Kryterium niezawodności i trwałości tarasów – dobór koncepcji – wybrane zagadnienia

Twierdzenia te nie mają nic wspólnego z trwałością eksploatacyjną połaci. Układy drenażowe i z uszczelnieniem zespolonym, niezależnie od tego, jak się od siebie różnią, nie są „superodporne” na indolencję i lekceważenie praw fizyki, w każdym z tych wariantów można wyodrębnić układy mniej lub bardziej odporne na potencjalne uszkodzenia wynikające z eksploatacji. To nie to samo, co destrukcja na skutek błędów projektowo-wykonawczych.

Jeżeli pierwotną przyczyną procesów degradacyjnych jest przyjęcie złego rozwiązania konstrukcyjno-materiałowego, wynikające z braku przeanalizowania rzeczywistych warunków pracy elementu konstrukcyjnego, to w ogóle nie można mówić o jakiejkolwiek trwałości.

Czynniki destrukcyjne podzielić można na:

• mechaniczne – statyczne i dynamiczne typu: przeciążenia, drgania itp.,
• termiczne – obciążenia temperaturą, nagłe zmiany oraz długotrwałe oddziaływania, cykle zamarzania i rozmarzania, różna rozszerzalność termiczna elementów konstrukcji itp.,
• chemiczne – agresywne czynniki zawarte w wodzie opadowej i powietrzu,
• biologiczne – mikroorganizmy, mchy itp.,
• wodę – celowe wydaje się wydzielenie jej jako osobnego czynnika niszczącego, choć występuje prawie zawsze w połączeniu z innymi czynnikami, jest swego rodzaju katalizatorem procesów destrukcyjnych.

Jak zatem rozumieć pojęcie trwałości eksploatacyjnej? Przyjmijmy za punkt wyjścia normę PN-ISO 2394 [1], która definiuje kilka istotnych wymagań. Mianowicie, konstrukcje i elementy konstrukcyjne powinny być projektowane, budowane i utrzymane w taki sposób, aby nadawały się do użytku w sposób ekonomiczny w okresie przewidzianym w projekcie.

W szczególności konstrukcja powinna spełniać, z odpowiednim stopniem niezawodności, między innymi następujące wymaganie: nie powinna wykazywać uszkodzeń w stopniu nieproporcjonalnym do pierwotnej przyczyny w wyniku takich wydarzeń, jak powódź, obsunięcie terenu, pożar czy wybuch, lub w rezultacie błędów ludzkich (wymaganie odporności konstrukcji).

Odpowiedni stopień niezawodności należy określić, biorąc pod uwagę możliwe konsekwencje utraty niezawodności, jak również koszt, zakres wysiłków i czynności niezbędnych do ograniczenia ryzyka zniszczenia, a zabiegi, które powinny być podjęte, aby osiągnąć odpowiedni stopień niezawodności, obejmują w tym zakresie przede wszystkim uwzględnienie wymagań dotyczących utrzymania i trwałości oraz zastosowania środków ochronnych.

Połać musi spełniać wymagania związane z:

• nośnością (konstrukcja stropu),
• paroizolacyjnością,
• izolacyjnością termiczną,
• izolacyjnością przeciwwodną,
• trwałością posadzki.

W analizowanym przypadku pytanie, na które trzeba odpowiedzieć, dotyczy różnych wariantów układu warstw połaci w kontekście odporności na uszkodzenia eksploatacyjne. Skoro za główne czynniki destrukcyjne tarasu należy uznać obciążenie termiczne oraz wodę, to punktem wyjścia będzie wspomniany układ warstw, na który trzeba nałożyć obciążenia oddziaływujące na połać oraz konsekwencje uszkodzeń.

Układ warstw tarasu z okładziną ceramiczną pokazano na RYS. 1.

Rolą warstwy spadkowej jest, jak sama nazwa mówi, zapewnienie spadku powyżej położonym warstwom, które muszą mieć tę samą grubość. Warstwa ta może być pominięta, gdy płyta konstrukcyjna wykonana jest z odpowiednim spadkiem (1,5–2%).

Kolejną warstwą jest paroizolacja, blokująca wnikanie pary wodnej w warstwy połaci. W powietrzu zawsze znajduje się para wodna. Jednakże jej ilość nie jest ograniczona, powietrze może przyjąć tylko określoną ilość pary wodnej. Ilość ta jest zależna od temperatury powietrza i spada wraz ze spadkiem temperatury. Jej ilość określa względna wilgotność powietrza, czyli wyrażony w [%] iloraz znajdującej się w chwili obecnej ilości pary wodnej do jej maksymalnej wartości.

