Fasada kao vanjski ovoj zgrade mora zaštititi objekt od djelovanja vanjskih utjecaja, omogućiti njegovu toplotnu zaštitu, a ujedno mu dati i dekorativnost kao izraz vremena u kojoj je građena. Kamen se kao građevinski materijal pojavljuje već tisućljećima, tradicionalno kao nosivi element, a već je u drugoj polovini 20. stoljeća prebačen kao tankoslojni element i u vanjski, fasadni dio.
Slika br. 1: Neposredno uglavljivanje kamenih ploča na nosivu konstrukciju sa bočnim utorima u okomitim i vodoravnim pukotinama. Između kamenog ovoja i osnovne – ovdje zidane nosive konstrukcije, prekrivene slojem izolacije – nalazi se zračni procjep. (gore)
Uz ovu novu ulogu kamena su se pojavile neke poteškoće koje se više ne mogu rješavati na temelju stoljetnih empirijskih iskustava kamenorezača i graditelja, već zahtijevaju interdisciplinarno stručno rješavanje kod kojega je nužno i uključivanje geologa kao poznavatelja stijena. U članku su predstavljena glavna svojstva prirodnog kamena, koja utječu na trajnost i sigurnost kamene fasade.
UVOD
Kao građevinski materijal, kamen postoji u našoj kulturi još od samih početaka. Tradicionalno se kroz stoljeća pojavljuje kao masivan oslonac nosive konstrukcije i već se u 20. stoljeću uz brzi suvremeni razvitak tehnike dobivanja, obrade, načina prijevoza i tehnika ugrađivanja počinje pojavljivati kao tanki element vanjskog fasadnog ovoja.
UGRAĐIVANJE KAMENIH PLOČA
Kod ugrađivanja tankih kamenih ploča razlikujemo dva temeljna postupka. Kod prvoga se kamen neposredno učvršćuje na nosivu konstrukciju različitim vezivima, najčešće onima od cementa. Takvo učvršćivanje je danas sa stajališta zakonitosti građevinske fizike i konstrukcijskog projektiranja po stručnjacima – zastarjelo. U drugoj polovini prošloga stoljeća i u Sloveniji se počinju sve više uvažavati takozvane prozračive ili ventilirane kamene fasade. Takva izvedba je dobila ime po procjepu za zrak, koja odvaja tanak kameni ovoj od nosive konstrukcije. Prednosti ove fasade u usporedbi sa klasično učvršćenim kamenim oblogama su brojne: radi stalnog dotoka zraka, procjepom se omogućava »disanje« objekta, a fasadna obloga je usto strukturno izolirana, što znači da je prijenos deformacija iz nosive konstrukcije na fasadu manji. Kamene fasadne ploče, obično debljine tri centimetra, učvršćuju se izravno na nosivu konstrukciju (slika br. 1) ili preko metalne podkonstrukcije (slika br. 2). U oba slučaja ima mnogo načina uglavljivanja, a mijenjaju se u skladu s inovativnim smjernicama. Između ploča su dilatacijske pukotine, koje omogućuju diferencijalno kretanje ploča radi toplinsko-higroskopskih rastezanja odnosno pomicanja nosive konstrukcije ili podkonstrukcije.
Slika br. 2: Snimka iz objekta, izgrađenoga sredinom sedemdesetih godina prošloga stoljeća, gdje su 2 centimetra debele kamene ploče učvršćene na metalnu podkonstrukciju.
FIZIKALNE I PETROGRAFSKE OSOBINE STIJENA KOJE UTJEČU NA TRAJNOST KAMENE FASADE
kamene ploče kao obloge obrađuje standard koji propisuje utvrđivanje ključnih svojstava i sistem nadzora proizvodnje. Preporuča i obavljanje nekih dodatnih pokusa, koji zasad još nisu standardizirani, kao što je određivanje osjetljivosti na savijanje ili određivanje zajedničkog toplinsko-higroskopskog rastezanja. Za čitav fasadni sklop potrebno je pribaviti tehničku suglasnost.
