12 důvodů proč používat
BETON V KANALIZACÍCH
www.betonkanalizace.cz
ASOCIACE VÝROBCŮ PRO BETONOVÉ KANALIZACE
CÍLE ASOCIACE • Uplatňování betonových a železobetonových dílců při výstavbě kanalizačních sítí.
• Společný postup v oblasti technického normování, standardizace a zkušebnictví.
• Zvyšování jakosti a technických parametrů betonových a železobetonových dílců pro výstavbu kanalizací.
ČLENOVÉ ASOCIACE B&BC, a.s. Prefa Zbůch
B&BC, a.s.
www.babc.cz
BETA Olomouc a.s.
www.betaol.cz
BETONIKA plus s.r.o.
www.betonikaplus.cz
EUROBETON MAbA s.r.o.
www.eurobeton.cz
Prefa Brno a.s.
www.prefa.cz
PREFA Grygov a.s.
www.prefagrygov.cz
Skanska CZ a.s., Závod Prefa
www.skanska.cz
Členové Asociace pro betonové kanalizace jsou výrobci betonových a železobetonových dílců pro ch výstavbu dešťových a splaškových kanalizačních sítí a čistíren odpadních vod. Jejich výrobky plně odpovídají požadavkům platných norem pro výrobu a zkoušení (zejména ČSN 206-1, ČSN EN 1916, ČSN EN 1917 aj.). Všichni členové ABK jsou nos nositeli certifikátu systému řízení jakosti dle ČSN EN ISO řady 9000. Členové ABK jsou oprávněni používat v označení svých výrobků značku „Q“, jež vyjadřuje příslušnost k ABK.
www.betonkanalizace.cz
BETON MÁ SVÉ JMÉNO, PROSTĚ BETON! 2
3
12 DŮVODŮ PROČ POUŽÍVAT
BETON V KANALIZACÍCH
HOSPODÁRNOST ŽIVOTNOST EKOLOGICKÝ PRODUKT PESTROST PRŮŘEZŮ STATICKÁ NOSNOST A TVAROVÁ STÁLOST POLOHOVÁ STABILITA A ODOLNOST PROTI VZTLAKU HYDRAULICKÁ VÝHODNOST STABILITA PŘI ČIŠTĚNÍ VYSOKÝM TLAKEM VODOTĚSNOST ODOLNOST PROTI OTĚRU ODOLNOST PROTI KOROZI ODOLNOST VŮČI TEPLOTĚ
www.betonkanalizace.cz
BETON MÁ SVÉ JMÉNO, PROSTĚ BETON! 4
5
HOSPODÁRNOST • Betonové a železobetonové trouby se vyrábí z přírodních, všude dostupných surovin. • Většina ostatních materiálů pro výstavbu kanalizací je závislá na stále se ztenčujících zdrojích a silně rostoucích cenách ropy.
PESTROST PRŮŘEZŮ
• Betonové a železobetonové trouby mají po skončení životnosti nižší náklady na recyklaci než ostatní trubní materiály.
• Betonové a železobetonové trouby lze vyrábět s různými tvary průřezů a v různých velikostech pro uložení do otevřeného výkopu nebo pro technologii protlačování. • Pro speciální oblasti použití nabízejí výrobci betonových a železobetonových trub individuální řešení:
– variabilní statické hodnoty trub vč. variabilního vyztužení – výstelky vnitřního povrchu trub (nejčastěji z taveného čediče) – variantní vlastnosti betonu (pevnost, odolnost) – vejčité popř. jiné hydraulicky výhodné profily trub.
ŽIVOTNOST • Trouby z betonu mají z prakticky doložených zkušeností životnost 100 a více let, kanalizace vybudované z těchto trub jsou dlouhodobě funkční a splňují všechny požadavky provozu. • Betonové a železobetonové trouby jsou robustní a při haváriích a povodních vydrží mnohonásobně vyšší zatížení než konkurenční typy potrubí.