Jeżeli dla tej samej zawartości pary wodnej w powietrzu, jego temperatura będzie się obniżać, to względna wilgotność będzie wzrastać. Wzrost względnej wilgotności nie będzie trwać w nieskończoność, w pewnym momencie względna wilgotność wyniesie 100%. Jest to tzw. punkt rosy, tzn. temperatura, w której wilgotność względna osiąga 100%. Więcej wody w powietrzu „nie zmieści się”, przy dalszym spadku temperatury pojawi się kondensacja nadmiaru pary wodnej.

Co się zatem dzieje w warstwach tarasu? Z jednej strony mamy rozkład (wykres) temperatury, z drugiej – ruch (dyfuzję) pary wodnej.

Zjawiska te, jakkolwiek od siebie niezależne, trzeba rozpatrywać łącznie. Rozkład temperatury w przekroju wynika z różnych temperatur po obu stronach ściany, a przepływ pary wodnej z różnicy ciśnienia tejże pary po obu stronach przegrody – dążą one do wyrównania się.

Jednak para wodna, wnikając w przegrodę, nie przechodzi przez nią całkowicie – napotyka na opór ze strony poszczególnych jej warstw. Zależy on od rodzaju materiału warstwy (inny dla zaprawy cementowej, inny dla betonu, styropianu, powłoki wodochronnej, posadzki z płytek itp.) i jej grubości – jest to właśnie tzw. równoważny opór dyfuzyjny S_d. Powoduje on spadek cząstkowych ciśnień pary wodnej.

Obrazowo ujmując zagadnienie, każda warstwa zatrzymuje pewną ilość pary wodnej, jednak pozostała część przenika dalej, w zimniejszą strefę przekroju. Jeżeli ilość tej pary wodnej jest duża, to w pewnym momencie zaczyna ona się wykraplać, gdyż został osiągnięty wspomniany wcześniej punkt rosy i dochodzi do kondensacji. Można mówić o tzw. płaszczyźnie kondensacji, gdy do skraplania dochodzi np. na styku warstw, lub o strefie kondensacji, gdy mamy do czynienia z fragmentem przekroju, gdzie zjawisko to występuje.

Zadaniem paroizolacji jest wyeliminowanie kondensacji międzywarstwowej lub, co występuje znacznie częściej, zredukowanie ilości kondensatu do pomijalnej wartości.

Na termoizolacji układa się izolację termiczną o grubości wynikającej z wymagań technicznych i obliczeń cieplno-wilgotnościowych. Termoizolacja musi być zabezpieczona izolacją przeciwwodną – jest to główna izolacja tarasu. Do układu (kolejności i funkcji warstw) wrócimy jeszcze w dalszej części tekstu, gdyż modyfikacja tego układu ma zasadniczy wpływ na podatność na uszkodzenia.

Powyższy układ zabezpiecza połać i pomieszczenie pod spodem przed zalaniem, przemarzaniem i kondensacją. Spełnione są więc trzy wyżej wymienione wymagania:

• izolacyjność termiczna,
• izolacyjność przeciwwodna oraz
• paroizolacyjność.

Nie ma natomiast możliwości zaplanowanego użytkowania połaci, dlatego konieczne jest wykonanie posadzki. Dopiero jastrych dociskowy wykonany na izolacji głównej umożliwia wykonanie posadzki.

Aby nie doszło do jego zawilgocenia, niezbędne jest wykonanie izolacji podpłytkowej. Jej funkcją jest wyłącznie zabezpieczenie podkładu cementowego, powłoka ta nie jest i nie może być izolacją główną połaci.

Jak zachowuje się taki układ? Rozpatrzmy dwa przypadki.

• Pierwszy, gdy całość nie jest uszkodzona,
• i drugi, gdy dojdzie do przerwania izolacji podpłytkowej.

Przy braku uszkodzeń woda spływa po powierzchni posadzki, termoizolacja zapewnia odpowiednią temperaturę w pomieszczeniu. Jednocześnie paroizolacja zabezpiecza przed wystąpieniem kondensacji międzywarstwowej. W rezultacie układ spełnia wszystkie stawiane wymagania techniczne.

Co się stanie, gdy dojdzie do uszkodzenia mechanicznego posadzki i przerwaniu ciągłości izolacji podpłytkowej (RYS. 2)?

Woda zaczyna wnikać w połać, na początku w jastrych dociskowy. Obecność pod jastrychem izolacji głównej zatrzymuje wodę na tej głębokości i nie pozwala jej na wnikanie w połać. W rezultacie na destrukcję narażony jest jedynie jastrych dociskowy i sama posadzka. Jeżeli nawet dojdzie do całkowitego zawilgocenia podkładu to absolutnie nie dojdzie do przecieku. Mróz oddziałujący na taką połać może jedynie doprowadzić do destrukcji warstw powyżej izolacji głównej, nie doprowadzi to natomiast do przemarzania połaci i kondensacji wilgoci – wpływ mokrego podkładu na współczynnik przenikania ciepła przez połać jest zbyt mały, aby doprowadzić do tego typu objawów.

Zmodyfikujmy nieco ten układ. Zmiana będzie dotyczyła tylko jednej warstwy: umiejscowienia izolacji głównej. Izolacja ta może być wykonana na warstwie spadkowej, wówczas pełni ona jednocześnie funkcję paroizolacji. Pomiędzy termoizolacją a jastrychem dociskowym musi być wówczas wykonana warstwa rozdzielająca z folii z tworzywa sztucznego. Jaki może być rezultat takiej modyfikacji?

Gdy połać nie jest uszkodzona, nic się nie dzieje. Co jednak w sytuacji, gdy uszkodzeniu ulegnie izolacja podpłytkowa? Wówczas woda wejdzie na początek w jastrych dociskowy.

Ponieważ pod jastrychem nie ma hydroizolacji, lecz tylko warstwa rozdzielająca, to woda wejdzie w termoizolację (RYS. 3). Taką sytuację „basenu” na tarasie pokazuje FOT. 1.

Zawilgoceniu ulegnie styropian, a to już może mieć zasadniczy wpływ na ciepłochronność połaci. To znacznie zwiększa ryzyko rozwoju grzybów pleśniowych. W niesprzyjających warunkach może dojść nawet do kondensacji międzywarstwowej i przemarzania połaci. Dlatego dla takiego układu na termoizolację należy stosować wyłącznie XPS. Wprawdzie woda i tak zatrzyma się na hydroizolacji na warstwie spadkowej, ale nie dojdzie do rozwoju grzybów pleśniowych, a w skrajnych przypadkach przemarzania. Proszę pamiętać, że wilgoć na spodniej stronie stropu nie musi świadczyć o fizycznym przecieku.

Oczywiście to nie jedyna możliwa konsekwencja. W „sprzyjających okolicznościach”, tj. przy innych błędach, problem może się objawić w sposób pokazany na FOT. 2. Łatwość, lub lepiej powiedzieć – brak nadmiernego skomplikowania detali to także jedno z kryteriów niezawodności.

Na podobne „przypadłości”, choć niekiedy, o czym szczegółowo w dalszej części, należałoby powiedzieć wprost „wady”, podatny jest także układ z drenażowym odprowadzeniem wody.

Tu sytuacja jest bardziej skomplikowana, warstwą użytkową mogą być płyty kamienne lub betonowe na podstawkach dystansowych lub płukanym kruszywie, deski tarasowe lub wręcz warstwa płukanego żwiru (choć ten ostatni wariant znacznie ogranicza sposób wykorzystania połaci). Do tego można rozróżnić zarówno układ tradycyjny (hydroizolacja znajduje się na termoizolacji), jak i układ odwrócony (hydroizolacja chroniona jest przez termoizolację). Przeanalizujmy na początek układ tradycyjny pokazany na RYS. 4.

Warstwa użytkowa (płyty lub ruszt z desek) na podstawkach dystansowych jest ułożona na warstwie jastrychu cementowego. Podobnie jak dla układu z płytkami pojawia się pytanie, gdzie należy umieścić hydroizolację i z jakiego materiału należy ją wykonać.

O ile dla układu z płytkami rodzaje materiałów, które stosuje się na hydroizolacje, są dość typowe (pod płytkami szlam, masa hybrydowa, na izolację główną materiały rolowe, bitumiczne lub z tworzyw sztucznych i kauczuku), o tyle dla układu drenażowego nie jest to aż tak oczywiste. Obecność podstawek dystansowych wymusza znacznie szerszą analizę parametrów materiałów hydroizolacyjnych.

