S odpadáváním spodní části stropu se autor setkal v zimě 1996 u střešní konstrukce nad dvoulodní kotelnou. Desky se porušily podélnými trhlinami v žebrech (stěnkách), patky trhlinami v krčcích (obr. 1). Došlo tak k oddělení spodní části konstrukce na cca 20 % plochy.

Kotelna je zastřešena pomocí podélného průvlaku, na který jsou uloženy příčné I nosníky spojité přes dvě pole (obr.2). Mezi I nosníky jsou desky HURDIS 2 – 1080 uložené do patek CSD – HURDIS 2pa. Celá tato soustava je opatřena shora betonovou mazaninou a zdola omítkou. Na mazanině je vrstva perlitobetonu, dále desky ORSIL S (WD), lepenka, betonová mazanina a plechová krytina (obr. 3).

Autor byl po havárii pověřen zpracováním znaleckého posudku (2), v němž zjistil a doložil výpočtem, že došlo k nepřiměřenému namáhání stěnek u desek a krčků patek od rozdílu tendencí k objemovým změnám vlivem smršťování a teploty. Jde o rozdíl u části stropního souvrství nad stěnkami a pod stěnkami. Již při tendenci vyjádřené ∆t_ekv = 10 °C dosahuje napětí ve stěnce pevnosti střepu v ohybu. Protože konstrukce byla nedávno dokončena a několik dní před havárií (kolem 22. 12. 1996) prudce poklesla teplota vnějšího prostředí pod minus 20 °C, bylo možné uvážit tento rozdíl ∆t_ekv = 21 °C (smršťování mladého betonu mazaniny a ochlazení tuhé části souvrství nad stěnkami vůči části pod stěnkami). Muselo tedy dojít k odpadnutí části stropu.

Jde o ohýbaný spojitý nosník o dvou polích. Sestává z celistvého ocelového prvku a z vrstvené struktury. Vrstvenou strukturu tvoří horní plášť (betonová mazanina, perlitobeton a horní skořepina desek HURDIS), dolní plášť (dolní skořepina a omítka) a spojovací jádro (svislé stěnky desek HURDIS) – obr. 3.

Při rozdílných tendencích k objemovým změnám u obou plášťů vznikají ve spojovacím jádru smykové toky. Autor publikoval již v 60. letech práce o chování vrstvených (sendvičových) struktur, zejména o jejich citlivosti k objemovým změnám. Praktické aplikace se však spíše týkaly obvodových plášťů panelových budov, hydroizolačních střešních souvrství, obkladů apod. Teprve posuzovaná porucha vedla k aplikaci na HURDIS stropy a přirozeně i k uvědomění si nevhodnosti zabetonování těchto prvků do zmonolitněných tabulí.

Průběh smykového toku ve spojovacím prostředí sendvičového nosníku namáhaného objemovou změnou je velmi nerovnoměrný a dosahuje špiček v oblasti volného konce. Pro posuzovaný případ (obr. 4) platí – např. podle (1)

Na namáhání spojovacího prostředí (stěnek) se samozřejmě podílí i svislé zatížení, zpravidla však menší měrou než objemové změny. V posuzovaném případě vychází T₂ od svislého zatížení jen asi 20 % T₁, a to v místě největšího namáhání stěnek u podpory a je dokonce obráceného znaménka (snižuje tedy namáhání). Je to patrno z obr. 5. Vzorec pro T₂ lze získat obdobně jako T₁ z lit. (1) použitím vztahů [5.24.V, 5.25.V] a [5.24.F, 5.25.F] – jak je podrobně uvedeno v posudku (2).

Kvantitativní analýza tedy ukázala:

• velkou napjatost svislých stěnek HURDIS (napětí v ohybu převyšuje pevnost materiálu již při minimálně možném Δt) k objemovým změnám,
• velkou napjatost svislých stěnek desek HURDIS (napětí v ohybu se pohybuje kolem pevnosti materiálu) od silového působení, a to v blízkosti uložení na zdivo a dále přibližně ve čtvrtině vzdálenosti od střední podpory na průvlaku,
• velkou napjatost patek od tendencí k objemovým změnám (napětí v krčku překračuje pevnost materiálu),
• při reálné kombinaci silového zatížení s tendencemi k objemovým změnám v zimním období se příznivě uplatňuje (snižuje napjatost stěnek) stálé zatížení silové, neboť je obráceného znaménka vůči většímu napětí od tendencí k objemovým změnám (odečítá se), takže teprve zvýšení Δt nad jistou hodnotu vede k překročení pevnosti materiálu stěnek.

Proces porušování stěnek začal u uložení stropu na zdivu směrem do pole, kde příznivé napětí od silového zatížení klesá k nule. Směrem do pole však nepříznivé napětí od objemových změn zůstává po relativně velké délce konstantní a důvody pro porušování stěnek jsou tedy ještě pádnější. Teprve v menší vzdálenosti od vnitřní podpory nepříznivé napětí od tendencí k objemovým změnám poněkud klesne (v důsledku reziduální tuhosti stěnek v již porušené oblasti) a proces porušování se zastavuje. Přispívá k tomu patrně i souvislost dolního pláště souvrství s tuhým středním průvlakem.

K nastartování popsaného procesu se nepochybně schylovalo v dřívějším období existence konstrukce vícekrát, vždy však (jak ukazuje dosavadní stav zbývající plochy konstrukce v rozsahu cca 80 % celkové plochy) příznivé působení silového zatížení vedlo k tomu, že nebylo dosaženo pevnosti materiálu stěnek. teprve v období prudkého poklesu teploty v posledních dnech minulého roku přesáhla napjatost v tzv. slabém místě ve strojovně u zděné podpory schopnosti konstrukce a došlo zde k destrukci.

Stropy s deskami HURDIS jsou konstrukce založené na empirii bez potřebné teoretické analýzy. Jsou vžity přístupy, podle nichž je třeba zabezpečit co možná nejlepší spolupůsobení – viz ČSN 722642: “... všechny úložné spáry desek a patek musí být vyplněny maltou, stejně i svislé styčné spáry mezi deskami”.

U katalogu ČSVA z roku 1978 (3) se uvádí: “Nehodí se pro případy, kdy má strop vytvářet tabuli, pokud nejsou zvláštní opatření”. Jediná poznámka, která by mohla svědčit o jakémsi poznání souvislostí zní: “Na HURDIS násyp izolační hmoty a potom zarovnání B 70”. Tato naprosto správná poznámka není, bohužel, zdůvodněna. je zřejmě spíše intuitivního rázu a svědčí o tom i to, že není zdůrazněna potřeba separace.

K poruše stěnek jádra a patek a oddělení dolního pláště souvrství “betonová mazanina – HURDIS – omítka” dochází v důsledku napjatosti souvrství především od tendencí k objemovým změnám.

Situace, kdy napětí stěnek překročí pevnost materiálu, je vzácná. Z tohoto důvodu a také proto, že souvislosti vedoucí k tomuto stavu nebyly dosud dostatečně publikovány, neuvědomovala si stavební praxe její nebezpečí. Důkazem je to, že jedno ze správných a jednoduchých řešení, spočívající v separaci desek HURDIS a horních vrstev stropní konstrukce, nebylo dostatečně zdůrazněno. Byla pouze zdůrazňována nutnost zmonolitnění desek HURDIS s patkami a traverzami, což je řešení nevhodné a třeba je opustit.

Literatura:

1. Rojík V. Panelové objekty, SNTL 1974, Praha
2. Rojík V. Znalecký posudek příčin havárie stropu HURDIS, 1997
3. Katalog ČSVA, list 3273/1, Pálené stropní desky CSD HURDIS 2, CSD HURDIS 2pa, 1978
4. ČSN 722642 Stropní desky HURDIS, 1988