Kotvení do konstrukcí

8.7

Kotvení do konstrukcí

S využíváním betonových konstrukčních částí staveb vznikala potřeba jejich spojování navzájem (např. kotvení sloupů do konstrukcí základů) a připojování dalších konstrukčních prvků (technologických zařízení, podpěr a závěsů technického vybavení a dalších). Obdobně tomu je u svislých a vodorovných konstrukcí z jiných stavebních materiálů i konstrukcí a zařízení se stavbou souvisejících (stálého vybavení i pomocných). Jak se vyvíjely technologické možnosti, měnil se i přístup projektantů a zhotovitelů ke způsobům spojování konstrukčních prvků a částí staveb. Dříve nepostradatelné kotevní otvory a osazované ocelové kotevní desky dnes nahrazuje "lepidlo“ a případně přímo do betonu zavrtaný "šroubek“. Nejedná se o změnu samoúčelnou. Při respektování dohodnutých zásad kotvení je možné zhotovit "čistou“ konstrukci bez přídavných (časových a materiálových) nákladů na připravené kotvení, kotvící prvky v konstrukci "neplavou“, neztrácejí se a rozměrné kotevní otvory není třeba čistit a posléze zaplňovat. Nově zaváděné kotvící systémy pokrývají široké pole možností kotvení a rozsahu únosnosti kotev. Nabízejí variabilitu a jednoduše realizovatelné změny kotvení např. při změně požadavků vyvolané výměnou technologie nebo modernizací zařízení.

Technický dozor investora, stejně jako projektant díla, by měl být dostatečně seznámen s možnostmi kotevní techniky, aby uměl posoudit důležitost prováděného kotvení, připevnění či zavěšení a uměl posoudit vhodnost technického i ekonomického řešení. K tomu by měl posloužit i text této kapitoly, pojednávající o způsobech kotvení a kotvách vhodných pro různé stavební materiá¡ly a splňující rozličné požadavky na ně kladené. Uvedeme v něm též informace o evropských organizacích, které se kotvením zabývají, provádějí schválení (certifikaci) kotev a vydávají pokyny k jejich využívání. Jednotlivé druhy kotev doplníme ukázkami kotev některých výrobců pro získání představy o jejich technických parametrech a možnostech využití.

 NahoruSPOLEHLIVOST, ŽIVOTNOST, PORUCHY KOTEV

Kotvení musí být spolehlivé po celou dobu své životnosti. Pokud je zabudované pod stavebními základovými konstrukcemi, musí být chráněno proti zemní vlhkosti. V chemicky agresivním prostředí bývá často kotvení jak nosných konstrukcí, tak technologických zařízení, přístupné působení vnějšího prostředí. V tomto případě je třeba použít vhodné materiály, povrchové úpravy a kotvení chránit (např. obetonováním, složení betonu ochranné vrstvy musí odpovídat podle příslušné agresivity prostředí normě ČSN EN 206-1 Beton – specifikace, vlastnosti, výroba a shoda).

Protože u zakrytých kotvení se jedná o místa, která nelze průběžně udržovat, je nutno již v návrhu počítat s bezporuchovým provedením. Při rekonstrukcích starších objektů je bezpodmínečně nutné obnažení kotvení a odborné posouzení jeho další provozuschopnosti.

Pro všechny druhy kotvení jsou rozhodující vlastnosti podkladu – stavebního materiálu – zejména jeho pevnost a stejnorodost. Různá konstrukce kotvy lépe či hůře využívá fyzikální vlastnosti podkladu, vždy však je limitována tloušťkou a pevností stavebního materiálu prvku, do kterého se kotví nebo ke kterému se další prvek kotvením připevňuje. Nosnost a pevnost kotevního spoje je přímo úměrná pevnosti a kvalitě základního materiálu.

Chování upevňovacích prvků při zatížení je ovlivněno mnoha faktory:

• pevností materiálu prvku, do kterého se kotví;

• vzdáleností mezi sousedními kotvami;

• vzdáleností k volným hranám konstrukčního dílce;

• stavem namáhání podkladu kotvy.

 NahoruPoruchy kotev

Poruchy kotev jsou převážně způsobeny nadměrným namáháním kotevních bodů, nesprávnou montáží, nedostatečnou pevností kotevního podkladu, v některých případech sníženou druhotně vlivem negativního působení prostředí a korozí poškozených kotvících prvků. Je možné je rozdělit na několik typů:

Vytržení kotevního podkladu způsobuje vysoká zátěž kotvy, příliš malá pevnost kotevního podkladu nebo malá hloubka kotvení.

Popraskání stavebního podkladu způsobují příliš malé rozměry stavebního dílu, nedodržení doporučených vnitřních a krajových roztečí kotev a příliš vysoký rozpěrný tlak.

K vytažení kotvy dojde, je-li uvolněno třecí, rozpěrné, resp. kontaktní spojení v důsledku vadné montáže.

Přetržení kotvy (kotevního šroubu) způsobí malá pevnost kotevního prvku pro danou kotevní zátěž.

 NahoruChyby prováděného kotvení

Neuvádíme výčet chyb provádění, které mají příčinu v nedodržení montážních a technologických předpisů výrobce, požadavků projektu a v řemeslné nekázni. Doporučení k vyvarování se chybám najdete u jednotlivých typů kotvení. Zde uvedeme pouze upozornění na některá obecná úskalí při kotvení.

Rozdílné tolerance provedení betonové a ocelové konstrukce

Zatímco betonová konstrukce zhotovená s přesností na 10 mm je v souladu s příslušnými normami, pro ocelovou konstrukci může být tato přesnost nedostatečná. Tolerance se mohou i načítat, a v případě, že betonový kotevní blok je minimálních rozměrů, mohou se kotvy dostat do prostorových vztahů, se kterými návrh nepočítal, a může dojít ke snížení únosnosti kotvení. Rekonstrukce takto provedeného kotvení vyžaduje nový přepočet, nové posouzení statikem a často též nákladné dodatečné úpravy stavební konstrukce.

