Ploché střechy – diagnostika v praxi

V těsném sousedství pražského parku Vítkov vyroste nový rezidenční projekt Zlatice. Celkem nabídne sedmdesát bytů a ateliérů a dokončen by měl být na podzim příštího roku. V záplavě realitních reklam se autoři rozhodli prezentovat zájemcům o nové bydlení svůj projekt ve speciálním Pavilonu Zlatice, který byl vystavěn přímo u budovy, kde bude sídlit Superstudio designérské přehlídky Designblok ´13.

Podle sklonu α dělíme střešní konstrukce na ploché (α ≤ 10°, obr. 1), šikmé (10° < α ≤ 45°) a strmé se sklonem α > 45°. Od dob rozvoje průmyslu a později typizované panelové výstavby až dodnes celková rozloha plochých střech stále roste. S nárůstem rozlohy a se současným stárnutím souboru plochých střech vzrůstá počet jejich poruch, a tedy i význam diagnostiky. V tomto článku jsou uvedeny poznatky a zkušenosti z konkrétních situací diagnostické praxe Technického a zkušebního ústavu stavebního (TSOUS) v oblasti střešních plášťů, ne však statických poruch.

Konzervativní údaj o poměrném zastoupení plochých střech 30 až 40 % vychází z původního tradičního stavitelství a nereflektuje měnící se trendy ve skladbě fondu budov, které vyplývají ze změn v odvětví pozemního stavitelství, jako je budování průmyslových parků, nákupních center a hypermarketů. V současnosti by se měl z celkového počtu střech brát v úvahu minimálně čtyřicetiprocentní podíl plochých střech, ne-li více. Na základě prokázaných údajů se odhaduje, že z tohoto množství má přibližně 70 % poruchy (1).

Rozdělení plochých střech a typické poruchy a chyby
I když je přesně definováno, co jsou to ploché střechy, dělí se dále z několika hledisek. Podle skladby střešního pláště se rozlišují jednoplášťové, dvouplášťové a víceplášťové ploché střechy. Podle využití mohou být bezúčelové (nepochozí), na které je možný přístup jen kvůli nevyhnutelné údržbě, a úče­lové (pochozí) střechy, které se využívají ke zvolenému účelu provozu (doprava, rekrea­ce, umístění speciálních technologií apod.). Důležitým faktorem ve vztahu k provozu budovy a funkčnosti střechy je použití parozábrany (nebo jiné vrstvy s podobnou funkcí). Hlavně u starších budov je důležité věnovat se během diagnostiky i zjišťování skutečné skladby střešního pláště.

Poruchou ploché střechy se rozumí úplná nebo částečná ztráta kterékoliv z jejích funkcí – hydroizolační, tepelněizolační či estetické. Seřazené jsou podle významnosti. Změněná hydroizolační funkce obvykle mění tepelnětechnické vlastnosti střešního pláště a dříve či později i estetické vlastnosti (nemluvě o hygienických, které jsou zahrnuty ve formě hygienického kritéria v tepelnětechnickém posuzování obalové konstrukce budovy).

Není překvapující, že nejzávažnější poruchou je poškození celistvosti hydroizolační vrstvy – krytiny – a následná ztráta hydroizolační funkce, prostě řečeno zatékání. Obvykle se tyto poruchy vyskytují v charakteristických místech:

• fragment ploché střechy (povlaková krytina a její spoje);
• styk ploché střechy s vysokou obvodovou stěnou (výtahová šachta);
• styk ploché střechy s nízkou stěnou (atika);
• dešťové žlaby a střešní vtoky;
• průniky konstrukcí a instalací střešní rovinou (odvětrávací potrubí, obr. 2).

Požadavky z praxe
V průběhu posledních přibližně pěti let TSOUS zaznamenal zvýšenou poptávku v oblasti diagnostiky plochých střech. Kdyby se vycházelo jen ze znění zadání nebo z formulování požadavků zákazníků, i bez vážnější analýzy příčin by bylo možné definovat dva hlavní důvody diagnostiky střech. Prvním je zatékání a následná reklamace práce nebo díla. Bohužel, většinou chybí požadavek na laboratorní ověření vhodnosti skladby vrstev střešního pláště během projektové přípravy nebo na výrobně-kontrolní zkoušky během realizace opravy. Na střechy se potom diagnostický pracovník dostává až ex post. Druhým důvodem diagnostiky střech často bývá kontrola identity dodané a zabudované povlakové krytiny. Investor má podezření, že během výstavby byla povlaková krytina zaměněna za jiný výrobek nebo za výrobek s menší tloušťkou. Tyto požadavky se opakují především v případě průmyslových parků.

Diagnostika střechy začíná prvotní obhlídkou in situ a konfrontací požadavků zákazníka s dostupnými zdroji informací o budově, střeše, období a způsobu realizace. Identifikují se všechny pravděpodobné příčiny poruchy a sestaví se postupové kroky k prokázání nebo zamítnutí těchto hypotéz. Postupové kroky se volí tak, aby byl zásah do konstrukce střechy pokud možno neinvazivní. Je-li třeba odebrat vzorky, prakticky vždy se provádí průzkum vlastností na výběru. Jeho velikost se stanovuje podle účelu zamýšlené zkoušky. Je-li účelem zjistit (odhadnout) nějakou vlastnost v kterékoliv části střešního pláště, mohou se použít např. metody náhodných vzorků, při nichž se vychází z plochy celého střešního pláště. Je-li účelem porovnat určité vlastnosti dvou konkrétních ploch, rozsah výběru vzorků se stanoví buď podle konkrétních zkušebních norem pro danou vlastnost, nebo se určí přiměřeně k rozloze ploch tak, aby vznikl statisticky zpracovatelný výběr, z něhož bude možné odhadnout hodnotu vlastností ploch jako souboru. Rozsah výběrů ovlivňuje cenu diagnostiky. Převládá obecná tendence zákazníků minimalizovat počty zkoušek na dogmatickou hodnotu 3. Nemělo by se však zapomínat, že při zpracovávání výsledků a odhadu vlastností souboru např. jednostranným tolerančním intervalem a při zachování určité konfidenční úrovně se potom výrazně „zhorší“ (na straně bezpečnosti) hodnota ukazatele dané vlastnosti. (Poznámka: obdobou je charakteristická pevnost betonu určená jako pětiprocentní kvantil základního souboru.) Navržený seznam zkoušek a jejich rozsah se předkládá zákazníkovi.

Ke zkoušení vodotěsnosti zabudovaných povlakových krytin plochých střech existují zažité zkušební postupy. Musíme však rozlišovat mezi metodami pro kvalitativní zhodnocení, zda do střechy zatéká, nebo ne (tzv. zátopová zkouška), a metodami určenými k odhalení poškozeného místa (zkouška tzv. vakuovým zvonem, zkouška jiskrová nebo tzv. jehlová zkouška).

Zátopová zkouška se vykonává tak, že se plochá střecha (nebo její část) zaplaví vodou, v níž může být rozpuštěn hypermangan nebo potravinářské barvivo. Po určité době (optimálně po 24 hodinách) se kontrolují níže položená podlaží, jestli se zabarvila. Zátopová zkouška by se dala modifikovat i na měření poklesu hladiny v kontrolním válci, kdyby se během zkoušky měřilo jednotkové množství ztráty vody z referenční vodní plochy. Obdobně lze použít i zkoušku dýmovou (tzv. mataki test) v případě volně uložených asfaltových pásů a fólií. Do jednoho otvoru v povlakové krytině se vpouští barevný dým a sleduje se, jestli na některém místě neuniká. Únik dýmu v tom momentu jednoznačně identifikuje chybné místo, zatímco zátopová zkouška identifikuje jen orientační oblast poškození.

Zbývající zkoušky na odhalení poškozeného místa jsou poměrně zdlouhavé a časově náročné, např. během vakuové zkoušky se zkoušený spoj povlakové krytiny natře mýdlovým roztokem, nasadí se na něj vakuový zvon a následně se z něj vysaje vzduch. V případě vytváření bublinek ve zvonu lze konstatovat, že dané místo je netěsné. Metoda je vhodná pro náhodnou kontrolu spojů povlakové krytiny, ne však ke kontrole celé délky spojů. Kdyby byla např. rozloha střechy běžné výrobní haly přibližně 5 000 m², představovalo by to asi 2 750 m spojů hydroizolačních pásů. Při tomto množství spojů by bylo nesmírně náročné kontrolovat touto metodou všechny pásy a spoje. Jiskrová zkouška je jednou z metod, kterou je možné racionálně použít k identifikování míst zatékání do střešního pláště. Do podkladu krytiny se zavede jedna elektroda s napětím přibližně 30 až 40 kV a nad spoji krytiny se pohybuje druhou elektrodou rychlostí asi 10 m/min.

V místě poruchy celistvosti krytiny vznikne jiskření. Metoda však není účinná na střechách se suchým podkladem krytiny. Kdyby uváděná střecha (5 000 m²) byla celá vhodná pro tuto zkoušku, její vykonání i s přípravou by zabralo asi 5 až 6 hodin.