Betonová trouba po 32 letech použití ve smíšené kanalizaci
EKOLOGICKÝ PRODUKT • Betonové a železobetonové trouby splňují již dnes standard Evropské komise „buying green“. • Beton se skládá z čistých přírodních surovin – jeho výroba se dobře snáší s ochranou životního prostředí.
6
STATICKÁ NOSNOST A TVAROVÁ STÁLOST
• Výrobky z termoplastických materiálů se v kanalizacích používají teprve cca 50 let (v ČR cca 20 let) a proto u nich často deklarovanou životnost 100 let nelze považovat za prokázanou a srovnatelnou s betonem.
• Po uplynutí své životnosti jsou betonové a železobetonové trouby jednoduše a hospodárně recyklovatelné a lze je znovu použít jako nezávadný stavební materiál, což u jiných trubních materiálů není možné.
• Betonové a železobetonové trouby – jsou jednoduše skladovatelné a manipulovatelné – při přejímce není nutné provádět měření deformací – zachovávají svůj tvar po celou dobu jejich životnosti.
• Betonové a železobetonové trouby lze exaktně staticky posoudit na konkrétní podmínky zatížení v provozu i při montáži.
POLOHOVÁ STABILITA A ODOLNOST PROTI VZTLAKU • Betonové a železobetonové trouby jsou jedinečné v tom, že na rozdíl od trub z lehčích materiálů, zůstávají po zabudování vlivem své hmotnosti a tuhosti bezpečně a stabilně v požadované poloze.
• Ke změně polohy betonových a železobetonových trub nedochází, díky jejich odolnosti vůči vztlaku, ani při silných dešťových srážkách, vzestupu hladiny spodních vod nebo povodních.
7
HYDRAULICKÁ VÝHODNOST • Betonové a železobetonové trouby vykazují malou drsnost stěn (k-hodnota je menší než 0,1 mm).
ODOLNOST PROTI OTĚRU
• Hydraulické vlastnosti kanalizačního potrubí lze zlepšit použitím speciálních tvarů trub (vejčité, žlabové).
• Betonové a železobetonové trouby jsou se svou homogenní strukturou materiálu a velkými tloušťkami stěn odolné proti otěru, a to i v případě vysokých rychlostí toku a extrémní přepravy splavenin, např. písku.
• Betonové a železobetonové trouby nepodporují tvorbu usazenin.
STABILITA PŘI ČIŠTĚNÍ VYSOKÝM TLAKEM • Díky své velké tloušťce stěny a odolnosti betonu odolávají betonové a železobetonové trouby běžně a bez problémů mycímu tlaku vyššímu než 120 bar.
Tzv. „darmštatský žlab“ pro zkoušení odolnosti proti otěru
• Trouby z jiných měkčích a tenčích materiálů mohou být při čištění kanálů poškozeny proražením a ztrátou vodotěsnosti, zejména když je v případě výskytu úporných usazenin zapotřebí vyšší tlak než 120 bar.
• Betonové a železobetonové trouby jsou trvale těsné jak v těle trouby, tak ve spoji a bezpečné proti zarůstání kořenů. • Betonové a železobetonové trouby jsou vybaveny zabudovaným pryžovým těsněním s těsnou strukturou a potřebnou elasticitou.
• Betonové a železobetonové trouby jsou odolné vůči rozpouštědlům a čisticím prostředkům, jakož i minerálním olejům (benzínu, naftě a petroleji).
8
• V případě použití betonového potrubí pro vysoce agresivní průmyslové odpadní vody lze vnitřní povrch betonových a železobetonových trub obložit speciálním, extrémně odolným materiálem.
ODOLNOST VŮČI TEPLOTĚ
• Spoje betonových a železobetonových trub se testují při tlaku 2,5 bar. Testování je prováděno i při střižném zatížení a vychýlení směru potrubí. • Svými parametry jsou betonové trouby vhodné i pro náročné požadavky v ochranných zónách pitné vody.
