Pale stalowe

Pale stalowe są dość powszechnie stosowane w Polsce. Ze względu na możliwość demontażu najczęściej wykonywane są z nich podpory tymczasowe przy budowie mostów, mostów objazdowych lub przy montażu rusztowań i deskowań. Drugim największym obszarem zastosowań pali stalowych jest budownictwo hydrotechniczne. Ze względu na wcześniejsze sprefabrykowanie elementów możliwe jest bezpośrednie wykonanie fundamentów w zbiornikach wodnych. Wykonywane są ten sposób trwałe nabrzeża, falochrony, podpory molo i innych konstrukcji mostowych.

Pale stalowe najczęściej są wykonywane jako rury o średnicach 400–700 mm. W szczególnych przypadkach mogą być wykonywane pale o nieco mniejszych lub znacznie większych średnicach (do 2500 mm).

Fot. 1 Platforma pływająca ze sprzętem do pogrążania pali w dno morskie

Zastosowanie mają również przekroje walcowane pojedyncze lub zespawane z kilku elementów. W wyniku dopasowywania do warunków gruntowych stosowane są również przekroje złożone, np. rury z przyspawanymi dodatkowymi skrzydełkami z kształtowników w strefie gruntów nośnych.

Ważnym zagadnieniem w projektowaniu pali stalowych jest korozja stali w gruncie. Jest to problem często demonizowany. Korozja stali jest zjawiskiem występującym zawsze, ale jej postęp zależy od obecności wody i tlenu, agresywności środowiska i możliwości usuwania produktów korozji.Zwykle korozja przebiega szybciej na początku a z biegiem czasu wolniej. Przy projektowaniu konstrukcji w pobliżu linii tramwajowych lub kolejowych należy zwrócić również uwagę na ryzyko korozyjnego działania prądów błądzących.

W przypadku wykonania pali w gruntach rodzimych i braku przepływu wody gruntowej, po wyczerpaniu tlenu w otoczeniu brak jest czynnika korozyjnego, a produkty korozji zaczynają utrudniać jego dostęp do stali. Tempo korozji jest w takich gruntach bardzo małe. Z kolei w konstrukcjach morskich w strefie rozbryzgów tempo korozji jest dość duże. Wynika to z zasolenia wody, stałego dostępu tlenu i ciągłego usuwania produktów korozji. W przypadku gruntów agresywnych zjawisko to powinno być przeanalizowane indywidualnie. Wskazówki w tym zakresie znajduje się w Eurokodzie 3 w części 5. Powyżej przedstawiono ubytek grubości stali w zależności od środowiska dla kilku przypadków. Więcej informacji zawiera PN-EN 1993-5:2009 Eurokod 3 Projektowanie konstrukcji stalowych – Część 5: Palowanie i ścianki szczelne.

Fot. 2 Podpory kładki dla pieszych wykonane z wbitych rur stalowych wypełnionych betonem

W celu zapobieżenia skutkom korozji można stosować różne metody. Najpopularniejszą i najskuteczniejszą jest naddatek korozyjny polegający na zaprojektowaniu konstrukcji o większej grubości, niż wynika z obliczeń statycznych, i poświęcenie jej części na korozję. W Polsce spotyka się konstrukcje tego typu pochodzące sprzed II wojny światowej.

Możliwe jest jeszcze zastosowanie powłok malarskich lub cynkowych, natrysku betonowego, ochrony katodowej lub zastosowanie stali trudnordzewiejącej. Warstwy ochronne najczęściej wykonuje się w budowlach hydrotechnicznych w strefie zwiększonej korozji. Konieczność wykonania powłok może wynikać również ze względów estetycznych (widoczne podpory mostów, trwałe ściany oporowe).

Fot. 3 Pale tymczasowych podpór przez rzekę w trakcie wibracyjnego zagłębiania. W palach leżących widoczna końcówka służąca do uchwycenia przez wibromłot

Zalety pali stalowych:

– możliwość oszacowania nośności pali w trakcie wbijania na podstawie wzorów dynamicznych,

– jednorodne właściwości stali, możliwość pracy na ściskanie, rozciąganie i zginanie,

– przemieszczeniowy charakter wykonywania i wynikająca stąd duża nośność,

– brak konieczności wydobywania i utylizacji urobku,

– pewność wykonania wynikająca z wcześniejszej prefabrykacji konstrukcji i możliwości jej kontroli,

– możliwość obciążenia bezpośrednio po pogrążeniu pala,

– niewielki hałas i brak wibracji przy wciskaniu statycznym,

– czysty plac budowy,

– łatwość demontażu w przypadku konstrukcji (np. podpór) tymczasowych,

– możliwość wykonania w zbiornikach wodnych,

– możliwość szybkiego i niezależnego od warunków pogodowych wykonania,

– łatwość łączenia na budowie z innymi elementami stalowymi,

– własna pływalność pali zamkniętych rurowych, możliwość ich spławiania,

– możliwość wykonania pali w trudnych warunkach terenowych,

– realnie niewielka korozja,

– niewielki ciężar pali z kształtowników, co umożliwia ich wbijanie na duże głębokości.

Fot. 4 Pale rurowe jako tymczasowy fundament rusztu do wykonania deskowań mostu autostradowego. Na pierwszym planie widoczne pale wykonane z profili walcowanych

Mankamenty pali stalowych:

– drgania i hałas od wbijania,

– wysokie ceny stali.

mgr inż. Piotr Rychlewski