Zamocowania tymczasowe w betonie

Konstrukcje tymczasowe na placach budowy oraz w obiektach budowlanych stanowią integralną część całego projektu, wspierając realizację konstrukcji docelowych. Obejmują one rozwiązania inżynieryjne służące do podparcia lub zabezpieczenia konstrukcji stałych w trakcie budowy, istniejących obiektów podczas ich modernizacji, elementów wyposażenia, a także utrzymania gruntu w trakcie wykopów. Koszt takich prac może stanowić nawet do 50% [1] całkowitych kosztów projektu, co wymaga starannego doboru, projektowania i montażu różnych systemów tymczasowych, takich jak rusztowania, podpory i konstrukcje wsporcze, deskowania, konstrukcje oporowe oraz urządzenia i instalacje do podnoszenia i podparcia (zob. rys. 1). Współczesne projekty coraz częściej zakładają ścisłą koordynację pomiędzy projektowaniem konstrukcji docelowych a metodologią realizacji, co często prowadzi do włączenia określonych elementów konstrukcji tymczasowych do rozwiązań stałych oraz podkreśla znaczenie odpowiedniego projektowania konstrukcji tymczasowych w celu optymalizacji całkowitych kosztów inwestycji.

Rysunek 1: Przegląd różnych typów konstrukcji tymczasowych występujących na placu budowy.

Projektowanie konstrukcji tymczasowych wymaga innego podejścia niż projektowanie konstrukcji stałych, a zrozumienie kluczowych różnic może pomóc inżynierom i projektantom, którzy nie mają doświadczenia w tym obszarze.

Ekspozycja na ryzyko: W inżynierii konstrukcyjnej zazwyczaj analizuje się ryzyka oddziałujące na konstrukcję w całym okresie jej eksploatacji i zapewnia odpowiednią odporność na każdy rodzaj zagrożenia. W przypadku konstrukcji stałych dłuższy okres użytkowania oznacza, że o projektowaniu mogą decydować zdarzenia o długich okresach występowania. Natomiast konstrukcje tymczasowe projektowane są na krótszy okres, ale często podlegają wyższemu udziałowi obciążeń użytkowych względem ciężaru własnego, co ma szczególne znaczenie w przypadku układów wrażliwych na sztywność.

Rodzaje obciążeń: Konstrukcje tymczasowe są w większym stopniu narażone na oddziaływanie obciążeń powierzchniowych, takich jak obciążenia termiczne czy wiatrowe, a także obciążenia od gruntu. Dodatkowo występują znaczące obciążenia skupione (punktowe) od maszyn, podpór, wysięgników czy stempli, co prowadzi do zupełnie innych stanów obciążenia niż w konstrukcjach docelowych. Obciążenia te muszą być odpowiednio rozprowadzone na właściwe podpory i fundamenty. Poniższe przykłady ilustrują różnice w charakterze obciążeń oraz znaczenie kolejności realizacji i przekazywania sił:

• słupy wpuszczane w pale, które w fazie tymczasowej mają większe długości wyboczeniowe niż w stanie docelowym,

• żelbetowy trzon (rdzeń), który nie posiada jeszcze docelowego usztywnienia skrętnego zapewnianego przez stropy lub belki.

Stateczność i odporność konstrukcji: W istniejących konstrukcjach bardziej sztywne elementy rozprowadzają obciążenia poziome do fundamentów poprzez ustalone ścieżki przekazywania sił. Konstrukcje tymczasowe często jednak bazują na układach statycznie wyznaczalnych o niewielkiej redundancji, co ogranicza możliwość redystrybucji obciążeń w przypadku lokalnego uszkodzenia. Dodatkowo nieukończone konstrukcje mają zwykle mniejszą sztywność niż w stanie docelowym, co skutkuje większymi ugięciami i większymi efektami drugiego rzędu.

Zapewnienie nośności: Po określeniu ścieżek przekazywania obciążeń proces projektowania, mający na celu zapewnienie odpowiedniej nośności i sztywności poszczególnych elementów, jest podobny jak w przypadku konstrukcji stałych. Wymaga jednak uwzględnienia większych mimośrodów oraz niższych parametrów materiałowych (czyli wyższych współczynników bezpieczeństwa), wynikających z większej niepewności. Przykładem jest stosowanie wartości charakterystycznych obciążeń dla standardowych elementów, takich jak rygle wzmacniające czy systemowe podpory, zamiast wartości roboczych („zalecanych”).

Fundamenty: Obciążenia ze wszystkich konstrukcji tymczasowych muszą być przekazywane do podłoża nośnego, którym może być istniejąca konstrukcja lub nowo zaprojektowane posadowienie. Kluczowym wyzwaniem jest zapewnienie odpowiedniej nośności i sztywności tych podpór – podobnie jak w konstrukcjach stałych. Rozwiązania mogą obejmować zarówno proste stopy fundamentowe dla podpór tymczasowych, jak i słupy wpuszczane w pale, zdolne do przenoszenia dynamicznie zmieniających się obciążeń (np. od żurawi wieżowych), które w krótkim czasie mogą zmieniać się z sił ściskających na rozciągające [2].

Wszystkie konstrukcje tymczasowe wymagają odpowiedniego poziomu projektowania, aby ograniczyć ryzyko awarii. Skutki niewłaściwego zaprojektowania, wykonania lub utrzymania takich konstrukcji mogą prowadzić do ich uszkodzenia lub zawalenia, a także do awarii konstrukcji docelowych, co z kolei może wywołać efekt domina i doprowadzić do zniszczenia sąsiednich obiektów (takich jak budynki, systemy transportowe czy infrastruktura publiczna). Tego typu zdarzenia powodują znaczące opóźnienia oraz wzrost kosztów projektów, generując duże obciążenia finansowe dla wykonawców, podwykonawców, projektantów, dostawców oraz inwestorów. Co najważniejsze, niosą one ze sobą realne ryzyko ofiar śmiertelnych i poważnych obrażeń zarówno wśród pracowników, jak i osób postronnych.

Do awarii dochodzi najczęściej w trzech kluczowych obszarach: w miejscach przekazywania obciążeń, tam gdzie należy zapewnić stateczność konstrukcji oraz w strefach oddziaływania konstrukcji tymczasowych z podłożem lub konstrukcją stałą.

Większość przypadków związana jest z brakiem odpowiedniej stateczności bocznej, wynikającej z braku lub niewystarczającego stężenia – jest to jedna z najczęstszych przyczyn awarii podczas budowy, gdy obciążenia działające na nieukończoną konstrukcję ulegają zmianom, a konstrukcje tymczasowe tracą stabilność [3]. W tym kontekście elementy mocujące odgrywają kluczową rolę. Poniższe przykłady stanowią cenną lekcję dla branży, pokazując skutki niewłaściwego zaprojektowania konstrukcji tymczasowych – w tym także systemów zamocowań, które każdorazowo powinny być zweryfikowane przez odpowiedzialnego projektanta.

Rusztowanie – Fanum House, Cardiff, Wielka Brytania (2000) Dwanaście kondygnacji rusztowania zawaliło się na przyległą drogę i linię kolejową. Dochodzenie wykazało wady projektowe rusztowania w niektórych obszarach. W szczególności pierwotna dokumentacja projektowa dla monterów rusztowań nie zawierała wystarczających informacji dotyczących liczby, lokalizacji oraz rodzaju zamocowań. Na budowie wykonawca i ekipa rusztowaniowa wprowadzili zmiany w projekcie bez konsultacji z inżynierem konstrukcji, co doprowadziło do zastosowania 91 zamocowań zamiast wymaganych 300. Dodatkowo w górnych 6 metrach rusztowania nie zastosowano żadnych punktów kotwiących. Każde zakotwienie składało się z dwóch śrub oczkowych z kotwami wierconymi, które zostały zamontowane nieprawidłowo, ponieważ monterzy nie byli odpowiednio przeszkoleni w zakresie instalacji zamocowań i powiązanych z nimi elementów. W rezultacie połączenia uległy przedwczesnemu zniszczeniu podczas silnego wiatru (140 km/h) [4].

Zawalenie ściany oporowej – Singapur (2004) Niewystarczające rozwiązania konstrukcji tymczasowych oraz błędy projektowe i wykonawcze przy realizacji najgłębszego w historii tunelu metodą odkrywkową w Singapurze doprowadziły do katastrofy wykopu w odcinku tunelu linii metra Circle Line, zlokalizowanego obok sześciopasmowej autostrady Nicoll. W wyniku awarii zginęło czterech pracowników, gdy stalowe rozpory podpierające ściany szczelinowe wykopu uległy zniszczeniu, powodując zawalenie wykopu oraz części autostrady. Raport z dochodzenia wskazał na szereg błędów projektowych i wykonawczych - zastosowanie niewłaściwego modelu geotechnicznego, który przeszacował wytrzymałość gruntu i niedoszacował obciążenia działające na ściany oporowe,

- błąd w projekcie układu rozpór i rygli (strut-waler), gdzie połączenia zostały niedowymiarowane, - pominięcie w trakcie budowy podpór, które miały rozprowadzać obciążenia z rozpór na rygle,

Łączny efekt tych błędów sprawił, że układ rozpór i rygli miał o 50% mniejszą nośność niż wymagana.

Wytyczne dotyczące projektowania Szereg dokumentów krajowych, takich jak PAS 8812 [4], a także norm międzynarodowych, takich jak EN 1991-1-6 [6], EN 12811: części 1–4 [7] oraz EN 12812 [8], zawiera szczegółowe wytyczne dotyczące projektowania i realizacji konstrukcji tymczasowych. Wspierają one inżynierów w określaniu oddziaływań projektowych (z właściwymi współczynnikami częściowymi bezpieczeństwa) oraz nośności standardowych, prefabrykowanych elementów aluminiowych i stalowych, które mogą być wielokrotnie wykorzystywane. Elementy systemowe od wiodących producentów zawierają w kartach technicznych wartości nośności roboczej z uwzględnieniem odpowiednich współczynników bezpieczeństwa .

W zakresie projektowania zamocowań kluczową normą odniesienia jest EN 1992-4 [9], która określa zasady umożliwiające obliczanie nośności zamocowań montowanych po wykonaniu elementu (post-installed fasteners) w betonie. W kartach technicznych producenci zazwyczaj podają wartości nośności charakterystycznej, projektowej oraz zalecanej wraz z odpowiednimi współczynnikami bezpieczeństwa – pod warunkiem montażu zgodnie z instrukcją użytkowania (IFU).

Oddziaływania projektowe zestawiane z nośnościami mogą być w niektórych przypadkach ustandaryzowane (np. dla podpór czy złączy), natomiast w innych wymagają szczegółowej analizy (np. rusztowania lub mocowania żurawi pod wpływem obciążeń wiatrem).

Wytyczne dotyczące doboru. Przy wyborze odpowiedniego zamocowania inżynierowie konstrukcji powinni uwzględnić następujące kwestie:

• dostępność zamocowań posiadających Europejską Ocenę Techniczną (ETA) dla zastosowań jednorazowych oraz wielokrotnych,

• kompatybilność zamocowań z elementami konstrukcji tymczasowych, takimi jak podpory,

• w przypadku zamocowań wielokrotnego użytku – istnienie odpowiednich aprobat krajowych, takich jak DIBt aBG Z21.8-2137 dla kotew wkręcanych Hilti HUS4, które precyzyjnie określają dopuszczalną liczbę ponownych użyć oraz pozostałą nośność zamocowania,

• konieczność spełnienia szczególnych wymagań trwałościowych, np. dla środowisk korozyjnych lub w przypadku dłuższego okresu eksploatacji.

