Materiay do wykadu Inynieria miejska kubaturowe obiekty podziemne

Materiały do wykładu „Inżynieria miejska – kubaturowe obiekty podziemne” Wybrane obiekty kubaturowe związane z eksploatacją sieci kanalizacyjnej dr inż. Leszek Wysocki, prof. PWr.

STUDNIE KANALIZACYJNE Studnie kanalizacyjne narażone są na liczne ododziaływania korozyjne, zarówno od strony wnętrza jak i od strony gruntu. Doświadczenia praktyczne wskazują jednak, że podstawowym zagrożeniem jest korozja siarczanowa. Mechanizm tej korozji ilustruje kolejny slajd.

STUDNIE KANALIZACYJNE

STUDNIE KANALIZACYJNE W czasie zagniwania ścieków i osadów, które przyklejają się w strefie wahania poziomu ścieków i osadzają w kinecie powstaje siarkowodór. Siarkowodór w procesach życiowych bakterii z rodzajau Thiobacillus zostaje utleniony do kwasu siarkowego, który wraz ze skroplinami wody osadza się na ścianach i pokrywie studni. Z uwagi na sposób powstawania środowiska agresywnego ten rodzaj korozji nazywamy korozją biologiczną. Wskaźnik p. H skroplin i sfermentowanych osadów może spadać nawet do wielkości około 1. 5. Takie środowisko jest silnie agresywne w stosunku do betonu i nie mieści się w żadnej klasie ekspozycji dla konstrukcji betonowych wymienionych w normie PN-EN 206. Oznacza to, że w przypadku występowania takiego zagrożenia konstrukcja powinna być całkowicie, trwale odcięta od dostępu środowiska agresywnego. Podkreślić należy, że w dobrze zaprojektowanym systemie kanalizacyjnym nie powinno dochodzić do odkładania osadów i zagniwania ścieków. Do takich sytuacji dochodzi w przewodach ułożonych w zbyt małych spadkach, w których prędkość przepływu nie zapewnia samooczyszczania kanału.

STUDNIE KANALIZACYJNE Studnie kanalizacyjne powinny spełniać wymagania określone w normie PN-EN 1917, poniżej widoczne są typy konstrukcyjne studni kanalizacyjnych przewidziane w norrmie

STUDNIE KANALIZACYJNE Zgodnie z normą PN-EN 1917 studnie realizować należy z betonu o poniższych parametrach: -wytrzymałość na ściskanie mniejsza od 40 MPa, - nasiąkliwość betonu nie większa od 6 %, - szerokość rozwarcia rys do 0. 15 mm, - stosunek w/c nie większy od 0. 45, Zgodnie z normą PN-EN 206 nie ma klasy betonu C 40, tak więc przyjmuje się, ze studnie powinny być wykonywane z betonu klasy nie niższej od C 35/45. Doświadczenia praktyczne wskazują, że nasiąkliwość 6 % jest zdecydowanie za duża, w dokumentacji projektowej to wymaganie należy zaostrzyć. Dopuszczalna nasiąkliwość betonu w konstrukcji studni kanalizacyjnych nie powinna być większa od 4 %. Dodatkowo, na podstawie doświadczeń praktycznych wskazane jest stosowanie do produkcji elementów studni betonu na cemencie siarczanoodpornym, szczególnie korzystny jest cement hutniczy o zawartości żużla powyżej 50%. Taki beton zapewnia odpowiednią trwałość konstrukcji studni.

STUDNIE KANALIZACYJNE W przypadku możliwości wystąpienia w przewodzie kanalizacyjnym środowiska o wysokiej agresywności konieczne jest zastosowanie powłok trwale odcinających dostęp takiego środowiska do konstrukcji lub zastosowanie studni z tworzyw sztucznych. Dostępne są studnie wykonane z kręgów pokrytych fabrycznie powłoką PE. Izolację kręgów wykonać można także z laminatów żywicznoszklanych lub grubowarstwowych powłok polimerowo-silikatowych (grubość nie mniejsza od około 5 mm). Powłoki nakładane technikami malarskimi, nawet z materiałów o bardzo wysokiej odporności nie zapewniają odpowiedniej trwałości.

STUDNIE KANALIZACYJNE Najważniejszym elementem studni kanalizacyjnej jest dolny krąg (dennica) wraz kinetą. Jak widać na powyższej ilustracji kineta może być wykonana w jednym procesie prefabrykacji elementu i tworzyć z dennicą monolityczną całość, kineta może także zostać wykonana ręcznie w prefabrykowanym kręgu. Zdecydowanie lepszym rozwiązaniem są dennice monolityczne bo cały element wykonany jest z jednorodnego, wysokiej jakości betonu. Zwieńczenie studni może być wykonane w postaci płaskiej pokrywy żelbetowej z włazem żeliwnym lub zwężki z włazem (trzecia studnia na ilustracji typów). Zdecydowanie korzystniejszym rozwiązaniem jest zastosowanie zwężki. Pokrywa żelbetowa jest narażona na skropliny w większym stopniu niż zwężka. Pokrywa zawsze jest elementem żelbetowym, którego trwałość uwarunkowana jest trwałością otuliny. Oznacza to, że po uszkodzeniu otuliny o grubości około 35 mm kończy się okres bezpiecznej eksploatacji pokrywy. Taki ubytek betonu nie jest jeszcze zagrożeniem dla zwężki, ich trwałość jest więc większa.

STUDNIE KANALIZACYJNE Zgodnie z normą PN-EN poszczególne elementy studni powinny być uszczelnione uszczelkami elastomerowymi wykonanymi z materiałów odpornych na substancje zawarte w ściekach. Tworzywem spełniającym te wymagania jest FPM, niestety ze względu na wysoką cenę jest rzadko stosowany. W przeciętnych warunkach zadowalającą odpornością cechują się materiały EPDM i SBR, dla ścieków zawierających tłuszcze powinno stosować się uszczelki wykonane z NBR. Studnie muszą być wyposażone w stopnie złazowe (żeliwne) lub klamry złazowe (najczęściej stalowe pokryte PE). Wygodniejsze w trakcie eksploatacji są klamry, jednak zwrócić nalleży uwagę aby pokryte były tworzywem w jasnym, jaskrawym kolorze co ułatwia schodzenie.

STUDNIE KANALIZACYJNE Mimo braku takiego rozwiązania w normie PN-EN 1917 ciągle pojawiają się wymagania stosowania w studniach tzw. pierścieni odciążających, konstrukcję taką ilustruje kolejny slajd. Nie należy stosować takich rozwiązań ponieważ utrudniają eksploatację nawierzchni drogowych oraz podwyższają koszty realizacji i eksploatacji przewodów kanalizacyjnych

STUDNIE KANALIZACYJNE

POMPOWNIE ŚCIEKÓW Obiektem kubaturowym występującym w niemal każdej sieci kanalizacyjnej jest przepompownia ścieków. Przepompompownie są niezbędne zwłaszcza w rozległych sieciach lub w terenie o dużych zróżnicowaniach wysokości aby zapewnić możliwość grawitacyjnego odprowadzania ścieków. W przypadku małych przepompowni często stosowanym rozwiązaniem jest prefabrykowana studnia betonowa lub rzadziej żelbetowa. Takie rozwiązania stosuje się do średnicy około 4. 0 m. Zwieńczeniem takiej pompowni jest z reguły żelbetowa pokrywa z włazem. Większe obiekty realizuje się zwykle jako konstrukcje żelbetowe monolityczne o rzucie prostokątnym.

SPOMPOWNIE ŚCIEKÓW W przepompowniach ścieków dochodzić może okresowo do powstawania silnie agresywnego środowiska. Projektując takie obiekty dla określenia klasy ekspozycji nie należy kierować się składem ścieków, które są słabo agresywne w stosunku do betonu. Dla zapewnienia wysokiej trwałości pompowni przyjąć należy, że wystąpić może okresowo zagrożenie oddziaływania na beton środowiska o wskaźniku p. H nawet poniżej 2. 0 i bardzo wysokiego stężenia siarczanów. W takich warunkach konieczne jest zastosowanie odpowiednich izolacji antykorozyjnych w studniach kanalizacyjnych. Na kolejnym slajdzie przykład małej przepompowni ścieków wykonanej jako prefabrykowana studnia betonowa. Brak skutecznych izolacji spowodował po kilku latach eksploatacji poważne uszkodzenia. Pompowni nie można już wyremontować, konieczna jest jej wymiana.

SPOMPOWNIE ŚCIEKÓW

KOMORY ROZPRĘŻNE Obiektami kubaturowymi zlokalizowanymi na sieci kanalizacyjnej o zdecydowanie najwyższych zagrożeniach korozyjnych są komory rozprężne. Komory takie realizuje się jako końcowy element ciśnieniowego (tłocznego) przewodu kanalizacyjnego. W komorze tej następuje redukcja ciśnienia i dalejj ścieki płyną przewodem grawitacyjnym. W przewodzie tłocznym dochodzi do zagniwania ścieków i stąd w komorze rozprężnej pojawiają się bardzo duże ilości siarkowodoru. W wyniku przemiany siarkowodoru w kwas siarkowy na ścianach, a zwłaszcza na stropie komory osadzają się skropliny o bardzo wysokiej agresywności, o wskaźniku p. H nawet poniżej 1. 5. Takie środowisko powoduje bardzo szybką destrukcję betonu. Obserwuje się tempo korozji siegające nawet kilku centymetrów w ciągu roku. Dla tego też w komorach rozprężnych stosować należy izolacje antykorozyjne o najwyższej trwałości i odporności na działanie siarczanów. Jednym z najlepszych rozwiązań są płyty z polietylenu zakotwione w betonie i połąćzone między sobą poprzez spawanie. Skutecznym rozwiązaniem są też laminaty epoksydowo-szklane, stosować się powinno raczej laminaty dwuwarstwowe (dwie warstwy tkaniny lub włókniny szklanej). Można też stosować grubowarstwowe powłoki polimerowo-silikatowe (o grubości nie mniejszej od 6 mm). Nie należy w tych obiektach stosować powłok izolacyjnych wykonywanych technikami malarskimi (natrysk, wałek).

Opracował: dr inż. Leszek Wysocki, prof. PWr.