ZESILOVÁNÍ STÁVAJÍCÍCH BETONOVÝCH KONSTRUKCÍ POMOCÍ ŘEŠENÍ SPOLEČNOSTI HILTI

Tyto potenciální úspory však silně závisí na schopnosti statika vybrat a na schopnosti stavebního průmyslu poskytovat a instalovat vhodná zesilovací řešení, která napravují zjištěné místní a/nebo globální nedostatky. I když většina zesilovacích projektů obvykle zahrnuje více řešení, některá jsou vyloučena kvůli architektonickým, provozním nebo geometrickým omezením, nedostatku znalostí v oblasti návrhu a/nebo realizace, případně nedostupnosti vhodného vybavení, což zužuje seznam možných řešení. Tento výběr je dále ovlivněn výhodami a nevýhodami daných řešení a nejedná se o „kouzelné“ technologie zázračně řešící konstrukční nedostatky. Při zvýšení složitosti hrozí chybná implementace těchto řešení, která mohou vést k zesílení konkrétní části konstrukce, ale oslabení další, což ilustrují následující dva příklady, jeden na lokální a druhý na globální úrovni:

• Lokální: zvětšení tloušťky desky nabetonávkou, přičemž jsou ignorována přídavná zatížení na podpůrné nosníky.

• Globální: vysoká koncentrace smykových výplňových stěn na jedné straně konstrukce, zvyšující zatížení na druhé straně; je dosaženo opačného účinku.,

Nedostatky na „lokální“ úrovni se mohou týkat jednotlivých betonových prvků, jako jsou nosníky, sloupy, desky, stěny a základy, které nemají dostatečnou odolnost, aby se zabránilo selhání v tahu, tlaku, ohybu, smyku, protlačení, kroucení a dalším účinkům způsobeným novým zatížením. Řešení pro jednotlivé prvky jsou mimo jiné:

• nabetonávka nebo obetonování – obr. 1

• dodatečně vlepovaná výztuž

• opásání ocelovými prvky

• ocelové desky osazené blízko povrchu („near surface mounted” – NSM)

• opásání a lamely z polymerů vyztužených vlákny („fibre-reinforced polymer“ – FRP)

• externí dodatečné předpínání

Obr. 1: Příklad nabetonávky / obetonování sloupů

Zesilování na „globální“ úrovni obvykle zahrnuje řešení problémů souvisejících s celou konstrukcí, jako např. zemětřesení, požár, únava a vítr, a to zavedením řešení, jako jsou:

• smykové výplňové stěny – obr. 2

• ocelová ztužidla

• mikropiloty

• izolace základů

• zařízení pro odvod energie / tlumení

Obr. 2: Příklad smykové výplňové stěny mezi sloupy

Předpokládejme, že budova dříve využívaná jako kanceláře se nyní v důsledku změny vlastníka objektu změní na komerční prostory; vyšší počet uživatelů přinese zvýšení zatížení na podlahy, které musí být přeneseno všemi konstrukčními prvky – deskami, sloupy a základy. Typicky může být statickým posouzením zjištěno, že rovná deska nevyhovuje na kombinaci ohybu a protlačení nebo v některých případech pouze na protlačení. Vzpomeňte si, že ve většině návrhových norem, jako je např. část 6.4 normy EN 1992-1-1:2004 [2], závisí únosnost betonového prvku na protlačení na následujících pěti parametrech:

1. pevnost betonu

2. účinná výška od horní části tlačeného vlákna k ohybové výztuži

3. velikost podpory a kontrolní obvod

4. množství podélné výztuže

5. množství výztuže proti protlačení

Využití řady potenciálně dostupných řešení na „lokální“ úrovni ke zlepšení jednoho nebo několika z těchto parametrů v různé míře zvyšuje odolnost proti protlačení, nicméně to s sebou nese kompromisy z hlediska invazivnosti, nákladů, dostupnosti a dalších parametrů. Některé úpravy ani nemusejí být proveditelné, například zvýšení pevnosti betonu stávajícího nosníku. Jiné, jako je přidání podpor realizované doplněním dalších sloupů, aby se snížilo zatížení na protlačení, budou vyžadovat přenos zatížení do základů. Proto jsou řešení společnosti Hilti pro zlepšení parametrů (1) až (5) shrnuta v tabulce 1:

Tabulka 1: Možná řešení pro zesílení betonu s nedostatečnou odolností proti protlačení ve smyku

Přímé zvýšení množství výztuže proti protlačení má za následek proporcionální zvýšení únosnosti proti protlačení; řešení, která jsou v současném stavebnictví k dispozici, jsou obvykle minimálně invazivní a sníží míru narušení ostatních prvků. Použití všech ostatních řešení obvykle vede k neproporcionálnímu (menšímu) zvýšení odolnosti proti protlačení, s výjimkou nabetonávky, se kterou jsou aĺe spojené specifické nevýhody.

Vývoj a dostatečná vyspělost technologie dodatečně osazených kotev v posledních letech vedly k jejímu použití v aplikacích mimo upevnění typu ocel-beton a beton-beton. Jedním z možných způsobů použití při zesilování je nabetonávka, kde k vyztužení rozhraní mezi stávajícím a novým betonem slouží chemické nebo mechanické kotvy. Další podrobnosti o zesilování nabetonávkou naleznete v příručce “Concrete-to-Concrete Connections” [3] nebo v příslušné „Bílé knize“ [4].

Dalším příkladem použití systému chemických kotev pro zesilování je nedávno vyvinuté řešení Hilti „HIT-Punching Shear“, které přímo zvyšuje odolnost železobetonových prvků proti protlačení (obr. 3), podobně jako zabetonované třmínky.

Obr. 3: Hilti HIT-RE 500 V4, závitové tyče HAS(-U) a výplňový set použité jako dodatečně instalovaná výztuž proti protlačení

Tento systém se instaluje podobným způsobem jako chemická kotva – vrtání do stanovené hloubky kolmo k povrchu betonu, důkladné vyčištění nečistot z vyvrtaných otvorů, injektáž chemické lepicí hmoty a následné vložení závitových tyčí. Jakmile lepicí hmota vytvrdne, lze matice dotáhnout na maximální stanovenou hodnotu. Poznámka: Pokud se s s tím výslovně nepočítá při návrhu, je třeba se vyhnout vrtání a řezání skrz ohybovou výztuž, kdekoli je to možné, aby se zabránilo dalšímu oslabení konstrukce. Pokud se tomu nelze vyhnout, například pro usnadnění vrtání v hustě vyztužených oblastech, jsou nutná dodatečná opatření s výslovným souhlasem statika, aby se kompenzovala ztráta ohybové výztuže.

Nový zesilovací systém Hilti HIT-Punching Shear se skládá z následujících součástí:

Řešení spojuje chemickou lepicí hmotu HIT-RE 500 V4 s řadou závitových tyčí Hilti HAS ve velikostech M12, M16, M20 a M24, které jsou k dispozici v provedení z uhlíkové a nerezové oceli pro vnitřní nebo venkovní použití. Ocelové prvky jsou doplněny výplňovým setem Hilti, který se skládá z těsnicí a kulové podložky, matice a volitelné pojistné matice; tyto prvky jsou též k dispozici v provedení z uhlíkové i nerezové oceli pro každý průměr závitové tyče.

Univerzálnost tohoto systému je daná následujícími parametry:

• Tloušťka desky 200–1100 mm, s minimální efektivní výškou 160 mm

• Instalace z horní nebo dolní strany desky s definovanými rozsahy délky tyče jako funkce tloušťky desky a průměru tyče

• Pevnost betonu C20/25 – C50/60.

• Suchý nebo vodou nasycený beton, též otvory naplněné vodou

• Maximální krátkodobé a dlouhodobé teploty +40 °C a +24 °C

• Prvky vystavené statickému a kvazistatickému zatížení

Cloudový návrhový software Hilti PROFIS Engineering zahrnuje nový modul pro posuzování a zesilování betonových prvků nevyhovujících na protlačení, který pomáhá statikům při hodnocení únosnosti stávajících prvků a jejich zesilování, čímž zajišťuje bezpečnější a efektivnější pracovní postup. Nový modul softwaru PROFIS Engineering pro zesílení na protlačení umožňuje:

• výběr různých svislých nosných prvků přiléhajících k desce (obdélníkový sloup, kruhový sloup, konec stěny, roh stěny) a definici jejich materiálových vlastností a geometrie

• posouzení únosnosti stávajícího betonu dle EN 1992-1-1:2004

• návrh zesílení dle normy aBG Z.15-5.387 [5] ve spojení s normou DIN EN 1992-1-1/NA:2013, s výběrem ze čtyř průměrů výztuže z uhlíkové nebo nerezové oceli a libovolným zadáním osových a okrajových vzdáleností

• libovolné ruční zadání radiálních roztečí a počtu zesilovacích prvků v každém obvodu

• vytvoření kompletního výpočtového protokolu se všemi posudky, rozkreslením navržené výztuže a pokyny pro instalaci