Szkody w pokryciach dachowych, cz. 2

Rys. 1. Schematy statyczne pokryć z blach falistych i fałdowych, a także płyt warstwowych: jedno-, dwu- i trójprzęsłowe

Czynniki wpływające na trwałość pokryć dachowych
Pierwszym etapem doboru pokrycia do warunków lokalizacji obiektu powinien być projekt, uwzględniający rodzaje oddziaływań na budynki i ich dachy, a następnie jakość i warunki wykonywania robót pokryciowych. Nie istnieją uniwersalne pokrycia, odpowiednie dla wszystkich stref klimatycznych, stąd rodzaj pokrycia i pochylenie połaci dachowych powinno być narzucone w projekcie. Projekt powinien też podawać szczegółowe rozwiązania miejsc, które w przyszłości mogłyby stwarzać problemy.

Kolejny okres będzie już sprawdzianem technicznej sprawności i trwałości pokryć oraz konstrukcji dachowych w czasie ich eksploatacji. Dachy i ich pokrycia powinny być tak zaprojektowane, aby konieczność poruszania się po nich była jak najrzadsza i o ile projektant nie przewidywał montażu na nich np. urządzeń lub/i reklam i ich późniejszej obsługi, to na etapie realizacji właściciel lub zarządca obiektu powinien to ograniczyć do niezbędnego minimum. Ten element niepotrzebnego i niezgodnego z przeznaczeniem wykorzystywania dachu powinien być w miarę możliwości wyeliminowany. Ta sama uwaga dotyczy oczyszczania powierzchni dachów i systemów odwodnień ze śniegu oraz zanieczyszczeń: gałęzi, liści oraz np. ptasich odchodów. 

Znaczącym obciążeniem w eksploatacji dachów jest pokrywa śnieżna. Usuwanie jej może doprowadzić do istotnych uszkodzeń pokryć, stąd należy tę czynność ograniczyć do niezbędnego minimum, tj. należy to wykonywać tylko wtedy, kiedy będzie to konieczne. Utrata drożności systemów odwodnień dachów może doprowadzić do tworzenia się zastoisk wody, a nawet „basenów” i o ile konstrukcje dachów nie zostały przewidziane na taką okoliczność, to może dojść do ich lokalnych lub pełnych przeciążeń.

Nie należy zapominać o powierzchniowym i obwodowym dylatowaniu masywnych (żelbetowych) konstrukcji dachów w celu ograniczenia termicznych zmian ich wymiarów, szczególnie w czasie silnego nasłonecznienia ich powierzchni lub stosować dodatkowe zabezpieczenia termoizolacyjne.

Na trwałość pokryć dachowych znaczący wpływ ma stan techniczny wbudowanych materiałów w konstrukcje dachów i stropodachów, a dokładniej ich obciążanie kondensującą we wnętrzu wilgocią. Stan techniczny dachów powinien być monitorowany tak często, jak będzie wymagała tego sytuacja, lecz nie rzadziej niż wymaga tego zapis art. 62 ustawy Prawo budowlane. Każda zauważona nieszczelność w pokryciu dachowym, a także w warstwie zabezpieczającej dach lub stropodach od spodu powinna zostać jak najszybciej usunięta, aby nie dopuścić do nadmiernego zawilgocenia materiałów budujących przegrody i podatnych na korozję.

Schematy statyczne pokryć
Najprostszym układem statycznym jest przyjmowany w pokryciach dachówkowych (w tym dla gontów) oraz blaszanych (jest to jeden z wariantów) schemat belki wolnopodpartej. Dla pokryć z blachy lub warstwowych płyt dachowych stosuje się już układy wieloprzęsłowe. Producenci blach i płyt jw. ułatwili projektantom i wykonawcom zasady doboru charakterystyk przekrojowych tych elementów i rozstawu podparć do warunków ich eksploatacji, umieszczając w stosownych tablicach dopuszczalne wielkości obciążeń zewnętrznych i odkształceń.

Podporami dla pokryć dachowych są zazwyczaj drewniane lub stalowe łaty oraz płatwie, których przekroje powinny być przyjmowane wyłącznie na podstawie obliczeń statyczno-wytrzymałościowych. Ich sztywność będzie decydowała o stanie szczelności i trwałości pokryć, ponieważ są to podpory liniowe, podatne na deformacje.

W dachach masywnych pokrycie całą swoją powierzchnią przylega i opiera się na konstrukcji dachu. Szczelność takich pokryć będzie tu również zależna od stanu technicznego konstrukcji stropodachu i wielkości jego odkształceń. Schemat statyczny pokrycia pokrywa się tu w całości z układem statycznym konstrukcji nośnej.

Typowe, często powtarzające się uszkodzenia pokryć
W praktyce budowlanej trudno jest znaleźć obiekty pozbawione jakichkolwiek mankamentów. Już od samego momentu rozpoczęcia procesu budowlanego materiały wbudowywane w przyszły obiekt są poddawane oddziaływaniom otoczenia zewnętrznego, a także obciążeniom technologicznym będącym efektem prowadzonych robót, obciążeniom eksploatacyjnym oraz wyjątkowym. Projektant powinien przewidywać wszelkie możliwe oddziaływania środowiska zewnętrznego oraz wewnętrznego na elementy nośne, wykończeniowe oraz uzupełniające budynku w okresie jego wznoszenia i późniejszej eksploatacji. Działanie to powinno mieć na celu ograniczenie do minimum liczby defektów możliwych do wystąpienia w obiektach.

Nie każdy symptom destrukcji pojawiającej się w elementach obiektu budowlanego musi być jednoznaczny ze stanem zagrożenia – ale może być już jego zwiastunem. Nie tylko środowisko zewnętrzne i sam proces starzenia się może prowadzić do defektów technicznych budynków i budowli. W praktyce budowlanej mamy do czynienia również z innymi przyczynami takich uszkodzeń.

Każdy obiekt budowlany, niezależnie od wieku posiada tzw. „słabe miejsca”, które utrudniają jego eksploatację, skracają żywotność lub mogą stanowić również pośrednie lub bezpośrednie zagrożenie dla jego użytkowania. Znajomość rodzaju, lokalizacji oraz technik powstawania „słabych miejsc” w budynkach pozwala na szybsze odkrycie przyczyn defektów i ich usunięcie. Wskazane byłoby opracowywanie map „słabych miejsc” dla grup obiektów o podobnych technologiach realizacji, co pozwoliłoby na uniknięcie w przyszłości wielu niepotrzebnych mankamentów i umożliwiłoby prawidłowe rozpoznanie stanu technicznego obiektu. Poniżej na Tablicy 2 zestawiono najczęściej spotykane mankamenty, związane z utrudnieniami w eksploatacji dachów budynków.

Przyczyny uszkodzeń
Poddawane obciążeniom konstrukcje budowlane, a także elementy wykończenia obiektów ulegają stałemu zużywaniu się technicznemu i w konsekwencji również uszkodzeniom, wywołanymi jedną lub splotem kilku przyczyn. Mogą one być konsekwencją wadliwej dokumentacji projektowej lub też jej całkowitym brakiem. Przyczyną uszkodzeń lub szybszego zużywania się dachów obiektów nie musi być tu typowy błąd projektowy, lecz pominięcie istotnych dla późniejszej eksploatacji zagadnień, np. procesów fizycznych zachodzących we wnętrzu przegród. Innym aspektem w stosunku do opracowanej dokumentacji jest wykonawstwo, będące trudnym i złożonym procesem budowlanym, odbywającym się już w warunkach rzeczywistych. Jakość wykonawstwa będzie zależała od specjalistycznego przygotowania kierownictwa robót, zespołów roboczych, warunków i czasu realizacji, stosowania reżimów technologicznych i stosowania sprawdzonych materiałów lub całych technologii. Największa jednak grupa przyczyn defektów występujących w budynkach związana jest z niewłaściwą ich eksploatacją, spowodowaną zaniedbywaniem przez właścicieli i zarządców obiektów budowlanych ustawowych obowiązków nałożonych przez ustawę Prawo budowlane, niską świadomością oraz wiedzą techniczną, co też w konsekwencji prowadzi do nieuzasadnionych i szkodliwych ingerencji w strukturę tych obiektów. To niewłaściwa ingerencja człowieka, a nie zewnętrzne środowisko jest główną przyczyną uszkodzeń konstrukcji i pokryć dachowych.


Innym rodzajem defektów występujących m.in. w dachach jest korozja biologiczna materiałów budowlanych w nie wbudowywanych, w tym głównie drewna, którego „naturalnym” wrogiem są: wilgoć, zamknięte niewentylowane przestrzenie, biologiczne szkodniki drewna, tj. owady oraz grzyby. Zarówno owady, jak i grzyby wymagają odpowiednich warunków do rozwoju i jeśli im zostanie to umożliwione poprzez nieskuteczną impregnację lub jej brak, ograniczenie przestrzeni wentylowanych, nieuzasadnione wprowadzanie izolacji termicznych po wewnętrznych stronach przegród, powodujące ich trwałe zawilgocenie, to mamy do czynienia z przyspieszonym procesem degradacji korozyjnej tego materiału, a tym samym ze skróceniem żywotności technicznej całego obiektu. Nader często zdarza się tak, że izolacje dachowe ulegają lokalnym rozszczelnieniom, umożliwiając niekontrolowane przenikanie wody do wnętrza dachów, co w konsekwencji stwarza poważne zagrożenie korozyjne oraz utratę właściwości cieplnych, zabudowanych we wnętrzach przegród termoizolacji. Drewno niezabezpieczone przed bezpośrednim wpływem warunków atmosferycznych lub zabezpieczone w sposób niewłaściwy (np. odsłonięte konstrukcje dachów) może ulec rozkładowi. Bardzo często występującym rodzajem korozji biologicznej drewna znajdującego się na zewnątrz lub też wewnątrz przegród jest jego rozkład brunatny. Drewno traci wówczas swój celulozowy szkielet, a tym samym wytrzymałość na rozciąganie oraz spoistość. Pozostaje w nim nierozłożona, bezpostaciowa lignina nadająca mu brunatny kolor, która pękając, przyjmuje kształt pryzmatycznych kostek, a w fazie końcowej rozsypuje się w proszek. Taki stan nazywa się potocznie zgnilizną drewna i zawsze jest on nieobojętny dla stanu technicznego dachu wraz z jego konstrukcją.

W dalszej części artykułu przedstawiono symulację stanu zawilgocenia elementów drewnianych wbudowanych w pełny stropodach dla najczęściej stosowanych w praktyce rozwiązań i ich wpływ na trwałość tych konstrukcji. Do obliczeń przyjęto obustronnie zamknięty układ krokwiowy, z ociepleniem (wełna mineralna ? = 0,045 W/m²K) ulokowanym pomiędzy elementami drewnianymi o grubości równej wysokości tych elementów – przekrój 1 na rys. 2.




Rys. 2. Przykład stropodachu pełnego, opartego na drewnianych krokwiach: a) przekroje poprzeczne, b) odpowiadające im pola rozkładu temperatur licząc od izotermy „0°C” wzwyż

W ostatnich latach można zauważyć tendencję do eliminacji mostków termicznych, jakimi w tej przegrodzie są drewniane belki krokwiowe poprzez wprowadzenie poniżej nich dodatkowej warstwy termoizolacji – przekrój 2 na rys. 2. Są to przykłady przekrojów o pokryciu papowym lub membranowym, lecz z powodzeniem odzwierciedlają one inne przypadki, w tym dachy kryte dachówką z podobnym układem spodnich warstw. Analizie poddano dwa wspomniane wyżej przypadki i ich wpływ na stan zawilgocenia drewna.

Na rys. 2b ramką w kolorze zielonym (schematy 3÷5) oznaczono najbardziej korzystny dla zewnętrznych przegród układ ich warstw składowych, ze względu na zasięg ujemnych temperatur „omijający” materiały wrażliwe na krotność ich zamrażania i rozmrażania. Takim materiałem, w przyjętym wyżej przykładzie będzie drewno, którego włóknista budowa jest wrażliwa na wilgoć oraz skoki temperatur. Układy warstw pokazanych na rys. 2: przekroje 1 i 2 są jednymi z najczęściej stosowanych w budownictwie i jednocześnie najbardziej niekorzystnymi dla zabudowanych w wnętrzu materiałów nieodpornych na obciążenia różnicami temperatur o dużych amplitudach oraz wilgocią. W tych przypadkach ponad połowa przekroju drewnianych belek może okresowo znajdować się w strefie ujemnych temperatur (rys. 2b, 3). W każdej zewnętrznej przegrodzie termoizolacja powinna być zawsze lokowana po jej chłodniejszej stronie. W wyjątkowych sytuacjach można ją umieścić po stronie cieplejszej (rys. 2 schemat 2), lecz wówczas należałoby udokumentować niską szkodliwość takiego układu warstw lub jej brak dla zabudowanych w jej wnętrzu materiałów, co nader często bywa pomijane.

