1.     POZADIE ZOSILŇOVANIA BETÓNOVÝCH KONSTRUKCIÍ

V posledných dvoch desaťročiach sa stavebníctvo dostáva pod rastúci tlak na zníženie ekologickej stopy a opätovné využitie existujúcich objektov, aby vyhovelo rastúcim sociálno-ekonomickým požiadavkám, najmä v mestskom prostredí, kde je veľká časť železobetónových budov a mostov na konci svojej životnosti a potrebuje buď renováciu, alebo demoláciu. Okrem ukončenia životnosti môžu príčiny zosilňovania existujúcich konštrukcií zahŕňať:

·        zmena používania a účelu budovy,

·        rozšírenie budovy,

·        potreba ďalších podlahových plôch v hustom zastavanom mestskom prostredí, kde horizontálne rozšírenie nie je možné,

·        Zavedenie nových stavebných predpisov,

·        prítomnosť chýb alebo iných nedostatkov v pôvodnej konštrukcii,

·        nutnosť riešiť ďalšie problémy so životnosťou  spôsobené známymi rizikami, ako je požiar a zemetrasenie.

Voľba medzi zosilnením existujúcej konštrukcie a jej demoláciou a novou výstavbou nie je vždy jednoduchá a závisí od aktuálneho stavu konštrukcie, investorových záujmov a kultúrnej, historickej a spoločenskej dôležitosti konštrukcie. Pokiaľ statik stanoví, že je možné zosilniť celú konštrukciu, je možné dosiahnuť o 15–70 % kratšiu dobu obratu (definované ako doba medzi zastavením činnosti v budove alebo na moste a opätovným uvedením objektu do prevádzky) v porovnaní s demoláciou a novou výstavbou. Okrem úspory času môže zosilnenie konštrukcie priniesť 10-75 % zníženie nárokov na zdroje prostredníctvom úspor práce a materiálu, čo priamo ovplyvňuje environmentálnu a uhlíkovú stopu konštrukcie [1]. Zásadné faktory pre investorov sú tiež rýchlejšia návratnosť a nižšie počiatočné náklady.

2.     RIEŠENIA NA ZOSILNENIE A VÝBER TECHNOLÓGIE ZOSILNENIA

Tieto potenciálne úspory však silne závisia od schopnosti statika zvoliť a od schopnosti stavebníctva  zrealizovať vhodné zosilňovacie riešenia, ktoré napravujú zistené lokálne a/alebo globálne nedostatky. Aj keď väčšina zosilňovacích projektov obvykle zahŕňa viacero riešení, niektoré sú vylúčené kvôli architektonickým, prevádzkovým alebo geometrickým obmedzeniam, nedostatku znalostí v oblasti návrhu a/alebo realizácie, prípadne nedostupnosti vhodného vybavenia, čo zužuje zoznam možných riešení. Tento výber je ďalej ovplyvnený výhodami a nevýhodami daných riešení a nejedná sa o „kúzelné“ technológie, ktoré riešia konštrukčné nedostatky. Pri náročnejších a komplexnejších projektoch hrozí nesprávna implementácia týchto riešení, ktoré môžu viesť k zosilneniu konkrétnej časti konštrukcie, ale oslabeniu inej časti konštrukcie, čo ilustrujú nasledujúce dva príklady, jeden na lokálnej a druhý na globálnej úrovni:

·        Lokálne: zväčšenie hrúbky dosky nadbetonávkou, pričom nie sú zohľadnené prídavné zaťaženia na podporné nosníky.

·        Globálne: vysoká koncentrácia šmykových výplňových stien na jednej strane konštrukcie, zvyšujúca zaťaženie na druhej strane konštrukcie; je dosiahnutý opačný účinok.

Nedostatky na „lokálnej“ úrovni sa môžu týkať jednotlivých betónových prvkov, ako sú nosníky, stĺpy, dosky, steny a základy, ktoré nemajú dostatočnú odolnosť, aby sa zabránilo zlyhaniu v ťahu, tlaku, ohybu, šmyku, pretlačeniu, krúteniu a ďalším účinkom spôsobeným novým zaťažením. Riešenia pre jednotlivé prvky zahrňujú okrem iného:

·        nadbetonávka alebo obetónovanie – obr. 1,

·        dodatočne vlepovaná výstuž,

·        opásanie oceľovými prvkami,

·        oceľové dosky osadené blízko povrchu („near surface mounted” – NSM),

·        opásanie a lamely z polymérov vystužených vláknami („fibre-reinforced polymér“ – FRP),

·        externé predpätie.

Obrázok 1: Príklad nadbetonávky / obetónovanie stĺpov

Zosilňovanie na „globálnej“ úrovni obvykle zahŕňa riešenie problémov súvisiacich s celou konštrukciou, ako napr. zemetrasenie, požiar, únava a vietor, a to zavedením riešení, ako sú:

·        šmykové výplňové steny – obr. 2,

·        oceľové stužidlá,

·        mikropilóty,

·        izolácia základov,

·        zariadenia na odvádzanie/tlmenie energie.

Obr. 2: Príklad šmykovej výplňovej steny medzi stĺpmi

3.     ZOSILŇOVANIE BETÓNOVÝCH DOSIEK A ZÁKLADOV NEVYHOVUJÚCICH NA PRETLAČENIE

Predpokladajme, že budova predtým využívaná ako kancelária sa teraz v dôsledku zmeny vlastníka objektu zmení na komerčné priestory; vyšší počet užívateľov prinesie zvýšenie zaťaženia na podlahy, ktoré musí byť prenesené všetkými konštrukčnými prvkami – doskami, stĺpmi a základmi. Typicky môže byť statickým posúdením zistené, že rovná doska nevyhovuje na kombináciu ohybu a pretlačenia alebo v niektorých prípadoch iba na pretlačenie. Spomeňte si, že vo väčšine návrhových noriem, ako je napr. časť 6.4 normy EN 1992-1-1:2004 [2], závisí únosnosť betónového prvku na pretlačení na nasledujúcich piatich parametroch:

1.    pevnosť betónu,

2.    účinná výška od hornej časti tlačeného vlákna k ohybovej výstuži,

3.    veľkosť podpory a kontrolný obvod,

4.    množstvo pozdĺžnej výstuže,

5.    množstvo výstuže proti pretlačeniu.

Využitie radu potenciálne dostupných riešení na „lokálnej“ úrovni na zlepšenie jedného alebo niekoľkých z týchto parametrov v rôznej miere zvyšuje odolnosť proti pretlačeniu, avšak to so sebou nesie kompromisy z hľadiska zásahu do konštrukcie, nákladov, dostupnosti a ďalších parametrov. Niektoré úpravy ani nemusia byť uskutočniteľné, napríklad zvýšenie pevnosti betónu existujúceho nosníka. Iné, ako je pridanie podpôr realizované doplnením ďalších stĺpov, aby sa znížilo zaťaženie na pretlačenie, budú vyžadovať prenos zaťaženia do základov. Preto sú riešenia spoločnosti Hilti pre zlepšenie parametrov (1) až (5) zhrnuté v tabuľke 1:

Tabuľka 1: Potenciálne riešenia na posilnenie betónovej nedostatočnosti v šmyku pri pretlačení

Priame zvýšenie množstva výstuže proti pretlačeniu v konštrukcii má za následok proporcionálne zvýšenie odolnosti voči pretlačeniu; riešenia, ktoré sú v súčasnom stavebníctve k dispozícii, sú obvykle minimálne invazívne do konštrukcie a znižujú mieru narušenia ostatných prvkov. Použitie všetkých ostatných riešení obvykle vedie k  menšiemu zvýšeniu odolnosti proti pretlačeniu.

4.     DODATOČNE INŠTALOVANÁ VÝSTUŽ NA ZVÝŠENIE ÚNOSNOSTI NA PRETLAČENIE

V posledných rokoch viedol vývoj technológie dodatočne inštalovaného kotvenia k jej využitiu v aplikáciách, ktoré presahujú rámec upevňovania ocele k betónu a spriahnutia betón - betónu. Jednou z technológii je tzv. nadbetonávka, kde lepené aj mechanické upevňovacie prvky slúžia na spriahnutie rozhrania medzi existujúcim a novým betónom. Viac podrobností o zosilňovaní pomocou spriahovania betónu nájdete v príručke “Concrete-to-Concrete Connections” [3] alebo v metodickej príručke známej ako „White Book“ [4].

Ďalšie využitie systému lepených kotiev je aplikované  v nedávno vyvinutom riešení zosilňovania spoločnosti Hilti „HIT-Punching Shear“, ktoré priamo zvyšuje odolnosť železobetónových prvkov voči šmykovému zaťaženiu pretlačením, ako je znázornené na obrázku 3, podobne ako pri monolitických strmeňoch.

Obrázok 3: Tyče Hilti HIT-RE 500 V4, HAS(-U) a sústava výplňových podložiek využitá ako  dodatočne inštalované šmykové zosilnenie voči pretlačeniu

Toto riešenie sa inštaluje podobným spôsobom ako lepená kotva: t. j. vŕtanie do kotevnej hĺbky kotvenia kolmo na povrch betónu, dôkladné vyčistenie nečistôt z vyvŕtaných otvorov, aplikovanie chemickej malty a následné vloženie kotevných svorníkov. Po vytvrdnutí malty je možné matice utiahnuť na maximálnu stanovenú hodnotu.

Poznámka: Pokiaľ to nie je v návrhu výslovne zohľadnené, vŕtaniu a prerezávaniu ohybovej výstuže by sa malo všade, kde je to možné, vyhnúť, aby sa zabránilo ďalšiemu oslabeniu konštrukcie. Ak sa tomu nedá vyhnúť, napríklad na uľahčenie vŕtania v husto vystužených oblastiach, sú potrebné dodatočné opatrenia s výslovným súhlasom zodpovedného projektanta na kompenzáciu účinku ohybovej výstuže.

5.     NOVÉ RIEŠENIE HILTI „HIT-PUNCHING SHEAR“

Nové riešenie Hilti HIT-Punching Shear na zosilnenie v šmyku pozostáva z nasledujúcich komponentov:

Riešenie kombinuje injektážnu maltu HIT-RE 500 V4 so závitovými tyčami Hilti série HAS vo veľkostiach M12, M16, M20 a M24, pričom každá je dostupná z uhlíkovej a nehrdzavejúcej ocele pre použitie interiéry a exteriéry. Oceľové prvky sú doplnené sadou výplňových podložiek Hilti, ktorá pozostáva z tesniacej a sférickej podložky, matice a voliteľnej poistnej matice, ktorá je tiež dostupná z uhlíkovej aj nehrdzavejúcej ocele pre každý priemer tyče.

Univerzálnosť tohto systému zahŕňa nasledujúce parametre:

·        Hrúbka dosky medzi 200 – 1100 mm s minimálnou efektívnou hĺbkou 160 mm,

·        Inštalácia z hornej alebo dolnej strany dosky s definovanými rozsahmi dĺžok kotevného prvku,

·        Pevnosť betónu medzi C20/25 a C50/60,

·        Suchý alebo vodou nasýtený betón, tiež otvory naplnené vodou,

·        Maximálne krátkodobé a dlhodobé teploty +40 °C a +24 °C,

·        Prvky vystavené statickému a kvázistatickému zaťaženiu.

6.     FLEXIBILITA VO VAŠICH RUKÁCH – NÁVRH ZOSILNENIA V PROFIS ENGINEERING

Cloudový softvér na navrhovanie od spoločnosti Hilti PROFIS Engineering obsahuje nový špecializovaný modul na posudzovanie a zosilňovanie betónových prvkov voči pretlačeniu, ktorý pomáha statikom pri hodnotení odolnosti existujúcich prvkov a ich zosilňovaní, čím sa zabezpečuje bezpečnejší a efektívnejší návrhový postup. Nový modul PROFIS Engineering pre namáhanie šmykom v pretlačení umožňuje:

·        Výber medzi obdĺžnikovými a kruhovými stĺpmi, koncami stien a rohmi stien na doskách a definícia ich materiálových vlastností a geometrie.

·        Overenie odolnosti existujúceho betónu podľa EN 1992-1-1:2004.

·        Zosilnenie podľa normy aBG Z.15-5.387 [5] v spojení s normou DIN EN 1992-1-1/NA:2013 s výberom štyroch vystužovacích priemerov z uhlíkovej alebo nehrdzavejúcej ocele a voľbou rozstupov a vzdialeností okrajov.

·        Návrh radiálnych rozstupov a počtu spevňujúcich prvkov v každom obvode.

·        Vytvorenie komplexného návrhové výstupu so všetkými overovaniami, podrobnosťami o zosilnení a pokynmi na inštaláciu.

7.     ZRHNUTIE

Transformácia a opätovné použitie starších konštrukcií môže ponúknuť mnoho výhod oproti novostavbám, pričom každá konštrukcia si vyžaduje splnenie špecifických cieľov pri posilňovaní. Na základe zvolenej filozofie návrhu môže statik riešiť nedostatky v pretlačení v doskách a základoch rôznymi metódami, z ktorých niektoré sú menej invazívne ako iné. Použitie dodatočne inštalovanej šmykovej výstuže na pretlačenie, ako je napríklad riešenie Hilti so závitovými tyčami HAS(-U) s maltou HIT-RE 500 V4, je novým príkladom minimálne invazívnej metódy, ktorá môže výrazne zvýšiť odolnosť konštrukčného prvku proti pretlačeniu.

Po vhodnom posúdení a udelení všeobecného stavebného povolenia (aBG) ako systému od inštitúcie DIBt môžu inžinieri použiť známy návrhový prístup založený na Eurokóde 2 integrovaný do balíka Hilti PROFIS Engineering Suite, aby dospeli k realizovateľnému riešeniu výberom medzi kľúčovými návrhovými parametrami, ako je priemer a rozostup. Vďaka intuitívnemu rozhraniu pomáha nový modul pre šmykové zosilnenie v pretlačení inžinierom šetriť čas počas fázy návrhu, prinášať hodnotu ich klientom a zároveň prispievať k bezpečnejšiemu a odolnejšiemu zastavanému prostrediu.

Viac informácií nájdete v našej návrhovej metodike známej ako „White Book“, ktorá sa rozširuje o tento článok.

https://www.hilti.sk/content/dam/documents/e5/cz/engineering/C2C%20Handbook%20_W4593_0324_g_en.pdf

Ak chcete začať s navrhovaním, navštívte stránku https://profisengineering.hilti.com/

8.     REFERENCIE

1.    N. Addy, “Making sustainable refurbishment of existing buildings financially viable”, in Sustainable Retrofitting of Commercial Buildings - Cool Climates, S. Burton, Ed., Abingdon, Routledge, 2015, pp. 57-73.

2.    EN 1992-1-1:2004: “Eurocode 2 - Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings”, Brussels: CEN, 2004.

3.    “Concrete-to-Concrete Connections Handbook”, Hilti AG, Liechtenstein, May 2024.

4.    “Whitepaper on Shear-friction Applications and Concrete Overlays”, Hilti AG, Liechtenstein, Dec. 2023.

5.    Deutsches Institut für Bautechnik, “Z-15.5-387 - Hilti Durchstanzverstärkungssystem mit Hilti HIT-RE 500 V4”, DIBt, Berlin, 2025.

6. PUNCHING WHITEPAPER - Strengthening concrete members for punching shear
7. C2C OVERLAY AND SHEAR - Shear-friction applications and concrete overlays
8. VIDEO PPREHĽAD SHEAR STRENGHTENING - assets.hilti.com/api/public/content/5191124-mp4?v=a2a8e0ad&_gl=1*rv34eu*_gcl_au*MTY0ODI0NDMxNy4xNzcyNDM3MTQ4*_ga*MTQ1ODYwNjM1Ny4xNzcyNDM3MTQ4*_ga_EWPGKCHLCH*czE3NzMyMzM2MzYkbzckZzEkdDE3NzMyMzM4NDIkajQkbDAkaDA.