Partner sekcie:
  • Stavmat

Kotvenie vonkajších obkladových prvkov

Kotvenie vonkajších obkladových prvkov

Každý druh obkladu má svoj systém kotvenia a zabezpečenia statickej schémy. Pri kombinácii rôznych systémov alebo pri kombinácii roštu z jedného systému a použití obkladových dosiek iného systému sa musia zvážiť požiadavky na kotvenie, ktoré uvádzame v nasledujúcom článku.


Kotvenie obkladov do nosnej konštrukcie

Tam, kde môžeme predpokladať budúcu polohu kotviacich prvkov, uplatňuje sa upevňovanie kotviacich prvkov v štádiu výroby do nosného podkladu. Pri tomto spôsobe kotvenia sa používajú:

  • zabetónované závitové puzdrá a vložky,
  • zabetónované skrutky a tŕne,
  • zabetónované profilové puzdrá a profily,
  • zabetónované oceľové platne.

Vložky sa vkladajú do betónu vo výrobni, ak ide o prefabrikáty, alebo priamo na stavbe pri monolitickej nosnej konštrukcii obkladu. Do zabetónovaných prvkov sa môžu vkladať skrutky. Na zabetónované tŕne a skrutky sa pripevňuje príchytka roštu, priamo rošt alebo kotva. Výpočtová únosnosť vložky a skrutky pri statickom namáhaní sa určí ako únosnosť skrutkového spoja (výrobcovia uvádzajú výpočtovú únosnosť skrutkového spoja pre rôzne druhy skrutiek) a ako pevnosť betónu v ťahu. Betón sa poruší v okolí vložky v kužeľovej ploche s vrcholom kužeľa v geometrickom strede dna vložky a jeho výška je daná vzdialenosťou dna vložky od povrchu betónu. Možnosť porušenia takýchto upevnení je znázornená na obrázku. Do zabetónovaných vložiek sa môžu vkladať len skrutky so špeciálnym tvarom hlavy.

Poruchy kotvenia pri jeho zaťažení: 1 – vytrhnutie kotvenia aj s časťou materiálu, spôsobené malou pevnosťou podkladového materiálu, 2 – porušenie základného materiálu, spôsobené nevhodným umiestnením a spôsobom kotvenia, 3 – vytrhnutie zápustky so skrutkou, 4 – pretrhnutie spôsobené malou pevnosťou zápustky alebo skrutky

Obr.: Poruchy kotvenia pri jeho zaťažení
1 – vytrhnutie kotvenia aj s časťou materiálu, spôsobené malou pevnosťou podkladového materiálu,
2 – porušenie základného materiálu, spôsobené nevhodným umiestnením a spôsobom kotvenia,
3 – vytrhnutie zápustky so skrutkou, 4 – pretrhnutie spôsobené malou pevnosťou zápustky alebo skrutky

Keď sa obkladové dosky prichytávajú k roštu, ktorý má podobné vlastnosti z hľadiska tepelných objemových zmien, obkladové dosky sa kotvia k roštu pevne a dilatačné pohyby zabezpečuje nosný rošt obkladu. V prípade rôznych tepelných objemových alebo vlhkostných zmien obkladových dosiek a roštu sa v pripojení obkladových dosiek k roštu musia zabezpečiť dilatačné pohyby. Napríklad kotvenie hliníkových alebo PVC malorozmerných obkladových dosiek na drevený rošt a dilatačné pohyby sa zabezpečujú väčším otvorom na skrutku a tvarom príchytky umožňujúcej dilatačný pohyb.

Pri prichytávaní obkladových dosiek priamo kotvami sa dilatačné pohyby môžu zabezpečiť pružnosťou kotvy alebo priamo pri prichytení obkladového prvku na kotvu. Spôsobov je niekoľko. Napríklad pri kamenných obkladoch sa na kotvu do nosného muriva dáva pružný materiál alebo väčšie vyloženie kotvy umožní dilatačný pohyb. Pri kotvení kamenného obkladového prvku sa do navŕtaného otvoru vkladá neoprénová trubička, ktorá umožní dilatačný pohyb. Dodatočné upevňovanie kotviacich prvkov do nosnej konštrukcie (podkladu) sa vykonáva ich vkladaním do pripravených navŕtaných otvorov alebo narážaním. Správny spôsob dodatočného kotvenia závisí od dvoch faktorov:

  • fyzikálnych vlastností materiálu, do ktorého sa prvky upevňujú,
  • veľkosti a druhu zaťaženia, ktoré má kotviaci prvok prenášať.

Kotvenie vonkajších obkladov

Vonkajšie obklady kotvíme do silikátov, do kovov a do dreva. Medzi najdôležitejšie vlastnosti materiálov, od ktorých závisí spôsob kotvenia, patrí pevnosť v ťahu, tlaku a pri betónoch kocková pevnosť. Materiálové vlastnosti podkladu určujú druh a rozmery upevňovacieho prvku na kotvenie do nosnej konštrukcie obkladu.

Silikáty ako nosné materiály na kotvenie obkladov rozdeľujeme do skupín:

  • materiály s malou kockovou pevnosťou pod 10 MPa, ktoré nie sú vhodné na nastreľovanie a na kotvy ťažkých prvkov obkladov;
  • materiály s kockovou pevnosťou 10 až 50 MPa. Tieto materiály sú vhodné na nastreľovanie, osadenie rozperiek („hmoždiniek“) a kotiev;
  • materiály s väčšou kockovou pevnosťou – nad 50 MPa. Sú vhodné na osadzovanie rozperiek („hmoždiniek“). Do týchto materiálov sa upevňovacie prvky nemôžu nastreľovať.

Materiály s kockovou pevnosťou do 10 MPa sa podľa zloženia a vlastností delia na:

  • murivo z plných tehál,
  • murivo z dutých tehál,
  • plynosilikát, pórobetón.

Do muriva z plných tehál sa kotví podľa požadovanej únosnosti zápustkami alebo kombinovanými kotvami, ktorých použitie treba zvážiť z ekonomického hľadiska, lebo ich únosnosť klesá v závislosti od kockovej pevnosti materiálu, do ktorého sa upevňujú.

Do muriva z dutých tehál kotvenie bežnými zápustkami nevyhovuje, lebo vzniká malý kontakt medzi telesom zápustky a nosným materiálom z hľadiska celkovej stykovej plochy, ktorá prenáša zaťaženie. Na kotvenie v materiáloch s dutinami vyhovujú kotvy, ktoré nie sú fixované trením, ale tvarovým stykom. Kotviace prvky s tvarovým stykom zabezpečujú oveľa nižšiu únosnosť ako rozperné zápustky. Tehly nie sú homogénny materiál, preto kvalita muriva môže byť v rôznych miestach veľmi rozdielna. Preto sa odporúča rozložiť zaťaženie na viac zápustiek pomocou roznášajúcich dosiek.

Príklady plasticky sa deformujúcich rozperiek na kotvenie v dutinovom murive alebo sadrokartóne

Do pórobetónu a plynosilikátov je vhodné kotviť rázvorovou kotvou, ktorá svojím vyhnutím do ľahčených silikátov zabezpečuje prenášanie zaťaženia, alebo s možnosťou injektáže, ktorá spevňuje murivo v okolí kotvenia a umožňuje upevnenie kotvy v navŕtanom otvore. Navŕtaný otvor na umiestnenie kotvy má kónický tvar s rozšírením do vnútra muriva.

Materiály s kockovou pevnosťou 10 až 50 MPa sú betóny a tehlové murivo s vysokou pevnosťou. Do týchto materiálov kotvíme obklady pomocou zápustiek rôznej únosnosti, v závislosti od prenášaného zaťaženia. V ťahových oblastiach betónu vznikajú ťahové napätia a vytvárajú sa tu trhlinky, preto sa neodporúča do takýchto miest vkladať zápustky, ktoré prenášajú zaťaženia rozperným spôsobom.

Materiály s kockovou pevnosťou nad 50 MPa sú veľmi tvrdé; patria sem oceľobetóny, betóny a prírodné kamene, do ktorých sa kotví výhradne pomocou zápustiek alebo kovových kotiev. Na zhotovovanie otvorov sú vhodné elektropneumatické kladivá.

Kotvenie do kovov sa robí nastreľovaním klincov, pomocou tvarových spojov zápustiek alebo špeciálnymi nitmi.

Pri kotvení do materiálov z PVC a dreva sa používa dostupná tradičná technika.

Kotvenie nastreľovaním

Použitie nastreľovacej techniky je podmienené vlastnosťami materiálov, do ktorých sa klinec nastreľuje. Takýto materiál musí mať jednu z týchto vlastností: stlačiteľnosť (silikáty) alebo tvárnosť (kovy).

Pri nastreľovaní je minimálna pevnosť silikátov 10 MPa, pre oceľ je max. hranica 500 MPa. Najvhodnejšie je nastreľovanie do betónu so strednou kockovou pevnosťou, menej vhodné je nastreľovanie do tehlového muriva, kde treba voliť väčšiu hĺbku klinca. Únosnosť vstreleného klinca je priamo úmerná pevnosti materiálu, do ktorého je klinec vstrelený. Dôležité sú aj rovnorodosť a homogénnosť tohto materiálu.

