Elastyczne rury z tworzyw termoplastycznych w kanalizacji (2). Współpraca z gruntem

Za podstawowe kryterium wskazano występowanie awarii oraz związane z tym oddziaływanie systemu kanalizacyjnego na środowisko wyrażające się występowaniem eksfiltracji lub infiltracji. Badania zagrożenia dla środowiska rozważano w obszarach zdefiniowanych w zależności od warunków hydrogeologicznych, w tym poziomu wody gruntowej i rodzaju gruntu, a także od gęstości zabudowy i zaludnienia oraz rodzaju systemu kanalizacyjnego. Analiza numeryczna telewizyjnych inspekcji sieci ułożonych w gruncie, w tym systemów z elastycznych rur z tworzyw termoplastycznych (PVC, PE i PP) oraz systemów z tradycyjnych rur sztywnych (betonowych i kamionkowych) pozwoliła na podsumowanie obserwacji w odniesieniu do obu kategorii systemów kanalizacyjnych w oparciu m.in. o następujące wskaźniki:

* wskaźnik udziału uszkodzonych odcinków (pomiędzy studzienkami) w całości sieci wyliczany jako:

∑ ilość odcinków sieci z usterkami /∑ ogólna ilości odcinków badanych sieci [%]

* wskaźnik ilości usterek na kilometr sieci wyliczany jako:

∑ ilość uszkodzeń wszelkiego typu /∑ ogólna długość sieci [szt./km]

Zaobserwowano, że w praktyce istnieje więcej okoliczności mogących spowodować nieszczelność przewodów sztywnych niż przewodów elastycznych. Wśród tych okoliczności wiodąca jest opisana powyżej[m1] w poprzedniej części artykułu szczegółowo dynamika stosunków gruntowo-wodnych rozumiana jako ciąg przyczynowo-skutkowy o szeregu poważnych konsekwencji.

W wyniku badań odnotowano ponadto następujące obserwacje:

* rury sztywne są bardziej wrażliwe na zmiany warunków gruntowych, a przekroczenie obciążenia w ich przypadku częściej prowadzi do pęknięć, zapadnięć oraz nieszczelności,

* rury elastyczne są mniej zagrożone utratą stateczności i szczelności pod wpływem obciążeń i potwierdzono, że kształtki i połączenia elementów systemu kanalizacyjnego z tworzyw termoplastycznych mają mniejsze tolerancje wymiarów, co zapewnia im bardziej szczelne połączenia.

W oparciu o skalę stwierdzonych uszkodzeń, analizę mechanizmów ich powstawania, a także ocenę ryzyka wpływu systemów kanalizacyjnych na środowisko w opracowaniu sformułowano zalecenia prowadzące do ich zminimalizowania:

* stosowanie rur z tworzyw termoplastycznych znacznie zmniejsza ryzyko niekorzystnego wpływu systemu na środowisko,

* kierując się trwałością, wytrzymałością, kosztami eksploatacji oraz zasadami zrównoważonego rozwoju przy wyborze materiałów do wykonania sieci kanalizacyjnych,             powinno się wybierać materiały elastyczne, które są dużo lepsze od materiałów tradycyjnych – sztywnych,

* obligatoryjne inspekcje telewizyjne przy montażu sieci kanalizacyjnych oraz okresowo podczas eksploatacji są skutecznym standardem prowadzącym do skutecznej poprawy jakości wykonawstwa oraz zmniejszenia negatywnego wpływu na środowisko.

Stwierdzono, że stosowanie systemów elastycznych wpływa na poprawę trwałości, wytrzymałości przewodów, szczelności systemów kanalizacyjnych, zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych oraz zmniejsza negatywne oddziaływanie systemów kanalizacyjnych na środowisko.

