Tomasz Dubrawski Przemysław Grabarczyk Łukasz Marcinkowski Wojciech Świerczyński

Prefabrykacja stadionów piłkarskich. w Warszawie i PGE Arena Gdańsk

Prefabrication of sadiums. the national in and Pge arena gdansk

Streszczenie

Prefabrykacja betonowa ma szerokie zastosowanie w budownictwie. Brak ograniczeń pogodowych oraz technologicznych, jest w coraz większym stopniu doceniany przez inwestorów i projektantów. Organizacja Mistrzostw Europy w piłce nożnej 2012 wymogła na organizatorach wybudowanie kilku aren piłkarskich oraz inwestycje w infrastrukturę stadionową. Znaczące zastosowanie prefabrykacji betonowej do budowy stadionów znalazło uzasadnienie ekonomiczne i czasowe. W referacie przedstawiono zastosowanie technologii betonu ASCC i SCC w przygo- towaniu i produkcji prefabrykowanych elementów konstrukcyjnych zastosowanych w bu- dowie stadionów piłkarskich Narodowego w Warszawie oraz PGE Arena w Gdańsku.

Abstract

Prefabrication is widely used in construction industry. The lack of weather and techno- logical constraints is more and more appreciated by investors and designers. The fact of organising the 2012 UEFA European Football Championship made the organizers build football and invest in football infrastructure. Time and economical reasons provide justification for a significant use of prefabrication in stadium construction. The paper presents the application of ASCC and SCC concrete technologies in the pro- duction and preparation of prefabricated construction elements used in the construction of two football stadiums, namely the National Stadium in Warsaw and PGE Arena Gdansk.

Tomasz Dubrawski – Consolis Polska Sp. z o.o. Przemysław Grabarczyk – Sika Sp. z o.o. Łukasz Marcinkowski – Pekabex Bet Sp. z o.o. Wojciech Świerczyński – Sika Poland Sp. z o.o. Tomasz Dubrawski, Przemysław Grabarczyk, Łukasz Marcinkowski, Wojciech Świerczyński

1. Wstęp

Organizacja Mistrzostw Europy w piłce nożnej EURO 2012 wymogła na nas wybudowanie szeregu nowych stadionów piłkarskich. Stadiony te muszą być nowoczesnymi obiektami sportowymi, zgodnymi z wymaganiami UEFA, a takowych dotychczas w Polsce nie posiadaliśmy. Jako pierwszy w Polsce zaczął być budowany stadion piłkarski Lech w Poznaniu. Stadion zostanie oddany do użytku latem 2010 roku. Jest to niewątpliwym sukcesem. Podobnie jak Stadion Narodowy czy stadion Wisły Kraków, poznański stadion stawia- ny jest w miejscu stadionu istniejącego. Pozostałe stadiony (w Gdańsku i we Wrocławiu) budowane są od podstaw w nowych lokalizacjach. Wszystkie stadiony piłkarskie budowane dla potrzeb EURO 2012 zaprojektowano jako żelbetowe konstrukcje prefabrykowane, uzupełniane elementami żelbetowych konstrukcji monolitycznych i stalową konstrukcją dachów.

2. Stadiony – podstawowe dane o obiektach 2.1. Stadion Narodowy w Warszawie

Fot. 1. Wizualizacja stadionu

Lokalizacja: Warszawa Pojemność stadionu: 55 000 widzów + 3 750 miejsc specjalnych Parking pod stadionem: 1 800 pojazdów

2 DNI BETONU 2010 Prefabrykacja stadionów piłkarskich. Stadion Narodowy ...

2.2. Stadion PGE Arena w Gdańsku

Fot. 2. Stadion PGE Arena w Gdańsku – Stan budowy stadionu w czerwcu 2010

Lokalizacja stadionu: Gdańsk – Letnica Stadion powstaje w ramach przygotowań do Mistrzostw Europy EURO 2012. Pomieści 44 tysiące widzów, jego wymiary to 236x204x45 metrów. Konstrukcję Stadionu stanowią prefabrykowane ramy żelbetowe ze słupami w roz- stawie maksymalnym 8,0x8,0 m, na których oparto prefabrykowane elementy trybun i monolityczne stropy płytowe. Konstrukcja w przekroju porzecznym przedstawiona jest poniżej.

Rys. 1. Konstrukcja żelbetowa trybun – przekrój w osi 14

DNI BETONU 2010 3 Tomasz Dubrawski, Przemysław Grabarczyk, Łukasz Marcinkowski, Wojciech Świerczyński

3. Zakres kontraktu (produkcja, dostawa i montaż prefabrykatów)

Consolis Polska podjął się dostarczenia kompletu prefabrykatów dla Stadionu PGE Gdańsk Arena stanowiących opisaną wyżej konstrukcję. Zadanie zostało rozdzielone na fabryki Consolis Polska w Gorzkowicach i w Ostrowie Wielkopolskim. Do wyprodukowania było 5 598 elementów o łącznej objętości 11 070 m³ betonu. Prefabrykaty dla Stadionu Narodowego w Warszawie zostały wyprodukowane przez Pekabex Bet i firmy podwykonawcze (Consolis Polska, Comfort, Betonex, Kokoszki). Łącznie dostarczono 2112 sztuk prefabrykatów.

4. Beton 4.1. Podstawowe wymagania zawarte w dokumentacji Wymagania dla betonów stosowanych do produkcji poszczególnych typów prefabryka- tów, zawarte w dostarczonej dokumentacji (opis techniczny, szczegółowa specyfikacja techniczna) były określone wg. PN-EN 2061:2003. Dla wszystkich w/w elementów jakość powierzchni została określona jako „beton architektoniczny licowy” – przykładowo dla Stadionu PGE Arena Gdańsk szczegółowe informacje w tabeli poniżej.

Tabela 1. Szczegółowe wymagania dotyczące betonu architektonicznego dla Stadionu PGE Arena Oznaczenie Lp. Opis wymagania wymagań Klasa betonu: powierzchnie betonowe o przeciętnych (normal- 1. SB 2 nych) wymaganiach Tekstura: w większości powierzchnia jednolita, na styku desko- 2. T 2 wań dopuszczalny wypływ fazy płynnej betonu do ok. 20 mm szerokości i 10 mm głębokości, oraz klawiszowanie do 6 mm Klasa porowatości: suma powierzchni pęcherzyków powietrza o przekroju od 2 mm do 15 mm do ok. 2600 mm2 (d ≥ 15 mm jest 3. P 2 defektem, d ≤ 2 mm nie są liczone) w referencyjnej powierzchni betonu architektonicznego o wy- miarach 500x500 mm Równomierność odcienia koloru: ciemne i jasne powierzchnie 4. FT 2 dozwolone; składniki betonu z jednorodnego źródła

4.2. Projekt mieszanki betonowej, próby w skali laboratoryjnej Po analizie wymagań dotyczących betonu, zdecydowano się na zaprojektowanie jedne- go rodzaju mieszanki, której parametry pozwoliłyby na spełnienie najwyższych z nich wymienionych dla poszczególnych rodzajów elementów, tj.: –– klasa wytrzymałości betonu: C40/50 (PN-EN 206-1:2003) –– klasy ekspozycji: XC4; XF2; XS1 (PN-EN 206-1: 2003)

4 DNI BETONU 2010 Prefabrykacja stadionów piłkarskich. Stadion Narodowy ...

–– głębokość penetracji wody pod ciśnieniem: nie większa niż 30 mm (PN-EN 12390- 8:2001); –– mrozoodporność: F150 (wg PN-88/B-06250). Dodatkowo, mając na uwadze m.in. tempo rotacji form, pozwalające na spełnienie wymagań dotyczących harmonogramu dostaw, założono uzyskanie następujących pa- rametrów: –– czas dojrzewania (osiągnięcie wytrzymałości do rozformowania 35 MPa): 16 godzin;

Taki czas dojrzewania pozwolił na formowanie jednego elementu dziennie na jednej formie (praca odbywała się na trzy zmiany, na rozformowanie, przezbrojenie, czyszczenie, zazbrojenie formy i betonowanie przeznaczone było 8 godzin). W produkcji powszechne jest stosowanie mieszanek SCC i ASCC o rozpływach w zakresie 50-65 cm. Nie inaczej postanowiono zaprojektować mieszankę na Stadion Narodowy – średnica rozpływu wahała się w granicach 45-50 cm. Taka konsystencja umożliwia układanie betonu niemal bez wibracji – kilkusekundowa (4-5 sekund) wibracja za pomocą wibratora wgłębnego nie powoduje segregacji betonu.

Fot. 3. Jedna z projektowanych wersji mieszanki – rozpływ 48 cm

W tabeli 2 zaprezentowany jest skład recepty zastosowanej do produkcji elementów prefabrykowanych Stadionu Piłkarskiego w Gdańsku.

DNI BETONU 2010 5 Tomasz Dubrawski, Przemysław Grabarczyk, Łukasz Marcinkowski, Wojciech Świerczyński

Tabela 2. Skład mieszanki – prefabrykaty Stadionu Piłkarskiego w Gdańsku (konstrukcja trybun) ilość [kg] CEM I 52.5R 420 Piasek 0-2 mm 673 Grys granitowy 2-8 mm 476 Grys granitowy 8-16 mm 685 SIKA VC EPL2 4,4 SIKA LPS A 94 0,84 Woda 152

Specyfikacja zawiera również wymaganie osiągnięcia mrozoodporności F150, co prowadziło w rezultacie do konieczności przedstawienia wyników badań: –– zawartości powietrza – na bieżąco, codziennie podczas produkcji, jako optymalną przyjęto zawartość powietrza na poziomie 4%, z tolerancją +/- 0,5% –– mrozoodporności F150 – co najmniej trzy razy w trakcie trwania całego projektu;

Mając na uwadze wymagania dotyczące mrozoodporności, zdecydowano się na wprowadzenie odpowiedniej ilości powietrza (o odpowiedniej jakości), stosując w tym celu środek napowietrzający Sika LPS A 94.

4.3. Próby w skali produkcyjnej Po osiągnięciu pozytywnych wyników badań świeżej mieszanki (głównie – osiągnięcie i ustabilizowanie właściwego napowietrzenia) próby były kontynuowane w skali pro- dukcyjnej. Należało uwzględnić różnice w sposobie przygotowania, transportu, oraz układania mieszanki betonowej, mogące mieć wpływ m.in. na poziom napowietrzenia. Wymiary próbek wykonywanych w warunkach produkcyjnych to około 0.5x1,0x1,0 m. Taka objętość próbki pozwalała na wizualną ocenę powierzchni betonu.

Fot. 4. i 5. Próby w skali produkcyjnej

6 DNI BETONU 2010 Prefabrykacja stadionów piłkarskich. Stadion Narodowy ...

4.4. Klika słów na temat Planu Jakości Stosowany przez producentów plan jakości dla elementów żelbetowych i strunobetono- wych został zmodyfikowany w drodze konsultacji z klientem (Hydrobudowa Polska / BIEG 2012). Inwestor domagał się uszczegółowienia szeregu procedur. W efekcie prowa- dziło to do zwiększenia ilości badań koniecznych do wykonania. Podobny nadzór laboratoryjny prowadzony jest na Stadionie Narodowym, a uzyskane wyniki betonu stwardniałego są tu potwierdzeniem. Wyniki wytrzymałości na ściskanie. Klasa betonu Data pobrania Wynik po 14 h Wynik po 28 d Temperatura w MPa w MPa betonu w oC 28.11.2009 21 71 16 B 60 09.12.2009 20 69 15 Trybuny, rygle, słupy 11.02.2010 18 69 13 23.03.2010 21 70 15 29.04.2010 24 72 18

Badanie zawartości powietrza w mieszance: Badanie wykonywano na węźle przed rozpoczęciem produkcji i wyrywkowo w trakcie produkcji każdego dnia, średnia wartość wynosiła ok. 4,5%.

Nasiąkliwość: Średnia wartość z serii wykonanych prób oscylowała na poziomie 4,65% Konsystencja: Konsystencję badano opadem stożka Abramsa. Wartość żądania 19-20 cm, rozpływ ok. 50 cm

5. Produkcja 5.1. Formowanie elementów

Rys. 2. Przekrój elementu typu H (Stadion Narodowy w Warsza- wie)

DNI BETONU 2010 7 Tomasz Dubrawski, Przemysław Grabarczyk, Łukasz Marcinkowski, Wojciech Świerczyński

Różnorodność typów oraz kształtów elementów wymagała budowy specjalistycznych form, umożliwiających wykonanie produktu w jak największym standardzie, z zacho- waniem tolerancji wymiarowych. Elementy trybun formowane były w pozycji „odwróconej”, tj. powierzchnia od formy, po obróceniu elementu, stanowiła górną powierzchnię elementu po wbudowaniu. Płaszcz formy był stalowy, elementy boczne wykonywane były ze sklejki. Efektem dobrej jakości form były wykonane w nich elementy prefabrykowane.

Fot. 6. Przykład prefabrykatu trybun o złożonym kształcie – magazyn Consolis Polska (Zakład Gorzkowice)

5.2. Produkcja w okresie zimowym

Największe obciążenie produkcyjne przypadło na okres zimowy. Aby dotrzymać reżimu produkcyjnego należy zapewnić warunki umożliwiające utrzymanie wytrzymałości na poziomie 15-20 MPa po upływie 12-14 godzin. Stosowany superplastyfikator typu PCE umożliwił redukcję stosunku w/c do poziomu 0,39 przy zachowaniu odpowiedniej urabialności mieszanki betonowej. Dodatkowo do produkcji stosowano ciepłą wodę o temperaturze do 50ºC. Kruszywa, głównie piasek, były podgrzewane w silosie. Zabiegi te umożliwiły wydanie betonu do produkcji o temperaturze ok. +15ºC, przy temperaturze zewnętrznej -10ºC do -15ºC. Temperatura na hali produkcyjnej oscylowała w tym czasie pomiędzy +6ºC a +13ºC. Konieczne okazało się zastosowanie dmuchaw pod formą oraz przekrycie formy po zabetonowaniu, tworząc swoisty namiot. Całość czynności pozwoliła sprostać wymaganiom produkcji pod kątem szybkości rotacji form, przy zachowaniu wysokiej jakości elementów. Aby zapewnić odpowiednią pielęgnację elementy po wyciągnięciu z formy okrywane były folią. Ewakuacja na magazyn następowała dopiero po całkowitym wystygnięciu elementu, tak aby uniknąć dużej różnicy temperatur i konsekwencji skurczu. W celu ochrony elementu przed wpływem czynników atmosferycznych, głównie śniegu i marznącego deszczu, zabezpieczono elementy folią.

8 DNI BETONU 2010 Prefabrykacja stadionów piłkarskich. Stadion Narodowy ...

Fot. 7. i 8. Składowanie elementów (produkcja „zimowa” Pekabex Bet)

5.3. Belki podtrybunowe Belki będące oparciem dla elementów trybun w większości charakteryzowały się długością około 20 metrów. Przekrój belki był zmienny – dla części załamanej najczęściej 50x70 cm, dla części skośnej – 50x92 cm. Dodatkowo część skośna (spadek około 30º) część ta była lekko „wklęsła”.

Fot. 9. Belka podtrybunowa – składowanie na magazynie (betonowana w tej samej pozycji) – Consolis Polska

5.4. Antyadhezja Kolejnym etapem było dostosowanie środka antyadhezyjnego do typu produkcji. W trakcie produkcji w trakcie produkcji wykonano wiele prób porównawczych mających na celu wytypowanie produktu, który dawał najlepsze efekty. Analizowano również sposób nanoszenia, czas potrzebny na wyschnięcie, czy wydajność.

DNI BETONU 2010 9 Tomasz Dubrawski, Przemysław Grabarczyk, Łukasz Marcinkowski, Wojciech Świerczyński

Fot. 10. i 11. Dobrze i źle dobrany środek antyadhezyjny

5.5. Kontrola produkcji Produkcja była kontrolowana systemowo zgodnie z opracowaną księgą jakości. W rezul- tacie wyprodukowane elementy spełniały oczekiwania zamawiającego.

Foto. 12. i 13. Gotowe produkty Pekabex Bet

6. Edukacja załogi

Bardzo ważnym elementem podczas przygotowania produkcji było przygotowanie osób biorących bezpośredni udział przy produkcji elementów. Uświadamianie załogi było ogromnym wyzwaniem dla całej kadry kierującej, a uzyskane efekty warte były poświęconego czasu. Edukacja załogi obejmowała nie tylko przygotowanie pracownika do wykonywania poszczególnych czynności, lecz również utożsamienie pracownika ze świadomością budowy ważnego dla całej społeczności obiektu.

10 DNI BETONU 2010 Prefabrykacja stadionów piłkarskich. Stadion Narodowy ...

7. Różnice w kolorystyce – największy problem!

Chcąc spełnić wymagania dotyczące betonu architektonicznego, trzeba mieć również na uwadze zapisy dotyczące równomierności koloru. Według doświadczeń Consolis Polska ten parametr był najtrudniejszy do osiągnięcia. Mechanizmy decydujące o różnej kolorystyce betonu (przy stosowaniu tej samej recepty) nie są do końca poznane i były przedmiotem wielu dyskusji. Ogólnie można zakładać, że kolor elementu jest zmienny w czasie i może zależeć od wieku elementu, temperatury podczas betonowania, tempe- ratury podczas składowania oraz warunków składowania (pod dachem lub wystawione na działanie deszczu / słońca). Pomimo wielu trudności (w większości opisanych powyżej) obecnie (czerwiec 2010) Consolis Polska jest na końcowym etapie dostaw na stadion PGE Arena Gdańsk.

8. Efekt końcowy – zmontowane prefabrykaty

Fot. 14. Zamontowane elementy stadionu

9. Wnioski

Zastosowanie technologii ASCC i SCC w opisanych przykładach produkcji elementów prefabrykowanych pozwoliło rozwiązać skomplikowane problemy technologiczne, or- ganizacyjne i produkcyjne z dobrym rezultatem. Uzyskane efekty wymagały od autorów receptur i technologów wiele pracy zarówno teoretycznej, jak i wykonania wielu prób. W efekcie uzyskano jednak niewątpliwy sukces.

Nadmienić należy, że technologie ASCC i SCC wymagają posiadania: –– nowoczesnych wytwórni betonu –– dobrze wyszkolonej obsługi betonowni –– wysokiej jakości stosowanych materiałów –– współpracy z dobrym laboratorium budowlanym –– technologii transportu, deskowań, układania, wykańczania powierzchni świeżego betonu oraz jego pielęgnacji przez firmę wykonawczą

DNI BETONU 2010 11 Tomasz Dubrawski, Przemysław Grabarczyk, Łukasz Marcinkowski, Wojciech Świerczyński

Pod względem ekonomicznym technologie ASCC okazują się konkurencyjne w stosun- ku do technik tradycyjnych przede wszystkim z powodu stosunkowo łatwego układania betonu o niskim wskaźniku w/c przy przewozie betonu nawet na większe odległości, czy przy betonowaniu betonem o wyższej temperaturze w okresie letnim. Technologie SCC są technologiami trudnymi a przez to stosunkowo kosztownymi. W przyszłości dla ograniczenia hałasu mogą być wprowadzane do zakładów prefabryka- cji. Efekty ekonomiczne polegające na oszczędności eliminacja wibrowania (hałas, koszt wibratorów) oraz bardzo wysoka jakość zewnętrznych powierzchni betonu przekonują coraz bardziej do stosowania tej technologii.

12 DNI BETONU 2010