Zaprojektowane z myślą o zastosowaniach, w których kluczowa jest łatwość ponownego użycia w zamocowaniach konstrukcji tymczasowych, kotwy wkręcane Hilti HUS4 zapewniają inżynierom i wykonawcom elastyczne rozwiązanie do mocowania różnorodnych elementów, takich jak rusztowania, deskowania, podpory czy barierki ochronne (zob. rys. 1). Zastosowania te należą do najczęstszych na placu budowy, a tego typu zamocowania wspierają zespoły wykonawcze poprzez umożliwienie szybkiego montażu i demontażu konstrukcji tymczasowych oraz pozwalają na natychmiastowe obciążenie po wywierceniu otworu w betonie i dokręceniu zgodnie z momentem określonym w instrukcji użytkowania producenta (IFU).

Dodatkowo, jak pokazano na rys. 2 (po prawej), niektóre zastosowania mogą wymagać większego odsunięcia od powierzchni (stand-off), ponieważ elementy aluminiowe lub stalowe nie mają standardowych płyt bazowych przylegających bezpośrednio do betonu. W takich przypadkach nie jest również wymagany specjalny typ łba, gdyż w branży powszechnie stosuje się standardowe nakrętki ściągające z gwintem deskowaniowym 15 mm (zob. rys. 4).

Rysunek 2: (po lewej) podpora z płytą podstawy zamocowaną bezpośrednio do powierzchni betonu; (po prawej) deskowanie zamocowane w betonie bez typowej płyty podstawy, z dużym odsunięciem (stand-off).

Aby wesprzeć wykonawców i inżynierów w doborze rozwiązań do montażu konstrukcji tymczasowych, Hilti wprowadza kolejny wariant w serii kotew wkręcanych Hilti HUS4-DW. Jak pokazano na rys. 3, ten wariant kotwy łączy podstawę trzpienia kotwy HUS4 w rozmiarze 16 z zewnętrznym gwintem deskowaniowym 15 mm i jest dostępny w dwóch długościach, aby sprostać różnym warunkom montażu z odsunięciem wymaganym na budowie. Gwint ten jest kompatybilny ze standardowymi nakrętkami ściągającymi powszechnie stosowanymi na placach budowy (zob. rys. 4).

Rysunek 3: Nowa kotwa wkręcana HUS4-DW, zaprojektowanya do mocowania konstrukcji tymczasowych.

Rysunek 4: Standardowe nakrętki ściągające do deskowań.

Kotwa wkręcana HUS4-DW posiada Europejską Ocenę Techniczną (ETA 20/0867) [10] dla zamocowań jednorazowych, ocenionych zgodnie z EAD 330232, co umożliwia projektowanie według normy EN 1992-4. Jednocześnie krajowa aprobata (aBG Z-21.8-2137 wydana przez DIBt) [11], dedykowana specjalnie zamocowaniom konstrukcji tymczasowych, pozwala projektantom i wykonawcom na wielokrotne użycie kotwy HUS4 w młodym lub w pełni utwardzonym betonie — w granicach określonych w tej aprobacie.

Oprogramowanie projektowe Hilti oparte na chmurze – PROFIS Engineering – wprowadza nowe funkcje wspierające projektantów w doborze i projektowaniu zamocowań instalowanych w betonie, zarówno dla konstrukcji tymczasowych, jak i stałych. Jak pokazano na rys. 2, dla wybranych typów konstrukcji tymczasowych można wskazać wstępnie zdefiniowane układy z sugerowanymi typami zamocowań, w tym z serii HUS4. Projektowanie zamocowań do zastosowań jednorazowych przebiega podobnie jak w przypadku standardowych zamocowań, a dodatkowo jest wspierane przez funkcję Smart w PROFIS, która umożliwia szybkie i kompleksowe projektowanie zarówno nietypowych, jak i typowych zamocowań dla konstrukcji tymczasowych.

