Kotvení do cihelného zdiva: Spolehlivost a efektivita

V každodenní praxi, ať už v projekci, nebo přímo na stavbě, se setkáváme s problémem připojení různých prvků k nosným konstrukcím - s kotvením. Mohou to být kotvení ocelových nebo dřevěných nosných prvků, upevnění zábradlí a jiných doplňků či připevnění instalací a technologie. Kotevní techniku využijeme i při realizaci kontaktní izolace nebo při napájení starých a nových zděných konstrukcí. Kotvení musí být v prvé řadě spolehlivé, ale u sériových aplikací je třeba myslet i na efektivnost.

Kotevní technika nabízí různé kotevní prvky, které slouží k upevnění do zdiva a betonu. Správný výběr kotvy je klíčový pro bezpečnost a stabilitu, a to jak pro profesionály, tak pro kutila. Pokud potřebujete uchytit konstrukci nebo jiný předmět, vaším hlavním úkolem je přenést účinky zatížení na kotevní podklad. Podkladem zde rozumíme nosnou i nenosnou stavební konstrukci.

Základní principy kotvení a typy kotev

Způsob kotvení ovlivňuje samotný základní materiál. Podstatný rozdíl je mezi zdivem z plných cihel a pórobetonu - tedy plnými materiály - a děrovanou cihlou. Není účelné pokaždé použít co nejnosnější kotvení, když na menší zatížení často stačí jednoduchá rozpěrka. Naopak, velká zatížení mohou být ve zdivu problémem. V závislosti na typu zatížení (normálovou nebo smykovou sílou) musíme zvětšit kotevní hloubku nebo dimenzi kotevního šroubu, což nám umožňují chemické systémy.

Rozpěrné kotvy

Tento mechanismus využívají rozpěrné kotvy. Kořen kotvy se opře o stěny vrtu určitou silou, čímž se aktivizuje tření vzdorující zatížení. Síla, kterou kotva roztlačuje stěny otvoru, je v tomto případě přímo úměrná zatížení, které je schopna přenést. V méně pevných materiálech tedy nemůžeme očekávat velké nosnosti. Běžné rozpěrné kotvy do betonu není možné použít ke kotvení do zdiva, mohlo by dojít k jeho porušení. Ke kotvení do plné cihly a pórobetonu jsou určeny jen lehké kovové kotvy s pouzdrem z plechu nebo plastové hmoždinky. Rozpěrka se aktivuje buď zašroubováním příslušného šroubu, nebo jen jeho jednoduchým zatlučením. Do této skupiny můžeme ještě zařadit jednoúčelové trny na přichycení izolace, ať už plastové, nebo ocelové. Do vyvrtaného otvoru se jen zatlačí a rozpínají se v něm vlastní pružností. Tyto kotvy je možné zatížit okamžitě po osazení; nejsou omezeny teplotou ani citlivé na čistotu kotevního otvoru. Samotné osazování je rychlejší. Ve zdivu však od nich nemůžeme očekávat velké nosnosti a u kotvení je nutné dodržet větší okrajové vzdálenosti.

Kotvy s tvarovým zámkem

Tvarový zámek si kotva vytvoří buď zařezáním do základního materiálu, nebo změnou tvaru svého těla tak, že se zaklestí v dutině uvnitř materiálu. Zatížení se tak rozprostře na větší plochu. Zařezávají se speciální samořezné šrouby, které se do předvrtaného otvoru zašroubují šroubovákem s tangenciálním příklepem. Další způsob vytvoření tvarového zámku je pomocí plastové rozpěrky, jejíž tělo je navrženo tak, aby se při utahování šroubu co nejvíce zdeformovalo do stran (zauzlovalo) a rozšířilo zatížení na větší plochu. Mnoho typů je schopno rozepřít se o stěny vrtu v plném materiálu, zatímco v dutinách tvoří uzly.

