Spoje v exteriéru – specifické požadavky na vruty

Správně zvolený typ vrutu zajistí dlouhodobou funkčnost spoje, a to i bez případných estetických vad. Při špatně zvoleném typu vrutu se i za velmi krátký čas můžeme dočkat nepříjemných překvapení – například začernání dřeva v okolí hlavy vrutů, bílé nebo červené koroze vrutů, dokonce i ustřižení vrutů.

Následující dvě fotografie dokumentují použití nevhodného typu vrutů k připojení venkovního dřeveného obkladu z akátu. Pro připojení byly použity ocelové vruty s povrchovou úpravou galvanickým zinkem se žlutým chromátem. Stav je cca. 4 měsíce po zhotovení spojů. Na palubkách je vidět začernání v okolí hlav vrutů a vlastní vruty jsou již zasaženy červenou korozí prostupující do jádra vrutu. Po čase by došlo k prorezavění vrutů a odpadnutí palubek.

Jak se tedy vyvarovat nepříjemných překvapení?

Pro správný výběr typu vrutu je potřeba si uvědomit, co vše na vrut působí a jak je namáhán. Toto namáhání můžeme rozdělit na:

• Mechanické namáhání vrutu
• Chemické namáhání vrutu

Mechanické namáhání vrutu

Na vrut působí nejen mechanické namáhání vyvolané hmotností konstrukce a jejím zatížením, ale i mechanické namáhání vyplývající z vlastností dřevin. Jedná se zejména o objemové změny zapříčiněné vlhkostí a zbytkové pnutí. Určitý extrém představuje např. terasová palubka o šířce 140 mm z dřeviny bangkirai. Podle původu se může v závislosti na její vlhkosti roztáhnout nebo smrštit až o 7 mm. Je-li terasová palubka připojena dvěma vruty napřímo (na tvrdo) ke spodní konstrukci, dojde s největší pravděpodobností k ustřižení vrutů a porušení spoje. To je způsobeno tím, že se tato palubka roztahuje nebo smršťuje až o 3,5 mm od středu a vruty nemají prostor pro pohyb (pro ohnutí) a současně se nemohou z důvodu vysoké hustoty dřeva do něj vtlačit jako v případě měkkého dřeva. Dřevo tak působí na vrut jako nůžky a vystavují jej vysokému namáhání na smyk (Obr. 1). A i přes to, že vruty splňují stanovené minimální hodnoty pro mechanické namáhání, nejsou schopny toto namáhání přenést. Je nutné si uvědomit, že roztažení nebo smrštění palubky o 3,5 mm na polovině její šířky odpovídá přibližně vnitřnímu průměru vrutu v závitu (u vrutů o průměru 5 mm přes závit).

Obr. 1 Namáhání na smyk

Obr. 2 Deformace prohnutím

Obr. 3 Namáhání na ohyb

Připojením palubky jedním vrutem uprostřed šířky se sice dá vyhnout namáhání na smyk, ale přináší to jiný problém. Protože nejen v tropickém dřevu je vysoké pnutí, může při tomto připojení docházet ke zkroucení palubek (prohnutí do misky, Obr. 2). Proto je nutné používat dva vruty na šířku palubky.

Riziko stříhání vrutů se výrazně sníží při použití dilatačních dílů (např. terasová lišta), které vytváří mezeru mezi spodní konstrukcí a palubkami. V této mezeře mají vruty možnost se ohýbat a lépe tak odolávat namáhání, které do nich přenáší roztahující se nebo smršťující se palubky (Obr. 3). Navíc mezera mezi nosníkem a palubkou zajišťuje rychlý odvod vody a výrazně tak zpomalí proces stárnutí dřeva.

Chemické namáhání vrutu

Na vlastní vruty působí chemické namáhání vyplývající z okolního prostředí (interiér, exteriér) a chemických vlastností dřeva. Toto chemické namáhání může způsobovat korozi vrutu. Proto je velmi důležitý výběr materiálu, ze kterého je vrut vyroben.

Vliv prostředí

Prostředí (interiér, exteriér), ve kterém se spoje nachází, klade na vruty různé nároky, zejména z pohledu korozivní odolnosti. Prostředí, ve kterém se spoj nachází, definuje norma ČSN EN 1995-1-1, která dělí prostředí do tří tříd provozu:

1. Třída provozu 1 je charakterizována vlhkostí materiálů odpovídající teplotě 20 °C a relativní vlhkosti okolního vzduchu přesahující 65 % pouze po několik týdnů v roce. V této třídě provozu nepřesahuje průměrná vlhkost u většiny dřeva jehličnatých dřevin 12 %. (Jedná se převážně o obývané interiéry).
2. Třída provozu 2 je charakterizována vlhkostí materiálů odpovídající teplotě 20 °C a relativní vlhkosti okolního vzduchu přesahující 85 % pouze po několik týdnů v roce. V této třídě provozu nepřesahuje průměrná vlhkost u většiny dřeva jehličnatých dřevin 20 %. (Dřevěné prvky jsou chráněny před přímým působením povětrnostních vlivů).
3. Třída provozu 3 je charakterizována klimatickými podmínkami vedoucími k vyšší vlhkosti než ve třídě provozu 2. (Dřevěné prvky jsou zcela vystaveny působení povětrnosti). Tato třída provozu dřevěných konstrukcí je nejnáročnější z hlediska korozní odolnosti spojovacího materiálu.

Podle třídy provozu se dá tedy očekávat, jaká vlhkost může na vruty působit, ať už v podobě kondenzátu nebo srážkové vody.

Vliv dřeva

Tvrdé nebo tropické dřevo je bohaté na látky, díky kterým jsou tyto dřeviny odolné a pro svou odolnost zajímavé pro použití v exteriéru např. na fasády nebo terasy. Ale právě tyto látky (např. třísloviny) mohou vést při špatné volbě materiálu vrutu k jeho rychlé korozi a tím i k nevzhlednému zabarvení dřeva v okolí vrutů.

Vlivem kondenzace vlhkosti nebo srážkové vody vzniká okolo vrutu vyluhováním tříslovin ze dřeva agresivní prostředí, kterému musí vrut dlouhodobě odolávat. Není-li vrut schopen odolávat tomuto chemickému namáhání, začne korodovat a zabarvovat dřevo v jeho okolí. Na počátku se jedná jen o estetickou vadu spoje. Pokračuje-li chemické namáhání nevhodně zvoleného vrutu dále, může dojít k celkovému selhání spoje a tím ke zborcení konstrukce.

Dodatečně působící vlivy

Na vrut však nemusí působit jen základní prostředí a chemické vlastnosti vlastního dřeva, ale mohou spolupůsobit i specifické vlastnosti blízkého okolí, vyvolané např. přítomností bazénu, sauny, výskytu posypové soli, atd. Proto je potřeba při výběru vhodného spojovacího materiálu zohledňovat i tyto faktory.

Než přistoupíme k doporučení jak vybrat vhodný typ vrutu, uvedeme přehled materiálů, ze kterých jsou vruty vyráběny:

1. Vruty ocelové, pozinkované (bílé, žluté):
   Tento typ vrutů pro použití v exteriérech nedoporučujeme, pro dřevěné obložení domů a terasy je vysloveně nevhodný. Pozinkované vruty nejsou dlouhodobě odolné vůči povětrnostním vlivům ani při použití v měkkých dřevinách. Jsou vhodné pro třídu provozu 1 a okrajově 2.
2. Vruty se speciální povrchovou úpravou:
   Rovněž tyto vruty pro použití v exteriérech nedoporučujeme, pro dřevěné obložení domů a terasy jsou nevhodné. Tyto povrchové úpravy jsou sice odolnější než běžný zinek, ale ani tak nevyhovují požadavkům pro dřevěné obložení domů a terasy. Vruty s touto povrchovou úpravou je ale možné použít pro dočasné stavby, kde jsou dobrou ekonomickou variantou. Jsou vhodné pro třídu provozu 1 a 2.
3. Vruty z martenzitické nerezové oceli třídy C:
   Vruty z martenzitické nerezové oceli jsou při výrobě tepelně zpracovávány, a proto mají podobné mechanické vlastnosti jako vruty z uhlíkové oceli (bod 1. a 2.). Tyto vruty jsou schopny přenášet vyšší krouticí moment než vruty z austenitické nerezové oceli (bod 4.). Jejich nevýhodou je nízká odolnost vůči kyselinám a solím. Nejsou tedy vhodné do agresivního prostředí. Jsou vhodné pro třídu provozu 1, 2 a 3. Příkladem vrutů z martenzitické nerezové oceli je RAPI-TEC® TERASO.
4. Vruty z austenitické nerezové oceli:
   Vruty vyrobené z austenitické oceli přenesou nižší krouticí moment než vruty z výše uvedených materiálů. To vede k častějšímu ukroucení vrutů, proto se doporučuje tyto vruty používat pouze s předvrtáním. U dřevin bohatých na třísloviny (dub, akát) je bezpodmínečně nutné použít nerezovou ocel A4, protože ocel A4 je velmi odolná vůči kyselinám. Materiál A2 má nižší odolnost vůči kyselinám a solím. Jak materiál A2 tak A4 není vhodný pro použití v prostředí s obsahem chlóru, např. bazény. V prostředí s výskytem chlóru, čpavku aj. je nutné použít nerezovou ocel A5. Při volbě materiálu vrutu je vždy nutné zohlednit agresivitu prostředí. Vruty z austenitické nerezové oceli jsou vhodné pro třídu provozu 1, 2 a 3. Příkladem vrutů z austenitické nerezové oceli jsou RAPI-TEC® TERASO PLUS; TERASO A4; TERASO X-PRO.

Vlastní použití vrutů z austenitických ocelí (nerez A2, A4, A5) přináší jisté komplikace. Mají sice dobrou korozní odolnost, ale velmi špatné mechanické vlastnosti. Budeme-li je chtít použít bez předvrtání, pak je riziko ukroucení vrutů i u měkkých dřevin poměrně vysoké a u tvrdých dřevin je ukroucení vrutů téměř jisté. Proto při používání vrutů z nerezu A2, A4 a A5 doporučujeme předvrtávat a zahlubovat. Předvrtání zajistí bezpečné zašroubování vrutů a zabrání prasknutí dřeva. Zahloubení přispívá k lepšímu vzhledu spoje.

Následující grafy dokumentují:

1. rozběhový krouticí moment při stanovené hloubce zašroubování a různých průměrech předvrtání
2. vytrhávací sílu při stanovené hloubce zašroubování a různých průměrech předvrtání

Graf 1.
typ vrutu: RAPI-TEC® TERASO PLUS 5,0×60
materiál: nerez A4
hloubka zašroubování: 35 mm
dřevina: jarana
pozn.: bez předvrtání nebylo možno bezpečně zašroubovat

Graf 2.
typ vrutu: RAPI-TEC® TERASO A4 5,5×60
materiál: nerez A4
hloubka zašroubování: 35 mm (délka závitu vrutu je 25 mm)
dřevina: jarana
pozn.: –

Měření dále probíhají pro různé dřeviny. Aktuálně se omezíme pouze na konstatování (pro dosud změřené exotické dřeviny), že s větším průměrem předvrtání výrazně klesá odpor vůči zašroubování při současném mírném poklesu vytrhávací síly. Výsledky měření budou využity při našem poradenství.

Mimo výše zmíněná měření jsme spustili i dlouhodobý test korozní odolnosti 9 typů vrutů v 11 dřevinách (smrk, modřín, dub, akát, termoborovice, termojasan, sapelli, merbau, bangkirai, massaranduba, ipé a jarana). Test probíhá za běžných klimatických podmínek. Rovněž průběžná zjištění u tohoto testu budou využita pro naše poradenství.

Jak správně vybrat materiál vrutu?

Je nutné si položit postupně následující tři otázky. Odpovědi jsou klíčem ke správnému výběru.

1. Kde se nachází připojovaný díl? Je vystaven povětrnostním podmínkám (plot) nebo je na chráněném místě (stropní trám)?
2. Jaké dřevo bude připevňováno? Jedná se o bezproblémové stavební dřevo nebo na třísloviny bohaté tropické dřevo?
3. Vyskytují se na místě přídavné vlivy podporující korozi? Umístění stavby v blízkosti moře? Těžký průmysl, bazén s mořskou vodou, sauna,…?

Na základě odpovědí na výše uvedené otázky lze pak v tabulce vyhledat správný materiál vrutu. Tato tabulka je součástí informačního materiálu společnosti HPM TEC, s.r.o., který je volně k dispozici.