Dylatacje podłóg przemysłowych – projektowanie oraz najczęstsze uszkodzenia podłóg

Poprawnie wykonana posadzka przemysłowa musi zapewniać wymaganą przepisami rów­ność, rysoodporność, długotrwa­łą odporność na działanie obciążeń, wpływ czynników chemicznych i me­chanicznych. Podobne wymagania muszą spełniać dylatacje. Elementy te – niepotrzebne z punktu widzenia użytkowników, gdyż są głównym po­wodem powstawania uszkodzeń w po­sadzce – często są konieczne w celu uniknięcia powstawania niekontrolo­wanych rys.

Stosowanie szczelin dylatacyjnych ma na celu przeciwdziałanie pękaniu płyty podłogi spowodowanemu skur­czem betonu i siłami termicznymi. Wymiary płyty dobiera się tak, aby siły powstające w nawierzchni pod wpły­wem oddziaływań nie przekraczały wytrzymałości na rozciąganie betonu lub żelbetu.

W podłogach przemysłowych stosuje się trzy rodzaje szczelin dylatacyjnych:

– szczeliny skurczowe,

– dylatacje robocze,

– dylatacje konstrukcyjne.

Rys. 1 Szczelina skurczowa pozorna

Szczeliny skurczowe

Szczeliny skurczowe pozwalają płytom podłogi przemysłowej na ruchy pod wpływem zjawisk chemicznych w cza­sie wiązania cementu i pod wpływem zmian temperatury. Dylatacje służą do zneutralizowania sił rozciągają­cych, które powstają na skutek za­równo normalnego technologicznego skurczu betonu, jak też skurczu ter­micznego, powodowanego obniżeniem temperatury powietrza. Szczeliny mogą być pełne lub pozorne.

Układ i rozstaw dylatacji jest uzależ­niony od technologii wykonania płyty betonowej. W przypadku zastosowa­nia metody długich pasów szczeliny skurczowe są wykonywane poprzecz­nie do dylatacji roboczych. Przy me­todzie wielkich płaszczyzn szczeliny wykonuje się poprzecznie i podłużnie w obszarze ograniczonym dylatacjami roboczymi.

Najczęściej szczeliny są wykonywane w rozstawach od 5 do 8 m z zacho­waniem zasady, aby stosunek boków nie przekroczył 1,5, a kształt wydzie­lonego pola był kwadratowy lub pro­stokątny.

Obecnie zwykle wykonuje się dylatacje w postaci szczelin pozornych przez nacięcie w betonie piłą rowków o szerokości 3-4 mm i głębokości ok. 60 mm (od 1/4 do 1/3 grubości płyty betonowej). Nacinanie jest wy­konywane najczęściej do 24 godzin od ułożenia betonu. Wskazane jest jak najwcześniejsze przystąpienie do wykonywania nacięć. Jednakże naci­nanie można rozpocząć, dopiero gdy piła nie wyrywa już ziaren kruszywa. W miejscu nacięcia powstaje przekrój o mniejszej sztywności, co w konse­kwencji prowadzi do pęknięcia płyty poniżej nacięcia (rys. 1).

Fot. 1 Wypełnianie szczelin skurczowych (fot. autor)

Standardowo obciążona podłoga przemysłowa (Q < 40 kN) nie wyma­ga dyblowania szczelin skurczowych. Siły ścinające są przenoszone przez wzajemne zazębianie się powstałych po pęknięciu sąsiednich fragmentów płyty. Przy naciskach od kół pojazdów Q > 60 kN lub przy rozstawach szcze­lin powyżej 6 m i jednocześnie naci­skach od kół pojazdów Q > 40 kN zale­cane jest dyblowanie szczelin [2]. Jeżeli sposób wykorzystania na­wierzchni na to pozwala (np. ze wzglę­dów higienicznych), nacięcia mogą po­zostać niewypełnione. W przeciwnym razie konieczne jest wypełnienie szcze­lin (fot. 1 i rys. 2). Ze względu na dużą intensywność procesów fizykoche­micznych, zachodzących w świeżym betonie, wskazane jest jak najpóźniej­sze wypełnianie szczelin – najwcześniej miesiąc po zabetonowaniu płyty (lepiej po 3-6 miesiącach). Zbyt wczesne wypełnianie szczelin i powstałe z tego powodu usterki są jedną z częstszych przyczyn wad dylatacji.

