Předběžné zkoušky kotev: výpočet zkušebního zatížení

Předběžná zkouška je zkouška na stavbě na 5 kotvách, která ukáže, zda kotva unese charakteristické zatížení N_Ek (zatížení bez součinitelů) v podkladu, pro který výrobce nemá údaje. Norma BS 8539:2012+A1:2021 ji v příloze B.2.3.1 nazývá zjednodušeným postupem zkoušek přípustné únosnosti.

Používá se, když pro daný podklad není k dispozici kotva s příslušným evropským technickým posouzením (ETA), což v praxi obvykle znamená zdivo, nebo když stav betonu zpochybňuje hodnoty z ETA. Kotva musí být i tak typem, který výrobce pro danou kategorii podkladu schvaluje. Těchto 5 kotev se zatěžuje jen do zkušebního zatížení, nikoli do porušení, takže zkoušky způsobí menší poškození než zkoušky do porušení. Viz kdy je nutná zkouška na stavbě.

Kotvy pro předběžnou zkoušku se osazují speciálně pro ni a nikdy se nepoužijí na stavbě. Osaďte je do podkladu odpovídajícího stavbě, na místě, kde případné poškození neohrozí konstrukci a lze jej opravit. Umístěte je dostatečně daleko od kotev, které budou použity, a při nedostatku místa nikdy blíže než 3 × h_ef.

Zkušební zatížení je charakteristické zatížení vynásobené zkušebním součinitelem a vydělené redukčním součinitelem α_dist a součinitelem podmínek Ω:

N_test = N_Ek × ν_test ÷ (α_dist × Ω) (rovnice B.4 normy BS 8539)

• N_Ek, charakteristické zatížení, je zatížení, kterým návrh působí na jednu kotvu, bez součinitelů bezpečnosti. Dodá ho projektant.
• ν_test, zkušební součinitel, závisí na materiálu kotvy, podkladu a na tom, zda je zatížení dlouhodobé, nebo krátkodobé. Viz tabulka níže.
• α_dist, redukční součinitel, zohledňuje podpěry můstku umístěné tak blízko kotvy, že by mohly podklad držet pohromadě a zvýšit výsledek. Při dostatečné vzdálenosti noh je 1,0. Viz výběr můstku.
• Ω, součinitel podmínek, zohledňuje rozdíly mezi zkouškou a skutečným použitím, např. zkoušku za sucha u kotvy, která bude vlhká. O hodnotě Ω rozhoduje projektant.

Naše kalkulačka zkušebního zatížení tyto kroky provede za vás.

Nylonové kotvy mají vyšší součinitele kvůli tečení (creepu). Při dlouhodobém zatížení se nylon pomalu deformuje, takže kotva, která krátkodobě vydrží zkušební zatížení, může v provozu selhat i při nižším zatížení.

Projektant volí Ω podle toho, jak se skutečné použití kotvy bude lišit od zkoušky. Každá odpověď určuje hodnotu:

• Jak dlouho bude zatížení působit? Pro krátkodobá zatížení, například kotvení lešení nebo pro práce ve výškách, Ω = 1,0. Pro trvalé tahové zatížení Ω = 0,9.
• Bude kotva v provozu vlhčí nebo teplejší než při zkoušce? Pokud bude v provozu vlhká, ale zkouší se za sucha, Ω = 0,8. Pokud bude vystavena teplotám nad běžným rozsahem provozních teplot výrobce, ale zkouší se při běžné teplotě, Ω = 0,8.
• Mohou se provozní kotvy dostat do slabšího místa než zkušební kotvy? U omítnuté zdi, kde jsou spáry skryté nebo kotvy nelze udržet uvnitř cihel, a zkušební kotvy jsou v plné cihle, Ω = 0,75.
• Bude beton porušený trhlinami? U kotvy navržené pro beton v tažené zóně Ω = 0,7.

Pokud platí více podmínek, projektant stanoví pro daný případ jedinou hodnotu Ω. Tento návod neuvádí pravidlo pro jejich kombinaci; obraťte se na projektanta.

αdist závisí na rozteči podpěr adist a na účinné hloubce kotvení hef. adist se měří k ose bodových podpěr, u průběžných podpěr jako světlá vzdálenost mezi nimi. Hodnoty Staht, 127 mm pro standardní můstky t25 a t60 a 375 mm a 575 mm pro širší můstky, udávají světlou vzdálenost mezi patkami podél můstku (technické listy Staht), tedy základ, z něhož vychází tabulka můstků publikovaná v oboru. Jde o volbu na straně bezpečnosti: patky čtyřnohého můstku ve skutečnosti stojí dále od kotvy, takže světlá rozteč dává mírně vyšší zkušební zatížení, nikdy nižší.

Do h_ef = 150 mm. Je-li adist alespoň 3 × hef, platí αdist = 1,0. Je-li adist menší než 3 × hef, ale větší než 1,5 × hef, platí αdist = 0,4 + adist ÷ (5 × hef) (rovnice B.12 normy BS 8539). BS 8539 sice potřebnou rozteč omezuje na 450 mm, ale do hef = 150 mm 3 × hef nikdy 450 mm nepřesáhne, takže toto omezení výsledek nemění. Je-li adist 1,5 × hef nebo méně, je můstek pro tuto metodu příliš úzký: použijte širší. V betonu předběžná zkouška navíc vyžaduje, aby nejbližší podpěra byla od kotvy dále než 1,0 × hef, jak ověřuje řešený příklad B.

Hlouběji než 150 mm. Rovnice B.12 neplatí. V betonu udržujte nejbližší podpěru alespoň 1,5 × hef od kotvy, což znamená adist alespoň 3 × hef. Ve zdivu platí pravidla pro cihly a tvárnice. EOTA TR 053 nevyžaduje žádnou redukci u vícevrstvých zdí z malých plných cihel, například plných pálených cihel, pokud jsou podpěry od sebe dále než 1,5 × hef a ponechávají prostor pro vytvoření porušení. Viz výběr můstku.

hef je hloubka k nejnižšímu bodu, v němž kotva drží v podkladu. U nylonových kotev uvažujte hef jako 50 % jmenovité hloubky osazení.

Chemická kotva v plné cihle přenáší dlouhodobé tahové zatížení. Projektant udává NEk = 0,9 kN, hef = 60 mm a jediné Ω = 0,9 pro dlouhodobé zatížení. ν_test pro nenylonovou kotvu ve zdivu při dlouhodobém zatížení je 4.

Se standardním můstkem Staht t25 (rozteč podpěr a_dist = 127 mm, světlá vzdálenost mezi patkami podél můstku (technický list Staht)):

• 3 × hef = 180 mm, což je více než 127 mm, takže se uplatní αdist. 127 mm je více než 1,5 × h_ef (90 mm), takže platí rovnice B.12.
• α_dist = 0,4 + 127 ÷ (5 × 60) = 0,4 + 0,423 = 0,823.
• N_test = 0,9 × 4 ÷ (0,823 × 0,9) = 3,6 ÷ 0,741 = 4,86 kN.

S můstkem Staht Bridge 375-25 (a_dist = 375 mm):

• 375 mm je více než 3 × hef (180 mm), takže αdist = 1,0.
• N_test = 3,6 ÷ (1,0 × 0,9) = 4,00 kN.

Širší můstek redukci odstraní, takže se kotvy zkoušejí na 4,00 kN místo 4,86 kN. U cihelného zdiva postavte patky můstku na cihly sousedící s cihlou, v níž je kotva. Viz zkoušení ve zdivu.

Kotvy pro výškové práce se osazují do staršího betonu nejistého stavu, proto projektant požaduje předběžné zkoušky. NEk = 3,0 kN, hef = 50 mm, krátkodobé zatížení, tedy Ω = 1,0. ν_test pro nenylonovou kotvu v betonu při krátkodobém zatížení je 2.

• Se standardním můstkem Staht t60 je adist = 127 mm, světlá vzdálenost mezi patkami podél můstku (technický list Staht), což je méně než 3 × hef (150 mm) a více než 1,5 × h_ef (75 mm), takže platí rovnice B.12.
• Nejbližší podpěra ve vzdálenosti 63,5 mm je dále než 1,0 × h_ef (50 mm), jak předběžné zkoušky v betonu vyžadují při zatěžování na zkušební zatížení.
• α_dist = 0,4 + 127 ÷ (5 × 50) = 0,4 + 0,508 = 0,908.
• N_test = 3,0 × 2 ÷ (0,908 × 1,0) = 6,0 ÷ 0,908 = 6,61 kN.

Nylonové kotvy mají uchytit dočasné oplocení ke staršímu betonu nejistého stavu, proto projektant požaduje předběžné zkoušky. NEk = 0,4 kN, krátkodobé zatížení, tedy Ω = 1,0. Jmenovité osazení je 70 mm, takže hef = 35 mm. ν_test pro nylon při krátkodobém zatížení je 3,5.

• Se standardním můstkem Staht t25 je adist = 127 mm, světlá vzdálenost mezi patkami podél můstku (technický list Staht), což je více než 3 × hef (105 mm), takže α_dist = 1,0.
• Nejbližší podpěra ve vzdálenosti 63,5 mm je dále než 1,0 × h_ef (35 mm).
• N_test = 0,4 × 3,5 ÷ (1,0 × 1,0) = 1,40 kN.

Pokud všech 5 kotev vydrží zkušební zatížení, lze charakteristické zatížení považovat za přípustnou únosnost v daném podkladu: NR,all = NEk (rovnice B.5 normy BS 8539). Kotvu pak lze při tomto zatížení použít.

Pokud kotva zkušebního zatížení nedosáhne, o dalším postupu rozhoduje projektant a rozhodují dvě otázky. Lze na zakázce jednoduše použít více kotev, například jejich hustším rozmístěním? A selhala kotva blízko zkušebního zatížení, například nad 0,8 × N_test?

• Ano na obě: ponechte kotvu a použijte jich více při nižší přípustné únosnosti určené níže.
• Ne na kteroukoli: změňte specifikaci na větší průměr, hlubší osazení nebo jiný typ kotvy a proveďte na ní novou sérii předběžných zkoušek.

Určení nižší přípustné únosnosti:

1. Zatěžujte všech 5 zkušebních kotev pomalu až do porušení a u každé zaznamenejte zatížení při prvním posunu. Pro šetrnost ke konstrukci můžete skončit při posunu asi 1,0 mm a toto zatížení počítat jako zatížení při porušení.
2. Z průměrného zatížení při porušení Nu,ave: NR,all = Nu,ave × αdist × Ω ÷ ν_ave (rovnice B.6).
3. Z nejnižšího zatížení při porušení Nu,low: NR,all = Nu,low × αdist × Ω ÷ ν_low (rovnice B.7).
4. Použijte nižší z obou hodnot, omezenou průměrným zatížením při prvním posunu N_1st,m.
5. Navyšte počet kotev: n' = n0 × NEk ÷ NR,all (rovnice B.8), kde n0 je původně plánovaný počet. Zaokrouhlete nahoru.

V příkladu A s můstkem t25 bylo zkušební zatížení 4,86 kN. Jedna kotva selže při 4,2 kN, což je nad 0,8 × 4,86 = 3,89 kN, a na zakázce lze použít více kotev. Všech 5 se zatíží do porušení: 4,2; 5,6; 6,1; 5,3 a 6,4 kN. Průměrné zatížení při prvním posunu je 2,3 kN.

• Nu,ave = 27,6 ÷ 5 = 5,52 kN a Nu,low = 4,2 kN.
• α_dist × Ω = 0,823 × 0,9 = 0,741.
• Z průměru: 5,52 × 0,741 ÷ 5 = 0,818 kN.
• Z nejnižší hodnoty: 4,2 × 0,741 ÷ 4 = 0,778 kN.
• NR,all = 0,778 kN, nižší hodnota. Je pod N1st,m (2,3 kN), takže platí.
• Zakázka počítala s 24 kotvami: n' = 24 × 0,9 ÷ 0,778 = 27,8, je tedy potřeba 28 kotev.

BS 8539 uvádí tři další postupy, každý založený na zkouškách do porušení.

• Bez ETA, statistický přístup (příloha B.2.3.2): 5 až 15 kotev se zatíží do porušení. NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × Ω, kde NRu,m je průměrné zatížení při porušení, v variační koeficient (nejvýše 30 %) a K statistický součinitel: 3,40 pro 5 zkoušek, 2,57 pro 10 a 2,33 pro 15. NR,all = NRk1 ÷ ν, nejvýše N_1st,m. ν volí projektant, například 3 až 4 pro statická zatížení nebo 5 pro nylonové kotvy.
• Kotva s ETA ve zdivu mimo rozsah ETA, 5 až 15 zkoušek (příloha B.2.2.1): NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × β, s β z ETA (1, pokud není uvedeno), nejvýše charakteristická únosnost dle ETA. Zde β nahrazuje Ω. Poté NR,all = NRk1 ÷ γM ÷ γF, s γM z ETA a γF 1,35 pro stálá zatížení, 1,5 pro proměnná zatížení nebo 1,4, pokud nejsou známa nebo jsou kombinovaná, a nejvýše N1st,m.
• Kotva s ETA, 15 a více zkoušek (příloha B.2.2): metoda zkoušení na stavbě dle příslušného evropského dokumentu pro posuzování (EAD) a jeho technické zprávy EOTA.

Čím více kotev se zkouší do porušení, tím vyšší přípustná únosnost pravděpodobně vyjde, zkoušky do porušení však způsobují větší poškození.