Dach zielony spadzisty

Rys. 1. Pochylenie połaci dachowej pod kątem 10, 15, 20 i 30º z substratem grubości 15 cm

Dachy zielone są kojarzone przede wszystkim z dachami płaskimi nad garażami podziemnymi lub (mimo wszystko rzadziej) z dachami na budynkach użyteczności publicznej, biurowcach lub domach mieszkalnych.

Dachy zielone w dzisiejszym rozumieniu tego pojęcia występują w miastach, są bowiem „rekompensatą” za powierzchnię zajętą pod zabudowę. Na wsiach raczej ich się nie buduje. Mimo to dachy zielone znane są tutaj od zarania dziejów.

Mam na myśli ziemianki, w których ze względu na temperaturę przechowywano żywność. Były to drewniane lub murowane komórki, budowane w niewielkim zagłębieniu lub wykopie. Po zabezpieczeniu przeciwwilgociowym konstrukcji obiekt był obsypywany ziemią. Z czasem porastał trawą i wyglądał jak naturalny pagórek. W takiej piwnicy panowała niemal stała, niska temperatura.
Dowodzi to termoizolacyjnych właściwości gruntu i roślinności.

Jednak specjalne budowanie takich ziemianek dzisiaj jest nieporozumieniem. W każdym gospodarstwie domowym jest lodówka. Chociaż od każdej reguły są wyjątki. Znam pewien dom jednorodzinny na przedmieściu Wrocławia, wzniesiony według projektu, gdzie konieczne okazało się zbudowanie takiej piwnicy ziemnej – i to właśnie do przechowywania warzyw, jarzyn itp. Zgodnie z projektem budynek ma układ kondygnacji co pół piętra. W jednej połowie jest podpiwniczenie, gdzie znajduje się także kotłownia. Piec stojący w kotłowni jest źródłem stosunkowo wysokiej temperatury, która czyni poziom bezużytecznym, jeśli chodzi o przechowywanie warzyw. Od strony ogrodu właściciel posesji wybudował więc z cegły klinkierowej piwnicę ziemną. Zaizolował ją przeciwwilgociowo, obsypał ziemią i założył trawnik.

Płaski zielony dach nie jest wprawdzie szczególnie trudny w projektowaniu i wykonawstwie (o ile projektant i wykonawca są osobami rozsądnymi i myślącymi), ale na pewno wiąże się z kosztami wyższymi niż dach standardowy. Niewiele jednak osób przypuszcza, że dach zielony można także zrobić w wersji spadziste. Pochylenie takiego dachu nie powinno jednak przekroczyć 30º, optymalne zaś między 15º a 20º. Im mniejszy kąt pochylenia, tym mniej zabezpieczeń przed zsunięciem się dla roślinności i podłoża.

Dach zielony powoduje dociążenie nie tylko pokrycia, ale i samej konstrukcji więźby dachowej. A zatem pojawiają się tu pewne problemy, o których konstruktor musi pamiętać:

• dodatkowe obciążenie,
• zabezpieczenie przed zsuwaniem się substratu i roślinności,
• konieczność bardzo dobrej i trwałej hydroizolacji,
• odprowadzenie wody z dachu,
• instalacje dachowe,
• ścieżki do pielęgnacji zieleni na dachu.

Dodatkowe obciążenie
Wiemy, że zasadnicze czynniki obciążające dach to jego ciężar własny, śnieg i wiatr. W artykule zajmiemy się tylko dodatkowymi obciążeniami, będącymi konsekwencją dachu zielonego. Mam tu na myśli substrat i uprawy. Substrat to specjalna mieszanka kruszywa ceramicznego i części organicznych.

Substrat można kupić na rynku w gotowej postaci, ale można go także wykonać samemu. Tak będzie korzystniej i szybciej. Część ceramiczna to potłuczona cegła ceramiczna. Taka cegła nie może być zbyt słabo wypalona, gdyż będzie nietrwała w mokrym środowisku. Z kolei cegła zbyt mocno wypalona (tzw. zendrówka) nie nadaje się do naszych celów, gdyż jest zeszkliwiona, mało porowata i słabo nasiąkliwa. Poza normalną cegłą lepiej zastosować keramzyt. Nie w gotowej postaci jednak, lecz potłuczony na drobne kawałki. Keramzyt produkowany jest poprzez wypalanie specjalnego rodzaju gliny (iłu) w piecach obrotowych. Materiał ten w odpowiedniej temperaturze ulega spęcznieniu i staje się porowaty. Dalsze podwyższanie temperatury powoduje spiek na powierzchni – granulki stają się gładkie z wierzchu. Stąd ich mała nasiąkliwość wodą. Granulki te mają zamkniętą strukturę komórkową i aby stały się nasiąkliwe, trzeba je pokruszyć.

Określenie ciężaru jednostkowego (gęstości objętościowej) substratu przygotowanego z rozdrobnionego keramzytu wygląda następująco.

Gęstość keramzytu wynosi
g = 350 kg/m³.

Gęstość piasków grubych i średnich oraz piasków próchniczych (grunty organiczne, kompost) g = 1700 kg/m³. Substrat zawiera je w ilości 1/3.