Rys. 3. Przekrój poprzeczny stropodachu pełnego (przekrój nr 1 z rys. 2) wraz z diagramami rozkładu temperatury

Bardzo istotny jest problem gromadzenia się wilgoci w każdej przegrodzie zewnętrznej (dachy oraz stropodachy) opisanej wielkością kondensatu pozostającego trwale w jej wnętrzu. Jeśli zawartość wilgoci będzie malejąca lub nawet stabilna w funkcji czasu, to wówczas należy uznać, że przegroda została zaprojektowana prawidłowo. Jeżeli ilość wilgoci będzie wzrastała, to wówczas dojdzie nie tylko do wewnętrznych uszkodzeń strukturalnych, lecz również do utraty właściwości termoizolacyjnych warstw odpowiedzialnych za ochronę cieplną.

Poniżej na rys. 4 przedstawiono wykresy przedstawiające stan zawilgocenia drewnianej krokwi w okresie 10 lat eksploatacji stropodachu. Wykresy te dotyczą przekroju nr 1 stropodachu (rys. 2 i 3), tj. sytuacji, w której grubość termoizolacji pokrywa się z wysokością elementu nośnego. Drewniane krokwie stanowią tu mostki termiczne o ok. 3,5-krotnie niższym oporze cieplnym od wypełniającego materiału termoizolacyjnego.


Rys. 4. Wilgotność masowa drewna dla schematu 1 (w miejscu poza oparciem krokwi na podporach) w okresie 10 lat: a) stropodach bez dolnej warstwy paroszczelnej s_D ≤ 0,5 m lub z warstwą uszkodzoną, b) stropodach z dolną warstwą paroszczelną s_D > 50 m, c) stropodach jak w punkcie b, lecz ze szczeliną wentylującą ponad termoizolacją o gr. 20 mm

Dla wariantu na rys. 4a ilość wilgoci w przegrodzie będzie nieustannie rosła w czasie. Stropodach został tu wykończony od zewnątrz szczelnym pokryciem dachowym o sD ≥ 100 m, a więc zabezpieczony przed penetracją wilgoci z zewnątrz, natomiast dolna warstwa zabezpieczająca przed transportem pary wodnej z wnętrza budynku jest niesprawna lub uszkodzona. W takiej sytuacji możemy mieć problem z trwałością i skutecznością izolacji cieplnej stropodachu. Tutaj nasuwa się kolejny wniosek, wskazujący na konieczność dokładnego, szczelnego „zamykania” przegród, ponieważ utrata ciągłości takich izolacji doprowadzi nawet do daleko idącej ich destrukcji. W dachach krytych blachami mamy do czynienia ze znacznym ograniczeniem wentylacji pod pokryciem i w efekcie kondensacją wilgoci na ich spodnich powierzchniach, co w wielu sytuacjach może doprowadzać do stałego zawilgacania termoizolacji.

Potwierdzeniem jest tu wynik obliczeń przedstawiony w postaci diagramu zamieszczonego na rys. 4b, przedstawiający wyraźny spadek wilgoci dla stropodachu szczelnie chronionego z obydwu stron, gdzie wilgotność masowa drewna po 10 latach eksploatacji może ustabilizować się na poziomie 12% (dla przypadku a w tym samym okresie osiągnie ona co najmniej 19% i nadal będzie rosnąć). Jeszcze lepszy efekt można uzyskać poprzez przewietrzanie strefy ponad termoizolacją. Tu po 10 latach eksploatacji wilgotność drewna jw. może obniżyć się do poziomu 11,5%.

W artykule przeanalizowano przypadek dla papowego pokrycia stropodachu, lecz tę sytuację można odnieść do każdego innego rozwiązania, gdzie podstawową zasadą powinno być dążenie do lokalizacji termoizolacji jak najbliżej chłodniejszej strony przegrody i w miarę możliwości stosowania przewietrzania zamkniętych stref ponad termoizolacją.

Kolejnym zagrożeniem dla drewna jest wysoka temperatura oraz ogień. Tego aspektu nie można pominąć zarówno w projektach i jak i realizacjach oraz podczas eksploatacji obiektów (naprawy, remonty…).

Wnioski – podsumowanie
Zarówno w pokryciach dachowych, jak i konstrukcjach je podtrzymujących mogą występować wady, na które zazwyczaj składa się kilka czynników. Konstrukcja budowlana to nie tylko ustrój nośny, który powinien przenosić wymierne i mierzalne obciążenia mechaniczne, ale także te niewidoczne i trudne do ustalenia. Niejednokrotnie podłożem uszkodzeń konstrukcyjnych a tym samym pokryć dachowych są procesy zachodzące we wnętrzu przeszkód. To od projektanta, wykonawcy i użytkownika obiektu będzie zależała trwałość tych elementów.


dr inż. Dariusz Bajno