Hală metalică sau hală din prefabricate de beton: ce diferă la execuție

Cele trei sisteme

Ce înseamnă fiecare sistem

Toate trei sistemele pot satisface cerințele unei hale industriale. Diferă materialul structurii de rezistență, locul în care se execută elementele și modul de asamblare pe amplasament.

• Structura metalică. Stâlpii, grinzile cu inimă plină sau fermele cu zăbrele sunt confecții metalice din profile de oțel, executate și protejate anticoroziv în atelier, apoi asamblate pe amplasament, de regulă prin îmbinări cu șuruburi, inclusiv cu șuruburi de înaltă rezistență unde le prevede proiectul. Stabilitatea spațială o asigură cadrele transversale, împreună cu contravântuirile orizontale din planul acoperișului și cu contravântuirile verticale dintre stâlpi, dispuse de regulă pe fațadele longitudinale. Elementele au greutate proprie redusă față de cele din beton, iar învelitoarea și închiderile de fațadă se prind de panele și riglele metalice.
• Structura prefabricată din beton. Stâlpii și grinzile se betonează în fabrică, în tipare, și se livrează gata de montaj: stâlpii din beton armat, iar grinzile principale ale acoperișului sunt de obicei elemente prefabricate precomprimate. Stâlpii se încastrează în paharele fundațiilor, iar grinzile reazemă pe capetele stâlpilor, cu dispozitivele de rezemare și de prindere din proiect. Elementele au greutate mare; se execută în condiții controlate de fabrică, dar se verifică și la livrare.
• Structura monolită din beton armat. Se execută pe amplasament, pe faze: armare și cofrare (la stâlpi se montează întâi carcasa de armătură și apoi se închide cofrajul, la grinzi și plăci se execută întâi cofrajul), betonare, decofrare și tratarea betonului, care începe după turnare și continuă și după decofrare. Cofrajele laterale se pot scoate mai devreme; cele portante, de sub grinzi și plăci, numai după ce betonul atinge rezistența cerută. La hale apare mai des la corpurile cu planșee, la cuve și acolo unde geometria nu se pretează la elemente prefabricate.

Sistemele se pot combina în aceeași construcție: la depozitul de cereale Agrototen de la Cauaceu, pereții au la partea inferioară, pe tot conturul, o zonă din beton, iar deasupra structura are stâlpi și ferme metalice cu zăbrele, cu închideri din tablă cutată.

Fundațiile: pahar, buloane de ancoraj sau armături în așteptare

La toate cele trei sisteme, sub stâlpi se execută de regulă fundații izolate din beton armat, turnate pe amplasament, cu talpa la cota de fundare din proiect, încastrată în stratul bun de fundare indicat de studiul geotehnic, de obicei peste un strat de beton de egalizare. Dacă terenul cere altă soluție, de exemplu îmbunătățirea terenului, fundații continue, radier general sau fundații de adâncime, o stabilește proiectantul pe baza studiului geotehnic. Diferă mai ales zona superioară a fundației, unde se realizează prinderea stâlpului. Detaliul de prindere ține de proiect: și un stâlp metalic, de exemplu, se poate încastra într-un pahar.

• La prefabricate, paharul. Deasupra tălpii fundației se execută paharul, un gol cu pereți din beton armat în care se introduce piciorul stâlpului. Paharul se betonează pe loc, cu un miez de cofraj care formează golul, sau se livrează prefabricat și se înglobează în fundație la betonare. Fundul paharului se betonează de regulă sub cota finală și se aduce la cotă înainte de montaj, cu mortar sau cu plăcuțe de calare, în funcție de lungimea reală a stâlpului, măsurată pe element, astfel încât grinzile să reazeme la cota din proiect. Stâlpul, rezemat pe fundul paharului, se aduce la verticală, verificată topografic pe ambele direcții, și se împănează cu pene metalice; unde o cere tehnologia de montaj, se asigură și cu contrafișe provizorii. Apoi rostul dintre stâlp și pereții paharului se umple cu beton de monolitizare, compactat prin vibrare, care realizează încastrarea. Dacă penele nu sunt prevăzute să rămână înglobate, monolitizarea se face în două etape: întâi până sub pene, apoi, după întărirea betonului, penele se scot și se completează betonarea. Grinzile se montează pe stâlpi abia după ce betonul din pahare a atins rezistența cerută, dacă planul de montaj nu prevede altfel; până atunci, stâlpii nu se încarcă și rămân asigurați provizoriu, conform tehnologiei de montaj.
• La structura metalică, buloanele de ancoraj. Se înglobează de regulă în fundație la betonare, fixate în poziție cu un șablon de montaj; proiectul poate prevedea și montarea lor ulterioară, în goluri lăsate în fundație și monolitizate, sau ancore chimice. Poziția lor trebuie să se încadreze în toleranța permisă de găurile plăcii de bază, executate în atelier, adesea mărite față de diametrul buloanelor și acoperite la montaj cu șaibe groase. Placa de bază se reglează la cotă cu piulițe de reglaj sau cu plăcuțe de calare, iar spațiul de sub ea se umple cu mortar de subturnare, de tipul și după detaliul din proiect.
• La structura monolită, armăturile în așteptare. Din fundație ies armăturile stâlpilor, numite pe șantier mustăți, cu lungimea de suprapunere din proiect; de ele se înnădește armătura longitudinală a stâlpilor, betonați apoi pe loc.

Buloanele de ancoraj admit toleranțe de poziție foarte mici, pentru că placa de bază are găurile executate în atelier. Paharul permite un joc redus în plan, dar stâlpul are lungimea fixată la fabricație, iar pe verticală se corectează numai prin aducerea la cotă a fundului paharului: un fund de pahar betonat peste cotă sau un pahar deplasat din ax peste jocul prevăzut nu se mai corectează la montaj. O fundație executată în afara axului sau la altă cotă se remediază numai cu soluția proiectantului; de aceea, poziția în plan și cota se verifică topografic înainte de betonare și din nou înainte de montaj.

Pe contur, între fundațiile izolate, se execută grinzile de fundare, pe care reazemă închiderile perimetrale. La halele prefabricate, acestea se betonează adesea după montajul stâlpilor, ca la fabrica Hanil Electronics din Biharia; dacă proiectul prevede, grinzile de fundare pot fi și ele prefabricate.

Montajul, macaraua și accesul pe șantier

Ambele sisteme se montează cu macaraua, din elemente executate în afara amplasamentului. Diferă masa și gabaritul pieselor și, în consecință, capacitatea macaralei, organizarea de șantier și drumurile tehnologice necesare.

Prefabricatele din beton au masă și lungime mari. Transporturile au nevoie de un drum de acces cu capacitate portantă suficientă și de spațiu de manevră până în zona de montaj, iar macaraua, de o platformă de lucru compactată, care să preia presiunea transmisă prin stabilizatori, de obicei prin plăci de repartiție, și de o poziție la distanță de marginea săpăturilor deschise, stabilită în tehnologia de montaj. Pe un amplasament desfundat de precipitații, montajul se poate opri până la refacerea drumului și a platformei macaralei. Liniile electrice aeriene, construcțiile învecinate sau un acces îngust pot impune altă macara sau altă succesiune de montaj.

Elementele metalice au masă mai redusă, așa că montajul se face adesea cu macarale de capacitate mai mică și cu nacele, dar fermele și cadrele de deschidere mare cer spațiu pentru preasamblarea pe sol. O structură metalică devine stabilă abia după montarea contravântuirilor; până atunci, cadrele se asigură cu contravântuiri sau ancoraje provizorii. Unde proiectul prevede îmbinări cu șuruburi de înaltă rezistență pretensionate, strângerea se face controlat, prin metoda de pretensionare prevăzută în proiect, de exemplu cu cheie dinamometrică etalonată sau prin rotirea piuliței, și se verifică după aceeași metodă.

Viteza vântului peste limita admisă pentru macara și pentru elementul ridicat oprește montajul la ambele sisteme; panourile și piesele cu suprafață expusă mare sunt cele mai sensibile. Temperaturile scăzute nu opresc neapărat montajul: la fabrica Alu-Menziken de la Medieșu Aurit, stâlpii prefabricați au fost montați iarna. Betonul de monolitizare din pahare și mortarul de sub plăcile de bază cer însă, la temperaturi scăzute, nu numai la cele negative, măsurile pentru betonarea pe timp friguros stabilite în proiect și în tehnologia de execuție, de la pregătirea materialelor componente la protejarea și tratarea betonului după turnare.

Închiderile și acoperișul

Sistemul de închidere poate fi același la ambele structuri: panouri termoizolante tip sandviș pe fațade, iar la acoperiș tablă cutată cu termoizolație și membrană hidroizolantă sau panouri sandviș. Diferă structura secundară de care se prind. La hala metalică, panourile se fixează pe riglele de fațadă și pe panele de acoperiș din oțel. La hala prefabricată, învelitoarea se prinde de panele acoperișului, prefabricate din beton sau metalice, care reazemă pe grinzile principale, iar panourile de fațadă se prind direct de stâlpi sau de rigle metalice fixate pe aceștia, prin piese metalice înglobate la fabricație sau prin ancore mecanice ori chimice, conform proiectului.

Regula de bază: orice se prinde de structură se stabilește înainte ca elementele să intre în fabricație.

Consolele pentru grinzile de rulare ale unui pod rulant, golurile și piesele de prindere pentru traseele de instalații și ramele ușilor industriale se definesc în proiect înainte de comanda elementelor. O gaură sau o carotă executată ulterior în beton poate secționa armătura sau toroanele unei grinzi precomprimate, iar o sudură sau o gaură nouă într-un element de oțel poate reduce capacitatea portantă a secțiunii și distruge local protecția anticorozivă; la ambele sisteme, orice modificare se face numai pe baza soluției date de proiectant.

Protecția la foc și la coroziune

• Oțelul neprotejat se corodează și își pierde rapid din rezistență și rigiditate la temperaturile unui incendiu. Protecția anticorozivă se aplică de regulă în atelier, după pregătirea suprafeței, prin zincare la cald sau printr-un sistem de vopsire cu grund și straturi de acoperire; pe șantier se refac local deteriorările din transport și montaj și zonele îmbinărilor. Unde proiectul impune o anumită rezistență la foc, structura primește în plus protecție la foc: vopsea intumescentă, care se expandează la căldură și formează un strat izolant, plăci de protecție sau tencuieli de protecție la foc.
• Betonul armat are de regulă o comportare la foc mai bună decât oțelul neprotejat, pentru că stratul de acoperire cu beton protejează armătura; rezistența la foc a fiecărui element rămâne însă cea pentru care l-a dimensionat proiectantul. Stratul de acoperire trebuie păstrat integru: muchiile știrbite la transport sau armătura descoperită se repară cu materialele și după procedura indicate de producător sau de proiectant. Piesele metalice de prindere ale prefabricatelor necesită și ele protecție anticorozivă și, unde se cere, protecție la foc.
• Mediul din hală contează la ambele sisteme: umiditatea ridicată, condensul, aburul sau agenții chimici din procesul de producție impun sisteme de protecție mai durabile pentru oțel și măsuri suplimentare de durabilitate pentru beton, stabilite de proiectant. De aceea, proiectantul trebuie să cunoască de la început condițiile de exploatare ale halei.

Ce se verifică la recepția elementelor

Elementele prefabricate și confecțiile metalice se verifică la descărcare, înainte de depozitarea pe amplasament, care se face pe reazeme, în pozițiile indicate de producător. Un element deteriorat se marchează, se depozitează separat și nu se montează până la decizia producătorului și a proiectantului.

• La prefabricate: documentele de calitate ale livrării, marcajul fiecărui element și corespondența cu poziția din planul de montaj, dimensiunile și toleranțele, poziția pieselor înglobate și a armăturilor în așteptare, fisurile, muchiile și colțurile știrbite, armătura descoperită și starea dispozitivelor de ridicare.
• La structura metalică: documentele de calitate ale oțelului, ale șuruburilor și ale sistemului de protecție, marcajul pieselor, dimensiunile, poziția și diametrul găurilor, aspectul sudurilor de atelier și protecția anticorozivă, a cărei grosime de strat uscat se măsoară cu grosimetrul, nu se apreciază vizual.
• La structura monolită, controlul se face pe șantier, pe faze: înainte de fiecare betonare se verifică cofrajele (geometria, cotele, etanșeitatea și stabilitatea) și se recepționează armătura, ca lucrare ascunsă, iar betonul se verifică la livrare și prin probele prelevate pentru încercări.

Verificările se consemnează în procese-verbale de recepție pe faze și de lucrări ascunse, încheiate cu dirigintele de șantier, și intră în cartea tehnică a construcției, necesară ulterior la o extindere, o modificare sau o expertiză tehnică a halei.

Alegerea sistemului

Ce influențează alegerea

Sistemul structural îl stabilește proiectantul de structuri, pe baza temei de proiectare: datele pe care i le dai tu despre hală și despre exploatarea ei.

• DestinațiaProducție, depozitare pe rafturi înalte, spații cu umiditate ridicată sau cu mediu agresiv chimic, riscul de incendiu al activității și cerințele de securitate la incendiu care rezultă din el.
• DeschiderileDistanța dintre axele stâlpilor, transversal (deschiderea) și longitudinal (traveea), impusă de fluxul tehnologic, de rafturi și de circulația stivuitoarelor. Deschiderile uzuale se realizează în ambele sisteme; la deschideri foarte mari, grinzile prefabricate ajung la limitele de masă, de gabarit la transport și de capacitate a macaralei, iar structura metalică are de obicei avantaj.
• ÎncărcărilePod rulant, cu grinzile de rulare și consolele aferente, utilaje grele, echipamente și trasee de instalații suspendate de acoperiș, panouri fotovoltaice montate acum sau ulterior, la care se adaugă acțiunile climatice din zăpadă și vânt și acțiunea seismică, specifice amplasamentului.
• TermenulPrefabricatele și confecțiile metalice au termene de proiectare de detaliu și de fabricație care trebuie incluse în graficul de execuție; execuția monolită ține șantierul ocupat mai mult, cu timpii tehnologici de întărire a betonului, și depinde de condițiile meteo.
• Extinderile viitoareO hală care se va extinde în lungime sau se va alipi de alt corp se proiectează de la început cu latura respectivă pregătită, inclusiv fundațiile și rostul dintre corpuri, după soluția proiectantului.
• Terenul și accesulStudiul geotehnic stabilește stratificația, nivelul apei subterane, terenul bun de fundare și parametrii geotehnici pentru dimensionarea fundațiilor; accesul rutier și vecinătățile determină ce transporturi și ce macarale pot intra pe amplasament.
• Bugetul și aprovizionareaCostul se compară pe aceeași hală, dimensionată în ambele variante, cu câte o ofertă pentru fiecare; contează și distanța de transport de la fabrica de prefabricate sau de la atelierul de confecții metalice până la amplasament.

Structura metalică permite mai ușor modificări și consolidări ulterioare, dar sistemul de protecție se alege după agresivitatea mediului din hală și poate necesita întreținere periodică, mai ales la protecția prin vopsire sau în mediu umed ori agresiv; structura din beton armat se modifică greu după execuție. La ambele sisteme, orice intervenție asupra structurii (goluri, suduri, prinderi noi, încărcări suplimentare) se face numai pe baza soluției proiectantului. Nu există un sistem superior în general, ci unul adecvat halei tale.

Cine face ce

Responsabilitățile se împart între participanții la realizarea construcției, de la studiul geotehnic până la montaj și recepție.

Hale executate de noi

Civila Invest este antreprenor general din Oradea, în construcții din 2001 (întâi ca Civila SRL), din 2012 prin Civila Invest SRL. Executăm fundațiile și montajul structurilor prefabricate din beton și al structurilor metalice, precum și structuri monolite din beton armat, în sistemul structural din proiect; nu facem proiectare, expertiză tehnică, consultanță sau dirigenție de șantier.

• Fabrica Alu-Menziken, Medieșu Aurit (2018). Fundații izolate tip pahar, stâlpi prefabricați montați iarna, apoi montajul grinzilor cu macaraua. Vezi proiectul
• Structura magazinului Hornbach, Oradea (2019). Stâlpi și grinzi prefabricate din beton, cu paharele fundațiilor betonate pe loc. Vezi proiectul
• Fabricile Hanil Electronics, Biharia (2009), și ShinHeung Electronics, Oradea (2010). Construite de echipa Civila, azi Civila Invest, pentru furnizori Samsung, cu structură prefabricată din beton; la Hanil, cu pahare prefabricate. Vezi fabricile
• Fabrica ETS România, Biharia (2012). Cadre metalice montate lângă o clădire existentă. Vezi lucrarea

Despre lucrările noastre la hale, vezi hale industriale și structuri din beton armat, prefabricate și metalice; succesiunea lucrărilor e descrisă în etapele construcției unei hale industriale.