Pevné ukotvení představuje základ každé stavební konstrukce. Správně zvolená kotva do betonu rozhoduje o bezpečnosti a dlouhodobé stabilitě vašeho projektu. Základním principem kotevní techniky je přenést účinky zatížení uchycených předmětů či konstrukcí na kotevní podklad, přičemž podkladem zde rozumíme nosnou i nenosnou stavební konstrukci. Je klíčové vybrat správnou kotevní techniku vzhledem k materiálu podkladu, umístění (interiér vs. exteriér) a samozřejmě schopnou snášet příslušné zatížení - ať už statické, nebo dynamické.
U jakékoli kotevní techniky by však mělo hrát prim špičkové provedení, protože v případě selhání může docházet k velkým škodám na majetku či dokonce na životech. Dobrou ocelovou kotvu lze identifikovat např. okázalými výstupky a zuby na expanzním kroužku či hladkým a celistvým zúženým povrchem kuželíku. Při montáži je třeba dávat pozor na moment utažení překračující povolenou hodnotu, protože to zkrátí životnost kotvy.
Ocelové kotvy do betonu
Ocelové kotvy jsou klíčovým prvkem pro pevné a spolehlivé upevnění v betonových a pórobetonových konstrukcích. 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.
Tyto kotvy se používají v různých aplikacích, jako jsou zavěšené podhledy, kabelové trasy, potrubní vedení, zábradlí či kuchyňské skříňky. Výběr správné ocelové kotvy závisí na několika faktorech, včetně typu materiálu, do kterého bude kotva instalována, a požadované nosnosti. Pro betonové konstrukce jsou vhodné kotvy jako Kobet-12-Zn, které nabízí pevné uchycení pro plotové díly. Na druhou stranu, pro pórobetonové povrchy jsou ideální kotvy FISCHER FPX s metrickým vnitřním závitem, které umožňují rychlou a efektivní montáž.
Typy ocelových kotev a jejich použití
Důvodem, proč existuje široká nabídka ocelových kotev do betonu, je, že existují různé betony a různé aplikace kotvení, které vyžadují různé přístupy ke kotvení. Beton je směs vody, agregátů (tj. malých kamenů), písku a portlandského cementu. Cement a voda tuhnou a agregáty vážou na pevnou hmotu v průběhu času procesem nazývaným hydratace. Beton, který je mladší než 28 dnů, by neměl být vrtán ani bychom do něj neměli kotvit. Čím starší je beton, tím pevnější je, a je do něj těžší vrtat. V některých případech se beton stárnutím také stává více abrazivním. Ve velmi pevných a starých betonech se může stát, že šrouby do betonu nebudou schopny si vytvořit závit. Čím pevnější beton, tím můžete očekávat větší výtažné síly. V certifikaci ocelové kotvy naleznete vždy výtažné síly pro beton s určitou pevností. Pevnost betonu se označuje písmenem C a číslem např. C20/25.
Čtěte také: Využití chemické kotvy v praxi
Druhy ocelových kotev lze rozdělit např. na:
- Kotevní patky: Jde o ohýbaný, nejčastěji ocelový plech s otvory pro ukotvení. Tento typ kotvicí techniky se používá hlavně pro uchycení dřevěné konstrukce k betonovému podloží, například u pergol nebo teras. Kotevní patky mohou mít přišroubovaný nebo přivařený čep, takové se hodí zejména do nezatvrdnutého betonu u nových konstrukcí.
- Průvlakové kotvy: Kotvy ocelové průvlakové pro kotvení do plných podkladových materiálů (beton, kámen).
- Svorníkové kotvy: Např. Fischer FAZ II, Fischer FBN II.
- Trubkové kotvy: Např. Fischer FSA-S se šroubem, Fischer FSA-B s maticí.
- Zarážecí kotvy: Např. Fischer EA II, dostupná s vnitřním závitem M6-M20.
