Kombinace vytažení a porušení betonu lepených kotev: Komplexní přehled

Pevné ukotvení představuje základ každé stavební konstrukce. Správně zvolená kotva do betonu rozhoduje o bezpečnosti a dlouhodobé stabilitě vašeho projektu. Lepené kotvy mají široké pásmo použití. Jejich únosnost a spolehlivost styčníku při použití dodatečně lepených kotev je dána několika faktory. Porušení jednotlivých lepených kotev může nastat různými způsoby, při použití skupiny kotev dochází navíc často k vytržení části betonu, společné pro více kotev.

Oblast použití lepených kotev a typy porušení

Lepené kotvy jsou stále častěji využívány v moderních železobetonových konstrukcích, kde doplňkové, nejčastěji ocelové konstrukce, jsou připojovány pomocí dodatečně umisťovaných kotevních trnů. Jde například o sloupky svodidel, kotvení ocelových sloupů k železobetonovým základům, nebo upevnění kolejnic. Tento přístup zjednodušuje výrobní proces ve srovnání s umisťováním kotevních prvků do bednění před betonáží.

Do betonového povrchu se vyvrtá o několik mm větší otvor (dáno typem kotvy a jejím průměrem). Lepicí směs je zpravidla na bázi epoxidu, polyesteru, polyuretanu, vinylesteru nebo vinyluretanu. Doba tuhnutí zpravidla nepřesahuje 24 hodin. Po zatvrdnutí lze kotvu plně zatížit. Svým chováním potom připomíná předem zabetonované kotvy, je schopna přenášet do určité výše statická i dynamická zatížení v libovolném směru.

Porušení vytržením kužele betonu, resp. při zatěžování skupiny kotev, často dochází k vytržení větší části betonu společného pro všechny kotvy. Únosnost styčníku bývá vyčerpána z důvodu porušení betonu. Vlivem symetricky zvoleného umístění styčníku však nemusí dojít k vytržení kužele betonu, čemuž může zabránit třmínková výztuž železobetonového sloupu.

Metodický a koncepční přístup k výzkumu

Realizovaný výzkum se zaměřuje na pozorování vlivu geometrie čelní desky na únosnost spoje. Únosnost a spolehlivost styčníku při použití dodatečně lepených kotev je dána několika faktory, včetně pevnosti materiálu prvku, do kterého se kotví; vzdáleností mezi sousedními kotvami; vzdáleností k volným hranám konstrukčního dílce; a stavem namáhání podkladu kotvy. Mezi možné poruchy patří koroze poškozených kotvících prvků, příliš malá pevnost kotevního podkladu, malá hloubka kotvení, příliš vysoký rozpěrný tlak, nebo vadná montáž.

Čtěte také: Výběr stropního svítidla

Experimenty

Pro experimenty byl použit železobetonový sloup o rozměrech 450 × 450 × 1 000 mm, do kterého byly vyvrtány otvory o průměru d = 18 mm a délce 130 mm. Otvory byly pečlivě vyčištěny tlakovým vzduchem a kartáčem. Následně byly vyplněny do 2/3 hloubky lepící hmotou (HILTI HIT-RE 500) a osazeny kotvami z pozinkované závitové tyče o průměru 16 mm, třídy pevnosti 8.8. Doba mezi osazením kotev a laboratorními zkouškami byla 4 dny, přičemž minimální doba tvrdnutí stanovená výrobcem pro dané podmínky byla méně než 24 hodin.

Na ocelové kotvy byla osazena konzola tvořená profilem IPE180 délky 1,3 m s přivařenou čelní deskou tloušťky 25 mm. Každá konzola byla připevněna pomocí čtyř kotev. Ocelový IPE profil je z oceli S235 a beton je třídy C20/25.

Postup prací a metodika jejich provedení

Zkušební těleso bylo instalováno do zkušební stolice, kde bylo shora zatěžováno konstantní vertikální silou 70 kN pomocí hydraulického lisu, simulující zatížení osovou silou v reálné konstrukci. Zatěžování volného konce konzoly bylo vnášeno přes instalovanou hlavici, rameno síly bylo zvětšeno na 1,4 m.

Byl sledován zdvih volného konce konzoly, síla vnášená na volný konec konzoly, hodnota síly v hlavě sloupu, velikost sil v nejvíce namáhaných kotvách a odklon čelní desky při jejím spodním okraji. Data byla snímána pomocí měřicí ústředny HBM SPIDER 8. Pro vyvolání zatěžovacích sil byly použity dva hydraulické válce KGF U 25-150. Vnesená síla byla měřena tenzometrickými siloměry CSP-M-25t-C3. Zdvih byl snímán potenciometrickým snímačem dráhy WA-100 a pro měření odklonu čelní desky byl využit potenciometrický snímač dráhy WA-10. Síla na tažených kotvách K1 a K2 byla sledována siloměrnými kruhy KMR 200.

Výsledky řešení

Na všech šesti zkoušených sloupech došlo k výrazným trhlinám vycházejícím z nejvíce namáhaných kotev. Z důvodu rozmístění výztuže sloupu nedošlo k úplnému vytržení kužele betonu. Přesto došlo k vyčerpání únosnosti betonu.

Čtěte také: Průvodce kombinací štěrku a kůry pro vaši zahradu

Únosnost styčníku byla vyčerpána z důvodu porušení betonu. Tomu bylo zabráněno třmínkovou výztuží železobetonového sloupu. Sílu v ocelových kotvách lze považovat za mezní stav únosnosti zkoumaného přípoje. Po dosažení mezního stavu únosnosti bylo pokračováno se zdvihem hydraulického válce, přesto se vnášená síla ani síly v kotvách nezvětšovaly. Docházelo pouze k narůstajícímu zdvihu volného konce konzoly a odklonu čelní desky od líce sloupu.

Spolehlivost, životnost a poruchy kotev

Kotvení musí být spolehlivé po celou dobu své životnosti. Spolehlivost spoje je přímo úměrná pevnosti a kvalitě základního materiálu. Důležité aspekty při výběru a instalaci kotev zahrnují minimální tloušťku betonu, průměr kotvy v závislosti na hmotnosti předmětu, a zamezení dotyku pracovního konce kotvy s dnem betonu. Je důležité vyhnout se armování při kotvení do betonu s armaturou.

Dynamické zatížení a jeho vliv

Dynamické zatížení je zatížení, které je v neustálém pohybu, např. od ventilátoru, dopravního pásu, robota nebo značky ve větru. Většina ocelových kotev pracuje na principu tření. Pokud jsou dynamicky namáhány, dochází postupně ke zmenšování třecí síly a může dojít k úplnému selhání kotvy. Obecně platí, že ocelové kotvy jsou navrženy tak, aby se dostaly do díry v betonu a zpět již ne.

Problémy s kvalitou provedení

Některé vady chybného provedení kotev lze zjistit vizuální prohlídkou, např. stopy po odřezání části kotvy nebo protáčení kotvy v ukotvení. Tyto nedostatky výrazně ohrožují stabilitu kotvených konstrukcí a bezpečnost provozu.

Návrh kotev do betonu, zejména pak kotev chemických, musí zajišťovat vždy zodpovědný projektant. Přitom musí brát v úvahu návrhová zatížení a požadovanou únosnost kotev. Ta závisí ve velké míře na hloubce ukotvení. Nezanedbatelnou roli však hrají i ostatní podmínky kotvení, jako je kvalita betonu, do kterého je kotva umisťována, dále kvalita lepícího tmele a v neposlední řadě dodržování technologie při osazování. Výsledná únosnost pak závisí i na zkušenostech a odpovědnosti firmy, která kotvení provádí. Ta by měla dohlédnout, aby otvory před kotvením byly náležitě dočištěny, aby byla dostatečná vzdálenost kotevního otvoru od okraje konstrukce i mezi otvory navzájem, aby byla garantována hloubka vývrtu, a aby byly vhodné atmosférické podmínky při osazování kotev.

Čtěte také: praktická a elegantní kombinace dlažby a mlatu

Diagnostika kotevních systémů in-situ

Příspěvek je zaměřen na možnosti provádění kontroly kotevních systémů in-situ z pohledu kvality provedení. Článek popisuje možnosti diagnostiky kotevní hloubky pomocí nedestruktivních zkoušek, jakož i polní zatěžovací zkoušky pro ověření skutečné osové únosnosti kotvy nebo kotveného celku.

Ultrazvuková impulsní metoda

Na Ústavu stavebního zkušebnictví Fakulty stavební VUT v Brně byla zkoumána ultrazvuková impulsní metoda, která se pro měření délky zabetonovaných kotev ukázala jako vhodná. Měření je realizováno pomocí impulsní odrazové metody, kdy přístroj vysílá a přijímá impulzy, které se odrážejí od protější roviny geometrického útvaru. Přístroj měří čas, za který se odražený impulz (echo) vrátí zpět do vysílače.

