Výpočet zaťaženia ihlanových pilót

Autor: Marika Červeňáková   

Štvrtok, 27 Jún 2019

Patrícia Hatalová, Marika Červeňáková, Systematic, s.r.o., Peter Puzder, Ingstav GV, s.r.o.

Úvod

Zakladanie stavieb na ihlanových pilótach sa vyznačuje vysokou efektívnosťou z hľadiska spotreby materiálu, času a prácnosti. Ihlanové pilóty sú vyrobené zo silne vystúženého železobetónu a sú zavádzané do podložia baranením pomocou výbušných alebo hydraulických baraniacich strojov. Baranením dochádza k roztlačeniu zeminy pilótou, pričom sa výrazne zlepšia mechanicko fyzikálne vlastnosti podložia. Po zabaranení pilóty, zariadenie baranidla ihneď vyhodnocuje jej únosnosť. Podľa získanej únosnosti sa dá spresniť dĺžka ďalších baranených pilót. Pilóty môžu byť vyrábané v celku, z jedného kusu železobetónu alebo z viacerých dielcov pevne spojených dokopy [1], [2].

Spoločnosť Ingstav GV, s.r.o. v spolupráci s Katedrou kybernetiky a umelej inteligencie na fakulte elektrotechniky a informatiky Technickej univerzity v Košiciach a v spolupráci so spoločnosťou Systematic, s.r.o. vyvinula aplikáciu pre výpočet zaťaženia ihlanových pilót. Aplikácia je určená všetkým projekčným kanceláriám a stavebným firmám, ktoré používajú túto metódu zakladania stavieb.

Ihlanové pilóty a ich zavádzanie

Pilóty môžu byť vyrobené v celku, z jedného kusu železobetónu alebo z viacerých dielcov pevne spojených dokopy [2]. Tvar pilóty je charakterizovaný už v samotnom názve pilóty. Hlava pilóty môže mať tvar štvorca s rozmermi 200 x 200 mm až 700 x 700 mm alebo obdĺžnika 175 x 250 mm až 422 x 850 mm. Dĺžky ihlanových pilót sú 1,5 až 6 m [6].

Baraniaci stroj obsahuje baranidlo, ktoré je poháňané hydraulickým motorom, umiestneným v zadnej časti stroja. Pilóta sa v prednej časti upevní reťazami a vyzdvihne do výšky. Následne sa stroj presunie na miesto, kde sa má pilóta zaviesť. Hydraulický motor poháňa baranidlo, ktoré pilóty vtĺka do zeme. Proces, kým sa pilóta zavedie trvá zhruba 10 až 15 minút [3].

V dnešnej dobe dynamickej výstavby je požiadavka odovzdať stavebné dielo do prevádzky v čo najkratšom čase. Použitie ihlanových pilót výrazne skracuje dobu potrebnú na zhotovenie základov. Existujú namerané prípady [5], keď zakladanie porovnateľného objektu trvalo klasickým spôsobom v priemere 3 mesiace, pri využitím ihlanových pilót iba 1 týždeň.

Okrem výrazného skrátenia doby výstavby hovorí v prospech ihlanových pilót zníženie materiálovej a energetickej náročnosti. Zníženie energetickej a materiálovej náročnosti vyplýva zo zníženia spotreby betónu. Tá sa prejaví v podstatne nižších nákladoch na zakladanie stavby. Je možné na príklade zdokumentovať [3], že zakladanie pomocou ihlanových pilót je o 53,58% lacnejšie ako zakladanie technológiou vŕtaných pilót. 

Pomer využívania baranených pilót ku vŕtaným je v Holandsku 85% v prospech baranených, vo Švédsku a v Rusku je to 65%, v ostatnej západnej Európe je to 55% až 60% [3].

Model výpočtu zaťaženia ihlanových pilót

Únosnosť ihlanových pilót je možné vypočítať podľa vzťahu [4]:

Φ=m*{R*F+Σ li*(ui*fi+ui*ic*Ei*ki′*p)}

kde:

m - koeficient podmienok pôsobenia pilóty v zemine,

R - výpočtový odpor zeminy pod hrotom pilóty,

F - plocha hrotu pilóty,

li - hrúbka i-tej vrstvy zeminy podložia,

ui - obvod i-tého prierezu pilóty v strede vrstvy,

fi - výpočtový odpor i-tej vrstvy podložia na plášti pilóty,

ic - tg uhla odklonu bočnej plochy pilóty od osi pilóty,

kj´ - koeficient určovaný podľa tabuliek [4],

p - reologický koeficient,

Ei - modul deformácie i-tej vrstvy podložia určený oedometrickou skúškou.

Zo vzťahu vyplýva:

a) li * ui * fi - predstavuje odpor na plášti pilóty v i-tej vrstve zeminy.

b) li * ui * ic * Ei * ki' * p - predstavuje doplnkový odpor na plášti v i-tej vrstve zeminy.

c) U ihlanových pilót štvorcového prierezu je odklon bočnej plochy pilóty od zvislice pre všetky štyri bočné plochy rovnaký a konštantný po celej dĺžke.

d) U pilót obdĺžnikového prierezu treba diferencovať dve hodnoty ic.

e) U pilót kombinovaného (dvojakého) sklonu bočných plôch treba ic diferencovať po dĺžke.

f) ic = 0,025 významne ovplyvňuje výslednú hodnotu doplnkového odporu zeminy na plášti zošikmenej pilóty.

Do výpočtu vstupuje viacero premenných. Medzi ne patria konštantné hodnoty, hodnoty, ktoré vyplývajú z projektu a návrhu pilóty a hodnoty z tabuliek normy [4]. V konečnom výsledku únosnosti ihlanovej pilóty je zastúpenie troch zložiek zaťaženia: odpor na hrote pilóty, odpor na plášti a vplyv zošikmenia pilóty.

Aplikácia pre výpočet zaťaženia ihlanových pilót

Aplikáciu pre výpočet zaťaženia ihlanových pilót sme nazvali Ihlan. Ihlan umožňuje jednotlivé projektované ihlanové pilóty priradiť konkrétnej zákazke s konkrétnym dodávateľom a odberateľom.

Každý záznam o navrhovanej ihlanovej pilóte obsahuje identifikačný kód pilóty, názov pilóty a polia pre vypočítanú hodnotu zaťaženia, odpor na hrote pilóty, odpor na plášti a vplyv zošikmenia pilóty.

Tieto hodnoty aplikácia vypočíta v nasledovnom pracovnom prostredí:

Záver

Webovú stránku, z ktorej si budete môcť stiahnuť  a nainštalovať aplikáciu Ihlan pre výpočet zaťaženia ihlanových pilót vám sprístupníme v priebehu mesiaca júla 2019.

Literatúra

[1] Ingstav GV: Ihlanové pilóty, 2019. www.ingstavgv.sk/sekcia/ihlanove-piloty

[2] Bartošová, M.: Analýza únosnosti baranenej ihlanovej pilóty, Slovenská Technická univerzita Bratislava, 2010

[3] Hatalová, P.: Vytvorenie výpočtovej aplikácie pre zavádzanie pilót, Bakalárska práca, Technická univerzita Košice, 2019

[4] SNiP II-17-77: Stavebné normy a predpisy. Pilótne základy, Štátny výbor ZSSR pre výstavbu, Moskva, 1986

[5] Tkáčik, P.: Problémy zakladania poľnohospodárskych stavieb. Zb. konf.: Progresívne zakladanie poľnohospodárskych stavieb, ČSVTS Košice, 1990

[6] Puzder, P.: Zakladanie na ihlanových pilótach. Zb. prednášok: Pokroky v zakladaní stavieb, Pôdohospodársky projektový ústav Bratislava, PIO, pobočka Košice, 1986