Čtěte také: Vše o kotevních patkách pro dřevo

Injektážní a chemické kotvy

Zvláštním případem tvarového zámku je injektážní kotva v děrované cihle. V tomto případě nelze vyplnit vrt, do kterého by se kotevní prvek vložil, injektážní látkou, protože by stekla do dutin v cihle. Nejprve je třeba do vyvrtaného otvoru vsunout síťové pouzdro - trubičku s hustě perforovanými stěnami, které zabrání stečení hmoty do prostoru. Při vtlačování kotevního šroubu dochází k vytlačování injektážní látky skrze síťovinu do okolí pouzdra, kde se hmota opět spojí a ztvrdne. Aby to opravdu fungovalo, je důležitá kvalita materiálu a sladění celého systému injektážní látka - pouzdro - kotevní element.

Lepené kotvy přenášejí zatížení po celé délce kotevního šroubu díky přilnutí lepidla ku stěnám vrtu - adhezi. V takovémto případě je vrt o něco větší než kotevní šroub či závitové pouzdro a vzniknuvší mezera se vyplní chemickou směsí, která po vytvrdnutí zajistí dokonalé spojení. Lepicí hmota je obvykle dvousložková (v plastových tubách nebo fóliích) a k jejímu vytlačení je potřebná vhodná pistole. Kvalita celého systému je rozhodující pro pohodlnost aplikace a spolehlivost výsledného kotvení. Jsou celkově flexibilnější, nabízejí širokou škálu kombinací kotevních elementů a lepicích tmelů a umožňují kotvení i do nestandardních kotevních hloubek. Kotvení nevnáší dodatečné napětí do základního materiálu, díky čemuž se dá kotva upevnit blíže k okraji prvku. Všeobecně je lepenými kotvami možné dosáhnout vyšší nosnosti. Na druhé straně není možné je okamžitě zatížit, jsou citlivější na čistotu a vlhkost kotevního otvoru a samotná realizace je o něco pracnější. Lepené kotvy se mohou aplikovat jen v omezeném rozsahu teplot a stejně tak je potřeba dbát o délku doby uskladnění.

Každý, kdo někdy kotvil, se setkal s chemickou kotvou. Dalo by se napsat, že když nevíte čím kotvit, dejte tam chemickou kotvu, ta udrží všechno. A svým způsobem je to pravda. Chemickou kotvu využije profesionál i obyčejný český kutil, který staví chatu, dům, pergolu nebo cokoli jiného. Pokud jste se rozhodli postavit dům z dutých cihel značky Porotherm nebo Heluz, čeká vás kotvení spousty lehčích či těžších prvků. Kotvení do dutých materiálů má oproti těm plným pár specifik, ale typ chemické kotvy je stejný. Zásadní rozdíl je ve způsobu aplikace. Proto se do dutých materiálů využívají plastová nebo kovová sítka pro chemickou kotvu. Plastové sítko má pevně danou délku, ale jeho aplikace je nejrychlejší. Kovové sítko se dodává v délce 100 cm a hodí se pro hlubší otvory, např. do zateplené fasády.

Postup aplikace chemické kotvy do dutých cihel:

1. Vyvrtání otvoru: Průměr otvoru bude stejný jako průměr sítka. DŮLEŽITÉ UPOZORNĚNÍ! Do dutinových materiálů se vrtá zásadně bez příklepu, protože s příklepem se voštiny uvnitř vylamují a tím se podstatně snižuje únosnost hmoždinek a kotev!
2. Vyčištění otvoru: Otvor musí být důkladně vyčištěn pomocí kartáčku, pumpičky nebo kompresoru. Prach znemožní správné přilnutí chemie ke zdivu.
3. Aplikace sítka do otvoru: Do otvoru vložte plastové nebo kovové sítko podle typu a hloubky dutiny.
4. Smíchání ve směšovací špičce: Po nasazení míchací špičky vytlačte prvních 10-20 cm chemie bokem - teprve poté začněte kotvit.
5. Aplikace chemické kotvy do sítka: Špičku zasuňte až na konec sítka a pomalu plňte směrem zpět.
6. Vložení závitové tyče do sítka: Závitovou tyč vtlačujte pomalu otáčivým pohybem. Chemie by měla zatéct do žeber a rovnoměrně vyplnit sítko - vznikne tzv. "kořen kotvy".
7. Čekání na vytvrzení: Nechte kotvu vytvrdnout podle pokynů výrobce (dle teploty 30-90 minut).