• Z pokusů ve sklopném žlabu (viz. foto) byl po 100 000 pracovních cyklech dosažen průměrný otěr 0,2 až 0,3 mm.
ODOLNOST PROTI KOROZI • Betonové a železobetonové trouby jsou vhodné pro všechny běžné odpadní vody.
VODOTĚSNOST
• Betonové a železobetonové trouby jsou vhodné i pro rychlost toku více než 10 m/s.
Zkoušení vodotěsnosti každé trouby je samozřejmostí
• Betonové a železobetonové trouby odolávají vysokým teplotám – jsou vhodné pro stálý odtok kapaliny o teplotě až 35°C, při krátkém zatížení snesou teplotu odpadní vody ve výši 95°C. • Na rozdíl od termoplastických materiálů zůstávají betonové a železobetonové trouby i při vyšších teplotách tvarově stálé. Jejich zatížitelnost (nosnost) se tím nezmění.
• Beton je nehořlavý. Dojde-li k havárii a hořící kapaliny proniknou do kanalizačního potrubí – betonové roury neshoří a zůstávají tvarově stálé – beton nepřispívá ke vzniku jedovatých plynů – na povrchu terénu či vozovky nevzniká poškození sedáním zeminy, což je obvyklé v úsecích nad shořelým potrubím z termoplastických materiálů.
9
KANALIZAČNÍ ŠACHTY A VPUSTĚ
KANALIZAČNÍ TROUBY
ZÁKLADNÍ TYPY KANALIZAČNÍCH ŠACHET
KRUHOVÉ TROUBY HRDLOVÉ
• Kompletní sestavy kruhových šachet dle ČSN EN 1917 – DN 800 mm – DN 1 000 mm – DN 1 200 mm – DN 1 500 mm • Atypická řešení pro větší profily potrubí popř. speciální požadavky (spádiště apod.). • Možnost napojení různých materiálových variant potrubí a přizpůsobení kynet materiálu potrubí.
a
dg
• betonové
Poklop Vyrovnávací prstenec
• železobetonové • zabudované těsnění
Přechodová skruž (přechodová deska)
I L
d1 da
s
s
• výstelky trub pro speciální použití • DN 300 až 2 200 mm
Přímá skruž H = 1 000
d1 da
s
I1 L
s
SPECIÁLNÍ TVARY A TECHNOLOGIE a*
h
s1
• vejčité a žlabové
• Zaručená vodotěsnost.
• určené pro technologii protlačování
s1
Přímá skruž H = 500
d1 da dg
I1 L
Přímá skruž H = 250
Šachtové dno
I
s
d1 da
s
DEŠŤOVÉ VPUSTI DN 450 A 500 mm, HORSKÉ VPUSTI
10
11
NÁVOD NA VÝBĚR MATERIÁLŮ PRO KOMUNÁLNÍ ODPADNÍ SYSTÉMY
ASOCIACE VÝROBCŮ PRO BETONOVÉ KANALIZACE
„HYDRAULIKA“
SYSTÉM JAKOSTI ČLENŮ ABK
1. ÚVOD DO TÉMATU
• Výrobky členů ABK plně odpovídají požadavkům platných norem pro výrobu a zkoušení (zejména ČSN EN 206, ČSN EN 1916 a ČSN EN 1917).
• Při splnění výše uvedených podmínek jsou členové ABK oprávněni používat v označení svých výrobků symbol „Q“.
DÍLČÍ ZNALECKÝ POSUDEK
Příklad: Značka pro betonovou troubu hrdlovou DN 1 000 mm, délky 2 500 mm: TBH – Q 100/250 nebo TBH – Q 1000/2500
• Členové ABK jsou nositeli certifikátu systému řízení jakosti dle ČSN ISO 9001.
PREFA Grygov
Prefa Brno
Skanska CZ
EUROBETON MAbA
BETONIKA plus
Beta Olomouc
B&BC
VÝROBNÍ PROGRAM ČLENŮ ABK
Skupiny výrobků
1.1 Podklady Odpadní vody, odváděné do odpadního vedení nebo kanálu, jsou splaškové vody nebo dešťová voda (1); je to tedy směs vody s různými pevnými látkami, mezi kterými se nacházejí také látky, které se usazují. Z důvodu zabránění usazování v otevřených vedeních, která se většinou provozují jako kanály s vířivým prouděním, je třeba dodržovat určité mezní veličiny (rychlost proudění vcrit, tečné napětí na stěnách τcrit). Tyto veličiny se určují hydraulickým průřezem a spádem. Pod pojmem spád chápeme, dle normy DIN EN 752-1 (1) „poměr mezi vertikální a horizontální polohou části vedení“.
Šachtové skruže Šachtová dna Betonové trouby Železobetonové trouby Vejčité a žlabové trouby Trouby k protlačování Vpustě Nádrže
Spád odpadního kanálu v rámci celkového průběhu až do hlavní jímky, čističky nebo čerpací stanice se zpravidla volí tímto způsobem: horní zdrže se provádějí s menšími jmenovitými světlostmi a menšími průtoky vody, než střední a spodní zdrže. Je to z toho důvodu, že v těchto oblastech dochází k většímu a zvyšujícímu se odtoku a je nutné také počítat s větším tažným pnutím. Dle (2) je běžný spád v počátečních zdržích odpadních kanálů 3 až 10 promile a ve střední oblasti 2 až 3 promile. V koncových úsecích
12
Zpracovali: Profesor Dr. ing. D. Stein Dr. ing. R. Trujillo-Alvarez Dipl. ing. A. Brauer
odpadních kanálů s velkými průřezy (vedlejší a hlavní jímky atd.) se volí spád dle topografických poměrů 1 až 2 promile, někdy dokonce i méně. Výše uvedené paušální mezní hodnoty se dnes již nevyužívají a namísto nich se od roku 1988 používá pro hydraulické dimenzování a výkonové zkoušky odpadních vedení a kanálů pracovní návod ATV-DVWK-A 110 (3), který je v současné době možné získat ve verzi 3. V roce 1998 byl tento materiál doplněn pracovním návodem ATV-A 112 (4) pro oblast speciálních objektů. Výpočty týkající se dimenzování a výkonové zkoušky dle ATV-DVWK-A 110 (3) nejsou předmětem níže uvedených úvah, ale bude se zde hovořit výhradně
o ztrátách při proudění, které vyplývají z vlastností materiálů trub. Níže uvedené úvahy o hydraulice odpadních vedení a kanálů se vztahují výhradně na volné spády nebo otevřená vedení, což znamená, že výsledky této úvahy nejsou použitelné u tlakového potrubí.
1.2 Dimenzování Pro výpočet hydraulického dimenzování pro nově zřizovanou kanalizaci se v materiálu ATV-DVWK-A 110 (3) doporučuje použití paušálního konceptu, který je popsán v odstavci 4.1.2. Tento koncept se zakládá na zjednodušeném postupu, kdy se periodicky se opakující průtokové odpory či ztráty z lokálních průtokových odporů
Tabulka 1 Paušální hodnoty provozní drsnosti k b (mm) dle dle ATV-DVWK-A 110 (3) DRUH ŠACHTY DRUH STOKY Běžná šachta
Upravená šachta
Zvláštní šachty
Přepravní stoky
0,50
0,50
0,75
Sběrné stoky < - DN/ID 1000
0,75
0,75
1,50
Sběrné stoky > DN/ID 1000
–
0,75
1,50
Zděné kanály, kanály ze staveništního betonu, kanály z nenormovaných trub bez dokladu o drsnosti stěn
1,50
1,50
1,50
Škrticí úseky (1), tlaková potrubí (1, 2, 3), shybky (1) a okrajové úseky bez šachet
0,25
0,25
0,25
(1) Bez ztrát při vtoku, výtoku a obtoku (2) Bez tlakových sítí (3) Dopady na čerpací stanice
13
Přehled těchto paušálních hodnot pro provozní drsnost v závislosti na druhu stoky a tvaru šachty naleznete v tabulce 1. Tímto paušálním konceptem je použití hodnot kb dle tabulky 1 přípustné v jednotlivých případech pro normované trouby a to bez další nutnosti doložení těchto vlastností a je možné toto považovat za běžný postup. V rámci použití paušálu při dimenzování je hydraulicky účinná drsnost stěny k pro trouby, které jsou v současné době normované Výborem pro stanovení norem, rovna k = 0,1 mm a rychlost toku je stanovena na hodnotě v = 0,8 m/s, aby bylo možné pokrýt rovněž oblast částečného naplnění. Pro nenormované trouby bez doložení účinné drsnosti stěny k, jakož i pro zděné stoky a stoky ze staveništního betonu se použije kb = 1,5 (3).