Zatem:

g = (350 + 1700 : 3) × 0,5 = 458,5 kg/m³ (przyjmijmy wielkość ok. 500 kg/m³)

Dociążenie dachu substratem wyniesie więc:
przy grubości warstwy W dachach rozróżnia się uprawy ekstensywne i intensywne. W uprawach ekstensywnych stosuje się zieleń niską: mchy, rozchodniki, zioła i niektóre trawy. Te rośliny wymagają niedużych nakładów pielęgnacyjnych. Do upraw intensywnych stosuje się byliny, krzewy i małe drzewa.

Zależnie od rodzaju uprawy stosuje się odpowiednie grubości substratu:

• przy uprawie ekstensywnej do 150 mm,
• przy uprawie intensywnej od 270 do 400 mm.

Dach zielony na deskowaniu – warstwy
Przyjrzyjmy się teraz uwarstwieniu dachu zielonego na deskowaniu pełnym. W DACHACH pisaliśmy o poprawnym wykonaniu deskowania pod blachę płaską. W tym wypadku będzie podobnie, lecz blachę zastąpi membrana z kauczuku syntetycznego EPDM. Jest ona trwała, niezwykle elastyczna, odporna na działanie UV i ozonu, przyjazna środowisku – doskonale nadaje się na hydroizolację dachu zielonego.

Uwaga! Przed pokryciem dachu EPDM na deskowaniu należy wykonać progi, zabezpieczające przed osuwaniem się substratu z zielenią. Rozstaw progów zależy od pochylenia połaci i wynosi od 1,2 m do 2,5 m.

Rys. 1 pokazuje pochylenie połaci dachowej pod kątem 10, 15, 20 i 30º z substratem grubości 15 cm.
Wysokość progów dla takiej warstwy substratu powinna wynosić 8–10 cm. Powinny one mieć trapezowy przekrój, co ułatwi ich pokrycie membraną. Progi mocuje się do krokwi przez deskowanie wkrętami do drewna. Pomiędzy poszczególnymi progami powinny być przerwy, ułatwiające odpływanie do rynny nadmiaru wody po wypełnieniu folii kubełkowej.

Inne warstwy zielonego dachu, licząc od spodu, to:

• folia kubełkowa – warstwa magazynująca wodę opadową niezbędną roślinom w okresach suszy,
• geowłóknina – tworzywo nieulegające zniszczeniu w warunkach gruntowych, zapobiegające przerastaniu korzeni roślin. Zakłady między pasmami powinny wynosić ok. 20 cm, przy podwójnej warstwie geowłókniny układa się ją pasami mijankowo na styk, bez zakładów,
• substrat – warstwa grubości 15 cm, ułożona na geowłókninie,
• siatka zabezpieczająca – zabezpiecza substrat z próchnicą przed ptakami i wydmuchaniem przez wiatr,
• roślinność – zasiewana lub gotowa, w postaci rolowanego trawnika.

Przekrój dachu zielonego z uwarstwieniem przedstawia rys. 2.


Rys. 2. Przekrój dachu zielonego z uwarstwieniem

Obliczenia konstruktorskie
Obciążenia dachu bez warstw „zielonych” przy pochyleniu połaci 30°.

1. Ciężar własny

Konstrukcja + pokrycie   
g = 0,95 kN/m² przy α = 30°
cos 30° = 0,866      γ _f = 1,1
g = 0,95 : 0,866 × 1,1 = 1,21 kN/m²

2. Obciążenie śniegiem dla I strefy klimatycznej wg normy PN-EN 1991-1-3

q_k = 0,70 kN/m²

Gdy budynek jest otoczony drzewami lub wyższymi budynkami zakładane obciążenie należy zwiększyć o 20%.

γ_f = 1,5
s = q_k × 1,20 × C × γ_f

gdzie: C dla α = 30° = 0,8 dla jednej połaci i 1,2 dla drugiej

Stąd:
s₁ = 0,70 × 1,20 × 0,80 × 1,50  = 1,01 kN/m²
s₂ = 0,70 × 1,20 × 1,2 × 1,50 = 1,52 kN/m²

3. Obciążenie wiatrem wg PN-EN 1991-1-4 dla I strefy

p = q_k × Ce × C × β × α_f

gdzie: q_k = 0,30 kN/m²
współczynnik ekspozycji Ce = 1,0
C = 0,25 dla α = 30°
dynamiczne oddziaływanie wiatru β = 1,8
γ_f = 1,4

Zatem: p = 0,30 × 1,0 × 0,25 × 1,8 × 1,4 = 0,20 kN/m²

Obciążenie działa prostopadle do powierzchni dachu. Stąd na rzut poziomy p = 0,14 : cos²30° = 0,14 : 0,866² × 1,4 = 0,27 kN/m²

Łączne obciążenie dachu wynosi:
q = 1,21 + 1,52 + 0,27 = 3,00 kN/m²
Bez współczynnika obciążenia q’ = 1,10 + 1,01 + 0,19 = 2,30 kN/m²

Do tego trzeba dodać zieloną część dachu.

