Oprava dvouplášťové ploché střechy před a po orkánu Kyrill

Na ploché střeše obytné budovy postavené ve městě na vyvýšeném místě vznikaly v důsledku zatížení větrem časté problémy s fóliovou krytinou. Dvouplášťová větraná střecha s původní fóliovou krytinou kotvenou do lisovaných dřevovláknitých desek a prkenného bednění byla po velkém poškození při orkánu Kyrill opravena novou kotvenou krytinou z modifikovaných asfaltových pásů.

Historie dvouplášťové provětrávané ploché střechy
Před více než patnácti lety byly v Praze nad Prokopským údolím postaveny vedle sebe tři obytné budovy s dvouplášťovými provětrávanými plochými střechami. Okolí budov lze zjednodušeně popsat jako nerovnou krajinu se závětrnými svahy a z hlediska zatížení plochých střech větrem zcela bez překážek. Výška střech budov nad nejbližším okolním terénem je přibližně 24 m.

Při orkánu Kyrill z 18. na 19. ledna 2007 byla u dvou obytných budov značně poškozena střešní fóliová krytina. U třetí budovy s krytinou z hydroizolačních pásů z oxidovaného asfaltu k žádnému poškození na ploché střeše nedošlo. Je potřeba připomenout, že již dříve během provozu obytných budov docházelo při silném větru poměrně často k různým poškozením fóliové střešní krytiny i klempířských prvků.

Původní skladba střešních plášťů s fóliovou krytinou:

• fólie z mPVC tloušťky 1,5 mm kotvená v přesazích + přitížení střechy betonovými dlaždicemi (500 × 500 × 50 mm, cca 1 ks/3 m²),
• geotextilie,
• lisované dřevovláknité desky (50 mm),
• dřevěné bednění z prken ve spádu (20 mm),
• vzduchová mezera odvětraná otvory v atikách (100 až 260 mm),
• desky z minerálních vláken (2 × 60 mm),
• nosná železobetonová konstrukce střechy (240 mm).

Oprava dvouplášťové ploché střechy před orkánem Kyrill
Po mnohočetných poškozeních fóliové krytiny v ploše střechy se v oblastech kotevních prvků i detailů postupně unavil materiál střešní povlakové krytiny a fólie výrazně zestárla. Navařování záplat na zestárlou fólii v místě trhlin bylo problematické a nespolehlivé, obdobně bylo obtížné utěsňování prasklinek na povrchu krytiny pomocí speciální zálivky. Na patnáct let staré střešní fóliové krytině už nebylo prakticky možné provádět lokální opravy, a tak na podzim roku 2006 byly opraveny střechy a vyměněna povlaková střešní krytina.

Z plochých střech dvou obytných budov byly sejmuty původní fólie, klempířské prvky a hromosvody a byla položena nová fóliová střešní krytina z mPVC tloušťky 1,2 mm.

S ohledem na vyšší počet použitých kotevních prvků i provedení nových kotvicích poplastovaných lišt na vrchu atiky i v koutu dole u atiky nebyly v ploše střechy již znovu umístěny původní betonové dlaždice.
Přibližně po třech měsících od dokončení opravy plochých střech došlo při orkánu Kyrill u dvou obytných budov ke značnému poškození nové fóliové krytiny. Ploché střechy byly urychleně provizorně zajištěny, aby do budov nezatékalo. Fólie i odtržené oplechování byly ukotveny, fólie byla v mnoha místech lokálně dokotvena, trhliny a kotvy byly překryty záplatami (obr. 1 a 2).

V rámci průzkumu plochých střech poškozených orkánem Kyrill byly provedeny výtažné (odtrhové) zkoušky různých kotevních prvků a některé modelové výpočty na zatížení střech větrem, ze kterých bylo zřejmé, že kotvení fóliové střešní krytiny nebylo provedeno v rozporu s normou ČSN P ENV 1991-2-4 Zásady navrhování a zatížení konstrukcí. Část 2-4 Zatížení konstrukcí – Zatížení větrem, dále jen [1].

Referenční rychlost větru je podle [1] pro území České Republiky 24 m/s, resp. 26 m/s. Při orkánu Kyrill byla například v Praze na Karlově naměřena v nárazech rychlost větru 45 m/s. Nemůžeme se tedy divit, že u jmenovaných plochých střech došlo k velkému poškození fóliové krytiny, tedy až na to, že na vedlejší dvouplášťové provětrávané ploché střeše s asfaltovými pásy střešní krytina poškozena nebyla.
Mohli bychom se zabývat různými otázkami týkajícími se druhu kotevních prvků, dále délkou kotev, rozmístěním a počtem kotevních prvků ve střední oblasti střechy, v oblasti krajů nebo rohů u střechy, kotvením klempířských prvků, kvalitou dřevovláknitých lisovaných desek (jejich soudržností či objemovou hmotností) a pochopitelně také otázkou modelování zatížení větrem (kategorií terénu, topografií okolního terénu atd.). Každá ze jmenovaných otázek by jistě vydala na samostatný článek.

Připomeňme si, že výška střech uvedených budov nad nej­bližším okolním terénem je přibližně 24 m. Obytné budovy jsou přibližně stejně vzdáleny od nedalekého údolí a jsou stejně směrově umístěny a otevřeny z hlediska převládajících větrů. Zohlednění parametrů u nerovného terénu, kopců a svahů, závislost rychlosti a dynamického tlaku větru na místě a ve výšce nad úrovní země je například uvedeno v [1] v části A.13 NORSKO, kde je zohledněna výška střechy budovy od země (v obr. 3, ozn. „l“), která je postavena na patě vyvýšené úrovně, tedy nikoli jen výška střechy od terénu v nejbližším okolí budovy.

Obr. 3: Schematické znázornění budovy postavené na patě vyvýšené úrovně

Důležité je rovněž upozornit na skutečnost, že v technické dokumentaci převážné většiny výrobců povlakových krytin, lepidel pro izolace a materiály určené pro střešní pláště, kotevních prvků, ale také v odborné literatuře, jako například v publikaci Technická pravidla pro plánování a provádění krytin z bitumenových pásů (vydané v roce 2002 v Německu svazem výrobců bitumenových pásů), jsou pro zajištění povlakové krytiny proti působení zatížení větrem velmi často uvedeny pokyny pro budovy o výšce do 20 metrů a pro vyšší budovy je uveden odkaz na návrh kotvení nebo přilepení jednotlivých vrstev střešního pláště na základě příslušných výpočtů.

Rozdílné parametry dvouplášťových odvětrávaných střech s krytinou z asfaltových pásů a s fóliovou střešní krytinou
Působení větru u detailu atiky
Asfaltové pásy jsou plnoplošně nataveny na asfaltový penetrační nátěr na svislých i vodorovných plochách zděné konstrukce atiky. Zatížení větrem či působení větru pod asfaltovými pásy na povrchu atiky je prakticky vyloučeno. Atika je shora překryta oplechováním z pozinkovaného plechu, které je kotveno shora do zděné atiky (obr. 4). Oplechování je z obou stran atiky otevřené (jak z vnější, tak i z vnitřní strany).

V případě fóliové krytiny je oplechování na vrchu atiky položené na geotextilii a z hlediska působení větru otevřené pouze z jedné (vnější) strany (obr. 5). Na vrchu atiky je na poplastovaný plech natavena fólie, která z vnitřní strany detail uzavírá, takže při působení větru dochází k nafukování fólie na střeše (obr. 1).

Vrchní plášť uvedených dvouplášťových větraných střech je z vrstev, které jsou pro vzduch propustné. Je tedy potřeba připustit možnost určitého působení větru na povlakovou krytinu i zdola ze vzduchové mezery skrz druhý plášť, ke kterému může docházet hlavně mezi spárami prken a lisovaných dřevovláknitých desek jak v ploše střechy, tak i spárou mezi okrajem dřevěného bednění a zdivem po obvodu střechy u atiky.

Dokonce i přesto, že počet větracích otvorů i jejich velikost neodpovídá současným požadavkům na větrání dvouplášťových střech podle ČSN 73 1901 Navrhování střech (plocha větracích otvorů by u plochých střech měla být k ploše střechy v poměru 1/100). Větrací otvory jsou vybudovány ve stěnách atik na všech čtyřech stranách obytných budov, jsou čtvercové o velikosti 150 × 150 mm nebo kruhové o průměru 150 mm a jsou od sebe vzdáleny přibližně 2 m. Plocha větracích otvorů je tedy k ploše střechy vybudovaná přibližně v poměru 1/500.

Havarijní stav střech s fóliovou krytinou byl konzultován s různými odborníky zabývajícími se plochými střechami a izolacemi staveb, kteří zatížení povlakové krytiny větrem a možné příčiny poškození fóliové krytiny popisovali poněkud odlišným způsobem, patrně i s ohledem na určení účinků působení větru na střešní krytinu shora, zdola pod oplechováním a pod fólií u atik, případně také zdola pod krytinou ze vzduchové větrané mezery. Modelování zatížení větrem je u uvedeného typu střech s fóliovou kotvenou krytinou bezpochyby velmi náročné. Zejména určení poměru působení jednotlivých složek větru u detailů u okrajů střechy, ale i ve středové oblasti střechy.

Vzdálenost kotevních prvků ve střední části střechy
Asfaltové pásy jsou ve střední části střechy kotveny v podélných přesazích kotvami do dřevěného bednění ve vzdálenosti 20 cm od sebe (tj. 5 ks kotev/bm). Vzdálenost řad těchto kotev je při 12cm podélném přesahu 1 m širokých asfaltových pásů 0,88 m. Asfaltové pásy jsou ještě ukotveny mezi těmito řadami kotev v poloviční vzdálenosti dalšími kotvami vzdálenými od sebe 0,5 m. Celkový počet kotev ve střední části střechy je tedy větší než 6 ks/m² a nejdelší vzdálenost kotev od sebe je přibližně 0,5 m.

Fólie byla ve středu plochy střechy kotvena v podélném přesahu každých 15 cm (tj. 6,66 ks kotev/bm), ovšem osová vzdálenost řad kotev je u fólie široké 1,54 m při 12cm podélném přesahu přibližně 1,42 m. Počet kotev ve střední části střechy je v tomto případě 4,7 ks/m² a nejdelší vzdálenost kotev od sebe je přibližně 1,5 m.
Počet kotevních prvků byl u střešní krytiny z asfaltových pásů vyšší než u fóliové krytiny a vzdálenost kotev byla u asfaltových pásů menší než u fóliové krytiny.

Hmotnost povlakových střešních krytin
Střešní krytina tvořená souvrstvím čtyř asfaltových pásů (každý o tloušťce 4 mm) včetně jejich přesahů, různých záplat a ochranných nátěrů má hmotnost větší než 20 kg/m². Fóliová střešní krytina o tloušťce 1,2 mm má hmotnost 1,56 kg/m².

Namáhání kotevních prvků při zatížení povlakové krytiny větrem
Působení sil v oblasti kotevního prvku u spoje asfaltových pásů a u spoje u fólií je znázorněno na obr. 6. Asfaltový pás je v celém 12cm přesahu nataven, a to i v místě kotevního prvku. Vítr tak působí na kotevní prvek centricky. U fólií je zřejmé, že vítr působí na kotevní prvek excentricky. Navíc spoje fólií jsou běžně svařeny vedle kotevních prvků jen z jedné strany, a tak v důsledku zatížení fóliové krytiny větrem může vzniknout odlupování (rozloupnutí) spoje fólií zevnitř.

Z výše uvedených rozdílů je zřejmé, že fóliová krytina je výrazně méně odolná proti vibracím, proti třepání i nadouvání při zatížení povlakové krytiny větrem. Kotvení asfaltové krytiny bylo provedeno jednoznačně s důrazem na bezpečnost. V uvedeném případě dvouplášťové větrané střechy se fóliová krytina ukázala jako zcela nevhodná.

Oprava plochých střech po orkánu Kyrill
Po provedeném průzkumu poškozených plochých střech a po vykonání výtažných zkoušek kotevních prvků byl zpracován projekt opravy střech a následovala realizace opravy střech.

Při opravě střech byly postupně sejmuty hromosvody a oplechování u detailů. Po sejmutí poškozené fóliové krytiny, prováděném po etapách, byla na lisované dřevovláknité desky položena textilie ze skleněných vláken a dále spodní modifikovaný asfaltový pás určený pro mechanické kotvení.

Hydroizolace byla v podélných i v příčných přesazích ukotvena kotevními prvky až do dřevěného bednění (obr. 7). Vzdálenost kotevních prvků v přesazích pásů byla 20 cm. Počet kotev (určených do dřevěného podkladu) v oblasti okrajů střechy a v rozích střechy byl jednotný, a to 15 ks/m²  (obr. 8).

U okrajů střechy byla po ukotvení první hydroizolace natavena další vrstva modifikované asfaltové izolace, takže kotvy byly v této oblasti překryty hydroizolací. Spodní vrstva modifikovaných asfaltových pásů byla natavena na napenetrovaný povrch atiky.

Ve středové oblasti střechy byla v polovině vzdálenosti mezi řadami kotvení (podélných přesahů pásů) ukotvena další spodní hydroizolace. Tyto kotevní prvky byly vzdáleny 0,5 m od sebe a shora byly překryty natavením záplat z modifikované asfaltové hydroizolace (obr. 9). Na podkladní pásy byla natavena vrchní vrstva modifikované asfaltové izolace s ochranným keramickým granulátem proti působení UV, tepelnému záření a mechanickému poškození. Opravené ploché střechy po dokončení montáže klempířských prvků a hromosvodů jsou na obr. 10.

Vnější klimatické vlivy a zatížení střešních krytin větrem jsou velmi proměnné v čase. Určit pravděpodobnost opakování ně­kterých jevů, jako jsou vichřice, orkány nebo silná krupobití, je jistě i pro odborníky z oboru meteorologie těžké. Příroda tomu tak chtěla, že 1. 3. 2008 se i do České Republiky přihnal další orkán Emma. Podle tzv. Beaufortovy stupnice síly (intenzity) větru se rychlost větru při orkánu uvádí větší než 32,7 m/s, tj. vyšší než 118 km/h, a orkán má ničivé účinky.

Při orkánu Emma dosáhl silný vítr na hřebenech hor rychlosti 130 km/h (tj. více než 36 m/s) a navíc ho doprovázel také prudký déšť. Ploché střechy uvedených obytných budov jsou i po orkánu Emma bezproblémové.

Ing. Jaroslav Brychta, CSc., Siplast – Icopal, s. r. o.

Literatura
[1] ČSN P ENV 1991-2-4 Zásady navrhování a zatížení konstrukcí. Část 2-4 Zatížení konstrukcí – Zatížení větrem.

Článek byl uveřejněn v knižní publikaci Stavební ročenka 2009.