Následující tabulka uvádí příklady ocelových kotev a jejich základní vlastnosti:
| Typ kotvy | Popis |
|---|---|
| Svorníková kotva Fischer FAZ II | Průvlaková kotva ETA Option 1 / Požární odolnost F120 / Certifikát na seismicitu |
| Svorníková kotva Fischer FBN II | Galvanicky zinkováno |
| Trubková kotva Fischer FSA-S se šroubem | Základní ocelová trubková kotva se šroubem. |
| Trubková kotva Fischer FSA-B s maticí | Základní plášťová kotva zakončená maticí. |
| Ocelová zarážecí kotva do betonu Fischer EA II | Ocelová zarážecí kotva dostupná s vnitřním závitem M6-M20. |
| Ocelová kotva pro velká zatížení Fischer FH II B | Vysokozátěžová kotva zakončená maticí. |
Důležité aspekty při výběru a instalaci kotev
U všech kotev do betonu je v certifikátu dána minimální tloušťka betonu. Každý typ a velikost kotvy má tuto hodnotu jinou. Jako pravidlo platí, čím menší průměr kotvy, tím tloušťka betonu může být menší. Je důležité, aby se pracovní konec betonové kotvy příliš nedotýkal dna betonu. Při kotvení do betonu s armaturou se většinou snažíme vyhnout armování. Je důležité určit průměr kotvy potřebný z hmotnosti předmětu, který se má upevnit na betonu. Nejslabším článkem betonové kotvy je beton, do kterého je umístěn. Ve většině případů je to ten, který selže, ne kotva. Nejlepších výtažných hodnot se dosahuje, když je beton tvrdý a kotva je usazena co nejhlouběji. Toto je především důležité z bezpečnosti, kdy selhání kotvy, která připevňuje předmět do stropu, může mít kritické následky. Objekt umístěný na zeď vytváří kombinované zatížení na tah a smykem. Hodnoty smyku každé kotvy závisí na jejím průměru a nejsou ovlivněny hloubkou ukotvení. Ukotvení předmětů do betonové podlahy zahrnuje uložení objektu na místě, aby se nehýbal. Průměr kotvy je obvykle určen velikostí otvoru v přípravku.
Dynamické zatížení
Dynamické zatížení je zatížení, které je v neustálém pohybu, tj. ventilátor, dopravní pás, robot nebo značka ve větru. Většina ocelových kotev pracuje na principu tření. Pokud jsou dynamicky namáhány, dochází postupně k 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. Některé kotvy jsou určeny k tomu, aby bylo možné v určitém budoucím čase odstranit upínací prvky, jako například paletový regál nebo oplocený sloupek. Mnohokrát díra v přípravku určuje, který průměr kotvy musí být použit. Někdy je nutné připevňovací otvor převrtat na větší průměr. Pozor na označení ocelových kotev, kde velikost kotvy nemusí znamenat průměr vrtaného otvoru. Konečný vzhled je často velmi důležitý. Některé kotvy jsou zakončeny svorníkem a maticí, jiné zas pouze šestihrannou hlavou šroubu.
Aplikace kotevní techniky
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.
Čtěte také: Montáž chemické kotvy krok za krokem
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. Při výběru kotevního prvku jsou nejdůležitějšími aspekty především podklad do kterého budeme kotvit. Většinou se jedná o beton, beton s trhlinami, plná nebo děrovaná cihla, pórobeton, Ytong, přírodní kámen nebo dřevo. Dalšími vlastnostmi ovlivňující výběr jsou požadovaný typ instalace - distanční montáž, montáž prostrčením nebo předsazená montáž a podmínky instalace - kotvení v agresivním prostředí, v prostředí s vyšší vlhkostí, nebo v seismické oblasti, atd. Důležitým hlediskem je také požadavek na zatížení kotevního prvku. V neposlední řadě je důležitým aspektem certifikace, posouzení nebo schválení. Celá řada kotevní techniky má certifikaci ETA a protipožární atesty.
Alternativní typy kotev
Turbošrouby
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.
Rámové hmoždinky
Druhým používaným typem jsou rámové hmoždinky. Nejčastěji se dnes používají plastové hmoždinky, které postupně vytlačují kovové varianty.
Chemická malta (chemická kotva)
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.
Chemická kotva je alternativou klasické hmoždinky. Slouží tedy k upevnění vrutů či šroubů ve zdivu. Jedná se o rychletvrdnoucí polyesterovou nebo vinylesterovou pryskyřici s obsahem cementu, laicky řečeno ukotvený předmět do zdiva doslova zatvrdne. Významným faktorem je výrazně vyšší nosnost chemické kotvy a také to, že omezuje pnutí ve zdivu. Výsledkem je tak pevnější a odolný spoj. Pro běžné používání v domácnosti zpravidla stačí využít klasickou hmoždinku. Pokud se však rozhodneme připevnit těžší předměty, jako je umyvadlo, závěsný záchod, nebo dokonce markýza či lehčí konstrukce, je už lepší zvolit hmoždinku chemickou, tedy chemickou kotvu. Chemická kotva se používá pro kotvení do celé řady tvrdých materiálů s výjimkou dřeva. Není tedy vhodná ani na montáž dřevěných montovaných domů. Uplatnění nachází jak v případě dutého, tak plného zdiva.