4. Substrat grubości 15 cm

g = 0,75 kN/m²    γ_f = 1,3    cos 30° = 0,866

q = 0,75 : 0,866 × 1,3 =       1,13 kN/m²
zieleń 0,05 : 0,866 × 1,3 =  0,08 kN/m²   
razem                                     1,21 kN/m²

Woda 25%, tj. 0,15 × 0,25 = 0,0375 czyli ok. 0,04 m
g_w = 0,04 × 10,00 × 1,2 = 0,48 kN/m²
q_w’ = 0,40 : 0,866 × 1,2 = 0,55 kN/m²

Razem zieleń z wodą:
0,93 × 1,3 = 1,21 kN/m²       
0,46 × 1,2 = 0,55 kN/m² 
                      1,76 kN/m²

Łączne obciążenie dachu wynosi:
q₁ = 3,00 + 1,76 = 4,76 kN/m²
                              ≈ 4,80 kN/m²
q₂ = 2,30 + 1,39 = 3,69 kN/m²
                              ≈ 3,70 kN/m²

Sprawdzenie nośności deskowania
Grubość desek = 25 mm, rozstaw krokwi a = 0,75 m
M = 4,80 × 0,75² : 8 = 0,34 kNm
Dla desek R_m = 13,0 MPa, potrzebne Wx = 3400 : 130 = 26,2 cm³
Faktyczny wskaźnik wytrzymałości wynosi:
W_x = 100 × 2,5² : 6 = 104,2 cm³ > 26,2 cm³
Naprężenia δ = 3400 : 104,2 = 32,6 daN/cm² < Rm

Nośność krokwi
Schemat konstrukcji dachu jak na rys. 3.


Rys. 3. Konstrukcja dachu zielonego

Obciążenie:
q₁ = 4,80 × 0,75 = 3,60 kN/m
q₂ = 3,70 × 0,75 = 2,78 kN/m ≈ 2,80 kN/m

Sztywność prętów:
S₁ = 4E I : l = 4 × 1 : 4,00 = 1,00
S₂ = 4,00

Współczynniki rozdziału:
r₁ = S₁ : (S₁ + S₂) = 0,20
r₂ = S₂ : (S₁ + S₂) = 0,80
M_BA = 0,125 × q × l₁² = 7,20 kNm
M_BC = 0,125 × 3,60 × 1,00² = –0,45 kNm

Iteracja momentów


R_A = 3,60 × 4,00 × 0,5 – 5,85 : 4,00 = 5,74 kN
R_BL = 8,66 kN
R_BP = 7,66 kN
Stąd R_B = 8,66 + 7,66 = 16,32 kN
R_C = 1,80 – 5,86 = –4,06 kN

Miejsce M_max
R_A – 3,60x = 0
Stąd x = 1,59 m

M_max = 5,74 × 1,59 – 3,60 × 1,592 × 0,5 = 4,58 kNm

M_max = 5,85 kNm > 4,58 kNm

Potrzebne W_x = 58500 : 130 = 450 cm³
Przy  b = 12 cm 
         h =   = 15 cm
Potrzebny przekrój krokwi wynosi zatem
b = 12 cm i h = 15 cm.

Potrzebne W_x = 41500 + 130 = 319 cm³
Przy  b = 8 cm 
         h =    = 15,4 ≈ 15 cm

Tak więc przy dachu zielonym przekrój krokwi wynosi 12/15 cm, natomiast bez dachu zielonego 8/15 cm.

Jak widać z rys. 3, długość krokwi między podporami wynosi 4,0 m.

Konstruktorzy wiedzą, że ze względu na różny moduł sprężystości (moduł Younga, dla drewna = 10 000 MPa, dla stali = 210 000 MPa) ugięcie decyduje o wymiarowaniu przekroju przy rozpiętości
l > 3 m dla drewna i l > 6 m dla stali. W naszym przykładzie l = 4,0 m > 3,0 m. Trzeba więc sprawdzić, czy krokiew nie ulegnie ugięciu większym od dopuszczalnego.

Wg PN-81/B-03150.02 mamy zatem
f_dop. = l : 200 = 2,0 cm
q = 2,80 kN/m

Ugięcie f = 5 × M × l² : (48 × E × I)
gdzie: E = 10 000 MPa
            I  = 12 × 15³ : 12 = 3375 cm⁴
            l   = 4,00 m

Moment przęsłowy
M = 4,58 × 3,70 : 4,80 = 3,53 kNm

Ugięcie
f = 5 × 35300 × 400² : (48 × 100 000 × 3375) = 1,74 cm < 2,0 cm

Małe ugięcie wynika z charakteru krokwi ciągłej zmniejszającego moment przęsłowy przez moment podporowy. W przypadku krokwi nieciągłej M = 2,80 × 4,00² : 8 = 5,60 kNm i wówczas:
f = 2,76 > dopuszczalnych 2,0 cm.

W tym przypadku przekrój krokwi powinien wynosić 12/18 cm (przy krokwi ciągłej wynosi on 12/15 cm).

inż. Edmund Ratajczak
Expronad


CZYTAJ WIĘCEJ

Substrat na dachy zielone
Błędy na zielonych dachach

---