home ArCADiaPRESS 09 [1/2012], NUMERY ARCHIWALNE Zasady projektowania tarasów nad pomieszczeniami ogrzewanymi.

Zasady projektowania tarasów nad pomieszczeniami ogrzewanymi.

Taras nadziemny jest to element konstrukcji umieszczony nad pomieszczeniem, pełniący jednocześnie funkcję dachu, którego powierzchnia tarasu dostępna jest z przyległych pomieszczeń. Punktem wyjścia dla prawidłowego zaprojektowania konstrukcji tarasu jest precyzyjne określenie funkcji jaką ma on pełnić w przyszłości, analiza schematu konstrukcyjnego, określenie obciążeń i czynników destrukcyjnych, a na tej podstawie przyjęcie poprawnych technicznie rozwiązań materiałowo - konstrukcyjnych (będą to systemowe izolacje przeciwwilgociowe, izolacje termiczne, urządzenia odwadniające, wreszcie systemowe rozwiązania materiałowe ochrony strukturalnej i powierzchniowej). Bardzo ważne jest nie tylko zastosowanie bardzo dobrych jakościowo materiałów, ale także poprawne wykonawstwo.

Poprawnie zaprojektowany taras powinien przede wszystkim:

  • zapewnić bezpieczne przeniesienie obciążeń stałych i zmiennych oddziaływających na konstrukcję
  • zapewnić bezpieczeństwo użytkowania użytkownikom tarasu
  • chronić budynek przed wnikaniem wód opadowych
  • umożliwić utrzymywania we wnętrzu pomieszczenia komfortu cieplnego przez cały rok.

Za podstawowe i najbardziej destrukcyjne należy uznać obciążenie termiczne i wodę (jako katalizator procesów destrukcyjnych). W upalne dni powierzchnia tarasu, zwłaszcza wykończona ciemnymi płytkami potrafi się nagrzać do temperatury nawet 70ºC i wyższej. Spód płyty znajduje się w temperaturze pokojowej. Do tego dochodzi obciążenie szokowe, np. w wyniku gwałtownej burzy w lecie. W czasie ostrej zimy powierzchnia tarasu oziębia się do temperatury –20ºC÷–30ºC, w pomieszczeniu pod tarasem panuje temperatura rzędu +25ºC. Lecz nie chodzi tylko o różnice temperatur między spodem tarasu a jego wierzchnią warstwą, ale także o różnicę miedzy minimalną w zimie a maksymalną w lecie temperaturą działającą na konstrukcję (gradient rzędu prawie 100ºC). Bardzo niebezpieczne są cykle zamarzania i odmarzania w okresie wczesnej i późnej zimy (temperatura ujemna w nocy i nad ranem, dodatnia w ciągu dnia).

ar9_tarasy-fot1 ar9_tarasy-fot2 ar9_tarasy-fot3 ar9_tarasy-fot4

 

 

 

 

 

Fot. 1–4. Skutki błędów w wykonstruowaniu tzw. trudnych i krytycznych miejsc (fot. autor)

Dlatego wymagania, które musi spełniać konstrukcja tarasu są bardziej rozległe niż to pierwotnie może się wydawać. Z analizy procesów destrukcyjnych wynikają następujące wymagania w stosunku do tarasów nadziemnych:

  • całkowita szczelność, zapobiegająca penetracji wody opadowej w konstrukcję, niezależnie od charakteru i rodzaju występującego obciążenia termicznego.
  • z powyższym wiąże się zdolność i skuteczność oraz szybkość odprowadzania wody opadowej poza obręb tarasu.
  • wymaga to odpowiedniego wykonstruowania i uszczelnienia obróbek blacharskich
  • konieczne jest obsadzenie balustrad w sposób absolutnie szczelny, nie powodujący dodatkowo możliwości uszkodzenia wierzchnich warstw izolacyjno-wykończeniowych.
  • wierzchnie warstwy tarasu muszą mieć możliwość ruchów termicznych, kompensujących naprężenia powstałe na skutek zmian temperatury.
  • pomieszczenie poniżej musi być chronione warstwą termoizolacji odpowiedniej grubości. Musi ona dodatkowo być na tyle twarda, aby nie występowało jej zgniatanie pod wpływem obciążeń użytkowych.
  • niezbędne jest wykonstruowanie warstwy paroizolacji, blokującej możliwość wnikania pary wodnej w konstrukcję od strony pomieszczenia pod tarasem.
  • warstwa użytkowa powinna być bezpieczna w użytkowaniu (odpowiednio antypoślizgowa), estetyczna, łatwa do utrzymania w czystości, lecz odporna na czyszczenie oraz ewentualne kwaśne deszcze.
Fot. 5. Stan izolacji z lepiku po kilku zimach (fot. autor)
Fot. 5. Stan izolacji z lepiku po kilku zimach (fot. autor)

Uszczegółowienie dokumentacji projektowej w zakresie tzw. trudnych i krytycznych miejsc (dylatacje, obsadzenie barierek, uszczelnienie wpustów, itp.) jest prawie żadne, stąd późniejsze odkrywki w miejscach przecieków pokazują wykonanie detali takie jak na zdjęciach 1–4. Do tego z uporem maniaka konstruuje się „uszczelnienia” polegające na wykonaniu izolacji z lepiku (zdjęcie 5) lub papy na lepiku (jest to często zwykła papa izolacyjna na tekturze, która nie nadaje się do uszczelnień nawet przeciwwilgociowych, nie mówiąc już o przeciwwodnych, klejona lepikiem do podłoża) na której układa się tzw. szlichtę z „zaprawy cementowej” (wykonanej zazwyczaj w betoniarce, o nieokreślonym stosunku w/c i grubości nieprzekraczającej 2,5–3 cm), a wierzchnią warstwę stanowią płytki ceramiczne, precyzowane jako „mrozoodporne”, ułożone na kleju „elastycznym”. Celowo użyłem tu cudzysłowu, są to autentyczne określenia zastosowane w dokumentacji projektowej (rysunki, specyfikacja, opis techniczny). Niestety w żaden sposób na podstawie tych określeń nie da się poprawnie dobrać odpowiedniego kleju i płytek do wykonania okładziny ceramicznej na tarasie.

Pierwsze skutki bezmyślności niekiedy ujawniają się jeszcze przed wykonaniem warstw użytkowych. Dobrze obrazują to zdjęcia nr 6. Na płycie konstrukcyjnej ułożono termoizolację ze styropianu, na niej jako hydroizolację membranę dachową z tworzywa sztucznego i wykonano warstwę dociskową z wylewki cementowej. Oczywiście bez jakichkolwiek dylatacji. Aby umożliwić odprowadzenie wody w konstrukcji tarasu „obsadzono” wpusty odwadniające – taras był otoczony murkiem. Po kilku dniach od wykonania wylewka spękała (zdylatowała się sama), natomiast po niewielkich już opadach na tarasie tworzył się „basen”, po wejściu na spękaną wylewkę ze szczelin wypływała woda.

 

 

Kompletną ignorancję firmy (!!!) wykonującej ten taras (i jest to określenie bardzo łagodne w tym momencie) pokazuje zdjęcie nr 7a. Ciekawy będzie sposób połączenia izolacji pod płytkami (jeżeli ona jest w ogóle przewidziana) z tynkiem, ścianą, farbą ??? A jeżeli izolacja popdłytkowa nie miała być wykonywana, to co w takim razie zrobić z detalem pokazanym na tym zdjęciu? Jak uszczelnić styk z drzwiami? Dalszą beztroskę na tym samym tarasie pokazuje zdjęcie nr 7b. Nie dosyć, że wylewka zdylatowała się sama, to jeszcze wykonano ją bez spadków. Skutki błędów w wykonstruowaniu okapu pokazuje zdjęcie nr 8, zdjęcia nr 9 i 10 pokazują skutki błędów w wykonstruowaniu dylatacji.

Grubość warstwy termoizolacji należy tak dobrać, aby maksymalna wartość współczynnika przenikania ciepła Umax obliczana zgodnie z [1] dla pomieszczeń o temperaturze t1 > 16ºC był nie większy niż 0,30 ([2]). Jednocześnie należy obliczeniowo wyeliminować możliwość kondensacji pary wodnej, umożliwiającej rozwój grzybów pleśniowych oraz możliwość zawilgocenia wnętrza przegrody na skutek powstania płaszczyzny bądź strefy kondensacji akumulacji wewnętrznej przegrody (przy temperaturze zewnętrznej +8ºC) dla następującego układu warstw tarasu (od góry):

  • powłoka z żywicy poliuretanowej o gr. 1 mm
  • jastrych cementowy o gr. 5cm
  • warstwa rozdzielająca z papy asfaltowej
  • termoizolacja z płyt styropianowych gr. 15 cm
  • paroizolacja z papy asfaltowej
  • żelbetowa płyta konstrukcyjna gr. 20 cm
Fot. 7b. taras nad pomieszczeniem - spękania wylewki na skutek braku dylatacji i brak spadków powierzchni tarasu (fot. autor)
Fot. 7b. taras nad pomieszczeniem - spękania wylewki na skutek braku dylatacji i brak spadków powierzchni tarasu (fot. autor)
Fot. 7a. taras nad pomieszczeniem – kilka błędów w jednym miejscu – brak dylatacji obwodowej, bezmyślne wywiniecie papy na ścianę, znacznie utrudniające uszczelnienie styku wylewka – ściana, brak możliwości skutecznego uszczelnienia styku przy progu drzwiowym (fot. autor)
Fot. 7a. taras nad pomieszczeniem – kilka błędów w jednym miejscu – brak dylatacji obwodowej, bezmyślne wywiniecie papy na ścianę, znacznie utrudniające uszczelnienie styku wylewka – ściana, brak możliwości skutecznego uszczelnienia styku przy progu drzwiowym (fot. autor)
Fot. 6b. taras nad pomieszczeniem – błędy przy wykonaniu jastrychu dociskowego – brak dylatacji obwodowej oraz złe wykonstruowanie detalu uszczelnienia przy ścianie. Uniemożliwia to poprawne uszczelnienie dylatacji obwodowej (fot. autor)
Fot. 6b. taras nad pomieszczeniem – błędy przy wykonaniu jastrychu dociskowego – brak dylatacji obwodowej oraz złe wykonstruowanie detalu uszczelnienia przy ścianie. Uniemożliwia to poprawne uszczelnienie dylatacji obwodowej (fot. autor)
Fot. 6a. Taras nad pomieszczeniem – błędy przy wykonaniu jastrychu dociskowego – rezultatem jest spękanie wylewki (fot. autor)
Fot. 6a. Taras nad pomieszczeniem – błędy przy wykonaniu jastrychu dociskowego – rezultatem jest spękanie wylewki (fot. autor)
Fot. 9. Skutek błędów w wykonstruowaniu dylatacji (fot. autor)
Fot. 9. Skutek błędów w wykonstruowaniu dylatacji (fot. autor)
Fot. 8. Skutki błędów w obsadzeniu obróbek i klejeniu płytek (fot. autor)
Fot. 8. Skutki błędów w obsadzeniu obróbek i klejeniu płytek (fot. autor)

Tynk tradycyjny, wapienno-cementowy Obliczenia wykonano numerycznie programem Arcadia Termo dla normowych parametrów λ, R, μ/SD (dla powłoki z żywicy poliuretanowej μ = 7067, SD = 7,067) oraz warunków wewnątrz pomieszczenia θi = 20ºC i φi = 64% (budynek zlokalizowany w Łodzi). Już dla temperatury zewnętrznej niższej niż +8ºC w warstwach tarasu dochodzi do kondensacji pary wodnej w warstwie jastrychu i termoizolacji, nie można przyjąć, że w okresie letnim dojdzie do wyparowania wilgoci (SD dla powłoki żywicznej jest prawie 10 razy większe niż dla jastrychu).

ar9_tarasy-tab2
Tab. 2. Miesięczne strumienie kondensacji i akumulacji wewnętrznej tarasu z wykończeniem z żywicy poliuretanowej. Paroizolacja ze specjalnej żywicy epoksydowej. Opis w tekście

Tab. 2 pokazuje miesięczne strumienie kondensacji i akumulacji wewnętrznej przegrody dla temperatury zewnętrznej –1ºC, gdy na paroizolację zastosowano specjalną żywicę epoksydową (μ =117600, dla warstwy o grubości 0,5 mm SD = 58,8 m). Przy dalszym spadku temperatury, także przy zastosowaniu tego materiału jako paroizolacji dojdzie do kondensacji wilgoci w przegrodzie.

Generalnie istnieją dwa podejścia dotyczące uszczelnień tarasów ([4]) – jest to powierzchniowe lub drenażowe odprowadzenie wody. Powierzchniowy sposób odprowadzenia wody (rysunek nr 1) zakłada całkowite odprowadzenie wody opadowej po powierzchni użytkowej, np. okładzinie ceramicznej. Istotą tego rozwiązania jest niedopuszczenie do penetracji wilgoci i wody w głąb jastrychu poprzez wykonanie izolacji podpłytkowej. Wilgoć zatrzymuje się na poziomie spodu płytki. Drenażowy sposób odprowadzenia wody (rysunek nr 2) zakłada możliwość wnikania wody opadowej w warstwy wierzchnie konstrukcji tarasu. Polega na odprowadzeniu wody opadowej zarówno po powierzchni użytkowej (okładzina ceramiczna, dekoracyjne płyty chodnikowe, kostka betonowa) jak i poprzez specjalną warstwę drenującą. W rozwiązaniu tym zakłada się dwupoziomowe odprowadzenie wody – po powierzchni tarasu oraz po warstwie uszczelniającej – na skutek zastosowania pod jastrychem maty drenażowej. Uzupełnieniem systemu są przydrzwiowe kratki wpustowe oraz osłonowe profile boczne. Można tu dodatkowo wyróżnić układ tradycyjny, w którym termoizolacja chroniona jest przez hydroizolację (rysunek nr 2) oraz odwrócony, w którym hydroizolacja chroniona jest przez termoizolację.

Taras z powierzchniowym odprowadzeniem wody

Dla wariantu z powierzchniowym odprowadzeniem wody najbardziej narażona na oddziaływania termiczne jest warstwa użytkowa, tj. okładzina ceramiczna, elastyczna zaprawa uszczelniająca, klej do okładzin ceramicznych oraz warstwa jastrychu (elementy te należy rozpatrywać łącznie). Są to warunki niemal ekstremalne, na skutek zmian temperatury powstają naprężenia ścinające na styku okładzina ceramiczna – podłoże wynikające z różnicy współczynników rozszerzalności termicznej okładziny ceramicznej i podłoża. Naprężenia te muszą zostać przeniesione przez układ: elastyczna zaprawa uszczelniająca i klej do płytek, dlatego poprawne wykonstruowanie warstw użytkowych wymaga zastosowania materiałów o odpowiednich parametrach wytrzymałościowych oraz zdolnych przenieść odkształcenia wynikające z gradientów temperaturowych na powierzchni tarasu (schematyczny rozkład temperatury w przekroju tarasu nadziemnego pokazano na rysunek nr 3). Współczynniki rozszerzalności liniowej przedstawiają się następująco: płytki ceramiczne: 0,4 × 10–5 ÷ 0,8 × 10–5 [1/K], beton/zaprawa cementowa 1 × 10–5 ÷ 1,3 × 10–5 [1/K]. Dla zdylatowanego odcinka o długości 3 m i różnicy temperatur 50°C (dobowa zmiana temperatury w lecie) zmiana długości takiego odcinka jastrychu wynosi od 1,5 do 1,95 mm, natomiast dla okładzin ceramicznych w tych samych warunkach zmiana długości 3-metrowego odcinka wynosi od 0,6 do 1,2 mm, co powoduje różnicę zmian długości okładziny ceramicznej i jastrychu wynoszącą od 0,3 mm do nawet 1,35 mm. Biorąc pod uwagę roczny gradient temperaturowy (zima–lato) równy 100°C różnica zmian długości 3-metrowego odcinka okładziny w stosunku do długości jastrychu wynosi od 0,6 do 2,7 mm. Odkształcenia te (nawet 0,45 mm/mb oraz 0,9 mm/mb przy zmianie temperatury odpowiednio o 50ºC i 100ºC) musi przejąć układ: uszczelnienie podpłytkowe – klej. Stąd wynika konieczność odpowiedniego zdylatowania powierzchni. Wytyczne ITB ([5], [6]) mówią o maksymalnym rozstawie dylatacji 1,5 × 1,5 m do 2 × 2 m, natomiast niemieckie wytyczne ZDB [4] uzależniają to od rodzaju płytek, elastyczności kleju oraz lokalizacji konstrukcji i obciążeń na nią działających i podają rozstaw szczelin dylatacyjnych 2 ÷ 5m. Jednakże, zdaniem autora, przy rozstawie dylatacji większym niż 3m konieczne jest obliczeniowe sprawdzenie, czy materiał wypełniający dylatację jest w stanie przenieść zmiany jej szerokości (zmiana szerokości szczeliny dylatacyjnej nie może być większa niż zdolność zastosowanej masy do przenoszenia odkształceń). Optymalnym kształtem zdylatowanej powierzchni jest kwadrat, w innych sytuacjach należy dążyć, aby proporcje między bokami pola były do siebie zbliżone, ale nie większe niż 2:1. Dylatować należy także każdą zmianę kierunku pola. Do wypełnień dylatacji stosuje się odporne na czynniki atmosferyczne masy na bazie silikonów, poliuretanów lub wielosiarczków (tiokoli). Powinny one być klasyfikowane jako konstrukcyjne typu F wg [7]. Masa tiokolowa może alternatywnie spełniać wymogi normy [8]. Szerokość dylatacji nie powinna być mniejsza niż 8mm (zalecane 10 mm). Dylatacje jastrychu dociskowego i okładziny ceramicznej muszą się pokrywać.

Do klejenia okładzin ceramicznych stosować należy tzw. kleje elastyczne. Wg [9] sąto kleje zgodne z [10], klasyfikowane jako C2 (o przyczepności ≥ 1 MPa), których odkształcalność poprzeczną wg [11] sklasyfikowano jako S2 (kleje o wysokiej odkształcalności) lub S1 (kleje odkształcalne). W normie [10] nie ma pojęcia „elastyczność”, dlatego jest ono nadużywane przez producentów materiałów budowlanych. Przez klej elastyczny, w myśl wytycznych [9] należy rozumieć klej klasy C2 S2 lub C2 S1.

Rys nr 1. Przykład prawidłowego rozwiązania konstrukcyjnego uszczelnienia tarasu nadziemnego – wariant z uszczelnieniem podpłytkowym (tzw. zespolonym lub alternatywnym) – rys wg [4]
Rys nr 1. Przykład prawidłowego rozwiązania konstrukcyjnego uszczelnienia tarasu nadziemnego – wariant z uszczelnieniem podpłytkowym (tzw. zespolonym lub alternatywnym) – rys wg [4]

Do spoinowania należy stosować zaprawy o zmniejszonej absorpcji wody i wysokiej odporności na ścieranie, a więc klasyfikowane jako CG 2 W A lub CG 2 W wg [14]. Muszą to być zaprawy dedykowane zastosowaniom tarasowym, często są one nazywane elastycznymi. Wprawdzie norma [11] przewiduje badanie odkształcalności poprzecznej zapraw spoinujących, jednak metodologia badania jest całkowicie niekompatybilna z rzeczywistymi warunkami pracy, dlatego badań tych w praktyce się nie wykonuje. Należy tu polegać na renomie producenta zaprawy spoinującej. Szlam, taśmy uszczelniające, zaprawa klejąca, spoinująca oraz masa dylatacyjna powinna stanowić system, tzn. pochodzić od jednego producenta.

Podłożem pod uszczelnienie zespolone jest jastrych dociskowy. Do jego wykonywania zastosować można [16]:

  • jastrychy cementowe zgodne z [15], klasy minimum C20 i grubości 5cm,
  • betony klasy minimum C20/C25 zgodne z [17] o grubości 5cm

Spadek połaci tarasu powinien wynosić 1,5–2% (absolutne minimum to 1%) i być wykonstruowany przez nadanie odpowiedniego spadku płycie konstrukcyjnej lub poprzez wykonanie na niej warstwy spadkowej.

Funkcją uszczelnienia podpłytowego jest przede wszystkim uniemożliwienie wnikania wody w jastrych dociskowy (jest to jedna z podstawowych przyczyn degradacji układu pokazanego na rys. 1). Ze względu na charakter obciążeń zaleca się wykonanie wodochronnej izolacji międzywarstwowej, pomiędzy jastrychem a termoizolacją. Warstwa ta może być pominięta (wówczas zamiast niej należy w tym miejscu wykonać warstwę rozdzielającą np. z folii PE), wtedy funkcję głównej (i jedynej) izolacji przejmuje uszczelnienie podpłytkowe. Do wykonywania izolacji wodochronnej tarasu stosuje się:

  • rolowe materiały bitumiczne zgodne z [19].
  • wyroby rolowe z tworzyw sztucznych i kauczuku, zgodne z [20].

Nie dopuszcza się stosowania do izolacji miedzy warstwowej pap na osnowie tekturowej, pap niemodyfikowanych (niezależnie od osnowy), tradycyjnego lepiku oraz mas asfaltowych nie zawierających w składzie modyfikatorów polimerowych.

Dla konkretnego przypadku izolacja międzywarstwowa może być wykonana na warstwie spadkowej (lub płycie konstrukcyjnej wykonanej ze spadkiem), wówczas do jej wykonania można także stosować modyfikowane polimerami grubowarstwowe, bitumiczne masy uszczelniające (masy KMB), z ewentualną wkładką zbrojącą, grubość warstwy po wyschnięciu min. 4 mm które spełniają wymagania wytycznych [21]. Dla izolacji umiejscowionej w tym miejscu musi ona spełniać jednocześnie funkcję paroizolacji.

Do wykonania termoizolacji najczęściej stosuje się:

  • wełnę mineralną, zgodną z [22]
  • polistyren ekspandowany (styropian, EPS), zgodny z [23]
  • polistyren ekstradowany (stryrodur, XPS), zgodny z [24]
Rys nr 2. Przykład prawidłowego rozwiązania konstrukcyjnego uszczelnienia tarasu nadziemnego – wariant z drenażowym odprowadzeniem wody wg [4]
Rys nr 2. Przykład prawidłowego rozwiązania konstrukcyjnego uszczelnienia tarasu nadziemnego – wariant z drenażowym odprowadzeniem wody wg [4]
Rys nr 3. Rozkład temperatury w połaci tarasu
Rys nr 3. Rozkład temperatury w połaci tarasu

Bardzo istotne jest zastosowanie materiału o odpowiedniej wytrzymałości na obciążenia mechaniczne. Jeżeli stosuje się płyty styropianowe, ich klasa musi odpowiadać wymogom normy [25] (są płyty klasy EPS 200 lub wyższej), dla płyt z wełny mineralnej, ze względu na naprężenia ściskające lub wytrzymałość na ściskanie będzie to minimum CS(10)30.

Rodzaj materiału na paroizolację powinien wynikać bezpośrednio z obliczeń cieplno-wilgotnościowych. Należy tak dobrać parametry paroizolacji (współczynnik oporu dyfuzyjnego μ, zastępczy (porównawczy) opór dyfuzyjny SD) aby wyeliminować niebezpieczeństwo kondensacji wilgoci w warstwach tarasu.

Wyroby rolowe stosowane do wykonywania paroizolacji (papy, membrany, folie) powinny być zgodne z [26] i [27]. Doskonale sprawdzają się w tej roli papy z wkładką z folii aluminiowej. Często stosuje się też roztwory i polimerowe masy bitumiczne, w typowych sytuacjach spełniają one swoją rolę (co nie zwalnia projektanta z obowiązku wykonania obliczeń sprawdzających). Nie wolno stosować jako paroizolacji zwykłych folii z tworzyw sztucznych, analiza numeryczna pokazuje, że ich wpływ na gęstość strumienia pary wodnej jest minimalny.

Szczegóły konstrukcyjne kilku detali pokazano na rysunkach nr 4 [12].

mgr inż. Maciej Rokiel
Polskie Stowarzyszenie Mykologów Budownictwa

Pobierz PDF z artykułem : Zasady projektowania tarasów nad pomieszczeniami ogrzewanymi.