Čtěte také: Kotvy z nerezu pro beton
Na konečné vytvrzení je sice třeba počkat v řádu desítek minut až jednotek hodin, ale chemická kotva začíná tuhnout již během několika minut. Doba tvrdnutí závisí na přesném složení kotvy a také na teplotě materiálů a okolí. Jestliže dodržíte jednotlivé kroky, je použití chemické kotvy velmi snadné. K její aplikaci vám bude na většinu produktů stačit pouze běžná vytlačovací pistole. Hloubka otvoru závisí na typu kotvy, kterou hodláte použít. Vzhledem k její odolnosti a pevnosti je to docela oříšek, kotvu zcela odstranit nelze. Před samotnou montáží si připravte všechny potřebné nástroje i kotvicí materiál. Pokud budete chemickou kotvu využívat v interiéru, je důležité vybrat produkt, který neobsahuje rakovinotvorný styren. Pokud kotvu nespotřebujete celou, nesundávejte míchací špičku, ta poslouží jako víčko, při dalším kotvení pouze nahradíte starou míchací špičku za novou a můžete kotvit dál.
Doporučené průměry otvorů pro chemické kotvy:
- Plné materiály: Průměr vrutu/šroubu + 0,2 mm
- Duté materiály: Průměr odpovídající plastovému/kovovému sítku
Důležité zjištění z tahové zkoušky
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. (10kg). Ve srovnání s rotačním vrtáním je potom výsledek 17x lepší - 1,7 kN (170kg). 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.
Kotevní patky
Uvažujete-li o stavbě nové terasy, pergoly, zahradního domku nebo dětského hřiště, je kromě použití zemních vrutů možné založit stavbu na základové betonové pilíře. Kotevní patky jsou ocelové prvky navržené tak, aby přenášely zatížení z nadzemních konstrukcí do betonového základu.
Typy kotevních patek
Pro betonáž za mokra:
- Klasické patky s ocelovým roxorem (betonářskou tyčí) určené pro montáž do čerstvého betonu. Roxor se zalije betonem, čímž vznikne velmi pevné spojení. Vhodné pro těžké konstrukce bez potřeby dodatečného kotvení.
- Patky vybavené maticí pro úpravu výšky po betonáži. Ideální pro kompenzaci rozdílů v rovině a přesné vyrovnání konstrukcí, např. pergol nebo teras.
Pro hotový beton:
- Speciální patky tvarované na konkrétní průměry či profily trámů.
- Lepené či šroubované úhelníkové prvky pro uchycení hranolů a nosníků.
Základní typy kotevních patek
- Kotevní patka tvaru U - nejpoužívanější typ kotevní patky, dostupná pro trámky o průřezech 60, 80, 100, 120, 140, 160 mm.
- Kotevní patky tvaru U s prolisem - patka s prolisem poskytuje lepší ochranu dřevěného prvku, kdy je spodek trámku na prolisech a je lépe chráněn proti vlhkosti.
- Kotevní patky tvaru L - tento tvar patky se využívá pro podepření rohových spojů trámků, nebo v případech, kdy nechceme, aby patka byla viditelná z pohledové strany konstrukce.
- Kotevní patky tvaru T - patka T se vkládá do naříznuté drážky v dřevěném prvku. Výhodou této patky je, že není viditelná z žádné pohledové strany.
Postup betonáže kotevní patky
- Příprava podkladu: Vyražte bednění, odstraňte volné částice a zhutněte dno štěrkopískem.
- Umístění patky: Zkontrolujte svislost a polohu patky vodováhou, poté ji zafixujte v bednění.
- Lití betonu: Použijte beton C20/25, rovnoměrně rozprostřete a vibrujte, aby se odstranily vzduchové bubliny a beton obepnul roxor.
- Kontrola výšky: Po 30-60 minutách zkontrolujte a upravte výšku trnu podle potřeby.
- Vytvrzení: Zakryjte fólií a udržujte vlhkost, nechte beton tvrdnout min. 28 dní.
Postup kotvení do hotového betonu pomocí chemické kotvy
- Příprava otvoru: Vyvrtejte otvor Ø12-18 mm, vyčistěte prach kartáčem a vzduchovou pistolí.
- Aplikace chemické kotvy: Vytlačte chemickou maltu do otvoru, poté vložte roxor nebo svorník.
- Vytvrzení kotvy: Nechte kotvu vytvrdnout dle doporučení výrobce (obvykle 24-48 hodin).
Další varianty kotevních patek pro hotový beton
- Kotevní patka U s deskou pevná - tato kotevní patka tvaru U je pevná, bez možnosti výškového nastavení. Spodní obdélníková patka pro uchycení do betonu má dva montážní otvory. Tyto pevné patky nabízíme pro trámky o průřezech 60, 80, 100, 120 a 140 mm.
- Kotevní patka U s prolisem šroubovací - výškově nastavitelná patka tvaru U s prolisem poskytuje lepší ochranu dřevěného prvku, kdy je spodek trámku na prolisech, což ho lépe chrání proti vlhkosti. Spodní čtvercová deska má čtyři montážní otvory pro uchycení do betonu a horní patka U je výškově stavitelná pomocí šestihranných matic.
