Jak chronić ścianę oporową przed wpływem środowiska?

Ściana oporowa to jeden z typów konstrukcji, które pozwalają skrócić skarpę ziemną lub jej uniknąć. Można wyróżnić wiele jej rodzajów różniących się strukturą, materiałem nośnym, sposobem wykonania itp., przy czym materiałem konstrukcyjnym jest najczęściej beton.

Z punktu widzenia bezpieczeństwa muru najistotniejsze podczas projektowania ściany oporowej są obliczenia statyczno-wytrzymałościowe związane z parciem mas gruntu, odporem i statecznością [1]. Ściana oporowa ma bowiem trwale pełnić swoją najważniejszą funkcję: funkcję nośną, dlatego tak ważne jest dostosowanie rozwiązania do konkretnych, często ekstremalnych, warunków środowiskowych. Istotna jest również funkcja estetyczno-architektoniczna konstrukcji, w tym spełnienie wymagań architektury krajobrazu. Późniejsza ocena estetyki eksploatowanej ściany bywa konieczna np. w ramach przeglądu pięcioletniego [2].

Diagnozowanie nagłych zmian lica ścian z betonu

W niektórych nowo wzniesionych obiektach wykorzystywanych w kształtowaniu terenu wokół budynków łatwo dochodzi do nagłych zmian powierzchni licowej. Już sam wygląd ściany pozwala często zdiagnozować przyczyny uszkodzenia.

Do analizy wpływu środowiska na mury oporowe wybrano konstrukcje z betonu wzniesione dwiema tradycyjnymi metodami: przez murowanie i przez wylewanie na placu budowy. Zmiany lica standardowo wykończonych ścian badano w początkowym okresie ich eksploatacji.

Uszkodzenia muru z bloczków betonowych

Pierwszy badany mur oporowy został wykonany z bloczków betonowych połączonych zaprawą cementową. Postawiono go w linii prawie prostopadłej do spadku terenu. Zasypkę wykonano na niepełną wysokość z wierzchnią warstwą uformowaną z narzutu kamiennego. Po pierwszej zimie w najniższych partiach muru po stronie niższego naziomu wystąpiły miejscowe spęcherzenia oraz odspojenia ozdobnego tynku cienkowarstwowego (fot. na górze i fot.1). Przyczyną zaobserwowanych uszkodzeń było odparowywanie wilgoci.

Zazwyczaj źródłem zawilgocenia jest podciąganie kapilarne lub woda rozbryzgowa. W tym wypadku jednak zawilgocenie wynikało z ujawnionych podczas badania zasypki nieprawidłowości. Zaobserwowano:

• izolację bezprzyczepnościową z poprzerywanej, zwykłej foli HDPE, z wywinięciem pod narzut kamienny (fot. 2–3),
• brak odwodnienia wgłębnego przy słabo przepuszczalnym gruncie rodzimym spoistym.

Woda opadowa po stronie przestrzeni za murem miała idealne warunki do spływania, piętrzenia na poziomie gruntu spoistego, przeciekania nieszczelnościami za izolację, a w efekcie: do wciekania w strukturę obiektu.

Uszkodzenia ściany oporowej z betonu wylewanego

Druga badana ściana oporowa została wykonana z betonu wylewanego. Kształtowanie tego typu ściany, nawet przy skrajnie surowej, szarej powierzchni, pozwala pominąć wykonywanie warstwy wykończeniowej. Wówczas lico o zdefiniowanych parametrach wyglądu zależy wyłącznie od odporności betonu. Dobrą i szczelną konstrukcję o głębokości wnikania wody maksymalnie 20–30 mm można uzyskać nawet z betonu bez domieszek uszczelniających. Niewystarczające odwodnienie zasypki może jednak powodować wykwity na licu ściany w strefie nieszczelności, np. w źle zaplombowanych otworach (fot. 4) lub w skrośnych rysach termiczno-skurczowych o szerokościach przekraczających 0,1 mm (fot. 5).

Odwadnianie przez rysy jest nie do zaakceptowania nie tylko ze względów estetycznych. W dłuższej perspektywie czasowej proces ten zagraża trwałości konstrukcji ze względu na zjawisko ługowania oraz przyspieszania korozji zbrojenia poziomego [3]. Jeśli ściana pracuje pod naporem gruntu odmiennie niż wspornik, to korozji może ulec nawet zbrojenie główne.

Gdy odwodnienie i izolowanie pionowe ściany jest właściwe, zarysowanie termiczno-skurczowe może być problemem estetycznym, istotnym, gdy powierzchnia licowa jest płaska, jednorodna. W takiej sytuacji nawet rysy o mniejszych szerokościach z biegiem czasu stają się coraz bardziej widoczne, gdyż zbiera się w nich brud. Problemu nie rozwiąże próba zakrycia rys nieodkształcalną wyprawą (fot. 6–7), ponieważ środki naprawcze powinny pozwalać na kompensowanie odkształceń wywołanych zmianami temperatury dobowej czy sezonowej.

Zabezpieczenia przed wpływem środowiska

Z przedstawionych problemów ścian oporowych najbardziej negatywne skutki ma dopuszczanie do piętrzenia wody za ścianą. W takich sytuacjach dochodzi do pojawienia się na powierzchni licowej odspojeń, przecieków lub wykwitów. Aby zapobiec tym zmianom, należy stosować rozwiązania:

• przeciwdziałające gromadzeniu się wody i jej oddziaływaniu (ze szczególnym uwzględnieniem pionowej, oporującej powierzchni po stronie wyższego naziomu),
• przeciwdziałające nadmiernemu rozwarciu rys termiczno-skurczowych.

Odwodnienie po stronie zasypki

Ściana oporowa często narusza naturalne warunki wodne. Istnieje więc zagrożenie spiętrzania wody po stronie wyższego poziomu. Wywołuje to niekorzystne ciśnienie hydrostatyczne czy spływowe. Wzrasta wówczas możliwość wnikania wody w pionową, oporującą powierzchnię ściany i zwiększa się ryzyko zmiany warunków stateczności. Nie należy więc retencjonować wody po stronie zasypki, ale ją szybko usunąć. Wykonuje się to przez umieszczenie za ścianą warstwy filtrującej pozwalającej na niezakłócone przemieszczanie wody w dolne partie, skąd jest usuwana (rys. 1). Grubość warstwy filtrującej uzależniona jest od współczynnika filtracji zasypki i wynosi zwykle 0,3–1,0 m.

Najbardziej efektywnym rozwiązaniem jest zbieranie wody wzdłuż ściany do rur drenarskich ze studzienkami zbiorczo-kontrolnymi i wyprowadzanie jej do odpowiedniej instalacji odbiorczej. Dreny zakłada się powyżej poziomu fundamentu ze względu na zagrożenie wypłukiwania przez wodę drobnych cząstek gruntu. Czasami dopuszcza się poprzeczne wyprowadzenie wody rurkami odpływowymi o średnicy min. 7 cm i o spadku 5% wprost przez ścianę (fot. 8). Dodatkowo w niektórych przypadkach wykonuje się nie tylko odwodnienie wgłębne, lecz także powierzchniowe (np. klasycznym korytkiem odwadniającym). Jeśli grunty rodzime w poziomie posadowienia charakteryzują się odpowiednią przepuszczalnością, nie przerywa się pionowej filtracji do wód podziemnych.

Ochrona materiałowa i izolacja

Powierzchnie obiektów wykonanych ze zwykłego betonu bez miejsc zalegania wody w zasadzie nie potrzebują dodatkowych zabezpieczeń. Trwałość konstrukcji wymaga jednak spełnienia wymogów projektowania i produkcji betonu uwzględniających tzw. klasy ekspozycji, które są związane z warunkami środowiska [4, 5]. W ramach sześciu podstawowych klas wydzielono przypadki usystematyzowane w kolejności wywoływanych skutków: od w miarę łagodnych do bardzo znaczących (tabela). Typowe klasy ekspozycji ścian podano bez uwzględniania warunków drogowych czy agresji chemicznej.

Oddziaływanie środowiska może być chemiczne lub fizyczne. Ma ono wpływ nie tylko na beton, lecz także na znajdujące się w nim zbrojenie. Dlatego minimalne otulenie zbrojenia c_min.,dur przyjmuje się w zależności od klas ekspozycji i dodatkowo w zależności od zakładanego okresu użytkowania konstrukcji [5]. Ponadto wymagane jest prawidłowe ułożenie, zagęszczenie i pielęgnacja zgodna z odpowiednimi normami. Jest to tzw. ochrona materiałowa.

Dobrą zasadą jest ułożenie izolacji na wszystkich powierzchniach stykania się ściany z gruntem oraz materiałem zasypki (fot. 8–9). Takie rozwiązanie zabezpiecza samą konstrukcję bez względu na właściwości betonu czy zaprojektowane odwodnienie. Ponadto szczelna i elastyczna izolacja chroni przed możliwością przeciekania wody w miejscach nieciągłości i przed wykwitami po stronie licowej. W przypadku wykonywania ścian z betonowych elementów murowych należy uwzględnić tzw. warunki mikro i makroekspozycji z możliwością agresji chemicznej. Wymagane jest murowanie na pełne spoiny z użyciem zaprawy cementowej o odpowiednich właściwościach [6].

Izolację układa się bezpośrednio na ścianie wylewanej. Natomiast mur betonowy zwykle się odpowiednio wyprawia. Standardowe izolowanie wykonuje się przez dwu- lub trzykrotne nałożenie na ścianę roztworu asfaltowego. W środowisku silnie agresywnym w celu ochrony powłokowej stosuje się najczęściej rolowe materiały izolacyjne. Osobnym problemem jest zagrożenie utraty ciągłości izolacji wskutek uszkodzeń mechanicznych mogących powstać przy zasypywaniu ściany. Wymagany minimalny spadek warstwy izolacyjnej na fundamencie wynosi 5% i wynika na ogół z przeniesienia właściwie uformowanych powierzchni betonowych. W ścianach wylewanych, przy betonie dobranym do klasy ekspozycji, dopuszcza się tzw. proste zwieńczenie. Wprawdzie nie ma ono większego wpływu na trwałość samej konstrukcji, ale brak kapinosa może przyczyniać się do tworzenia zacieków.

Szczeliny dylatacyjne konstrukcji

Ściany oporowe eksploatowane w otwartym terenie narażone są na dobowe bądź sezonowe zmiany temperatury. Powstające siły tarcia w gruncie generują w konstrukcji naprężenia ściskające lub rozciągające. Oznacza to konieczność kontrolowania procesu zarysowania nie tylko w młodym betonie, lecz także podczas eksploatacji. W celu zapewnienia „dojrzałej” już ścianie pewnej swobody przemieszczeń, należy wykonać konstrukcyjny podział na krótsze segmenty. Przerwa pionowa o szerokości 1–2 cm powinna przechodzić od zwieńczenia do spodu fundamentu ściany.

Bez wnikliwej analizy konstrukcji poddanej oddziaływaniu skurczu betonu i różnicy temperatur [5] można przyjmować 5 m jako wystarczającą odległość pomiędzy szczelinami w ścianach betonowych. Natomiast w ścianach żelbetowych, z uwagi na stosowany minimalny przekrój zbrojenia [5], rozstaw stałych przerw dylatacyjnych można zwiększyć do 20 m. Podane odległości dotyczą odcinków ścian oporowych o końcach mających swobodę przemieszczeń poziomych. Istnieją jednak obiekty z utrudnionymi przemieszczeniami, np. w ścianach załamanych w planie. Wówczas respektuje się zasadę ograniczania odległości od załamania do szczeliny. Wartością dopuszczalną jest wtedy 10 m. Spełnienie tych warunków pozwala na optymalne kontrolowanie procesu termiczno-skurczowego. Ze względu na trwałość samej konstrukcji istotne jest nie samo zarysowanie, ale nieprzekraczanie przez nie granicznej szerokości 0,1 mm.

Szczeliny dylatacyjne standardowo zabezpiecza się przed możliwością przesączania wody. Najwyższy stopień szczelności w ścianach wylewanych uzyskuje się dzięki zastosowaniu specjalnych listew zamykających (rys. 2) [7]. Podobne zasady dylatowania stosuje się w betonowych konstrukcjach murowych. Mur niezbrojony z elementów z betonu kruszywowego bez względu na stopień nasłonecznienia należy dzielić co 6 m [8]1).

Podsumowanie

Na podstawie opisanych i zdiagnozowanych w artykule zmian lica na ścianach oporowych można stwierdzić, że:

• nieodpowiednia ochrona ściany oporowej od wpływu środowiska szybko prowadzi do pogorszenia estetyki obiektu,
• wykonywanie trwałej konstrukcji ściany oporowej z betonu wymaga dopełnienia stosownych warunków normowych uwzględniających określone klasy ekspozycji (ochrony materiałowej),
• słuszną zasadą jest stosowanie dodatkowej ochrony od wpływu wody przez wykonywanie odwodnienia i izolowania,
• wpływ zmian temperatury zewnętrznej na obiekt można kontrolować przez regulowanie długości segmentów, a dodatkowo, w ścianach wylewanych – polem przekroju zbrojenia przypowierzchniowego.

Literatura

1. PN-B-03010:1983, „Ściany oporowe. Obliczenia statyczne i projektowanie”.
2. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. – Prawo budowlane (t.j. DzU z 2010 r. nr 243, poz. 1623).
3. Z. Ściślewski, „Ochrona konstrukcji żelbetowych”, Arkady, Warszawa 1999.
4. PN-EN 206-1:2003, „Beton. Część 1. Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność”.
5. PN-EN 1992-1-1, „Eurokod 2. Projektowanie konstrukcji z betonu. Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków”.
6. PN-EN 998-2:2010, „Wymagania dotyczące zapraw do murów. Część 2: Zaprawa murarska”.
7. W. Kiernożycki, M. Lipski, „Naprawa i uszczelnienia przerw dylatacyjnych konstrukcji żelbetowych”, XXI Ogólnopolska Konferencja – Warsztat Pracy Projektanta Konstrukcji, PZiTB oddział Gliwice, Szczyrk 2006, s. 109–146.
8. PN-EN 1996-2:2010, „Eurokod 6. Projektowanie konstrukcji murowych. Część 2: Wymagania projektowe, dobór materiałów i wykonanie konstrukcji murowych”.
9. J. Jarmontowicz, J. Pierzchlewicz, „Budynki murowane. Materiały i konstrukcje”, Arkady, Warszawa 1993.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!