Jedním z nejčastějších požadavků ve stavebnictví je připevnění dvou rozdílných materiálů k sobě s nárokem na vysokou pevnost. Jako kotevní prvek přitom může být použita celá řada materiálů a produktů. Pochopení hmotnosti a síly, kterou kotva musí nést, pomáhá předejít selhání. Kotvení musí být spolehlivé po celou dobu své životnosti.
Historický vývoj kotvení
Již od středověku se jako kotevních prvků využívalo kovaných železných prvků, které se standardním stavebním způsobem připevňovaly do nosných konstrukcí (zdivo, stropy, podlahy). Dokladem toho jsou dodnes funkční brány, vrata či okenice u historických domů, zámků či hradů. Dalším krokem v historii kotvení bylo používání ocelových a železných kotev (hmoždin), které se začaly používat s využitím rozpěrných sil v kotveném materiálu. Ocelové kotevní prvky se používají i v současnosti a určitě tomu tak bude i nadále. Zároveň se s nástupem plastů začaly využívat plastové hmoždinky v kombinaci s různými ocelovými prvky (vruty, šrouby, hřeby).
Typy kotev
Každý z těchto způsobů kotvení je vhodný pro určité typy podkladových materiálů, v závislosti na pevnostních požadavcích. V praxi to znamená, že například s kvalitní vinylesterovou kotvou je možné kotvit do cihel, kamene, betonu o různé pevnosti, do děrovaných tvárnic i plynosilikátu.
Mechanické kotvy
Mechanické kotvy, jako jsou klínové kotvy a objímkové kotvy, se rozpínají, aby pevně uchopily beton. Používají se jak do plného, tak i dutého betonu, ale i do cihel a tvárnic. Vyžaduje to předvrtaný otvor, do kterého se zasune kotva. Do plných materiálů se vrtá s příklepem, do dutých bez příklepu. U malty nebo tvárnic se vyvarujte vrtání do hran, aby nedošlo k jejich oslabení. Únosnost kotvení je závislá na celé řadě faktorů: pevností materiálu prvku, do kterého se kotví; vzdáleností mezi sousedními kotvami; vzdáleností k volným hranám konstrukčního dílce; stavem namáhání podkladu kotvy.
Mechanické kotvy mohou kotvit s řízenou rozpěrnou silou (kořenové kotvy s možností natočení kořene), ale tyto typy jsou na trhu specialitou. Kotva s vnitřním závitem pro některé aplikace může být požadována. Pro tyto účely lze použít např. narážecí kotvu. Používá se pro předsazenou montáž, kde se kotevní šroub a chemická ampule (včetně osazovacího přípravku) vloží do předvrtaného otvoru. Při zavádění kotvy se ampule roztříští a obsah (pryskyřice a tvrdící přísada) se smísí. Takto vzniklá malta zalepí kotevní šroub ve vývrtu.
Čtěte také: Složení betonu
Chemické kotvy
Chemická kotva (chemická malta, kotevní malta a podobně) je speciální dvousložková malta obsahující pryskyřice nebo hybridní směsi. Složení je většinou následující: pryskyřice, aditivum, plnivo, pigment a reaktivní složka. Jelikož se jedná o několik složek chemické hmoty, je třeba tyto složky řádně promíchat, aby došlo k chemické reakci. Právě požadavek správného promíchání je podmínkou pro konečnou kvalitu vytvrzené směsi. Směšovač uvnitř obsahuje plastovou spirálu o určitém počtu závitů, která toto správné smíchání zaručuje. Prvních cca 10 cm promíchané hmoty je nutné nepoužívat. Chemické kotvy se zpočátku dodávaly jako dvě oddělené složky, které se musely míchat v přesném poměru. Později se dvě složky vkládaly do ampulí a řešilo se pouze promíchání. V současnosti se chemické kotvy vyskytují nejčastěji ve formě plastových kartuší, kde je řádné promíchání dvou složek zaručeno použitím statického směšovače při každé aplikaci. Kartuše se liší jak objemem (150, 300, 380, 900 ml), tak druhem obalu. Druh obalu nám určuje, jakou pistolí můžeme kotvu aplikovat (souběžné kartuše, standardní kartuše s vnitřní folií, systém standardní kartuše s dvěma vnitřními tubusy).
Chemické kotvy lze použít do většiny stavebních materiálů, jako je například cihla, beton, přírodní kámen a podobně. Mají výborné pevnostní parametry - v přepočtu na pevnost v tahu na průměr kotveného svorníku se jedná o vysoce pevnostní spoje. Použití chemických kotev je omezeno požadavkem na pevnost a velikost svorníku. Kotvy jsou vysoce odolné vůči chemikáliím a zároveň tvoří vodotěsný spoj mezi svorníkem a kotveným materiálem. Tím, že jsou vysoce odolné vůči vibracím a proti korozi, jsou často využívány pro kotvení průmyslových prvků a stavebních konstrukcí, ohrožených tímto typem namáhání. U chemického kotvení platí trochu jiné rozdělení podkladových materiálů. Zatímco pro mechanické kotvy je nutná specifikace podkladního materiálu pro určení konkrétního typu hmoždinky (pálená cihla, čerstvý beton, plynosilikát a podobně), pro chemické kotvy platí rozdělení na plný a děrovaný materiál. U chemické kotvy se vlastně řeší spíše technologický postup pro aplikaci.