Często spotykany błąd pokazano na RYS. 5. Pokazany tam układ jest niedopuszczalny z punktu widzenia odporności na uszkodzenia. Innymi słowy, będzie skutecznie funkcjonował, gdy nie dojdzie do żadnego uszkodzenia powłoki wodochronnej pod podstawkami dystansowymi.

Paroizolacja i izolacja międzywarstwowa umieszczona jest pod termoizolacją. Druga izolacja umiejscowiona jest bezpośrednio pod podstawkami dystansowymi. Zatem w razie jej uszkodzenia wnikającą w połać wodę zatrzyma izolacja na płycie konstrukcyjnej.

Pojawia się pytanie, co będzie się dziać w połaci. Woda wnikająca w połać spowoduje zawilgocenie najpierw podkładu, a następnie termoizolacji (warstwa rozdzielająca nie zatrzyma wody, nie jest bowiem hydroizolacją). Rezultatem może być utworzenie się w połaci „basenu” (FOT. 3–4), przy czym styropian będzie leżał w wodzie. Naprawa w tym przypadku nie będzie polegać na naprawieniu uszkodzonej powłoki wodochronnej, lecz na usunięciu wszystkich warstw połaci (mokry styropian nie wyschnie, a połać nie będzie spełniać wymagań związanych z ciepłochronnością, pojawi się przemarzanie i kondensacja).

Dla wariantu pokazanego na RYS. 4 izolacja ułożona jest na podkładzie cementowym. Jest to stabilne i nośne podłoże. Jednak możliwe jest pominięcie jastrychu dociskowego, wówczas izolacja jest ułożona na termoizolacji (RYS. 6). Tu z kolei paroizolacja musi pełnić dodatkowo rolę izolacji głównej. Konieczna jest także analiza parametrów zastosowanego materiału termoizolacyjnego.

Kryterium niezawodności to także możliwość dotrzymania reżimów technologicznych. Na izolację podpłytkową można stosować także materiały rolowe, np. folię z tworzywa sztucznego zespoloną z włókniną, klejoną do podłoża systemowym klejem.

Tego typu materiały, zwane matami uszczelniającymi, cechują się jednak znacznie większym oporem dyfuzyjnym dla pary wodnej. O ile dla szlamu opór dyfuzyjny s_d to rząd kilku metrów, o tyle maty uszczelniające cechują się s_d zaczynającym się od kilkudziesięciu metrów. Z tego powodu wilgotność masowa podkładu cementowego powinna być ograniczona nawet do 2% (dla szlamów za dopuszczalną przyjmuje się zwykle 4%). I to nie powierzchniowa, ale w przekroju.

Na wybór wariantu wpływ ma także możliwość poprawnego wykonania detali. Chodzi tu przede wszystkim o rozwiązanie progu drzwiowego. Wszelkiego rodzaju „ciepłe belki”, stopnie przy drzwiach itp. wymagają zarówno starannego zaplanowania, jak i poprawnego wykonania (FOT. 5).

O ile dla układu z płytkami ceramicznymi za główne obciążenie należało uznać termikę, o tyle szczegółowa analiza warstw i zjawisk w połaci układu drenażowego wykazuje, że konieczne jest równoległe zwrócenie uwagi na rodzaj i charakter obciążeń mechanicznych. Nie wystarczy zatem przeanalizowanie podanego w projekcie układu warstw konstrukcji (pół biedy, gdy jest on technicznie poprawny).

Problemem są także tzw. trudne i krytyczne miejsca, tzn. okapy, dylatacje strefowe, dylatacje brzegowe czy wpusty. Obciążenia oddziałujące na konstrukcję tarasu wymuszają wykonanie tych detali zgodnie z zasadami sztuki budowlanej. Kryterium niezawodności należy zatem rozpatrywać w znacznie szerszym kontekście, niż to początkowo może się wydawać.

Literatura

1. PN ISO 2394:2000, „Ogólne zasady niezawodności konstrukcji budowlanych”.
2. Außenbeläge. Belagskonstruktionen mit Fliesen und Platten außerhalb von Gebäuden, ZDB, 2019.
3. M. Rokiel, „Hydroizolacje w budownictwie”, wyd. III, Grupa MEDIUM, Warszawa 2019.
4. M. Rokiel, „Tarasy i balkony. Projektowanie i warunki techniczne wykonania i odbioru robót”, wyd. IV, Grupa MEDIUM, Warszawa 2021.
5. M. Rokiel, „ABC izolacji tarasów”, Grupa MEDIUM, Warszawa 2015.
6. Materiały własne autora.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!