Rysunek 5: Wstępnie zdefiniowane układy konstrukcji tymczasowych w module „Kotwienie do betonu” programu PROFIS Engineering.

Konstrukcje tymczasowe stanowią kluczowy i fundamentalny element każdego projektu budowlanego. Wymagają odpowiedniego projektowania i wykonania poszczególnych podzespołów, porównywalnego z konstrukcjami stałymi, oraz zastosowania tej samej filozofii projektowej. Celem jest skuteczne przekazywanie obciążeń do podłoża nośnego oraz ograniczenie ryzyka awarii. Dostępne wytyczne wspierają branżę w projektowaniu i realizacji tego typu rozwiązań, obejmując także zamocowania, które odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu stateczności oraz prawidłowego przekazywania obciążeń z konstrukcji tymczasowych do fundamentu.

Łącząc standardowy zewnętrzny gwint deskowaniowy 15 mm (ściąg deskowaniowy) z kotwą HUS4 w rozmiarze 16, w dwóch różnych długościach, nowy wariant kotwy HUS4-DW oferuje projektantom i wykonawcom rozwiązanie do mocowania różnych typów konstrukcji tymczasowych z dużym odsunięciem (stand-off) między podłożem a mocowanym elementem, takich jak rusztowania, deskowania, podpory czy barierki ochronne. Dzięki ocenie ETA dla zastosowań jednorazowych oraz krajowej aprobacie DIBt (aBG) dopuszczającej wielokrotne użycie w młodym i w pełni utwardzonym betonie, HUS4-DW został zintegrowany z oprogramowaniem PROFIS Engineering, umożliwiając projektantom i wykonawcom efektywne projektowanie różnorodnych konstrukcji tymczasowych.

Aby rozpocząć projektowanie, odwiedź: https://profisengineering.hilti.com/

[1] Temporary Works Forum (TWf), “Clients' guide to temporary works,” December 2014. [Online]. Available: https://www.twforum.org.uk/viewdocument/clients-guide-to-temporary-works. [Accessed January 2026].

[2] T. Lohmann, “An introduction to temporary works for the structural engineer,” The Structural Engineer, vol. 94, no. 10, pp. 30-31, 2016.

[3]D. Kaminetzky, Design and construction failures: lessons from forensic investigations, New York: McGraw-Hill, 1991.

[4]T. Harris and M. Angelino, “Publicly Available Specifications (PAS) 8812:2016 - Temporary works - Application of European Standards in design - Guide,” British Standards Institution, 2016.

[5] S. P. Chiew and Y. Yu, “Behaviour of strut-waler connections with different stiffening details,” The Structural Engineer, vol. 84, no. 14, 2006.

[6] CEN/TC 250, “Eurocode 1 - Actions on structures Part 1-6: General Actions - Actions during execution,” CEN, Brussels, 2005.

[7] CEN/TC 53, “EN 12811 - Temporary works equipment - Part 1: Scaffolds - Performance requirements and general design,” CEN, Brussels, 2003.

[8] CEN/TC 53, “EN 12812 - Falsework - Performance requirements and general design,” CEN, Brussels, 2004.

[9] CEN/TC 250, “EN 1992-4 - Eurocode 2 - Design of concrete structures - Part 4: Design of fastenings for use in concrete,” CEN, Brussels, 2018.

[10] EOTA, “ETA 20/0867 - Hilti screw anchor HUS4 for use in concrete,” DIBt, Berlin, 2025.

[11] DIBt, “aBG Z-21.8-2137 - Hilti Betonschraube HUS4 für temporäre Befestigungen im Beton,” DIBt, Berlin, 2025.