Princip železobetonu vynalezl již v roce 1849 francouzský zahradník Josef Monier. Jeho patent z roku 1881 znamenal začátek významného využití tohoto nového materiálu. Ve stejném roce pochopili pruští inženýři A. G. Wayss a M. Koenen základní princip železobetonu, totiž že ocel přebírá veškerá tahová napětí a beton poskytuje pouze odolnost proti tlaku. Zrodila se skutečná teorie železobetonu. 

Při obecném navrhování železobetonových konstrukcí se vždy předpokládá trhlinová zóna v tahu a tento stav sám o sobě nepředstavuje bezpečnostní riziko (i když mohou existovat určité obavy, pokud jde o trvanlivost). V průběhu navrhování připojení ocelové kotevní desky má však toto téma jednoznačně větší význam, protože trhliny v základovém materiálu kotvy nejen zhoršují rozložení napětí vyplývajícího ze zatížených kotev, ale také vedou k závažným poruchám kotev, které nejsou pro tento stav vhodné. 

Jako inženýr jste zodpovědní za to, abyste ve své návrhové strategii předpokládali, zda je beton v oblasti upevnění s trhlinami, a podle toho vybrali a navrhli připojení kotevní desky. Musíte si však uvědomit, že výsledky tohoto procesu se mohou výrazně lišit v závislosti na počátečním předpokladu a zvoleném kotevním systému. 

Obecně platí, že pokud se neprokáže opak (například důkladnou analýzou napětí nebo zdokumentovanou vizuální kontrolou trhlin), je třeba předpokládat, že beton je s trhlinami. 

Abyste se mohli fundovaně rozhodnout, mohly by vás zajímat základy upevňování do betonu s trhlinami, kterým se věnujeme v tomto článku (zaměřujeme se zde na statické podmínky; seizmickým podmínkám se budeme věnovat v některém z příštích článků). Všechny odkazy jsou uvedeny na konci stránky. 

Jak moc bude beton trhlinový? 

Beton má nízkou pevnost v tahu, takže se v provozních podmínkách očekávají trhliny i v ohybových nebo tahových složkách. Zkušenosti ukazují, že šířka trhlin vznikajících především v důsledku kvazistatického zatížení (zatížení vlastní tíhou plus část užitného zatížení) nepřesahuje hodnotu w95% ~ 0,3 mm až 0,4 mm. Širší trhliny lze očekávat při maximálním přípustném provozním zatížení, které dosahuje w95% ~ 0,5 mm až 0,6 mm [2],[3],[4]. 

Relativní četnost naměřené šířky trhliny 

při maximálním provozním zatížení ([2],[3],[4]) 

Trhliny závisí na vnitřních i vnějších silách 

Trhliny na vyztuženém prvku vznikají nejen působením sil (přenášených z upevnění nebo jiných prvků v konstrukci), ale také dříve v důsledku procesu tuhnutí betonu (smršťování). Kromě toho mohou vznikat napětí v důsledku omezujících sil v podobě teplotních rozdílů, brzděné deformace nebo sedání základů, což může následně způsobit vznik trhlin. 

Pokud je beton napjatý, trhliny s největší pravděpodobností protínají kotvu. 

Bylo zjištěno, že když v betonovém prvku vzniknou trhliny, je velmi pravděpodobné, že budou přímo nebo tangenciálně protínat oblast kotvení [1]. K tomu dochází proto, že v okolí kotvy vznikají zvýšená tahová napětí v důsledku tangenciálních a radiálních napětí spojených s přenosem zatížení z kotvy na beton a koncentrace napětí způsobené přítomností otvoru pro kotvu (vrubový efekt).

Pravděpodobnost vzniku trhlin v závislosti na poloze kotvy je velmi vysoká v důsledku koncentrace napětí a nespojitosti způsobené samotným upevněním 

Vyšší napěťové pole spojené s trhlinami snižuje zatížení 
V betonu bez trhlin vytváří kotva zatížená tahem rotačně symetrický průběh napětí v okolí kotvy [1]. Pokud se kotva nachází v trhlinách, tahová napětí se již nemohou přenášet přes půdorys trhliny a nejsou rotačně rozložena (narušení rotačního pole napětí). To snižuje zatížení při poruše v případě poruchy betonového kužele. 

Rozložení sil v kotevní oblasti v betonu bez trhlin a v betonu s trhlinami [1].

Kotva s návrhem bez trhlin může při zátěži v napjatém betonu způsobit nekontrolovatelný prokluz 

Vliv prasklin se neprojevuje pouze na maximálním zatížení upevnění. Ve skutečnosti se chování při posunu zatížení může také výrazně lišit v závislosti na schopnosti kotvy reagovat na otevření trhliny. Například expanzní kotvy s řízeným utahovacím momentem, které nejsou vhodné pro použití v betonu s trhlinami, mohou při zatížení v tahu v trhlinách vykazovat nekontrolovaný prokluz. Nekontrolované posuvy způsobující nepředvídatelné průhyby jsou rizikem jak pro MSP, tak pro MSU, zejména u některých aplikací, jako jsou volně stojící konstrukce, konzoly a tuhé spoje nosníků. 

Schematické křivky posunutí při zatížení testovaných kotev řízených krouticím momentem [1]  v tahu v betonu s trhlinami a bez trhlin 

a) Kotvy vhodné pro použití v betonu s trhlinami 

b) Kotvy nevhodné pro použití v betonu s trhlinami 

Závěrem 

Obecně se očekávají trhliny v betonu a pravděpodobné umístění trhlin lze snadno předpovědět v místě kotvení, což znamená snížení únosnosti nebo vyšší deformace. Doporučujeme, abyste při návrhu vždy uvažovali s betonem s trhlinami, pokud se nejedná o aplikace, u kterých je jasné, že beton nebude nikdy napjatý, jako je například lehké upevnění na prvcích z předpjatého betonu (v každém případě je třeba to prokázat). V opačném případě by měly být použity kotvy kvalifikované pro použití v napjatém betonu, aby byla zajištěna bezpečnost prostřednictvím správného návrhu, zatímco řešení, jejichž účinnost nebyla v tomto stavu posouzena, nemohou zaručit odpovídající spolehlivost. 

Pokud se chcete dozvědět více o tom, jaká řešení jsou vhodnější v případě trhlinového betonu a jak podle toho provádět své návrhy, stačí zanechat komentář zde. 
 

Reference 

[1] Eligehausen R.; Mallee, R.; Silva, J.F. (2006): Anchorage in concrete construction, Ernst & Sohn, Berlin 2006 

[2]Schiessl, P. (1986): Crack influence of the durability of reinforced and prestressed concrete components. Schriftenreihe des Deutschen Ausschuss für Stahlbeton, No. 370, Ernst & Sohn, Berlin 1986 (in German)  

[3] Bergmeister, K. (1988): Stochastic in fixing technology based on realistic influenced parameters, Doctor Thesis, University of Innsbruck, 1988 (in German)  

[4] Eligehausen, R.; Bozenhardt, A. (1989): Crack widths as measured in actual structures and conclusions for the testing of fastening elements. Report No. 1/42-89/9, Institute of Construction Materials, University of Stuttgart, August 1989