 NahoruNepodbetonování kotevních desek

Kotevní ocelové desky mají spolu s kotvami přenášet tlakové napětí z kotvené konstrukce. Celá plocha mezi podkladem a ocelovou deskou musí být proto v kontaktu. Horní povrch konstrukce není zpravidla rovinný, a proto bývá v projektu předepsáno osazení kotevní desky do kontaktní vrstvy, např. jemnozrnné cementové malty. Existuje celý sortiment vhodných kotevních expanzních zálivek, bohužel často při vyplňování kontaktu nebývá povrch řádně očištěn, vznikají kaverny a nezaplněná místa a kontaktní plocha není spojitá. Přejímce kotvení je třeba věnovat mimořádnou pozornost, a to zejména v případech, kde po zakrytí nebude možná další kontrola.

 NahoruDodatečné úpravy na stavbě, rekonstrukce

Při úpravách a změně kotvení je třeba respektovat statickou funkci stávající konstrukce. Obecně platí, že odstranění kotevních prvků bez náhrady je nepřípustné. Potíž často spočívá v tom, že v některých případech není zcela zřejmé, jakou funkci dotyčná kotva má a některé skryté kotvy se objeví až při vlastních stavebních úpravách. U starších objektů nebo tam, kde v poslední době došlo k častému střídání uživatelů, zpravidla neexistuje dochovaná dokumentace původní stavby. Časté jsou (mnohdy staticky nepodložené) zásahy do kotevních patek a desek při změně využití objektu, změnách technologie a s tím související potřeby osazení nových zařízení.

 NahoruZÁKLADNÍ PRINCIPY KOTVENÍ
Kotvení napěťové – expanzní styk

Kotva vytváří při aplikaci tlak na základní materiál, který vytváří tření, bránící vytažení kotvy. Zvětšování tlaku zvyšuje odpor kotvy proti vytažení. Kotva působí v základním materiálu jako klín, který vzhledem k vlastnostem základního materiálu má snahu ho trhat. Tento druh kotvení proto vyžaduje větší vzdálenost kotvy od okraje prvku, do kterého se kotví, a větší rozteče kotev, aby se nesnížila její únosnost. Výhodou je, že působí okamžitě po instalaci.

 NahoruKotvení spojné – lepený styk

Lepená kotva nevnáší při aplikaci do základního materiálu žádné napětí. V materiálu nepůsobí jako klín. Ve funkci je základní materiál zatížen spojitou silou od zatížení kotvy po celé její délce. Nosnost kotvy je úměrná hloubce zakotvení a pevnosti základního materiálu. Tím, že je kotevní otvor zaplněn lepícím materiálem, je kotva odolná proti erozi. Lepený styk umožňuje menší vzdálenost kotvy od okraje a menší rozteč, aniž by byla snížena nosnost kotvení vzájemným ovlivněním kotev.

 NahoruTvarový styk

Tvarový styk je vytvářen vhodným tvarem součástí kotvy. Tvar kotvy zajišťuje její únosnost i v okamžiku havárie základního stavebního materiálu. Spolehlivost kotvy není ohrožena ani prasklinou až do 0,7 mm procházející osou kotvy, protože kotevní železo zůstává viset za kužel vytvořený mechanicky při vrtání kotevního otvoru (do něhož je kotva beznapěťově rozevřena) nebo je kužel vytvarován v lůžku chemickou maltou. Kotva umožňuje malé rozteče, malou vzdálenost od okraje prvku a malou hloubku kotvení při vysoké výpočtové síle.

 NahoruCERTIFIKACE

 NahoruZnačka CE

Evropská legislativa zavádí pro používanou kotevní techniku na stavbách přísné metody zkoušek, které hodnotí bezpečnost užívaného výrobku. Vzhledem k tomu, že nesprávně zvolená kotevní technika může při svém použití ohrozit život a zdraví lidí, pamatuje každá země ve svých stavebních předpisech na tuto skutečnost zákonnými předpisy. V České republice v této oblasti platí zákon č. 22/1997 Sb. a NV č.163/2002 Sb., v platném znění, které ukládají povinnost prokazovat shodu všech výrobků zabudovaných do stavby.

Každý výrobce stavebních produktů, na které se požadavky předpisů vztahují, je povinen zajistit pro své produkty značku CE. Značka CE je založena na harmonizovaných evropských normách, které pro produkty stanovují příslušné požadavky a zkoušky.

Podobně jako posouzení podle harmonizované normy, vede k označení CE posouzení výrobku podle Evropské organizace pro technické schvalování (EOTA) – Evropského technického schválení (ETA), které je kladné technické posouzení vhodnosti výrobku k určenému použití, založené na splnění základních požadavků na stavby, pro něž bude výrobek použit.

Až na časově omezené výjimky se ETA uděluje pro výrobky:

• pro které neexistuje harmonizovaná norma ani uznaná národní norma;

• pokud pro ně nebude zpracována hEN;

• které se odchylují podstatně od harmonizovaných nebo uznaných národních norem.

Směrnice Rady 89/106/EHS zavedla dva odlišné způsoby vydávání evropského technického schválení, které jsou založeny na odlišných postupech posuzování:

• vydání evropského technického schválení založeného na existujících řídících pokynech pro ETA – ETAG;

• v případech, kdy neexistují žádné pokyny, vychází schvalovací orgán přímo ze základních požadavků směrnice o stavebních výrobcích a z interpretačních dokumentů. Před vydáním ETA musí schvalovací orgán získat souhlas všech ostatních schvalovacích orgánů.

 NahoruSchvalovací orgány EOTA

Struktura ETA vydávaných všemi schvalovacími orgány je stejná. Schvalovací orgány jmenují členské státy a oznamují je Evropské komisi a ostatním členským státům. V každém členském státě je většinou jeden, ale někdy také více schvalovacích orgánů. Schvalovací orgány se sdružily a založily Evropskou organizaci pro technická schválení – EOTA. Schvalovací orgány sdružené v EOTA se podílejí na přípravě řídících pokynů pro evropská technická schválení ETAG, dále na dokumentech ETAG GD, uzavírají společné dohody o postupech posuzování shody bez mandátu od Komise (CUAP) a zpracovávají technické zprávy EOTA (TR EOTA).

Řídící pokyny ETAG zahrnují oblast stavebních činností mnohem širší, než je obsah této kapitoly. Pro získání dalších informací uvádíme dosud vydané ETAG týkající se kotvení.

Tab. č. 1: Pokyny pro evropská technická schválení

Povinností výrobce kotev je dokladovat použitou kvalitu materiálu kotvy. Prohlášení o shodě – certifikační list kvality je obvyklou součástí každého balení. Dodavatel kotvy v návodu montáže stanoví technologii, která zaručuje dodržení deklarovaných parametrů kvality. U jednoduchých kotev bývá tento pokyn v podobě piktogramů.

Každá kotva musí být jednoznačně identifikovatelná, to znamená, že všechny její části musí být označeny značkou výrobce, typem kotvy a rozměry. Umístění identifikačních značek musí být takové, aby značka byla čitelná i po montáži kotvy. Identifikační značky musí souhlasit s dodanými podklady a doklady od výrobce.

 NahoruOznačení ETA CE

V technických podkladech výrobců a předkládaných atestech se setkáme často s následujícím označením, proto je třeba se s jeho významem podrobněji seznámit.

Obr. č. 1: Označení ETA CE pro stupeň kvality 1

Modré pole se zlatými hvězdami Evropského společenství a označení CE na výrobcích znamená, že kotvy schválené dle ETA odpovídají požadavkům předpisů ve všech zemích Evropského společenství. Pro konstruktéra, investora, stavební dozor, montážní firmu a uživatele to představuje záruku bezpečnosti výrobku.

 NahoruSystém schválení ETA

Systém zkoušení Evropského technického schválení ETA zařazuje kotvy do 12 stupňů, determinujících jejich použití pro uvažované druhy kotvení. Pro každý stupeň stanoví požadované zkoušky a způsob zkoušení. Stupeň kvality (Option) potvrzující splnění podmínek je uveden na značce kvality výrobku. (V pokynech ETAG je členění podrobně uvedeno v přehledné tabulce.)

Option 1 až 6 zahrnuje kotvy do betonů s trhlinami C20/25 až C50/60, doporučované pro těžká kotvení. Option 1 a 2 jsou kotvy pro dynamická rázová namáhání v prasklinách, volba 3 až 6 jsou kotvy pro statické zátěžové síly. Kotvy řazené do Option 7 až 12 se nedoporučují do stropů, tažných zón a pro kotvení tam, kde by mohlo dojít k přímému ohrožení lidí (např. zábradlí, konstrukce fasád, výtahy, jeřáby, železnice, metro, závěsy nad hlavou apod.).

V rámci ETA pro kotvy jsou uváděny návrhové metody kotvení, určené pro návrh kotvení po řádné rozvaze o spolehlivosti. Osvědčení ETA uvádí charakteristické hodnoty pouze pro odděleně zkoušené kotvy. Návrh kotvení (např. uspořádání kotev do skupin, účinek okrajů a rohů betonového dílu, charakteristické únosnosti) musí být proveden podle návrhových metod vycházející z charakteristických hodnot kotev. Podrobnosti obsahují ETAG. Návrhové metody platí pro jednotlivé kotvy a pro skupiny kotev. V případě skupiny kotev se namáhání od zatížení roznáší na jednotlivé kotvy obvykle prostřednictvím tuhého kotevního plechu.

Ve skupině kotev musí být použity pouze kotvy téhož druhu, velikosti a délky. Betonový prvek musí být ze standardního betonu pevnostní třídy nejméně C 20/25 a nejvýše C 50/60 ve smyslu ČSN EN 206-1 a musí být namáhán převládajícím statickým zatížením. Beton může být v místě kotvy namáhán tahovými silami, způsobujícími trhliny nebo je bez trhlin. Ve prospěch bezpečnosti kotvení lze zjednodušeně předpokládat, že beton je s trhlinami (jinak se musí jeho stav prokázat).

K vydávání Evropského technického schválení (ETA) v ČR má oprávnění Autorizovaná osoba 204 Technický a zkušební ústav stavební Praha, s. p. Je mluvčím za ČR v Evropské organizaci pro technické schvalování (EOTA).

Obr. č. 2: Označení certifikátu AO 204 TZÚS

Následující zobrazení přísluší požárně testované kotvě s třídou F v Německu. K dispozici je v tomto případě Kontrolní zpráva o chování při požární zátěži kotvy, na kterou se označení odkazuje.

Obr. č. 3: Označení testu požární odolnosti

 NahoruZATÍŽENÍ KOTEV

 NahoruStatická zatížení

Pro výběr vhodného upevňovacího prvku a typu montáže je kromě vlastností kotevního podkladu a podmínek prostředí potřebné znát zatížení, jakému je kotva vystavena.

Rozlišujeme statická zatížení:

• tahové zatížení (N), tlakové zatížení (N);

• střihové zatížení (V);

• kombinované zatížení (R);

• kombinované zatížení (R) a ohybový moment (Mb);

• střihové zatížení (V) a ohybový moment (Mb).

Zatížení jsou uváděna v technických informacích v kN (kilonewton), ohybové momenty v Nm (Newtonmetr).

Obr. č. 4: Druhy zatížení kotev

 NahoruVztah mezi údaji

V kotevní technice se ve výpočtech a zkoušení používá a v technických podkladech uvádí řada druhů zatížení. Některá zatížení jsou mezi různými výrobci srovnatelná, jiná nikoliv. Proto je třeba se s jejich významem před použitím seznámit.

Tab. č. 2: Používané označení druhů zatížení

Pro hrubou orientaci mezi uvedenými druhy zatížení uvádíme schematické znázornění jejich vzájemných vztahů.

Obr. č. 5: Schéma vztahu zatížení

 NahoruDynamické účinky

Evropské technické schválení (ETA) je zpravidla určeno výhradně pro kotvení převážně statických zátěží. V praxi však na kotvy působí řada dynamických vlivů (u výkyvných jeřábů, jeřábových kolejnic, kolejnic v konstrukci výtahů, strojů, průmyslových robotů, výtlačných ventilátorů apod.). Do této kategorie patří také kotvení komponent náchylných k vibracím, jako jsou např. antény a stožáry.