Použití paušálu pro hodnoty kb bere v úvahu zpravidla vlivy těchto prvků: – drsnost stěny trubního materiálu, – nepřesnost uložení a změny uložení, – tvorba spojení trub – fitinky přítoku – šachetní objekty (až včetně naplnění do horního bodu h/d < - 1,0) (3). V tomto použití paušálu nejsou zohledněny následující vlivy: – nedodržení jmenovitých světlostí, – vlivy vpouštění a napouštění, – propojené objekty, – vtokové a výtokové objekty škrticích úseků, tlakových potrubí a shybek (3).
zohledněním veškerých vlivů u ztrát v jednotlivých případech. Přitom se doloží ztráty vzniklé při tření vzhledem k drsnosti stěn k stok a jednotlivé ztráty, přičemž je nutné použít k také se zřetelem ke změnám vlastností stěn potrubí při dlouhodobém provozu (3). K určení výšky ztrát vzhledem ke tření slouží také známá Prandtl-Colebrookova rovnice. Příslušné jednotlivé ztráty se zjistí početně a připojí se k hodnotě kb pro provozní drsnost.
1.3 Výkonová zkouška
Kromě drsnosti stěn k je třeba brát v úvahu obzvláště jednotlivé ztráty díky těmto vlivům (3): – nepřesnost uložení a změny uložení, – spojení trub, – fitinky přítoku, – šachetní objekty v běžném provedení (přímé kanálky), – šachetní objekty ve zvláštním provedení (přímé kanálky), – obloukové objekty, – propojené objekty.
Pro výkonovou zkoušku již existujících nebo plánovaných kanalizačních systémů je třeba použít individuální koncept dle ATV-DVWK-A 110 (3) s detailním
Další informace, které se týkají předpokladů a omezení při užívání individuálního konceptu, naleznete v ATV-DVWK-A 110, kapitola 4.4 (3)
Další informace, které se týkají předpokladů a omezení při užívání paušálního konceptu, naleznete v ATV-DVWK-A 110, kapitola 4.3 (3).
14
Hydraulicky účinná drsnost k, která se nazývá také absolutní drsnost nebo ekvivalentní drsnost písku ks, je měřítkem nerovnosti vnitřní stěny trouby. Pod pojmem drsnost chápeme v souladu s normou DIN EN 752-4 „třecí odpor povrchu trouby (...) při vířivém proudění“ (1). Je možné ji určit pouze zkouškami a nezávisí jen na materiálu, ale také kromě jiného na stavu trouby (např. nová
či použitá, existence povlaku, nánosu nebo výstelky, usazenin apod.). V tabulce 2 je uvedena hydraulicky účinná drsnost k u zde posuzovaných trubních materiálů (bez vlivu případných spojení trub), která vychází z informací od jednotlivých firem a také z údajů z literatury. Je třeba si uvědomit, že rozsah drsnosti podléhá v praxi
Tabulka 2 Hydraulicky účinná drsnost k pro různé trubní materiály (hodnoty z literatury a údaje od výrobce) TRUBNÍ MATERIÁL
Beton
Ve světě odborníků se do dnešního dne živě diskutuje o k hodnotě a také o vlivu drsnosti stěny. Aby bylo možné prověřit skutečný vliv výše uvedených rozdílných drsností stěn u jednotlivých trubních materiálů na hydraulické poměry v kanálu, byly představeny zkušebně průtokové objemy trouby DN/ID 400 v závislosti na drsnosti stěny k (0,01 mm <- k <- 0,4 mm) pro různé spády dna (1 až 10 promile). Další jednotlivé ztráty, které vyplývaly z např. nepřesnosti uložení, spojení trub, šachetních objektů, přítoků, ohybů apod. nebyly vzaty v úvahu! Přitom jsme vycházeli z následujících okrajových podmínek: – kruhový profil DN/ID 400, – kinematická viskozita vody: 1,002 – 10 -6 m2/s (při 20,2°C), – výška plnění: 0,20 m (poloviční plnění). Výsledky výpočtu dle Prandtla-Colenbrooka jsou znázorněny na obrázku 1.
2. ANALÝZA RŮZNÝCH TRUBNÍCH MATERIÁLŮ Z HLEDISKA DRSNOSTI STĚN U každého výpočtu, kde je použita Prandtl-Colebrookova rovnice, je nutná znalost ekvivalentní hrubosti písku nebo přirozené drsnosti vnitřní stěny příslušné stoky či trouby. Toto určení drsnosti je třeba stanovit předem, a to zpravidla na základě zkušebních údajů, případně také na základě odpovídajícího odhadu příp. stanovení při využití provozních zkušeností.
určitému kolísání u jednotlivých výrobců a v rámci různých způsobů zpracování. To znamená, že tato čísla je nutné brát pouze jako směrné hodnoty, které byly částečně zjištěny za optimálních laboratorních podmínek (ideální systém).
Průtok (l/s) Drsnost stěny k (mm) Výsledky uvedené na obrázku 1 ukazují, že se průtok při zvyšování hodnot k drsnosti stěny snižuje. A to tím více, čím se zvyšuje sklon dna. V oblastech s malým sklonem dna (viz obzvláště křivka u 1 promile) jsou dopady drsnosti stěny na průtok relativně malé. Zde klesá např. hodnota průtoku z 45,6 l/s pro k = 0,01 mm
Železobeton
Kamenina
Polymer-beton Kujná litina s CEM
k (mm)
Poznámky
Pramen
0,3 až 0,8
Nový, s běžným hladkým nátěrem Zkoušky techn. vysoké školy
(5)
0,2 až 0,3
Použitý po několikaletém používání
(5)
< - 0,1
Darmstadt; hodnoty k = 0,1 mm zde nebylo vůbec dosaženo
(6)
0,1 až 0,15
–
(7)
0,02
Glazováno, přímé vedení
(8)
0,25
–
(5)
0,2 až 0,3
–
(9)
< - 0,05
–
(10)
0,025
–
(5)
< - 0,01
smýkaný
(11)
Sklolaminát 0,029
vinutý
(12)
0,0015 až 0,01
–
(5,7)
0,003
nový, technicky hladký
(13)
0,007
–
(14)
PE
0,0015 až 0,01
–
(5,7)
PP
0,0070
Hodnota se udává pro trubky PP-R (polypropylen nepravidelný kopolymer typ 3)
(15)
PVC-U
Obrázek 1 Průtoky trouby DN/ID 400 v závislosti na drsnosti stěn „k“ u různých spádů dna při polovičním naplnění 200 10 Promille
150
9 Promille 8 Promille
Průtok (l/s)
nebo energetické výškové ztráty započítají společně se ztrátami vzhledem k tření o stěny dle daného materiálu (drsnost stěny k) ve zvýšeném parametru drsnosti, tzv. provozní drsnosti k b.
