Únosnosť kotiev pre ETICS s väčšími hrúbkami tepelných izolácií
Úvod
ETICS s omietkou (ďalej len ETICS) sa uvádza na trh na Slovensku a v krajinách Európskej únie ako stavebný výrobok zložený z komponentov. Výrobca ETICS je zodpovedný za ETICS vrátane komponentov ETICS. Výrobca ETICS prezentuje ETICS prostredníctvom deklarácie parametrov. Parametre sa získavajú technickým posudzovaním podľa harmonizovanej technickej špecifikácie ETAG 004.
Vzhľadom na požiadavku zvyšovať energetickú hospodárnosť budov dochádza pri zatepľovaní obvodových plášťov budov k zväčšovaniu hrúbky tepelnej izolácie v ETICS z dôvodu splnenia požiadaviek na tepelnoizolačné parametre obvodových stien. Z tohto dôvodu vznikajú požiadavky od výrobcov/zhotoviteľov ETICS na zabudovanie väčších hrúbok tepelnej izolácie v ETICS. Pri väčších hrúbkach tepelnej izolácie, až do hodnoty 200 mm, pôsobenie vlastnej tiaže tepelnej izolácie a ostatných komponentov v ETICS má nezanedbateľný vplyv na únosnosť v porovnaní s používaním tepelnej izolácie menších hrúbok napr. 60 až 80 mm.
Legislatívna zmena
Nariadenie o stavebných výrobkoch 305/2011 opisuje postup pre posudzovanie stavebného výrobku ETICS. Technická špecifikácia ETAG 004 (https://www.eota.eu/en-GB/content/home/2/185/) platná pre posudzovanie parametrov ETICS je momentálne v štádiu konverzie na harmonizovanú technickú špecifikáciu EAD 040083-00-0404. EAD 040083-00-0404 v plnom rozsahu nahradí doteraz platný predpis ETAG 004 dňom uverejnenia v úradnom vestníku EÚ.
Predpis na kotviace prvky do ETICS ETAG 014, podľa ktorého sa vydalo množstvo európskych technických posúdení sa konvertoval do nového predpisu – európskeho hodnotiaceho dokumentu EAD 330196-01-0604 (https://www.eota.eu/en-GB/content/home/2/185/). Výrobcovia plastových kotiev do ETICS vykonávajú posudzovanie parametrov podľa aktuálneho EAD 330196-01-0604 s možnosťou CE označenia.
Predpis na sklotextilné mriežky EAD 040016-00-0404 (https://www.eota.eu/en-GB/content/home/2/185/) sa pripravil v EOTA ako samostatne hodnotiaci dokument pre významný komponent ETICS. Dokument slúži ako podklad pre výrobcov sklotextilných mriežok na posúdenie parametrov s možnosťou CE označenia.
Obr. 1 – Príklad ETICS mechanicky upevnený s kotviacimi prvkami s doplnkovým lepením
Použitie ETICS
ETICS sa používa v zmysle ETAG 004 ako:
- lepený,
- lepený s pomocným kotvením,
- mechanicky kotvený s pomocným lepením,
- mechanicky kotvený ETICS.
Definícia a skladba ETICS
Vonkajší zložený tepelnoizolačný systém s omietkou v zmysle predpisu ETAG 004 (i pripravovaného EAD 040083-00-0404) je zostava zložená z komponentov ETICS, a to z lepiacej malty, tepelnej izolácie, kotviacich prvkov, výstužnej základnej vrstvy so sklotextilnou mriežkou, penetračnej vrstvy, povrchovej vrstvy, prípadne dekoratívnej vrstvy.
Skladba mechanicky upevneného ETICS s doplnkovým lepením je na obrázku 1.
Vysvetlivky
A lepiaca malta, B tepelná izolácia, C kotviace prvky – tanierové, D základná vrstva, E sklotextilná mriežka, G penetračný náter, H povrchová vrstva, I dekoratívna vrstva
Komponenty ETICS – kotviace prvky a tepelná izolácia – posudzované parametre
Kotviace prvky – tanierové sa na účel použitia v ETICS posudzujú podľa skúšobných metód stanovených v Európskom hodnotiacom dokumente EAD 330196-01-0604 (konverzia z ETAG 014) „Plastové kotvy na pripevnenie ETICS s omietkou“ a podľa ETAG 004 (i pripravovaného EAD 040083-00-0404):
- vyvlečenie kotviacich prvkov,
- skúška statického bloku,
- skúška pretvorenia,
- skúška nadvihovania vetrom.
Kotviace prvky sa navrhujú v ETICS za účelom prenosu vodorovného zaťaženia vetrom. To, aké zaťaženie kotviace prvky prenesú, je výsledkom horeuvedených skúšok. Existujúce skúšobné postupy sú postačujúce na stanovenie odolnosti ETICS na sanie vetrom. Kotviace prvky podľa EAD 330196-01-0604 sa neposudzujú na prenos vertikálneho zaťaženia.
Tepelná izolácia sa navrhuje v posledných rokoch vzhľadom na tepelnú ochranu stavebných konštrukcií do ETICS s väčšími hrúbkami. Výrobcovia tepelných izolácií začali ponúkať tepelné izolácie s lepšími tepelnoizolačnými parametrami a väčšími hrúbkami. Zlepšovanie tepelnotechnických vlastností tepelných izolácií má za následok zmenu, ale aj znižovanie parametrov niektorých tepelnoizolačných vrstiev v ETICS (napr. objemová hmotnosť, pevnosť v ťahu kolmo na rovinu dosky, šmykové parametre a iné).
Zvyšovanie hrúbky tepelnej izolácie znamená v ETICS riziko zabezpečenia odolnosti voči vertikálnemu zaťaženiu. Jestvujúce skúšobné metódy podľa ETAG 004 – vyvlečenie kotviacich prvkov, skúška statického bloku, skúška nadvihovania vetrom sú metódy na posúdenie ETICS na odolnosť proti vetru. Vyžadujú sa na overenie ETICS mechanicky upevneného kotviacimi prvkami a pomocným lepením.
Tepelná izolácia má deklarované vlastnosti:
- objemová hmotnosť (ak výrobca požaduje),
- pevnosť v ťahu kolmo na rovinu dosky (za sucha),
- pevnosť v ťahu kolmo na rovinu dosky (za mokra) (ak sa vzťahuje),
- pevnosť v šmyku (ak sa vzťahuje),
- šmykový modul (ak sa vzťahuje) a iné.
Odolnosť ETICS proti vertikálnemu zaťaženiu
Predpis ETAG 004 nezahŕňa vlastnosť „Odolnosť ETICS proti vertikálnemu zaťaženiu“. Preto výrobcovia ETICS s omietkovým systémom takýto parameter nepoznajú a ani ho nedeklarujú.
TSÚS v rámci výskumného projektu v spolupráci s výrobcom ETICS vytvoril 4 konfigurácie (skladby ETICS bez povrchového súvrstvia) a vykonal skúšanie podľa existujúcej skúšobnej metódy „Skúška pretvorenia“ (únosnosť mechanického upevnenia) podľa ETAG 004. Táto skúška nie je priamo určená na overenie charakteristiky „Odolnosti ETICS proti vertikálnemu zaťaženiu“, avšak dá sa použiť na overenie pretvorenia ETICS na zaťaženie pri porušení. Podľa požiadaviek ETAG 004 sa skúška štandardne nevyžaduje, pretože výrobca spĺňa všetky požiadavky na to, aby skúšku nepotreboval (pozri ETAG 004, čl. 5.1.4.2).
Popis skúšobných vzoriek:
Výrobca pripravil v TSÚS pod dohľadom pracovníkov skúšobného laboratória pobočky v Bratislave štyri vzorky o rozmeroch 1500 mm × 1000 mm podľa inštrukcií uvedenej v skúšobnej metóde v ETAG 004, čl. 5.1.4.2.1 (obrázok č. 2). Všetky vzorky mali spoločné to, že rozmer vzorky bol rovnaký a použila sa rovnaká hrúbka tepelnej izolácie 200 mm z dosiek minerálnej vlny s pozdĺžnym vláknom.
Obr. 2. – Rozmery uloženia dosiek z minerálnej vlny na betónový podklad
Obr. 3. – Pohľad na vzorku uchytenú v skúšobnom zariadení
Podrobný popis vzorky č. 1:
Na dosku z betónu s hladkým povrchom o rozmere 1 000 mm × 2 000 mm a hrúbke 100 mm sa položili na doraz dve dosky minerálnej vlny s upraveným rozmerom 500 mm × 1000 mm a dve dosky s upraveným rozmerom 500 mm × 500 mm (MW- EN 13162 - T5-CS(10)40-TR15-WS-WL(P)-MU1, hrúbka 200 mm) podľa obrázka 2. Piesok sa aplikoval na betónovú dosku pod dosky tepelnej izolácie, aby sa mohla vzorka posúvať (pozri obrázok 4). Dosky tepelnej izolácie sa upevnili skrutkovacími kotviacimi prvkami podľa obrázka 2.
Následne sa aplikovala základná vrstva, do ktorej sa zatlačila sklotextilná mriežka s plošnou hmotnosťou 145 g/m2 podľa pokynov výrobcu ETICS. Sklotextilná mriežka prečnievala na oboch stranách vzorky viac ako 300 mm.
Obr. 4 – Aplikácia piesku na betónovú dosku skúšobnej vzorky č. 1
Obr. 5 – Aplikácia lepiacej malty na tepelnú izoláciu skúšobnej vzorky č. 3
Obr. 6 – Porušenie kotviacich prvkov na vzorke č. 2 (bez lepiacej malty)
Podrobný popis vzorky č. 2:
Vzorka zhodná s popisom vzorky č. 1 s tým rozdielom, že sa aplikoval iný typ dosiek minerálnej vlny, a to MW- EN 13162 - T5-CS(10)30-TR10-WS-WL(P)-MU1.
Podrobný popis vzorky č. 3:
Na betónovú dosku s hladkým povrchom o rozmere 1 000 mm × 2 000 mm a hrúbke 100 mm sa nalepili dve dosky minerálnej vlny s upraveným rozmerom 500 mm × 1000 mm a dve dosky s upraveným rozmerom 500 mm × 500 mm (MW- EN 13162 - T5-CS(10)40-TR15-WS-WL(P)-MU1, hrúbka 200 mm) podľa obrázka 2. Lepiaca malta sa aplikovala na dosky tepelnej izolácia a doska sa prilepila na betónový podklad podľa obrázka 5. Dosky tepelnej izolácie sa upevnili skrutkovacími kotviacimi prvkami podľa obrázka 2. Následne sa aplikovala základná vrstva, do ktorej sa zatlačila sklotextilná mriežka podľa pokynov výrobcu ETICS. Sklotextilná mriežka prečnievala na oboch stranách vzorky viac ako 300 mm.
Podrobný popis vzorky č. 4:
Vzorka zhodná s popisom vzorky č. 3 s tým rozdielom, že sa aplikoval iný typ dosiek minerálnej vlny, a to MW- EN 13162 - T5-CS(10)30-TR10-WS-WL(P)-MU1.
Skúšobný postup:
Skúšobný postup bol v súlade so skúšobnou metódou podľa ETAG 004, čl. 5.1.4.2.1.
Obr. 7 – Krivka závislosti deformácie (displacement) od zaťaženia (load)
ETICS – 4 konfigurácie bez penetračnej vrstvy a povrchovej vrstvy bol zaťažený simulovaným vertikálnym zaťažením vetra 2 000 Pa vo vertikálnom smere prostredníctvom penového bloku a záťaže. Súčasne sa postupne zaťažovali všetky skúšobné vzorky prostredníctvom sklotextilnej mriežky horizontálnym ťahovým zaťažením s riadenou deformáciou rýchlosťou 1 mm/min (obrázok č. 3). Počas skúšky sa zaznamenali hodnoty absolútneho pretvorenia skúšobných vzoriek vzhľadom na betónovú dosku a hodnoty odpovedajúcich zaťažení. Snímače pretvorenia sa umiestnili na sklotextilnej mriežke v tesnej blízkosti všetkých štyroch rohov dosky z minerálnej vlny a tiež na sklotextilnej mriežke v strede spodnej zadnej hrany minerálnej dosky (vzdialenejšia hrana od upínacích čeľustí). Závislosť deformácie od zaťaženia až do porušenia sa zaznamenala v digitálnej forme a grafická interpretácia závislosti týchto dvoch sledovaných veličín je vykreslená v grafickej forme, z ktorej sa vyhodnotilo pretvorenie Ue zodpovedajúce medzi pružnosti. Z krivky sa taktiež vyhodnotila sila zodpovedajúca deformácii 1 mm a 3 mm podľa obrázka 7.
Relevantné parametre komponentov ETICS nanesené na vzorke č. 1 až 4 sú uvedené v tabuľke 1.
| Charakteristika | Deklarovaný parameter | Nameraný parameter |
|---|---|---|
| Tepelná izolácia podľa STN EN 13162-MW-TR15 (skúšobná vzorka 1 a 3) | ||
| Pevnosť v ťahu kolmo na rovinu dosky (STN EN 1607:2013) | TR15 | 25,7 kPa |
| Objemová hmotnosť tepelnej izolácie (STN EN 1602) | – | 115,9 kg/m3 |
| Pevnosť v šmyku tepelnej izolácie (STN EN 12090) | – | 16,1 kPa |
| Modul pružnosti v šmyku tepelnej izolácie (STN EN 12090) | – | 586 kPa |
| Tepelná izolácia podľa STN EN 13162-MW-TR10 (skúšobná vzorka 2 a 4) | ||
| Pevnosť v ťahu kolmo na rovinu dosky (STN EN 1607:2013) | TR10 | 17,3 kPa |
| Objemová hmotnosť tepelnej izolácie (STN EN 1602) | – | 95,1 kg/m3 |
| Pevnosť v šmyku tepelnej izolácie (STN EN 12090) | – | 8,7 kPa |
| Modul pružnosti v šmyku tepelnej izolácie (STN EN 12090) | – | 372 kPa |
B závislosť pretvorenia od zaťaženia – vzorka č. 2
D závislosť pretvorenia od zaťaženia – vzorka č. 4
A závislosť pretvorenia od zaťaženia – vzorka č. 1
C závislosť pretvorenia od zaťaženia – vzorka č. 3
Obr. 8 – Krivky závislosti deformácie (displacement) od zaťaženia (load) na vzorkách 1 až 4
| Vzorka č. | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Betónový podklad Piesok MW-TR15 (hrúbka 200 mm) Kotvenie Výstužná základná vrstva | Betónový podklad Piesok MW-TR10 (hrúbka 200 mm) Kotvenie Výstužná základná vrstva | Betónový podklad Lepiaca malta MW-TR15 (hrúbka 200 mm) Kotvenie Výstužná základná vrstva | Betónový podklad Lepiaca malta MW-TR10 (hrúbka 200 mm) Kotvenie Výstužná základná vrstva | |
| Max. sila Tmax | 6,78 kN | 3,98 kN | – | 14,32 kN |
| Deformácia pri max. sile UT,max | 120,5 mm | 103,1 mm | – | 5,95 mm |
| Sila odpovedajúca deformácii 1 mm T1mm | 0,47 kN | 0,22 kN | 5,07 (mriežka sa pretrhla) | 4,34 kN |
| Sila odpovedajúca deformácii 3 mm T3mm | 0,91 kN | 0,55 kN | – | 9,55 kN |
| Sila na 1 kotvu odpovedajúca deformácii 3 mm T1/3mm | 0,11 kN | 0,07 kN | – * | 1,19 kN |
| Závislosť pretvorenia od zaťaženia | A | B | C | D |
| Závislosti A, B, C, D pozri nad Tab. 2 | ||||
Záver a odporúčania
Na základe experimentálne získaných výsledkov vodorovných posunutí dosiek ako segmentov ETICS, odpovedajúcich hodnôt skúšobnej sily a zistených porušení je možné formulovať nasledovné závery, resp. odporučenia:
- So zväčšujúcou sa hrúbkou tepelnej izolácie v ETICS sa zväčšuje veľkosť vplyvu sily, ktorá pôsobí v rovine ETICS a je reprezentovaná vlastnou tiažou ETICS, ktorá spôsobí zväčšenie zaťaženia na kotviace prvky a pôsobí ako spojité momentové zaťaženie, ktoré prispieva k zväčšeniu zaťaženia pôsobiaceho kolmo na rovinu ETICS.
- Z obrázkov, na ktorých sa porovnali pracovné diagramy skúšaných vzoriek ETICS s tepelnými izoláciami rovnakých parametrov, ale usporiadaných na skúšobnej vzorke s lepiacou maltou a bez lepiacej malty, avšak pre obidva prípady s kotviacimi prvkami, je evidentný mimoriadne významný prínos lepiacej malty na veľkosť vzniknutej sily, ktorá pôsobí na jeden kotviaci prvok aj na veľkosť posunutia pri rovnakých zaťažovacích stavoch.
- Z porovnania získaných výsledkov identického spôsobu uchytenia ETICS, ale s použitou tepelnou izoláciou rozdielnych parametrov pevnosti v ťahu kolmo na rovinu je evidentný rozdiel v porovnaní experimentálne zistených hodnôt veľkosti posunutí v smere dosky ako aj v silách, ktoré pri rovnakom zaťažení pôsobia na jednu kotvu v prospech tepelnej izolácie TR15. V prípade porovnania veľkostí síl, ktoré pôsobia na jednu kotvu sa jedná o rozdiel približne 50 % v prospech tepelnej izolácie TR15.
- Na vypracovanie záverov, ktoré by sa mohli použiť pri navrhovaní potrebného počtu kotviacich prvkov pre ETICS pri použití tepelnej izolácie väčších hrúbok a s uvažovaním rozdielnej kvality tepelnej izolácie vyrobenej na báze MW je potrebné vykonať väčší počet experimentálnych meraní.
- Tepelná izolácia z minerálnej vlny so zmenšujúcou sa objemovou hmotnosťou výrazne ovplyvňuje znižovanie mechanických vlastností ako sú pevnosť v ťahu kolmo na rovinu dosky a pevnosť v šmyku a modul pružnosti v šmyku. Otázkou ostáva, či sa mechanické vlastnosti menia so zväčšujúcou sa hrúbkou tepelnej izolácie. Požiadavka ETAG 004: 2013 predpisuje skúšku pevnosti v šmyku a modul pružnosti v šmyku tepelnej izolácie s hrúbkou 60 mm. Pravdepodobne takto získaný parameter nie je reprezentatívny i pre hrúbku tepelnej izolácie napr. 200 mm.
- Jestvujúce kotviace prvky použiteľné do ETICS samostatne bez použitia lepiacej malty dostatočne nezabezpečujú prenos vertikálneho zaťaženia ETICS (pozri obr. č. 6 a 8).
Lepiaca malta v mechanicky upevnenom ETICS s doplnkovým lepením má výrazný podiel na prenose vertikálneho zaťaženia ETICS. Lepiaca malta je preto neopomenuteľným komponentom ETICS i v ETICS mechanicky upevnenom s pomocným lepením. Overenie parametrov lepiacej malty a ETICS s lepiacou maltou je požadujúce.
Literatúra
- ETAG 004: 2013 Vonkajší tepelnoizolačný zložený systém (ETICS) s omietkou,
https://www.eota.eu/en-GB/content/home/2/185/ - Európsky hodnotiaci dokument EAD 330196-01-0604: 2016 „Plastové kotvy vyrobené z pôvodného alebo nepôvodného materiálu na pripevnenie vonkajších tepelnoizolačných kontaktných systémov (ETICS) s omietkou“,
https://www.eota.eu/en-GB/content/home/2/185/ - Európsky hodnotiaci dokument EAD 040016-00-0404: 2016 „Mriežka zo sklených vlákien na vystužovanie omietok na báze cementu“, https://www.eota.eu/en-GB/content/home/2/185/
- Záverečná správa č. 20-18-0558, Overenie parametrov šmykovej únosnosti a pretvorenia na ETICS, Technický a skúšobný ústav stavebný, n.o., Studená 3, 821 04 Bratislava, 29. 11. 2018
The contribution deals with the experiment verifying the load bearing capacity of anchors for ETICS with thermal insulation of higher thicknesses. In connection with the increase of the requirements for the energy performance of buildings, the thermal insulation thicknesses are increased to meet the design conditions.