Zděné stavby na povodňovém území (4. část)

6.2 Zatížení svislým vztlakem vody z povodňové vlny

Veškeré podzemní i nadzemní konstrukce, které se nacházejí pod úrovní hladiny povodňové vlny, musí být posouzeny na vyplavení vodou o výšce hladiny povodňové vlny. Musí být splněna podmínka:

G > 1,3 Fvztlak

(6.1)
[kN]

kde je

Gcelková tíha posuzované konstrukce [kN] (normová hodnota stálého zatížení, stanovená podle ČSN EN 1991-1-1 [12]),
Fvztlakvýsledná vztlaková síla [kN], která se vypočte ze vztahu:

Fvztlak = 10 Vpon.

(6.2)
[kN]

kde je

Vpon.celkový objem ponořené části konstrukce [m3]

U stávajících objektů se rovněž provede posouzení z hlediska vztlaku vody. V případě negativního výsledku se navrhnou, pokud je to z technického hlediska možné a ekonomicky přijatelné, úpravy příslušných konstrukcí (např. jejich přitížení, ukotvení či spřažení s ostatními konstrukcemi, apod.).

6.3 Zatížení hydrostatickým tlakem vodního sloupce o hloubce povodňové vlny h [m]

Hydrostatický tlak pst [Pa] narůstá lineárně s hloubkou vody a působí kolmo k povrchu zatížené konstrukce. Velikost hydrostatického tlaku v hloubce H [m] pod hladinou vody vypočteme ze vztahu:

pst = ρ ‧ g ‧ H

(6.3)
[Pa]

kde je

ρměrná hmotnost vody [kg.m−3] (1 000 kg.m−3),
gtíhové zrychlení [m.s−2] (uvažujeme g ≅ 10 m.s−2),
Hhloubka pod hladinou vody [m].

Problémem zde může být určení hloubky H [m], která je dána součtem hloubky hladiny povodňové vlny h [m] a hloubky vymílání (denudační schopnosti) vodního toku hv [m], jež by měla být stanovena v rámci geologického průzkumu, případně také na základě archivních záznamů správce příslušného vodního toku z dřívějších záplav. Hloubka vymílání (denudační schopnost) vodního toku může totiž v určitých případech dosahovat značných hodnot. Tedy:

H = h + hv

(6.4)
[m]

Pokud nebude hloubka vymílání hv [m] známa, je možno pouze u objektů pozemních staveb, v případě malých hloubek hladiny povodňové vlny h [m] (do 2 m) a malých rychlostí povodňové vlny v [m.s−1] (do 2 m.s−1), zvětšit působící výšku hladiny povodňové vlny h [m] o 20 % (viz obr. 6.1). Tedy:

H = h + 0,2h

(6.5)
[m]

Obr. 6.1: Princip výpočtu zatížení hydrostatickým tlakem vodního sloupce o výšce povodňové vlny h [m]

Obr. 6.2: Ukázka působení vodního sloupce na obvodovou zeď hydrostatickým tlakem

Ukázka působení vodního sloupce na obvodovou zeď hydrostatickým tlakem je znázorněna na obr. 6.2.

6.4 Zatížení dynamickým tlakem vody z povodňové vlny o výšce h [m] a rychlosti w [m.s−1]

Hydrodynamický tlak vody pdv,kolmý [Pa] na stěnu orientovanou kolmo ke směru povodňové vlny určíme ze vztahu:

pdv,kolmý = 

w2 ‧ ρ
2

(6.6)
[Pa]

kde je

ρměrná hmotnost vody [kg.m−3] (1 000 kg.m−3),
wrychlost povodňové vlny [m.s−1].

V případě stěn orientovaných ke směru povodňové vlny šikmo pod úhlem α pak rovnoběžnou a kolmou složku vektoru rychlosti povodňové vlny w vzhledem k posuzované stěně vypočteme ze vztahů:

wkolmé = w ‧ sin α

(6.7)
[m.s−1]

wrovn. = w ‧ cos α

(6.8)
[m.s−1]

kde je

αúhel [°], který svírá směr povodňové vlny s posuzovanou stěnou (viz obr. 6.3)

Obr. 6.3: Rozklad vektoru rychlosti povodňové vlny w do kolmého a rovnoběžného směru vzhledem k posuzované stěně

Hydrodynamický tlak vody pdv,kolmý [Pa] na stěnu orientovanou ke směru povodňové vlny šikmo pod úhlem α [°] vypočteme na základě kolmé složky rychlosti wkolmé [m.s−1] – viz (6.7), ze vztahu:

pdv,kolmý = 

w2 ‧ ρ
2

 ‧ sin2 α

(6.9)
[Pa]

Hydrodynamický tlak vody pdv,rovn. [Pa] vyvozený rovnoběžnou složkou wrovn. [m.s−1] – viz (6.8), určíme analogicky ze vztahu:

pdv,rovn. = 

w2 ‧ ρ
2

 ‧ cos2 α

(6.10)
[Pa]

Příslušné dynamické tlaky pdv [Pa], vyvozené uvedenými složkami rychlosti, se u jednotlivých stěn objektu uplatní v závislosti na jeho půdorysném tvaru (viz obr. 6.4).

Obr. 6.4: Příklad působení kolmé a rovnoběžné složky rychlosti (resp. dynamických tlaků jimi vyvozených) na obvodové stěny objektu

U nově navrhovaných objektů se provede návrh obvodových stěn na celkovou hodnotu tlaku vody pc [Pa], která je dána součtem statického a dynamického tlaku, tedy:

pc = pst + pdv

(6.11)
[Pa]

U stávajících objektů se rovněž provede posouzení na uvedenou hodnotu pc. V negativním případě se navrhnou a provedou úpravy, které zvýší odolnost předmětných obvodových konstrukcí, které se nacházejí pod úrovní hladiny povodňové vlny, proti smykovému a ohybovému namáhání zapříčiněnému hydrostatickým tlakem. To je možno řešit:

Přizděním sloupů či pilířů k obvodovým stěnám. Sloupy a pilíře je nutno řádně zavázat do kapes a uklínovat v místech návaznosti na stropní konstrukce). Přizdění sloupů a pilířů se provede v podlažích, která se nacházejí pod úrovní hladiny povodňové vlny (zpravidla suterén a 1. nadzemní podlaží). V důsledku této úpravy dojde ke zvýšení momentu setrvačnosti obvodových stěn a tím i jejich ohybové a smykové tuhosti.
Dodatečným vložením ztužujících stěn do příslušných míst v podlažích, která se nacházejí pod úrovní hladiny povodňové vlny, čímž dojde ke zvýšení celkové prostorové tuhosti těchto podlaží.
Kombinací uvedených způsobů.

Uvedené úpravy je možno provést, samozřejmě, také za účelem eliminace zatížení dynamickým účinkem plovoucího předmětu pdp [Pa] – viz kap. 6.5.

6.5 Zatížení dynamickým účinkem plovoucího předmětu pdp [Pa] o hmotnosti m [kg], unášeného vodou z povodňové vlny rychlostí w [m.s−1]

Účinky nárazu břemene unášeného povodňovou vlnou je nutno idealizovat, a to nárazem dřevěného kmene o délce 10 m (s objemovou hmotností dřeva ρ = 700 kg.m−3), plovoucího na hladině rychlostí povodňové vlny w [m.s−1] a o průměru d [m], který určíme ze vztahu:

d = 2(h − 0,2) s omezením max. 400 mm

(6.12)
[m]

kde je

hhloubka hladiny povodňové vlny [m].

Náraz dřevěného kmene na stavební konstrukci (např. na stěnu po obvodě podepřenou) je možno považovat za nepružný ráz. To proto, že po nárazu nedojde k deformaci posuzované konstrukce ani dřevěného kmene. Sílu F [kN] vyvozenou nárazem dřevěného kmene na překážku (např. cihelnou či betonovou stěnu) vypočteme ze vztahu:

F = m ‧ 

w
t

(6.13)
[N]

kde je

wrychlost povodňové vlny [m.s−1],
mhmotnost kmene [kg],
tdoba trvání nárazu [s].

Určitým problémem je zde stanovení doby trvání nárazu t [s]. To proto, že tato může nabývat různých hodnot a zavedení konkrétní hodnoty do výpočtu zásadním způsobem ovlivňuje hodnotu síly F [N]. Výpočet bude zřejmě dostatečně spolehlivý, pokud se hodnota t [s] dosadí v rozmezí 0,1 ÷ 0,5 s. Pro upřesnění by bylo třeba provést experimentální měření.

Pokud nelze zajistit konstrukce objektu na dynamické účinky nárazu plovoucího předmětu, je nutno zvážit možnost zřízení poddajného oplocení z drátěného pletiva, popřípadě jiné zábrany, a to pokud možno šikmo ke směru rychlosti povodňové vlny w [m.s−1]. Případné poškození zábrany je možno připustit.

S ohledem na zpravidla vysoké hodnoty těchto dynamických účinků a tím i nároky na dimenzování konstrukcí objektu, jenž bude vyžadovat také vysoké finanční náklady, je nutno vždy řádně zvážit skutečnou možnost či pravděpodobnost nárazu plovoucího předmětu do obvodové konstrukce objektu pozemního charakteru, mostního pilíře apod.

Cyklus článků byl vypracován převážně na základě literatury (13) s přepracováním dle námětů recenzenta TZB-info.

7. Literatura

Vyhláška č. 268/2009 Sb. o technických požadavcích na stavby.
Vyhláška č. 146/2024 Sb. o požadavcích na výstavbu.
ČSN 73 0039 Navrhování objektů na poddolovaném území (2015).
ČSN 73 1101 Navrhování zděných konstrukcí (1980).
ČSN P 73 0600 Hydroizolace staveb – Základní ustanovení (2000).
ČSN P 73 0606 Hydroizolace staveb – Povlakové hydroizolace – Základní ustanovení (2000).
ČSN P 73 0610 Hydroizolace staveb – Sanace vlhkého zdiva – Základní ustanovení (2000).
Balík, M. a kol.: Odvlhčování staveb. Grada Publishing, a. s., Praha, 2005. ISBN 80-247-0765-9.
Loukotka, J.: Vývoj vlhkosti zdiva v některých povodněmi postižených objektech v Českých Budějovicích, oblasti Havlíčkova kolonie. Článek v časopise Tepelná ochrana budov, č. 2/2003.
Solař, J.: Stavby v povodňových územích. Časopis Tepelná ochrana budov č. 2/2003.
Směrnice WTA 2-9-04/D Sanační omítkové sysy. Český překlad WTA CZ Praha (2007).
Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 1-1: Obecná zatížení – Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb (2004).
Solař, J.: Poruchy a rekonstrukce zděných staveb. 2. aktualizované vydání. Grada Publishing, a. s., Praha, 2024. ISBN 978-80-271-5348-8.