Beton a ocel se mají rádi, především proto, že mají odlišné vlastnosti a přitom mohou fungovat v symbióze díky velmi podobné délkové teplotní roztažnosti. Jako správný pár se doplňují: tam, kde beton nestačí, přebírá slovo ocel. Betonářská výztuž se používá v železobetonových prvcích a jejím hlavním úkolem je přenášení tahových napětí v betonových průřezech.
Pro ilustraci si představme betonový překlad, na který působí svislé zatížení. Tento překlad se vlivem zatížení prohne a bez výztuže se dostane do fáze, kdy v dolní části průřezu vznikne tahové napětí větší, než je únosnost betonu v tahu (únosnost betonu v tahu je cca 10x menší než v tlaku). Abychom tomuto zborcení překladu předešli, vloží se před betonáži do této dolní části betonářská výztuž, která převezme tahová napětí tam, kde nám beton na tah nevyhovuje. V horní části průřezu působí v betonu tlaková síla, zde využíváme vlastností betonu, který velmi dobře odolává tlaku, v dolní části působí tahová síla, kterou přebírá betonářská výztuž. Tato dvojice sil mezi sebou působí v určité vzdálenosti (na rameni vnitřních sil). Násobkem jedné z dvojice sil (jsou shodné) a ramena vnitřních sil dostáváme takzvaný moment únosnosti průřezu, který musí být větší než moment, který vzniká od zatížení.
Samotný výpočet a návrh železobetonového prvku je poměrně náročný a provádí jej výhradně autorizovaná osoba (projektant pozemních staveb nebo statik). Běžný stavebník by měl vědět a uvědomit si, že musí dodržet rozmístění a typ všech prvků, které projektant spočítal.
Typy výztuže v betonových prvcích
V betonových prvcích rozeznáváme výztuž podélnou (nosnou) a výztuž příčnou. Příčná výztuž se dělí na rozdělovací, která je používána v plošných konstrukcích a třmínky, které se používají ve sloupech, překladech, trámech a věncích. Je důležité upozornit, že veškerá výztuž je v betonových prvcích důležitá a zejména spolupůsobí. Například třmínky nám vymezují svým tvarem polohu podélné výztuže, zároveň však přenášejí smyková napětí od posouvajících sil, které na konstrukci působí.
Druhy výztužných prvků
- Betonářská výztuž je z oceli a na stavbu se dodává postupně podle objednaných jmenovitých průměrů.
- Výztužné sítě se zhotovují předem z drátů s obrysovými rozměry například 2 × 3 m nebo 2 × 5 m s oky o velikostech 100/100 mm, 100/150 mm, 100/200 mm, 150/150 mm nebo 200/200 mm.
- Větší profily výztuže (o průměru nad 10 mm) tvoří rovné pruty různých délek, přičemž jeden kus může být až 16 m dlouhý. Pruty mohou být skladovány po jednotlivých kusech nebo svázány podle profilů do skupin.
Normy a předpisy pro navrhování a provádění betonových konstrukcí
V rámci Evropské unie platí technické standardy v oblasti navrhování stavebních konstrukcí. Pro navrhování betonových a železobetonových konstrukcí platí základní norma ČSN EN 1992-1-1 s upřesňujícím národním dokumentem. Návrhová norma je značně nepřehledná, což je dáno především množstvím vzorců s řadou univerzálních součinitelů, které lze upravovat v rámci národní přílohy. Relativně časté změny, opravy a upřesnění v základní normě a její národní příloze vedou k nepřehlednosti problematiky navrhování betonových konstrukcí. Zjednodušená tabulková forma základní problematiky má za cíl získat přehled a rychlé orientování v celé problematice navrhování železobetonových konstrukcí pro běžné konstrukce pozemních staveb. Tabulkový přehled problematiky navrhování betonových konstrukcí navazuje na publikaci pro navrhování železobetonových konstrukcí „Navrhování betonových konstrukcí. Příručka k ČSN EN 1992-1-1 a ČSN EN 1992-1-2“ prof. Ing. Jaroslava Procházky, CSc.
Čtěte také: Vlákna do betonu
Změny v ČSN EN 1992-1-1 (2015)
- Maximální hodnota únosnosti v protlačení by měla být omezena nejen maximální únosností betonové diagonály vztahem νRd,max=0,4⋅ν⋅fcd, ale i maximální únosností smykově vyztuženého průřezu.
- Pro ohýbané prvky s významnou tahovou normálovou silou je doporučená hodnota cot θ = 1 (resp. θ = 45°). Pro ohýbané prvky s významnou tlakovou normálovou silou a předpjaté prvky je doporučená hodnota v intervalu 1,0 ≤ cot θ ≤ 2,5 resp. (45°≤ θ ≤ 21,8°). Pro ohýbané prvky bez působení významné normálové sily je doporučená hodnota v intervalu 1,0 ≤ cot θ ≤ 1,75.
Norma pro provádění betonářských prací
Norma, která stanoví pravidla provádění betonářských prací, nahradila ČSN 73 2400 a ČSN P ENV 13670 - 1, které byly zrušeny. Obsah normy zahrnuje:
- Předmět normy
- Citované normativní dokumenty
- Definice
- Management provádění
- Bednění a jeho podpěrné konstrukce
- Výztuž
- Předpínání
- Betonování
- Provádění konstrukcí z prefabrikovaných dílců
- Geometrické tolerance
Výpočet a návrh výztuže
Pro beton do třídy C50/60 je ξbal,1=0,617 při ovinutí tlačené zóny betonu třmínky a ξmax=0,450 bez ovinutí tlačené zóny betonu.
Návrh výztuže pomocí tabulek
Kritická hodnota součinitele momentu únosnosti μEd se vypočítá jako:
μEd = MEdib⋅d²⋅fcd = MEd−NEd⋅zs1b⋅d²⋅fcd
Ze tabulek se stanoví ω1 a ω2.
Čtěte také: Jak správně vyztužit betonové jezírko
Staticky nutná plocha výztuže
- Staticky nutná plocha výztuže v tažené části: As1 = ω1⋅b⋅dfyd/fcd + NEdfyd
- Staticky nutná plocha tlačené výztuže: As2 = ω2b⋅dfyd/fcd
- Výška tlačené oblasti: x = d⋅ξ ≤ ξbal,1⋅d
- Rameno vnitřních sil: z = d⋅ζ
Minimální plocha výztuže
Minimální plocha výztuže As,min se vypočítá dle následujícího vzorce:
A_\text{s,min}=0{,}26\cdot\bigg(\frac{f_\text{ctm}}{f_\text{yk}}\bigg)\cdot b_\text{t}\cdot d
nesmí být menší než
A_\text{s,min}=0{,}0013\cdot b_\text{t}\cdot d
Nedestruktivní metody pro zjišťování polohy výztuže
Při stavebně technických průzkumech se často setkáváme s odchylkami vyztužení od projektovaného stavu, a to i v dnešní době, častěji než u starších konstrukcí. Prokázání daných vad je poté častým úkolem nedestruktivního zkušebnictví. Klíčová je poté volba vhodné metody i zařízení.
Čtěte také: Jak polymery zpevňují hliněné omítky
Přehled metod
| Metoda | Princip | Výhody | Nevýhody/Omezení |
|---|---|---|---|
| Sekané sondy | Mechanické odstranění krycí vrstvy betonu bouracím kladivem. | Běžně používaná u starších konstrukcí. | Destruktivní metoda. |
| Elektromagnetické indikátory výztuže | Elektromagnetické pole, vířivé proudy, magnetické vlastnosti oceli. | Jednoduchá a rychlá kontrola krytí u jednoduše vyztužených konstrukcí. | Omezená hloubka, vzdálenost prutů, složitost vyztužení. |
| Georadar | Vysílání vysokofrekvenčních elektromagnetických pulzů a detekce odrazu. | Hloubkový dosah (až 400 mm), okamžitá vizualizace, více vrstev výztuže. | Vyžaduje zkušenou obsluhu pro správnou interpretaci. |
| Radiografie | Prozáření konstrukce zářením γ ze zdroje Co60 a měření zeslabení. | 100% výsledky stanovení polohy výztuže, nedestruktivní. | Zpřísněná opatření na ochranu zdraví, použití Co60. |
Z výše uvedených popisů jednotlivých metod je jednoznačně zřejmé, že ideální metodou pro stanovení polohy výztuže je radiografie. Ústav stavebního zkušebnictví FAST VUT v Brně v minulých letech řešil řadu případů závažných poruch novostaveb, kde příčinou bylo špatné vyztužení. Pro řešení těchto úkolů byla prakticky výhradně používaná radiografie pomocí izotopu Co60. Zásadní výhodou byly 100% výsledky stanovení polohy výztuže, při zachování principu nedestruktivity této metody. Nicméně, radiografická metoda byla díky vizuální vypovídací schopnosti ideálním prostředkem prokázání špatného vyztužení prvků železobetonových konstrukcí.
Současné trendy a omezení
Současná doba je charakterizovaná obecným zpřísněním veškerých opatření, sloužících k ochraně zdraví pracovníků i obyvatelstva. Nabízí se použití alternativních nedestruktivních metod popsaných výše. Využití elektromagnetických indikátorů je dobře známé a osvědčené, pochopitelně s vědomím omezení této metody. Ve větším množství případů dokáže radiografii ve značném rozsahu nahradit radar, případně radar v kombinaci s magnetickými indikátory poslední generace. Vždy je však třeba mít na paměti omezení, daná fyzikálním principem jednotlivých metod.
Současně ale pro využití metod jako je georadar a elektromagnetický indikátor platí více než kdykoli dříve fakt, že jde sice o metody se širokými možnostmi, které ale současně vyžadují značnou erudici obsluhy, a kvůli nezkušenosti v jejich používání by mohlo snadněji dojít k chybné interpretaci výsledku, či nemožnosti interpretovat naměřené hodnoty.
Skladování, zpracování a ukládání výztuže
Výztuž je nepostradatelnou součástí monolitického betonu. Dlouhé pruty je třeba uchopit vždy na dvou místech, ať už jsou přenášeny pracovníky nebo jeřábem. Výztužné sítě a mřížoviny se podle svého tvaru zavěšují různým způsobem na jeřáb. Zpravidla to bývá pomocí čtyřpramenného lana s okem navlečeným do háku jeřábu.
Skladování výztuže
- Pruty mohou být skladovány po jednotlivých kusech nebo svázány podle profilů do skupin. Ukládají se na podložky v takových vzdálenostech, aby se nemohly trvale zdeformovat.
- Zatímco výztužné sítě a mřížoviny se skladují zásadně naležato, výztužné armokoše mohou být uloženy na stojanech.
- Výztužné polotovary se skladují v různých polohách, v závislosti na jejich tvaru. Válcovaná ocel se skladuje na dřevěných podkladních hranolech v poloze, ve které bude zabudována do konstrukce.
Zpracování výztuže
Stroje a zařízení pro rovnání, stříhání a ohýbání betonářské výztuže musejí být uspořádány tak, aby pracovníci nebyli ohroženi pohybem armatury při jejím opracovávání.
- Ocel z drátů se rovná v elektrických rovnačkách, kde se současně i stříhá na předepsané délky.
- Na předepsané délky se musejí nejdříve nastříhat i pruty z betonářské oceli. Zcela výjimečně se ještě používají na jednotlivé tenké profily ruční pákové nůžky. V současné době se ke stříhání tyčoviny používají elektrické stříhačky. Při stříhání několika výztužných prutů najednou musí být tyčovina vhodně zajištěna v pevné poloze vhodným pracovním nástrojem (např. svěrkou) nebo přímo konstrukcí stroje.
- Ocel nastříhaná na předepsané délky se na elektrické ohýbačce ohne do přesně stanoveného tvaru podle výkresu výztuže. Při malém množství ohýbaných prutů se mohou použít ruční ohýbačky. Běžně používané ohýbačky s motorovým pohonem musejí být na přední straně stolu vybaveny tlačítky pro okamžité zastavení chodu stroje nebo doplněny o vypínací tyč umístěnou tak, aby mohlo dojít v případě nebezpečí k okamžitému zastavení chodu stroje.
- Třmínky, kterými se ovíjí nosná výztuž, se ohýbají zpravidla na třmínkovačkách. Výztuž do sloupů ve tvaru armokoše se omotává třmínky ručně v poloze naležato na stojanech.
- Ke vzájemné fixaci výztuže se používá měkký vázací drát, který se namotává v místech křížení výztuže a utahuje pomocí ručního háčku - tzv. vazače.
- Namísto vázání se může výztuž spojovat také svařováním, což ale není nosný spoj. Kromě spojovacích svarů se používají také svary dočasně nosné - s nosnou funkcí určenou pouze po dobu montáže.
Při stříhání a ohýbání prutů nesmí být technika nikdy přetěžována, protože by mohlo dojít k nekontrolovatelným pohybům výztuže. Během stříhání a ohýbání se nesmějí ruce pracovníka přiblížit do nebezpečné vzdálenosti k místu střihu nebo do blízkosti ohybu.
Ukládání výztuže do bednění
- Povrch ocelových vložek musí být před uložením do bednění zbaven mastnoty a rzi. Nesmí být znečištěn zatvrdlým cementovým mlékem. Jakékoliv nečistoty, které by mohly snížit přilnavost oceli k betonu, se musejí odstranit. Čištění výztuže v bednění se z bezpečnostních důvodů nesmí provádět. Navíc by vznikly problémy i při odbedňování.
- Pokud není možné vkládat výztuž do bednění v armokoších (kostrách), může být vkládána i jednotlivě. Tyče se v bednění tzv. „nastrkávají“.
- Krycí vrstva výztuže v betonové konstrukci se zajišťuje pomocí distančních tělísek.
- Při osazování se výztuž kostry sloupů ve tvaru armokoše spouští na definitivní místo pomocí zdvihacího prostředku. Musí dosednout až na betonové dno. Navazuje se na kotevní trny ze základů nebo na vysunuté svislé pruty ze sloupů spodního podlaží. Teprve potom se přikládá bednění sloupu.
- Výztuž nosníků se vkládá do bednění zpravidla jednotlivě nebo opět v podobě armokošů. Při jednotlivém ukládání výztužných prutů do bednění se nejdříve vkládají třmínky. Aby se třmínky nekácely, přivážou se dočasně na vodorovná montážní železa umístěná kolmo na horní hrany bednění.
Kontrola před betonáží
Po dokončení železářských prací převezme odpovědný pracovník stavby výztuž podle schváleného výkresu výztuže. Před zahájením betonáže musejí být armatury, které jsou uloženy do bednění, převzaty odpovědným pracovníkem stavby a technickým dozorem stavebníka (TDS). Ti zkontrolují správnost jejího uložení a dodržení všech krycích vrstev podle výkresů tvaru a výztuže. Nosná výztuž nesmí zůstat po odbednění obnažena.
tags: #vyztuzeni #betonovych #panelu