HILTI HST4: PRESTATIES DIE GELIJKWAARDIG ZIJN AAN INGESTORTE KOPANKERS

HST4: ONS BEST PRESTERENDE BOUTANKER

Betonkegelbreuk en uittrekbreuk zijn twee van de meest kritische bezwijkmechanismen voor mechanische ankers onder trekbelasting.

Betonkegelbreuk treedt op wanneer het beton rondom het anker scheurt en uitbreekt in de vorm van een kegel. Dit wordt veroorzaakt door de spanningen die in het beton ontstaan als gevolg van de krachten die vanuit de constructie via het bevestigingspunt worden overgedragen. De rekenmethode voor het bepalen van de weerstand tegen betonkegelbreuk van mechanische ankers is vastgelegd in EN 1992-4 [1], de Europese norm voor het ontwerpen van bevestigingen in beton.

Volgens EN 1992-4 wordt de karakteristieke weerstand van een ankergroep bij betonkegelbreuk bepaald door de karakteristieke weerstand van een enkel anker in beton (zonder beïnvloeding door aangrenzende ankers of betonranden), N⁰_Rk1c, te vermenigvuldigen met een reeks coëfficiënten die rekening houden met de invloed van verschillende factoren. Deze factoren omvatten onder andere de afstand tot de betonrand, de onderlinge afstand tussen ankers binnen een groep, belastingsexcentriciteiten en momenten, en de aanwezigheid van dichte wapening.

In het bijzonder is de karakteristieke weerstand van een enkel anker, N⁰_Rk1c, afhankelijk van zowel de betonsterkte als de verankeringsdiepte van het anker, zoals weergegeven in de volgende formule [1]:

waarbij f_ck de nominale karakteristieke cilinderdruksterkte van het beton voorstelt en h_ef de effectieve verankeringsdiepte van het anker is. De coëfficiënt k₁, die een lineaire invloed heeft op de karakteristieke weerstand tegen betonkegelbreuk, wordt doorgaans vermeld in de Europese Technische Beoordeling (ETA) van het anker. Volgens de huidige marktstandaard en zoals aangegeven in EN 1992-4 bedraagt deze factor doorgaans 7,7 voor gescheurd beton en 11,0 voor ongescheurd beton bij achteraf geplaatste ankers, en 8,9 voor gescheurd beton en 12,7 voor ongescheurd beton bij ingestorte kopankers.De Hilti HST4 is het eerste boutanker ter wereld dat dezelfde weerstand tegen betonkegelbreuk behaalt als een ingestort kopanker, met een k₁-factor van 8,9 voor gescheurd beton en 12,7 voor ongescheurd beton voor geselecteerde afmetingen, dankzij zijn innovatieve ontwerp. Dit betekent dat de HST4 dezelfde belastingcapaciteit voor betonkegelbreuk kan bereiken als andere boutankers bij een kleinere verankeringsdiepte, of een circa 16% hogere belastingcapaciteit kan bieden bij dezelfde verankeringsdiepte.Wat betekent dit in de ontwerppraktijk? Het betekent dat u nu kortere ankers kunt toepassen voor dezelfde toepassing, of een hogere belasting kunt ontwerpen met dezelfde ankers.

HST4 bevat vier belangrijke componenten die bijdragen aan zijn superieure prestaties (zie figuur 1):

1. Turbo-kanalen en een mechanische vergrendeling, die zorgen voor een extra vormsluitende verbinding met de huls;

2. Een geavanceerd ontworpen huls met een groef aan de punt, een langere vorm met vier segmenten en een taps toelopende uiteinde, waardoor de grip op het beton wordt gemaximaliseerd en wegglijden wordt voorkomen;

3. Een turbo-berg-dal-geometrie die de spreiding van de huls maximaliseert. Hierdoor worden hoge prestaties bereikt in zowel gescheurd als ongescheurd beton en onder seismische belasting, terwijl de anti-rotatiehuls voor extra betrouwbaarheid zorgt;

4. Speciaal ontwikkelde en gepatenteerde coatings voor de bout en moer, geoptimaliseerd voor trekbelastingen en geschikt voor toepassingen dicht bij de betonrand.

Figuur 1: HST4 innovatief ontwerp

Het innovatieve ontwerp van de HST4 zorgt bovendien voor een hogere uittrekcapaciteit in zowel ongescheurd als gescheurd beton, onder zowel statische als seismische belasting. Vergeleken met onze vorige generatie boutankers levert de HST4, bij een enkel anker met dezelfde lengte en diameter, een verbetering van de trekcapaciteit van +36% tot +84% in ongescheurd beton onder statische belasting, +18% tot +41% in gescheurd beton en +11% tot +63% onder seismische C2-belasting, afhankelijk van de ankerdiameter.

De verankeringsdiepte van een anker in beton bepaalt zowel het lastoverdrachtsmechanisme als de bezwijkwijze van het anker. Over het algemeen geldt: hoe groter de verankeringsdiepte, hoe hoger de draagcapaciteit van het anker. Een grotere verankeringsdiepte heeft echter ook nadelen, zoals een langere boor- en installatietijd en een grotere kans op het raken van wapening.

De meeste spreidankers zijn goedgekeurd voor vaste verankeringsdieptes, doorgaans tussen één en drie waarden. Dit beperkt de flexibiliteit en optimalisatiemogelijkheden bij zowel de ankerkeuze als het ontwerp, omdat de constructeur moet kiezen uit een vooraf gedefinieerde set ankerlengtes en verankeringsdieptes. Dit kan leiden tot een overgedimensioneerd bevestigingspunt.

HST4 is gekwalificeerd volgens de nieuwe Europese beoordelingsdocumenten, EAD 330232-01-0601 v02 [2], waarin de verbeterde weerstand tegen betonconusbreuk wordt behandeld, en EAD 330232-01-0601 v03 [3], waarin het gebruik van variabele verankeringsdiepte voor mechanische ankers in beton wordt behandeld. Dit betekent dat bij de HST4 de verankeringsdiepte vrij kan worden gekozen binnen vastgestelde bereiken (zoals gespecificeerd in de European Technical Assessment ETA-21/0878 [4]), afhankelijk van de gekozen ankerdiameter en de belastingseisen, zoals weergegeven in Tabel 1.

Tabel 1: Bereik van effectieve verankeringsdieptes voor HST4

Met variabele verankeringsdiepte kunnen constructeurs de optimale ankerlengte en verankeringsdiepte voor hun toepassingen selecteren. Zo halen zij de beste prijs-kwaliteitverhouding uit hun ankers, wat helpt om materiaal te besparen en installatiekosten te verlagen.

HST4 kan worden ontworpen met Hilti PROFIS Engineering-software, cloudgebaseerde software die integreert met constructieve softwarepakketten en ondersteunt bij het ontwerpen en optimaliseren van bevestigingspunten en voetplaten. Met PROFIS Engineering biedt Hilti een gebruiksvriendelijke interface, een 3D-modelleeromgeving, een rapportgenerator en technische ondersteuning. PROFIS Engineering implementeert de ontwerpmethode volgens EN 1992-4 en bevat alle kenmerken en voordelen van HST4, zoals verbeterde weerstand tegen betonconusbreuk, variabele verankeringsdiepte en installatie zonder reiniging.

De hogere trekbelastingcapaciteit van de HST4, gecombineerd met het gebruik van PROFIS Engineering-software, helpt u uw bevestigingsoplossingen te optimaliseren, de afmetingen van uw voetplaten te verkleinen, kosten te verlagen, materiaal te besparen en uw ontwerpen duurzamer te maken. Door het gebruik van kleinere ankers en de hogere betonconuscapaciteit van de HST4 kunnen kleinere ankerafstanden worden toegepast, wat in verschillende gevallen een verkleining van de totale voetplaat mogelijk maakt.

Als eenvoudig voorbeeld bekijken we de 10 mm dikke voetplaat die is weergegeven in Figuur 2.

Dit is een stalen voetplaat die wordt belast door een statische trekkracht van 50 kN. Het betonelement heeft een betonsterkteklasse C20/25, is 250 mm dik en wordt beschouwd als gescheurd beton.

Figuur 2: Voetplaat onder trekbelasting met een traditionele draadeindanker-oplossing

Een ‘traditionele’ draadeindankeroplossing zou vier M12-draadeindankers vereisen, met een effectieve verankeringsdiepte van 88 mm, een ankerlengte van 125 mm en een ankerafstand van 165 mm, wat resulteert in een voetplaatafmeting van 200 mm x 200 mm. Als de ankers dichter bij elkaar worden geplaatst, bijvoorbeeld met een afstand van 160 mm, is het gebruik van langere en duurdere ankers vereist. Hoe kunt u nu optimaliseren met de HST4?

OPTIE 1: Dankzij de hogere uittrekcapaciteit van de HST4 is het mogelijk om de ankerdiameter te verkleinen van M12 naar M10. Dit maakt al een reductie mogelijk in zowel het materiaal als de kosten van de ankers. Tegelijkertijd is het, dankzij de verbeterde betonconuscapaciteit en het gebruik van variabele verankeringsdiepte, ook mogelijk om de ankerlengte te verkorten door een kortere effectieve verankeringsdiepte van 71 mm toe te passen. Deze kortere verankering levert zelfs dezelfde betonconuscapaciteit als het oorspronkelijke ontwerp.

VOORDELEN OPTIE 1: Het gebruik van kleinere ankerdiameters resulteert in boorgaten met een kleinere diameter, en het gebruik van kortere ankers resulteert in een kleinere boordiepte, wat helpt om zowel de installatietijd als de kosten op de bouwplaats te verlagen.

OPTIE 2: Om uw waarde echter echt te maximaliseren, is het mogelijk om de verankeringsdiepte van het anker te behouden en in plaats daarvan de ankerafstand te verkleinen. Dezelfde prestaties kunnen nu worden bereikt met vier M10-ankers, met dezelfde effectieve verankeringsdiepte van 88 mm als voorheen, maar met een kleinere ankerafstand van 135 mm. Door de verbeterde afstand kan de voetplaatafmeting worden verkleind naar 165 mm x 165 mm.

VOORDELEN OPTIE 2: De geoptimaliseerde voetplaat is 30% kleiner, wat neerkomt op een reductie van 30% in het gebruikte staalvolume!

Figuur 3: Specificaties met HST4-R – de beste prijs-kwaliteitverhouding dankzij voetplaatoptimalisatie