Od poloviny 70. let se v stavebnictví široce používají chemické kotevní prvky. Dnes většina projektů vyžaduje montáž prvků beton–beton nebo ocel–beton, které se často kotví pomocí dodatečně instalovaných injektážních malt. Tyto prvky se obvykle specifikují ve fázi návrhu, nebo se použijí až v průběhu realizace – pro zvýšení efektivity na stavbě nebo k nápravě montážních chyb.

Ačkoliv některé malty mohou být použitelné pro oba typy aplikací, jiné nikoli – a to zvláště v případě dodatečně instalovaných výztuží pro prodloužení konstrukcí z betonu. Například systémy, které jsou jinak vhodné pro kotvení (např. spojení kotevní desky pomocí kotevních šroubů a chemie nebo mechanického upevnění), nemusí splňovat požadavky pro výztuže (tedy pro spojení nového betonu se starým pomocí dodatečně instalovaných výztužných prutů a chemických systémů). Tyto případy zpravidla vyžadují větší kotevní hloubku než je potřebná pro upevnění ocelové desky.

Navíc je oblast předpisů pro kotvy a pro výztuže postavena na odlišných teoretických principech, výpočtových metodách a postupech pro schvalování. Pouhé přepočítání kotevní hloubky výztuže podle pravidel pro kotvu (což je do určité míry možné, protože výztuže mohou být posuzovány jako ocelový prvek pro kotevní aplikace) nemusí odpovídat normám používaným pro návrh betonových konstrukcí – například proto, že nepočítají s křehkými poruchovými režimy, které jsou v návrhu betonu nepřípustné.

1. Rozdíl – Teoretické principy

Kotvení vychází z teorie, která zahrnuje jak jednotlivé kotevní body, tak skupiny kotev v ocelových kotevních deskách (ať už pomocí mechanických nebo chemických kotev). Naproti tomu teorie pro výztuže se používá při spojování betonových prvků prostřednictvím dodatečně instalovaných výztužných prutů a lepidel/injektážních malt.

Různé aplikace, různá pravidla: Teorie kotev se vztahuje na spoje oceli s betonem, zatímco teorie výztuže se vztahuje na spoje beton s betonem

Podle teorie kotvení se zatížení z ocelového prvku (například nosníku nebo sloupu) přenáší do betonové konstrukce prostřednictvím kotevní desky, která je upevněna do betonu, a to pomocí kotevních šroubů v ocelovém spojení s kotevní deskou. Ocelové části tohoto spoje (v případě lepeného kotvení závitové tyče) přenášejí zatížení do stávajícího betonového prvku buď tahem, smykem, nebo jejich kombinací. Klíčové je využití vlastní tahové pevnosti betonu, aby kotvení odolalo působícímu zatížení. To znamená, že křehký poruchový režim tzv. selhání betonového kužele je v návrhu akceptováno a zohledněno – pokud tedy neexistují zvláštní požadavky vyplývající z platné normy. Typickým příkladem takového zvláštního případu jsou seizmické podmínky, kde může být zásadní požadavek na tvárnost konstrukce.

V teorii kotev je selhání betonového kužele akceptováno

Podle teorie výztuže se však zatížení přenáší do betonu stejným způsobem jako u výztuže zabetonované už při výrobě prvku. Z toho důvodu se dodatečně instalované výztuže zpravidla nenavrhují tak, aby přenášely přímé smykové zatížení stejným způsobem jako kotevní šroub.
 
Působící síly se určují pomocí modelu „vzpěry a táhla“ (strut-and-tie model), který předpokládá, že výztuž přenáší pouze osové zatížení, aby byla zajištěna rovnováha s celkovým tlakem v betonových vzpěrách. Styčná plocha spoje musí být dostatečně zdrsněná, aby se smykové zatížení přeneslo třením.

V teorii výztuže jsou spoje navrhovány pomocí modelu „vzpěry a táhla“

V případě napojení výztuže pomocí přesahu (tzv. lap splice) se zatížení přenáší lokálním mechanismem „vzpěry a táhla“ stejným způsobem, jako u zabetonovaného přesahu výztuže bez přímého styku prutů.

Lokální mechanismus „vzpěry a táhla“ v bezkontaktním spoji výztuže

Křehký poruchový režim betonu se u výztuže zabraňuje pomocí globálních nebo lokálních tlakových vzpěr. Z tohoto důvodu mezinárodní předpisy pro navrhování železobetonových konstrukcí neuvažují s tahovou pevností betonu a předpokládají, že všechny tahové síly budou přenášet pouze výztuže.

2. Rozdíl – Postup pro schvalování (kvalifikaci)

Ať už navrhujete dodatečně instalované spojení ocel–beton nebo beton–beton, v obou případech je nutné spoléhat na systémy, které mají platnou kvalifikaci a odpovídají předpisům použitým pro daný projekt (např. dokument ETA v návrhu podle Eurokódů, nebo zpráva ICC-ES v návrhu podle ACI). Obě teorie návrhu (kotvení a výztuže) mají odlišné postupy pro schvalování, které odpovídají podmínkám použití uvedeným v certifikátu (např. statické, seizmické zatížení).

Například při posuzování injektážní malty pro dodatečně instalované betonové spoje většina mezinárodních norem vychází z porovnání chování tohoto dodatečně instalovaného systému s chováním očekávaným u výztuže zabudované přímo při betonáži. Vhodná kombinace pevnosti spoje a tuhosti systému je v tomto ohledu zásadní. Pro kotvení se ale tato filozofie v kvalifikačních procesech nepoužívá.

3. Rozdíl – Přístup k návrhu

Při návrhu skupiny dodatečně instalovaných kotev se nosnost zvoleného uspořádání vypočítá (viz poruchové režimy kotev při zatížení tahem a smykem) a poté se porovná s návrhovým zatížením. Tento přístup odpovídá běžnému statickému návrhu podle principů mezních stavů. Pro tento výpočet je užitečný software PROFIS Engineering, který umožňuje návrh podle většiny mezinárodních a národních norem pro kotvení a podle některých metod Hilti.

Pro dodatečně instalované výztuže je výsledkem výpočtu kotevní délka (pro kloubové nebo tuhé spoje) nebo délka přesahu (lap splice) pro spojování výztuže. Tyto délky se stanovují podle obdobných pravidel jako u zabetonované výztuže. K návrhu prodloužení betonové konstrukce lze využít software PROFIS Rebar v PROFIS Engineering podle EC2-2, ACI 318 a dalších uznávaných norem i metod Hilti.

Shrnutí hlavních rozdílů mezi teorií kotev a teorií výztuže

Závěr

Je to vlastně jednoduché – zvolit správný princip návrhu pro daný typ spoje je základním pravidlem pro to, aby návrh co nejpřesněji odpovídal očekávanému chování konstrukce.

Vaše dotazy můžete zanechat v komentářích nebo se podívat do našich metodických pokynů v sekci Engineering na firemním webu.