TIP: Přesné časy vytvrzení a způsob použití vždy najdete v technickém listu dané chemické kotvy.

Nastřelování

Zvláštním případem kotvení je nastřelování. Prvek má podobu hřebíku, který se pomocí speciálního přístroje velkou energií ve zlomku sekundy osadí do základního materiálu. Nastřelovací pistole jsou bezpečné a jejich předností je nezávislost na zdroji energie a hlavně rychlost kotvení. Na cihlovém zdivu je však tento způsob možné aplikovat jen podmínečně a v případě většího projektu je třeba požádat odborníky o vykonání průzkumu a zkoušek k posouzení vhodnosti pro danou aplikaci.

Čtěte také: Samolepicí trny pro rychlou montáž izolace

Výběr kotevního prvku a jeho aplikace

Základním krokem k úspěšně zvládnuté zakázce je správný výběr kotevní techniky. Prvním aspektem výběru může být vlastní zkušenost s určitým typem kotvení. Dalšími vodítky mohou být informace v katalozích kotevní techniky různých výrobců. Velmi často také pomáhá internet a spousta zde dostupných rad. Zde ovšem doporučuji být opatrný při výběru nalezených řešení. Pokud se jedná o složitější a náročnější aplikace, je nutné postupovat podle výpočtu nebo doporučení projektanta, případně statika, který kotevní prvek s požadovanými vlastnostmi navrhne.

Důležité aspekty výběru kotevního prvku:

• Podklad: Většinou se jedná o beton, beton s trhlinami, plná nebo děrovaná cihla, pórobeton, Ytong, přírodní kámen nebo dřevo.
• Typ instalace: Distanční montáž, montáž prostrčením nebo předsazená montáž.
• Podmínky instalace: Kotvení v agresivním prostředí, v prostředí s vyšší vlhkostí, nebo v seismické oblasti, atd.
• Požadavek na zatížení: Důležité je také požadované zatížení kotevního prvku.
• Certifikace: V neposlední řadě je důležitým aspektem certifikace, posouzení nebo schválení. Celá řada kotevní techniky má certifikaci ETA a protipožární atesty.

Hmoždinka se osazuje do otvorů, pomocí kterých se kotví a slouží jako dodatečný upevňovací element. Může být vyrobena z nejrůznějších materiálů, dominují plasty a kovy (záleží na podkladu a zatížení). Mezi další důležité parametry patří užitná délka (neboli tloušťka montovaného dílu) a kotevní hloubka.

Kotvení výplní stavebních otvorů

Při montáži výplní stavebních otvorů se setkáváme zejména se třemi typy kotevních prvků. Nejčastěji jsou to turbošrouby o průměru 7,5 mm. 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. Turbošrouby jsou dostupné v různých provedeních typů hlav. Nejčastěji se používá klasická zapuštěná hlava. Dalším typem je hlava válcová, která se používá zejména u dřevěných oken a posledním typem je půlkulatá hlava, která je stále oblíbenější zejména z důvodu rovné dosedací plochy, která lépe těsní k profilu.

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

Třetím nejrozšířenějším typem kotvení je chemická malta. I v tomto případě je nutné vybrat správný typ kotvy podle podkladu a použití. Existují malty do plných nebo dutých materiálů. Častým problémem je dodržení minimálních vzdáleností od hrany zdiva, zejména při kotvení otvorových výplní skrz rám okna a současně s venkovním lícem stavby.

Čtěte také: Vlastnosti laminátu pro tahové prvky

Tahovou zkouškou turbošroubu a rámové hmoždinky jsme prokázali výrazný rozdíl únosnosti kotvení při použití příklepového nebo rotačního vrtání v duté cihle (Porotherm, Heluz, …). V prvním případě, při použití příklepu dojde v podstatě k demolici vnitřních stěn, což razantně sníží pevnost kotvení - výsledek 0,1 kN. Ve srovnání s rotačním vrtáním je potom výsledek 17x lepší - 1,7 kN. Proto doporučujeme používat speciální vrtáky, určené pro bezpříklepové vrtání. Druhou zkoušku jsme provedli s chemickou kotvou, kde jsme prokázali značný rozdíl v únosnosti mezi nesprávnou a správnou přípravou kotevního otvoru. Obvykle se zapomíná na vykartáčování a vyfoukání otvoru. Doporučujeme dodržovat správné postupy při aplikaci kotevních prvků, jelikož pouze správně provedená montáž okna zajistí jeho správnou funkčnost.

Kotvení ETICS v děrovaných cihelných blocích

Děrovaný cihelný podklad je po betonu jeden z nejčastějších (spolu s podklady E), ke kterému se kotví ETICS. Oblíbený stavební materiál, který EAD zařazuje do kategorie C (zdivo nebo dílce z dutých nebo děrovaných cihel, cihelných bloků nebo tvárnic) z hlediska rozlišování podkladu pro kotvení, má dnes svá specifika. Za poslední dvacetiletí se dynamicky rozvíjel. Dávno pryč je doba, kdy se pod pojmem děrovaná cihla myslela CDm (cihla děrovaná, voštinka o rozměrech 11,3x11,8x24 cm). Požadavky na parametry moderního cihelného bloku pro obvodové zdivo ovlivnily požadavky a vývoj zejména normy ČSN 73 0540 - 2 Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky. Pokud pozorně nastudujeme aktuální ETA jednotlivých hmoždinek (od různých výrobců, vydaných různými notifikovanými institucemi), zjistíme, že popis cihelných bloků - jejich parametry a konstrukce, do kterých mají být kotveny hmoždinky pro ETICS - je v drtivé většině naprosto odlišný od dnes většinou používaných bloků určených k doteplení.

Způsob montáže je zásadní pro únosnost kotev v děrovaných blocích. Nekvalitně vyvrtaný otvor je mnohdy příčinou smazání výhod v únosnosti šroubovacích hmoždinek v cihelných blocích. Častá chyba, a to zejména realizátorů, spočívá v jejich přesvědčení, že pokud jsou naměřeny stejné hodnoty únosnosti hmoždinek, vyjdou také stejné počty hmoždinek pro kotvení. To je veliký omyl, neboť metodika výpočtu pro stanovení počtu hmoždinek na kotvení ETICS používá koeficient bezpečnosti ɣMc (součinitel bezpečnosti upevnění při montáži hmoždinky). Jak již bylo uvedeno, je nesprávné v současné době využívat pro stanovení počtu hmoždinek ke kotvení ETICS v podkladech typu C (děrovaný cihelný blok) hodnoty NRk, uvedené v ETA, pokud není podklad v souladu se specifikací podkladu přílohy B příslušné ETA.

Přes všechny zde popsané skutečnosti lze konstatovat, že: “Podklad obvodové stěny z cihelných děrovaných bloků (podklad typu C dle EAD) je při pečlivě vrtaných - připravovaných otvorech a v současnosti používaných zejména šroubovacích kotev pro ETICS (určených pro podklady C) spolehlivý“.

