Rekonstrukce dřevěných prvků protézováním, příložkováním a ukotvením do ocelových konzol

Při sanaci dřevěných konstrukcí nebo jejich částí je třeba zpevnit poškozené nebo nedostatečně dimenzované prvky a části konstrukce tak, aby se obnovila jejich funkčnost (3). Sanační zásah musí být komplexní, a aby splnil svůj účel, měl by sestávat z těchto kroků:

• diagnostika poškozeného dřeva,
• sterilizace hnilobou a dřevokazy atakovaného dřeva,
• obnova vlastností dřeva (trvanlivost, pevnost, sorpce vlhkosti a jiné) pomocí impregnace konzervačními látkami,
• obnova statické funkce dřevěných prvků i celé konstrukce s využitím zpevňujících metod (3, 4, 6), z nichž se v praxi běžně uplatňuje např. i protézování, příložkování a ukotvení do ocelových konzol.

Metody na přímé zpevnění prvků dřevených konstrukcí

Zpevňování dřevěných prvků se realizuje na základě statických výpočtů. Je nutné znát jejich nosnou funkci v konstrukci a způsob jejich silových namáhání – v tahu, tlaku, ohybu, smyku, na odtlačení i jinak. V praxi se používají různé zpevňující metody i jejich kombinace.

Protézování dřevěného prvku

Jedná se o technologii, při níž se nahrazuje nebo doplňuje poškozená část nosného prvku novou částí – protézou; cílem je obnovit jeho původní pevnost a tuhost. Protéza se tvarem shoduje s odstraněnou nebo chybějící částí prvku. Znamená to, že při protézování se nemění průřez původního prvku a většinou ani typologie původních spojů. Materiál na výrobu protézy se obvykle shoduje s materiálem protézovaného prvku (stejný druh dřeva, záměrná patina na povrchu dřeva apod.), lze ovšem použít i jiné materiály (jiný druh dřeva, polymerbeton v kombinace se sklolaminátovými pruty apod.). V praxi se uplatňují hlavně klasické tesařské metody protézování využívající dřevěné protézy, zatímco jiné, méně tradiční metody protézování, jako je např. beta-metoda, se využívají víceméně pouze ve specifických situacích.

Tesařské metody protézování

Zbylou zdravou část dřevěného prvku lze s dřevěnou protézou spojit různými typy tesařských spojů (obr. 1). Mnohé z uvedených spojů splňují kromě funkčních i estetické požadavky architekta a památkářů. Na opravu nosných prvků se z více druhů typových spojů používají hlavně rovný nebo šikmý plátovaný spoj zajištěný svorníky. Rovné plátované spoje mohou být uplatněny při opravě prvků namáhaných na tlak, např. při opravě sloupků v krovu. Při opravě nosných sloupů, které jsou namáhány na kroucení a na vzpěr, je vhodné aplikovat nůžkové spoje. Šikmé plátované spoje jsou vhodné pro opravu krokví nebo jiných prvků namáhaných na ohyb. Dřevěný prvek protézovaný vhodnou tesařskou metodou se tuhostí a pevností může vyrov­nat původnímu prvku před poškozením. Obvykle je to v případech, kdy je tesařský spoj pro vytvoření protézovaného prvku zajištěn nejen svorníky, ale zároveň i epoxidovým nebo jiným vhodným lepidlem.

Obr. 1  Tesařské metody protézování dřevěných prvků Svislé plátované spoje: a) rovný, b) nůžkový, c) křížový

Protézování beta-metodou

Tato metoda je obvykle uplatňována při opravě zhlaví nosných prvků s vyšší památkovou hodnotou, jako jsou např. stropní trámy s řezbou, malbou, polychromií apod. Dřevěný prvek se protézuje pomocí tzv. polymerbetonu v kombinaci s výztužnými pruty z profilové betonářské oceli, sklolaminátu nebo uhlíku (obr. 2). Polymerbeton je směs vhodného syntetického polymeru (epoxidová nebo polyesterová pryskyřice) a plniva (křemičitý písek, dřevěné částice apod.). Optimální hmotnostní poměr polymeru a plniva závisí na množství faktorů, např. při epoxidovém polymeru a křemičitém plnivu bývá přibližně 1 : 3 až 1 : 7. Princip beta-metody protézování dřevěných prvků spočívá ve spojení dřeva a výztužných prutů se syntetickým polymerem, přičemž výztužné pruty zachytávají i tahová a ohybová napětí. Počet, délku a průměr výztužných prutů lze vypočítat, vycházíme-li z poznatků o tahových napětích v opra­vovaném prvku, o působení příčných sil, přilnavosti polymerbetonu k výztuži i ke dřevu, případně z dalších podmínek.

Výztužné pruty je možno ukládat buď do navrtaných otvorů (obr. 2), nebo do bočně vyfrézovaných drážek. Protéza se přitom vkládá přímo do dutiny původního prvku, resp. do prostoru, který vznikne po odříznutí poškozeného zhlaví šikmým nebo rovným řezem. Jako protéza může být místo podstatného podílu polymerbetonu použit také dřevěný masiv, který se k původnímu prvku váže pouze tenkou několikacentimetrovou vrstvou polymerbetonu. Laboratorní experimenty (4), stejně jako praktické, více než 30leté zkušenosti ukazují, že polymerbetonová protéza pod stálým zatížením nemění svoje mechanické vlastnosti a dobře odolává i biotickým škůdcům. Její požární odolnost při použití křemičitého plniva je na úrovni dřeva.

Obr. 2 Beta-metoda protézování stropního nebo vazného trámu a) boční pohled na protézované zhlaví trámu, b) axonometrický pohled na postup protézování 1 – dutina, tj. uhnilé zhlaví trámu nahrazené při sanaci polymerbetonem, 2 – oslabená zóna dřeva, 3 – sklolaminátový prut, jehož konec se zarovná, 4 – polyetylenová fólie, 5 – příložky z dubového dřeva, 6 – zdravé dřevo, 7 – dutina se plní polymerbetonem, 8 – zeslabená zóna se naimpregnuje nízkoviskózním epoxidem, 9 – do otvorů natřených epoxidem se vsadí sklolaminátové pruty, 10 – uložení na zdivo
Technologický postup beta-metody při šikmém uložení výztužných prutů (obr. 2) Dřevěný prvek se provizorně staticky zajistí v místě původního uložení. Z poškozeného zhlaví se odstraní výrazně shnilé nebo požerky poškozené dřevo a podle potřeby se zboku nebo i zespodu vsadí dřevěná plomba. Zhlaví prvku se v místě kontaktu se zdivem obalí separační polyetylenovou fólií a v případě potřeby se zespodu i zboku vytvoří pevné bednění. Z vrchní zdravé části prvku se ve směru do dutiny zhlaví navrtají šikmé otvory, do nichž se nainjektuje epoxidové lepidlo a vloží výztužné pruty. Zeslabená zóna mezi zdravým dřevem a dutinou v zhlaví prvku se konzervač­ně zpevní epoxidem, tj. naimpregnuje se nízkoviskózní epoxidovou pryskyřicí s katalyzátorem jejího zesítění. Dutina v zhlaví se vyplní polymerbetonem. Ze zhlaví opraveného prvku se odstraní separační fólie i případně bednění, jakož i provizorní statické zabezpečení. Zhlaví prvku se povrchově upraví do původního stavu.

Příložkování dřevěných prvků

Zpevňování dřevěných konstrukcí příložkováním se používá k zesílení poškozených prvků nebo ke zvýšení nosnosti konstrukce. Používají se příložky ze dřeva (deska, hranol, vrstvené dřevo, překližka), oceli (U-profil, plát) nebo jiných materiálů. Příložky se aplikují nejčastěji z jedné nebo ze dvou stran prvku (obr. 3 a 4). V některých případech se příložky přikládají i ze tří, nebo dokonce ze všech čtyř stran dřevěného prvku. Prvky namáhané ohybem se doporučuje příložkovat na výšku – tedy z vrchní nebo spodní strany prvku. To však není vždy možné, např. u stropů, musí-li být zachována původní výška podlahy nebo původní podhled. Dřevěné prvky lze zpevnit příložkami po celé jejich délce (obr. 3) nebo jen lokálně, např. uprostřed, na jednom konci (obr. 4) apod.

Dřevěné příložky se s dřevěnými prvky nejčastěji spojují pomocí hřebíků nebo šroubů se šestihrannou hlavou. Širší příložky se připevňují svorníky s průměrem od 12 do 20 mm. Při aplikaci svorníků je důležité, aby průměr otvoru v dřevěném prvku i v příložce nebyl větší než průměr samotného svorníku. Ve specifických situacích je možné použít i jiné spojovací prostředky z oceli, např. závitové tyče nebo záchytky Bulldog (styčníkové plechy s oboustranně lisovanými hroty), resp. ze dřeva, např. dubové záchytky.

Ocelové příložky se k dřevěným prvkům připojují svorníky. Výhodou ocelových příložek je jejich vysoká nosnost a to, že je nenapadají biologičtí škůdci. To je důležité především tehdy, je-li dřevěný prvek trvale v kontaktu s vlhkým zdivem. K výrobě ocelových příložek je nejvhodnější použít nerezavějící ocel, ale používá se i ocel upravená protikorozními vrstvami nebo nátěry. Při rekonstrukci památkových objektů se většinou ocelové příložky nepoužívají.

Konstrukčně-statické parametry příložkování, tj. počet a umístění příložek, délka a tloušťka příložky, ale i typ, počet a vzdálenost spojovacích prostředků k přichycení příložky k dřevěnému prvku, se stanovují výpočtem (2, 6). Při příložkování prvku na celou jeho délku se vychází z podmínky konstantního složeného průřezu. Při příložkování záhlaví prvku je důležité zachytit působící ohybové momenty a síly v zhlaví. K tomu slouží dva spoje (resp. dvě soustavy spojů při použití hřebíků a šroubů) mezi původním prvkem a příložkou, přičemž mezi spoji se musí zajistit minimální vzdálenost e podle příslušné normy.

V praxi se někdy můžeme setkat s příložkováním i výrazně uhnilých či jinak poškozených prvků, v nichž dokonce působí aktivní hniloba nebo larvy dřevokazného hmyzu. Rekonstrukce takovýchto prvků příložkami není za žádných okolností vhodná, protože vzniká nebezpečí šíření biologických poškození i do dřevěných příložek. Otázkou je i samotná pevnost sanovaného prvku, protože spojovací prostředky přechá­zejí výrazně oslabenou a deformovatelnou dřevní hmotou. Dřevěné prvky s rozsáhlým biologickým poškozením se doporučuje rekonstruovat protézováním nebo kombinací protézování/plombování a příložkování při použití několika spojů (obr. 4).

Ukotvení dřevěných prvků do ocelových konzol

Ocelové konzoly se používají ke zpevnění výrazně poškozených zhlaví stropních nebo vazných trámů. Hniloba nebo jinak poškozené zhlaví trámu se nejprve odstraní, obvykle do vzdálenosti 0,3 až 1 m od čela prvku, který musí být staticky zajištěn (např. podepřením), a zůstatková zdravá část trámu se ukotví do zdi klasickým nebo speciálním způsobem.

U klasického ukotvení trámu se jeho zůstatková zdravá část vloží nebo vsune do ocelové konzoly, v níž se pevně zajistí, nejlépe svorníky (obr. 5). Koncový úsek ocelové konzoly musí být ve zdivu pevně fixován.

Obr. 5  Ukotvení stropního trámu s uhnilým/odříznutým zhlavím do klasické ocelové konzoly
1 – stropní trám, 2 – ocelová konzola, 3 – svorníky, 4 – pevné zafixování konzoly do zdiva

K rekonstrukci památkově cenných dřevěných trámů byly navrženy speciální monolitní nosníkové konzoly z nerezavějící oceli (1, 3). Jejich výhodou proti klasickým ocelovým konzolám je to, že umožňují dobře zamaskovat ocelové části konzoly dřevem (obr. 6). Následným restaurátorským zásahem, např. pomocí nátěru nebo polychromie, lze navenek zachovat i vzhled původního rekonstruovaného prvku. Určitou nevýhodou ale je oslabení zbylé zdravé části dřevěného trámu svislým zářezem, do něhož se konzola vsouvá. Z laboratorních experimentů vyplynulo, že takto sanované prvky ze smrkového dřeva měly při zatížení ohybem jen mírně nižší tuhost (o 4,5 až 12,1 % vyšší průhyb) v porovnání s původními prvky, přičemž míra poklesu tuhosti zá­visela především na vzdálenosti mezi spodní a vrchní přítlačnou deskou konzoly (5).

prof. Ing. Ladislav Reinprecht, CSc.
Foto a obrázky: autor

Poděkování: Autor vyjadřuje poděkování grantové agentuře Slovenské republiky (grant č. 1/4377/07) za finanční podporu při vypracování tohoto odborného příspěvku.

Autor pracuje na Dřevařské fakultě Technické univerzity ve Zvolenu. Profesionálně se zabývá problematikou biologických a jiných poškození dřeva, jejich diagnostikou, jakož i ochranou a sanací dřeva.

Literatura
(1) Ashurst, J., Ashurst, N.: Practical building conservation – Wood, glass and resin and technical bibliography. Vol. 5., English Heritage Hants, 1996, 114 s.
(2) Erler, K.: Alte Holzbauwerke – beurteilen und sanieren. Verlag für Bauwesen Berlin, 1997, 238 s.
(3) Reinprecht, L.: Rekonštrukcia objektov z dreva. Technická univerzita Zvolen, 1998, 130 s.
(4) Reinprecht, L., Joščák, P.: Reinforcement of model-damaged wooden elements. Part 2: Restoration of wooden elements by the extension method using natural wood or epoxy-wood composite. Drevársky výskum, 41, (2), 1996, s. 41–55.
(5) Reinprecht, L., Grec, M.: Oprava drevených trámov s poškodeným záhlavím pomocou monolitných oceľových konzol – Modelové skúšky tuhosti a pev­nosti v ohybe. In: Reconstruction and Conservation of Historical Wood ’99, 2nd International Sympo­sium, Technická univerzita Zvolen, 1999, s. 117–123.
(6) Reinprecht, L., Štefko, J.: Dřevěné stropy a krovy – typy, poruchy, průzkumy a rekonstrukce.  ABF – ARCH Praha, 2000, 242 s.