Nová európska norma STN EN 1992-4 (EC2-4) Navrhovanie kotvenia do betónu

Od roku 1997 je navrhovanie kotvenia do betónu zahrnuté na európskej úrovni v smernici ETAG 001, príloha C a rovnako v následne zverejnených „Technical Reports” TR029 a TR045 alebo v predbežnej norme CEN/TS 1992-4, ktorá vyšla v češtine ako ČSN P CEN/TS 1992-4.

Nová norma STN EN 1992-4, teda „Eurokód 2: Navrhovanie betónových konštrukcií – Časť 4: Navrhovanie kotvenia do betónu“, predstavuje dôležitý krok pri harmonizácii noriem týkajúcich sa návrhu kotvenia do betónu. V našej krajine túto normu vydáva Úrad pre normalizáciu, metrológiu a skúšobníctvo Slovenskej republiky. Aktuálne sa pripravuje preklad tejto normy so slovenského jazyka. Nasledujúci text sa stručne venuje obsahu novej normy STN EN 1992-4 a nejvýznamnejším zmenám oproti CEN/TS 1992-4 a ETAG 001, príloha C.

Norma STN EN 1992-4 sa vzťahuje na nasledujúce typy kotevných prvkov:

• Zabetónované prvky: kotvy s hlavou (s alebo bez kotevnej platne) a upevňovacie nosníky
• Dodatočne osadzované mechanické kotvy
• Dodatočne osadzované chemické kotvy a chemické expanzné kotvy

Základnou požiadavkou na kotevný prvok pre použitie normy STN EN 1992-4 je Európske technické schválenie ETA (do 06/2013) alebo Európske technické posúdenie ETA (od 07/2013) tohto kotevného prvku, dokladujúci splnenie požiadavky Európskej smernice pre technické schválenie ETAG alebo Európskeho hodnotiaceho dokumentu EAD. Overenie požiadaviek sa realizuje skúškami, ktoré sa vykonávajú mimo iné v betónoch s nízkou i vysokou pevnosťou, v betónoch s trhlinami a bez trhlín, a to v závislosti na zamýšľanom rozsahu použitia. Testujú sa účinky možných odchýlok pri montáži kotevného prvku, ako sú tolerancie kotevných vrtov, úroveň čistenia vrtov, umiestnenie kotevných prvkov voči výstuži (kontakt s výstužou), vplyv vlhkosti a teploty betónu na schopnosť kotevného prvku prenášať zaťaženie. Skúšky taktiež berú do úvahy dopad stáleho a / alebo premenlivého zaťaženia.

Návrh podľa normy STN EN 1992-4 vychádza z charakteristických únosností a rozostupu kotevných prvkov, ktoré sú uvedené v príslušnom ETA schválení.

Návrh podľa normy STN EN 1992-4 môže byť použitý pre kotvenie vo všetkých novo vybudovaných, tak aj existujúcich stavebných objektoch, na ktoré sa vzťahuje STN EN 1992 (Eurokód 2, betónové konštrukcie) a STN EN 1994 (Eurokód 4, Navrhovanie spriahnutých oceľobetónových konštrukcií). U aplikácií, kde sa môžu vyžadovať zvláštne podmienky, napr. jadrové elektrárne, kryty alebo vojenské objekty, môžu byť potrebné úpravy alebo doplnky návrhu.

Únosnosť kotevných prvkov môže byť významne ovplyvnená trhlinami v betóne. Preto musia byť kotevné prvky obecne kvalifikované a schválené pre betón s trhlinami a/alebo pre betón bez trhlín. Informácie o týchto vlastnostiach konkrétneho kotevného prvku sú obsiahnuté v príslušnom ETA. Je na projektantovi – konštruktérovi, aby rozhodol, do akého prostredia z hľadiska prítomnosti trhlín, je kotevný prvok navrhnutý. Pokiaľ sa predpokladajú podmienky betónu bez trhlín, musí byť v súlade s STN EN 1992-4 prevedené overenie, že sa v oblasti navrhnutých kotevných prvkov nevytvoria žiadne trhliny po celú životnosť týchto kotevných prvkov.

Hlavné technické princípy návrhu kotiev ostávajú nezmenené. Nižšie je popísaný výťah niektorých čiastkových zmien, ktoré majú vplyv na výsledky posúdenia kotiev.

Novinkou je pri návrhu chemických kotiev brať v úvahu ohľad na dlhodobé zaťaženie, ktoré môže vyvolať pokles súdržnosti chemických kotiev. Preto pri posúdení na „kombináciu vytiahnutia a vytrhnutia betónového kužeľa“ STN EN 1992-4 zavádza dodatočný koeficient ysus (nie je súčasťou ETAG). Ten znižuje súdržnosť chemických kotiev, a tým aj ich únosnosť. Daný koeficient je špecifický pre daný produkt a ak nie je jeho hodnota v ETA uvedená, predpokladá sa vychádzajúca hodnota ysus = 0,6.

Po novom je do výpočtu kapacity ťahového betónového kužeľa vložený súčiniteľ yM,N. Ak sa upevnenie skladá z dvojice kotiev a je vystavené ohybovému momentu, vznikne dvojica síl, tvorená ťahovou silou v kotve a tlakovou silou pod časťou kotevnej platne (obrázok nižšie). Pokiaľ ťahová sila v kotve presiahne kapacitu betónového kužeľa, dôjde k jeho vytrhnutiu. V tejto situácii však môže byť zaťaženie na úrovni porušenia betónového kužeľa ovplyvnené susedným tlakovým blokom pod kotevnou platňou. Podľa [8] ovplyvnenie závisí na veľkosti ramena medzi výslednicou ťahových a tlakových síl (z) vo vzťahu k polomeru základne vytrhávaného betónového kužeľa. Toto je zohľadnené koeficientom yM,N. Koeficient sa môže pohybovať medzi 1,0 až 2,0.

V prípade kotvenia do betónu bez trhlín sa pre zmenu rozširujú možnosti neuvažovať pri podliatí kotevnej platne s ohybom drieku kotiev od šmykového zaťaženia. Je tu však niekoľko obmedzujúcich podmienok vrátane maximálnej hrúbky podliatia 40 mm.

Pri súčasnom zaťažení ťahom a šmykom sa uvažuje s týmito kombináciami:

• Zlyhanie ocele od zaťaženia ťahom a šmykom
• Zlyhanie betónu od zaťaženia ťahom a šmykom
• Zlyhanie betónu od zaťaženia ťahom a zlyhanie ocele od zaťaženia šmykom
• Zlyhanie betónu od zaťaženia šmykom a zlyhanie ocele od zaťaženia ťahom

Únosnosť kotvenia pri súčasnom zaťažení ťahom a šmykom bola doteraz, podľa [1] a [4], určená na základe tri-lineárnej interakcie (obr. krivka 1).

Novinkou je posúdenie oddelene zlyhania súvisiaceho čisto s oceľou a zlyhania súvisiaceho čisto s betónom, pričom menšia hodnota z oboch interakčných kriviek poskytuje návrhovú hodnotu. Tento technicky správny prístup má za následok výrazne vyššie hodnoty únosnosti (obr. krivka 2) ako v pôvodnej rovnici uvedenej v [1] a [4]. 

Používajte Hilti návrhový softvér Profis Engineering a budete mať návrh kotiev pod kontrolou vrátane detailného Protokolu.