Miesięcznik Murator ONLINE

logowanie

Prefabrykaty betonowe do systemów kanalizacyjnych i odwodnieniowych

Zharmonizowane prawodawstwo unijne – wyroby budowlane – betonowe elementy sieci kanalizacyjnych

Właściwości użytkowe prefabrykatów betonowych i żelbetowych stosowanych do budowy systemów kanalizacyjnych kształtowane są zapisami zharmonizowanego prawodawstwa unijnego. Podstawowym aktem tego systemu prawnego w odniesieniu do wyrobów budowlanych jest Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 305/2011 z dnia 9 marca 2011 r., ustanawiające zharmonizowane warunki wprowadzania do obrotu wyrobów budowlanych i uchylające dyrektywę Rady 89/106/EWG [1]. Akt ten reguluje także zasady stosowania znaku CE i jest określany również skrótem CPR (Construction Product Regulation). Wytyczne dla systemów kanalizacji zawarte są w normie PN-EN 476:2012 „Wymagania ogólne dotyczące elementów stosowanych w systemach kanalizacji grawitacyjnej” [2]. W odniesieniu do betonowych i żelbetowych elementów systemów kanalizacyjnych muszą być spełnione wymagania norm PN-EN 1917:2004 + AC:2009 „Studzienki włazowe i niewłazowe z betonu niezbrojonego, z betonu zbrojonego włóknem stalowym i żelbetowe” [3] oraz PN-EN 1916:2005 + AC:2009 „Rury i kształtki z betonu niezbrojonego, zbrojonego włóknem stalowym i żelbetowe” [4]. W zakresie elementów betonowych i żelbetowych istotna jest także norma PN-EN 206:2014 „Beton-Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność” [5].
Ww. normy określają poziom właściwości użytkowych elementów stosowanych do budowy sieci kanalizacyjnych. Wymagania użytkowe, jakie stawia się sieciom to przede wszystkim szczelność oraz odpowiednia wytrzymałość i trwałość. Ich spełnienie powinno gwarantować długotrwałą, bezawaryjną i bezpieczną dla środowiska naturalnego eksploatację.

Zakres zastosowania

Normy [2], [3] i [4] swoim zakresem obejmują elementy przeznaczone do stosowania w przewodach kanalizacyjnych, drenażowych i kanałach ściekowych (najczęściej podziemnych), służących do odprowadzania ścieków, wód opadowych i powierzchniowych, w sposób grawitacyjny lub sporadycznie pod niskim ciśnieniem (≤40 kPa)1. Studzienki rewizyjne wykorzystywane są do łączenia rurociągów oraz zmiany kierunku i/lub poziomu przepływu, a także umożliwiają dostęp personelu i/lub urządzeń w celu kontroli i konserwacji, oraz napowietrzanie i wentylację2. Norma [3] obejmuje swym zakresem studzienki włazowe o przekroju kołowym i średnicy wewnętrznej nieprzekraczającej DN 1250 mm oraz LN 1250 mm o przekroju eliptycznym lub prostokątnym. Podobne ograniczenie zwarte jest w normie [4], która dotyczy rur o przekroju kołowym i średnicy wewnętrznej nieprzekraczającej DN 1750 mm oraz WN/HN 1200/1 800 o przekroju jajowym3.
Kolektory kanalizacyjne zbudowane z prefabrykatów betonowych i żelbetowych zazwyczaj są montowane w obszarach ruchu kołowego i/lub pieszego, tj. pod jezdniami, na terenie parkingów i utwardzonych poboczy, gdzie poddawane są wpływom obciążeń dynamicznych od ruchu pojazdów kołowych. Posadowione liniowo w gruncie są także narażone na działanie siły wyporu nawodnionego podłoża gruntowego oraz zmiennych sił ściskających, działających osiowo i poprzecznie.

Rys. 1. Przykładowe konstrukcje studzienek kanalizacyjnych zgodnych z PN-EN 1917:2004 Fot.: archiwum SPEBK

Wytrzymałość i szczelność betonowych studzienek kanalizacyjnych

Wytrzymałość betonowych i żelbetowych elementów studzienek kanalizacyjnych określona jest w normach [2] i [3]. Parametry wytrzymałościowe dotyczą minimalnych wytrzymałości betonu na ściskanie, kręgów na zgniatanie oraz elementów redukujących i przykrywających (tj. zwężek, elementów przykrywowych i płyt pokrywowych) na obciążenia pionowe.
W punkcie 4.2.2 normy [3] minimalna wytrzymałość betonu na ściskanie określona jest na poziomie nie mniejszym niż 40 MPa (N/mm2). Zgodnie z punktem 6.8 [3] wymóg ten dotyczy betonu w podstawie dennicy (rys. 1, element nr 1), elementów przykrywających i redukujących (rys. 1, elementy nr 4, 5, 7) oraz pierścieni wyrównujących (rys. 1, element 8)4. Badanie wykonuje się na odwiertach rdzeniowych pobieranych z gotowych wyrobów po 28 dniach dojrzewania, co odzwierciedla ich faktyczną wytrzymałość. 40 MPa na odwiercie w kształcie walca o wym. 100/100 mm nie znajduje jednak bezpośredniego odpowiednika w klasyfikacji normy [5]5. Plasuje się między C30/37 a C35/45. Jeśli producent deklaruje klasę betonu C35/45, to oznacza, że o 5 MPa przewyższa wymaganie normowe.
Kręgi (rys. 1, element nr 2), będące elementami komory roboczej i trzonu studzienki, nie są objęte wskazanym powyżej wymaganiem. Norma [3] w punkcie 6.4 zobowiązuje producentów do badania ich wytrzymałości na zgniatanie zgodnie z metodą podaną w załączniku A. Wyniki zaś wyraża się jako klasę wytrzymałości na zgniatanie, tj. „minimalne obciążenie zgniatające w kiloniutonach na metr, podzielone przez jedną tysięczną wielkości nominalnej (DN) lub długości nominalnej (LN) elementu”6. Norma [3] nie określa minimalnej wartości dla tego parametru. Dla wytrzymałości na zgniatanie elementów sztywnych o przekroju kołowym wyznaczona jest przez normę [2] na poziomie 25 kN na metr długości elementu7. Badania wykonywane według załącznika A w ramach programu Znak Jakości QSPEBK pokazały, że klasa wytrzymałości na zgniatanie osiągana dla betonowych kręgów DN 1000 waha się między 84 a 103, co oznacza, że obciążenie niszczące dla tego badania wynosi od 84 do 103 kN/m. Są to wartości, które gwarantują wystarczającą wytrzymałość w posadowieniach do głębokości co najmniej 6 metrów, bez potrzeby zbrojenia stalą.
Trzecim wymaganiem dotyczącym wytrzymałości betonowych studzienek kanalizacyjnych jest określony w [2] i [3] minimalny poziom wytrzymałości na obciążenia pionowe elementów redukujących i przykrywających, tj. zwężek, elementów przykrywających i płyt pokrywowych. W przypadku produktów zainstalowanych w obszarach dróg przeznaczonych dla wszystkich rodzajów pojazdów kołowych, minimalne obciążenie (tj. siła niszcząca) powinno wynosić 300 kN8. Dla osi pojazdu określone jest na poziomie 115 kN, co daje 57,5 kN na koło, pomnożone przez współczynnik dynamiczny 1,325 i współczynnik bezpieczeństwa 1,5 = 114,28 kN. Wymaganie normowe zapewnia tym samym ponad 2,5-krotny zapas nośności elementów zwieńczenia studzienek. Oznacza to, że stosowanie dość popularnych jeszcze w Polsce, a niezgodnych z [3] (patrz rys. 1), pierścieni odciążających jest zbędne. Opisane powyżej parametry dotyczą części składowych studzienki. O odpowiedniej wytrzymałości konstrukcyjnej całości w dużym stopniu decydować będzie charakterystyka geometryczna poszczególnych elementów, tolerancje wymiarowe profili złączy, stosowanie właściwych uszczelnień oraz prawidłowy montaż.

  • powieksz
    Prefabrykaty betonowe do systemów kanalizacyjnych i odwodnieniowych
    Złącze z uszczelką elastomerową Fot.: archiwum SPEBK
  • powieksz
    Prefabrykaty betonowe do systemów kanalizacyjnych i odwodnieniowych
    Złącze z uszczelką elastomerową

