Usterki wilgotnościowe lądowiska dla helikopterów

Rys. 1. Medicopter w barwach Lotniczego Pogotowia Ratunkowego

Wstęp
Budowa lądowisk dla helikopterów medycznych realizowana w ramach działań związanych z wdrażaniem Ustawy o Państwowym Ratownictwie Medycznym w części przypadków obarczona była błędami, na który bezpośredni wpływ miały jakość dokumentacji projektowej, jak również realizacja obiektów z pominięciem zasad wiedzy technicznej. Należy zauważyć, że błędy projektowe oraz wykonawcze mają bardzo istotny wpływ na docelową jakość eksploatacji obiektu budowlanego, w tym na powstawanie usterek, uszkodzeń oraz uciążliwości eksploatacyjnych [1]. Usuwanie skutków i następstw niedociągnięć oraz błędów, zarówno projektowych, jak też i wykonawczych jest zazwyczaj bardzo kosztowne, gdyż skutki tych błędów występują z reguły po zakończeniu prac wykończeniowych i rozpoczęciu eksploatacji obiektu [2].

Celem artykułu jest przedstawienie błędów projektowych oraz wykonawczych w zakresie odwodnienia płyty startowej jednego z lądowisk zewnętrznych w wyniku których w obiekcie wystąpiły poważne utrudniania eksploatacyjne, grożące czasowym wyłączeniem lądowiska z eksploatacji. W artykule przedstawiono zarówno etapowe, jak również wariantowe propozycje usunięcia występujących usterek wilgotnościowych.

Dane ogólne
Lądowisko wykonane zostało jako przestrzenna szkieletowa konstrukcja żelbetowa. Układ nośny stanowiły słupy rozmieszczone w rozstawie 7,5 × 7,5 m przekryte płytą konstrukcyjną o grubości 25 cm, określaną w dalszej części jako płyta stropowa. Płyta zrealizowana została z zastosowaniem elementów prefabrykowanych typu Filigran. Płyta stropowa lądowiska połączona była z budynkami szpitala zakrzywioną w planie estakadą o konstrukcji żelbetowej, monolitycznej i zmiennej wysokości. W poziomie przyziemia, poniżej płyty stropowej usytuowany był parking samochodowy. Wymiary zewnętrzne lądowiska wynosiły 41 × 36 m (rys. 2).

Rys. 2. Widok ogólny płyty lądowiska dla helikopterów medycznych

Odprowadzenie wód opadowych z lądowiska zaprojektowane zostało przy pomocy dwóch zamkniętych ciągów odwodnień liniowych (rys. 3 oraz rys. 4).

Na etapie realizacji lądowiska wprowadzone zostały zmiany w stosunku do rozwiązań zamieszczonych w dokumentacji projektowej. Odwodnienia liniowe zamocowane zostały w warstwie dociskowej o grubości 8 cm, wykonanej z betonu klasy B35, zwanej w dalszej części płytą lądowiska. Płyta spoczywa na warstwie folii polietylenowej, ułożonej na warstwie styroduru o grubości 5 cm. Pod styrodurem (polistyrenem ekstrudowanym) wykonano izolację przeciwwodną z dwóch warstw papy termozgrzewalnej na welonie poliestrowym.

Rys. 3. Szczegół wewnętrznego zamkniętego ciągu odwodnienia płyty lądowiska (na podstawie dokumentacji projektowej)

Ustalono, że w praktyce od chwili zakończenia prac budowlanych związanych z budową lądowiska w obszarze odwodnień liniowych występowały nieszczelności skutkujące powstawaniem przecieków widocznych od spodu płyty lądowiska. W początkowym okresie eksploatacji część korytek odwodnień liniowych, zarówno wewnętrznego, jak również zewnętrznego uległa zniszczeniu – ścięte zostały ściany boczne korytek. W celu usunięcia uszkodzeń tych korytek przeprowadzone zostały doraźne prace naprawcze, polegające na poszerzeniu do szerokości 20 mm dylatacji wzdłuż zewnętrznego zamkniętego ciągu odwodnienia liniowego. Prace te charakteryzowały się wybitnie niską jakością wykonania, a zastosowany materiał trwale plastyczny nie przylegał do powierzchni ścian bocznych odowodnień liniowych i do płyty dociskowej, umożliwiając penetrację wody opadowej przez warstwy płyty lądowiska.

Rys. 4. Szczegół zewnętrznego zamkniętego ciągu odwodnienia płyty lądowiska (na podstawie dokumentacji projektowej)

Opis usterek lądowiska
2 lata po oddaniu lądowiska do eksploatacji od spodu na jego stropie widoczne były przecieki w miejscu przeprowadzenia instalacji odprowadzającej wodę opadową z odwodnień liniowych. Intensyfikacja przecieków występowała w obszarze zewnętrznego zamkniętego ciągu odwodnień. Ponadto od spodu na dolnej powierzchni płyt stropowych widoczne były zarysowania prefabrykowanych płyt stropowych, przez które lokalnie przesiąkała woda.

Górna powierzchnia płyty lądowiska zabezpieczona została powłoką ochronną, stanowiącą warstwę wykończeniową płyty. Warstwa ochronna została wykonana również na dylatacjach płyty lądowiska, co utrudniało ocenę szerokości wykonanych dylatacji. W linii wykonanych dylatacji na powierzchni warstwy ochronnej widoczne były zarysowania w rozmiarze od włoskowatych (rys. 5) do szerokości 0,5 mm. Na powierzchni powłoki ochronnej widoczne były ślady zawilgocenia, świadczące o penetracji wód opadowych.

Rys. 5. Zarysowanie warstwy ochronnej w linii dylatacji płyty lądowiska

Ustalono, że w początkowym okresie eksploatacji część korytek odwodnień liniowych uległa zniszczeniu – ścianki boczne zostały ścięte w wyniku odkształceń płyty lądowiska. Uszkodzenia korytek skoncentrowane były wzdłuż zewnętrznego zamkniętego ciągu odwodnień liniowych. Ustalono również, że na etapie realizacji obiektu w większości przypadków wzdłuż odwodnień liniowych nie zostały wykonane szczeliny dylatacyjne, a płyta lądowiska przylegała bezpośrednio do korytek wykonanych z polimerobetonu. W chwili wystąpienia pierwszych zniszczeń korytek wykonawca wykonał szczeliny dylatacyjne, nacinając płyty lądowiska piłą diamentową bezpośrednio przy elementach odwodnień, wypełniając następnie powstałe szczeliny materiałem trwale plastycznym. W początkowym okresie nacięcia wykonane zostały na szerokości ok. 6 mm, a następnie część z tych szczelin poszerzono do szerokości ok. 20 mm (rys. 6). Wykonane wypełnienie szczelin dylatacyjnych nie przylegało szczelnie zarówno do korytek odwodnień liniowych, jak również do płyty lądowiska (rys. 7). Uszkodzone (ścięte) w początkowym okresie eksploatacji korytka zostały przez wykonawcę prowizorycznie naprawione metodą klejenia żywicą, a w miejscu uszkodzenia wykonano dodatkowe wyprofilowanie poprzez wykonanie wyoblenia (fasety).

Rys. 6. Przykład poszerzenia dylatacji wzdłuż korytka odwodnienia liniowego płyty lądowiska wraz z widocznym sposobem naprawy uszkodzonej (ściętej) ścianki korytka 

W wykonanych odkrywkach stwierdzono, że korytka odwodnień liniowych posadowione były na płycie konstrukcyjnej (stropie) lądowiska na podbudowie z „chudego” betonu klasy B10. Warstwa poślizgowa poniżej płyty lądowiska wykonana z folii polietylenowej kończyła się przy korytkach wzdłuż ich ścinek zewnętrznych, a woda przesiąkająca przez płytę odprowadzana była nie do korytek, lecz spływała po zewnętrznej stronie po ich ściankach, ok. 2 cm powyżej dna. W miejscu posadowienia korytek odwodnienia liniowego występowało zawilgocenie podbudowy z „chudego” betonu (fot. 8).

Analiza przyczyn usterek lądowiska
Na podstawie analizy dokumentacji projektowej ustalono, że układ warstw lądowiska zaprojektowany został w sposób następujący (od góry) (rys. 3 i 4): a) powłoka syntetyczna 3 mm, b) warstwa dociskowa 8 cm z betonu, zbrojona siatką o oczkach 10 × 10 cm z prętów o średnicy ∅8 mm, c) geowłóknina ochronna, d) styropian 5 cm, e) folia EPDM lub PCV, f) nadbeton spadkowy (0–15) cm, g) płyta konstrukcyjna żelbetowa 25 cm.

Rys. 7. Brak szczelności dylatacji wzdłuż korytka odwodnienia liniowego płyty lądowiska

Odwodnienie płyty lądowiska zaprojektowane zostało przy pomocy dwóch zamkniętych ciągów odwodnień liniowych – wewnętrznego, usytuowanego w odległości ok. 950 cm od krawędzi zewnętrznej lądowiska oraz zewnętrznego, zlokalizowanego bezpośrednio przy belce okapowej, na której zamocowane były bariery ochronne. Jako elementy odwodnienia zaprojektowano korytka z polimerobetonu o szerokości 16,5 cm i wysokości 10 cm (rys. 3 i 4). Szczeliny dylatacyjne zaprojektowano w grubości warstwy dociskowej (płyty lądowiska) na całej jej wysokości jako szerokości 12 mm, zabezpieczone silikonem kauczukowym. Wierzch szczeliny przewidziano do zamknięcia profilem zaślepiającym (wbijanym) (rys. 4).

Należy zauważyć, że przyjęte na etapie projektu rozwiązanie układu warstw lądowiska powinno być wariantem tzw. tarasu klasycznego lub stosowanego powszechnie dla tarasów zielonych stropodachu odwróconego [3–4]. W rzeczywistości przyjęty układ warstw był rozwiązaniem pośrednim, o nieuporządkowanym układzie warstw. 

Rys. 8. Posadowienie korytek odwodnienia liniowego płyty lądowiska zrealizowanego na warstwie zawilgoconego „chudego” betonu

W typowym rozwiązaniu tarasu klasycznego główna izolacja przeciwwodna znajduje się powyżej materiału termoizolacyjnego, a na warstwie izolacji przeciwwodnej wykonana jest warstwa poślizgowa (rys. 9). Typowy układ warstw tarsu klasycznego wygląda następująco (od góry): a) nawierzchnia mrozoodporna, b) warstwa dociskowa górna (gładź betonowa), c) warstwa poślizgowa, d) izolacja przeciwwodna, e) warstwa dociskowa dolna (gładź betonowa), f) izolacja przeciwwilgociowa (dodatkowa), g) izolacja termiczna, h) izolacja przeciwwilgociowa (podstawowa), i) konstrukcja stropu. Ponadto w przypadku tarasów klasycznych realizowanych współcześnie powszechne jest wykonywanie podpłytkowej izolacji wodochronnej. Typowe rozwiązania układu warstw tarasu klasycznego zamieszczone są w licznych, ogólnodostępnych pozycjach literatury technicznej, w tym w publikacjach Instytutu Techniki Budowlanej [5–7].

Rys. 9: Przykładowe rozwiązanie układu warstw tzw. tarasu klasycznego – na podstawie [7]

W przypadku kwalifikacji lądowiska dla helikopterów jako rozwiązania bazującego na tarasie klasycznym, w przyjętym układzie warstw lądowiska za niewłaściwe należało uznać: a) wykonanie izolacji przeciwwodnej poniżej materiału termoizolacyjnego, b) brak warstwy dociskowej dolnej z gładzi betonowej na warstwie izolacji termicznej, c) brak izolacji przeciwwodnej powyżej warstwy dociskowej dolnej oraz d) brak warstwy poślizgowej na izolacji przeciwwodnej.

Z kolei chcąc uznać lądowisko za rozwiązanie bazujące na stropodachu odwróconym, w którym główna izolacja przeciwwodna znajduje się poniżej materiału termoizolacyjnego, w przyjętym układzie warstw lądowiska za niewłaściwe należzało uznać: a) brak możliwości odprowadzenia wody przesiąkającej w miejscach nieszczelności dylatacji i spływającej po izolacji wodochronnej do wewnętrznych wpustów dachowych, b) wykonanie nawierzchni jako nieodkształcalnej warstwy z gładzi betonowej zamiast zasypki z kamienia lub warstwy płyt ułożonych na kamieniach z zastosowaniem podkładek neoprenowych.

Oględziny stanu technicznego płyty lądowiska od góry wykazały, że lądowanie helikopterów typu Eurocopter EC135 (masa startowa 2835 kg lub 2900 kg z ładunkiem zewnętrznym) w trakcie dotychczasowego użytkowania obiektu nie spowodowało żadnych uszkodzeń płyty lądowiska. Widoczne od spodu płyty przekrycia lądowiska ślady po przeciekach spowodowane były nieszczelnościami izolacji przeciwwodnej. Nie były one następstwem deformacji wywołanych odkształceniami termicznymi konstrukcji nośnej lądowiska, a powstały jako zarysowania prefabrykowanych płyt stropowych typu Filigran. Morfologia rys wskazywała, że nie były one następstwem przeciążenia konstrukcji płyty lądowiska.

Niezależnie od przyjętej błędnej koncepcji układu warstw płyty lądowiska, w zastosowanym na etapie prac projektowych rozwiązaniu istotny był fakt błędnego, zupełnie zbytecznego usytuowania geowłókniny w układzie warstw płyty lądowiska (rys. 3 i 4). Był to jeden z powodów występowania usterek wilgotnościowych w obszarze korytek odwodnień liniowych. Przesiąkająca w miejscu nieszczelności dylatacji warstwy dociskowej płyty lądowiska woda spływała w kierunku korytek po folii polietylenowej, którą zastąpiono na etapie wykonawstwa przewidzianą do zastosowania geowłókninę. Ze względu na wysokość wbudowania, folia polietylenowa usytuowana była w poziomie wierzchu dna korytek, ale ze względu na ich budowę nie było możliwości odprowadzenia wody do korytek. Woda gromadziła się wzdłuż korytek odwadniających, powodując zawilgocenia „chudego” betonu, co w połączeniu z lokalnymi nieszczelnościami izolacji przeciwwodnej powodowało powstawanie rozległych uszkodzeń wilgotnościowych, widocznych od spodu płyty lądowiska. Zmierzona wilgotność masowa Um „chudego” betonu, na którym ułożone zostały korytka z polimerobetonu wahała się od 1,5% do 4,2% – w praktyce materiał ten należało zakwalifikować jako wilgotny (dla wartości w przedziale od 1,4% do 2,0%) lub wręcz jako mokry (dla wartości w przedziale od > 3,0%).  

Niedoskonałe uszczelnienie wpustów odwodnień liniowych w miejscu połączenia z pionowymi rurami odwadniającymi dodatkowo przyczyniało się do rozszerzenia występujących usterek wilgotnościowych.

Szczeliny dylatacyjne płyty lądowiska wykonane zostały w sposób odmienny niż przewidywała to dokumentacja projektowa. Początkowo wzdłuż korytek odwadniających w ogóle nie wykonano szczelin dylatacyjnych. W ramach prac związanych z usuwaniem usterek wykonawca wzdłuż korytek zewnętrznych poszerzył od strony zewnętrznej szczeliny dylatacyjne do szerokości ok. 6 mm.  Następnie część szczelin dylatacyjnych poszerzona została lokalnie do ok. 20 mm – dotyczyło to w szczególności prac wykonanych od zewnętrznej strony zewnętrznego ciągu odwodnień liniowych. Szczeliny po stronie wewnętrznej ciągu zewnętrznego, po obu stronach korytek ciągu wewnętrznego oraz pozostałe szczeliny płyty lądowiska pozostały nieposzerzone. Wykonanych szczelin dylatacyjnych nie zabezpieczono profilami ochronnymi, jak zostało to wskazane w dokumentacji projektowej. Dotyczy to zarówno szczelin dylatacyjnych wykonanych pierwotnie, jak również poddanych reprofilacji.

Rozwiązania projektowe usunięcia usterek
Ze względów ekonomicznych zaproponowano, aby prace remontowe zostały przeprowadzone w systemie etapowym.

Etap 1, właściwy zakresowi remontu zabezpieczającego, obejmował:

1. usunięcie wypełnienia szczelin dylatacyjnych (po stronie wewnętrznej i zewnętrznej wewnętrznego oraz zewnętrznego zamkniętego ciągu powierzchniowego odwodnienia liniowego),
2. usunięcie zamontowanych korytek odwodnienia liniowego w zewnętrznym i wewnętrznym ciągu powierzchniowego odwodnienia liniowego,
3. poszerzenie poprzez nacięcie piłą diamentową szczelin dylatacyjnych wzdłuż odwodnienia liniowego (poszerzenia należało wykonać na szerokość 15 mm, a wykonane wcześniej poszerzenia szczelin oczyścić),
4. odłuszczenie wszystkich szczelin dylatacyjnych,
5. montaż nowych korytek odwodnienia liniowego, f) wypełnienie styropianem FS15 przestrzeni pomiędzy korytkami odwodnień liniowych a płytą wierzchnią lądowiska od poziomu ocieplenia ze styroduru do poziomu ok. 25 mm poniżej wierzchu płyty lądowiska,
6. ułożenie na styropianie poliuretanowego sznura dylatacyjnego o średnicy większej o ok. 2–3 mm od szerokości szczelin dylatacyjnych, co w praktyce powodowało, że należało ułożyć sznur dylatacyjny o średnicy 20 mm (dla projektowanej szczeliny dylatacyjnej o szerokości 15 mm),
7. wypełnienie szczelin przy pomocy materiału trwale plastycznego jakim są MS-polimery. Prawidłowo położony materiał trwale plastyczny powinien mieć styk tylko z dwoma pionowymi powierzchniami (krawędzią płyty lądowiska oraz krawędzią korytka odwodnienia, natomiast dolną poziomą powierzchnią powinna być górna powierzchnia sznura dylatacyjnego, do którego materiał trwale plastyczny nie ma przyczepności.

Realizacja prac remontowych w ramach Etapu 1 nie gwarantowała pełnego usunięcia możliwości powstawania przecieków przez płytę lądowiska z powodu nieusunięcia występujących ewentualnych nieszczelności izolacji przeciwwodnej oraz ze względu na nierozwiązany problem odprowadzenia wód wciekających w płytę lądowiska, spływających po warstwie poślizgowej z folii polietylenowej i przedostających się po ściankach korytek pod prefabrykaty odwodnienia.

Etap 2, właściwy zakresowi remontu kapitalnego, obejmował:

1. całkowity demontaż warstw lądowiska do poziomu wierzchu płyty konstrukcyjnej,
2. modernizację płyty stropowej oraz płyty lądowiska w zależności od przyjętego wariantu: b1) jako tarasu klasycznego lub w układzie warstw b2) stropodachu odwróconego.

Zakres prac przewidzianych do realizacji przy założeniu odtworzenia płyty lądowiska jako taras klasyczny obejmował:

Zakres prac przewidzianych do realizacji przy założeniu odtworzenia płyty lądowiska jako stropodach odwrócony obejmował:

Wnioski
Bezpośrednimi przyczynami usterek płyty lądowiska dla helikopterów były błędy wykonawcze oraz projektowe. Do błędów wykonawczych zaliczyć należy brak wykonania w okresie realizacji szczelin dylatacyjnych wzdłuż wszystkich krawędzi zamkniętych ciągów odwodnień liniowych (wewnętrznego oraz zewnętrznego), wykonanie w części środkowej lądowiska szczelin dylatacyjnych o szerokości zmniejszonej w stosunku do rozwiązania zamieszczonego w dokumentacji projektowej oraz brak zabezpieczenia wykonanych szczelin dylatacyjnych w sposób określony w dokumentacji projektowej. Do niedociągnięć projektowych zaliczyć należy przyjęcie układu warstw, w którym nie było możliwe odprowadzenie wody przesiąkającej w miejscach nieszczelności dylatacji i odprowadzenie jej do korytek odwodnienia liniowego. Widoczne od spodu płyty stropowej przekrycia lądowiska ślady po przeciekach spowodowane były nieszczelnościami izolacji przeciwwodnej. Całkowite usunięcie przyczyn powstających usterek wilgotnościowych wymagało przeprowadzenia remontu kapitalnego związanego z całkowitym demontażem istniejącego układu warstw i jego odtworzeniem jako tarasu klasycznego lub stropodachu odwróconego.

Literatura
1. Mitzel A., Stachurski W., Suwalski J.: Awarie konstrukcji betonowych i murowych. Arkady, 1982.
2. Masłowski E., Spiżewska D.: Wzmacnianie konstrukcji budowlanych. Arkady, 2000.
3. Borodzicz M., Fiszer P., Gogol B., Wdowiak A.: Wytyczne do projektowania i wykonania dachów z izolacją przeciwwodną – wytyczne dachów płaskich. DAFA, 2009.
4. Francke B.: Izolacje wodochronne tarasów i balkonów. Projektowanie i wykonywanie. Wydawnictwo Instytutu Techniki Budowlanej, 2012.
5. Instrukcja ITB nr 344/97: Zabezpieczenia wodochronne tarasów. Dobór materiałów          i technologia wykonania. Wydawnictwo Instytutu Techniki Budowlanej, 1997.
6. Instrukcja ITB nr 404/2005: Warunki techniczne wykonania i odbioru robót budowlanych. Izolacje wodochronne tarasów. Wydawnictwo Instytutu Techniki Budowlanej, 2005.
7. Instrukcja ITB nr 344/2007: Zabezpieczania wodochronne tarasów i balkonów. Wydawnictwo Instytutu Techniki Budowlanej, 2007.


prof. dr hab inż. Krzysztof Wilde
dr hab. inż. Maciej Niedostatkiewicz
Politechnika Gdańska
Wydział Inżynierii Lądowej
i Środowiska