Při použití chemické kotvy je jednoznačnou výhodou absence rozpěrných sil v podkladovém materiálu. Chemickou kotvu je možné aplikovat v blízkosti okraje podkladového materiálu (v řádu centimetrů) a v poměrně malém kotevním rastru (vzdálenost kotev mezi sebou); v tom případě nehrozí, že podkladový materiál popraská. Spoj je beznapěťový, vodotěsný a odolný proti erozi, pokud je kotevní otvor zcela zaplněn lepícím materiálem. V praxi to znamená, že například s kvalitní vinylesterovou kotvou je možné kotvit do cihel, kamene, betonu o různé pevnosti, do děrovaných tvárnic i plynosilikátu.
Typy chemických kotev podle složení
- Polyesterové kotvy: Jsou určeny pro méně exponované aplikace, převážně ve zdivu. Nejsou vhodné v prostředí s větší vlhkostí, případně ve styku s vodou, jelikož s vodou reagují a malta se degraduje. Jejich výhodou je nižší cena.
- Vinylesterové kotvy: Jsou univerzálně použitelné a vhodné i do vlhkého a alkalického prostředí, s možností aplikace již od -5 °C. Tyto kotvy jsou vysoce odolné vůči chemikáliím a mají vynikající pevnostní parametry (až 59 kN pro FHP pro beton C20/25 bez vlivu osových a okrajových vzdáleností). Jsou vhodné pro kotvení schodišťových konstrukcí a zábradlí, zahradních pergol, altánů, ozdobných prvků, potrubních systémů a vzduchotechniky.
- Epoxidové kotvy: Ideální pro těžká kotvení, dodatečné upevnění betonářské oceli a pro použití v agresivním prostředí. Vyznačují se velmi vysokou pevností (až 109,9 kN pro C20/25) a jsou vhodné pro beton třídy C20/25 až C50/60 a beton C12/15. Spoj je vodotěsný.
Kotevní patenty a ampule
Kromě kartuší existují i kotevní patenty ve formě zarážecí patrony, která obsahuje vinylesterovou maltu a tvrdící přísadu. Tyto patrony slouží k aktivaci speciální rychle tvrdnoucí pryskyřice, která vyplní kotevní prostor a spojí kotevní prvek se stěnou vrtaného otvoru. Používají se pro dodatečné upevnění betonářské oceli a do pevných materiálů, jako je beton a přírodní kámen s hutnou strukturou.
Aplikační postupy
Příprava otvoru
Otvor se musí před aplikací řádně vyčistit (podle možností kartáčem, pumpičkou, kompresorem, tlakovou vodou a podobně). U děrovaných materiálů je nutné použít vrtaný otvor o větším průměru a následně použít kotvicí sítko nebo speciální plastovou hmoždinu pro správné rozložení materiálu v otvoru. U plného materiálu se sítko či hmoždina nepoužívá a kotva se aplikuje přímo do vrtaného otvoru. Kotva se aplikuje do otvoru směrem ode dna nahoru.
Čtěte také: Betonová dlažba Brož
Pro chemické kotvy se sítkem se předvrtá otvor o předepsaném průměru, vyčistí se (vyfouknutí, vykartáčování, vyfouknutí), do otvoru se vloží sítko a do něj se vpraví chemická malta. Poté se zašroubuje kotevní prvek. U děrovaných materiálů bez sítka je klíčové zajistit, aby malta vyplnila všechny dutiny.
Způsoby montáže
Pro montáž se obecně používají dva způsoby: předsazená montáž v předem připravené pozici a průvlečná montáž. Předsazená montáž se používá, když konstrukční část, do které se kotví, neumožňuje přesné určení polohy kotevních prvků. Kotvený prvek se v průběhu montáže osadí do jeho přesné polohy. U průvlečné montáže se kotevní prvek zašroubuje na místo až po hloubkovou značku.
Spolehlivost, životnost a poruchy kotev
Kotvení musí být spolehlivé po celou dobu své životnosti. Zde uvedeme pouze upozornění na některá obecná úskalí při kotvení:
- Koroze poškozených kotvících prvků.
- Příliš malá pevnost kotevního podkladu nebo malá hloubka kotvení.
- Příliš vysoký rozpěrný tlak.
- Nedostatečné kontaktní spojení v důsledku vadné montáže (kaverny a nezaplněná místa a kontaktní plocha není spojitá).
- Použití nevhodného kotevního prvku pro danou kotevní zátěž.
- Nedodržení čistoty vrtaného otvoru před aplikací kotvy.
Údržba betonových kotev zahrnuje pravidelné kontroly. Věnujte zvláštní pozornost oblastem vystaveným vlhkosti nebo chemikáliím. Vedení deníku údržby může pomoci sledovat stav vašich kotev. Aby se kotvení dalo udržovat, je nutno již v návrhu počítat s bezporuchovým provedením.
Normativní požadavky a certifikace
Od roku 1997 je navrhování kotvení do betonu popsáno na evropské úrovni ve směrnici ETAG 001, příloha C a také v následně zveřejněných „Technical Reports” TR029 a TR045 nebo v předběžné normě CEN/TS 1992-4, která vyšla v češtině jako ČSN P CEN/TS 1992-4. Nová norma ČSN EN 1992-4, tedy „Eurokód 2: Navrhování betonových konstrukcí - Část 4: Navrhování kotvení do betonu“, představuje důležitý a nezbytný krok při harmonizaci norem týkajících se návrhu kotvení do betonu.
Čtěte také: Půjčovna pil na beton – vyplatí se?
Základním požadavkem na kotevní prvek pro použití normy ČSN EN 1992-4 je Evropské technické schválení ETA (do 06/2013) nebo Evropské technické posouzení ETA (od 07/2013) tohoto kotevního prvku, dokladující splnění požadavků Evropské směrnice pro technická schválení ETAG nebo Evropského hodnotícího dokumentu EAD. Ověření požadavků se realizuje zkouškami, které se provádějí mimo jiné v betonech s nízkou i vysokou pevností, v betonech s trhlinami a bez trhlin, a to v závislosti na zamýšleném rozsahu použití. Testují se účinky možných odchylek při montáži kotevního prvku jako jsou tolerance kotevních vrtů, úroveň čištění vrtů, umístění kotevních prvků vůči výztuži (kontakt s výztuží), vliv vlhkosti a teploty betonu na schopnost kotevního prvku přenášet zatížení. Zkoušky rovněž berou v úvahu dopad stálého a / nebo proměnného zatížení.
Změny v ČSN EN 1992-4 oproti ETAG
Hlavní technické principy návrhu kotev zůstávají. Níže je popsán výtah některých dílčích změn, které mají vliv na výsledky posouzení kotev:
- Zohlednění efektu trvalého zatížení v tahu: Nově je při návrhu brán u lepených kotev ohled i na dlouhodobé zatížení, které může vyvolat pokles soudržnosti u lepené kotvy. Proto při posouzení na „kombinaci vytažení a vytržení betonového kuželu“ ČSN EN 1992-4 zavádí dodatečný koeficient ysus, který snižuje soudržnost lepené kotvy, a tím i její únosnost.
- Zohlednění efektu přidané síly od vlivu působícího momentu na vytrhávané těleso betonu: Nově je do výpočtu kapacity tahového betonového kuželu vložen součinitel yM,N. Tento koeficient zohledňuje vliv sousedního tlakového bloku pod kotevní deskou při ohybovém momentu.
- Zohlednění efektu podepření od podlití kotevní desky: V případě kotvení do betonu bez trhlin se nově rozšiřují možnosti neuvažovat u podlité kotevní desky s ohybem dříku kotev od smykového zatížení, ovšem s několika omezujícími podmínkami.
- Zohlednění způsobů selhání od kombinace tahového a smykového zatížení: Únosnost kotvení při současném zatížení tahem a smykem se nově posoudí odděleně selhání související čistě s ocelí a selhání související čistě s betonem, přičemž menší hodnota z obou interakčních křivek poskytuje návrhovou hodnotu.
Návrh podle normy ČSN EN 1992-4 vychází z charakteristických únosností a roztečí kotevních prvků, které jsou uvedeny v příslušném ETA. Norma se vztahuje na kotvení jak ve všech nově budovaných, tak i stávajících stavebních objektech. Únosnost kotevních prvků může být významně ovlivněna trhlinami v betonu. Proto musí být kotevní prvky obecně kvalifikovány a schváleny pro beton s trhlinami a/nebo pro beton bez trhlin.
Požární bezpečnost
Chemická kotva, včetně požadavků z hlediska požární bezpečnosti, je hodnocena jako celek. Kritéria pro požární odolnost se stanovují na základě výsledků zkoušek reakce na oheň. Zkoušky požární odolnosti kotevních systémů se provádějí podle vlastních předpisů. Tabulka níže ilustruje třídy požární odolnosti.
| Třída požární odolnosti | Popis |
|---|---|
| F30 | Požární odolnost 30 minut |
| F60 | Požární odolnost 60 minut |
| F90 | Požární odolnost 90 minut |
| F120 | Požární odolnost 120 minut |
Shrnutí a doporučení
Výběr vhodné kotvy závisí na řadě faktorů, včetně typu podkladového materiálu, požadované pevnosti, podmínek prostředí (vlhkost, chemikálie, teplota) a specifických požadavků projektu. Vždy je nezbytné dodržovat pokyny výrobce a normativní požadavky, aby byla zajištěna spolehlivost a dlouhá životnost kotvení. U chemických kotev je klíčové řádné promíchání složek a čistota vrtaného otvoru.
tags: #kotv #predpjtay #beton #informace