- Kotevní patka U stavitelná - patka tvaru U s možností šířkového nastavení pro různé průřezy trámků v rozsahu 80-160 mm. Tato stavitelná patka se často používá pro výstavbu ze starých použitých trámů, kdy trámky nemají v celé své délce stejný průřez. Patka je výškově stavitelná pomocí prodloužené šestihranné matice v rozsahu 110-190 mm.
- Kotevní patka T šroubová - patka T se vkládá do naříznuté drážky v dřevěném prvku, výhodou této patky je, že není viditelná z žádné pohledové strany. Nejčastěji se používá pro svislé trámky. Patka je výškově stavitelná pomocí prodloužené šestihranné matice v rozsahu 110-190 mm.
- Patka pilíře s pevnou deskou - patka pilíře s pevnou horní deskou s přivařenou šestihrannou maticí s možností výškového nastavení pomocí závitové tyče. Spodní deska pro uchycení do betonu má čtyři montážní otvory.
- Patka pilíře s volnou deskou - patka pilíře s volnou horní deskou s možností výškového nastavení pomocí závitové tyče. Spodní deska pro uchycení do betonu má čtyři montážní otvory.
Doporučené postupy kotvení patek
Nejčastěji doporučovaná varianta kotvení je pomocí ocelových průvlakových kotev. Do betonu vyvrtáme otvory pomocí stavebního vrtáku SDS dle roztečí v ocelové základně patky. Hloubka a průměr otvorů závisí na zvoleném rozměru ocelové kotvy. Z vyvrtaného otvoru je nutné odstranit prach, aby byl otvor čistý, ideální je vyfoukat vzduchem pumpičkou nebo použít kompresor. Další používanou variantou je přímé přišroubování patky pomocí šroubů do betonu se šestihrannou hlavou. Tuto variantu volíme především v případech, kdy patku kotvíme blízko k okraji betonového základu, protože při kotvení nevzniká v otvoru napětí jako u průvlakových kotev a sníží se tak riziko prasknutí betonu. Pro kotvení patek doporučujeme šrouby o průměru 8 pro otvory 10,5 mm a průměr 10 mm pro otvory 12,5 mm. Patku můžeme také do betonu upevnit pomocí nylonových hmoždinek a vrutů se šestihrannou hlavou. Pro tuto možnost kotvení doporučujeme hmoždinky Mungo Quattro, které mají vysokou možnost zatížení. Posledním již zmiňovaným způsobem ukotvení je pomocí chemické malty. Toto kotvení je nejvhodnější pro pevné patky s trnem pro zabetonování. Můžeme jej ale použít i pro kotvení patek s kotvicí deskou. K tomuto způsobu kotvení se používají závitové svorníky (nařezané závitové tyče na požadovanou délku), které se pomocí chemické malty upevní do vyvrtaných otvorů.
Vliv výztuže na návrh kotev
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.
Selhání kotev může být v různých případech kombinací při tahových a smykových zatíženích (např. selhání oceli, vytažení, betonový kužel, rozštěpení, vylomení betonu, selhání okraje betonu). Výztuž můžeme využít tam, kde je rozhodující selhání betonu nebo rozštěpení. Například u posouzení při smykovém zatížení jsou zde 4 potřebné kroky ověření. Jednak model Vzpěra táhlo pro určení síly na výztuž, následně posouzení oceli výztuže, kotevní délka L1 (délka výztuže v betonovém kuželu) a také přenos sil z výztuže dále do konstrukce (zajištění celkové stability konstrukce). Poslední krok je třeba ověřit dle EN 1992-1-1.
Evropská norma na návrh kotev do betonu EN1992-4 nám umožňuje počítat s tímto efektem, který může vést ke zvýšení odolnosti selhání betonu. Na tomto obrázku je ukázka příkladu, kde máme výrazné smykové zatížení 45 kN v kraji betonového nosníku. Použitím výztuže ve výpočtu se dostaneme k potřebnému výsledku, kdy je využití kotevní délky výztuže v betonovém kuželu na úrovni 96%. Samotné posouzení selhání okraje betonu není v případě využití výztuže dle EN 1992-4 ověřováno. Pokud bychom nepočítali vůbec s efektem využití výztuže, ve výsledku se objeví 176% využití porušení okraje betonu a je třeba hledat jiné řešení.
Právě v Profis Engineering jsou připraveny nové funkce pro využití výztuže ve smyku nebo tahu, kde je možné modelovat polohu výztuží včetně tolerancí, parametry výztuže a podobně. Je také korektní uvést, že to neznamená ve všech případech jasné zvýšení odolnosti. Jde o celou řadu vlivů jako geometrie polohy výztuže, přenos sil do výztuže, velikost betonového kuželu a další aspekty, přičemž výpočet respektuje postup posouzení podle norem.
tags: #kotva #proti #vytržení #z #betonu #typy