Systemy kamionkowe są systemami sztywnymi nawet jeśli próbuje się je wyposażyć w elastyczne połączenia. Lokalne uelastycznienie systemu kanalizacyjnego tylko w niewielkim stopniu pozwala dostosować się do zmian gruntów, powodując załamania w świetle przewodu, zaleganie osadu i zmianę przepływów hydraulicznych. Często system kamionkowy traci szczelność, co prowadzi do eskalacji w czasie negatywnych zjawisk. Systemy tworzywowe dostosowują się do tych warunków w znacznie większym zakresie, nie tracąc stateczności oraz zachowując szczelność. Również pogorszenie warunków hydraulicznych ma dużo mniejszy zakres niż w systemach sztywnych, z krótkich odcinków rur.

Zbieżne doświadczenia dotyczące potrzeby elastycznego zachowania elementów systemów kanalizacyjnych reprezentowane są w Polsce przez inwestorów i eksploatatorów z terenów objętych oddziaływaniem eksploatacji górniczej. Trudne warunki jednoznacznie weryfikują znaczenie elastyczności w systemach kanalizacyjnych jako pierwszoplanowej, niezbędnej właściwości systemu kanalizacyjnego.

Różnica w przenoszeniu obciążeń Istotną różnicą pomiędzy systemami elastycznymi i sztywnymi jest również kwestia wytrzymałości i przenoszenia obciążeń. Rury tworzywowe nie przenoszą obciążeń same, lecz współpracują z gruntem, podczas gdy rury sztywne muszą mieć wysoką wytrzymałość odpowiadającą z nadmiarem spodziewanym obciążeniom statycznym i dynamicznym. Niezależnie od tego, że wypełnieniu wykopu oraz posadowieniu rur sztywnych stawia się bardzo wysokie wymagania, to udział gruntu w przenoszeniu obciążeń przez te rury jest znikomy. Dla rur sztywnych ułożonych w gruncie rozkład obciążeń charakteryzuje się dużymi koncentracjami w górnej i dolnej strefie rury, szczególnie gdy grunt został słabo zagęszczony w strefach bocznych rury. Jest to bardzo niekorzystne, ponieważ momenty zginające w najbardziej wytężonych przekrojach mogą przyjąć wartości ekstremalne, które prowadzą do zniszczenia rur.

Przy zastosowaniu tworzyw sztucznych w kanalizacji występuje zmniejszenie obciążenia nad rurą i zwiększenie nacisków na grunt po jej obu stronach. W przypadku rur elastycznych ośrodek gruntowy stanowi nie tylko obciążenie przewodu, ale przede wszystkim bierze udział w przenoszeniu obciążeń. W rezultacie zmniejszeniu ulegają ekstremalne wartości momentów zginających decydujących o wielkości naprężeń i ugięć oraz nośności przekrojów rur. Dzięki temu następuje poprawa rozkładu obciążeń przez zbliżenie go do optymalnego – równomiernie rozłożonego wokół przekroju. W ten sposób pozornie „słabe” rury elastyczne wykazują zdolność do przenoszenia obciążeń większych niż wytrzymałe rury sztywne.

Warunki montażu Jako przewagę przy porównywaniu obu systemów wskazać można również zalecane warunki montażu oraz koszty organizacji robót.

Systemy kamionkowe wymagają zdecydowanie wyższych standardów, jeśli chodzi o zapewnienie warunków posadowienia, podparcia rurociągów, jak również rodzaj gruntów i zagęszczenie obsypki i zasypki.

Warunki montażu, dopuszczalne grunty obsypki dla systemów tworzywowych wskazuje norma PN-ENV 1046. W przypadku rur tworzywowych dopuszczalne grunty podłoża to grunty klas 1-4. Rury kamionkowe wymagają gruntów klas 1-2. W przypadku rur kamionkowych wymagane są grubsze warstwy podsypki piaskowej lub żwirowej. Często wymagane jest podparcie w postaci betonowych płyt fundamentowych – tzw. łoża lub też wzmocnienie podłoża gruntowego poprzez zastosowanie geowłókniny. Rury tworzywowe wymagają mniejszych warstw podsypki i obsypki, dopuszczają niższe stopnie zagęszczenia. Ponadto w przypadku stosowania rurociągów z PVC wymagane są mniejsze szerokości wykopu w porównaniu z rurami kamionkowymi, a jako materiał zasypki dopuszczalne są grunty rodzime z wykopu.

Kolejne oszczędności przy realizacji rurociągów z PVC wynikają z organizacji budowy. Z uwagi na krótszy czas montażu rurociągów tworzywowych znacząco krótsze są też czasy odwadniania wykopów w razie występowania wody gruntowej, czasy zajęcia pasa drogowego i związane z tym opłaty, które ponosi wykonawca i które wlicza w koszt inwestycji.

Bardzo często wybór kanalizacji z rur PVC zamiast rur kamionkowych generuje dodatkowe oszczędności w realizacji robót ziemnych oraz po stronie kosztów organizacji budowy.

Wnioski  Zastosowanie tworzyw sztucznych w systemach kanalizacyjnych pozwala na korzystanie z zalet elastyczności. Systemy elastyczne dostosowują się do zmiennych warunków gruntowo-wodnych, co prowadzi do mniejszej liczby uszkodzeń i awarii w porównaniu do systemów sztywnych. Systemy elastyczne w mniejszym stopniu niż systemy sztywne oddziaływają na środowisko – wykazują mniej pęknięć, zapadnięć.

Oprócz zaleceń wynikających z badań systemów kanalizacyjnych wskazujących na potrzebę stosowania w gruntach systemów elastycznych w oparciu o doświadczenia z polskiego rynku sformułować można następujące zalecenia:

* im większy zakres robót, krótszy wymagany czas wykonania inwestycji, im trudniejsze, bardziej nawodnione są grunty, tym bardziej należy stosować systemy z tworzyw, w tym z PVC i wykorzystywać korzyści wynikające z ich elastyczności. Decyzję o zastosowaniu systemów z kamionki trzeba podejmować ze świadomością, że w każdym z tych wypadków wykonanie robót będzie trudniejsze, bardziej czasochłonne, towarzyszyć będą mu dłuższe czasy odwadniania wykopów oraz zajęć pasów drogowych, a systemy narażone będą na większą awaryjność, mającą tendencję do wzrostu wraz z upływem czasu,

* zastosowanie systemów z tworzyw sztucznych pozwala na rozwiązanie problemów nie tylko w standardowych obszarach zastosowania, ale również wszędzie tam, gdzie występują dodatkowe utrudnienia – np. tereny eksploatacji górniczej, grunty słabonośne, płytkie lokalizacje. Miejsca takie weryfikują słuszność wyboru systemów tworzywowych. Montaż systemów tworzywowych powinien opierać się o zalecenia normy PN ENV 1046, a poprawność rozwiązań w miejscach występowania niestandardowych utrudnień należy konsultować z producentami.

Żaden z systemów tradycyjnych, w tym również kamionka nie ma jednocześnie tylu zalet co systemy tworzywowe. Jeżeli bierze się pod uwagę wszystkie materiały, w tym elastyczne, teza o wyższości kamionki nie jest prawdziwa. Jest zasadna tylko w odniesieniu do materiałów tradycyjnych.

W następnym odcinku przedstawię udział rur tworzywowych w kanalizacjach europejskich oraz możliwości uzyskania środków pomocowych

Mariola Błajet, Polskie Stowarzyszenie Producentów Rur i Kształtek z Tworzyw Sztucznych

Rys. 1. Wskaźnik udziału uszkodzonych odcinków (pomiędzy studzienkami) w całości sieci.

Rys. 2. Wskaźnik ilości uszkodzeń na kilometr sieci.

Rys. 3. Rozkład obciążeń działających na przewód sztywny oraz grunt (CEN/TR 1295-3). Oznaczenia: 1 – poziom gruntu, 2 – początkowe pionowe obciążenie gruntu.

Rys. 4. Rozkład obciążeń działających na przewód elastyczny oraz grunt (CEN/TR 1295-3). Oznaczenia: 1 – poziom gruntu, 2 – początkowe pionowe obciążenie gruntu.
Zobacz artykuł w wersji pdf pdfpdf pdf

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij