Základové dosky rodinných domov z ľahkých betónov

V projektovaní a realizácii spodnej stavby rodinných domov sa v posledných rokoch zmenilo len veľmi málo. Aj naďalej je najčastejšie používaným materiálom aplikovaným v konštrukciách spodnej stavby betón, respektíve železobetón ukladaný na štrkové lôžko (pásové základy, podkladový betón, atď.). Ich tepelnoizolačné vlastnosti sa v priebehu rokov výrazne nezmenili (v súčasnosti vo väčšine prípadov nedokážu splniť požiadavky na tepelný odpor konštrukcie).

V súčasnosti sa do povedomia dostávajú nové modifikácie ľahkých betónov (LB), ako sú penobetóny (PBG, respektíve GeoPBG), umožňujúce v konštrukciách a konštrukčných detailoch spodnej stavby (najmä v podlahových, ale aj v základových konštrukciách) plniť súčasne konštrukčnú aj výplňovú – tepelnoizolačnú funkciu. Predpokladá sa dokonca použitie tohto typu materiálu ako výplňovej, tepelnoizolačnej, konštrukčnej a súčasne roznášacej – stabilizačnej vrstvy nahradzujúcej doposiaľ používané štrkové lôžko. To do značnej miery umožní navrhovať a zhotovovať takzvané optimalizované konštrukcie a konštrukčné detaily spodnej stavby nielen rýchlejšie, ale aj s nižším stupňom finančnej náročnosti.

Plošné zakladanie rodinných domov
V súčasnosti najrozšírenejším spôsobom plošného zakladania rodinných domov je zakladanie na monolitických, respektíve montovaných (základové tvárnice) pásových základoch. Ide o zakladanie do nezámrznej hĺbky (obr. 2), ktorá sa nachádza podľa typu základovej zeminy minimálne v hĺbke 800 mm pod úrovňou okolitého terénu (v závislosti od predpisovej základne a normatívnych požiadaviek danej krajiny). Medzi pomerne nové, takzvané progresívne spôsoby plošného zakladania, ktoré sa v súčasnosti dostávajú do širšieho povedomia, patrí zakladanie rodinných domov v zámrznej hĺbke. Tento typ plošného zakla­dania sa realizuje prostredníctvom pomerne tenkých základových dosiek (najčastejšie s hrúbkou 150 až 300 mm) založených pri povrchu terénu (po odstránení vrstvy humu­su/ornice), respektíve založených na pomerne tenkých základových doskách (najčastejšie v hrúbke 150 až 300 mm) po obvode vystužených spodným obvodovým rebrom. Používa sa však len veľmi zriedka najmä ako alternatívne riešenia, vzhľadom na problémy, ktoré môžu vzniknúť pri nesprávnom riešení konštrukcií a konštrukčných detailov spodnej stavby. Ide predovšetkým o deformáciu základovej pôdy (premŕzanie základov), statické poruchy, obmedzenie spoľahlivosti a funkčnosti samotnej budovy až haváriu budovy.

Optimalizácia tepelnotechnických vlastností spodnej stavby
Na optimalizáciu tepelnotechnických vlastností navrhovanej spodnej stavby akejkoľvek budovy (po zohľadnení statiky a geotechniky) treba vykonať tepelnotechnické posúdenie, na základe ktorého sa navrhne vhodný spôsob eliminácie možného vzniku horizontálneho, respektíve vertikálneho tepelného mosta. Neoddeliteľnou súčasťou tohto procesu je poznanie teplotného režimu pôdy v blízkosti budovy a podložia pod budovou, na základe ktorého možno bližšie špecifikovať požiadavky na typ a aplikáciu tepelnej izolácie (množstvo, hrúbka, kombinácia, vzdialenosti a vlastnosti) (obr. 1).