Specifika kotvení do lícových cihel

Lícové cihly mají několik předností: jsou rozměrově přesné a nepotřebují dodatečnou povrchovou úpravu. Bohužel mají i jednu špatnou vlastnost. Jsou křehké a mohou snadno prasknout. Pokud budete chtít, do již vybudované zdi, uchytit nějaký závěs nebo jinou konstrukci, můžete se dočkat nepříjemného překvapení. Lícové cihly jsou velice choulostivé a během vrtání snadno prasknou, snáší totiž špatně rázy příklepovou vrtačkou. Celkem bez problémů vyvrtáte otvory do průměru 10 mm i se zapnutým mechanickým příklepem. Ale i v tomto případě je na místě opatrnost. U větších průměrů příklep raději vypněte a použijte více lidské síly. V případě pneumatických vrtacích kladiv na příklep zapomeňte úplně, a to i u menších průměrů. Příraz vrtací hlavy je v tomto případě několikanásobně vyšší než u mechanických příklepových vrtaček. Nejslabší kladiva dokážou vyvinout rázovou energii 4,5 joulu, což při zdvihu 1 cm odpovídá tlaku přes 40 kg na hrot vrtáku, a to opakovaně mnohokrát za sekundu. Profesionální kladiva pak dokážou vytvořit i více než dvojnásobnou energii přírazu. To je energie, kterou lícová cihla často nedokáže absorbovat a praskne.

Ale i když vyvrtáte otvor pro hmoždinku bez úhony, nemáte ještě úplně vyhráno, zvláště u vrutů většího průměru. Při dotahování vrutu vzniká v materiálu mechanické napětí, a pokud to překročí únosnou mez, dojde k rázovému přenosu energie a prasknutí cihly. Deformační zóna, která by mohla nahromaděnou energii absorbovat, je u lícové cihly téměř nulová. Zde platí, že čím blíže je namáhaná cihla okraji, nebo rohu zdi, tím vyšší je riziko destrukce.

Jak se připravit na kotvení do lícových cihel:

Než likvidovat napáchané škody, je lepší krizovým situacím předcházet. Pokud tedy víte, kde bude nějaká konstrukce ke zdi fixována, můžete si úchytné body předem připravit.

1. Příprava otvoru pro chemickou kotvu: Dostatečně velká chemická kotva dokáže napětí v materiálu absorbovat a tím zamezit jeho prasknutí. Jenže zašroubovat vrut do chemické kotvy vyžaduje poměrně velký krouticí moment, a to může být u hodně dlouhých vrutů problém. Kombinace dlouhého vrutu a chemické kotvy může skončit ukroucením vrutu.
2. Uchycení konstrukce pomocí svorníků: Jedná se o kotvení, které snese velkou míru zatížitelnosti, a proto se používá tam, kde je nutné zavěsit těžké břemeno nebo kde se předpokládá velký tah na kotvicí bod. U tohoto způsobu kotvení odpadá mechanické napětí způsobené krouticím momentem během montáže kotevního prvku, navíc je váha již zavěšeného břemene rozložena na větší plochu. Proto se tento typ uchycení hodí i na dynamicky zatěžovaná kotvení, jako jsou například vratové panty. Nevýhodou je, že kotevní prvek zasahuje i do prostoru na druhé straně zdi, což může být problém nejen mechanický, ale i estetický.

Možnosti uchycení svorníků:

• Závitová tyč přímo zazděná během stavby zdi: Výhodou je, že se při montáži svorník neprotáčí a není potřeba více osob během montáže. Nejprve se namontuje podložka na druhé straně zdi (tady je dřevěná, ale může to být například kovový pásek) a teprve potom kotvicí konstrukce. V případě poškození závitu však není možná jednoduchá výměna svorníku.
• Závitová tyč protažená dodatečně vyvrtaným otvorem ve zdi: Jestliže vyvrtáme větší průměr otvoru, dají se při montáži doladit drobné nepřesnosti. Při vrtání do již hotové zdi však hrozí prasknutí zdiva nebo jeho vylomení. Tento způsob je i náročný na dodržení kolmosti během vrtání. Montáž těžších břemen pak většinou vyžaduje více osob.
• Závitová tyč protažená předem zazděným pouzdrem: Výhodou je snadná dodatečná výměna svorníku. Pokud se pouzdro závitové tyče umístí už během zdění, odpadá dodatečné vrtání do zdi. Vyžaduje to však precizní a přesnou práci už během zdění a dobrou rozvahu rozložení všech kotvicích prvků. Dodatečná změna polohy kotvicích prvků není možná.

Další rizika a jak jim předcházet:

U širších zdí, můžete narazit na problém mít dostatečně dlouhý vrták na provrtání zdi. K tomu u menších průměrů vrtáků hrozí vylomení zdiva na druhé straně. Tomu se dá částečně předejít vyvrtáním otvoru nejprve malého průměru a následným dokončením na požadovaný průměr vrtáním z obou stran větším vrtákem. Ale i vrták malého průměru umí vylomit poměrně velkou část zdiva, zvláště v tak křehkém materiálu, jakým jsou lícové cihly. Dalším rizikem je dodržení kolmosti dlouhého vrtáku během vrtání. Pokud dopředu znáte rozložení jednotlivých kotvicích prvků, můžete zazdít vodicí pouzdra pro svorníkové tyče již během budování zdi. Samotná montáž kotvicího bodu je pak jednoduchá a bezpečná. O co snadnější je montáž, o to důležitější je přesnost při zazdívání vodicích pouzder. Svorníkové tyče je pochopitelně možné zazdít také přímo bez vodicích pouzder. Ale ani to není úplně bez rizika.

Materiály kotev a jejich odolnost

V oblasti kotevní techniky se velmi dobře osvědčuje nerezová ocel díky své velké odolnosti vnějším vlivům a ostatním fyzikálně-mechanickým vlastnostem. Ocelové kotvy se používají v náročnějších exteriérových podmínkách. I při využívání nerezu je třeba přijmout opatření proti možné korozi.

Galvanické zinkování se dnes doporučuje už jen do suchého vnitřního prostředí. Pro aplikace ve venkovním nebo agresivním prostředí volíme žárové zinkování nebo nerezavějící ocel, ve zvláštních případech ocel vysoce odolnou proti korozi. Na požární odolnost ještě stále jako by zapomínáme, avšak je nutné si uvědomit, že nosné kotvení musí splňovat požadavky nosnosti i při požáru. Tento požadavek se ale může objevit i při závěsech instalací, speciálně SHZ.

Při výběru kotvení je často rozhodujícím faktorem způsob a rychlost montáže. Musíme zohlednit, zda je kotvení možné zhotovit dopředu, nebo se musí osadit skrze otvor v připevňovaném prvku. Chceme mít ve stěně jen závitové pouzdro, nebo může vyčnívat šroub? Potřebujeme osadit kotvení bez zvláštních nástrojů? U sériových aplikací je zase klíčová pracnost a rychlost - nejrychlejším způsobem je nastřelení, při němž se kotvení osadí v jediném pracovním kroku.

Důležitost správné aplikace a kontroly

Kromě základních faktorů, kterými jsou typ kotvy a druh základního materiálu, spolehlivost kotvení do velké míry ovlivňuje správná aplikace. To znamená dodržení všech výrobcem předepsaných podmínek osazení, hlavně průměru a hloubky vrtu, jeho dostatečné vyčištění, dodržení předepsaného utahovacího momentu a u chemických kotev i dovoleného rozsahu teploty aplikace. Pokud nejsou dodrženy podmínky montáže může dojít k selhání kotvy.

Aplikace kotevní techniky a dodržení předepsaných postupů jsou stejně důležité jako výběr správného typu kotvení. Při nedodržení předepsaných postupů a doporučení bude i sebelepší kotevní prvek vykazovat podstatně nižší únosnosti a tím pádem ohrozí funkčnost kotveného prvku.

Ing. Tahová zkouška přímo na stavbě je nejpřesnější způsob, jak ověřit reálné hodnoty únosnosti přímo pro konkrétní zadání. Je možné ji provést do předem zadané síly nebo až do bodu selhání.

Tabulka: Porovnání únosnosti kotvení v duté cihle

I když problematika upevňování není hlavním předmětem zájmu projektantů a realizátorů, vyplatí se věnovat jí více pozornosti.

tags: #kotevni #prvek #cihly

Oblíbené příspěvky:

• Jak nainstalovat podlahové topení
• Tepelná, zvuková a protipožární ochrana s URSA Pure Floc
• Detailní pohled na tvárnice Porfix P2-440
• Průvodce hřebeny střech
• vše o ponorných vibrátorech