Jälkiankkuroinnin perusteet

PIENI DETALJI, SUURI MERKITYS

Jälkiankkuroinnit ovat rakentamisen mittakaavassa hyvin pieniä yksityiskohtia, mutta väärin mitoitettuna tai toteutettuna voivat aiheuttaa merkittävää vahinkoa tai vaaratilanteita. Suunnittelijan tehtävä on varmistaa suunnitteluprosessin aikana, että jälkiankkurointiratkaisu täyttää sille asetetut vaatimukset. Lähtökohtaisesti suunnittelun tulee tapahtua eurokoodin mukaisesti ja käytettävien tuotteiden kelpoisuus tulee osoittaa. Valveutunut suunnittelija osaa ottaa kantaa ratkaisun kustannustehokkuuteen ja asennettavuuteen. Työmaan tulee puolestaan huolehtia, että oikeat tuotteet asennetaan suunnitelmien mukaisesti, asennusohjeita noudattaen ja reunaehdot huomioiden. Työmaan vastuulla on varmistaa, että asennuksesta vastaavalla henkilöstöllä on tarvittava tietotaito ja tarvittavat resurssit saatavilla.

SUUNNITTELUA JA TUOTTEITA KOSKEVAT VAATIMUKSET: EUROKOODI, EOTA, EAD ja ETA

Jälkiankkurointien suunnitteluun liittyy kiinteästi suunnittelua ja tuotteita koskevat vaatimukset ja hyväksynnät. CPR eli Construction Products Regulation 305/2011 on Euroopan parlamentin ja neuvoston asetus (EU), joka luo pohjan yhteiseurooppalaiselle markkinalle ja pyrkii varmistamaan rakennustuotteiden ja palveluiden vertailtavuuden monikansallisessa ympäristössä. Asetukseen pohjautuen Euroopan standardointikomitea (CEN) laatii ja ylläpitää suunnittelua koskevia standardeja eli eurokoodeja. Samaisen asetuksen mukaisesti EOTA eli European Organisation for Technical Assessment -järjestö julkaisee tuoteryhmäkohtaisia testausprotokollia EAD, joita noudattamalla tuote saa CE-merkintään johtavan ETA-arvioinnin.

EAD:ta voidaan ajatella tuotteen arviointimenetelmänä tai ”testausstandardina”. Lähtökohtaisesti jokaiselle tuoteryhmälle ja käyttötarkoitukselle löytyy oma EAD:nsa. Kun tuote testataan kyseisen arviointiasiakirjan mukaan, saadaan tuloksena ETA-arviointi, josta ilmenee tuotteen yksilölliset suoritusarvot. Tuotteen yksilöllisiä suoritusarvoja taas tarvitaan eurokoodin mukaiseen suunnitteluun, joka betonikiinnikkeille on EN 1992-4:2018 eli Eurokoodi 2, osa 4. Tuoteryhmäkohtaisia testausprotokollia julkaiseva järjestö EOTA (European Organisation for Technical Assessment), julkaisee lisäksi myös täydentäviä suunnittelu-, asennus- ja testausohjeita eli EOTA Technical Report -dokumentteja. Esimerkiksi jälkiasenteisen harjaterästen rakenteellisten liitosten suunnittelua ohjaava TR069 suunnittelumenetelmä on EOTA:n julkaisema täydentävä suunnitteluohje.

Jälkiankkurointeja suunniteltaessa saattaa törmätä esimerkiksi tilanteeseen, jossa ohueen alusmateriaaliin tai ontelolaattaan ei tahdo löytyä ETA-arvioituja ratkaisuja. Syynä tähän on testausta ohjaava EAD, joka ei tunne alle 80 mm paksuista perusmateriaalia tai ontelolaattaa yksittäiskiinnityksille. Esimerkiksi ontelolaatan osalta Hilti on ratkaissut asian suorittamalla vaativan EAD:n mukaisen testaussarjan HUS4 ruuviankkurille ontelolaatassa ja nämä tulokset esitetään Hilti Technical datassa, joka on löydettävissä HUS4 teknisestä tietolomakkeesta.  

SUUNNITTELUPERUSTEET

> Ankkurien kapasiteetit ja varmuuskertoimet
> Murtotavat suunnittelussa
> Halkeillut ja halkeilematon betoni
> Ankkurien sijoittelu

Jälkiankkurointiin ja niiden suunnitteluun liittyy yleisiä reunaehtoja, joiden tunteminen antaa suunnittelijalle valmiuksia turvallisen jälkiankkurointiratkaisun määrittämiseen. Lisäksi eri ankkurointimenetelmiin liittyy omia reunaehtoja sekä etuja, joihin voi tutustua tarkemmin mekaanisten ankkurien osalta artikkelissa ”Mekaaniset ankkurointiratkaisut” ja kemiallisten ankkurien osalta artikkeleissa ”Turvallinen ja suunnitelman mukainen kemiallinen ankkurointi”.

Ankkurien kapasiteetit ja varmuuskertoimet

Hilti ankkurit on suunniteltu ja testattu kuormitettavaksi 100 % käyttöasteella. Kustannustehokkain ankkurointiratkaisu saadaan mitoittamalla ankkuri lähelle maksimikäyttöastetta, jolloin esimerkiksi ankkurista riittää lyhyempi pituus ja koko, kemiallisen massan kulutus jää pienemmäksi ja poraussyvyys pysyy maltillisena nopeuttaen näin asennusta. Alla oleva kuvassa esitetään ankkureiden kapasiteettien ja varmuuskertoimien suhdetta:

Ominaiskuorma Fsk on suunnittelijalta peräisin oleva kuormitustieto, johon lisäämällä osavarmuuskertoimet saadaan suunnittelukuorma Fsd. Kuvassa esitetty normaalijakauma kuvastaa jälkiankkurin testisarjaa. Ankkurin maksimikapasiteetti Fru,m on normaalijakauman keskiarvo ja ominaiskapasiteetti FRk testisarjan heikoimman 5 % keskiarvo. Suunnittelukapasiteettiin Frd päästään ottamalla huomioon ympäristöominaisuuksista, kuten lämpötilasta ja pitkäaikaiskestävyydestä johtuvat vähennyskeroimet sekä materiaalien osavarmuuskertoimet ja asennukseen liittyvät osavarmuuskertoimet. Tämän lisäksi Hilti jälkiankkureille ilmoitetaan aina suosituskapasiteetti Frec, jossa on lisäksi huomioitu varmuuskerroin γ=1,4.

Kustannustehokkain jälkiankkurointiratkaisu saadaan mitoitettaessa suunnittelukuorma mahdollisimman lähellä suunnittelukapasiteettia (Sd ≤ Rd), jolloin ankkurin käyttöaste on lähellä 100 %.   

Halkeillut vai halkeilematon betoni

Halkeilu on betonin ominaisuus, jota esiintyy betonin jännitysalueella. Halkeamat voivat merkittävästi heikentää ankkurin pitolujuutta ja ETA-arviointi jakaakin ankkurien kapasiteetit kahteen kategoriaan: halkeilemattomaan ja halkeilleeseen betoniin. Yleensä betoni on aina halkeillutta, ellei kyse ole voimakkaasti puristetusta alueesta. Hyvänä ohjenuorana voidaan pitää, että kiinnityksiä suunnitellessa käytetään aina halkeilleen betonin kapasiteettiarvoja, ellei erikseen voida varmistua betonin laadusta. Myös Topten rakennusvalvonta ohjeistaa määrittelemään betonin halkeilleeksi jälkiasenteisten kiinnityksien suunnittelussa, ellei sitä erikseen osoiteta.

Murtotavat

Murtotavat eli miten ankkuri kuormitettaessa pettää ovat samoja ankkurityypistä riippumatta. Eurokoodin mukaan mitoitettaessa tulisi kaikki murtotavat tarkastella aina erikseen. Murtotapoja vedolle on teräksen murtuminen, ulosveto / tartunnan pettäminen, betonin halkeaminen ja betonikartiomurto. Leikkaukselle puolestaan teräksen murtuminen, betonin reunamurtuminen sekä kampeamismurtuminen. 

Ankkurien sijoittelu: reuna- ja keskiöetäisyydet

Jälkiankkuroinnissa voima siirtyy kartiomaisesti ankkurin kautta betoniin. Ideaalitilanteessa ankkuri on oikein asennettu ja sillä on riittävän suuri ala käytettävissään siirtääkseen voiman täysin pohjamateriaaliin. Tällöin ankkuri käyttäytyy suunnitellusti ja voidaan turvallisesti kuormittaa lähelle 100 %:n käyttöastetta. Jotta ideaalitilanne toteutuisi, on ankkurin sijoittelussa huomioitava pohjamateriaalin vähimmäispaksuuden täyttyminen, riittävä asennussyvyys sekä minimi reuna- sekä keskiöetäisyyksien toteutuminen. 

Hilti teknisestä tietolomakkeesta löytyy ankkurien sijoitteluun ja oikeaan asennukseen liittyvät reunaehdot, kuten minimi reuna- ja keskiöetäisyydet:

RAKENNUSVALVONTAVIRANOMAISEN OHJEET SUUNNITELMIEN LAATIMISEEN

Jälkiankkureiden suunnittelu on tarkkaan ohjeistettua ja säädeltyä toimintaa. Suunnittelijan lakiperusteinen velvollisuus on varmistua käytettyjen ratkaisujen toimivuudesta ja turvallisuudesta. Suunnittelija vastaa myös työmaan ehdottamista ankkurivaihdoksista. Rakennusvalvontojen Topten yhtenäiset käytännöt ohjeistaa, ettei rakennesuunnitelmiin merkitä käytettävän tuotteen kohdalle ”tai vastaava”. Mikäli tuote vaihdetaan toiseen tuotteeseen, tulee sekä tilaajalle että rakennusvalvonnalle esittää vastaavan rakennesuunnittelija laatima muutossuunnitelma laskelmineen. Ankkurien kohdalla tulee eurokoodin mukaiset murtotavat tarkastella uudestaan, sillä laskennassa käytetään tuotteiden yksilöllisiä suoritusarvoja, jotka löytyvät kunkin tuotteen ETA-arvioinnista. Rakennesuunnitelmiin Topten ohjeistaa lisäämään myös tekstin ”Rakenteellisiin ja turvallisuudelle merkityksellisiin kiinnityksiin käytetään vain suunnitelmien mukaisia tuotteita”

MITEN SUUNNITELLA JÄLKIANKKUROINNIT HELPOSTI JA LUOTETTAVASTI?

PROFIS Engineering on selainpohjainen suunnitteluohjelmisto, jolla voi turvallisesti ja tehokkaasti määrittää jälkiankkuroinnit betoniin eurokoodin mukaisesti ankkureiden optimoinnin sekä pohjalevyn taipuminen huomioiden. Ohjelmisto tarkastelee kiinnityksen osalta kaikki murtotavat ja ottaa huomioon laskennassa ankkurien etäisyydet toisistaan. Tämän lisäksi ohjelmistolla voidaan suunnitella kiinnitykset muurattuun rakenteeseen, jälkiasenteisia harjaterästartuntoja, erilaisia manttelointi- ja kaidesovelluksia sekä rakenteellisia puuruuviliitoksia.

Tutustu ohjelmistoon osoitteessa: https://profisengineering.hilti.com/