Obr. 1  Vplyv umiestnenia tepelnej izolácie v konštrukčnom detaile spodnej stavby
^{a) schematické znázornenie vplyvu umiestnenia tepelnej izolácie v konštrukčnom detaile spodnej stavby na vzdialenosť, do akej zasiahne vplyv vonkajšieho prostredia v konštrukčnom detaile spodnej stavby
b) grafická schéma na určenie hĺbky založenia budovy hZ osadenej na prírodnom teréne na základe polohy zakrivenej mrazovej izotermy –1,0 °C: hZ-N (navrhovaná hĺbka), hZ-P (požadovaná hĺbka)/schematické znázornenie amplitúd kolísania teplôt v pôde a podloží.}

Nemenej dôležitým faktorom na správne určenie hĺbky založenia hZ budovy osadenej na prírodnom teréne je poznanie špecifických vlastností pôdy v blízkosti budovy a podložia pod budovou. Ide o druh a zloženie pôdy a podložia (fyzikálne vlastnosti: tepelná vodivosť, tepelná prijímavosť, merná tepelná kapacita/mechanické vlastnosti: objemová hmotnosť, pórovitosť/chemické vlastnosti), obsah vlhkosti a vodný režim v pôde, tvar povrchu pôdy (farebná škála, snehová a rastlinná pokrývka), ale aj o priemernú ročnú teplotu vonkajšieho vzduchu (teplotné maximá a minimá, trvanie mrazu a jeho intenzita), užívateľský režim (teplota vnútorného vzduchu), či teplotu vrstvy stálych teplôt (teplota v pôde respektíve v podloží v určitej hĺbke. Všetky tieto faktory ovplyvňujú hĺbku premŕzania pôdy a podložia (obr. 2), a tým aj rozhodnutie o spôsobe plošného založenia spodnej stavby akejkoľvek budovy.

Obr. 2  Schematické znázornenie hĺbky premŕzania rôznych druhov zemín
–>–>
Progresívne riešenia – plošné zakladanie energeticky úsporných rodinných domov
Jedným z krokov, ktorým možno prispieť k plnohodnotnému a najmä správnemu fungovaniu spodnej stavby nielen rodinných domov pri plošnom zakladaní v zámrznej hĺbke je optimalizácia tepelnotechnických vlastností spodnej stavby. Myslí sa tým optimalizácia jednotlivých stavebných konštrukcií tvoriacich charakteristický a súčasne často najkritickejší konštrukčný detail spodnej stavby budov osadených na prírodnom teréne: styk obvodovej steny, základovej a podlahovej konštrukcie s pôdou a podložím na prírodnom teréne. V dôsledku napredovania výskumu a vývoja, rozvoja moderných technológií s tendenciami znižovať množstvo spotrebovaného stavebného materiálu a so zreteľom na energetickú náročnosť budov nadobúda uvedený konštrukčný detail v súčasnosti svoj osobitný význam. Do popredia sa tak dostávajú nové konštrukčné systémy a riešenia (obr. 3) v kombinácii s novými stavebnými materiálmi.

Obr. 3  Konkrétne príklady konštrukčných riešení spodnej stavby rodinných domov pri zakladaní v rôznych hĺbkach pod úrovňou okolitého terénu s použitím základových dosiek z ľahkého betónu (LB: GeoPBG).

Medzi novodobé, viacfunkčné stavebné materiály možno zaradiť aj penobetón (PBG, respektíve modifikácia GeoPBG), ktorý patrí do skupiny ľahkých betónov s prirodzeným tuhnutím (LB). Princíp výroby penobetónu je známy viac ako 35 rokov, no jeho výroba, ako aj variabilita použitia sa v priebehu rokov neustále mení a vyvíja.
Vo všeobecnosti možno povedať, že v súčasnosti je prvoradou snahou použitím ľahkých betónov (LB: PBG) odstrániť nevýhody v praxi najčastejšie používaných bežných hutných betónov, respektíve zhutňovaných štrkových násypov, a to najmä vysokú objemovú hmotnosť a tepelnú priepustnosť. Na tento účel bola vyvinutá nová skupina penobetónov s označením GeoPBG. Za výhody ľahkých betónov (LB) možno považovať nízku objemovú hmotnosť, ktorá v porovnaní s bežným hutným betónom (< 2 300 kg/m³) môže byť až 5-krát nižšia a optimálne tepelnoizolačné vlastnosti. Príklad postupu zhotovenia plošných základov rodinného domu s použitím ľahkého betónu (LB) možno vidieť na obr. 4 až 9.

