Nová kombinace mechanických a lepených kotev

Definice a právní předpisy

Pro kotvení do betonu existují dvě hlavní technologie. Jedná se o předem zabetonované prvky, anebo dodatečně osazované kotvy. V tomto článku se více zaměříme právě na dodatečně osazované kotvy, které se velmi často používají na stavbách k upevňování.
Toto rozdělení je uvedeno v hlavní evropské normě na návrh kotev, jde o Eurokód 2-4: ČSN EN 1992-4 (Navrhování betonových konstrukcí – část 4: Navrhování kotvení do betonu). Právě tato norma je hlavním dokumentem pro návrh a posouzení kotev, včetně členění podle typu kotev, protože pro různé typy kotev může být jiný postup posouzení.
Dále je možno použít evropské předpisy EOTA TR (European Organisation for Technical Assessment – Technical Reports), které vydává Evropská organizace pro technické posuzování jako detailnější nebo nadstavbové řešení právě k evropským normám.
Druhým aspektem je, že pokud se navrhuje konkrétní stavební výrobek, jako je kotva, jednotliví výrobci musí technicky posoudit jednotně parametry daného výrobku. A v takovém případě EOTA vydává tzv. EAD (Euro­pean Assessment Document) – ­Evropský dokument pro posuzování, což je předpis, jak vůbec dané výrobky posoudit (testovat). To umožňuje lepší porovnávání těchto technických výrobků v rámci Evrop­ské unie.
I v tomto případě je důležité zmínit, že v rámci dodatečně osazovaných kotev se dělí právě podle výše zmíněného Eurokódu kotvy na mechanické a lepené. Často používaný termín chemické kotvy v této hlavní normě není uveden. Selhávající stavy a metoda posouzení kotev je pro mechanické kotvy v porovnání s lepenými částečně rozdílná.

Tradiční řešení v praxi

Vybrat vhodnou kotvu pro konkrétní situaci na stavbě či v projektové dokumentaci může být vzhledem k velké rozmanitosti kotevních systémů, které jsou k dispozici na trhu, velmi těžké. Ze své praxe si dovolím odhadnout poměr použití na stavbách mezi ocelovými mechanickými a lepenými kotvami 50 na 50 %. Ovšem podle údajů od projektantů je poměr u jejich návrhů 80 % ve prospěch lepených kotev. Hlavním důvodem je to, že projektanti navrhují střední až těžká kotvení, a tak nejvíce využívají únosnosti a proměnné kotevní hloubky právě u lepených kotev. Naproti tomu na stavbě, když si řešení volí sama montážní firma, je v 80 % směrováno na mechanické kotvy, protože je osazení velmi jednoduché, rychlé a jedná se o menší
až střední zatížení.

Hlavní výhody obou principů kotev

Lepené kotvy do betonu se používají hlavně z těchto důvodů:

• flexibilita – různé kotevní hloubky, závitové tyče, větší mezery mezi deskou a kotevním šroubem;
• univerzálnost – v různých základních materiálech;
• menší okrajové a osové vzdálenosti;
• kotevní otvor zaplněný lepidlem a částečně uzavřený proti vodě;
• dobrá požární odolnost.

Naproti tomu mají mechanické kotvy tyto přednosti:

• jednoduchá a rychlá montáž;
• je možné ihned po osazení zatížit;
• žádné omezení podle data expirace;
• vysoká požární odolnost.

Mechanické kotvy jsou vnímány jako ekonomičtější varianta, zároveň však mají relativně velké okrajové i osové vzdálenosti a těžko se zajistí vodotěsně uzavřený spoj. Naopak výhodou lepených kotev je možnost jejich použití v betonu nízké kvality i bez ztráty únosnosti. Na druhou stranu je jejich montáž vnímána jako náročnější vzhledem k vlivu podmínek prostředí, jako je např. teplota, nutnost použití vytlačovací pistole, vyšší náročnost na čištění otvoru atd.

Možnosti kombinace obou principů

Co kdybychom vytvořili kotevní prvek, který kombinuje výhody obou systémů? Tato myšlenka není úplně nová a určité řešení bylo možno vyvíjet i prakticky. Důležité je však mít možnost správně posoudit/navrhnout danou kotvu podle platných právních předpisů, nestačí test.
S vývojem nových řešení, která výrobci předkládají, přichází od EOTA také nová možnost posouzení zalepeného upevňovacího šroubu do betonu, která může přinést další výhody i pro uživatele.
Šrouby do betonu se již nějakou dobu na trhu využívají. Jedná se o pevnostní šrouby se speciálním závitem, které jsou připraveny pro osazení do vyvrtaného otvoru. Rázovým aku šroubovákem se šroub zašroubuje do betonu tak, že si šroub řeže v betonu drážky a vytvoří se tak tvarový mikrozámek. Toto řešení je poměrně jednoduché a velmi rychlé na montáž. Bývá k dispozici od průměrů cca 6–16 mm.
Přední výrobci kotev přinášejí také inovace, například právě možnost zalepení šroubu do betonu přesně daným typem lepidla. Na obr. 3 je vidět rozdíl v řezu, kdy se jedná o použití samotného šroubu a kdy je zde současně vyplnění lepidlem. V tomto případě daný výrobce používá šroub do betonu a patronu (fóliové balení přesné dávky dvousložkového lepidla). Po vyvrtání otvoru se rovnou do otvoru vloží daná patrona a poté se standardně osazuje šroub do betonu. Šroub v otvoru rozmíchá lepidlo, které zateče do malých mezer a mikrotrhlinek mezi šroubem a betonem.
U tohoto příkladu je velkou výhodou možnost kotevní šroub ihned po osazení zatížit na plný výkon. V první fázi veškeré zatížení přenese závit šroubu mechanickým opřením o drážku v betonu a ve velmi krátkém čase dochází k vytvrzení lepidla a téměř dokonalému propojení šroubu s betonem. Limitem je pak už jen pevnost betonu, nikoli kotvení. Samozřejmě je třeba použít systémové řešení od jednoho výrobce, kdy je určena správná geometrie šroubovice a speciální lepidlo s přesně navrženou dávkou a zajištěním promíchání dvou složek.
Při vývoji tohoto řešení byl věnován prostor i tomu, aby kotva byla demontovatelná. V daném kotevním otvoru zároveň zůstane velmi kvalitní závit pro možnost opětovného osazení šroubu do betonu, a to při zachování únosnosti (podle obr. 4).

• Výhody uvedeného hybridního řešení

Jedná se o extrémně rychle působící lepenou kotvu – ihned po osazení je možné ji zatížit na plné zatížení. Montážní firmy si často stěžují, že mají omezený počet pracovníků a potřebují jednoduché a rychlé řešení. V případě lepené kotvy jde o velmi rychlou montáž, která je zároveň bezpečná, co se týče eliminace chyb při osazení. Množství lepidla je přesně odměřeno (jedna dávka), kotevní otvor není třeba čistit, osazení rázovým šroubovákem lze provést až na dotažení a není tedy potřeba momentový klíč.
Z hlediska porovnání únosnosti jsou u hybridního řešení lepší výsledky než u tradičních lepených i mechanických kotev pro stejnou kotevní hloubku a dostáváme se na kapacitu betonu. Jedná se i o ekonomické řešení, protože je třeba porovnat cenu kotevního bodu a náklad na osazení, což v součtu dává smysl právě vzhledem k rychlosti montáže.
V praxi je možné toto hybridní řešení použít pro střední až těžká zatížení kotev u rozměrů cca M8–M16, jako je kotvení přístřešků, zařízení, zábradlí, plošin, sloupků, technologií a podobně.

• Technické posouzení a návrh

Kvalifikaci této kombinované technologie – označované jako hybridní, spojující šrouby do betonu (kotevní systém založený na mechanickém zámku), a lepené kotvení (kotvení založené na přilnavosti a upevnění přes mikronerovnosti kotevního otvoru) umožňuje nový Evropský dokument pro posuzování EAD 332795 vydaný EOTA pro lepené upevňovací šrouby pro použití v betonu (bonded screw fasteners for use in concrete).
EOTA dále vydala předpis EOTA TR 075, který koordinuje metodiku návrhu v jejích obecných aspektech, avšak technicky vychází také z EN 1992-4, aby upřesnil možnost kombinace lepené a mechanické kotvy. Na základě předpisu EAD 332795 mohou jednotliví výrobci posoudit daný produkt a vydat posouzení ETA (European Technical Assessment). Hlavním novým prvkem v EAD 332795 pro lepený upevňovací šroub je posouzení porušení kombinující vytažení a selhání betonu. Vychází z definice základní únosnosti v tahu pro lepené upevňovací šrouby. Vzhledem k tomu, že se jedná o hybridní systém, musí být lepený upevňovací šroub posuzován také z hlediska dlouhodobého zatížení.

Závěr

Lepený upevňovací šroub je certifikované řešení podle evropských právních předpisů. Při návrhu poskytuje následující přínosy.

• Zvyšuje bezpečnost navrhovaných konstrukcí, protože okrajové podmínky ovlivňující soudržnost (např. teplota) jsou eliminovány upevňovacím šroubem. Naopak okrajové podmínky ovlivňující mechanické chování kotevního prvku (např. kvalita betonu) jsou eliminovány lepicí hmotou.
• Umožňuje větší flexibilitu návrhu a zároveň je připraven pro zvýšení požadavků do budoucna, vzhledem k tomu, že přidáním lepidla se výrazně zvyšuje odolnost kotvy. Také přináší možnost řešení i pro ty nejmenší okrajové a osové vzdálenosti.
• Kotvení je snazší i pro montážní firmy, protože není třeba řešit čas vytvrzení, čištění otvoru, utahovací moment, typ vrtání, vlhký otvor apod. (platí pro příklad Hilti HUS4-MAX).