Petrografski sastav
Trgovački gledano, stijene često nazivamo mramorom (mekše, karbonatne stijene) i granitima (tvrđe, silikatne stijene), a petrografski ih prema njihovom postanku dijelimo u tri skupine: magmatske, sedimentne i metamorfne. Stijene su s obzirom na njihov postanak sastavljene od jednog ili više minerala, koji se međusobno razlikuju po svojim fizikalnim i kemijskim osobinama. Za odluku o tome je li neka stijena prikladna za fasadne ploče ili nije važna su prije svega dva parametra. Prvi je sadržaj nestabilnih minerala, koji u atmosferskim odnosima mogu oksidirati i izazvati mrlje na fasadnim pločama. Drugi je nehomogena tekstura stijene (slojevitost, orijentiranost), što znači da postoje ploče sa različitim fizikalnim i toplinskim mehaničkim svojstvima s obzirom na smjer opterećenja. Na svojstva stijene značajno utječe i njezina mikrostruktura, to jest veličina i stupanj kohezije među mineralnim zrncima (slika br. 3).
Slika br. 3: Snimka stijene vrsnim elektronskim mikroskopom, na kojoj su vidljive pukotine između mineralnih zrna i unutar njih.
Otpornost na savijanje
To je otpornost stijene na djelovanje sile koja djeluje pravokutno na površinu ploče. Takve napetosti nastaju radi udarne i usisne sile vjetra, kiše, udaraca, a i radi toplinskog i higroskopskog rastezanja ploče. Stijene imaju različite otpornosti na savijanje, na koje utječu brojni čimbenici, poput mineraloškog sastava, vrste dodira među zrnima, veličine i oblika zrna, nazočnosti raspuklina, homogenosti stijene, i drugog. Raspukline i nehomogenost stijene znatno smanjuju njezinu otpornost na savijanje. Kod fasadnih ploča na razdiobu napetosti pri savijanju utječe i raspored učvrsnih točaka. Ako je okomita i vodoravna udaljenost između njih jednaka, raspoređivanje napetosti pri savijanju u ploči će biti ravnomjerno, dok se kod prevelikih i pretankih ploča napetost pri savijanju koncentrira u jednoj ravnini, što na kraju može dovesti do rušenja ploče.
Čvrstoća kamene ploče u učvrsnoj točki
Podatak o ovoj čvrstoći je nužan zato, jer ta područja predstavljaju mehanički oslabljenu zonu u ploči. Bez ovog podatka ne možemo govoriti o pravilnom i sigurnom dimenzioniranju fasadne obloge.
Upijanje vode i poroznost
Upijanje vode je prije svega funkcija poroznosti (veličine, oblika i povezanosti pora) te ukazuje na sposobnost ulaženja i prijenosa tekućina kroz materijal. Prijenos vode i plinova kroz stijene omogućava djelovanje smrzavanja, kemijske i mineraloške promjene, a utječe i na rastezanje i krčenje stijene te na njezinu osjetljvost na biološku aktivnost. Upijanje vode je uvijek kritično u najnižim dijelovima fasade, gdje su ploče u neposrednom dodiru sa tlom, te na području učvrsnih točaka.
Toplinske osobine
Katastrofalna oštećenja fasada, povezana sa iskrivljavanjem kamenih fasadnih ploča, dovela su u zadnjem desetljeću do ubrzanih istraživanja toplotnih svojstava kamena. Kamena fasadna ploča je, naime, izložena brojnim ciklusima zagrijavanja i hlađenja, kod kojih može doći do razlike u temperatutri veće i od 50 stupnjeva Celziusa. Kako su odnosi zagrijavanja i izloženosti vlazi na različitim dijelovima ploče različiti, nastaju napetosti u ploči, što se iskazuje u izvijanju, ugibanju i smanjenju čvrstoće. U prošlosti je općenito vladalo mišljenje da se prije svega iskrivljavaju ploče od mramora i vapnenca. Sada se opaža da se iskrivljuju različite stijene, a i betonske ploče i aglomerirani kamen. Razvijene su dvije metode kojima je moguće predvidjeti razvitak iskrivljavanja ploča, a ponekad dobivamo i odgovor u vezi sa toplinsko-higroskopskim rastezanjem kamena pa na toj osnovi određujemo širinu dilatacijskih pukotina.
Otpornost na djelovanje smrzavanja
Kod niskih temperatura voda se zamrzava, zbog čega se njezin opseg povećava i do 9 posto. Uslijed povećanog pritiska vode na stijenku pora, stijena se raspucava, a time se smanjuje i njezina mehanička čvrstoća. Otpornost stijene na smrzavanje ovisi prije svega o vrsti poroznosti i kohezije koja vlada među zrnima u njoj.
Alenka Mauko, Ana Mladenovič
Zavod za građevinarstvo Slovenije