Obecně platí, že ukotvení komponentů s více než 10 000 zátěžovými cykly musí být provedeno takovými upevňovacími prvky, které jsou k tomuto účelu určené a schválené. V případě upevnění a kotvení celků podléhajících dynamickému zatěžování musíme volit kotvy certifikované pro ukotvení dynamických zatížení s neomezeným počtem zátěžových cyklů, pro tahové a střihové zatížení. Speciálním případem dynamického zatížení je rázové zatížení. Kotvy a hmoždinky s certifikací pro rázové zatížení jsou speciálně označeny.

 NahoruROZMÍSTĚNÍ KOTEV

Kotvy se ve stavebním podkladu zpravidla nevyskytují osaměle, vytvářejí skupiny a ty zaujímají různou polohu ve vztahu k okrajům stavebního prvku. Všechny vzájemné a okrajové vzdálenosti ovlivňují chování a funkci kotvy včetně kotevního okolí a mají podstatný vliv na dlouhodobou kvalitu kotvení. Proto jsou také předmětem výpočtů kotvení a předepsaných zkoušek. Získané výsledky a doporučení pro jednotlivé druhy kotvení a podkladové stavební materiály uvádějí všichni výrobci ve svých technických podkladech. Metody výpočtu, zkoušky a doporučené vzdálenosti obsahují dokumenty ETAG. Abychom se orientovali v dále prezentovaných údajích, uvádíme základní systém používaného značení vzdáleností. Směr 1 a 2 pro volbu rozmístění kotev ve skupině závisí na směru namáhání.

Obr. č. 6: Rozmístění kotev

 NahoruHLOUBENÍ KOTEVNÍCH OTVORŮ

Kotevní otvor, nezbytná součást většiny kotev, má podstatný vliv na kvalitu a efektivnost kotvení. Aby měl předepsaný tvar, hloubku a umístění, je třeba použít nástroje a zařízení, odpovídající použité kotvě a stavebnímu materiálu, do kterého se kotví. Pracovní zařízení se pohybují od akumulátorových ručních vrtaček po stacionární, kotvená vrtací zařízení. Pracují pouze s točivým momentem nebo s příklepem, poháněné elektrickým motorem nebo pneumaticky. Používané nástroje se liší nejen vhodností pro hloubení ve specifikovaných materiálech, ale též určením podle způsobu provozování. Speciální (a drahé) vrtáky umožňují s příslušným zařízením dosáhnout optimální rychlosti a přesnosti vrtání, a tím podtrhnout výhodné vlastnosti tohoto způsobu kotvení. Vhodné tvary vrtáků vynášejí správně odvrtaný materiál a usnadňují čištění otvoru (zejména u porézních materiálů a průchodu přes omítky a izolace). Při výběru vrtacího nástroje je třeba ostražitosti zejména v případech, kdy je možné se při vrtání setkat s různými charaktery materiálu podkladu (např. ocel v betonu, slinuté keramické vrstvy a cihla apod.).

Součástí atestů kotev, promítnutých do technických podkladů výrobce, je také obvykle informace o předpokládaném způsobu hloubení kotevního otvoru, který zajistí deklarované parametry kotvy. V některých případech kotvení se např. nedoporučuje vrtání s příklepem (viz dále), u některých otvorů je třeba použít speciálních nástrojů (např. pro vytvoření otvoru pro tvarový spoj).

Obr. č. 7: Ukázka některých nástrojů

 NahoruPOŽÁRNÍ ODOLNOST

Stavební objekt musí splňovat požadavky stanovené Stavebním řádem, včetně požadavků z hlediska požární bezpečnosti, jako celek. Z tohoto hlediska musí být přistupováno i ke kotvení stavebních dílů a součástí stavby, klasifikovaných do eurotříd A – E podle ČSN EN 13501-1+A1 Požární klasifikace stavebních výrobků a konstrukcí staveb – Část 1: Klasifikace podle výsledků zkoušek reakce na oheň. Jestliže není žádný ukazatel stanoven, spadají výrobky bez zkoušení do třídy F.

 NahoruTřídy požární odolnosti

Při návrhu kotvení se vychází vždy z funkce objektu a jeho konstrukční části a přisouzeného požárního zatížení. Stavební díly jako kabelová zařízení, vzduchotechnická potrubí nebo požární uzávěry jsou testovány dle svých tříd podle vlastních předpisů. Označení třídy se skládá z písmena pro testovaný předmět a požární odolnosti v minutách. Montují-li se kotvy do takových stavebních dílů nebo se používají k upevnění těchto elementů v požárně definovaném prostředí, musí mít alespoň požadovanou odolnost. Jestliže např. u větracích vedení je požadována třída L90, je možné použít pouze kotvu v třídě F90.

Tab. č. 3: Označení tříd konstrukčních částí dle požární odolnosti (ukázka)

Pro kotvy a hmoždinky se udává třída požární odolnosti (bez označení třídy materiálu), např. F90.

Výrobci testují své výrobky pro použití v prostředí s požadovanou požární zátěží a pro usnadnění výběru uvádějí své nabídky i z tohoto pohledu. Na příklad v katalogu najdeme kotvy a hmoždinky vhodné pro:

• ventilace a větrací klapky;

• lehké závěsné stropy a srovnatelné systémy v mezistropním prostoru;

• fasádní prvky s velkým zatížením;

• fasádní konstrukce roštové ze dřeva a kovu;

• těžké potrubí a kabelové vedení;

• nosné ocelové sloupy;

• lehké zdící materiály.

Obzvláštní pozornost je věnována atestům komponentů pro stropní obklady a podhledy. Specifické chování při požáru obsahuje též požární osvědčení, vyplývající z provedených požárních zkoušek certifikovaných kotev a hmoždinek. Kotvy, zejména pro vysoké zatížení, jsou zpravidla zkoušeny dle jejich chování při požáru a třída jejich odolnosti je uváděna v technických podkladech.

Obecně platí, že nerez ocel nabízí více bezpečnosti v případě požáru než běžná ocel. Z toho důvodu je možné pro ně bez zkoušek převzít klasifikaci pro kotvy a hmoždinky z běžné oceli. Výsledky vykazují poměrně velkou rezervu. U rámových hmoždinek je třeba vycházet z toho, že v případě požáru nejprve zkolabuje vnější fasáda se spodní konstrukcí z hliníku nebo dřeva, před tím, než selže kotva.

 NahoruINJEKTOVANÉ (CHEMICKÉ) KOTVY

Injektované kotvy jsou upevněny ve vyvrtaném otvoru přitmelením kovových částí k povrchu vyvrtaného otvoru pomocí malty (např. polymerové malty). Zatížení tahem se přenáší do betonu prostřednictvím adhezních napětí mezi kovovými částmi a maltou a mezi maltou a povrchem betonu ve vyvrtaném otvoru.

Chemické kotvy se používají pro bezpečné ukotvení různorodých břemen do klasických i problémových kotevních podkladů. Kotvení pomocí chemických kotev je jednoduchá a rychlá metoda nahrazující klasické hmoždinky a ocelové kotvy. Chemické kotvy nacházejí uplatnění ve všech oblastech staveních činností, od těžkého kotvení pro sloupy ocelových hal, přichycení trámů pergol či zavěšení bojlerů do problémových materiálů po uchycení drobných zařizovacích předmětů. Uplatnění nacházejí při kotvení bezpečnostních bran a závor, veřejného osvětlení, ocelových hal, závěsných toalet, umývadel, skříní a polic, ale také schodů a zábradlí, potrubních systémů a vzduchotechniky.

Výhodou je rychlá aplikace a univerzální použití. Kotvení je beznapěťové, je možné kotvit blízko okrajů základního materiálu. Spoj je vodotěsný. Použití pro kotvení do stropů je omezeno z hlediska požární bezpečnosti.

 NahoruSoučásti kotvy

Chemická kotva v principu sestává ze dvou prvků: z kotevního dílu a chemické malty. Obě části kotvy musí být navzájem kompatibilní a vhodné pro daný účel a prostředí.

 NahoruChemické malty

K zajištění funkce kotvy se využívá chemická malta, což je zpravidla dvousložkové lepidlo, které po smíchání složek vytvrdne a spojí se s kotevním základem (beton, zdivo). Podle použitých složek mají chemické malty rozdílné vlastnosti, jsou vhodné pro určité druhy kotvení, prostředí a vyžadují předepsané způsoby aplikace. Dodávají se nejčastěji v kruhových kartuších obsahu od 150 do 860 ml, určených pro ruční aplikační pistole. Při aplikaci se složky malty spojují ve statickém směšovači. Výrobce obvykle doporučuje při aplikaci vytlačit nejdříve část malty naprázdno, až se dosáhne rovnoměrně promíšené hmoty (cca 10 cm). Zbývající hmotu v kartuši po kotvení je možno dále používat, mění se pouze statický směšovač. Pracuje-li se s přestávkami, je též třeba statický směšovač vyměnit.

Přestože se chemické malty jednotlivých výrobců liší složením, a tím i deklarovanými vlastnostmi, je možné je rozdělit do tří základních druhů:

 NahoruDruhy malt

• Chemická polyesterová malta

  Jedná se o základní typ chemické malty, která se hodí pouze na méně exponované aplikace, převážně ve zdivu. Tento typ chemických malt není vhodný v prostředí s větší vlhkostí, případně ve styku s vodou. Složky malty s vodou reagují a malta se degraduje. Výhodou této malty je nejnižší pořizovací cena.
  Jako příklad uvádíme výrobek firmy Den Braven, která vyrábí polyesterovou maltu ve dvou modifikacích označených: Tekutá kotva a Tekutá kotva bez styrenu. Dodává se v kartuších obsahu 150 až 380 mm. Je určena pro tyče M8 až m²4 kotvené do betonu, cihly nebo pórobetonu, pro "univerzální použití“. Kotva se styrenem je doporučována pro venkovní aplikace a alkalická prostředí. Výrobce zdůrazňuje rychlost vytvrzení a možnost kotvení již od -5 °C. Kotva je certifikována podle ETAG 001 s klasifikací ETA Option 7. Malty se styrenem a bez styrenu se liší podmínkami montáže i technickými parametry.

  Teplota	Doba gelování (min)		Doba vytvrzení (min)
  	bez styrenu	se styrenem	bez styrenu	se styrenem
  – 5 °C až + 0 °C	45	35	480	360
  + 0 °C až + 5 °C	25	20	240	180
  + 15 °C až + 20 °C	5	5	60	60
  nad + 30 °C	1,5	1,5	25	25

  Tab. č. 4: Vlastnosti tekuté kotvy při různých teplotách zpracování

  Kotva		M8	M12	M24
  průměr otvoru	mm	10	14	28
  hloubka otvoru	mm	80	110	210
  utahovací moment	Nm	10	40	150
  charakteristická únosnost
  kotva se styrenem	kN	3	12	35
  kotva bez styrenu	kN	1,5	5	12

  Tab. č. 5: Kotvení do betonu C20/25 a plné cihly

• Chemická vinylesterová malta

  Použité suroviny u této malty dovolují její používání ve vlhku a po vytvrzení může být trvale vystavena vodě. Maltu lze aplikovat do vlhkého otvoru, pouze se prodlužuje čas vytvrzení. Malta je vhodná pro základní aplikace do většiny stavebních materiálů. Garantované zatížení pro kotvy M8 až m³0 a standardní hloubku uložení v betonu C20/25 se pohybuje od 6,5 do 59 kN. Doba zpracování a vytvrzení chemické malty závisí na druhu malty a teplotě malty a kotevního podkladu. Počítá se čas od okamžiku kontaktu mezi pryskyřicí a tvrdící přísadou ve statickém směšovači. Při montáži musí být teplota kartuše alespoň + 5 °C. Údaje o rozsahu povolených teplot kotevního podkladu a dobách zpracování a vytvrzení se liší nejen podle jednotlivých výrobců, ale velcí výrobci nabízejí malty určené přímo pro určité podmínky použití. Lze si nejen vybrat, ale je třeba se především řídit pokyny výrobce.

  Pro informaci uvádíme údaje jednoho typu výrobku firmy Fisher:

     

  Teplota chemické malty	Doba zpracování	Teplota kotevního podkladu	Doba vytvrzení
  ± 0 °C – + 5 °C	6 hod.
  + 5 °C – + 10 °C	20 min.	+ 5 °C – + 10 °C	3 hod.
  + 10 °C – + 20 °C	10 min.	+ 10 °C – + 20 °C	120 min.
  + 20 °C – + 30 °C	6 min.	+ 20 °C – + 30 °C	60 min.
  + 30 °C – + 40 °C	4 min.	+ 30 °C – + 40 °C	30 min.

  Tab. č. 6: Doba zpracování a vytvrzení chemické malty Fisher FIS VS

  Technické parametry celé kotvy uvádíme dále v části kapitoly obsahující aplikaci s kotevními svorníky.

• Chemická epoxidová malta

  Jedná se o speciální chemickou maltu, kterou lze kotvit pod vodou. Je limitována teplotou kotevního podkladu obvykle do 60 °C. Garantované zatížení pro kotvy M8 až m³0 a standardní hloubku uložení v betonu C20/25 se pohybuje od 8,4 do 109,9 kN.

Jako příklad alternativního složení epoxidové malty uvádíme chemickou maltu POXY českého výrobce:

 NahoruKOTE POXY

Chemická malta KOTE POXY je dvousložková epoxyacrylátová pryskyřice. Je určená převážně do plných materiálů pro velmi těžké kotvení betonářské výztuže, chemických šroubů, kotevních vrutů a hmoždinek s vnitřním závitem. Dodává se v 280, 380 a 825 ml balení (kartuších) se statickým směšovačem.

Obr. č. 8: Náplň do aplikační pistole 380 mm

Je určená převážně do plných materiálů pro velmi těžké kotvení betonářské výztuže, chemických šroubů a hmoždinek s vnitřním závitem. Má certifikát ETA. Vhodná je pro beton C20/25 a plnou cihlu, podmínečně vhodná (s pomocí plastových sítek) též do dutého materiálu – dutá cihla, tvárnice, pórobeton. Neobsahuje styren. Spoj je vodotěsný. KOTE POXY má krychelnou pevnost 71,6 MPa. Aplikuje se příslušnou pistolí podle přiloženého návodu k použití. Plnidlo v patroně má obvykle barvu šedivou a tvrdidlo bílou. Průsvitná část patrony obsahuje stupnici v dílcích sloužící k předepsanému dávkování množství malty do kotevního otvoru. Použité balení umožňuje následné vícenásobné použití, vyměňuje se pouze statický směšovač. Při aplikaci je třeba kontrolovat, zda se obě složky dostatečně promíchají.

Na trhu existuje mnoho druhů (resp. obchodních označení) chemických malt s dalšími složkami a přísadami, a také jejich různé kombinace, které možnosti použití rozšiřují. Výše uvedený stručný výčet vlastností proto nelze brát jako jediné kritérium pro výběr chemické malty. Vždy se doporučuje konzultovat konkrétní použití s výrobcem a vybírat z možností v mezích certifikátu pro dané kotvení. Z větších výrobců uvádíme zejména značky Fisher, Kote, Den Braven, Sika a další. Vhodné je též využít praktických zkušeností projektantů a prováděcích organizací (technických i ekonomických).

 NahoruCHEMICKÉ ZARÁŽECÍ PATRONY

Chemickou maltu je možné, a v některých případech vhodné, aplikovat formou tzv. zarážecí patrony. Dvoukomorová chemická patrona obsahuje chemickou maltu (např. vinylesterovou) a tvrdící přísadu. Zaražením kotvícího prvku (vrutu, hřebínkové betonářské oceli apod.) se chemická patrona rozbije a dojde k aktivaci speciální rychle tvrdnoucí pryskyřice. Pryskyřice přilne k povrchu kotevního prvku a spojí jej se stěnou vyvrtaného otvoru. Rozměry a náplň patrony odpovídají souběžně nabízenému sortimentu kotevních prvků. Kromě jednoduché aplikace je výhodou tohoto způsobu definované množství pryskyřice patrony, určené pro konkrétní kotvící prvek. Při větších hloubkách upevnění se používá více patron.

 NahoruUpevnění betonářské oceli

Jako příklad uvedeme použití zarážecí chemické patrony FHP FISHER pro dodatečné upevnění betonářské oceli. Aplikace je vhodná pro beton ≥ C12/15 a přírodní kámen s hutnou strukturou. Lze ji použít i ve vlhkém betonu s redukcí zatížení o 30 %.

Obr. č. 9: Kotvení roxoru v betonu

Před aplikací je třeba vyvrtaný otvor vyčistit kartáčem příslušného průměru a dvakrát vyfoukat tlakovým vzduchem. Vloží se předepsaný počet patron. Zaražením roxoru se chemická patrona rozbije a dojde k aktivaci speciální rychle tvrdnoucí pryskyřice. Pro exaktní umístění zarážené kotvy a vyplnění kotevního prostoru se používají vodící přípravky s límcem.

Obr. č. 10: Aplikace chemické kotvy FHP

Doba vytvrzení chemické malty závisí na chemickém složení a vnějších podmínkách. Při nízkých teplotách podkladu se dramaticky prodlužuje.

Tab. č. 7: Doba vytvrzení zarážecí patrony FHP

Pro návrh kotvení dává výrobce k dispozici výpočetní program. Pro informaci uvádíme některé parametry kotvení roxoru zarážecí chemickou patronou FHP pro beton C20/25 bez vlivu osových a okrajových vzdáleností. Pro vlhké otvory je třeba zatížení redukovat o 30 %. Garantované zatížení zahrnuje koeficient bezpečnosti materiálu kotvy γ_M a koeficient bezpečnosti pro zatížení γ_L = 1,4.

Tab. č. 8: Příklad kotevních parametrů pro tlačený beton

 NahoruKotevní svorníky

Pro chemické kotvy se obvykle používají svorníky s metrickým závitem po celé délce svorníku. Na příkladu kotevního šroubu s označením Kotevní svorník FIS-A firmy Fisher si ukážeme, které informace lze vyčíst z katalogového listu výrobce.

 NahoruKatalogový list

Obr. č. 11: Příklad úvodní části katalogového listu kotevního svorníku

Podklady výrobce obvykle obsahují, kromě marketingových informací, identifikační údaje (katalogové označení a vyobrazení), zařazení výrobku podle získaných certifikátů, doporučená uplatnění, podmínky pro splnění deklarovaných vlastností, pokyny pro montáž a technické údaje (rozměry, vlastnosti materiálu, rozměry kotevních otvorů, úložné délky, hodnoty únosností a další).

 NahoruPozor na Option!

Vyobrazení v pravém rohu příkladu katalogového listu, v originálu s modrým polem se žlutými hvězdami, není, jak by se mohlo zdát, součástí designu listu, ale deklaruje konkrétní informaci o zařazení výrobku podle stupně klasifikace ETA (v tomto případě nenápadně uvedené Option 7), což nutně doplňuje vedle uvedenou stručnou charakteristiku (Vhodná pro:) upřesněním použití – určené k použití v tlačeném betonu.

Aby kotevní svorník splňoval funkci chemické kotvy, musí být správně umístěn v standardně připraveném otvoru a fixován do okolní konstrukce určenou chemickou maltou.

 NahoruHloubka kotvení

Zde je třeba upozornit na skutečnost, že i když chemické malty různých výrobců mají téměř shodné vlastnosti a u pomocných prvků není patrný rozdíl, je základní podmínkou garance deklarovaných parametrů kotvy použití originálních konstrukčních prvků, určených chemických malt, pracovních pomůcek a postupů výrobce.

Pro určitý kotevní šroub je předepsaná hloubka a průměr kotevního otvoru v konkrétních kotevních materiálech, kotevní délka a utahovací moment. Poloha svorníku v kotevním otvoru se vymezuje obvykle kotevními středícími prvky. Hloubku kotvení označují značky (v našem případě 3) podle požadované únosnosti nebo užitečné délky.

 NahoruZpůsoby montáže

Pro montáž se obecně používají dva způsoby:

• předsazená montáž v předem připravené pozici;

• průvlečná montáž.

Předsazená montáž vyžaduje víc pracovních operací s připevňovanou konstrukční částí. Na kotevním podkladu je třeba vyznačit místa kotevních podkladů podle připevňované konstrukční části a tu před vrtáním odstranit. Kotevní svorník je třeba samostatně fixovat a zajistit i vzájemnou geometrickou polohu kotevních prvků. Při průvlečné montáži se vrtají kotevní otvory odpovídajícího průměru s otvory kotveného prvku, umístěného v požadované poloze. Středící prvek kotvy (určující též hloubku zapuštění) je třeba zašroubovat na místo až po hloubkovou značku.

Obr. č. 12: Způsoby montáže svorníku

Technické podklady obsahují též množství chemické malty k optimálnímu vyplnění kotevního prostoru (obvykle v dílcích stupnice kartuše). Je nezbytné dodržovat dobu zpracování a vytvrzení chemické malty a utahovací moment, uvedený v technickém podkladu.

 NahoruAplikace

Standardní postup čistění vyvrtaného otvoru v betonu představuje 1x vyfouknutí, 1x vykartáčování a opět 1x vyfouknutí. K uvedeným úkonům dodávají výrobci čistící kartáče odpovídajícího průměru k nasazení na vrtačku a ruční pumpičky s nástavci nebo tlakové vyfukovací pistole, určené k napojení na zdroj tlakového vzduchu. Po injektování předepsaného množství chemické malty aplikační pistolí (od paty vyvrtaného otvoru) se do otvoru zavede kotva šroubováním ve směru závitu.

Pro informaci vybíráme některé parametry uvedené chemick é kotvy se svorníky FIS A pro tlačený beton C20/25 bez vlivu osových a okrajových vzdáleností. Garantované zatížení zahrnuje koeficient bezpečnosti materiálu kotvy γ_M a koeficient bezpečnosti pro zatížení γ_L = 1,4.

Tab. č. 9: Ukázka technických parametrů kotvy

 NahoruDalší druhy kotevních svorníků

Tvary a provedení kotevních prvků přizpůsobují výrobci účelu využití. Na příklad pro dlouhé kotevní délky v betonu se vyrábějí "roxorové“ kotvy s celkovou délkou až 985 mm, opatřené ukončením M12 až M30 s užitnou ukotvovací délkou cca 60 mm.

Obr. č. 13: Příklad dlouhé roxorové chemické kotvy

 NahoruKotvy pro vysoké zatížení

Kotvy pro vysoká zatížení vyžadují kromě vhodné chemické malty použití speciálních svorníků. Uvedeme příklad chemické kotvy pro vysoká zatížení FHB II, která je certifikovaná s hodnocením ETA Option 1 pro tažený a tlačený beton C20/25 až C50/60 a beton C12/15. Svorník je vyrobený z nerez oceli A4 pro venkovní použití a do vlhkého prostředí nebo z korozivzdorné oceli, vhodné pro použití v agresivním prostředí. Zkosený konec svorníku je uzpůsoben pro použití s chemickou patronou (též s certifikací ETA). Geometrie kuželů je výhodná pro použití v taženém betonu a zajišťuje stejnoměrné rozložení zatížení pro malé osové a okrajové vzdálenosti. Varianty provedení pokrývají extrémní zatížení s větší hloubkou upevnění i redukovanou kotevní hloubku při použití v tenkých stavebních materiálech. Vyrábějí se se závity M8 až M24 v kotevních délkách od 60 do 210 mm.

Obr. č. 14: Příklad tvaru kotvy pro vysoké zatížení Fisher FHB

Pro porovnání uvádíme některé parametry uvedené chemické kotvy pro vysoká dynamická zatížení se svorníky FHB AL, při použití chemické patrony FHB II P nebo chemické malty FIS HB (vinylesterová), v betonu C20/25 bez vlivu osových a okrajových vzdáleností. Garantované zatížení zahrnuje koeficient bezpečnosti materiálu kotvy γ_M a koeficient bezpečnosti pro zatížení γ_L = 1,4.