Je-li třeba zjistit, zda do střechy zatéká, protože jsou na vnitřní straně stropní konstrukce náznaky zatékání (obr. 3), je vhodné nejprve provést průzkum, zda je zatékání jen lokální, nebo se tyto náznaky vyskytují na více místech. Je-li toto místo jen jedno, zjistí se (např. kontaktním vlhkoměrem), že je tam skutečně zvýšená vlhkost, a vyloučí se riziko původu v kondenzaci vodní páry (může se zúžit oblast průzkumu střešního pláště na okolí tohoto defektu). Zohlednit je třeba konstrukční a geometrické uspořádání ploché střechy v této oblasti. Pokud je míst, jimiž do střechy zatéká, více, cílem prvotní prohlídky je odhalit spojitost mezi nimi – zda nemají nějakého společného jmenovatele, např. průniky potrubí, střešní vtoky nebo světlíky. Když se vyloučí riziko této opakované chyby, postupuje se dále k potenciální kondenzaci. S tímto cílem je vhodné důkladně se obeznámit s technologií provozu – zda a kde vzniká velké množství vodní páry, jak se odvádí, jaké jsou okrajové podmínky vnitřního prostředí a jaký je režim provozu. Kondenzace se může vyskytovat buď přímo na vnitřním povrchu střešní konstrukce, především v místech tepelných mostů (mezistřešní nebo zaatikové žlaby, atika, světlíková obruba atd.), nebo v jednotlivých vrstvách střešního pláště. Není-li známa skladba střechy a předpokládá se, že může obsahovat vrstvy, v nichž mohla delší dobu kondenzovat vodní pára (např. škvárové násypy s neodvětranou vzduchovou vrstvou), a porucha na vnitřním povrchu se projevila až po určité době, doporučuje se realizovat sondy z vnitřní strany (obr. 4).

Pokud se hypotéza o kondenzaci nepotvrdí (buď podle projektové dokumentace, technologie provozu, měření povrchové teploty, numerického posouzení hygienického kritéria, nebo sondáží), je třeba zjistit konkrétní rozhraní se zvýšenou vlhkostí ve skladbě střešního pláště. Pro tyto účely dobře poslouží kapacitní měření vlhkosti (obr. 6). Podle rozlohy oblasti, která byla identifikována jako postižená zatékáním střechy, se vytvoří vhodný měřicí rastr, na němž budou vykonána jednotlivá měření. Zjištěné výsledky se vynesou v souřadnicovém systému např. ve formě 3D grafu vlhkosti ve střešním plášti (obr. 5). Když je mezi dvěma měřicími body identifikována výrazná změna vlhkosti (skokem), může se provést několik mezilehlých měření k zjištění rozhraní suché a vlhké oblasti (obr. 7). Pospojováním takto identifikovaných bodů je možné určit i plochu střechy, kterou je nutné bezpodmínečně vysušit a/nebo opravit nahrazením tepelné izolace.

Obr. 5  Příklad výsledného grafu rozložení vlhkosti ve střešním plášti

Stejný metodický postup lze aplikovat i při měření vlhkosti střešního pláště tzv. Troxlerem. U této metody se stanovuje množství vody (vlhkosti) v materiálu pomocí gama záření emitovaného zářičem v přístroji. Emitované rychlé neutrony jsou v měřeném materiálu zpomalované kolizemi s atomy vodíku. Pomocí Helium3 sondy se detekuje množstvo zpomalených neutronů. Existuje přímá úměra mezi množstvím vody (vlhkosti) a množstvím zpomalených neutronů.

V takovéto oblasti musejí být pro správnou opravu identifikována místa, jimiž do střechy zatéká (obr. 8 až 10). Kromě vizuální prohlídky širšího okolí by se právě na tuto oblast měla soustředit pozornost zkoušek těsnosti povlakové krytiny. Pokud nejsou zjištěna poškození v ploše pásů krytiny, je třeba ověřit jejich spoje. Jednou z metod je zkouška jehlou, při níž se špičatým předmětem přechází po spoji sousedních pásů krytiny. Jakákoliv nespojitost se projeví vpichem jehly do spoje. Tato místa se výrazně označí.

Obr. 6  Kapacitní vlhkoměr Almemo	Obr. 7  Příklad sondáže v místě identifikované zvýšené vlhkosti střešního pláště
Obr. 8  Perforace povlakové krytiny ostrým předmětem	Obr. 9  Hrozící perforace povlakové krytiny na hraně nefunkční mechanické kotvy

Kromě diagnostiky plochých střech se můžeme často setkat s požadavkem na ověření tzv. identity použité povlakové krytiny. Je-li rozhodujícím kritériem tloušťka krytiny, lze postupovat metodou ultrazvukové kontroly tloušťky membrány (povlaku) bez potřeby odběru vzorků. Podle rozměrů pásů se zvolí počet kontrolních měření na jednom pásu a následně (podle rozměrů střechy) na celé střeše nebo na některých jejích částech. Množství měření a způsob vyhodnocování a interpretace výsledků se přizpůsobují individuálním potřebám zákazníka, resp. specifické situaci (každá stavba se posuzuje individuálně). Když se podaří odebrat kontrolní vzorky krytiny, dají se velmi dobře použít ke kalibraci ultrazvukového přístroje fyzickým změřením tloušťky krytiny, např. opakovaným měřením pomocí šroubového mikrometru nebo analýzou snímků příčných řezů krytiny sestrojených digitálním mikroskopem (obr. 11).

