Forhåndsprøving av forankringer: slik beregner du prøvelasten

Forhåndsprøving er en prøving på stedet av 5 forankringer som viser om en forankring kan bære den karakteristiske lastvirkningen N_Ek (lasten uten lastfaktorer) i et underlag produsenten ikke har data for. BS 8539:2012+A1:2021 kaller dette den forenklede metoden for prøving av tillatt motstand, i tillegg B.2.3.1.

Den brukes når ingen forankring med relevant europeisk teknisk vurdering (ETA) finnes for underlaget, som i praksis oftest betyr murverk, eller når betongens tilstand gir grunn til å tvile på tallene i ETA-en. Forankringen må likevel være en type produsenten godkjenner for den kategorien underlag. De 5 forankringene belastes bare opp til prøvelasten, ikke til brudd, så prøvingen gir mindre skade enn bruddprøving. Se når du må prøve på stedet.

Forankringene til forhåndsprøving monteres spesielt for prøven og brukes aldri i arbeidet. Sett dem i underlag som tilsvarer det i arbeidet, på et sted der eventuell skade ikke svekker konstruksjonen og kan utbedres. Hold god avstand til forankringer som skal brukes, og aldri nærmere enn 3 × h_ef der det er trangt.

Prøvelasten er den karakteristiske lastvirkningen multiplisert med en prøvefaktor, delt på reduksjonsfaktoren α_dist og tilstandsfaktoren Ω:

N_test = N_Ek × ν_test ÷ (α_dist × Ω) (ligning B.4 i BS 8539)

• N_Ek, den karakteristiske lastvirkningen, er lasten prosjekteringen gir på én forankring, uten sikkerhetsfaktorer. Den oppgis av den prosjekterende.
• ν_test, prøvefaktoren, avhenger av forankringens materiale, underlaget og om lasten er langtids- eller korttidslast. Se tabellen nedenfor.
• α_dist, reduksjonsfaktoren, tar hensyn til at støtteben på prøvebroen står så nær forankringen at de kan holde underlaget sammen og gi et for høyt resultat. Den er 1,0 når bena står langt nok fra hverandre. Se valg av prøvebro.
• Ω, tilstandsfaktoren, tar hensyn til forskjeller mellom prøven og den faktiske bruken, for eksempel prøving i tørre forhold for en forankring som skal stå i fukt. Den prosjekterende fastsetter Ω.

Vår prøvelastkalkulator går gjennom disse trinnene for deg.

Nylonankre får høyere faktorer på grunn av kryp. Når nylon står under last over lang tid, deformeres det sakte, slik at et anker som tåler prøvelasten i kort tid, likevel kan svikte ved en lavere last i bruk.

Den prosjekterende velger Ω ved å vurdere hvordan ankerets faktiske bruk vil avvike fra prøven. Hvert svar gir en verdi:

• Hvor lenge vil lasten virke? For korttidslaster, for eksempel forankring av stillas eller tauarbeid i høyden, er Ω = 1,0. For en vedvarende strekklast er Ω = 0,9.
• Vil ankeret være våtere eller varmere i bruk enn under prøven? Hvis det blir vått i bruk, men prøves tørt, er Ω = 0,8. Hvis det får høyere temperatur enn produsentens normale driftstemperaturområde, men prøves ved normal temperatur, er Ω = 0,8.
• Kan bruksankrene havne i svakere materiale enn prøveankrene? På en pusset vegg, der fugene er skjult eller ankrene ikke kan holdes inne i steinene, og prøveankrene står i massiv tegl, er Ω = 0,75.
• Vil betongen være opprisset? For et anker beregnet for betong i strekksonen er Ω = 0,7.

Når mer enn én betingelse gjelder, fastsetter den prosjekterende én samlet Ω for tilfellet. Denne veiledningen gir ingen regel for hvordan de skal kombineres; spør den prosjekterende.

αdist avhenger av støtteavstanden adist og den effektive forankringsdybden hef. adist måles til aksen for punktstøtter, eller som fri bredde mellom kontinuerlige støtter. Stahts verdier, 127 mm for standardbroene t25 og t60 og 375 mm og 575 mm for de bredere broene, er den frie avstanden mellom føttene langs broen (Staht-datablader), som er grunnlaget bransjens publiserte brotabell bruker. Det gir en margin på den sikre siden: føttene på en firebent bro står faktisk lenger fra ankeret, så den frie avstanden gir en litt høyere prøvelast, aldri en lavere.

Opptil h_ef = 150 mm. Hvis adist er minst 3 × hef, er αdist = 1,0. Hvis adist er mindre enn 3 × hef, men mer enn 1,5 × hef, er αdist = 0,4 + adist ÷ (5 × hef) (ligning B.12 i BS 8539). BS 8539 begrenser også den nødvendige avstanden til 450 mm, men opptil hef = 150 mm overstiger 3 × hef aldri 450 mm, så begrensningen endrer ikke svaret. Hvis adist er 1,5 × hef eller mindre, er broen for smal for denne metoden: bruk en bredere. I betong krever en forhåndsprøving også at nærmeste støtte står mer enn 1,0 × hef fra ankeret, slik regneeksempel B kontrollerer.

Dypere enn 150 mm. Ligning B.12 gjelder ikke. I betong skal nærmeste støtte stå minst 1,5 × hef fra ankeret, noe som betyr en adist på minst 3 × hef. I murverk gjelder reglene for tegl og blokker. EOTA TR 053 krever ingen reduksjon i flerskallsvegger av små massive steiner, for eksempel massiv teglstein, forutsatt at støttene står mer enn 1,5 × hef fra hverandre og gir plass til at bruddet kan utvikle seg. Se valg av bro.

hef er dybden til det laveste punktet der ankeret griper i underlaget. For nylonankre settes hef til 50 % av den nominelle forankringsdybden.

Et kjemisk anker i massiv tegl bærer en vedvarende strekklast. Den prosjekterende oppgir NEk = 0,9 kN, hef = 60 mm og én Ω på 0,9 for den vedvarende lasten. ν_test for et anker som ikke er av nylon, i murverk under langtidslast, er 4.

Med Staht t25 standardbro (støtteavstand a_dist = 127 mm, den frie avstanden mellom føttene langs broen (Staht-datablad)):

• 3 × hef = 180 mm, som er mer enn 127 mm, så αdist gjelder. 127 mm er mer enn 1,5 × h_ef (90 mm), så ligning B.12 gjelder.
• 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.

Med Staht Bridge 375-25 (a_dist = 375 mm):

• 375 mm er mer enn 3 × hef (180 mm), så αdist = 1,0.
• N_test = 3,6 ÷ (1,0 × 0,9) = 4,00 kN.

Den bredere broen fjerner reduksjonen, så ankrene prøves til 4,00 kN i stedet for 4,86 kN. I teglmurverk settes brofføttene på steinene ved siden av den som holder ankeret. Se prøving i murverk.

Ankre for tauarbeid skal settes i eldre betong med usikker tilstand, så den prosjekterende ber om forhåndsprøving. NEk = 3,0 kN, hef = 50 mm, korttidslast, så Ω = 1,0. ν_test for et anker som ikke er av nylon, i betong under korttidslast, er 2.

• Med Staht t60 standardbro er adist = 127 mm, den frie avstanden mellom føttene langs broen (Staht-datablad), som er mindre enn 3 × hef (150 mm) og mer enn 1,5 × h_ef (75 mm), så ligning B.12 gjelder.
• Nærmeste støtte, på 63,5 mm, er mer enn 1,0 × h_ef (50 mm), slik forhåndsprøving i betong krever under belastning til prøvelasten.
• 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.

Nylonankre skal feste et midlertidig byggegjerde til eldre betong med usikker tilstand, så den prosjekterende ber om forhåndsprøving. NEk = 0,4 kN, korttidslast, så Ω = 1,0. Den nominelle forankringsdybden er 70 mm, så hef = 35 mm. ν_test for nylon under korttidslast er 3,5.

• Med Staht t25 standardbro er adist = 127 mm, den frie avstanden mellom føttene langs broen (Staht-datablad), som er mer enn 3 × hef (105 mm), så α_dist = 1,0.
• Nærmeste støtte, på 63,5 mm, er mer enn 1,0 × h_ef (35 mm).
• N_test = 0,4 × 3,5 ÷ (1,0 × 1,0) = 1,40 kN.

Når alle 5 ankrene holder prøvelasten, kan den karakteristiske lastvirkningen regnes som tillatt kapasitet i det underlaget: NR,all = NEk (ligning B.5 i BS 8539). Ankeret kan da brukes med den lasten.

Hvis et anker ikke når prøvelasten, avgjør den prosjekterende hva som skjer videre, og to spørsmål avgjør saken. Kan jobben rett og slett ta flere ankre, for eksempel ved å sette dem tettere? Og sviktet ankeret nær prøvelasten, for eksempel over 0,8 × N_test?

• Ja på begge: behold ankeret og bruk flere av dem, med en lavere tillatt kapasitet beregnet som nedenfor.
• Nei på ett av dem: endre spesifikasjonen, til større diameter, dypere forankring eller en annen ankertype, og kjør en ny serie forhåndsprøvinger på den.

Beregning av den lavere tillatte kapasiteten:

1. Belast alle 5 prøveankrene til brudd, langsomt, og noter lasten ved første bevegelse for hvert av dem. For å skåne konstruksjonen kan du stoppe ved ca. 1,0 mm bevegelse og regne den lasten som bruddlast.
2. Fra gjennomsnittlig bruddlast Nu,ave: NR,all = Nu,ave × αdist × Ω ÷ ν_ave (ligning B.6).
3. Fra laveste bruddlast Nu,low: NR,all = Nu,low × αdist × Ω ÷ ν_low (ligning B.7).
4. Bruk den laveste av de to, begrenset til gjennomsnittlig last ved første bevegelse N_1st,m.
5. Skaler opp antall ankre: n' = n0 × NEk ÷ NR,all (ligning B.8), der n0 er antallet som opprinnelig var planlagt. Rund opp.

I eksempel A med t25-broen var prøvelasten 4,86 kN. Ett anker svikter ved 4,2 kN, som er over 0,8 × 4,86 = 3,89 kN, og jobben kan ta flere ankre. Alle 5 belastes til brudd: 4,2, 5,6, 6,1, 5,3 og 6,4 kN. Gjennomsnittlig last ved første bevegelse er 2,3 kN.

• Nu,ave = 27,6 ÷ 5 = 5,52 kN, og Nu,low = 4,2 kN.
• α_dist × Ω = 0,823 × 0,9 = 0,741.
• Fra gjennomsnittet: 5,52 × 0,741 ÷ 5 = 0,818 kN.
• Fra den laveste: 4,2 × 0,741 ÷ 4 = 0,778 kN.
• NR,all = 0,778 kN, den laveste verdien. Den er under N1st,m (2,3 kN), så den gjelder.
• Jobben planla 24 ankre: n' = 24 × 0,9 ÷ 0,778 = 27,8, så det trengs 28 ankre.

BS 8539 gir tre andre fremgangsmåter, alle basert på prøving til brudd.

• Uten ETA, statistisk metode (vedlegg B.2.3.2): 5 til 15 ankre belastes til brudd. NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × Ω, der NRu,m er gjennomsnittlig bruddlast, v variasjonskoeffisienten (maks. 30 %) og K en statistisk faktor: 3,40 for 5 prøver, 2,57 for 10 og 2,33 for 15. NR,all = NRk1 ÷ ν, maks. N_1st,m. Den prosjekterende velger ν, for eksempel 3 til 4 for statiske laster, eller 5 for nylonankre.
• ETA-anker i murverk utenfor ETA, 5 til 15 prøver (vedlegg B.2.2.1): NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × β, med β fra ETA (1 hvis ingen er oppgitt), maks. ETAs karakteristiske kapasitet. Her erstatter β Ω. Deretter NR,all = NRk1 ÷ γM ÷ γF, med γM fra ETA og γF 1,35 for permanente laster, 1,5 for variable laster eller 1,4 der de er ukjente eller blandet, og maks. N1st,m.
• ETA-anker, 15 eller flere prøver (vedlegg B.2.2): prøvemetoden på byggeplass i det relevante europeiske vurderingsdokumentet (EAD) og tilhørende EOTA Technical Report.

Jo flere ankre som prøves til brudd, desto høyere blir trolig den tillatte kapasiteten, men prøving til brudd gjør mer skade.