ANKKUROINTITEKNIIKAN PERUSTEET – KOULUTUS OSA 2

Esitys aiheesta: "ANKKUROINTITEKNIIKAN PERUSTEET – KOULUTUS OSA 2"— Esityksen transkriptio:

1 ANKKUROINTITEKNIIKAN PERUSTEET – KOULUTUS OSA 2
WÜRTH ANKKUROINTITEKNIIKAN PERUSTEET – KOULUTUS OSA 2

2 Sisällys 1 Mekaaniset ankkurit…………… 2 Kemialliset ankkurit……………………… 3 Ankkurien palonkesto………………… 4 Ankkurien korroosionkesto… 5 Kiila-ankkurit..……………………………………………… 18 Wümax- betoniruuvi Lyöntiankkurit……………………………………………… 24 Takakartioankkurit…………………………………………. 27 Kemialliset ankkurit……………………………………….. 30

3 1 Mekaaniset ankkurit 1.1 Yleistä
Mekaanisille ankkureille on ominaista, että ne siirtävät kuormia ankkurilta betoniin suoralla kontaktilla ja ne ovat jaoteltu sen mukaan kuinka ne siirtävät fysikaalisesti kuormat ankkurilta betoniin. Kitka Takakartio Takakartio + kitka Lyöntiankkuri Kiila-ankkuri Vaippa/Holkkiankkuri Takakartioankkuri Ruuviankkuri Ei jälkikiristyvyyttä Jälkikiristyviä

4 1 Mekaaniset ankkurit 1.2 Kiila-ankkurit 1.3 Takakartioankkurit
Kiila-ankkurit synnyttävät nimensä mukaisesti kiilavoimia ja näin ollen ankkuria paikallaan pitävän voiman kiinnitysalustaansa. Momenttikiristeiset ankkurit vaativat ennalta määrätyn kiristysmomentin toimiakseen oikein. Ankkurin runkoon kohdistuvasta esijännityksestä tai ulkoisesta vetojännityksestä johtuen kiila-ankkurin voimaosa jatkaa laajenemistaan, mutta vain jos kitka kartion ja voimaosan välillä on pienempi kuin kitka voimaosan ja betonin välillä. 1.3 Takakartioankkurit Takakartioankkurit ovat ankkureita, joissa on leviäviä osia, jotka ankkuroituvat mekaanisesti alustaansa. Ankkurit synnyttävät huomattavasti pienemmät laajenemisvoimat kuin kiila-ankkurit. Jos takakartion muoto on suunniteltu oikein ja sen syvyys on riittävä, niin takakartioankkuri toimii käytännöllisesti katsoen kuten valuankkuri eli molemmat saavuttavat saman murtokuorman arvon, koska takakartioankkuri hyödyntää optimaalisesti betonin korkeaa puristuslujuutta.

5 1 Mekaaniset ankkurit 1.4 Ruuviankkurit (betoniruuvit)
Ruuviankkurin kierre leikkaantuu betoniin ja siirtää vetojännitykset ruuvin kierteiden välityksellä reiän seinämään. Kitka estää ruuvin löystymisen ja uloskiertymisen. Ruuviankkurin toimintaperiaate on yhdistelmä takakartioankkurin ja kemiallisen ankkurin toimintaperiaatetta. Kierre leikkaantuu betoniin ja voimat siirtyvät koko kierteen matkalta kiinnitysalustaan.

6 1 Mekaaniset ankkurit 1.5 Mekaanisen ankkurin toimintaperiaatteet
Ankkurit, joita käytetään seinissä ja lattioissa tulevat yleensä rasitetuiksi joko leikkausvoimalle tai yhdistetylle leikkaus- ja vetovoimalle. Yksi harvoista asennustapauksista, jossa ankkuriin kohdistuu vain vetovoimia on alaslasketut katot. Vaikka suurin osa ankkureista onkin rasitettu leikkausvoimilla, niin leikkauskestävyys on riippuvainen pääasiassa kuitenkin vain alustan ominaisuuksista. Reunaetäisyydet ja kiinnitysalustan laatu vaikuttavat merkittävämmässä määrin leikkauskäyttäytymiseen kuin itse ankkurin ulosvetojännityksen kesto. Lisäksi leikkausvoimia alustaan välitettäessä on ankkurin runko tai mahdollisesti vaippa ja runko merkityksellinen. Todellinen ankkurin toiminta, asennettu riittävän syvälle reikäänsä, estää ankkuria vain liukumasta ulos reiästä siirtymien yhteydessä.

7 1 Mekaaniset ankkurit 1.6 Mekaanisen ankkurin toiminta halkeilleessa betonissa Tilanteissa, joissa betonikappale/rakenne altistuu vetojännityksille, on betonin vetojännityksen kestokyky yleensä ylitetty ja syntyvät halkeamat mitä toden- näköisemmin kulkevat läpi ankkurointireikien. Lyöntiankkurit menettävät n. 50 % kuormankantokyvystään 0,3 mm halkeamassa ja momenttikontrolloitujen ank- kureiden ulosvetoarvot putoavat n. 70 %:iin halkeilemattoman betonin vastaavista arvoista. Riittävän syvälle asennetut takakartioankkurit voivat hyödyntää koko teräksen vetolujuudenkeston myös halkeilleessa betonissa. Takakartioankkurien suuri etu on, että ne ovat ”älykkäästi” suunniteltu pettämään teräksen murtumisen kautta ja siksi betonin laatua ja veto- tai puristusaluetta ei välttämättä tarvitse erikseen tarkastella laskelmissa. Kuitenkin annetuista reuna- ja keskinäisistä etäisyyksistä täytyy pitää kiinni.

8 2 Kemialliset ankkurit 2.1 Yleistä
Kemialliset ankkurit luokitellaan käytetyn ankkurointimassan mukaan ja jaotellaan yksityiskohtaisemmin asennustavan sekä massan kemiallisten ominaisuuksien mukaan. Yleisimmät asennustavat ovat kapselimenetelmä sekä injektointimenetelmä. Ainesosat on jaoteltu orgaanisiin ja epäorgaanisiin yhdisteisiin. 2.2 Kemiallisten ankkureiden toimintaperiaate Kuten mekaanisilla ankkureilla, niin myös kemiallisilla ankkureilla leikkaus- käyttäytyminen on riippuvainen pääasiassa vaarnan ominaisuuksista. Massa antaa erittäin hyvän toimivuuden dynaamisia kuormia vastaan, koska se täyttää täydellisesti ankkurin ja reiän seinämän välisen raon ja estää näin ankkurin siirtymisen reiässään. Tästä johtuen keskitymme tarkastelemme jatkossa vain vetojännityksen vaikutuksia ankkuriin.

9 2 Kemialliset ankkurit 2.3 Ankkurin suunnittelu vetojännityksille
Kemialliset ankkurit voivat pettää usealla eri tavalla. Asennus syvyyden ollessa pieni tapahtuu normaalisti betonikartion irtoaminen alustasta. Jos taas asennus- syvyys on suurempi, niin yhdistetty murtumismekanismi, jossa matala betonikartio yhdessä sidoksen pettämisen kanssa, on havaittavissa. Sidoksen pettäminen voi tapahtua massan ja betonin sidospinnassa tai vaarnan ja massan sidospinnassa tai jopa molempien tapauksien yhdistelmänä. Jos taas asennussyvyys on riittävän syvä, niin tapahtuu teräksen murtuminen. Pienin asennussyvyys, jossa teräksen murtuminen voi tapahtua, kuvaa ankkurin perushyötypituutta, joka riippuu teräksen laadusta, massan ominaisuuksista ja betonin laadusta. Betoni Massa/betoni Ankkuri/massa Ankkuri/massa ja massa/ankkuri Teräs

10 2 Kemialliset ankkurit 2.4 Ankkurin käyttäytyminen halkeilleessa betonissa Kuormien johdattamiseksi kiinnitysalustaan on tarpeellista johtaa kuormitukset vaarnasta massaan ja massasta kiinnitysalustaan. Kuormitusten siirto massaan halkeilleessa betonissa on järjestetty tavallisesti vaarnalla, jossa on useita kartioita. Nämä kartiot voidaan olettaa toimivan kuten takakartioankkuri. Kartion koon täytyy olla riittävä, jotta se voi siirtää kuormia myös halkeamissa, joiden koko on 0,3 mm. Reiän seinämän karheus ei riitä siirtämään kuormia alustaan, jos halkeama kulkee rajapintaa pitkin, siksi onkin tarkoituksellista ohjata halkeama massan läpi. Massan irtoamisen estämiseksi reiän seinämästä saatetaan joutua käyttämään pinnoitettuja vaarnoja.

11 3 Ankkurien palonkesto 3.1 Lämpötilan nousu palossa ajan suhteen
Alla oleva kuva näyttää tämän hetkiset lämpötila/aika oletukset, joihin kiinnitysten palotestit perustuvat. Merkittävä asia, kun tarkastellaan tunnelipalojen käyriä on se, että lämpötila kohoaa hyvin nopeasti yli 1000 ºC.

12 3 Ankkurien palonkesto 3.2 Palon vaikutus ankkuriin
On hyvin tavallista, että sähkö- ja putkiasennukset sekä alaslasketut katot ovat kiinnitetty ankkureilla. Näiden kiinnitysten täytyy täyttää palotapauksen laskentalujuus, jotta pelastushenkilökunta voisi suorittaa työnsä turvallisesti. Kiinnitykset täytyy suunnitella siis siten, että ne täyttävät palokäyrän edellyt- tämän lämpötilan nousun ajan suhteen. Tulipalo Mont Blanc tunnelissa

13 3 Ankkurien palonkesto 3.2 Palon vaikutus ankkuriin
Ankkureita on testattu edellä esitetyn grafiikan palokäyrien mukaisesti mm. Saksassa Braunschweigin teknillisessä yliopistossa. Normaalista teräksestä sekä erikoishaponkestävästä teräksestä EN valmistettuja ankkureita on kuormitettu vetojännityksellä halkeilleessa betonissa (0,2 mm) ja ne ovat altistettu suoralle tulelle ilman palosuojausta. Testin tulokset olivat seuraavat: Korkeissa lämpötiloissa kiinnitysalusta pettää (betoni pirstoutuu). Vaurioalue kasvaa palon jatkuessa lämpötilan nousun mukaisesti. Kun ankkuri asennetaan sitä vastoin syvemmälle betoniin, niin betoni suojaa ankkuria vahingoittumiselta. Vaikka metalli ei pala, niin sen kuormankantokyky laskee lämpötilan noustessa (etenkin n. 500 ºC ylöspäin). Tämä on todettu palotesteissä luistavina muttereina tai katkenneina ankkurin runkoina. Lämpötilan noustessa sekä kiinnitysalustan että ankkurin kuormitettavuus pienenee. Johtopäätös on se, että kuormaa täytyy pudottaa alle normaalin sallitun kuorman, jotta tavallisilla teräksillä saavutettaisiin vaadittu paloluokitus.

14 3 Ankkurien palonkesto 3.3 Yhteenveto
Palotestit ovat osoittaneet, että ruostumattoman/haponkestävän teräksen käyt- täytyminen palossa on parempi kuin ”normaalin” hiiliteräksen. Yleisesti voidaan todeta, että ruostumattomien terästen palokuormat ovat kaksinkertaiset hiilite- räksiin verrattuna. Palonkestävät kiinnitykset täytyy suunnitella huolellisesti etenkin tunnelipalojen epätavallisen korkeiden palokuormien vuoksi. Sopivia ankkureita on saatavilla ja suunnittelukriteerit ovat tunnettuja, mutta suurin työ on vakuuttaa tunneleiden rakennuttajat siitä, että palonkestosuunnittelu on tärkeää, sillä suunnittelu lisää tietenkin myös kustannuksia, mutta kokonaiskustannuksiin nähden ne ovat kuitenkin kohtuullisia.

15 4 Ankkurien korroosionkesto
Aina siitä lähtien, kun metalleja on käytetty rakennusteollisuudessa, insinöörit ovat joutuneet tekemisiin korroosion ja korroosioneston kanssa. Entisaikoina käytetyt rautakiinnikkeet jätettiin näkyviin, jolloin niiden huolto oli mahdollista. Lähimenneisyydessä insinöörit kuitenkin luulivat, että korroosio-ongelmista päästäisiin eroon käyttämällä ruostumatonta terästä sekä peittämällä teräsosat betonilla. Kuitenkin viime vuosikymmenien aikana tietynlaiset saasteet ovat lisääntyneet kuten esim. liikenteen päästöt. Tämä on johtanut siihen, että aikai- semmin käytetyt materiaalit ovat saavuttaneet kestokykynsä rajan. Vielä nyky- äänkin korroosiolle alttiissa rakennuksissa ja rakenteissa käytettävien mate- riaalien käyttöikä on epätyydyttävällä tasolla. Erityisesti yhdistelmärakenteissa korroosio-ongelmat eivät rajoitu vain ilman kanssa kosketuksissa oleviin pintoihin. Voidaankin pitää enemmän kuin sääntönä sitä, että kiinnikkeet joutuvat alttiiksi korroosiolle halkeamien ja rakenteissa olevien rakojen kautta. Raot ovat yleensä rakenteen suunnittelusta johtuvia, kuten esim. eri rakennekerrosten välisiä rakoja. Ajan myötä saasteet kuten kloori ja syövyttävät hapot kasaantuvat näille alueille ja aiheuttavat näin ollen normaalia suuremman korroosioriskin.

16 4 Ankkurien korroosionkesto
Korroosio heikentää vakavasti kiinnikkeen toimintaa sekä lyhentää sen käyttöikää. Tästä seuraa se, että kiinnikkeestä tulee turvallisuusriski rakenteeseen. Maail- malla onkin tehty lukuisia kenttä- sekä laboratoriokokeita eri valmistajien sekä yliopistojen toimesta, joissa on testattu eri materiaalien käyttäytymistä erilaisissa käyttöympäristöissä mm. tunneleissa, uimahalleissa, voimalaitosten savupiipuis- sa ja jne. Nämä kokeet ovat osoittaneet sen, että oikeisiin materiaalivalintoihin on kiinnitettävä entistä enemmän huomiota. Mm. voimakkaasti korroosiota aiheutta- viin ympäristöihin sopiva teräslaatu on , jossa molybdeenin määrä on yli 6 % ja lisäksi nikkelin määrä on korkea yli 20 %.

17 4 Ankkurien korroosionkesto
Pistekorroosioita ruostumattoman (A4) ankkurin rungossa kahden vuoden jälkeen asennuksesta tunneliin. Periaatekuva pistekorroosiosta Pistekorroosion kehittymistä kuvaava käyrä. (Vain esimerkkikäyrä)

18 5 Kiila-ankkurit

19 5 Kiila-ankkurit 5.1 Toimintaan vaikuttavia seikkoja Asennusreikä
- Reiän halkaisija liian pieni (kulunut poranterä, väärä teräkoko).  Ankkurin asennus vaikeutuu ja pahimmassa tapauksessa ankkuri voi jopa vaurioitua. - Reiän halkaisija liian suuri (kulunut poranterä, väärä teräkoko).  Ankkuri on helppo asentaa, mutta ulosvetoarvot pienenevät huomat- tavasti. - Reiän syvyys liian pieni.  Ankkuria ei voida asentaa riittävän syvälle, jolloin sen kuormitet- tavuus heikkenee. Lisäksi asennuksessa reiän seinämästä irtoaville murusille ja pölylle ei jää riittävästi tilaa ankkurin ja reiän pohjan väliin. - Reikä liian syvä.  Reikää porattaessa huomioitava asennusalustan minimi paksuus. Muuten liian syvästä reiästä ei ole haittaa.

20 5 Kiila-ankkurit 5.1 Toimintaan vaikuttavia seikkoja
Asennusreiän puhdistus: Puhdistettu Ankkuri on helpompi asentaa. Ankkuri uppoaa riittävän syvälle reikäänsä. Kitka reiän seinämän ja ankkurin välillä suurempi. Ankkurin ulosvetoarvot oletetun mukaisia. Puhdistamaton Ankkuri on vaikeampi asentaa. Ankkuri ei uppoaa riittävän syvälle reikäänsä. Kitka voimaosan ja reiän seinämän välillä pienempi. Ankkurin ulosvetoarvot pienenevät. Kiristysmomentti: Oikea Ankkuri ei luista liian aikaisin. Esijännitys kiinnitysalustassa suunnitellun mukainen. Ankkurin käyttäytyminen kuormitettaessa suunnitellun mukaista. Väärä (liian pieni tai suuri) Ankkuri luistaa asennusreiässä liian aikaisin. (pieni) Esijännitys kiinnitysalustassa liian suuri. (suuri)  Halkeilu vaara. Ankkuri voi murtua sitä kiristettäessä. (suuri) Ankkurin käyttäytyminen kuormitettaessa ei toivottua. (pieni)

21 6 Wümax- betoniruuvit)

22 6 Wümax- betoniruuvit 6.1 Toimintaan vaikuttavia seikkoja Asennusreikä
- Reiän halkaisija liian pieni (kulunut poranterä, väärä teräkoko).  Ankkurin asennus vaikeutuu ja pahimmassa tapauksessa ankkuri voi murtua. - Reiän halkaisija liian suuri (kulunut poranterä, väärä teräkoko).  Ankkuri on helppo asentaa, mutta ulosvetoarvot pienenevät huomattavasti. - Reiän syvyys liian pieni.  Ankkuria ei voida asentaa riittävän syvälle, jolloin se ei kiristy asennettavaa kappaletta vasten. Lisäksi, jos kiristämistä jatketaan pohjaamisen jälkeen, niin ankkuri voi murtua/katketa. - Reikä liian syvä.  Reikää porattaessa huomioitava asennusalustan minimi paksuus. Muuten liian syvästä reiästä ei ole haittaa.

23 7 Lyöntiankkurit

24 7 Lyöntiankkurit 7.1 Toimintaan vaikuttavia seikkoja Asennusreikä
- Reiän halkaisija liian pieni (kulunut poranterä, väärä teräkoko).  Ankkurin asennus vaikeutuu ja pahimmassa tapauksessa ankkurin pää vaurioituu ja ruuvin asentaminen estyy. - Reiän halkaisija liian suuri (kulunut poranterä, väärä teräkoko).  Ankkuri on helppo asentaa, mutta ulosvetoarvot pienenevät huomattavasti. - Reiän syvyys liian pieni.  Ankkuria ei voida asentaa riittävän syvälle, jolloin asennettava kappale jää kantamaan eikä kiristy alustaa vasten. - Reikä liian syvä.  Asennuksissa joudutaan käyttämään pitempiä ruuveja.  Asennus hankaloituu, koska asennustyökalu kiilautuu porareikään sekä lisäksi oikean asennuskireyden arviointi vaikeutuu, koska asennustyökalun olkapää katoaa näkyvistä.  Reikää porattaessa huomioitava asennusalustan minimipaksuus.

25 7 Lyöntiankkurit 7.1 Toimintaan vaikuttavia seikkoja
Asennusreiän puhdistus: Puhdistettu Ankkuri on helpompi asentaa. Ankkuri uppoaa riittävän syvälle reikäänsä. Kitka reiän seinämän ja ankkurin välillä suurempi. Ankkurin ulosvetoarvot oletetun mukaisia. Puhdistamaton Ankkuri on vaikeampi asentaa. Ankkuri ei uppoaa riittävän syvälle reikäänsä. Kitka voimaosan ja reiän seinämän välillä pienempi. Ankkurin ulosvetoarvot pienenevät. Kiristys: Oikea Ankkuri ei luista liian aikaisin. Esijännitys kiinnitysalustassa suunnitellun mukainen. Ankkurin käyttäytyminen kuormitettaessa suunnitellun mukaista. Väärä (liian pieni tai suuri) Ankkuri luistaa asennusreiässä liian aikaisin. (pieni) Esijännitys kiinnitysalustassa liian suuri. (suuri)  Halkeilu vaara. Ankkuri voi murtua sitä kiristettäessä. (suuri) Ankkurin käyttäytyminen kuormitettaessa ei toivottua. (pieni)

26 9 Kemialliset ankkurit 9.1 Kemialliset kapselit
9.1.1 Toimintaan vaikuttavia seikkoja Asennusreikä - Reiän halkaisija liian pieni (kulunut poranterä, väärä teräkoko).  Kapselin asennus saattaa vaikeutua ja pahimmassa tapauksessa kapselia ei voida asentaa ollenkaan.  Massakerroksen paksuus vaarnan ja reiän seinämän välillä jää liian pieneksi – vaikuttaa ulosvetoarvoihin. - Reiän halkaisija liian suuri (väärä teräkoko).  Kapseli on helppo asentaa.  Reikä ei täyty kokonaan massalla – vaikuttaa ulosvetoarvoihin. - Reiän syvyys liian pieni.  Kapselia ei voida asentaa riittävän syvälle, jolloin asentaminen saattaa epäonnistua kokonaan. - Reikä liian syvä.  Reikää porattaessa huomioitava asennusalustan minimipaksuus.

27 9 Kemialliset ankkurit 9.1 Kemialliset kapselit
9.1.1 Toimintaan vaikuttavia seikkoja Asennusreiän puhdistus: Puhdistettu Ankkuri uppoaa riittävän syvälle reikäänsä. Porauspöly ei heikennä sidosta reiän seinämän ja ankkurin välillä. Ankkurin ulosvetoarvot oletetun mukaisia. Puhdistamaton Ankkuri ei uppoaa riittävän syvälle reikäänsä. Sidos massan ja reiän seinämän välillä pienempi. Ankkurin ulosvetoarvot pienenevät (maks. 20 %). Kiristysmomentti: Oikea Esijännitys ankkurissa suunnitellun mukainen. Ankkurin käyttäytyminen kuormitettaessa suunnitellun mukaista. Väärä (liian pieni tai suuri) Kiinnitetty kappale saattaa löystyä. (pieni) Esijännitys ankkurissa liian suuri. (suuri)  Pienentää ulosvetoarvoja. Ankkuri voi murtua sitä kiristettäessä. (suuri)

28 9 Kemialliset ankkurit 9.2 Kemialliset injektiomassat
9.2.1 Toimintaan vaikuttavia seikkoja Asennusreikä - Reiän halkaisija liian pieni (kulunut poranterä, väärä teräkoko).  Massakerroksen paksuus vaarnan ja reiän seinämän välillä jää liian pieneksi – vaikuttaa ulosvetoarvoihin. - Reiän halkaisija liian suuri (väärä teräkoko).  Ei vaikuta yleensä ankkurointiin. (Huom! Pieni vaarna – iso reikä) - Reiän syvyys liian pieni.  Vaarnaa ei voida asentaa riittävän syvälle, jolloin ulosvetoarvot pienenevät. - Reikä liian syvä.  Reikää porattaessa huomioitava asennusalustan minimipaksuus.  Ei negatiivista vaikutusta ankkurointiin.

29 Kiitoksia mielenkiinnostanne!
WÜRTH OY