Jedním z požadavků zákazníků je i posouzení skladby střešního pláště z hlediska tepelnětechnických vlastností. V tomto případě není jiná možnost než vykonat sondáž ke zjištění skutečných tlouštěk jednotlivých vrstev obnoveného střešního pláště a odebrat vzorky ke stanovení objemové hmotnosti tepelněizolační vrstvy a vlhkosti, včetně ověření součinitele tepelné vodivosti. S ohledem na minimalizování zásahů do konstrukce lze i na tyto (jinak standardizované) zkoušky použít alternativní metody umožňující zmenšení velikosti vzorků. Součinitel vodivosti se v praktických aplikacích může zjišťovat i in situ přístrojem Isomet slovenské výroby. Efektivnost měření in situ však závisí na teplotě zkoušeného vzorku. Metoda je vhodná i k měření tepelněizolačních vlastností tzv. PUR střech.

Příčiny poruch plochých střech
Poruchy plochých střech mají nejčastěji jednu (nebo více) z těchto příčin:

• nevhodné projektové řešení střechy (podrobnosti, způsob a dimenze odvodnění);
• nevhodný výběr materiálů;
• nekvalitní realizace a nedodržení technologické disciplíny (vlivy počasí);
• chyby použitých materiálů;
• změny okrajových podmínek, které působí na střešní plášť (např. změněný provoz budovy);
• zanedbaná údržba (snížená životnost materiálů a spojů);
• mimořádné události (havárie).

Před samotným sestavením metodiky diagnostiky je vhodné mít na základě dostupných informací a zkušeností s podobnými střechami vytipované pravděpodobné příčiny poruchy a diagnostikou tyto předpoklady ověřit, nebo vyvrátit. Horší situace nastane, když se předpoklady nenaplní a příčinu poruchy je třeba hledat někde jinde. Právě tyto situace však rozšiřují zkušenosti a umožňují formulovat o to správnější předpoklady při diagnostice další stavby.

TEXT: Ing. Peter Briatka, Ph.D., Ing. Richard Matušek
FOTO: archiv autorů

Ing. Peter Briatka, Ph.D., je výzkumným pracovníkem v TSOUS v Bratislavě se specializací na technologii zhotovení betonových konstrukcí.

Ing. Richard Matušek je doktorandem na Katedře technologie staveb Stavební fakulty STU v Bratislavě.

Literatura
  1.    Oláh, J. a kol.: Konštrukcie plochých striech.
Bratislava: JAGA GROUP, 2001.
  2.    Oláh, J. – Mikuláš, M.: Krytiny a doplnkové konštrukcie striech. Bratislava: JAGA GROUP, 2001.
  3.    Kupilík, V.: Závady a životnost staveb. Praha: Grada, 1999.
  4.    Fajkoš, A. – Novotný, M. – Straka, B.: Střechy 1 – Opravy a rekonstrukce. Praha: Grada, 2000.
  5.    Blaich, J.: Poruchy stavieb. Bratislava: JAGA GROUP, 2000.
  6.    Peráčková, J. – Jánošková, T. – Tonhauzer, I. – Beňo, S. – Sumec, A.: Technické zariadenia budov I. Zdravotná technika. Cvičenia a ateliérová tvorba.
Bratislava: STU, 2004.
  7.    Wagner, V.: Poruchy plochých striech bytových domov a metódy ich sanácie, 5. Odborná konference doktorského studia s mezinárodní účastí, Brno, 2003.
  8.    STN 01 3431: 1985: Výkresy pozemných stavieb. Kreslenie striech.
  9.    STN 73 1901: 2005: Navrhovanie striech. Základné ustanovenia.
10.    STN EN 13956: 2006: Hydroizolačné pásy a fólie. Plastové a gumové pásy a fólie na hydroizoláciu striech. Definície a charakteristiky.
11.    STN EN 1849-2: 2010: Hydroizolačné pásy a fólie. Stanovenie hrúbky a plošnej hmotnosti. Časť 2: Plastové a gumové pásy na hydroizoláciu striech.

Článek byl uveřejněn v Realizace staveb.