Zabudowywanie nowych terenów skutkuje coraz częściej koniecznością realizacji inwestycji na gruntach o słabych parametrach wytrzymałościowych. W takich sytuacjach, jeżeli badania geotechniczne wykażą, że warunki gruntowe są nieodpowiednie dla tradycyjnej podłogi przemysłowej, konieczne jest wykonanie jej na gęsto rozmieszczonych palach, których zadaniem jest przeniesienie obciążeń na nośne warstwy podłoża.
W artykule wykorzystano zasady opisane w brytyjskich wytycznych do projektowania podłóg przemysłowych „Technical Report 34. Concrete Industrial Ground Floors”, wydanie 3 i 4 [1].
Podłogi na palach – podstawowe założenia
Zakłada się, że większość form palowania może być stosowana do podparcia podłóg, w tym wszystkie formy pali betonowych wylewanych na miejscu oraz wbijane z cylindrycznych i kwadratowych prefabrykowanych profili betonowych lub stalowych. Pale powinny być zaprojektowane i wykonane zgodnie z wymogami norm PN-EN 1992-1-1:2008 [2], PN-EN 1997-1: 2008 [3] oraz PN-EN 1997-2: 2009 [4].
Fot. Bself – stock.adobe.com
Przyjmuje się, że długotrwałe podparcie płyty jest zapewniane wyłącznie przez pale. Grunt nie stanowi podparcia, a jedynie zachowuje się jak szalunek tracony będący tymczasowym podparciem na czas wykonywania płyty, do uzyskania odpowiedniej jej wytrzymałości. Musi być wystarczająco stabilny, aby wytrzymać odkształcenia pod wpływem ruchu budowlanego i obciążeń tymczasowych, zapewnić płaską powierzchnię oraz umożliwić skurczenie się płyty bez nadmiernego jej utwierdzenia.
>>> Obciążenia podłóg przemysłowych
>>> Rysy powierzchniowe w betonowych podłogach przemysłowych
>>> Naprawa podłóg przemysłowych i posadzek w hali
Podstawowymi celami projektowymi są przeniesienie na podłoże gruntowe zamierzonych obciążeń i minimalizacja pęknięć powierzchni.
Rozważa się dwa tryby zniszczenia: przekroczenie nośności na zginanie i przebicie pod obciążeniem punktowym oraz na połączeniu płyty z palem.
Płyta nośna podłogi przemysłowej jest podparta na palach, ale zwykle nie jest z nimi połączona. Pomiędzy głowicą pala a spodem płyty umieszcza się membranę poślizgową, aby zmniejszyć utwierdzenie wywołane skurczem. Ważne jest także staranne wykonstruowanie połączeń dylatacyjnych wokół podpór nośnych konstrukcji budynku. Ma to na celu umożliwienie wystarczającego ruchu płyty.
Zalecana minimalna grubość projektowa dla płyty podpartej na palach wynosi 200 mm. Przyjmując docelową grubość płyty nośnej, trzeba wziąć pod uwagę ewentualne pocienienia, np. wynikające z lokalnych zagłębień, osadzenia pętli indukcyjnych, przewodów.
Siatki pali zwykle mieszczą się w przedziale od 2 × 2 m do 5 × 5 m, w zależności od nośności pali oraz intensywności obciążenia. Zaleca się, aby stosunek rozpiętości płyty, mierzonej po przekątnej pomiędzy licami pali lub odpowiednio powiększonymi głowicami, do całkowitej wysokości płyty nie przekraczał 20. Warunek ten wynika z konieczności unikania wykonywania szczegółowych obliczeń ugięcia. Zaleca się stosowanie powiększonych głowic pali.
>>> Statyczne i dynamiczne obciążenia podłóg przemysłowych
>>> Podłogi przemysłowe – metody naprawy
>>> Podłogi przemysłowe – ocena stanu technicznego
Jednym z celów projektowych jest uzyskanie nawierzchni wolnej od zarysowań lub z ich minimalną ilością. Minimalizowanie rys powierzchniowych jest trudne do osiągnięcia, ponieważ największe naprężenia wywołane obciążeniem występują na górnej powierzchni płyty – nad palami.
Tam, gdzie inwestor wymaga powierzchni wolnej od pęknięć, praktyczną alternatywą jest zastosowanie odpowiednio zaprojektowanej płyty sprężonej lub wykonanie na płycie nośnej dodatkowej warstwy, np. jastrychu betonowego, co niestety jest rozwiązaniem kosztownym. Należy podjąć wszelkie praktyczne kroki, aby zminimalizować skurcz, zwracając szczególną uwagę na projekt mieszanki betonowej. Nie mocować płyty do ścian, słupów lub innych stałych elementów, unikać utwierdzenia płyty w palach i ich głowicach. Rozmiary pól pomiędzy dylatacjami powinny być ograniczone do 35 m. Najlepiej, aby były zbliżone do kwadratu. Jeśli nie jest to możliwe, współczynnik kształtu nie powinien przekraczać stosunku 1:1,5.
W przypadku korzystania z bardzo ciężkiego sprzętu transportowego należy wziąć pod uwagę skutki zmęczenia. Zwykle ma to miejsce, gdy ciężkie wózki widłowe z przeciwwagą są używane do takich zastosowań jak obsługa podwójnych palet, rolek papieru z zaciskami i ładunków w ciężkich pracach inżynieryjnych.
Zawartość zbrojenia powinna być taka, aby stosunek nośności elementów zarysowanych do niezarysowanych nie był mniejszy niż 85%.
Nośność na moment płyt zbrojonych tylko włóknami stalowymi lub włóknami stalowymi w połączeniu ze zbrojeniem prętami należy obliczyć zgodnie z wymogami zawartymi w [1] i [5]. W przypadku płyt zbrojonych konwencjonalnie, bez włókien stalowych, nośność na zginanie trzeba obliczać zgodnie z zasadami określonymi w normie Eurokod 2 [2].
W dalszej części artykułu:
Konstrukcja głowicy pala
Optymalizowanie układów pali
Projektowanie płyt metodą linii załomów
– Obciążenia równomiernie rozłożone – mechanizm płyty pofałdowanej
– Obciążenie liniowe i skupione
Sprawdzanie płyty na przebicie
Cały artykuł dostępny jest w numerze 1/2024 miesięcznika „Inżynier Budownictwa”
Piotr Hajduk
Biuro Konstrukcyjno-Budowlane Hajduk
Literatura
1. Technical Report No 34, Concrete Industrial Ground Floors – A guide to their Design and Construction, wyd. 2, 1994, wyd. 3, 2003, wyd. 4, 2016.
2. PN-EN 1992-1-1:2008 Eurokod 2 – Projektowanie konstrukcji z betonu – Część 1–1: Reguły ogólne i reguły dla budynków.
3. PN-EN 1997-1:2008 Eurokod 7 –Projektowanie geotechniczne – Część 1: Zasady ogólne.
4. PN-EN 1997-2:2009 Eurokod 7 – Projektowanie geotechniczne – Część 2: Rozpoznanie i badanie podłoża gruntowego.
5. P. Hajduk, Betonowe podłogi przemysłowe. Wytyczne do projektowania z przykładami obliczeniowymi, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, planowana data wydania 2024 r.
