Aula Maxima Slovenskej poľnohospodárskej univerzity (SPU) v Nitre je najatraktívnejšia budova areálu, ktorý bol vyhlásený za národnú kultúrnu pamiatku. Významné architektonické dielo je držiteľom viacerých významných ocenení. V roku 2001 bola vyhlásená ako Stavba storočia v kategórii občianske stavby. Vzhľadom na poruchy kupoly auly, najmä v dôsledku priesakov dažďovej vody, bolo potrebné overiť únosnosť a zostatkovú životnosť nosnej železobetónovej konštrukcie pred realizáciou nového strešného plášťa. S cieľom zistiť aktuálny stav nosnej konštrukcie kupoly bola urobená diagnostika a statické overenie rozhodujúcich nosných prvkov.

 Areál bývalej Vysokej školy poľnohospodárskej v Nitre je komplex, ktorý navrhol Vladimír Dedeček s Rudolfom Miňovským z bratislavského Stavoprojektu. Celý areál významne ovplyvnil vzhľad mesta. Dominantou komplexu je šošovkovitá Aula Maxima SPU (obr. 1), ktorá tvorí reprezentačný priestor a hlavný vstup do areálu univerzity. Celý areál SPU je zaradený do kultúrneho dedičstva Slovenska a v roku 2014 Pamiatkový úrad Slovenskej republiky vyhlásil areál SPU za národnú kultúrnu pamiatku. Aula zastrešená železobetónovou kupolou s priemerom 36 m a vzopätím 6 m bola dokončená v roku 1966. Konštrukcia auly je zaujímavá nielen z architektonického, ale aj zo statického hľadiska. Zodpovedným projektantom statiky bol Ľudovít Farkaš z KPÚ pre bytovú a občiansku výstavbu Bratislava. Aula má kapacitu 628 miest [1]. 

Nosná konštrukcia kupoly je vytvorená z monolitických železobetónových diagonálnych a rovnobežkových rebierok a nadbetónovej škrupiny hrúbky 30 mm, vystuženej prútmi Ø 5 mm s osovou vzdialenosťou 200 x 200 mm. Priestorová sieť diagonálnych a rovnobežkových rebierok premennej výšky (od 205 do 278 mm) a šírky (od 70 do 100 mm) vytvára hviezdicovitý plastický podhľad, ktorý je v interiéri vizuálne priznaný (obr. 2).

Na betonáž rebierok sa použili prefabrikované sférické trojuholníkové dielce strateného debnenia z armocementu s hrúbkou stien 20 mm (obr. 3). Zaťaženie kupoly do pilierov v tvare V sa prenáša kruhovým pätným vencom, voľne uloženým na 24 ložiskách na kruhovom venci podpornej konštrukcie (obrátenej kupole). Všetky železobetónové nosné prvky auly sú podľa projektu zhotovené z betónu B 250, ktorý podľa STN ISO 13822 [2] zodpovedá pevnostnej triede C16/20. Realizovaná skladba strešného plášťa bola zisťovaná v sondách kupoly. Vzhľadom na zatekanie zrážkovej vody bol v minulosti strešný plášť dodatočne oplechovaný. 

Postup diagnostiky

Na overenie stavu betónu a betonárskej výstuže nosných prvkov kupoly boli na hornom povrchu kupoly urobené sondy rozmerov 600 x 600 mm (obr. 4), štyri v miestach pätného venca kupoly a štyri v miestach diagonálnych rebier. V miestach sond boli odstránené ochranné a izolačné strešné vrstvy, ktoré vykazovali vysoký stupeň nasýtenia vlhkosťou.

V každej sonde boli urobené tieto merania:

poloha betonárskej výstuže, hrúbka betónovej krycej vrstvy, pevnosť betónu v tlaku, karbonatácia betónu.

STANOVENIE pevnosti BETÓNU

Overenie pevnosti betónu v tlaku bolo realizované nedeštruktívnou skúškou Schmidtovým tvrdomerom typu N/NR vo všetkých sondách. Povrch betónu bol pred skúškou obrúsený a očistený. Vyhodnotenie skúšok bolo urobené podľa STN 73 1373 [4] s použitím kalibračných vzťahov na stanovenie pevnosti betónu na kockách s hranou 150 mm. Výsledky preukázali, že betón kupoly dosahuje pevnosť zodpovedajúcu triede B 30 (C25/30), čo prevyšuje projektovanú pevnosť triedy B 250 (C16/20).

overovanie výstuže kupoly

Nosná železobetónová konštrukcia kupoly je vystužená betonárskou výstužou z ocele 10603 (R40) vyrábanej v rokoch 1960 až 1970. Charakteristická hodnota pevnosť výstuže R40 je 400 MPa, výpočtová 330 MPa. Výstuž pätného a lucernového venca je podľa technickej správy stykovaná presahom, zatiaľ čo výstuž rebierok je zváraná. Strmienky z rebierok siahajú do nadbetónovanej škrupiny hrúbky 30 mm. Nadbetónovaná škrupina je vystužená bližšie nedefinovanou oceľovou sieťovinou [5].

Na overenie stavu korózie výstuže bola zisťovaná hĺbka karbonatácie betónu pomocou acidobázického indikátora podľa STN EN 14630 [6] – 2 % roztok fenolftaleínu v etylalkohole. Pre zistenie hĺbky karbonatácie bola v sondách odstránená 2 až 4 mm vrstva betónu. Po nanesení roztoku na čerstvo obnaženú plochu betónu bolo pozorované fialovočervené zafarbenie indikátora (obr. 5), čo znamená pH > 9,5. Hodnota pH pórového roztoku ≥ 10 znamená, že oceľová výstuž je v betóne chránená pred koróziou. Z meraní karbonatácie betónu bolo zistené, že hĺbka karbonatácie betónu po 54 rokoch je menšia ako 2 až 4 mm. Keďže hrúbka betónovej krycej vrstvy výstuže je 15 až 25 mm, možno konštatovať, že oceľová výstuž kupoly pri hornom povrchu je chránená vysokou alkalitou betónu a počas plánovanej zvyškovej životnosti kupoly by sa nemala výraznejšie prejaviť korózia výstuže.

V interiéry auly, kde je suché prostredie, postupuje karbonatácia betónu rýchlejšie, a preto je nutné predpokladať, že dosiahla úroveň dolnej výstuže rebierok. Vlhkosť betónu 60 až 70 % relatívnej vlhkosti interiérového prostredia neumožňuje koróziu výstuže. Nízka vlhkosť prostredia v interiéri tak napriek karbonatácii betónu v úrovni výstuže bráni korózii oceľovej výstuže. Výnimkou sú miesta nosnej konštrukcie, ktoré sú v styku so zatekajúcou zrážkovou vodou (obr. 6). Z toho dôvodu je potrebné čo najskôr zabrániť zatekaniu zrážkovej vody k nosným prvkom kupoly auly.

Posúdenie zvyškovej životnosti kupoly

Potenciálna životnosť železobetónovej konštrukcie kupoly závisí v značnej miere od degradácie základných materiálov – betónu a výstuže – v dôsledku interaktívneho pôsobenia statických účinkov zaťaženia, fyzikálnych a chemických účinkov prostredia a atmosférických podmienok. Predmetom hodnotenia sú nosné materiály kupoly: betón a v ňom zabudovaná oceľová betonárska výstuž. Oba materiály sú vystavené obklopujúcemu prostrediu od dokončenia auly v roku 1966, t. j. 54 rokov prevádzky. Keďže vonkajšie ani vnútorné prostredie auly nevyvoláva akcelerovanú koróziu betónu, treba sa pri posúdení zvyškovej životnosti kupoly sústrediť na priebeh korózie betonárskej výstuže, ktorá môže významne vplývať na spoľahlivosť kupoly z hľadiska medzných stavov únosnosti, používateľnosti i trvanlivosti.

Na základe skutočnosti, že hrúbka betónovej krycej vrstvy výstuže sa pohybuje od 15 do 25 mm a hĺbka karbonatácie betónu po 54 rokoch prevádzky auly je 2 až 4 mm, je oprávnené predpokladať, že na hornom povrchu železobetónovej kupoly neprebieha korózia výstuže. Z obr. 7 je zrejmé, že karbonatácia betónu kupoly aj po 100 rokoch prevádzky bude menšia ako minimálna hrúbka betónovej krycej vrstvy výstuže (15 mm) pri hornom povrchu kupoly, t. j. korózia tejto výstuže je nepravdepodobná.

Z interiérovej strany v suchom prostredí auly treba predpokladať, že karbonatácia betónu dosiahla povrch výstuže pri dolnom povrchu kupoly. Koróziou výstuže sú ohrozené prvky nosnej konštrukcie v miestach, kde zateká zrážková voda.

Za predpokladu kvalitného návrhu a realizácie nového strešného plášťa by sa v budúcnosti výstuž pri hornom aj dolnom povrchu nemala dostať do aktívneho štádia korózie ocele.

Závery

Výsledky diagnostiky preukázali, že nosné prvky kupoly po 54 rokoch prevádzky spĺňajú predpoklady STN ISO 13822 [2], ktorá v kap. 8, ods. 8.1 uvádza, že konštrukcie navrhnuté a zhotovené podľa noriem platných v minulosti možno považovať za bezpečné pri pôsobení zaťažení okrem mimoriadnych zaťažení (vrátane seizmických zaťažení). Diagnostika kupoly potvrdila tieto predpoklady:

neboli zistené známky významného poškodenia, preťaženia alebo degradácie nosných prvkov,

bol posúdený konštrukčný systém vrátane rozhodujúcich detailov a ich overenie z hľadiska prenosu namáhania,

pri uvážení súčasného stavu degradácia betónu a výstuže a plánovanej výmeny strešného plášťa bude zabezpečená požadovaná trvanlivosť,

nový strešný plášť nezvýši zaťaženie konštrukcie kupoly.

Výstuž na hornom povrchu kupoly je dlhodobo chránená vysokou alkalitou betónu. Počas ďalších 50 rokov prevádzky karbonatácia nedosiahne úroveň výstuže pri hornom povrchu (obr. 7). Z hľadiska korózie výstuže je problematická výstuž v interiéri auly v miestach, kde presakuje zrážková voda. Ak izolačné vrstvy nového strešného plášťa budú vodotesné, korózia výstuže v interiéri auly sa zastaví.

Poďakovanie

Tento príspevok vznikol s podporou výskumného projektu VEGA č. 1/0645/20 Navrhovanie a zosilňovanie betónových konštrukcií na trvanlivosť.

Literatúra

[1]    https://www.uniag.sk

[2]   STN ISO 13822 Zásady navrhovania konštrukcií. Hodnotenie existujúcich konštrukcií. Apríl 2012

[3]   Milan Bielek a Peter Špička: Konštrukcie pozemných stavieb II Pomôcka pre cvičenia – 1. diel, Slovenská vysoká škola technická v Bratislave, Bratislava, 1965, 208 strán

[4]   STN 73 1373 Tvrdoměrné metody zkoušení betonu. 12. 1981

[5]   Projektová dokumentácia VŠP – Pavilón PA – Aula: Projektový ústav pre výstavbu mesta Bratislavy, Krajský projektový ústav pre bytovú a občiansku výstavbu Bratislava, 1961 – 1963 (nekompletné)

[6]   Výrobky a systémy na ochranu a opravu betónových konštrukcií. Skúšobné metódy. Skúšanie hĺbky karbonatizácie v zatvrdnutom betóne fenolftaleínovou metódou. 1. 2. 2007

Katedra betónových konštrukcií a mostov, Stavebná fakulta, STU Bratislava

www.svf.stuba.sk