W nowo wybudowanych przewodach kanalizacyjnych, w tym w przewodach wykonanych z rur PVC, nie powinny występować jakiekolwiek uszkodzenia. Przewody te powinny także posiadać założony w projekcie spadek podłużny. W przypadku, gdy występują w nich określone uszkodzenia czy nieprawidłowości, jak np. niezgodny z projektem spadek podłużny, kanały takie kwalifikują się do naprawy.
1. Wstęp
Z uwagi na brak polskich norm oraz wytycznych dotyczących dokonywania ilościowej oceny uszkodzeń w nowo wybudowanych przewodach kanalizacyjnych (za wyjątkiem normy ustalającej dopuszczalną wielkość odchylenia ich spadku podłużnego [22]), oceny ich stanu technicznego dokonuje się zwykle w oparciu o wytyczne i normy zagraniczne. Wytyczne te umożliwiają, w zależności od rodzaju i wielkości uszkodzenia, zakwalifikować poszczególne odcinki kanałów, na których zaobserwowano określone uszkodzenia, do jednej z pięciu klas stanu technicznego, gdzie do klasy 1 zalicza się kanały bez uszkodzeń (np. bez nawet najmniejszych wgnieceń), z niewielkimi uszkodzeniami/nieprawidłowościami (np. kanały z osadami dennymi zajmującymi nie więcej niż 5% przekroju poprzecznego) czy z dopuszczalnymi na etapie projektowania parametrami, które o wielkościach ponadnormatywnych są kwalifikowane jako uszkodzenia (np. dopuszczalne są ugięcia wierzchołka rur z termoplastycznych tworzyw sztucznych mniejsze od 6%, aczkolwiek wskazane byłoby dopuszczać mniejsze ugięcia [10]). Z kolei do najwyższej, 5 klasy, zalicza się kanały o największych uszkodzeniach.
Tego typu klasyfikacja jest bardzo przydatna przy planowaniu napraw przewodów kanalizacyjnych. Dzięki takiej klasyfikacji, w pierwszej kolejności prace realizowane są na kanałach zakwalifikowanych do klasy 5, stwarzającej poważniejsze zagrożenia, a w następnej kolejności zakwalifikowanych kolejno do klas 4, 3 i 2.
Poniżej poddano dyskusji problematykę wymagań dotyczących ustalania minimalnej wartości spadku podłużnego przewodów kanalizacyjnych oraz maksymalnych odchyleń przewodów kanalizacyjnych od założonego profilu podłużnego. W następnej kolejności syntetycznie omówiono problematykę uszkodzeń typowych dla rur PVC niewystępujących w rurach o konstrukcji sztywnej i pozostałych uszkodzeń występujących także w rurach o konstrukcji sztywnej.
2. Spadek podłużny przewodów kanalizacyjnych i odchylenia rur od założonego profilu podłużnego
2.1 Wymagania dotyczące ustalania minimalnej wartości spadku podłużnego
W kraju, podobnie jak np. w Niemczech, minimalną wartość spadku podłużnego wyznacza się najczęściej dzieląc 1 przez wewnętrzną średnicę kanałów, i tak np. dla kanału o średnicy 200 mm minimalny spadek podłużny wynosi 5‰.
Zdarzało się, iż w kraju pojawiały się w niektórych czasopismach artykuły zawierające błędne propozycje uzasadniające możliwość zmniejszania tego spadku w przypadku zastosowania rur z tworzyw sztucznych zamiast rur betonowych czy kamionkowych. Poza naszym krajem, nigdzie takie propozycje nie były zgłaszane. Ci sami producenci rur, którzy w Polsce zgłaszali takie propozycje, np. w Niemczech stosowali wytyczne ATV 110 oraz zgodne z nimi wytyczne Kunstoffrohrverband (Zrzeszenia Producentów Rur z Tworzyw Sztucznych), które nakazują tak samo projektować hydraulicznie przewody kanalizacyjne wykonane z rur z tworzyw sztucznych, jak i pozostałych rur, tj. np. rur kamionkowych czy betonowych.
W USA w przypadku kanałów o średnicy 200 mm zaleca się różne minimalne wartości spadków podłużnych w różnych wytycznych i wynoszą one najczęściej 4‰, 5‰ lub 6‰.
Natomiast w niektórych innych krajach zaleca się przyjmować wyższe niż w Polsce minimalne spadki podłużne przewodów kanalizacyjnych.
W Austrii [4] zaleca się od 2015 roku, aby spadki podłużne przyjmować równe:
- 1% dla średnic kanałów ≤ DN 200,
- 1 : DN/2 dla średnic kanałów > DN 200.
Tak ustalony minimalny spadek podłużny według austriackiej normy ÖN B 2501 dla kanału o średnicy 200 mm jest zatem dwa razy większy niż ustalany obecnie w Polsce. Zdaniem autora tej publikacji propozycja ta powinna zostać zastosowana także w Polsce, z uwagi na:
- mniejsze niż dawniej ilości ścieków, szczególnie na początkowych odcinkach przewodów kanalizacyjnych;
- wyższe stężenie ścieków w odniesieniu do tych sprzed ponad około 30 lat, do czego w dużym stopniu przyczyniło się opomiarowanie zużycia wody;
- często nadal zdarzające się niestaranne wykonawstwo. Szczególnie zaś dotyczy ono rur z tworzyw sztucznych z uwagi na trudniejsze niż w przypadku rur betonowych czy kamionkowych zagwarantowanie w nich poprawnego spadku podłużnego ze względu na niewielką ich sztywność podłużną (rys. 1).
Szczególnie interesujące są zalecenia dotyczące przyjmowania minimalnych spadków podłużnych stosowane w kanadyjskim mieście Toronto funkcjonujące tam od 2009 roku [2]. W Toronto zaleca się projektowanie przewodów kanalizacyjnych o średnicach nie mniejszych niż 250 mm, układanych ze spadkami nie mniejszymi niż 1% na odcinkach kanałów obsługujących do 25 jednostek mieszkalnych, a w szczególnych przypadkach nawet wynoszącymi 2%. Na pozostałych odcinkach zaleca się stosowanie dla średnic 250 mm spadku podłużnego równego 5‰ (w Polsce przyjmuje się z reguły dla kanału o tej średnicy spadek podłużny równy 1/D = 4‰).
Biorąc pod uwagę fakt, iż projektanci w Polsce przyjmują z reguły wartość spadku podłużnego przewodów kanalizacyjnych równą ilorazowi 1 przez średnicę wewnętrzną kanału, a więc stosunkowo małe wartości spadków podłużnych, bardzo ważne jest, aby w przypadku przyjmowania takich spadków firmy wykonawcze budowały kanały bardzo starannie gwarantując poprawne, zgodne z projektem spadki podłużne.
Oceniając poprawność wykonania spadku podłużnego przewodów kanalizacyjnych w realizowanych ekspertyzach, autor publikacji kwalifikuje je do pięciu klas stanu technicznego wymienionych w uwagach wstępnych tej publikacji. Umożliwia to ponowne układanie rur z prawidłowymi spadkami podłużnymi, począwszy od tych, które tego najpilniej potrzebują czyli, zakwalifikowanych kolejno od klas najwyższych do klas najniższych.
2.2 Odchylenia rur od zaprojektowanego spadku podłużnego
W polskiej normie [22] w pkt. 5.1.6 dopuszczono odchylenie spadku podłużnego przewodu kanalizacyjnego od założonego w projekcie w każdym jego punkcie nie większe niż 1 cm. Podobne zalecenia występują także w innych krajach, np. w Australii dopuszcza się odchylenie spadku podłużnego w pionie nie większe niż 1 cm, a w poziomie nie większe niż 5 cm.
W wytycznych amerykańskich [21] zaproponowano aby zmiany w osiowości ułożenia przewodu kanalizacyjnego w stosunku do założeń projektowych nie przekraczały określonych wartości procentowych. Przewody kanalizacyjne o zmianach osiowości ujmuje się w następujących klasach:
- klasa 3 – zmiany osiowości z < 5% (ponowne poprawne ułożenie w trzeciej kolejności);
- klasa 4 – zmiany osiowości 6% < z < 10% (ponowne poprawne ułożenie w drugiej kolejności);
- klasa 5 – zmiany osiowości z > 11% (ponowne poprawne ułożenie w pierwszej kolejności).
Oceniając wielkości odchyleń rur od zaprojektowanego spadku podłużnego, podobnie jak w przypadku oceny poprawności wykonania spadku podłużnego, autor tej publikacji zaleca kwalifikować przewody kanalizacyjne do jednej z pięciu klas zróżnicowanych wielkością odchyleń rur kanalizacyjnych od zaprojektowanego spadku podłużnego.
3. Uszkodzenia rur PVC niewystępujące w rurach o konstrukcji sztywnej
3.1 Wgniecenia (wybrzuszenia)
Wgniecenia (rys. 2), w anglojęzycznych normach EN [23] nazywane dents, a w wytycznych amerykańskich PACP nazywane wybrzuszeniami (bulges), nie są dopuszczalne w przypadku przewodów kanalizacyjnych wykonanych z rur z tworzyw sztucznych, w tym wykonanych z rur PVC.
Zagrażają one uszkodzeniem ściany rur i rozszczelnieniem kanału, co w konsekwencji może doprowadzić do zapadnięcia się terenu znajdującego się nad kanałem [5, 7]. Problematykę wgnieceń obserwowanych w rurach PVC zaprezentowano w pracy E. Kuliczkowskiej i A. Wierzhowskiej [8], a propozycję ilościowej ich oceny w pracy E. Kuliczkowskiej [9]. Przyczyną wystąpienia wgnieceń ścian rur są najczęściej twarde lub ostre przedmioty, z reguły kamienie umieszczone po stronie zewnętrznej ścian rur, w miejscach, w których powinna występować obsypka piaskowa.
Oceniając klasy stanu technicznego przewodów kanalizacyjnych w przypadku wystąpienia wgnieceń rur autor przyjmuje zalecenia zamieszczone w wytycznych amerykańskich [21] lub polską propozycję zawartą w pracy E. Kuliczkowskiej [9].
3.2 Ponadnormatywne ugięcia wierzchołka rur
W rurach z tworzyw sztucznych, w tym w rurach z PVC, dopuszczalne są jedynie niewielkie ugięcia rur. Problematyka ta została szczegółowo omówiona m.in. przez E. Kuliczkowską [10]. Przyczyny powstawania ponadnormatywnych ugięć rur (rys. 3) są różne. Mogą one być spowodowane:
- zastosowaniem rur o mniejszych grubościach ścian w stosunku do tych założonych w projekcie;
- błędnym ustaleniem grubości ścian rur w projekcie;
- nieprawidłowym wbudowaniem rur (np. niewłaściwy kąt posadowienia rur w wykopie, niewłaściwe zagęszczenie gruntu, szczególnie w obszarze bocznych ścian rur, czy spowodowane całym szeregiem innych błędów wykonawczych związanych z nieprawidłowym wbudowaniem rur).
Zalecenia dotyczące przyjmowania klas stanu technicznego przewodów kanalizacyjnych o ponadnormatywnych ugięciach zawarte są m.in. w wytycznych niemieckich oraz w monografii E. Kuliczkowskiej [1, 3, 5].
3.3 Utrata stateczności rur
Utrata stateczności rur (rys. 4) nazywana w języku angielskim buckling lub loss of stability jest najrzadziej występującym uszkodzeniem spośród wyżej wymienionych uszkodzeń typowych dla termoplastycznych rur z tworzyw sztucznych.
Polega ona na znaczącym odskoku fragmentu ściany rur do ich wnętrza. W pracy A. i E. Kuliczkowskich i M. Gierczaka [20] poddano analizie przypadek odskoku dna rury PE-HD aż do jej wierzchołka oraz trzy przypadki utraty stateczności powłoki rur, w tym także rur PVC. Propozycję dotyczącą kwalifikowania uszkodzenia, jakim jest utrata stateczności powłoki, zamieszczono w pracy A. Kuliczkowskiego [14].
4. Uszkodzenia rur PVC występujące także w rurach o konstrukcji sztywnej
Uszkodzenia, występujące zarówno w rurach o konstrukcji sztywnej, jak i rurach PVC, zestawiono m.in. w pracach A. i E. Kuliczkowskich [12, 15]. Poniżej zamieszczono także cztery zdjęcia ilustrujące kolejno dwa uszkodzenia mające wpływ na bezpieczeństwo konstrukcyjne i dwa na bezpieczeństwo eksploatacyjne przewodów kanalizacyjnych.
Do uszkodzeń mających wpływ na bezpieczeństwo konstrukcyjne rur zaliczono:
- s1 – starte dno,
- s2 – wewnętrzna korozja,
- s3 – pęknięcie podłużne,
- s4 – pęknięcie poprzeczne,
- s5 – pęknięcie złożone (rys. 5),
- s6 – ubytek ścianki rury (rys. 6).
Do uszkodzeń mających wpływ na bezpieczeństwo eksploatacyjne rur zaliczono:
- e1 – osad ruchomy,
- e2 – osad stały,
- e3 – korzenie drzew i krzewów przerastające do wnętrza rur,
- e4 – przykanaliki wystające do wnętrz rur,
- e5 – inne rury przechodzące w poprzek lub wzdłuż rury lub podłączenia nieprawidłowych przykanalików (np. sanitarnego do kanału deszczowego),
- e6 – infiltracja wody gruntowej do wnętrz kanału,
- e7 – wystające uszczelnienia ze złączy rur (rys. 7),
- e8 – narosty infiltracyjne (rys. 8),
- e9 – poprzeczne przemieszczenie rur na złączach,
- e10 – podłużne przemieszczenie rur na złączach.
Propozycję dotyczącą klasyfikowania powyższych uszkodzeń do jednej z pięciu klas stanu technicznego, w zależności od wielkości tych uszkodzeń zamieszczono w pracy E. Kuliczkowskiej [5].
5. Uwagi końcowe
Wykonywane przez autora ekspertyzy nowo wybudowanych przewodów kanalizacyjnych wykonanych z rur PVC wskazują, że przyczyny powodujące konieczność ich naprawy są zróżnicowane. Najczęściej są nimi nieprawidłowy spadek podłużny kanałów, niższy od wymaganego, oraz większe niż dopuszczalne odchylenia tego spadku mierzone w różnych punktach na długości ich ułożenia. Niższe od wymaganych spadki podłużne rur oraz ich lokalne zaniżenia i zawyżenia są przyczyną gromadzenia się w nich osadów kanałowych oraz ich zagniwania. Często to właśnie uciążliwe odory wydobywające się ze studzienek kanalizacyjnych, które są konsekwencją zagniwania osadów ściekowych w kanałach, przyczyniają się do skarg mieszkańców sąsiadujących z kanałami posesji. Następnym etapem najczęściej jest badanie kanałów techniką CCTV oraz ekspertyza, której zadaniem jest ocena dotycząca poprawności wbudowania tychże przewodów.
Pozostałymi uszkodzeniami, rzadziej lub częściej występującymi (w zależności od jakości wbudowania rur), są kolejno pęknięcia rur i kształtek, infiltracja wody gruntowej przez nieszczelności w miejscach pęknięć, podłączeń rur i kształtek oraz ubytków ścian rur, wgniecenia i odbarwienia ścian rur, wystawanie uszczelek z nieszczelnych złączy, ponadnormatywne ugięcia rur, wystawanie przykanalika do wnętrza rury, ubytki i wykruszenia ścian rur w miejscu złączy, czy ubytki ścian rur poza obszarem ich złączy. Uszkodzenia te, z podziałem na dwie grupy konstrukcyjną i eksploatacyjną, zostały wcześniej zestawione.
Wszystkie uszkodzenia powinny zostać usunięte. W przypadku dużej liczby uszkodzeń przydatne jest pogrupowanie zaobserwowanych uszkodzeń do pięciu klas zróżnicowanych wielkością uszkodzeń, a tym samym wielkością stwarzanych przez nie zagrożeń konstrukcyjnych i eksploatacyjnych.
W zdecydowanej większości przypadków przyczyną wystąpienia uszkodzeń jest niestaranne wbudowanie rur, bardzo rzadko błędy projektanta w zakresie błędnie wykonanych obliczeń statyczno-wytrzymałościowych i doboru rur o niedostatecznej wytrzymałości, a jeszcze rzadziej wady produkcyjne rur. W celu stwierdzenia, kto ponosi odpowiedzialność za wystąpienie uszkodzeń typu pęknięcia podłużne, ponadnormatywne ugięcia rur itp., świadczących o przeciążeniu rur, konieczna jest ekspertyza konstrukcyjna [13] kończąca się wykonaniem obliczeń statyczno-wytrzymałościowych wykonanych np. w oparciu o monografię A. Kuliczkowskiego [15]. Niektóre z zaobserwowanych uszkodzeń mogą być naprawione przy zastosowaniu technologii bezwykopowych [14, 16, 17, 18], o ile inwestor to zaakceptuje.
6. Literatura
[1] ATV – Merkblatt M 143, Teil 2: Inspektion, Instandsetzung, Sanierung und Erneuerung von Abwasserkanälen und – Leitungen. Teil 2 Optische Inspektion, St. Augustin, 1991, s. 11.
[2] City of Toronto: Sewer and Watermain Design Criteria Manual, 2014.
[3] DWA-M-149-3.: Zustanderfassung und Beurteilung von Entwäßerungssystemen außerhalb von Gebäuden, Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. Hennef, 2007, 1-66.
[4] Geberit: Leitfaden zur Abwassernorm, Bemessung und Verlegung von Abwasserleitungen nach ÖN EN12056 und ÖN B 2501, Ausgabe 1.4, 2015.
[5] Kuliczkowska E.: Kryteria planowania bezwykopowej odnowy nieprzełazowych przewodów kanalizacyjnych, monografia nr 3, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce, 2007, s. 223.
[6] Kuliczkowska E.: Rodzaje uszkodzeń przewodów kanalizacyjnych. Przyczyny i konsekwencje ich występowania. Rynek Instalacyjny, 2007, nr 4, s. 97-100.
[7] Kuliczkowska E.: The interaction between road traffic safety and the condition of sewers laid under roads, Transportation Research Part D, 2016, 48, 203-213.
[8] Kuliczkowska E., Zwierzchowska A.: A qualitative analysis of early defects present in PVC-U sewers but not observed in rigid pipes, Tunnelling and Underground Space Technology, 2016, 56, 202-210.
[9] Kuliczkowska E.: Dents in the walls of PVC-U sewers in the initial phase of their operation, Underground Infrastructure of Urban Areas 4, Taylor & Francis Group, London, 2018, 111-118.
[10] Kuliczkowska E. Influence of PVC pipe deflection on the thickness of CIPP rehabilitation liners, Underground Infrastructure of Urban Areas 3, Taylor & Francis Group, London, 2015, 63-72.
[11] Kuliczkowska E.: Buckling failure numerical analysis of HDPE pipes used for trenchless rehabilitation of a reinforced concrete sewer, Engineering Failure Analysis, 2013, 32, 106-112.
[12] Kuliczkowska E.: Analysis of defects with a proposal of the method of establishing structural failure probability categories for concrete sewers, Archives of Civil and Mechanical Engineering, 2015, 15, 1078-1084.
[13] Kuliczkowski A., Kuliczkowska E.: Ekspertyzy konstrukcyjne kolektorów kanalizacyjnych, Gaz Woda i Technika Sanitarna, 2011, nr.1, s. 18-22.
[14] Kuliczkowski A.: Problemy bezodkrywkowej odnowy przewodów kanalizacyjnych, monografia nr 13, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce, 1998, s. 245.
[15] Kuliczkowski A.: Rury kanalizacyjne t. II. Projektowanie konstrukcji, monografia nr 42, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce, 2004, s.507.
[16] Kuliczkowski A.: Strategia planowania odnowy przewodów kanalizacyjnych, Informacja INSTAL, 1999, nr 11, s. 57-60.
[17] Kuliczkowski A.: Zasady doboru optymalnej technologii bezwykopowej odnowy przewodów kanalizacyjnych. Rynek Instalacyjny, 1999, nr 5, s. 29-33.
[18] Kuliczkowski A. i inni: Technologie bezwykopowe w Inżynierii Środowiska, Wydawnictwo Seidel-Przywecki Sp. z o.o., 2010, s. 735.
[19] Kuliczkowski A., Kuliczkowska E.: Katalog własnych zdjęć i wykresów, Kielce 2018.
[20] Kuliczkowski A., Kuliczkowska E., Gierczak M.: Buckling of plasic pipes and pipeline rehabilitation liners on chosen examples. In: Proceedings of the twenty second NASTT No-Dig conference. Nashville, USA, March 2012, [Paper D-3-04].
[21] NASSCO’s Pipeline Assessment and Certification Program, 2015.
[22] PN-92/B-10735: Kanalizacja, Przewody kanalizacyjne, Wymagania i badania przy odbiorze.
[23] PN-EN 1610: Budowa i badania przewodów kanalizacyjnych, 2002.
Andrzej Kuliczkowski
Politechnika Świętokrzyska, Wydział Inżynierii Środowiska, Geomatyki i Energetyki
…
Źródło: Forum Eksploatatora 1/2019