Kolejność prac jest następująca:

– poszerzenie nacięcia do szerokości 6-8 mm na głębokości 25-30 mm,

– sfazowanie naroży pod kątem około 30-45°,

– oczyszczenie i przesuszenie szcze­liny,

– wciśnięcie wałka uszczelniającego, np. z rurki z tworzywa sztucznego, z gąbki,

– zagruntowanie ścian szczeliny,

– wypełnienie szczelin masą elastycz­ną do poziomu dolnej krawędzi sfazowania,

– wyrównanie powierzchni masy.

Rys. 3 Dylatacja robocza – przykładowy sposób zabezpieczenia kątownikami naroży połączenia dyblowanego

>>> Antypoślizgowe posadzki przemysłowe – wymagania, klasyfikacja, użytkowanie

>>> Posadzki przemysłowe. Problemy eksploatacyjne warstwy wykończeniowej utwardzanej powierzchniowo

>>> Podłogi przemysłowe – metody naprawy

>>> Podłogi przemysłowe – błędy wykonawcze

Dylatacje robocze

Dylatacje robocze oddzielają poszcze­gólne płyty nawierzchni na całej ich grubości i umożliwiają im rozszerza­nie się lub kurczenie. Powstają na ogół w miejscach przerw roboczych, które są najczęściej efektem podzia­łu nawierzchni na fragmenty możliwe do wykonania w ciągu jednej zmiany roboczej.

Do niedawna dylatacje były wykony­wane przy łączeniu sąsiednich płyt na wpust i pióro lub łączeniu dyblowanym. Obecnie dostępnych jest wiele różnych systemów dylatacyjnych pozwalających na dobór rozwiązania w zależności od grubości płyty noś­nej, wielkości obciążeń i przewidywa­nych szerokości złącza. Połączenia na wpust i pióro można wykonywać w płytach o grubości powyżej 20 cm, gdy obciążenia skupione, np. kołami samochodów, nie przekraczają 40 kN, a odstępy między szczelinami są nie większe niż 8 m. Szczegółowy opis wykonania tego typu dylatacji można znaleźć np. w [4].

W nawierzchniach o grubości poniżej 20 cm, rozstawie szczelin powyżej 8 m i obciążeniach punktowych więk­szych niż 40 kN połączenia należy dyblować. W miejscach o przewidywa­nym dużym ruchu ciężkich pojazdów lub wózków podnośnikowych o twar­dym ogumieniu zalecana jest ochrona kantów szwów. Jednym ze sposobów jest „okuwanie” szczelin kątownikami (rys. 3).

Na rynku budowlanym można spotkać wiele przeróżnych systemów, których zastosowanie umożliwia eliminację niedogodności występujących przy stosowaniu rozwiązań tradycyjnych, jak np. konieczność stosowania drew­nianych szalunków oddzielających są­siednie pola od siebie w czasie beto­nowania płyty.

Fot. 2 Przykładowy profil typu omega [5]

W zależności od umiejscowienia dylatacji, jej funkcji oraz zakładanego spo­sobu użytkowania można dobrać sys­tem tylko umożliwiający oddzielenie sąsiadujących ze sobą pól roboczych, system z dodatkowym zabezpiecze­niem krawędzi połączenia czy również wariant pozwalający na przeniesienie i rozłożenie, na płytę nośną, sił sku­pionych oddziaływających na złącze. Przykładem mogą być wszelkiego rodzaju profile typu omega (fot. 2) będące modyfikacją standardowego połączenia na pióro i wpust. Są one wykonywane z dwóch profili stalo­wych połączonych ze sobą. Grubość blachy wynosi zazwyczaj 2-5 mm, a wysokość 12-30 cm. Podczas skur­czu betonu oba profile odsuwają się od siebie i tym samym dylatacja się otwiera. Możliwe jest zastosowanie dodatkowych trzpieni zapobiegają­cych klawiszowaniu płyt betonowych i zapewniających dobrą przyczepność profilu do betonu.

Z ciekawszych rozwiązań systemo­wych na uwagę zasługują dylatacje si­nusoidalne (fot. 3). Ich podstawowym elementem są dwa ciągłe symetrycz­ne profile dolne (prostoliniowe lub si­nusoidalne) i dwa górne sinusoidalne połączone poziomymi blachami zapew­niającymi horyzontalny ruch rozdzie­lonych płyt i przenoszącymi siły po­ziome. Grubość blach poszczególnych części składowych wynosi 3-5 mm. Standardowo jest możliwe wykony­wanie złączy w płytach o grubości do 30 cm. Dla zapewnienie dobrego zakotwienia w betonie profile mają po obu stronach przyspawane dwa rzędy kołków kotwowych. Rozwiązanie umoż­liwia ciągłe podparcie kół podczas przejazdu i wyeliminowanie uderzeń kół o krawędzie płyt betonowych przy przejazdach, co gwarantuje przejazd wolny od wstrząsów i wibracji [6].

Fot. 3 Dylatacja wykonana z profili sinuso­idalnych: a) profil przed zabetonowa­niem, b) płyta po zabetonowaniu [6]

Dylatacje konstrukcyjne

Dylatacje konstrukcyjne wykonuje się przez całą grubość płyty beto­nowej. Rozróżnia się szczeliny swo­bodne i nieswobodne (rys. 4). Płyty rozdzielone szczelinami swobodnymi mogą przesuwać się względem sie­bie w trzech kierunkach: pionowym, poziomym podłużnym i poziomym po­przecznym. Szczeliny nieswobodne dopuszczają tylko ruch w kierunku po­dłużnym, ewentualnie poprzecznym. Szczeliny są najczęściej stosowane jako obwodowe. Ich zadaniem jest przede wszystkim oddylatowanie pły­ty podłogi przemysłowej od innych elementów konstrukcyjnych, jak ścia­ny, podwaliny, słupy, fundamenty itp. Zwykle nie ma potrzeby stosowania szczelin konstrukcyjnych w wewnętrz­nym obszarze podłogi przemysłowej. W tym miejscu bezawaryjną pracę na­wierzchni gwarantują dylatacje przeciwskurczowe i robocze. Szczeliny kon­strukcyjne wewnątrz obszaru podłogi są projektowane i wykonywane w przy­padkach szczególnych, np. oddzielenie dwóch rejonów o różnych wymaga­niach technologicznych lub w długich nawierzchniach niezadaszonych w celu umożliwienia płytom swobodnego prze­suwu wywołanego zmianami tempera­tury. Są także stosowane w celu od­dzielenia dwóch obszarów o różnych typach obciążeń czy rejonu pracy ma­szyn, których praca wywołuje oddziały­wania o charakterze dynamicznym. Szerokość dylatacji wynosi na ogół 10 mm. Jako wypełnienie stosuje się materiały o dużej ściśliwości (miękka wełna mineralna, miękkie płyty styro­pianowe, gąbki z pianki poliuretanowej itp.). Nie należy stosować twardych wypełnień, gdyż powodują one po­wstawanie dodatkowych niepożąda­nych oddziaływań.

Bardzo ważne jest zwrócenie uwagi na odpowiednie usytuowanie wysokościo­we płyty podłogi względem cokołu fundamentu. Miejsca te wskutek np. osiadania stóp fundamentowych są szczególnie narażone na powstawa­nie rys. Zalecany sposób lokalizacji wierzchu cokołu względem płyty be­tonowej pokazano na rys. 5a. Pomię­dzy wierzchem cokołu a spodem płyty posadzki należy wykonać starannie zagęszczoną podbudowę. Gdy nie jest możliwe zachowanie odległości między spodem płyty a cokołem więk­szej niż 20 cm, należy oddylatować nawierzchnię po całym obwodzie co­kołu zgodnie z rys. 5b.

Przy występowaniu ruchu ciężkich pojazdów o twardym ogumieniu czę­sto konieczne jest zastosowanie do­datkowych okuć naroży z kątowników, teowników lub zastosowanie specjal­nych systemów dylatacyjnych pozwa­lających na ruchy nawierzchni przy jednoczesnym pełnym zabezpieczeniu połączenia. Bardzo newralgiczne dla nawierzchni są również obszary w po­bliżu bram i wjazdów do hal produkcyj­nych. Tutaj również powinno się wyko­nywać dodatkowe zabezpieczenia, np. w postaci kątowników.

Rys. 4 Dylatacje konstrukcyjne: a) swobodna, b) nieswobodna

Dyblowanie i kotwienie szczelin dylatacyjnych

Dyblowanie szczelin

Dybel jest to zwykle pręt stalowy, bez haków, ułożony prostopadle do płaszczyzny szczeliny i zapewniający częściowe przenoszenie obciążenia zewnętrznego na sąsiednią płytę, a równocześnie umożliwiający pozio­me ruchy obu płyt.

Dyblowanie płyt betonowych ma na celu umożliwienie współpracy dwóch sąsiednich pasm nawierzchni przy przejmowaniu sił. Ponadto dyblowanie zabezpiecza nawierzchnię przed tworzeniem się uskoków w miejscach poszczególnych szczelin.

Stosowanie dybli jest zalecane w ob­szarach o dużym ruchu ciężkich po­jazdów (Q > 40 kN) oraz gdy istnieje obawa nierównomiernego osiadania sąsiednich płyt (klawiszowanie).

Dyble wykonywane są z gładkich prę­tów stalowych lub jako elementy pły­towe. Wbudowuje się je w środku gru­bości płyty, prostopadle do przerwy roboczej. Najbardziej rozpowszech­nione są pręty okrągłe o średnicy 16-32 mm (najczęściej 20-25 mm), prostokątne lub kwadratowe (naj­częściej 25 x 25 i 20 x 20 mm). Ich przekrój zależy od obciążenia płyty po­sadzki, jej grubości oraz parametrów i rodzaju podbudowy, długość dybli mieści się w granicach 400-650 mm. Rozstaw prętów wynosi 250-500 mm. Najczęściej stosowane są dyble o długości 500-600 mm i wzajem­nym rozstawie 330 mm (trzy dyble na metr bieżący dylatacji). Długość jed­nostronnego zakotwienia przyjmuje się równą 10 średnicom pręta. Dyble stosowane w szczelinach roboczych i konstrukcyjnych muszą przenosić siły poprzeczne i umożliwiać swobod­ne ruchy płyty w kierunku podłużnym. Wykonanie dylatacji dyblowanej po­lega na tym, że jedną połowę pręta zabetonowuje się na stałe w płycie, a drugą przed zabetonowaniem po­krywa się materiałem izolacyjnym chroniącym stal przed połączeniem z betonem lub osadza się w plastiko­wej tulei (fot. 4b).

Rys. 5 Przykłady wykonania szczelin w pobliżu słupów: a) zalecane usytuowanie płyty posadzki względem wierzchu cokołu stopy fundamentowej, b) sposób wykonania posadzki, gdy płyta betonowa „leży” na cokole stopy fundamentowej

Wymiarowanie polega na sprawdze­niu wytrzymałości dybla oraz betonu, w którym jest on zakotwiony [1]. Naj­częściej o wytrzymałości połączenia dyblowanego decyduje wytrzymałość betonu. Często też z tego powodu stosuje się dodatkowe dozbrojenie połączenia w celu zwiększenia moż­liwości przenoszenia większych sił (rys. 6).

