Projektowanie konstrukcji kanałowych z zastosowaniem metody III generacji

Projektowanie konstrukcji kanałowych z zastosowaniem metody III generacji Zaproponowano nową metodę wymiarowania konstrukcji przewodów kanalizacyjnych tzw. III generacji. Odróżnia się ona od dotychczas stosowanych metod, projektowaniem konstrukcji kanałowej na ściśle określony prognozowany okres jej eksploatacji wyrażony w latach oraz uwzględnianiem w toku obliczeniowym czynników eksploatacyjnych destrukcyjnie oddziałujących na konstrukcję kanałową. 1. Uwagi wstępne Niżej zaproponowana metoda projektowania konstrukcji kanałowych o nazwie KA-04 powstała w oparciu o prowadzone analizy teoretyczne [2-6, 10-12], analizy wyników badań poligonowych ugięć rur z tworzyw sztucznych [1, 13, 14] oraz analizy wyników 13-letnich badań stanu technicznego ponad 100 km sieci kanalizacyjnych, prowadzonych pod kierownictwem autora tej publikacji w ponad 50-ciu różnych miastach Polski techniką video [8, 14, 17]. Specyfiką proponowanej metody odróżniającą ją od innych dotychczas stosowanych jest: a) projektowanie konstrukcji kanałowej na ściśle określony zakładany okres jej eksploatacji wyrażony w latach, b) uwzględnianie w toku obliczeniowym czynników oddziałujących w okresie eksploatacji kanału na konstrukcję kanałową (czynniki materiałowe oraz zewnątrz i wewnątrzkanałowe). 2. Uwagi dotyczące istniejących metod W [14] wskazano na błędy wcześniej stosowanych metod oraz obecnie stosowanej tzw. metody skandynawskiej. Z kolei w [1] dokonano analizy czterech najczęściej stosowanych na przełomie XX i XXI wieku metod w Polsce: metody niemieckiej ATV-A 127, metody skandynawskiej, metody KA-17 bazującej na metodzie ATV-A127 lecz zawierającej zmodyfikowany sposób obliczania obciążeń zmiennych zalecany przez autora tej publikacji (opisany m.in. w [2, 3, 12]), metody bazującej na normie szwajcarskiej SIA-190. Wykonano obliczenia statyczno-wytrzymałościowe dla 35 przypadków obliczeniowych dla kanałów z PVC w zakresie średnic 200-500 mm przykrytych nadsypką gruntu. Rozbieżności pomiędzy wynikami otrzymanymi z poszczególnych metod [1, 14] wyniosły w przypadku: obciążeń stałych od obciążenia gruntem do 29%, obciążeń zmiennych do 488%, obciążeń pionowych sumarycznych do 223%, parcia poziomego do 108%, ugięć początkowych przeciętnie do ok. 200%, maksymalnie do 421%, ugięć końcowych przeciętnie do ok. 300%, maksymalnie do 629%. Konsekwencją istnienia tak dużych różnic między wynikami uzyskanymi z obliczeń, wykonanych czterema najczęściej stosowanymi metodami obliczeniowymi, jest możliwość znacznego niedowymiarowania, bądź znacznego przewymiarowania konstrukcji kanałowych projektowanych w oparciu o niektóre z tych metod. Analizy teoretyczne i badania poligonowe opisane w [1], a także własne analizy teoretyczne autora tej publikacji [2-6, 10-12] weryfikowane ekspertyzami konstrukcyjnymi przewodów kanalizacyjnych [8, 15] wskazują, iż spośród metod obecnie stosowanych, za najlepsze (najbardziej odzwierciedlające rzeczywistą pracę konstrukcji kanałowych) można uznać metodę ATV-A127, stosowaną dla przekrojów kołowych i metodę Netzera stosowaną dla przekrojów o innych kształtach, niż kołowe. Jedyną korektę, którą należałoby do nich wprowadzić byłaby zmiana dotycząca sposobu obliczania obciążeń użytkowych od taboru samochodowego, polegająca na uwzględnieniu faktu, iż obciążenia przekazywane od taboru samochodowego na konstrukcję kanałową, zależą także od rodzaju gruntu znajdującego się pod nawierzchnią uliczną. 3. Zapotrzebowanie na metodę projektowania konstrukcji przewodów kanalizacyjnych III generacji Dotychczasowe metody obliczania konstrukcji przewodów kanalizacyjnych można podzielić na dwie grupy z propozycją nazwania ich metodami I i II generacji. Do grupy metod I generacji należałoby wtedy zaliczyć te metody, w których uwzględnia się przy projektowaniu konstrukcji przewodów kanalizacyjnych parametry geometryczne rur kanałowych, parametry geometryczne wykopu, odciążające oddziaływanie ścian wykopu wskutek uwzględnienia tarcia gruntu zasypowego o grunt rodzimy, rodzaj gruntu i sposób posadowienia kanału na dnie wykopu. Metody te umożliwiały wykonywanie obliczeń według ówczesnego stanu wiedzy wyłącznie konstrukcji kanałowych sztywnych. W ostatnich dekadach XX wieku wraz z powszechnym stosowaniem przy budowie sieci infrastruktury podziemnej rurociągów i kanałów tworzywowych o konstrukcji podatnej, coraz wyraźniej zauważano istotny wpływ technologii budowy kanału na wielkość naprężeń w konstrukcji kanałowej. Wpływy te zostały przeanalizowane w wyniku rozważań teoretycznych, badań laboratoryjnych oraz badań poligonowych i umożliwiły opracowanie metod II generacji. Specyfiką metod II generacji było uwzględnianie w toku obliczeń poza czynnikami specyficznymi dla metod I generacji, także parametrów związanych z zagęszczaniem gruntu w wykopie, z rodzajem i sposobem wyciągania deskowania z wykopu w trakcie robót zagęszczających oraz parametrów gruntu obok i nad konstrukcją kanałową, a także znajdującego się poza wykopem z boku kanału i pod jego dnem. W metodach tych uwzględniano wpływ ugięcia się obciążonej konstrukcji kanałowej na wielkość i rozkład działających na nią obciążeń pionowych, a także parcia poziomego. Technologia budowy kanału ma istotny wpływ na wymiarowanie konstrukcji kanałowej. W [12] zamieszczono przykład pokazujący, że skrajne zmiany parametrów technologii budowy kanału mogą doprowadzić nawet do około 8-krotnej zmiany naprężeń w konstrukcji kanałowej. Opracowanie metod uwzględniających wpływ technologii budowy kanału na wielkość obciążeń, sił wewnętrznych i naprężeń (a także ugięć i stateczności w kanałach podatnych) należy uznać Andrzej Kuliczkowski Politechnika Świętokrzyska 1 34 Inżynieria Bezwykopowa maj 2004

za przełomowe w rozwoju metod wymiarowania konstrukcji kanałowych, uzasadniające nazwanie ich metodami II generacji. Do metod tych zalicza się metodę ATV-A127, metodę Netzera i metodę skandynawską. Ta ostatnia ma ograniczony zakres zastosowań wyłącznie do kanałów podatnych o średnicy do 500 mm. Metoda Netzera służy do obliczeń kanałów sztywnych niewiele odkształcających się o dowolnych przekrojach (kołowe, jajowe, dzwonowe). Metoda ATV-A127 umożliwia obliczanie konstrukcji kanałowych wyłącznie o przekroju kołowym zarówno sztywnych, jak i podatnych. Prezentacji tych metod wraz z przykładami obliczeniowymi dokonano w [16]. Podstawową wadą metod I oraz II generacji, a więc metod stosowanych obecnie jest nieuwzględnianie na etapie projektowania konstrukcji przewodów kanalizacyjnych czynników eksploatacyjnych wewnątrz i zewnątrzkanałowych, oddziałujących na konstrukcję kanałową po przekazaniu jej do użytkowania oraz parametrów starzeniowych materiałów konstrukcyjnych. Z faktu tego wynika potrzeba dokonania kolejnego przełomu w rozwoju metod wymiarowania przewodów kanalizacyjnych polegającego na opracowaniu metody III generacji uwzględniającej poza czynnikami dotychczas uwzględnianymi w metodach I i II generacji także czynniki związane z późniejszą eksploatacją kanału. Intensywny rozwój technik diagnozowania stanu technicznego sieci kanalizacyjnych, szczególnie w ostatnich dwu dekadach XX wieku umożliwił poznanie wpływu czynników eksploatacyjnych (np. korozja, ścieralność) na rodzaj i tempo zużywania się konstrukcji przewodów kanalizacyjnych. Zarówno w kraju jak i za granicą zgromadzono obszerny materiał doświadczalny umożliwiający ocenę ilościową np. zjawiska korozji, czy ścierania się dna kanałów w zależności od parametrów materiałowych kanału oraz parametrów hydraulicznych (spadku podłużnego kanału, prędkości przepływu ścieków, itp.). Aktualnie znane są także bardziej dokładnie procesy starzeniowe konstrukcji kanałowych, w tym dotyczące kanałów wykonanych z tworzyw sztucznych. Zagadnienia te omówione zostały m.in. w tomie I monografii Rury kanalizacyjne [14]. Można uznać, iż istnieje już obecnie na tyle bogaty materiał doświadczalny, aby podjąć próbę opracowania metody obliczania konstrukcji kanałowych III generacji. 4. Zapotrzebowanie na metodę obliczeń konstrukcji kanałowych na zadany ściśle określony w latach okres ich eksploatacji 4.1. Zapotrzebowanie na nową metodę obliczeń uwarunkowane względami technicznymi Powyżej wskazano na celowość opracowania metody III generacji wynikającą z konieczności uwzględniania przy projektowaniu konstrukcji kanałowych parametrów eksploatacyjnych. Opracowanie takiej metody uzasadnione jest także potrzebą obliczania konstrukcji przewodów kanalizacyjnych na zadany ściśle określony w latach czasookres ich eksploatacji. Niektóre kanały technologiczne mogłyby być projektowane np. tylko na okres 50 lat eksploatacji lub niekiedy krótszy, natomiast inne bardzo kosztowne kolektory o dużych przekrojach odprowadzające np. ścieki z miasta na oczyszczalnie mogłyby być projektowane na znacznie dłuższy czas ich eksploatacji np. na okres 200 lat. Obecnie stosowane metody nie posiadają opcji umożliwiającej projektowanie konstrukcji kanałowych na konkretnie zadany okres ich eksploatacji. 4.2. Zapotrzebowanie na metodę obliczeń uwarunkowane względami ekonomicznymi Z dokonanych przez autora analiz stanu technicznego sieci kanalizacyjnych w RFN, Francji, Wielkiej Brytanii, USA, krajach skandynawskich, Kuwejcie, Australii i Japonii [9, 14] wynika, że Inżynieria Bezwykopowa maj 2004 35

we wszystkich tych krajach ponosi się olbrzymie nakłady finansowe na odnowę głównie bezwykopową tych sieci. Przykładowo na obszarze byłej RFN przewiduje się wydanie na ten cel około 50 mld euro w okresie 15 lat, a np. tylko w jednym 1974 roku wydano w USA na odnowę sieci kanalizacyjnych 12,5 mld USD. Ponoszenie tak olbrzymich nakładów na odnowę sieci kanalizacyjnych stanowiących barierę ekonomiczną dla dalszego rozwoju niektórych miast stawia pod znakiem zapytania dalsze stosowanie obecnych metod obliczeniowych, nie gwarantujących odpowiednio długiego czasookresu eksploatacji sieci kanalizacyjnych. Znane są niektóre rozwiązania np. kamiennych kolektorów kanalizacyjnych w Rzymie eksploatowanych ponad 2000 lat, lub późniejsze rozwiązania rurociągów kamionkowych, czy żeliwnych eksploatowanych przez kilkaset lat. W Polsce znane są także liczne rozwiązania np. rurociągów drewnianych z okresu średniowiecza, które do chwili obecnej nie uległy zniszczeniu. Brak jest zatem ekonomicznego uzasadnienia stosowania w obecnych czasach rozwiązań materiałowych mniej trwałych, nie gwarantujących odpowiednio długiego czasu eksploatacji nowo projektowanych przewodów kanalizacyjnych. Zdaniem autora błędne jest zatem założenie stosowane w obecnych metodach, iż projektuje się konstrukcję kanałową z określonym współczynnikiem bezpieczeństwa na obciążenia,które wystąpią bezpośrednio po zasypaniu wykopu gruntem bez uwzględniania planowanego czasookresu eksploatacji kanału. 4.3. Zapotrzebowanie na metodę obliczeń uwarunkowane sprawami prawno-organizacyjnymi Projektowanie konstrukcji kanałowych na z góry założony czasookres ich eksploatacji przy spełnieniu wymogu niezbędnej ich nośności w całym okresie eksploatacji zapobiegłoby na etapie przetargów doborowi rur kanalizacyjnych najtańszych, często o najkrótszej trwałości w stosunku do pozostałych oferowanych rur. W przetargach o doborze rur decyduje często ich koszt, a nie prognozowana trwałość dla określonych w projekcie warunków ich eksploatacji. Powoduje to np. odrzucenie droższych rur o trwałości np. 100 lat oraz wybór rur np. o trwałości 50 lat i tylko np. o 10% tańszych od tych pierwszych. W przetargu, w którym nie jest brana pod uwagę prognozowana trwałość rur jednakowo są traktowane np. rury betonowe zwykłe i rury betonowe z wewnętrzną powłoką z betonu polimerowego lub powłoką z tworzywa sztucznego rozwiązaniami zwiększającymi ich trwałość z reguły o minimum 50 lat. Sytuacja ta nie zaistniałaby, gdyby konstrukcje kanałowe były projektowane na ściśle określony czas ich eksploatacji. W przypadku, gdy inwestor nie określa czasookresu eksploatacji kanału należałoby porównać rury kanalizacyjne o różnej prognozowanej trwałości wg kryterium będącego ilorazem kosztu wbudowania 1 mb. kanału (oczywiście łącznie z kosztem rury) i prognozowanego czasookresu eksploatacji kanału dla parametrów eksploatacyjnych określonych w projekcie. Należałoby wtedy wybrać rury, dla których uzyskano najniższy koszt wbudowania kanału odniesiony do jednego roku eksploatacji. 5. Propozycja nowej metody III generacji projektowania konstrukcji kanałowych dla zadanego czasookresu ich eksploatacji W proponowanej metodzie przyjęto następujące założenia: 1. Podstawowy tok obliczeń przyjęto zgodnie z zaleceniami metody opisanej w wytycznych ATV-A127 w przypadku kanałów o przekrojach kołowych lub Netzera w przypadku kanałów o przekrojach niekołowych. 2. Do zaproponowanego toku obliczeń wprowadza się następującą korektę oraz uzupełnienia: wprowadza się korektę dotyczącą obliczania obciążeń użytkowych od taboru samochodowego uzależniając ich wartość dodatkowo od rodzaju gruntu. Proponowana metoda obliczeń zamieszczona jest m.in. w [16], przy obliczaniu obciążeń konstrukcji kanałowych ułożonych pod nawierzchnią uliczną zaleca się uwzględnianie współczynnika redukcyjnego uwzględniającego odciążające oddziaływanie nawierzchni ulicznej według zaleceń zamieszczonych w [16], w przypadku sąsiedztwa obiektów przekazujących obciążenia na konstrukcje kanałowe, uwarstwienia gruntu w nadsypce kanałowej, wystąpienia obciążeń od taboru tramwajowego, kolejowego, lotniczego lub tłumu pieszych albo występowania wody gruntowej obok lub nad konstrukcją kanałową należy podstawowy tok obliczeń uzupełnić o obliczenia zalecane w [16]. 3. Ustala się minimalne (gwarantowane) okresy czasowe eksploatacji konstrukcji kanałowych wykonanych z różnych materiałów T m, w oparciu o propozycje trzech różnych niemieckich instytucji zamieszczone m.in. w [14]. Można tam zauważyć istotne różnice w podanych okresach trwałości poszczególnych rodzajów rur. Proponuje się zatem (do czasu uzgodnienia tych samych okresów czasowych) przyjąć T m równe średniej arytmetycznej zamieszczonych w tej tabeli wartości. Należy zwrócić uwagę na fakt, że minimalne okresy trwałości rur betonowych podane w tej tabeli dotyczą rur wykonanych z klasy betonu nie niższych niż B45. Zgodnie z powyższymi zaleceniami należałoby przyjmować w obliczeniach następujące wartości minimalnego czasu eksploatacji konstrukcji kanałowych T m wyrażone w latach dla: rur betonowych i żelbetowych stosowanych dla ścieków sanitarnych 44 rur betonowych i żelbetowych stosowanych dla ścieków deszczowych 47 rur kamionkowych 80 kanałów murowanych z cegły 59 rur z tworzyw sztucznych 41 rur stalowych 43 Dane te dotyczą rur o jakości gwarantowanej stosownymi normami i wytycznymi obowiązującymi w RFN. 4. Podany w pkt. 3 minimalny (gwarantowany) czas eksploatacji może ulec w przypadku niektórych rodzajów rur zwiększeniu o tzw. dodatkowy również minimalny (gwarantowany) czas eksploatacji konstrukcji kanałowych. Czas ten uzyskuje się w wyniku np. zastosowania dodatkowych powłok ochronnych w rurach betonowych żelbetowych lub wykonanych z betonu sprężonego. Powłoka ochronna wewnętrzna zabezpiecza betonową część konstrukcji kanału przed korozją wewnętrzną lub zjawiskiem ścieralności dna kanału. Powłoka ochronna może być żywiczna np. na bazie żywicy epoksydowej lub z tworzywa termoutwardzalnego (PE-HD, PVC) wykonanego np. w systemie BKU [7, 8]. W przypadku zastosowania użebrowanej powłoki z PCV lub PE na trwałe zamocowanej w betonie konstrukcji kanałowej przyjmuje się iż dodatkowy czas eksploatacji wynosi 50 lat. Dodatkowy czas eksploatacji może także wynikać z powiększenia grubości konstrukcji kanałowej wykonanej z jednorodnego materiału o prognozowany w okresie czasu ubytek grubości wynikający ze ścierania się dna konstrukcji kanałowej lub wynikający z prognozowanej korozji wewnętrznej. Powiększenie grubości może także rekompensować niższe parametry wytrzymałościowe rur będące efektem starzenia się materiału konstrukcyjnego w dłuższym okresie czasu. 5. Ustala się minimalny prognozowany czas eksploatacji konstrukcji kanałowej w oparciu o wzór: T p = T m (1) gdzie: T p prognozowany czas eksploatacji konstrukcji kanałowej, w latach, 36 Inżynieria Bezwykopowa maj 2004

T m minimalny czas eksploatacji konstrukcji kanałowej, w latach, dodatkowy czas eksploatacji konstrukcji kanałowej, w latach. Dodatkowy czas eksploatacji konstrukcji kanałowej oblicza się ze wzoru: = (2) gdzie: dodatkowy czas eksploatacji kanału wynikający z powiększenia grubości konstrukcji kanałowej: a) o prognozowany ubytek wynikający ze ścierania się dna konstrukcji kanałowej oraz oddziaływania korozji wewnętrznej, b) rekompensujący niższe parametry wytrzymałościowe rur wskutek starzenia się materiału konstrukcyjnego w dłuższym okresie czasu, dodatkowy czas eksploatacji kanału wynikający z zastosowania wewnętrznej powłoki ochronnej przed negatywnym wpływem ścierania się dna kanału oraz oddziaływania korozji wewnętrznej. 6. Dla założonego w projekcie planowanego czasu eksploatacji kanału T z oblicza się według metody podanej w [14] obliczoną w mm grubość starcia dna konstrukcji kanału. Grubość startego dna zgodnie z tą metodą jest funkcją rodzaju materiału konstrukcyjnego kanału, średnicy kanału, prędkości przepływu ścieków, stopnia wypełnienia kanału ściekami oraz przeznaczenia kanału (deszczowy, sanitarny, ogólnospławny). 7. W przypadku kanałów betonowych, żelbetowych i z betonu sprężonego należy dla założonego w projekcie planowanego czasu eksploatacji T z obliczyć w oparciu o [14] ubytek grubości ściany kanału wywołany korozją wewnętrzną. 8. W przypadku kanałów projektowanych z rur tworzywowych dla zadanego okresu eksploatacji T z należy uwzględnić wpływ temperatury na wielkość naprężeń z wykresów zamieszczonych w [14]. Wydłużenie czasookresu eksploatacji tych kanałów wiąże się z pogrubieniem ich powłoki. 9. W wyniku obliczeń zrealizowanych o pkt. 1 i 2 założeń uzyskuje się konstrukcję kanałową zaprojektowaną na obciążenia, które wystąpią bezpośrednio po wbudowaniu kanału tj. konstrukcję zaprojektowaną na minimalny czasookres eksploatacji kanału T m określony w założeniu nr 3 pod warunkiem wystąpienia średnich statystycznie oddziaływań korozji wewnętrznej i ścierania się dna. Mogą zaistnieć cztery przypadki projektowania konstrukcji kanałowej na zróżnicowane okresy jej eksploatacji: 1) projektowanie kanału na okres eksploatacji T m. Należy wtedy określić (w oparciu o odpowiednie wzory podane w [14]) ubytki konstrukcji spowodowane korozją wewnętrzną i ścieraniem się dna kanału. W przypadku stwierdzenia dużych wartości tych ubytków w okresie T m należy powiększyć o nie grubość projektowanej konstrukcji. Duże ubytki konstrukcji mogą zaistnieć w przypadku dużych spadków podłużnych kanału (zwiększone ścieranie się dna kanału) lub przy zbyt małych spadkach podłużnych kanałów i niskiej jakości betonu konstrukcyjnego (zwiększona korozja wewnętrznych ścian kanału); 2) projektowanie kanału na okres eksploatacji T p. W tym przypadku konieczne jest obliczenie konstrukcji kanałowej z uwzględnieniem powiększenia jej grubości o obliczone ubytki grubości wynikające z korozji wewnętrznej i ścierania się dna kanału dla okresu eksploatacji T p ; 3) projektowanie kanału na okres eksploatacji T p. Należy przyjąć zasady sformułowane w pkt. 1) przy określaniu grubości kanału dla okresu T m oraz zastosować wewnętrzną powłokę ochronną; 4) projektowanie kanału na okres eksploatacji T p. Należy przyjąć zasady podane w pkt. 1) przy określaniu grubości kanału dla okresu eksploatacji T p oraz zastosować wewnętrzną powłokę ochronną. Stosowanie wewnętrznych powłok ochronnych dotyczy głównie kanałów wykonanych z materiałów na bazie cementu (beto- Inżynieria Bezwykopowa maj 2004 37

nowe, żelbetowe, sprężone, fibrobetonowe) oraz stalowych. W przypadku innych rozwiązań materiałowych wydłużenie okresu eksploatacji kanałów może nastąpić w wyniku zastosowania grubszych powłok lub lepszych jakościowo materiałów. 10. Wpływ czynników korozyjnych zewnątrzkanałowych opisany w [14] należy oszacować i uwzględniać w obliczeniach statyczno-wytrzymałościowych. Należy zastosować zewnątrzkanałowe powłoki izolacyjne w tych rurach kanalizacyjnych, w których jest to konieczne (np. w stalowych, z żeliwa sfeoidalnego), a w szczególnych przypadkach także w kanałach wykonanych z materiałów na bazie cementu tj. betonowych, żelbetowych, sprężonych, fibrocementowych. 6. Uwagi końcowe 1. Ukazując historyczny rozwój metod obliczeniowych konstrukcji przewodów kanalizacyjnych zaproponowano ich podział na metody I i II generacji. Do metod doskonalszych II generacji zaliczono te, które w toku obliczeniowym uwzględniają wpływ parametrów związanych z technologią budowy kanału na wielkość obciążeń konstrukcji kanałowych. 2. Zaproponowano metodę obliczania konstrukcji przewodów kanalizacyjnych III generacji. Odróżnia się ona od metod II generacji: a) projektowaniem konstrukcji kanałowej na ściśle określony prognozowany okres jej eksploatacji wyrażony w latach, b) uwzględnieniem w toku obliczeniowym czynników eksploatacyjnych destrukcyjnie oddziałujących na konstrukcję kanałową (czynniki materiałowe, zewnątrz- i wewnątrzkanałowe). 3. Zaproponowanie metody obliczeniowej III generacji wiąże się z koniecznością podjęcia zakrojonych na szeroką skalę badań mających na celu uściślanie w najbliższych latach zestawionych w tomie I monografii [14] zależności ukazujących wpływ czynników materiałowych, a także zewnątrz i wewnątrzkanałowych na bezpieczeństwo i trwałość konstrukcji kanałowych jako funkcji czasu ich eksploatacji. Dotyczy to szczególnie oceny wpływu czynników zewnątrzkanałowych na bezpieczeństwo i trwałość konstrukcji kanałowych. 4. W dalszej kolejności należałoby przeanalizować możliwość wprowadzenia elementów probalistycznych do zalecanej metody obliczeń z ewentualnym wdrożeniem metody stanów granicznych i opracowaniem częściowych współczynników bezpieczeństwa. 7. Przykład obliczeniowy Zaprojektować sanitarny kanał betonowy φ300 mm o klasie betonu nie niższej niż B45 na okres eksploatacji równy 200 lat zakładając średnie wypełnienie kanału ściekami h = d/2 oraz prędkość przepływu ścieków 5 m/s. 1. W oparciu o założenie nr 3 przyjęto minimalny czas eksploatacji kanału T m = 44 lata. 2. Zastosowano wewnętrzną powłokę typu BKU z PVC (w oparciu o założenie nr 4) wydłużającą czas eksploatacji kanału o = 50 lat. 3. Aby zaprojektować konstrukcję kanału na okres 200 lat należy zwiększyć grubość powłoki kanału betonowego uwzględniając dodatkowo wpływy korozji i ścierania się dna kanału w pozostałym czasie tj. okresie 200 T m = 106 lat. 4. Obliczenie wielkości ubytku dna kanału w okresie 106 lat spowodowanego ścieraniem się według zaleceń [14]: z tabeli 3.6: współczynnik materiałowy η = 1,54 10-11 z rysunku 3.13: 100R a = 1,0 10 12 ze wzoru (3.17): wielkość starcia dna kanału a s = 1,54 10-11 1,0 10 12 = 15,40 mm. 5. Określenie przewidywanego ubytku powłoki kanału w okresie 106 lat spowodowanego korozją wewnętrzną według zaleceń [14]: dla betonu B45 przyjęto: współczynnik uwzględniający klasę betonu k z = 0,20, OM = h/dw = 0,5 z tabeli 3.4: CH1 = 1,57, CH2 = 0,64 z punktu 3.2.3: alkaliczność betonu A = 1,5% efektywne BZT5 w temperaturze 20 C dla wysokiego stężenia ścieków = EBZT 5 = BZT 5 1,07 (T-20) = 1,07 BZT 5 = 1,07 400 = 428 mg/dm 3 ze wzoru (3.9) = CR = 2,07 0,20 428/1000 1,57 0,64 1/1,5 = 0,119 mm/rok ubytek korozyjny w okresie 106 lat wyniesie a k = 106 0,119 = 12,61 mm. 6. Ustalenie grubości, o którą należy zwiększyć grubość rury podanej w katalogu. Łączny ubytek spowodowany korozją i ścieraniem się dna kanału wynosi Σa = a s + a k = 15,40 + 12,61 = 28,01 mm. Grubość rury należy po jej obliczeniu według zaleceń metody ATV 127 lub metody Netzera z uwzględnieniem korekt zaproponowanych w założeniu zwiększyć następnie o 30 mm. 7. Rura betonowa φ300 mm zaprojektowana na okres eksploatacji 200 lat w oparciu o zalecenia podane w proponowanej metodzie KA-04 winna posiadać zwiększoną grubość ścian o 30 mm i dodatkowo posiadać wewnętrzną powłokę ochronną np. z PVC lub PE. 1) Prof. dr hab. inż Andrzej Kuliczkowski Al. 1000-lecia P.P.1, 25-314 Kielce, tel./fax.: (041) 342 44 50 LITERATURA 1. Kubicka U., Analiza ugięć rur z PCV ułożonych w gruncie, praca doktorska, Politechnika Świętokrzyska, Kielce 2000. 2. Kuliczkowski A., Optymalizacja parametrów projektowych i realizacyjnych kolektorów kanalizacyjnych budowanych w warunkach miejskich. Obciążenia, konstrukcje, technologie. Raport serii PRE nr 43/84 Instytutu Inżynierii Lądowej Politechniki Wrocławskiej. Wrocław 1984. 3. Kuliczkowski A., Optimierung der Projektierungs- und Ausführungsparameter von Abwassersammlern unter städtichen Bedingungen. Rozprawa habilitacyjna. Technische Hochschule Lepzig, THL DI 0007233, ASB Organisation, Dresden Weisser Hirsch 1987. 4. Kuliczkowski A., Współczynnik koncentracji obciążeń w rurociągach i kanałach ułożonych w gruncie. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 1988, nr 7, s. 148-150. 5. Kuliczkowski A., Parcie poziome rurociągów i kanałów ułożonych w gruncie. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 1988, nr 8, s. 166-168. 6. Kuliczkowski A., Obciążenia rurociągów i kanałów ułożonych w gruncie od ruchomych obciążeń drogowych. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 1988, nr 11-12, s. 250-252. 7. Kuliczkowski A., Renowacja kolektorów kanalizacyjnych za pomocą wykładziny PCW, Ochrona przed korozją, 1988, nr 6, s. 128-131. 8. Kuliczkowski A., Problemy bezodkrywkowej odnowy przewodów kanalizacyjnych, monografia nr 13, Politechnika Świętokrzyska, Kielce 1998, s. 245. 9. Kuliczkowski A., Strategia planowania odnowy przewodów kanalizacyjnych. Informacja INSTAL, 1999, nr 11, s. 57-60. 10. Kuliczkowski A., Kuliczkowska E., Obciążenia użytkowe przewodów kanalizacyjnych od taboru samochodowego. Informacja INSTAL, 2000, nr 5, s. 38-41. 11. Kuliczkowski A., Kubicka U., Analysis of static calculation methods of plastic pipelines according to the field measurements. Materiały kongresowe: 6 International Kongress Pipeline Construction Show 2000, Hamburg, s. 265-274. 12. Kuliczkowski A., Projektowanie konstrukcji przewodów kanalizacyjnych. Skrypt 356, Politechnika Świętokrzyska, Kielce 2000. 13. Kuliczkowski A., Kubicka U., Nowe propozycje i zalecenia dotyczące doboru metod projektowania rurociągów z tworzyw sztucznych. Materiały konferencyjne: Nowe materiały i urządzenia w wodociągach i kanalizacji. Politechnika Świętokrzyska, Kielce 2001, s. 39-45. 14. Kuliczkowski A., Rury kanalizacyjne, t. I. Własności materiałowe. Monografia nr 28. Politechnika Świętokrzyska, Kielce 2001, s. 261. 15. Kuliczkowski A., Ekspertyzy konstrukcyjne kanałów ściekowych, Inżynieria Bezwykopowa, 2003, nr 2, s. 22-26. 16. Kuliczkowski A., Kury kanalizacyjne t. II. Projektowanie konstrukcji, monografia Politechniki Świętokrzyskiej (w druku, planowany termin ukazania się II kwartał 2004 r.) 17. Zwierzchowski D., Analiza bezpieczeństwa betonowych i kamionkowych przewodów kanalizacyjnych, praca doktorska, Politechnika Świętokrzyska, Kielce 2000. 38 Inżynieria Bezwykopowa maj 2004