Mechanické upevnění zateplovacích systémů

Upevnění hmoždinkami dnes tvoří nedílnou součást kontaktních zateplovacích systémů s omítkou. Dokonce i tam, kde by bylo možné bez problémů použít zateplovací systém lepený, se "pro jistotu" hmoždinky dávají. Na druhé straně ale často není zohledněna poloha, tvar, výška budovy a větrová oblast, ve které se budova nachází. Často potom dochází k paradoxní situaci, že na menším objektu s únosným podkladem pro lepení stojícím v husté zástavbě je použito kvalitnější mechanické upevnění než u výškové budovy stojící v otevřené krajině. Je to proto, že mechanické upevnění je prováděno na základě empirie, doporučení výrobce zateplovacího systému nebo prostě jen míře solidnosti resp. nesolidnosti realizační firmy.

Na evropské technické legislativě, týkající se ETICS (external thermal insulation composite systems = venkovní kontaktní zateplovací systémy) je velmi dobře patrné, jaká pozornost je na evropské úrovni věnována mechanické stabilitě (zkouška protažením a zkouška pěnovým blokem v ETAG 004 a samostatný řídící pokyn pro evropská technická schválení ETAG 014 pro plastové kotvy pro mechanické upevnění ETICS).

Abychom si udělali lepší představu o fungování mechanicky kotvících prvků podívejme se nejprve na jednotlivá zatížení působící na ETICS.

Zatížení vlastní hmotností:

Hmotnost souvrství je přenášena přes izolaci a lepicí tmel na podklad. Kotevní prvky (hmoždinky) se na přenášení vlastní hmotnosti nepodílejí (přenášejí pouze osová zatížení) ale vytvářejí trvalý přítlak tak, že i při selhání podkladu pro lepení je díky tření mezi oddělenými vrstvami zajištěna stabilita zateplovacího systému.

Zatížení hydrotermické:

Vlivem kolísání teplot vně kontaktního systému dochází k natahování nebo smršťování povrchové vrstvy a k vydouvání středů nebo ke zvedání okrajů izolačních desek (Obr. 1). Pokud není použito správné lepení desek (metoda bod-okraj) nebo nedrží-li dostatečně lepicí tmel na podkladu, mohou desky vlivem hydrotermického zatížení „pracovat“. To se projeví na fasádě tzv. polštářovým efektem (Obr. 2). Hmoždinky, vytvářející trvalý přítlak na lepicí tmel dokáží i při selhání podkladu pro lepení zabránit zvedání okrajů nebo vydouvání středů izolačních desek.

Obrázek 1. Účinky hydrotermického zatížení na ETICS

Obrázek 2. Polštářový efekt

Zatížení účinky sání větru:
Sání větru vyvolává v zateplovacím systému axiální síly, které přes jeho souvrství působí na podklad. Rozhodující pro mechanickou stabilitu systému je přilnavost lepicí hmoty k podkladu, respektive soudržnost neúnosné vrstvy nacházející se na nosném zdivu. Všude tam, kde není stoprocentní jistota o vhodnosti podkladu pro lepení nastupuje mechanické kotvení. Talířové hmoždinky mechanicky propojují povrch izolačních desek se zdicím materiálem a přebírají zatížení vyvolané sáním větru. Jejich použití tak umožňuje aplikaci kontaktních zateplovacích systémů i na povrchy s nátěry, nástřiky nebo starou omítkou. Tedy všude tam, kde by bylo použití pouze lepeného systému velmi nespolehlivé nebo zcela nemožné.

Pro stavební výrobky, pro které neexistuje harmonizovaná evropská technická norma, a pro které je přesto nutné stanovit určité parametry se používá evropské technické schválení ETA. V ETA jsou pro konkrétní výrobek stanoveny na základě postupu uvedeného v řídícím pokynu pro evropské technické schválení ETAG základní parametry výrobku a jeho použití a dále stanoven systém prokázání shody. Spotřebiteli parametry uvedené v ETA umožňují vzájemné porovnání výrobků od různých výrobců.

Co se dá zjistit z ETA na plastové kotvy pro kotvení tepelně izolačních systémů s omítkou?

Charakteristická únosnost N_Rk je údaj o kotevní části hmoždinky a vychází z odporu proti vytažení kotevní části ze základního materiálu.
Základním materiálem je stavební materiál, ve kterém je hmoždinka vyzkoušena a do kterého je možné hmoždinku použít. Vhodnost použití je označena kategorií použití stanovené pro každý základní materiál.

ETAG 014 uvádí celkem pět základních materiálů a to beton (kategorie použití A), plné zdící stavební materiály (kategorie B), děrované nebo komůrkové stavební materiály (kategorie C), betony z lehčeného kameniva (kategorie D) a pórobeton (kategorie E).

Hmoždinka může být použita pouze do základních materiálů, pro které je schválena!

Důležitá je také informace, že minimální tloušťka základního materiálu je 100 mm. V případě nového objektu s definovaným zdivem z betonu (C12/C15 až C50/C60) z plných cihel nebo z pórobetonu lze pro návrh kotvení použít charakteristické zatížení z ETA, pro základní materiály kategorií C a D je nutné provádět výtažné zkoušky. Důvodem je velké množství variant těchto materiálů.

Výtažné zkoušky je nutné, alespoň u typových objektů provést také u panelových bytových domů s třívrstvými betonovými panely, kde bývá tloušťka vnější vrstvy (monierky) pouze 50 - 70 mm.

Postup výtažné zkoušky na stavbě popisuje Příloha D ETAG 014. Charakteristická únosnost N_Rk se stanoví jako 0,6 x N₁, kde N₁ je střední hodnota z pěti nejmenších mezních hodnot z celkem 15-ti měření.

Řídící pokyn pro evropská schválení EOTA na základě nových poznatků může doplnit. Pro to slouží Technical Reports (TR). V červenci letošního roku vyšly k ETAG 014 TR 025 Určení bodového přestupu tepla plastových kotev pro upevnění ETICS a TR 026 Posouzení tuhosti talířku plastových kotev pro upevnění ETICS.

TR 025 slouží pro stanovení izolačních vlastností hmoždinky resp. kovového rozpěrného prvku. Na základě hodnoty bodového tepleného mostu lze stanovit počet hmoždinek/m², pro který není nutné přepočítat tepelně technické vlastnosti ETICS. Limitní počty pro různé hodnoty tepelného mostu je nutné stanovit národním technickým předpisem - prováděcí normou.

Ověření tuhosti talířku plastové hmoždinky podle TR 026 zjednoduší její zapracování do ETA na ETICS pro více typů talířových hmoždinek. Zkouška protažením a zkouška pěnovým blokem se provedou pouze pro jeden typ hmoždinky a další hmoždinky s ověřenou tuhostí talířku je pouze administrativně doplní.

V procesu schválení je také TR pro důkaz způsobilosti montáže plastové hmoždinky. Tato zkouška je v současnosti nutná v Rakousku podle ÖNORM B 6124 pro použití hmoždinek na stavbách. Účelem zkoušky je ověření, že je hmoždinka v podmínkách stavby montovatelná a současně , že je schopna plnit svoji funkci v ETICS.
Tento, zdánlivě jasný a legitimní požadavek však celá řada zatloukacích talířových hmoždinek nesplňuje. Při montáži přes tepelný izolant je nezbytně nutné, aby po montáži byl talířek hmoždinky zapuštěn do izolantu, tak aby pokud možno nejvyšší bod talířku byl v rovině s povrchem izolantu viz. obrázek 3.

Obrázek 3. Správně osazená hmoždinka

Často se můžeme setkat s případy, že talířek hmoždinky zůstane na povrchu izolantu a není možné hmoždinku zapustit (obrázek 4). Obvykle při dalších pokusech o zapuštění praskne trn (plast) nebo se trn ohne (kov). Vystupující talířek způsobuje jednak nerovnosti na povrchu ETICS (obrázek 5), jednak není schopna hmoždinka vytvořit odpovídající přítlak.

Obrázek 4. Talířek hmoždinky na povrchu izolantu

Obrázek 5. Vystupující hmoždinky na povrchu ETICS

V některých případech, hlavně u zatloukacích hmoždinek s ocelovým trnem se při snaze dělníka zatlouci trn do hmoždinky, posunuje se celá hmoždinka do izolantu a talířek se zapouští příliš hluboko (obrázek 6). V místě hmoždinek dochází pak k výraznému zesílení tloušťky vnějšího souvrství vedoucímu ke vzniku trhlin a k vykreslování míst s hmoždinkami.

Obrázek 6. Hmoždinka příliš zaražena do izolantu

(po kliknutí se obrázek zvětší)

Provedení zkoušky je velmi jednoduché. Hmoždinka se namontuje do bloku základního materiálu (beton C20/25 - kategorie A) a do dutinového stavebního materiálu (kategorie C) přes blok polystyrenu tloušťky 110 mm (odpovídá 100 mm izolace a 10 mm lepicího tmelu) sevřený v jednoduchém přípravku. Pro montáž zatloukacích hmoždinek je použito padací závaží, které je spouštěno na hlavu trnu hmoždinky s výšky 500 mm. Hmotnost závaží je volena tak, aby se počet úderů, potřebných pro zatlučení trnu a zapuštění talířku do roviny s izolantem nebo max. 2 mm pod ní, pohyboval od 3 do 8.

Po odstranění přípravku a izolantu se hmoždinka prohlédne. Dřík nesmí vykazovat lomy a trhliny. Poté se přes opěrný kroužek talířek hmoždinky upne do trhacího stroje a je vytahována konstantní rychlostí až do zatížení 1 kN. Při hodnotě výtažné síly 600 N nesmí být vytažení v místě roviny podkladu větší než 1 mm.

Hodnota 600 N byla zvolena jako s dostatečnou rezervou vyšší síla než síly potřebné pro deformaci izolantu při zapuštění talířku (cca 450 N).

Na úrovni EOTA v rámci pracovní skupiny pro ETAG 014 se připravuje návrh zpracování této zkoušky jako Technical Report pro doplnění ETAG 014. V případě schválení tohoto TR, bude zkouška způsobilosti montáže nedílnou součástí zkoušek pro získání ETA pro talířové hmoždinky pro mechanické upevnění ETICS. Zavedení zkoušky způsobilosti montáže do národních předpisů i do řídícího pokynu pro evropské schválení – ETAG je vedeno snahou odpovědných technických orgánů nastavit kriteria pro použití (národní předpisy) nebo i pro prodej v členských zemích EU (ETAG).

Zkoušku pro důkaz způsobilosti montáže zapracoval Cech pro zateplování budov v rámci aktualizace Kriterií pro kvalitativní třídy ETICS (také známé jako Kvalitativní třídy A) do těchto kriterií. Po uplynutí přechodného období nutného pro vyzkoušení hmoždinek a také pro případné technické změny nutné pro splnění kritérií bude mít i tuzemský zákazník možnost ověřit si, zda příslušný kotevní prvek je schopen plnit požadavky nutné pro spolehlivé mechanické upevnění ETICS.

Použití kotevního prvku s odpovídajícími parametry pro zateplovací systém a stavební materiál je první podmínkou správné funkce mechanického upevnění ETICS. Druhou nezbytnou podmínkou je použití odpovídajícího počtu hmoždinek a jejich rozmístění na deskách izolace.

Podle čl. 7 odstavec 7.1 ČSN 73 2901 je návrh mechanického upevnění ETICS (druh hmoždinek, poloha vůči výztuze a jejich rozmístění) součástí stavební dokumentace. Pro projektanty je určena metodika CZB Posouzení spolehlivosti připevnění vnějších tepelně izolačních kontaktních systémů.

Metodika upravuje použití systémů rozdělených podle ETAG 004 (systém lepený, systém lepený s doplňkovými hmoždinkami a mechanicky připevňovaný systém s doplňkovou lepící hmotou) podle vlastností podkladu pro lepení, nerovností podkladu, výšky objektu a zatížení objektu sáním větru dle ČSN 73 0035 nebo ČSN EN 1991-1-4.
Metodika uvádí dva základní parametry pro posouzení spolehlivosti na účinky sání větru a to výpočtovou hodnotu odporu vůči účinkům sání větru R_d, která je stanovena jako menší z hodnot:

Pozn. : minimální hodnota dílčího součinitele bezpečnosti stanovená v ETAG 014 v případě absence národního ustanovení je γ_M = 2. Vzhledem k povaze montáže plastových talířových hmoždinek a k možnému kolísání výtažných sil dosahovaných v podmínkách stavby (hlavně u zatloukacích hmoždinek) ve však tato hodnota nedostatečná.

Odolnost proti protažení uvedená v ETA tepelně izolačního systému podle ETAG 004 je zjišťována zkouškou protažením a zkouškou pěnovým blokem pro tloušťku izolantu 6 cm (povrchová montáž) a podle tuhosti talířku hmoždinky dosahuje pro EPS hodnot cca 500 - 550 N.

Výpočtová hodnota odporu R_d je v tomto případě alespoň 333 N. Pokud je charakteristická únosnost hmoždinky N_Rk ≤ 1 kN, počítáme s hodnotou R_d podle (2).

Hodnota R_d se porovná s návrhovou hodnotou účinků sání větru stanovenou podle ČSN EN 1991-1-4, resp. s výpočtovou hodnotou zatížení sáním větru podle ČSN 73 0035. Pro zajištění stability ETICS vůči sání větru platí podmínka spolehlivosti:

R_d ≥ S_d

Použitá literatura:

ETAG 004 Řídící pokyn pro evropské schvalování pro vnější kontaktní tepelně izolační systémy s omítkou
ETAG 014 Řídící pokyn pro evropské schvalování pro plastové kotvy pro kotvení vnějších kontaktních tepelně izolačních systémů s omítkou
Technical Report 025 Evalution of stiffness from plastic anchors for fixing of external thermal insulation composite systems with rendering (ETICS)
Technical Report 026 Determination of point thermal transmittance of plastic anchors for the anchorage of external thermal insulation composite systems (ETICS)
ČSN 73 2901 Provádění vnějších tepelně izolačních kompozitních systémů
ÖNORM B 6124 Dübel für Außenwand-Wärmedämm-Verbundsysteme Ausgabe 1. 7. 2007
Kriteria pro kvalitativní třídy ETIC vymezení a požadavky, Technická pravidla CZB
Posouzení spolehlivosti připevnění vnějších tepelně izolačních kontaktních systémů, Technická pravidla CZB