Dobór materiałów do budowy sieci wod-kan. Sieci kanalizacyjne (cz. 1)

Kanalizacja to zespół konstrukcji inżynierskich, którego zadaniem jest odprowadzenie z określonego obszaru zabudowanego (miasta, osiedla, zakładu przemysłowego itp.) wszystkich rodzajów ścieków powstałych w wyniku działalności życiowej i produkcyjnej ludzi (wód zużytych) i wód opadowych oraz ich oczyszczenie przed zrzutem do odbiornika. Do kanalizacji mogą trafić ścieki bytowo-gospodarcze, przemysłowe, opadowe i wody infiltracyjne.

Zadaniem sieci kanałów na terenie nieruchomości lub osiedla oraz sieci kanałów ulicznych jest transport ścieków do oczyszczalni i po ich oczyszczeniu do odbiornika. W skład każdej sieci systemu kanalizacji wchodzą: zbieracz główny (kolektor), zbieracze, kanały boczne i przykanaliki. Przekrój kołowy kanału określa się za pomocą średnicy, wszystkie inne przekroje – ich szerokością i wysokością. Przyjęty kształt przekroju i jego wymiary zależą od warunków:

• hydraulicznych przepływu, a więc natężenia przepływu ścieków, wymaganej prędkości i napełnienia,
• statycznych, w jakich przekroje mogą pracować, co zależy od zagłębienia kanału i rozporządzalnego przykrycia, szerokości wykopu, rodzaju zasypki itp.,
• konstrukcyjnych, a więc materiałów i elementów użytych do budowy oraz sposobu wykonania robót.

W kanalizacji zewnętrznej stosuje się pięć podstawowych kształtów przekrojów dla zamkniętych kanałów ściekowych: kołowe (K), jajowe (J), gruszkowe (GR), dzwonowe (DZ) i o złożonym kształcie (Czytaj więcej na te temat). Kanały muszą przenieść wszelkie obciążenia, które będą oddziaływać na nie w czasie transportu, montażu i po ich wbudowaniu. Dla budowy kanałów najbardziej odpowiednie są materiały charakteryzujące się:

• brakiem zmian struktury wewnętrznej i stateczności powłoki zewnętrznej wraz z upływem czasu,
• odpowiednią wytrzymałością, przede wszystkim na ściskanie, pod wpływem obciążeń zewnętrznych (zarówno stałych, jak i zmiennych),
• odpornością na ścieranie występujące wskutek wleczenia piasku i innych zanieczyszczeń po dnie kanału,
• odpornością na wpływy termiczne,
• dużą gładkością, co daje mały współczynnik tarcia przy przepływie ścieków,
• małą nasiąkliwością i dużą nieprzepuszczalnością wody,
• odpornością na działania korozyjne wód gruntowych i ścieków (zawierających często związki agresywne),
• trwałą szczelnością złączy i konstrukcji rur.

Rury kamionkowe

Nowa generacja rur kamionkowych to gama rur kanalizacyjnych odpowiadających wymaganiom normy EN 295. Są to rury typu:

• DN 100–300 mm z łącznikami z PP z uszczelnieniem NBR,
• DN 100–1400 mm, łączone kielichowo.

Rury te poddawane są wypaleniu w pozycji poziomej i pionowej. W czasie wypalania podlegają ruchowi rotacyjnemu, który gwarantuje uzyskanie doskonale prostych osi. Rury wyprodukowane w tej technologii charakteryzują się podwyższonymi właściwościami mechanicznymi, a ich mniejszy ciężar i skrócony czas wypalania umożliwiają znaczne obniżenie kosztów zużycia energii.

Rury kamionkowe mają szczególnie wysoką odporność na ścieranie, co odgrywa bardzo ważną rolę w czasie eksploatacji kanału. Podczas trzydziestokrotnie powtarzanego eksperymentu z użyciem standardowej mieszanki piasku i wody przy wysokim ciśnieniu (do 120 barów) okazało się, że kamionka jest tak samo odporna na ścieranie, jak inne nowoczesne materiały instalacyjne. Grubość ścianek dobierana jest w sposób optymalny, tak aby przy możliwie racjonalnej ilości materiału uzyskać dobrą szczelność.

Zgodnie z normą europejską przy ciśnieniu wody 0,5 bara ścianki rur kamionkowych nie przepuszczają i nie wchłaniają żadnej ilości wody – są szczelne w 100%. Również uszczelki spełniają te wymagania i w układzie z rurami kamionkowymi wytrzymują ciśnienie wody o wysokości 5 mH2O, ewentualnie ciśnienie powietrza 0,3 bara, przy zachowaniu takich warunków, jak kątowe obciążenie poprzeczne lub ingerencja korzeni istniejącego drzewostanu.

Wyróżnia się dwa systemy połączeń kielichowych: F i C. W systemie F stosuje się uszczelkę KD w postaci profilu wargowego (NBR). Miarodajny jest w tym wypadku wymiar końcówki. Dokładność wykonania wymiarów kielichów umożliwia bezpośrednie wklejenie wargowych uszczelek NBR. Natomiast w systemie C stosuje się uszczelkę K w postaci poliuretanowego pierścienia wyrównawczego i miarodajnym jest wewnętrzny wymiar kielicha. Przy pomocy wprasowanej uszczelki poliuretanowej (o twardym kołnierzu i miękkiej końcówce) osiągnięto wręcz idealną dokładność wymiarów, co daje w konsekwencji jeszcze wyższy stopień szczelności – do 2,4 bara.

Dzięki takim właściwościom rur kamionkowych, jak: wysoka wytrzymałość na ściskanie (wysokie nominalne siły przecisku), optymalna grubość ścianki rury, duża gładkość zewnętrznej powierzchni rury, duża odporność na ścieranie, odpowiednie do technologii przecisku długości rur oraz proste połączenia ze studniami i rurami o innych średnicach, nadają się one szczególnie do zastosowania w metodach bezwykopowych.

Kamionkowe rury przeciskowe produkowane są jako:

• rury DN 150 o długości 497 i 997 mm. Średnica wewnętrzna rury wynosi 151 mm, a zewnętrzna 207 mm. Rury łączone są uszczelką kauczukowo-elastomerową z polipropylenowymi wzmocnieniami;
• rury DN 200–500, o długości 1,0 m dla średnic 200–300 mm i 2,0 m dla średnic 250–500 mm. Łączone są uszczelką kauczukowo-elastomerową wzmocnioną siatką stalową;
• rury DN 250–1000 dostarczane z mufami łącznikowymi wykonanymi ze stali szlachetnej. Mają długość 1,0 m dla średnic 250 i 300 oraz 2,0 m dla średnic 250–1000 mm.

Wymiary rur kamionkowych przedstawione są w tabeli 1.

Rury betonowe i żelbetowe

Rury kanalizacyjne betonowe, żelbetowe i elementy prefabrykowane do budowy studzienek kanalizacyjnych stosowane są od dawna. Mimo dużej konkurencji ze strony tworzyw sztucznych, dzięki zastosowaniu nowoczesnych rozwiązań połączeń i zmodernizowanych technologii wytwarzania betonu klasy B40 i większej stanowią kompletny system kanalizacyjny chętnie stosowany przez projektantów i inwestorów.

Beton w budowie sieci kanalizacyjnych ma zastosowanie w postaci gotowych rur o przekroju kołowym lub jajowym. Stosowany jest również do budowy uzbrojenia sieci (studzienki rewizyjne, połączeniowe itp.).W asortymencie większości producentów systemów kanalizacyjnych betonowych i żelbetowych znajdują się elementy o przekroju kołowym bez stopki i ze stopką:

• rury kielichowe,
• rury bezkielichowe łączone na zakład i styk,
• rury przeciskowe,
• studzienki kanalizacyjne, przelotowe, połączeniowe, kaskadowe,
• rury o przekroju jajowym ze stopką łączone na zakład i na styk,
• prefabrykowane elementy betonowe służące do wykonania wpustów ulicznych.

Betonowe i żelbetowe rury kanalizacyjne przeznaczone są do budowy prostych odcinków dla przepływów grawitacyjnych kanalizacji zewnętrznej (do 0,5 bara). Mogą one transportować ścieki sanitarne, deszczowe i przemysłowe o nieagresywnym działaniu i temperaturze nieprzekraczającej 40°C. Wymiary betonowych rur kanalizacyjnych przedstawia tabela 2. Natomiast wymiary betonowych rur przeciskowych znajdują się w tabeli 3.

Wady rur betonowych i żelbetowych to: zbyt mała długość, a zatem duża liczba złączy na przewodzie, mała wytrzymałość na zgniatanie oraz duży ciężar. Mają dosyć dużą nasiąkliwość oraz znaczne opory przepływu, są też mniej wytrzymałe na ścieranie. Brak jakichkolwiek kształtek sprawia, że włączenia do rur prostych dokonuje się poprzez przebicie otworu w górnej części rury i staranne obetonowanie.Osobną grupą są systemy rur betonowych dla technologii bezwykopowych. Ze względu na skomplikowany charakter pracy rurociągu na etapie realizacji w jego skład wchodzą rury o różnej konstrukcji i kształcie:

• rury zwykłe stanowiące segmenty przepychu,
• rura czołowa o niezmienionej geometrii, ale ze wzmocnionym zbrojeniem,
• rury międzystacyjne z przedłużoną płaszczyzną styku i pierścieniem stalowym,
• rury zwykłe z otworami do wprowadzania bentonitu zmniejszającego tarcie.

W rurach mniejszych, DN 500–800, obniżono średnice zewnętrzne o jedną dymensję, aby zminimalizować ilość wydobywanego urobku przy przewiercie. Oprócz standardowego betonu C 45/55 stosowany jest beton C 70/85, dzięki któremu uzyskuje się lepsze parametry wytrzymałościowe przy tej samej grubości ścianek. Produkcja obejmuje trzy rodzaje rur: standardowe, czołowe i międzystacyjne.

Rury bazaltowe

Nowym materiałem konstrukcyjnym, z którego produkowane są rury kanalizacyjne, jest bazalt. Sam bazalt jest znany z różnych zastosowań w budownictwie, jednak rury bazaltowe są nowym produktem na naszym rynku, choć pierwsze realizacje z ich zastosowaniem miały już miejsce w innych krajach europejskich. Doświadczenia dotyczące stosowania bazaltu w obiektach infrastruktury podziemnej obejmują okres zaledwie pięćdziesięcioletni.

Oprócz rur bazaltowych produkowane są także płytki do wykładania powierzchni wewnętrznych nowych rur betonowych podczas ich produkcji oraz do renowacji uszkodzonych przewodów poprzez ich wyłożenie odpowiednio ukształtowanymi płytkami bazaltowymi po uprzednim wyczyszczeniu. Ponadto ciekawym rozwiązaniem są kształtki dopasowane do kinet przekrojów poprzecznych kanałów.

Obecnie rury z topionego bazaltu produkowane są tylko jako bezkielichowe. Przeznaczone są do przewodów kanalizacyjnych układanych w wykopach otwartych oraz metodami bezwykopowymi, np. z zastosowaniem mikrotunelowania. Wymiary bazaltowych rur kanalizacyjnych przedstawiono w tabeli 4.

Rury z polimerobetonu

Polimerobeton stosowany jest od kilkudziesięciu lat w przemyśle chemicznym, przy budowie maszyn (fundamenty pod maszyny), w budownictwie (elementy elewacji, sanitarne) i w elektrotechnice z powodu swoich wyjątkowych właściwości, elastyczności i odporności na korozję. Pierwsze rury z polimerobetonu zostały wyprodukowane na początku lat 60. w celu znacznego podwyższenia odporności kanalizacji na substancje chemiczne działające od wewnątrz i od zewnątrz oraz zewnętrzne i wewnętrzne obciążenia, przy zachowaniu wszystkich, szczególnie ekonomicznych, zalet elementów prefabrykowanych.

Wyroby te zostały zastosowane i sprawdzone głównie jako kolektory kanalizacyjne w przemyśle chemicznym, co pozwoliło miarodajnie ocenić właściwości tego produktu. Dzięki ulepszeniu procesu seryjnej produkcji rur i studzienek w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat polimerobeton stanowi dziś korzystną finansowo i technologicznie alternatywę dla innych materiałów do produkcji rur. Wymiary polimerobetonowych rur kanalizacyjnych przedstawiono w tabeli 5.

Rury żeliwne

Rury kanalizacyjne z żeliwa sferoidalnego są seryjnie zabezpieczone od wewnątrz (metodą wirowania) warstwą zaprawy cementowej, zgodnie z DIN 2614. Zapewnia to im stałe właściwości hydrauliczne podczas eksploatacji kanału, a w przypadku wody z domieszkami substancji agresywnych oraz ścieków zapobiega procesom inkrustacyjnym i korozyjnym.

Warstwa ta ma aktywne i pasywne właściwości ochronne. Rury z żeliwa sferoidalnego zabezpieczane są od zewnątrz poprzez cynkowanie natryskowe oraz warstwę masy bitumicznej o grubości powłoki min. 70 mm. Rury są cynkowane metodą natryskową, przy zastosowaniu 200 g cynku na m2. Warstwa cynku również ma aktywne i pasywne właściwości ochronne.

W silnie agresywnych gruntach rury mogą być dodatkowo zabezpieczone folią polietylenową, uniemożliwiającą bezpośredni kontakt ścian rury z gruntem, a także swobodny do niej dostęp agresywnych wód gruntowych. Decyzja o zastosowaniu folii podejmowana jest na budowie bezpośrednio przed montażem, w wyniku czego eliminowane są ewentualne jej uszkodzenia w transporcie i składowaniu.

Rury z żeliwa sferoidalnego mogą być zabezpieczone od zewnątrz także warstwą zaprawy cementowej i jest to metoda odpowiednia w zasadzie dla wszystkich rodzajów gruntu. Grubość warstwy wynosi min. 5 mm, przy czym jej powierzchnia zewnętrzna podlega dodatkowo specjalnej obróbce zabezpieczającej. Metoda ta również charakteryzuje się aktywnymi i pasywnymi właściwościami ochronnymi.

Rury kompozytowe GRP

Rury te wytwarzane są z: żywicy poliestrowej jako składnika wiążącego, włókna szklanego ciętego jako zbrojenia oraz piasku kwarcowego pełniącego funkcję wypełniacza. Proces produkcyjny przebiega następująco: surowce wprowadzane są za pomocą dozownika do wnętrza wirującej formy odlewniczej w ściśle określonych proporcjach, które zależą od klasy ciśnienia i sztywności produkowanego odcinka rury, i dociskane do ścianki siłą odśrodkową.

Prędkość obrotowa jest tak dobrana, aby ciśnienie na ściance formy osiągnęło wartość od 30 do 50 barów. Ciśnienie to powoduje silną kompresję materiału ścianki rury i wypchnięcie z niej pęcherzyków powietrza. W końcowej fazie procesu następuje jej utwardzenie dzięki polimeryzacji składników żywicznych. Jest to proces nieodwracalny i ponowne doprowadzenie ciepła do utwardzonej żywicy nie powoduje powtórnego przejścia w stan płynny.

Rury w klasie sztywności do SN 2500 zwykle nie są zalecane do układania w wykopie, natomiast używane są w reliningu. Rury o sztywności SN 5000 stosowane są przy średnich obciążeniach, np. do układania w gruntach mieszanych na głębokości 3 m, przy obciążeniu komunikacyjnym SLW 60. Rury o sztywności SN 10 000 stosowane są przy wysokich obciążeniach, np. do układania w gruntach mieszanych na głębokości 4 m lub przy obciążeniu komunikacyjnym SLW 60 przy niewielkim przykryciu. Dla szczególnych przypadków mogą zostać wyprodukowane rury o wyższych sztywnościach, przekraczających nawet 500 000 N/m³ (np. do odwodnienia wysypisk odpadów lub jako rury studzienne).

Ciąg dalszy w RI nr 9/2011

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!