Obr. 4  Odstránenie ornice v mieste budúcej základovej konštrukcie rodinného domu	Obr. 5  Hutnenie vyrovnávacej vrstvy
Obr. 6  Zhotovenie roznášacej vrstvy z penobetónu	Obr. 7  Dokončená roznášacia vrstva z penobetónu
Obr. 8  Dodatočná tepelnoizolačná vrstva z EPS ako súčasť vrchnej železobetónovej dosky	Obr. 9  Hotová základová doska energeticky úsporného domu na podloží s nízkou únosnosťou

Záver
Potreba zaoberať sa problematikou efektívnej optimalizácie tepelných tokov z budovy do podložia (v tomto prípade rodinných domov), vyplynula z aktuálnosti riešenia problému z pohľadu energetickej hospodárnosti budov, prudkého nárastu dopytu po výstavbe energeticky úsporných rodinných domov v posledných rokoch a taktiež z požiadaviek stavebnej teórie a praxe.

Navrhované možnosti riešenia príslušných konštrukčných detailov spodnej stavby (obr. 3) treba v ďalšom kroku overiť prostredníctvom konkrétnych modelových situácií v stacionárnych a nestacionárnych podmienkach a meraní in situ v reálnych podmienkach exploatácie budovy (stav užívania, starnutie a degradácia stavebných materiálov a konštrukcií, v tomto prípade rodinných domov).

Výmena skúseností v oblasti navrhovania a projektovania tradičných, ale aj progresívnych konštrukcií a konštrukčných detailov spodnej stavby nepodpivničených budov osadených na prírodnom teréne predstavuje ústredný bod spolupráce medzi pracovníkmi TU v Košiciach, Stavebnej fakulty, Ústavu budov a prostredia, firmou Sircontec a Politechnikou Śląskou, Wydziałom Budownictwa, Gliwice v Poľsku. Jej zámerom je vytvoriť všeobecne platnú sústavu konštrukcií a konštrukčných detailov spodnej stavby aplikovateľných v klimatických podmienkach krajín V4 s využitím takzvaných viacfunkčných materiálov, medzi ktoré sa zaraďuje aj skupina ľahkých betónov (LB). Primárnym cieľom v sledovanej oblasti je alternatívne nahradenie štrkového (respektíve štrkopieskového) násypu s najčastejšou hrúbkou 200 mm a podkladového betónu s najčastejšou hrúbkou 100 až 150 mm jednou vrstvou penobetónu (GeoPBG) s hrúbkou, ktorá zabezpečí požadované tepelnotechnické vlastnosti a únosnosť konštrukcie spodnej stavby (optimalizovanú pre danú budovu) vo vzťahu ku geologickým prieskumom zistenej únosnosti podložia.

Tento príspevok vznikol pri riešení grantového projektu VEGA 1/1060/11 a pri riešení projektu ITMS „26220120018”: Podpora centra excelentného integrovaného výskumu progresívnych stavebných konštrukcií, materiálov a technológií.

TEXT: Ing. Róbert Rudišin, PhD., Ing. Agnieszka Knoppik-Wróbel, Ing. Walter Scherfel
FOTO a OBRÁZKY: autori

Ing. Róbert Rudišin, PhD. je odborným asistentom na Ústave budov a prostredia Katedre fyziky budov Stavebnej fakulty TU v Košiciach.

Ing. Agnieszka Knoppik-Wróbel pracuje na Stavebnej fakulte Vysokej školy technickej v sliezskych Gliwiciach, Poľsko.

Ing. Walter Scherfel je výskumným a vývojovým pracovníkom firmy SIRCONTEC, s. r. o.

Literatúra
1.    Rudišin, R. – Scherfel, W.: Opportunities, efficiency and effect of utilization of foam concrete in floor structures of hall industrial buildings on reduction of energy intensity, In: Budovy a prostředí 2010, 5. mezinárodní konference, Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav pozemního stavitelství, ČR, október, 2010, s. 214 – 221. ISBN 978-80-214-4155-2.
2.    Rudišin, R. – Knoppik-Wróbel, A. – Scherfel, W.: New solution of a dwelling house foundation structure – foundation slab made of lightweight concrete (PBG), In: Poruchy a obnova obalových konštrukcií budov, Vysoké Tatry, Podbanské, SR, apríl, 2011, s. 249 – 254. ISBN 978-80-553-0651-3.
3.    Horniaková, L.: Energetická náročnosť budov, Bratislava: Edičné stredisko SVŠT, 1986.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.