Cílem nedestruktivní ultrazvukové kontroly kotevních šroubů je ověřit jejich celkovou délku a na základě jejich přesahu přes úroveň železobetonové konstrukce římsy zjistit jejich skutečné zapuštění do železobetonové konstrukce. Tato metoda se ukázala jako velmi operativní a dostatečně přesná, spolehlivě použitelná v praxi.

Ověřovací metody dle ETAG

Evropská směrnice ETAG (Kovové kotvy pro použití do betonu) stanoví požadavky kladené na kotvy, kritéria přijatelnosti a návody pro posouzení a zkoušky. Chování kotev během použití závisí na mnoha faktorech, včetně návrhu kotvy, betonu, kvality instalace, druhu zatížení, atd. Dílčí a společný vliv těchto faktorů není natolik znám, aby umožnil čistě teoretickými metodami určit vlastnosti zakotvení při různých druzích zatížení. Proto se zkouškami ověřuje způsobilost kotev.

Ověřovací metoda použitá na mostním objektu přes Voznický potok je modifikací ověřovací metody dle ETAG 001 pro neomezenou tahovou zkoušku. Neomezená tahová zkouška umožňuje neomezenou tvorbu porušení materiálu kuželu betonu, zatímco u omezených zkoušek je zabráněno selhání kuželu betonu vnesením reakce do betonu bezprostředně u kotvy. Výsledky při neomezené zkoušce jsou tedy na straně bezpečnosti. Pro vlastní měření tahové reakce kotevního šroubu byl použit tenzometrický dutinový siloměr HBM typ C6A 200 a zatížení bylo vyvozeno dutinovým hydraulickým válcem KGF H50-75.

Kontroly uskutečněné v průběhu roku 2015 na konstrukcích, osazených chemickými kotvami, prokázaly výhodnost jejich použití a dobrou únosnost za předpokladu jejich kvalitního zhotovení. Bohužel také prokázaly, že v případě nekvalitní práce se tyto kotvy mohou stát zdrojem vážných havárií (vytržení svodidel při nárazu, apod.).

Využití betonářské výztuže při návrhu kotev

Při návrhu vlepování prutů betonářské výztuže lze uplatnit jednu ze dvou metod návrhu: metodou podle teorie kotvení nebo metodou navrhování železobetonových konstrukcí. V prvním případě nosnost závisí na pevnosti betonu a do značné míry také na hloubce vlepení. Ve druhém případě se tahové zatížení, kterému jsou vystaveny vlepované pruty, přenáší prostřednictvím žebírek na existující betonářskou výztuž. Návrh se řídí pravidly, které platí pro návrh monolitických železobetonových konstrukcí a vychází se z Eurokódu 2 (EC 2).

Čerstvě vzniklý dokument EOTA TR 069 "Metoda navrhování dodatečně vlepované betonářské výztuže s vyšší nosností v porovnání s EN 1992-1-1" umožňuje navrhovat dodatečné vlepování výztuže k přenosu zatížení momentem na celém území EU. Evropská norma na návrh kotev do betonu EN1992-4 umožňuje počítat s efektem využití výztuže, který může vést ke zvýšení odolnosti selhání betonu. Tento efekt lze využít tam, kde je rozhodující selhání betonu nebo rozštěpení.

Možnost posouzení vlivu výztuže při návrhu kotev je nyní k dispozici v návrhovém software Profis Engineering (verze Standard i Premium). Zde je možné modelovat polohu výztuží a volit, zda uvažovat s přenosem sil ve smyku nebo v tahu. Tímto způsobem je možné docílit v některých případech podstatného zvýšení odolnosti při návrhu kotev, zejména ve smyku v kraji betonu.

Alternativní typy kotev a kotevní patky

Kromě lepených kotev existují i jiné typy kotev, které se používají v různých aplikacích:

Ocelové kotvy do betonu

Ocelové kotvy jsou klíčovým prvkem pro pevné a spolehlivé upevnění v betonových a pórobetonových konstrukcích. Důvodem široké nabídky ocelových kotev do betonu je existence různých typů betonů a aplikací kotvení. Čím pevnější beton, tím můžete očekávat větší výtažné síly. V certifikaci ocelové kotvy naleznete vždy výtažné síly pro beton s určitou pevností.

Příklady různých typů ocelových kotev:

  • Průvlakové kotvy: Pro kotvení do plných podkladových materiálů (beton, kámen).
  • Svorníkové kotvy: Fischer FAZ II, Fischer FBN II, Fischer FBN II GS - s velkou podložkou.
  • Trubkové kotvy: Fischer FSA-S se šroubem, Fischer FSA-B s maticí.
  • Zarážecí kotvy: Fischer EA II, dostupná s vnitřním závitem M6-M20.

Turbošrouby

Nejčastěji používané při montáži výplní stavebních otvorů. Jedná se o šroub se závitem umožňujícím přímé zašroubování do zdiva s předvrtáním. Při použití je důležitý průměr vrtáku - do zdiva používáme průměr 6 mm, do betonu 6,5 mm.

Rámové hmoždinky

Druhým používaným typem jsou rámové hmoždinky. Nejčastěji se dnes používají plastové hmoždinky, které postupně vytlačují kovové varianty.

Kotevní patky

Kotevní patky jsou ocelové prvky navržené tak, aby přenášely zatížení z nadzemních konstrukcí do betonového základu. Používají se například při stavbě teras, pergol, zahradních domků nebo dětských hřišť.

Typy kotevních patek

  • Pro betonáž za mokra: Klasické patky s ocelovým roxorem pro montáž do čerstvého betonu.
  • Pro hotový beton: Speciální patky tvarované na konkrétní průměry či profily trámů, lepené či šroubované úhelníkové prvky.

Základní typy kotevních patek:

  • Kotevní patka tvaru U: Nejpoužívanější typ, dostupná pro trámky o průřezech 60, 80, 100, 120, 140, 160 mm.
  • Kotevní patky tvaru U s prolisem: Poskytuje lepší ochranu dřevěného prvku proti vlhkosti.
  • Kotevní patky tvaru L: Využívá se pro podepření rohových spojů trámků nebo tam, kde nechceme, aby patka byla viditelná.
  • Kotevní patky tvaru T: Vkládá se do naříznuté drážky v dřevěném prvku a není viditelná.

Postup kotvení do hotového betonu pomocí chemické kotvy

  1. Příprava otvoru: Vyvrtejte otvor Ø12-18 mm, vyčistěte prach kartáčem a vzduchovou pistolí.
  2. Aplikace chemické kotvy: Vytlačte chemickou maltu do otvoru, poté vložte roxor nebo svorník.
  3. Vytvrzení kotvy: Nechte kotvu vytvrdnout dle doporučení výrobce (obvykle 24-48 hodin).

Tvorba modelů náhradní příhradoviny

Při navrhování výztuže v mezních stavech únosnosti v poruchových oblastech se používají modely náhradní příhradoviny (strut and tie models). Tyto modely lze použít i pro prvky, u nichž je předpokládáno lineární rozdělení poměrného přetvoření po průřezu. Modely náhradní příhradoviny se skládají z tlačených prutů, tažených prutů (přenášejících pouze normálovou sílu) a spojovacích uzlů - styčníků. Síly v prvcích prutového systému - náhradní příhradoviny se stanovují z podmínky zachování rovnováhy s působícím zatížením. Styčníky jsou oblasti, ve kterých jsou transformovány síly mezi tlačenými prvky, z tlačených prvků do tažených prvků nebo také do reakcí.

Tlačené pruty jsou základním stavebním prvkem modelů náhradní příhradoviny při analýze poruchových oblastí. Tlačené pruty mohou mít různý tvar. Rozlišujeme základní tři typy betonových vzpěr podle změny jejich šířky po délce. Tlačené pruty přenášejí pouze osový tlak. Táhlo v modelu náhradní příhradoviny představuje výztuž a může být tvořeno i několika vrstvami výztužných prutů.

Styčníky v modelech náhradní příhradoviny představují oblasti styku táhel a vzpěr. Styčníky jsou betonové. Všechny síly působící ve styčníku musí být v rovnováze. Pro stanovení optimálního modelu náhradní příhradoviny je nejlepší vycházet z pružné analýzy oblasti, nejlépe pomocí MKP. Ze stanovených pružných vnitřních sil je potom možné vykonstruovat model náhradní příhradoviny.

tags: #kombinace #vytazeni #a #poruseni #betonu #lepenych

Oblíbené příspěvky: