Pierścienie odciążające - SPEBK

•
(...Pierścień odciążający jest charakterystycznym elementem osłonowym dla
posadowionych w pasach drogowych obiektów o stosunkowo niewielkiej wytrzymałości,
powodującym rozkładanie się obciążeń od transportu na stosunkowo dużą powierzchnię, a
więc powinien być stosowany tam, gdzie konstrukcja obiektu nie jest przeznaczona do
przenoszenia odpowiednich obciążeń...)
•
prof. dr hab. inż. Ziemowit Suligowski - „Magazyn Instalatora” nr 11 (87) listopad 2005
artykuł „Obiekty kubaturowo posadowione w podłożu gruntowym – to nie kotwa”
Studnie kanalizacyjne złożone z
prefabrykatów betonowych stanowią
grupę obiektów kubaturowych o dużej
wytrzymałości na obciążenia, w tym
szczególnie na obciążenia pionowe.
Zgodnie z normą PN EN 1917:2004
wytrzymałość płyt przykrywowych i
zwężek (zwanych również „konusami”)
to minimum 300 kN; 30 ton. Drugim
ważnym parametrem wskazanym w
wymaganiach normy, świadczącym o
dużej wytrzymałości jest klasa betonu.
Wszystkie części składowe studni
winny być wykonane z betonu klasy
minimum C35/45 (wg norm
branżowych B45), czyli wytrzymałość
na ściskanie to minimum 40 MPa. Jeżeli
przyjmiemy, że średnio grubość ściany
kręgu komory roboczej czy komina
studni oraz dennicy stanowiącej
podstawę studni to 120mm to po
dokonaniu prostych obliczeń (pow.
przekroju ściany kręgu –0, 52m² * 40
MPa) okazuje się, że krąg Ø1200
przenosi obciążenie pionowe rzędu
2000 ton.
Studnia w pasie drogowym poddawana jest obciążeniom dynamicznym. Zgodnie z wytycznymi ATV
A127 na obciążenia przewodów kanalizacyjnych maksymalny współczynnik dynamiczny przyjmuje się
na poziomie 1,4. Maksymalne zgodne z dyrektywą UE obciążenie osi pojazdów określone jest na
poziomie 115 kN, zatem maksymalne obciążenie pojedynczego koła, które bezpośrednio obciąży
studnię to w przybliżeniu 6 ton. Pomnożywszy 6t przez współczynnik dynamiczny 1,4 otrzymujemy
obciążenie na studnię na poziomie 8,4 tony.
Konkludując, maksymalne obciążenie, z jakim możemy spotkać się w pasie ruchu kołowego jest
ponad 3,5 raza mniejsze od wymaganej normą wytrzymałości płyt przykrywowych i zwężek, o
wytrzymałości kręgów komory roboczej, komina i dennic nie wspominając.
Wyżej opisane paramerty wytrzymałościowe studni kanalizacyjnej można osiągnąć pod warunkiem
prawidłowego montażu elementów studni. Elementy studni należy nakładać na wypoziomowanej
dennicy dbając o równomierne i równoległe opuszczanie oraz pasowanie zamków na uszczelkach.
Zachowanie równoległości kolejnych elementów studni jest możliwe tylko wtedy, kiedy mamy do
czynienia z prawidłowo wykonanymi prefabrykatami. Jednym z badań, jakim zgodnie z normą
PNEN 1917:2004 mają być poddane prefabrykaty jest badanie charakterystyki geometrycznej. W
badaniu tym sprawdza się równoległość płaszczyzn zamka dolnego i górnego oraz kolistość kręgu
względnie dennicy. Jeśli równoległość i kolistość są zachowane obciążenie przenoszone jest
równomiernie. Nie powstają wtedy punktowe naprężenia gdzie powstaje siła rozciągająca, na którą
beton jest mało odporny.
W wielu przypadkach pasowanie zamków na uszczelkach jest niemożliwe ze względu na brak
smarowania dolnego zamka kręgu, który nakładany jest na uszczelkę tkwiącą już na górnym zamku
poprzedniego elementu. Należy zatem pamiętać o smarowaniu betonu na górnym (przy nakładaniu
uszczelki) i dolnym zamku (przy pasowaniu i nakładaniu kolejnego kręgu)
Przy zastosowaniu prefabrykatów zgodnych z normą PNEN 1917:2004 (klasa betonu, wytrzymałość
płyty przykrywowej względnie zwężki na obciążenia pionowe, równoległość i kolistość zamków)
możemy mieć pewność, że siły działające w pasie drogowym obciążonym ruchem pojazdów nie
zniszczą studni z nich złożonej. Kluczowa jest tu zatem jakość elementów oraz prawidłowe ich
złożenie w całość.
Konkludując, argument za stosowaniem pierścieni odciążających w celu zapobieżenia zniszczeniu
studni betonowej przez ruch kołowy jest nieuzasadniony.
Innym argumentem za stosowaniem pierścieni odciążających jest fakt zapadania się studni w pasie
ruchu drogowego co skutkuje powstawaniem dużych uskoków nawierzchni wokół włazów
studziennych. Niestety w wielu miejscach faktycznie dochodzi do takich zdarzeń. Ma to bezpośredni
związek jakością wykonania zagęszczenia dna wykopu i wykonania obsypki ścian studni. Zanim
przedstawię zasady prawidłowego wykonania prac ziemnych pod i wokół studni kanalizacyjnej
chciałbym zwrócić uwagę na charakterystyczne dla tych prac zjawiska.
Przyjmijmy, ze średnia głębokość studni w pasie drogowym to 3 metry. Studnia o średnicy Ø1200mm
i wysokości 3 m waży ok. 5 500 kg. Grunt, który trzeba wydobyć w celu posadowienia studni (ok.
3,6m³) waży ok. 5 400 kg (zakładając 1,5t/1m³). Dno wykopu przyjmuje zatem obciążenie mniej
więcej równe temu, jakie dotychczas przyjmowało od gruntu. Naturalnie będziemy mieli do czynienia
z dodatkowym obciążeniem od ruchu kołowego pojazdów na poziomie max 8,4 t. Poniżej
przedstawione są wytyczne przygotowania dna wykopu, które odpowiednio przygotują grunt na
przyjęcie tego dodatkowego obciążenia.
Pierścień odciążający wraz z płytą przykrywową o średnicy Ø2200mm waży ok.2 800 kg i jest posada
wiany na obsypce studni. Zgodnie bowiem z wytycznymi ściany wykopu dla studni powinny być w
odległości 50 cm od ścian studni. Jeśli przyjmiemy średnicę studni Ø 1200, to średnica wykopu będzie
wynosić Ø 2200, czyli tyle ile pierścień. Mamy więc element ważący 2 800 kg posadowiony na
obsypce piaskowej o wysokości 3 metrów. Jego zagęszczenie do poziomu zagęszczenia gruntu
rodzimego pod dnem studni jest praktycznie niewykonalne.
.
Zastosowanie pierścienia, zgodnie z jego
przeznaczeniem dodatkowo powoduje, że
obciążenie z ruchu kołowego pojazdów nie jest
przenoszone bezpośrednio na studnię w
płaszczyźnie pionowej, na co studnia jest
wyjątkowo odporna, a za pośrednictwem
obsypki piaskowej na ściany studni, które na
ściskanie są zdecydowanie mniej odporne.
Zgodnie z normą PNEN 1917:2004 wytrzymałość
kręgów betonowych na ściskanie to 300 kg/m².
Dodatkowo dylatacja między zwieńczeniem studni, a płytą przykrywową położoną na pierścieniu
powoduje, że studnia na szczycie jest nieszczelna. Jeśli nawalne deszcze spowodują, że poziom wody
w studni sięgnie włazu (niekiedy takie zdarzenia mają miejsce) to znaczna jej część przez dylatację
wpłynie w obsypkę studni dodatkowo, radykalnie zmniejszając jej nośność.
