Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

Przyczyny i konsekwencje awarii rur z betonu sprężonego

Reasons and consequences of failures of prestressed concrete pipes
Fot. A. Kuliczkowski

Mechanizm powstawania uszkodzeń przewodów z betonu sprężonego jest inny niż np. rur kamionkowych, betonowych czy żelbetowych. Na przykładzie kilku opisanych awarii rur z betonu sprężonego wskazano na możliwe przyczyny i konsekwencje ich wystąpienia. W oparciu o analizę kilkuset poważnych awarii i kilkudziesięciu tysięcy udokumentowanych uszkodzeń tych przewodów podano wykaz ich możliwych przyczyn oraz przykłady wskazujące konsekwencje awarii.

Beton sprężony jest materiałem kompozytowym składającym się z betonu i stali (strun zbrojeniowych, a w niektórych rozwiązaniach także płaszcza stalowego). Zadaniem strun spiralnie wbudowanych w rurę jest utrzymywanie powłoki betonowej w stanie ściskania. W zależności od zastosowanego rozwiązania struny osłonięte są z zewnątrz warstwą betonu lub zaprawy cementowej w celu ich ochrony przed mechanicznym uszkodzeniem, a głównie przed korozją.

Rury z betonu sprężonego były powszechnie produkowane i stosowane w drugiej połowie XX w. Przykładowo w USA ułożono z nich ponad 30 tysięcy kilometrów magistral wodociągowych i kolektorów kanalizacyjnych [22]. Jednak na przełomie XX i XXI w. zaniechano produkcji tych rur z powodu poważnych w skutkach awarii oraz trudności w prognozowaniu pogarszania się ich stanu technicznego, wynikających z braku odpowiednich metod badawczych.

Rury z betonu sprężonego

Idea sprężania różnych wyrobów jest znana od dawna [1]. Było ono stosowane na przykład przy nakładaniu gorących obręczy stalowych na zewnętrzną powierzchnię drewnianych kół czy beczek w celu ich wzmocnienia. W 1923 r. opatentowano metodę produkcji rur z betonu sprężonego (Prestressed Concrete Cylinder Pipe, PCCP) [10].

Jednak dopiero w 1942 r. uruchomiono w USA po raz pierwszy produkcję takich rur i po raz pierwszy je wbudowano. Były to rury z wewnętrzną powłoką stalową, na którą nawijano struny, a następnie pokrywano je warstwą powłoki cementowej (Lined Cylinder Pipe, LC-PCCP). W 1953 r. rozpoczęto produkcję rur o średnicach większych niż 1200 mm (Embeded Cylinder Pipe, EC-PCCP), w których cylinder stalowy umieszczano wewnątrz powłoki betonowej, a na niej struny, po czym wykonywano nad nimi podobnie jak w rurach LC-PCCP warstwę zaprawy cementowej.

Stalowy cylinder w obu powyżej opisanych rodzajach rur stosowany był zamiast sprężenia podłużnego. Na rys. 1 pokazano, jak kształtowała się produkcja rur PCCP na rynku amerykańskim. W okresie ok. 65 lat wyprodukowano na kontynencie północnoamerykańskim blisko 5 mln rur [14, 15] o łącznej długości ok. 35 000 km [17].

Rury z betonu sprężonego produkowane były na całym świecie, w tym w Europie, przy zastosowaniu jednej z czterech metod [9, 10]: hydraulicznej, termicznej, mechanicznej oraz z wykorzystaniem cementu samoprężnego. W Polsce produkowane były rury sprężone Betras (na licencji szwedzkiej firmy Sentab) bez stalowego cylindra oraz bez zaprawy cementowej osłaniającej struny.

Zbrojenie sprężające podłużne i obwodowe umieszczane było wewnątrz powłoki betonowej. Rury z betonu sprężonego osiągały duże długości, np. 12 m przy średnicy do 1,5 m [9], a także duże średnice, np. 3,65 m przy długości 4,8 lub 6,0 m. Według [17] największe na świecie rury PCCP o średnicy 4 m wyprodukowano w 1984 r. i wbudowano w Libii na długości 4000 km. Zastosowano je do transportu 6 mln m3 wody na dobę.

Główną zaletą rur PCCP jest możliwość przenoszenia dużych ciśnień wewnętrznych (w polskich rurach do 1,5 MPa, a w amerykańskich do ponad 2,8 MPa) i możliwość posadowienia ich na dużych głębokościach, w przypadku rur amerykańskich nawet do ok. 30 m [17]. Rury z betonu sprężonego stosowano głównie jako magistrale wodociągowe oraz ciśnieniowe lub grawitacyjne przewody kanalizacyjne, niekiedy także jako rurociągi przemysłowe.

Produkowane w Polsce rury [3, 10] (rys. 2 i fot. 1) miały średnice wewnętrzne od 600 do 1600 mm i długość 5 m. Wykonywano je w trzech klasach wytrzymałościowych, projektowanych na ciśnienia 0,5, 1 i 1,5 MPa.

Przykładowe parametry rury Betras o średnicy 1600 mm klasy I (o ciśnieniu 1,5 MPa) są następujące: D3 = 1810 mm, d = 1600 mm, g = 105 mm, ciężar rury: 82,0 kN, ciężar 1 m rury: 16,4 kN, normatywne ciśnienie próbne: przy badaniu wodoszczelności 1,8 MPa, przy badaniu na pękanie 2,7 MPa, zużycie: betonu 0,656 m3/mb., stali 123,6 kg/mb.

Surowcami do produkcji rur z betonu sprężonego były: beton klasy minimum B40, tj. beton o klasie pomiędzy C30/37 (dawne B37) a C35/45 (dawne B45), cement portlandzki, stal zwykła i sprężająca, piasek, grys i żwir oraz różne dodatki do betonu.

Polskie rury z betonu sprężonego były produkowane w oparciu o normę opracowaną w 1976 r. [11]. Obecnie obowiązujące w zakresie produkcji rur z betonu sprężonego są normy europejskie [12, 13].

Zaniechanie produkcji rur z betonu sprężonego w pierwszej dekadzie XXI wieku wiąże się głównie z faktem, że awarie tych rur mają bardzo często charakter katastroficzny i w większości przypadków nie poprzedzają ich drobniejsze uszkodzenia, np. pęknięcia czy nieszczelności. Awarie występują z reguły nagle, powodując wokół miejsca awarii poważne uszkodzenia, niekiedy także przyczyniają się do zranienia czy śmierci osób znajdujących się w bezpośrednim sąsiedztwie.

Konsekwencjami awarii są także wysokie koszty zastępczego dostarczania wody lub przepompowywania ścieków, wyłączenia ulic z użytkowania, wykonywania wykopów, odtwarzania nawierzchni itp. Diagnostyka rur z betonu sprężonego jest znacznie trudniejsza niż rur z innych materiałów i bardzo kosztowna z uwagi na konieczność stosowania kilku różnych metod diagnostycznych.

Awaria kolektora kanalizacyjnego w Sayreville

W 2003 r. w Sayreville (USA) pęknięciu uległ kolektor kanalizacyjny o średnicy 2,59 m wykonany w 1977 r. z rur z betonu sprężonego (fot. 2) [4]. Przyczyną awarii było korozyjne oddziaływanie ośrodka gruntowego (kwaśnej gleby) w połączeniu z osłabieniem strun na skutek kruchości wodorowej. Diagnostyka kanału została wykonana z wykorzystaniem metody wizualnej, akustycznej i elektromagnetycznej. Inspekcja wizualna i akustyczna wykazały pęknięcia i odpryski betonowej ściany rur i nieprawidłowości w stalowym cylindrze.

Metoda elektromagnetyczna ujawniła, że 18% wszystkich rur miało pęknięte struny, w tym 14% nawet 20 i więcej pękniętych strun. Metalurgiczne badania próbek strun sprężających (próby rozciągania i skręcania oraz test FIP – podatności zbrojenia na kruchość wodorową) wykazały, że były one niskiej jakości i uległy procesom starzeniowym.

Prace naprawcze mające na celu usunięcie awarii trwały 12 dni. Uszkodzona rura została wymieniona na nową. W czasie awarii przepompowano ponad 2 mln m3 ścieków. W celu dalszej ciągłej kontroli stanu technicznego rur został na nich zainstalowany na stałe akustyczny system monitoringu, zapisu i analizy pęknięć strun sprężających.

Czytaj dalej: Awaria magistrali wodociągowej w Houston >>

   04.02.2015
Armatura to podstawowe wyposażenie każdej sieci wodociągowej, kanalizacyjnej i gazowej. Jej awaryjność jest wyznacznikiem niezawodności działania całego systemu rurociągów, należy zatem zwracać... więcej »
dr inż.  Emilia Kuliczkowska
dr inż.  Emilia Kuliczkowska
Adiunkt w Zakładzie Wodociągów i Kanalizacji Politechniki Świętokrzyskiej. Absolwentka Akademii Rolniczej we Wrocławiu, Wydział Melioracji Wodnych, Oddział Budownictwa Rolniczego Członek K... więcej »

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 


Czym mogą Cię zaskoczyć nowoczesne pompy do wody »

pompy do wody

 



Zadbaj o bezpieczeństwo swoje i swoich pracowników » Szukasz partnera w projektowaniu inżynieryjnym i specjalistycznym? »
bezpieczeństwo instalatora pomoc w projektowaniu
czytam więcej » poznaj go już dziś »

 


Jak projektować instalacje najwyższej jakości »

innowacyjne projektowanie

 



Poznaj bezpieczne systemy do dezynfekcji wody pitnej i basenowej » Jakich zabezpieczeń wentylatorów dachowych potrzebujesz »
czysta woda wentylator dachowy
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Czy klimatyzacja jest zdrowa »

wentylacja

 



Kompendium wiedzy o procesach wymiany ciepła » Czy ogrzewanie może wpływać na nasze zdrowie »
pompy woda powietrze pompy ciepła
wiem więcej » wiem więcej »

 


Jak dobrze odseparować wodę kanalizacyjna od gruntowej »

studzienka kanalizacyjna

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
9/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Dofinansowanie ogrzewania i fotowoltaiki
  • - Eksploatacja gruntowych pomp ciepła
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl