Wymagania dla rur betonowych i żelbetowych określa określa norma PN-EN 1916:2005 „Rury i kształtki z betonu niezbrojonego, betonu zbrojonego włóknem stalowym i żelbetowe”. Norma ta zawiera wymagania dla klasy betonu, metody produkcji, jakości i szczelności rur. Zasady montażu rur w wykopach omawia z kolei norma PN-EN 1610:2015 „Budowa i badania przewodów kanalizacyjnych”. Szczegółowe wytyczne montażu podają już w swoich instrukcjach sami producenci rur. Zwracam uwagę, że rury betonowe to materiał sztywny, montowany często na znacznej głębokości. Jednym z wymogów jest więc sprawdzenie nośności zastosowanych rur przed ich wbudowaniem.
Tutaj pokuszę się o krótką dygresję.
Pojęcie: materiał sztywny, półsztywny i elastyczny, ma w przypadku rur kanalizacyjnych kolosalne znaczenie. Od klasy sztywności rury zależy bowiem jej współpraca z gruntem. Do rur elastycznych kanalizacyjnych zaliczamy rury PP, PVC i PE. Rurami półsztywnymi są rury z GRP, natomiast rury stalowe, żeliwne, betonowe i żelbetowe należą wybitnie do rur sztywnych. W przypadku zamocowania pod ziemią, rury elastyczne i sztywne w zupełnie inny sposób przenoszą obciążenia związane z gruntem. Rury elastyczne współpracują z gruntem, dlatego przenoszą tutaj tylko obciążenia z gruntu znajdującego się bezpośrednio nad rurą. Rury sztywne przenoszą obciążenia z szerszej strefy, nie tylko od gruntu znajdującego się nad rurą, ale także od mas ziemnych bocznych (rys. poniżej). Co to w praktyce powoduje? Przekroczenie dopuszczalnych obciążeń w przypadku rur elastycznych wywoła deformację tych rur (odkształci je), ale nie spowoduje ich zniszczenia. W przypadku rur sztywnych nadmierne obciążenie powierzchni spowoduje ich spękanie. Takie zachowanie wymusza w normie warunek badania wytrzymałości na zgniatanie dla rur sztywnych w celu określenia granicznego obciążenia.
Rys.1 Napór gruntu na rurę a) sztywną, b) elastyczną (źr. Karol Marzejon -RÓŻNICE W PROJEKTOWANIU SIECI Z TWORZYW SZTUCZNYCH W PORÓWNANIU Z SIECIAMI Z MATERIAŁÓW TRADYCYJNYCH) .
Obciążenie rurociągu zależy od założeń projektowych i obliczeń statycznych. Szczególną uwagę należy tutaj zwracać na:
- wysokość nadsypu nad rurą
- obciążenie ruchem
- rodzaj podłoża
- rodzaj wykopu (inaczej rozkładają się siły w wykopie o ścianach pionowych niż w wykopie o ścianach pochyłych)
Rury sztywne są bardziej podatne na osiadanie gruntu niż rury elastyczne. W czasie zasypywania wykopu bardzo ważne jest więc dobre zagęszczenie gruntu wokół rury, aby spowodować równomierne jej osiadanie. Proces ten zwany też „konsolidacją gruntu”, trwa od 1-2 lat od zakończenia montażu. Błędne zagęszczenie w przypadku rur elastycznych wywoła ich podłużne ugięcie. Rury sztywne mogą w tym wypadku ulec przełamaniu.
Wymagania dla wykopów
Minimalna szerokość wykopu pod rurociągi betonowe powinna być przyjmowana według normy PN-EN 1610. Szerokość ta powinna zapewniać bezpieczny montaż i możliwość zagęszczenia gruntu wokół rury. Minimalna szerokość wykopu, to odległość w świetle między płaszczyznami ścian wykopu (przy wykopach ze skarpami – odległość w świetle na wysokości dolnej zewnętrznej krawędzi rury) ew. elementów zabezpieczania wykopu. Przy przekrojach poprzecznych rur nieokrągłych np. profil jajowy- następuje przypasowanie do grupy DN z poniższej tabeli 1 według wysokości w świetle.
Tabela 1. Minimalna szerokość wykopu dla rur betonowych według PN- EN 1610:2002.
Minimalna szerokość wykopu zależy też od jego głębokości. Należy przyjmować większą z dwóch wartości.
W jaki sposób jest mierzona odległość rury do ściany wykopu dla rur okrągłych i jajowych, można prześledzić na poniższych rys. firmy Prefabet.
Rys. 2 Montaż rury betonowej okrągłej na zagęszczonym gruncie
Rys.3 Montaż rury betonowej jajowej na ławie fundamentowej z kątem obsypki 60°.
Wielkość minimalnego przykrycia rury betonowej, liczona do wierzchu rury nie powinna być mniejsza niż 60 cm. Natomiast maksymalna głębokość posadowienia rury betonowej (wysokość zasypki nad rurą), dla warunków standardowych nie powinna przekraczać 6m.
Układanie rur betonowych w wykopie wymaga prawidłowego wykonania co najmniej trzech elementów:
- podbudowy, czyli dolnej części wykopu na której oparta jest rura
- obsypki bocznej,
- nadsypki
Podbudowa
Dno wykopu powinno być wykonane od razu ze spadkiem wymaganym projektem rurociągu i tak przygotowane, aby zapewnić jednakowy rozkład sił na całej długości rury. Powierzchnia dna powinna być równa, nie zawierać kamieni lub zmarzniętych brył ziemi. W gruncie zwykłym, łatwym do zagęszczenia, grubość podsypki pod rurą powinna wynosić minimum 100 mm (wielkość „a” na rys.4). Jeśli grunt jest skalisty, zawiera dużą ilość grubych kamieni, należy dno pogłębić i wypełnić je materiałem łatwozagęszczalnym (piasek, żwir, żwir+piasek). W tym wypadku minimalna grubość podsypki wynosi 150 mm. Po położeniu rury w wykopie stabilizuje się ją wykonując tzw. podbitkę (warstwa „b” na rys.4). Grubość warstwy podbitki zależy od przyjętego w obliczeniach projektowych kąta obsypki (np. na rys.2 kąt ten wynosi 90°).
Rys. 4 Montaż rur betonowych bezpośrednio na gruncie. a = 100mm +1/10 DN dla gruntów niespoistych, a = 100mm+1/5DN dla gruntów zwartych, kamienistych. b- grubość warstwy „podbitki”
Przy niestabilnym podłożu o niskiej naośności, zaleganiu wody gruntowej, lub konieczności wykonania bardzo małych spadków (kolektory o dużej średnicy), rury betonowe układa się najczęściej na ławie betonowej. Zaleca się tutaj stosować beton klasy co najmniej C12/15 (to dawna klasa betonu B15). Na ławie betonowej układa się też najczęściej rury betonowe ze stopką (rys. 3). Grubość ławy winna wynosić minimum 15cm, przy czym mówimy w tym wypadku o ilości betonu pod rurą. Ława sięga zwykle znacznie wyżej obejmując też warstwy boczne i w ten sposób stabilizując rurociąg. Kąt stabilizacji może tutaj wynosić od 60-180° (zob. rys.5).
Rys. 5 Montaż rury betonowej na ławie fundamentowej kąt 180°. (źr. Prefabet).
Obsypka i zasypka rury betonowej powinna być wykonywana gruntem bez kamieni, łatwym do zagęszczenia. Stopień zagęszczenia zależy od obliczeń wytrzymałościowych, ale najczęściej jest nie mniejszy niż 97% w skali Proctora. Wysokość nadsypki nad rurą winna wynosić minimum 30cm. Powyżej można już zasypywać wykop gruntem rodzimym z ukopu.
Inne przepisy, próba szczelności
Rury należy układać w temperaturze powyżej -5º C, a wszelkiego rodzaju betonowania wykonywać w temperaturze nie mniejszej niż +8º C. Przed zakończeniem dnia roboczego, bądź przed zejściem z budowy, należy zabezpieczyć końce ułożonego kanału przed zamuleniem. Według normy PN-EN 1610 przewody kanalizacyjne i kanały po wypełnieniu rurociągu oraz usunięciu zabudowy powinny zostać sprawdzone wodą lub powietrzem pod ciśnieniem. Próba szczelności wodą „W” jest rzadko stosowana z uwagi na bardzo duże średnice kanałów i związane z tym zużycie wody. Zdecydowanie częściej stosuje się badanie szczelności powietrzem (ozn. „L”). Według przytoczonej normy PN-EN 1610 mogą być zastosowane cztery różne warianty tej próby, oznaczone odpowiednio:
- LA, o ciśnieniu próbnym 1 kPa
- LB, o ciśnieniu próbnym 5 kPa
- LC, o ciśnieniu próbnym 10 kPa
- LD, o ciśnieniu próbnym 20 kPa
W praktyce najczęściej stosowana jest metoda LD. Czas trwania próby zależy od średnicy rurociągu (zob. tabela 2).
Tabela 2. Parametry próby szczelności powietrzem rur betonowych.
W jaki sposób przeprowadza się taką próbę? Wykonujemy ją pomiędzy dwoma sąsiednimi studzienkami, zamykając wloty kanałów specjalnymi korkami pneumatycznymii. Użyte sprężarki (dmuchawy) powinny mieć wydajność adekwatną do średnic kanałów.
Rys.6 Próba szczelności sieci kanalizacyjnej (źr. Politechnika Wrocławska).
Algorytm postępowania jest następujący (rys.7).
Rys.7 Algorytm próby szczelności: po lewej- powietrzem, po prawej – wodą.
Jeśli próba powietrzem wykazuje nieszczelność i nie można jej usunąć w prosty sposób, wykonuje się próbę szczelności wodą pod ciśnieniem nie większym niż 1-5 m słupa wody. W tym wypadku próba trwa zwykle 30 minut, przy czym do czasu tego nie wlicza się czasu stabilizacji układu (zwykle wystarczy na to 1h). W czasie próby rejestruje się ubytek wody z dokładnością do 0,1 dm3. Wymagania próby szczelności są spełnione jeśli maksymalny ubytek wody nie przekracza:
- 0,15 l/m2 przewodów
- 0,20 l/m2 dla przewodów razem ze studzienkami
W powyższej normie metr kwadratowy dotyczy wewnętrznej powierzchni zwilżonej przewodu lub studzienki. Jak w praktyce wygląda taka próba? Przeprowadzamy ją pomiędzy sąsiednimi studzienkami, zamykając wlot kanału w jednej i wylot kanału w drugiej. Następnie napełniamy studzienkę wodą do takiej wysokości, aby w najniżej położonym punkcie kanału ciśnienie nie przekraczało 5 m słupa wody i odczekujemy 1h. W tym czasie część wody zostaje zużyta na zwilżenie ścianek rur i samej studzienki. Po czasie stabilizacji odczytuje się poziom wody w studzience i obserwuje go przez następne 30 minut. W tym czasie nie może się obniżyć o więcej, niż wyliczona przez komputer wartość. Pomiar poziomu wody można wykonać z dużą dokładnością (do nawet 0,2mm) przy użyciu ultradźwięków.