Konkludując, zastosowanie pierścienia odciążającego znacznie zwiększa ryzyko zapadnięcia się jezdni
wokół studni i przenosi obciążenie w miejsce gdzie studnia jest na nie najmniej odporna. Prawidłowe
posadowienie studni i prawidłowe wykonanie obsypki gwarantuje odporność studni na osiadanie w
wyniku dynamicznych obciążeń związanych z ruchem pojazdów. Poniżej znajdują się wytyczne
prawidłowego montażu gwarantującego powodzenie dla konstrukcji betonowej bez pierścienia
odciążającego.
Przygotowanie podłoża gruntowego:
-
rodzaj i kształt wykopu oraz konstrukcja umocnienia jego ścian indywidualnie dostosowane
do warunków wodno-gruntowych
-
odwodnienie wykopu
-
przygotowanie podłoża gruntowego na powierzchni dna wykopu w promieniu minimum
50 cm licząc od lica ściany elementu dennego studni
•
Grunty sypkie: pospółka, piasek, żwir:
zagęszczenie ubijakiem wibracyjnym do wartości:
-
min. 95% wg ZMP (zmodyfikowanej metody Proctora) pod jezdniami obciążonymi ruchem
kołowym, min 85% wg ZMP dla studni po za obszarem pod jezdnia
•
Grunty spoiste:
•
stanie zwartym, półzwartym i twardoplastycznym:
-
wykonać pogłębienie wykopu o 25 cm,
-
usunięty grunt zastąpić dobrze zagęszczalnym piaskiem
-
piasek zagęścić do odpowiedniej wartości ZMP
•
Grunty w stanie plastycznym, miękkoplastycznym, grunty organiczne;
-
wykonać pogłębienie wykopu o 50 cm
-
usunięty grunt zastąpić dobrze zagęszczalnym piaskiem z dodatkiem
1:10
-
mieszankę piaskowo-cementową zagęścić do odpowiedniej wartości ZMP
cementu w proporcji
Grunt rodzimy należy oddzielić od podsypki arkuszami geowłókniny. Arkusze powinny być
wywinięte na ściany wykopu na wysokość 50 cm
•
Wykonanie obsypki korpusu studni:
- przestrzeń o szerokości min 50 cm między korpusem studni , a ścianą wykopu należy
wypełniać piaskiem, warstwami o grubości maksymalnej 20 cm
-
warstwy piasku zagęszczać mechanicznie do uzyskania odpowiedniej wartości ZMP
-
zagęszczenie warstw piasku winno być wykonywane równomiernie na całym obwodzie studni
-
w strefie przyłączonych do studni przewodów kanalizacyjnych do wysokości 50 cm ponad i
wokół przewodu zagęszczanie powinno być wykonywane przy pomocy ubijaków ręcznych.
•
Do wymiany gruntu rodzimego podczas przygotowania powierzchni dna wykopu oraz
wykonania obsypki korpusu studni należy używać piasku różnoziarnistego – frakcja piaskowa
– średnica ziaren – od 0,02 do 2,00 mm .
•
W przypadku braku informacji o uziarnieniu optymalnym należy przyjąć:
-
wskaźnik różnoziarnistości – U > 6
-
Wskaźnik krzywizny uziarnienia – C = 1 ÷ 3
Dla dobrego zagęszczenia kluczowa jest również odpowiednia wilgotność i równomierna
różnoziarnistość
Podsumowując należy stwierdzić, że kluczowym czynnikiem, który pozwoli na rezygnację ze
stosowania pierścieni odciążających jest zgodność parametrów jakościowych prefabrykatów z normą
PNEN 1917:2004 oraz staranny i poprawny montaż studni w wykopie.
SPEBK
www.kanalizacja-betonowa.org.pl
Mateusz Florek, Dyrektor SPEBK