Najnowsze rozwiązania umożliwiają nie tylko ruchy płyty wzdłuż złącza, ale równiej w poprzek niego (np. nie­które typy dybli kwadratowych), co jest istotne w miejscach krzyżowa­nia się dylatacji. Na uwagę zasługu­ją również płyty dyblujące o kształ­cie rombu, kwadratu, a szczególnie trapezu (fot. 4). Są umieszczane co 450-600 mm. Zapewniają dwukie­runkowy poziomy ruch, zapobiegając zakleszczeniu płyt względem siebie, oraz zapewniają dużo lepsze przeno­szenie obciążeń z jednej płyty na dru­gą przy szczelinie dylatacyjnej. Zastosowanie płyt trapezowych po­zwala na uzyskanie około dwukrotnie większych nośności w porównaniu z dyblami prętowymi i o 65% więcej, niż stosując płyty dyblujące rombo­we. Ponadto trapezowe płyty dyblujące, według ich producenta, zmniej­szają czterokrotnie, w porównaniu z dyblami prętowymi, ruchy pionowe przyległych płyt.

Rys. 6 Przykład dozbrojenia krawędzi połączeń dyblowanych

Jak zaznaczono wcześniej, dyble znacznie poprawiają pracę szczelin: płyty mniej klawiszują, szczeliny mniej się rozszerzają. Badania amerykań­skie szerokości szczelin dyblowanych i niedyblowanych pod nacinanym row­kiem wykazały znaczny wpływ szero­kości szczelin na współpracę sąsied­nich płyt (rys. 7). Im rysa powstała pod nacięciem ma mniejszą szero­kość, tym lepsza wzajemna współ­praca. Dla płyt niedyblowanych wraz ze wzrostem szerokości szczeliny współpraca szybko maleje. W zasa­dzie można przyjąć, że współpraca jest zagwarantowana tylko do szero­kości 1 mm [1].

Fot. 4 Złącza wykonane przy wykorzystaniu płyt dyblujących: a) rombowych, b) trapezowych [7]

Współpracę sąsiednich płyt na­wierzchni zwiększa się przez:

– ograniczanie odstępów między szczelinami,

– unikanie betonowania w wysokich temperaturach,

– obniżenie temperatury mieszanki betonowej,

– stosowanie do betonu grubego kru­szywa, pozwalającego na lepsze zazę­bianie się płyt w miejscach pęknięć,

– zwiększanie sił tarcia, czyli w kon­sekwencji zwiększanie ciężaru – grubości – płyt.

Rys. 7 Efektywność współpracy płyt zależnie od szerokości szczeliny (według badań amerykańskich) [8]

­

Kotwienie płyt

Kotwy różnią się od dybli prętowych tym, że są na ogół z obu stron zakoń­czone hakami. Zadaniem ich jest prze­noszenie obciążenia zewnętrznego na sąsiednią płytę, niedopuszczenie do pionowego przemieszczania się płyt, np. skrajnych płyt w nawierzchniach zlokalizowanych na wolnym powie­trzu, i przeciwdziałanie rozchodzeniu się płyt. Stosowane średnice kotew wynoszą 12-20 mm, a ich długości 60-80 cm. Układane są analogicz­nie jak dyble w środku grubości płyt. Zwykle stosuje się je w rozstawie nie- przekraczającym 1,5 m, na ogół co 30-60 cm.

Piotr Hajduk

Biuro Konstrukcyjno-Budowlane HAJDUK

Literatura

1. ACI 360R-10 Guide to Design of Slabson Ground.

2. G. Lohmeyer, K. Eberling, Betonbóden fur Produktions- und Lagerhallen: Planung, Bemessung, Ausfuhrung,Verlag: Bud + Technik., Dusseldorf 2012.

3. PN-EN 1992-1-1:2008 Eurokod 2: Projektowanie konstrukcji z betonu, Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków.

4. P. Hajduk, Projektowanie podłóg prze­mysłowych,Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2013.

5. Materiały informacyjne firmy Betomax (www.betomax.pl)

6. Materiały informacyjne firmy Hegelhof Concrete Joints (www.hcjoints.be).

7. Materiały informacyjne firmy Permanan (www. permaban.com).

8. S. Rolla, Nowoczesne nawierzchnie betonowe,wyd. I, Wyd. Komunikacji i Łączności, Warszawa 1983.