Nová evropská norma ČSN EN 1992-4 (EC2-4) Navrhování kotvení do betonu

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. V České republice tuto normu vydal v říjnu 2018 Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví s datem účinnosti od 1.11.2018 zatím v anglické verzi. Nyní se připravuje její překlad. Následující text se stručně věnuje obsahu nové normy ČSN EN 1992-4 a nejvýznamnějším změnám oproti CEN/TS 1992-4 a ETAG 001, příloha C.

Norma ČSN EN 1992-4 se vztahuje na následující typy kotevních prvků:

• Zabetonované prvky: kotvy s hlavou (s nebo bez kotevní desky) a upevňovací lišty
• Dodatečně osazované mechanické kotvy
• Dodatečně osazované lepené kotvy a lepené rozpěrné kotvy

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.

Návrh podle normy ČSN EN 1992-4 vychází z charakteristických únosností a roztečí kotevních prvků, které jsou uvedeny v příslušném ETA.

Návrh podle normy ČSN EN 1992-4 může být použit pro kotvení jak ve všech nově budovaných, tak i stávajících stavebních objektech, na něž se vztahuje ČSN EN 1992 (Eurokód 2, betonové konstrukce) a ČSN EN 1994 (Eurokód 4, kompozitní konstrukce). U aplikací, kde se mohou vyžadovat zvláštní podmínky, např. jaderné elektrárny, kryty nebo vojenské objekty, mohou být třeba nezbytné úpravy nebo doplňky návrhu.

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. Informace o těchto vlastnostech konkrétního kotevního prvku jsou obsaženy v příslušném ETA. Je na projektantovi – konstruktérovi, aby rozhodl, do jakého prostředí z hlediska přítomnosti trhlin, je kotevní prvek navržen. Pokud se předpokládají podmínky betonu bez trhlin, musí být v souladu s ČSN EN 1992-4 provedeno ověření, že se v oblasti navržených kotevních prvků nevyvinou žádné trhliny po celou životnost těchto kotevních prvků.

Hlavní technické principy návrhu kotev zůstávají. Níže je popsán výtah některých dílčích změn, které mají vliv na výsledky posouzení kotev.

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 y_sus (není součástí ETAG). Ten snižuje soudržnost lepené kotvy, a tím i její únosnost. Daný koeficient je specifický pro daný produkt a není-li v ETA uvedena jeho hodnota, předpokládá se výchozí hodnota y_sus = 0,6.

Nově je do výpočtu kapacity tahového betonového kuželu vložen součinitel y_M,N. Když se upevnění sestává z dvojice kotev a je vystaveno ohybovému momentu, vznikne dvojice sil, tvořená tahovou silou v kotvě a tlakovou silou pod částí kotevní desky (obrázek níže). Pokud tahová síla v kotvě přesáhne kapacitu betonového kuželu, dojde k jeho vytržení. V této situaci však může být zatížení na úrovni porušení betonového kuželu ovlivněno sousedním tlakovým blokem pod kotevní deskou. Podle [8] ovlivnění závisí na velikosti ramene mezi výslednicí tahových a tlakových sil (z) ve vztahu k poloměru základny vytrhávaného betonového kuželu. Toto je zohledněno koeficientem y_M,N. Koeficient se může pohybovat mezi 1,0 až 2,0.

V případě kotvení do betonu bez trhlin se nově rozšiřují možnosti neuvažovat u podlité kotevní desky s ohybem dříku kotev od smykového zatížení. Je zde ovšem několik omezujících podmínek včetně max. tloušťky podlití 40 mm.

Při současném zatížení tahem a smykem se uvažuje s těmito kombinacemi:

• Selhání oceli od zatížení tahem a smykem
• Selhání betonu od zatížení tahem a smykem
• Selhání betonu od zatížení tahem a selhání oceli od zatížení smykem
• Selhání betonu od zatížení smykem a selhání oceli od zatížení tahem

Únosnost kotvení při současném zatížení tahem a smykem byla doposud, dle [1] a [4], určována na základě tri-lineární interakce (obr. křivka 1).

Nově se posoudí odděleně selhání související čistě s ocelí a selhání související čistě s betonem, přičemž menší hodnota z obou interakčních křivek poskytuje návrhovou hodnotu. Tento technicky správný přístup má za následek výrazně vyšší hodnoty únosnosti (obr. křivka 2) než v původní rovnici uvedené v [1] a [4]. 

Používejte Hilti návrhový software Profis Engineering a budete mít návrh kotev pod kontrolou včetně detailního Protokolu.