Połączenie studzienki z rurociągiem za pomocą zaprawy Fot.: archiwum SPEBK

Poprawna charakterystyka geometryczna (dla studzienek o przekroju kołowym) to przede wszystkim bezwzględna kołowość przekroju poprzecznego oraz równoległość płaszczyzn złącza górnego i dolnego dennic, a także górnego kręgów i zwężek. Rys. 2. przedstawia profil złącza, którego szczelność gwarantuje elastomerowa uszczelka osadzona na jego części pionowej. Obciążenia przenoszone są przez poziomą płaszczyznę około połowy grubości ściany kręgu i/lub dennicy od jej zewnętrznej strony.
Ścianka studzienki DN 1000 ma 120 mm grubości. Obciążenia przenosi zatem pierścień o średnicy zewn. 1240 i szerokości 60 mm, co daje powierzchnię podparcia równą 2223 cm2. Przy normowej odporności betonu na ściskanie na poziomie ≥40 MPa, tj. wytrzymałości obliczeniowej wynoszącej ok. 190 kg/cm2, i wskazanej powierzchni podparcia, nośność ścian studzienki przy zastosowaniu powyżej przedstawionych profili złączy to 422,4 tony (2223 cm2 x 190 kg/cm2 9 = 422 370 kg). Umieszczona w taki sposób uszczelka nie zakłóca przenoszenia obciążeń i podczas montażu umożliwia elementom studzienki „zejście” do pozycji pełnego, skutecznego konstrukcyjnie podparcia. Ma to ogromne znaczenie zwłaszcza dla studzienek eksploatowanych w pasach drogowych obciążonych ruchem kołowym. Dynamicznie oddziaływujące siły nie spowodują tu tzw. „dobicia” złączy, co z kolei zapobiegnie zmianie rzędnej włazu. Aby zachować normową szczelność wynoszącą 50 kPa (0,5 bar lub około 5 m słupa wody) przy utrzymaniu ciśnienia przez 15 min10 oraz umożliwić przenoszenie obciążeń równomiernie na całym obwodzie studzienki, profile złączy powinny zachować tolerancje wymiarów na przedstawionym poniżej poziomie:
• wysokość i średnica z??cza górnego dla DN 1000 ? 2 mm, 1200?? 3 mm, 1500?2000 ? 4 mm;
ć i średnica złącza górnego dla DN 1000 – 2 mm, 1200 – 3 mm, 1500–2000 – 4 mm;
• wysokość i średnica z??cza dolnego dla DN 1000 ? 1 mm, 1200?? 1 mm, 1500?2000 ? 1,5 mm.
ć i średnica złącza dolnego dla DN 1000 – 1 mm, 1200 – 1 mm, 1500–2000 – 1,5 mm.
Taki poziom przyjęty jest w ramach programu Znak Jakości QSPEBK.
Zejście elementów studzienki do pełnego podparcia na złączu przy zastosowaniu uszczelki elastomerowej będzie możliwe tylko dzięki użyciu pasty poślizgowej. Powinna zostać rozsmarowana na dolnym zamku nakładanego z góry kręgu i na samej uszczelce. Umożliwi to prześliźnięcie się betonowego elementu złącza po elastomerowej uszczelce i krąg zejdzie do pełnego podparcia pod własnym ciężarem (pod warunkiem zachowania bezwzględnej kołowości przekroju obu kręgów). Jeśli nie zastosujemy środka smarnego, uszczelka będzie skutecznie blokować zejście się zamka górnego i dolnego złącza kręgów. Z doświadczeń reklamacyjnych producentów wynika, że w takiej sytuacji ekipy budowlane próbują niekiedy dociskać kręgi łyżką koparki, co często powoduje ich pękanie. Czasem też usuwają uszczelki, ponieważ według nich uniemożliwiają montaż studzienek. Natomiast wystarczy pamiętać, że złącze z uszczelką elastomerową wymaga użycia środka smarnego, najlepiej dostarczonego przez producenta studzienek. Smarowanie np. przepracowanym olejem silnikowym nie jest dopuszczalne ze względu na degradację elastomeru. Dobrze jest też zaraz po założeniu kręgu na górny zamek, jeszcze przed smarowaniem, „ostrzelać” uszczelkę, tzn. naciągnąć w kilku miejscach i puścić, aby „strzeliła” o beton. W ten sposób naprężenie obwodowe w miarę się wyrówna, co pomoże w utrzymaniu szczelności. Próbę szczelności należy przeprowadzić po co najmniej 2–3 godzinach od złożenia studzienki. Przed upływem tego czasu uszczelka nie zdąży się równomiernie odprężyć po nasuwaniu górnego kręgu. W różnych miejscach może być mniej lub bardziej zwinięta/ściśnięta ku dołowi. Środek smarny na betonie i na niej samej umożliwi jej odwinięcie się i „wyrównanie” do odpowiedniej pozycji, ale dopiero po upłynięciu wspomnianych 2–3 godzin.
Bezwzględna szczelność jest także wymagana na złączu dennicy z rurociągiem. W [3] wymaga się, aby uszczelki tam stosowane były zgodne z PN-EN 681-1:2002 + A3:2006. Podstawową i najważniejszą cechą tych uszczelnień jest elastyczność, niezbędna do kompensacji sił ścinających, które zawsze będą pojawiać się tam, gdzie ciężka studzienka zostanie połączona z lekkim rurociągiem. Do wykonania tego typu połączeń niedopuszczalne jest stosowanie zapraw, jak na zdjęciu nr 1. W taki sposób przygotowane przejście nie jest szczelne. Nawet mały przeciek w perspektywie kilku lat spowoduje zmianę parametrów zagęszczenia gruntu w strefie posadowienia studzienki, w konsekwencji czego zacznie ona osiadać. Tego typu rozwiązania zastępcze i opisane wyżej kłopoty ze składaniem poszczególnych elementów studzienek są najczęstszą przyczyną ich osiadania i zmiany rzędnej włazów.

Partnerzy serwisu

To dzięki tym firmom możemy realizować Wasze potrzeby i zainteresowania

border_left border_right