 
Klinec musí mať pri nastrelení väčšiu povrchovú tvrdosť a húževnatosť jadra ako materiál, do ktorého sa nastreľuje. Pri vnikaní klinca do podkladového materiálu sa využíva veľká strelná rýchlosť. Pri nastrelení sa musia dodržiavať bezpečnostné predpisy, lebo expanzný prístroj sa stáva nebezpečnou zbraňou. Podľa toho, aký je vzájomný pomer medzi rýchlosťou nastrelenia klinca a jeho hmotnosťou, prípadne ďalších častí hmoty pohybujúcej sa s hmotou klinca, rozoznávame nastrelenie:
  • priame, klinec voľne letí hlavňou a hneď naráža na materiál rýchlosťou až 500 m/s,
  • polopriame, kde sa hmotnosť klinca zväčšuje o hmotnosť piesta, na ktorý pôsobí rozbuška, toto nastrelenie umožňuje presnejšie umiestnenie klinca,
  • polonepriame, pri ktorom je klinec umiestnený na konci hlavne a piest pri rozbuške; výhodou tohto nastreľovania je možnosť opakovaného nástrelu a väčšia bezpečnosť pri práci,
  • nepriame, pri ktorom dĺžka piesta umožňuje reguláciu hĺbky nastrelenia; uplatňuje sa pri kotvení do betónu s max. kockovou pevnosťou 30 MPa.

Kotvenie do navŕtaných otvorov

Vŕtanie sa uplatňuje pri kotvení do nosného podkladu pomocou zápustiek, kotiev alebo nitov. Do navŕtaného otvoru sa osadzuje zápustka, kotva alebo nit, ktoré sa v navŕtanom otvore upevňujú rozperným spôsobom, tvarovým spôsobom, lepením alebo kombináciou uvedených spojov.

Základné spôsoby kotvenia do navŕtaných otvorov: a) rozperným spôsobom, b) tvarovým spôsobom, c) lepením (1 – rozperný tlak, 2 – zápustka, 3 – skrutka, 4 – vyvŕtaný otvor, 5 – zápustka so zmenou tvaru,  6 – chemický spájací materiál, 7 – nosná konštrukcia, 8 – nesený prvok

Obr.: Základné spôsoby kotvenia do navŕtaných otvorov
a) rozperným spôsobom, b) tvarovým spôsobom, c) lepením
1 – rozperný tlak, 2 – zápustka, 3 – skrutka, 4 – vyvŕtaný otvor, 5 – zápustka so zmenou tvaru, 6 – chemický spájací materiál, 7 – nosná konštrukcia, 8 – nesený prvok

Kotvenie rozperným spôsobom

spočíva v rozpernom tlaku zápustky v navŕtanom otvore, keď sa do zápustky upevňuje skrutka.

Kotvenie tvarovým spôsobom sa uplatňuje pri murive s dutinami alebo plášťovými podkladovými konštrukciami a umožňujú ho špeciálne zápustky, ktoré sa pri zatáčaní skrutky plasticky deformujú a upevňujú skrutku o steny dutín alebo plášťa. Iný druh kotiev je založený na injektážnych kotvách. Z dôvodou, aby nedošlo k veľkej spotrebe injektážneho materiálu a nevznikli tepelné mosty, do navŕtaných otvorov v murive s dutinami sa vsunie sieťová zápustka, ktorá sa vyplní injektážnou hmotou (epoxiakrylátom) a deformuje v dutinách podkladového materiálu, do vyplnenej zápustky sa vsúva závitová tyč alebo kotva. Injektážny materiál sa musí nechať zatvrdnúť.

Kotvenie lepením sa používa v miestach, kde sa nemôže uplatniť kotvenie rozperným spôsobom. Je vhodné na kotvenie v krajných zónach materiálov a v ťahových zónach nosnej konštrukcie. Do vyvŕtaných otvorov sa nanesie tmel na báze epoxidových živíc s potrebnou hustotou a vloží skrutka. Na kotvenie lepením možno použiť aj chemické kotvy, ktoré pozostávajú z ampulky obsahujúcej zmes syntetickej živice, kremeňa, piesku a špeciálneho vytvrdzovadla. Chemická ampulka sa rozbije oceľovým svorníkom a vibračným pohybom sa všetky prvky v ampulke dokonale premiešajú na živicovú maltu. Tento kotviaci systém garantuje najvyšší účinok v pevných a plných materiáloch, nevnáša vnútorné napätie do podkladového materiálu.

Kombinované kotvenie sa uplatňuje pri niektorých typoch kovových kotiev a pri nylonových zápustkách, kde sa prenos zaťaženia zachytáva vytvorením napätia v podkladovom materiáli a súčasne aj tvarovým spojením. Napríklad pri nylonových zápustkách sa materiál zápustky vtláča do pórov podkladu a tým sa okrem rozperného spojenia vytvára tvarový spoj.

Tento príspevok vznikol za finančnej podpory Agentúry na podporu vedy a techniky č. APVT-20-042202 a projektu VEGA 1/0308/03 a VEGA 1/0317/03.

doc. Ing. Jozef Fučila, PhD.
Článok je úryvok z knihy Montované prvky, JAGA group
FOTO: autor