vodonepriepustné betónové konštrukcie „biele vane“ (SmeBV). Slovenská komora stavebných inžinierov, Bratislava, 2012, 67 str., ISBN 978-80-89113-90-3
[2] LOHMEYER, G. – EBELING, K.: Weisse Wannen einfach und sicher. Verlag Bau+Technik GmbH, 2009, 461 S., ISBN 978-3-7640-0509-2
[3] ZILCH, K. – ZEHETMAIER, G.: Bemessung im Konstruktiven Betonbau – Nach DIN 1045-1 und DIN EN 1992-1-1. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2006, 532 S., ISBN 10 3-540-20650-7
[4] STN EN 1992-1-1 : Navrhovanie betónových konštrukcií. Časť 1-1 : Všeobecné pravidlá a pravidlá pre budovy. Bratislava, júl 2006, 200 str.
[5] DIN 1045-1: Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton – Teil 1: Bemessung und Konstruktion, August 2008, 183 S.

English Synopsis

Advanced technology of the buildings foundations – white tanks

Underground spaces in buildings are now often designed and executed as watertight concrete structures. The paper presents selected requirements and concepts for design and execution of “white tanks”.