Obr. č. 10: Ukázka technických parametrů kotvy

 NahoruKotvy pro velká dynamická zatížení

Chemické kotvy lze využít i pro tlačený a tažený beton s vysokým dynamickým zatížením. Je třeba použít vhodný vysokozátěžový kotevní svorník a odpovídající chemickou maltu. Šrouby pro tyto účely se vyrábějí z vysoce korozivzdorné oceli (materiál 4.4529), vhodné i pro velmi agresivní prostředí. Kužely v části svorníku umožňují vysoké zatížení a bezpečné rozepření při dynamickém zatížení. Pro vysoká střihová zatížení se používá zesílení dříku "dodatečný plášť“. Kombinace speciálně tvarované pojistné matice a podložky zajišťuje bezpečné upevnění při dynamickém zatížení při ne zcela přesné montáži.

Obr. č. 15: Příklad kotvy pro dynamická zatížení Fisher FHB dyn

V následující tabulce uvádíme vybrané parametry chemické kotvy pro vysoká dynamická zatížení se svorníky FHB dyn s chemickou maltou FIS HB, v nevyztuženém betonu C20/25 bez vlivu osových a okrajových vzdáleností. Garantované zatížení zahrnuje koeficient bezpečnosti materiálu kotvy γ_M a koeficient bezpečnosti pro zatížení γ_L = 1,0 pro jednu kotvu, 1,25 pro skupinu zatíženou tahem a 1,3 pro skupinu zatíženou střihem.

Obr. č. 11: Ukázka technických parametrů kotvy

 NahoruKotvy s vnitřním závitem

Pro některé aplikace může být požadována kotva s vnitřním závitem. Pro tyto účely lze použít např. narážecí kotvu. Chemická kotva se sestává z kotevního šroubu a chemické ampule (včetně osazovacího přípravku). Tato kotva je určena pro předsazenou montáž. Po zaražení kotevního šroubu do vývrtu pomocí rotačního pohybu a nárazů pneuelektrického vrtacího kladiva se skleněná patrona roztříští a obsah (pryskyřice a tvrdící přísada) se smísí. Rychle tvrdnoucí malta zalepí kotevní šroub ve vývrtu.

Obr. č. 16: Kotva s vnitřním závitem RG MI

Uvedená kotva je určena pro beton bez trhlin a přírodní kámen s hutnou strukturou k upevnění ocelové a průmyslové konstrukce. Kotevní šroub s vnitřním závitem M8 až M16, vrtaný otvor průměru 10 až 18 mm. Délka 75 až 100 mm. Pro každý typ je určena odpovídající chemická patrona.

 NahoruKotvení do zdiva

V plných stavebních materiálech se vytvoří vrtáním kompaktní povrch otvoru prizmatického tvaru, který je vhodný pro vyplnění chemickou maltou. Ta přilepí celý povrch kotevního prvku ke stěně otvoru. U dutých materiálů by se chemická malta při zavádění kotvy vytlačovala do otvorů. Tím by se nejen zvyšovala nekontrolovaně spotřeba malty, ale současně vznikalo riziko, že malta nezaplní všechna místa, se kterými výpočet únosnosti kotvy počítá. Z uvedeného důvodu se pro materiály s otvory používají chemické kotvy se sítkem. Sítko je možné použít i v plných materiálech, ale jeho vlastnosti se především využijí u svisle děrovaných cihel, děrovaných vápeno-cementových cihel, dutých tvárnic, dutých pemzových desek, desek z děrovaných cihel a jiných děrovaných tvárnic. Pro konstrukci sítek se používá plastový nebo kovový materiál. Plastová sítka, běžná pro nejčastější použití, se vyrábějí v konkrétních délkách a provedení pro zvolenou kotvu, sítka kovová se dodávají v metráži (průměru 12, 16 a 22 mm). Při vrtání otvorů je třeba dbát doporučení výrobců, kteří mají kotvy zkoušeny pro určitý způsob vrtání. Obecně má vrtání otvoru s příklepem povolené menší namáhání a ve většině případů se nedoporučuje.

Obr. č. 17: Plastové sítko

Aby se v materiálu vytvořil potřebný tvarový spoj při optimální spotřebě chemické malty, musí mít sítko optimalizovanou strukturu s vazbou na použitou chemickou maltu, kotevní podklad a podmínky provádění. Sítka jsou proto vždy certifikována jako součást kompletní chemické kotvy. A tak je také třeba je navrhovat a používat. Zejména se nedoporučuje používat kombinací prvků kotvy různých výrobců.

Kotevní svorníky se používají obvykle prizmatického tvaru, opatřené po celé délce metrickým závitem (M6 x 70 až M16 x 300 s upevňovací maticí a podložkou) nebo v provedení s vnitřním závitem (vnitřní závit M6 až M12, kotevní hloubka 85 mm). Při výběru chemické kotvy z hlediska vhodnosti je třeba v technických podkladech porozumět všem informacím a umět oddělovat, v případech, kde je to žádoucí, údaje obecné od konkrétních. Jako příklad uvedeme obecnou informaci: vhodné pro (obsahující většinou rozsáhlou oblast možného využití pro méně exponované kotvení) a konkrétní informaci: schváleno (ETO) pro: (s technickými parametry kotevních podkladů, pro něž jsou deklarované parametry zajištěny).

Obr. č. 18: Tvarovaný spoj se sítkem v dutém zdivu

Výrobci uvádějí ve svých technických podkladech obsáhlé údaje obsahující konstrukční požadavky, technické parametry a získané údaje o únosnosti jednotlivých typů kotev v určitých kotevních podkladech. V následující tabulce uvádíme pro srovnání údaje o únosnosti kotev v různých kotevních materiálech a technických parametrech při obou způsobech použití – se sítken a bez sítka.

Tab. č. 12: Informativní doporučená zatížení jednotlivých kotev

…