7 Promille 6 Promille
100
5 Promille 4 Promille 3 Promille 2 Promille
50
0 0,00
1 Promille
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
Drsnost stěn k (mm)
na 41,3 l/s pro k = 0,15 mm, to znamená, že se průtok snižuje v tomto případě pouze o přibl. 10 %.
15
3. SHRNUTÍ VÝSLEDKŮ Důležitou součástí při plánování odpadních vedení a stok je hydraulické proměření a tím pádem i doložení provozu bez tvorby usazenin. Provoz může být ovlivněn především – dodržením příslušných mezních veličin (spád dna, rychlost toku, smykové napětí stěn) jakož – i výběrem průřezů pro odtékání (jmenovitá světlost trubek a geometrie trubek). Rozhodující vliv na tvorbu usazenin má především sklon dna, jakož i rychlost toku a smykové napětí stěn, které z toho vychází. V případě příliš velkého sklonu může dojít k ovlivnění trubního materiálu příliš silným otěrem (viz dílčí znalecký posudek „Odolnost proti otěru“ (16), v případě příliš malého sklonu musí docházet k častějšímu čištění (17). Výběr odtokového průřezu vyplývá z hydraulického dimenzování. Geometrii resp. tvar je třeba upravit dle kolísání odtoku. Toho je dosaženo u velkých světlostí trubek, např. u bezdeštných stok nebo u průřezů vejčitého tvaru (17). Výpočet objektů kanalizačního potrubí předpokládá z důvodu množství rámcových podmínek pro poměry proudění dostatečné znalosti oboru hydraulika. Hydraulické měření zde posuzovaných otevřených vedení probíhá dle pracovního návodu ATV-DVWK-A 110 (3) na základě Prandtl-Colebrookovy rovnice. Doložení může být provedeno buď dle paušálního nebo individuálního konceptu. U paušálního konceptu jsou různé konstanty ovlivňující odtok v potrubích vedeních započítány do tzv. provozní drsnosti kb. Paušální koncept se používá v praxi téměř výhradně pro
16
4. SEZNAM LITERATURY přibližné hydraulické dimenzování nových odpadních vedení a stok. Je to z toho důvodu, že v tomto okamžiku nejsou ještě k dispozici všechny detailní informace týkající se dané stoky, jako je délka trub, resp. počet trubních spojů, počet postranních přítoků, počet šachet, způsob provedení spodních dílů šachet (18). V tomto případě se zde počítá pro normované odpadní trouby s hydraulicky účinnou drsností stěn, v závislosti na materiálu, jednotně s hodnotou k = 0,1 mm nad koeficientem provozní drsnosti kb (viz kapitola 1.2 resp. tabulka 1), takže trubní materiál resp. příslušná drsnost stěny trub nebo žlabu nemá v tomto případě žádný vliv na výsledek hydraulického výpočtu. Pro hydraulické přepočtení již existujících odpadních vedení a stok se používá běžně individuální koncept dle ATV-DVWK-A 110 (3). Při výkonové zkoušce je třeba doložit případné ztráty vzhledem k drsnosti stěn k a dané jednotlivé ztráty. Je třeba vzít rovněž v úvahu změny vůči novému stavu (3). Účinek na dimenzování odpadních vedení a stok, který vzniká z drsnosti stěny k je zcela nepatrný a tímto způsobem je možné ho posuzovat jako zanedbatelný. Daleko důležitější pro velikost hodnot pro provozní drsnost k b jsou ostatní jednotlivé ztráty, které nejsou závislé na materiálu, a které byly uvedeny v kapitole 1.3. (např. které vznikají vzhledem ke spojení trub, obzvláště pak spojení hrdel, šachet, ohybů, přesazení, přítoků apod.). V neposlední řadě mají na hydraulické poměry v kanálu v praxi vliv také složení odpadních vod (např. odpadní a/nebo dešťové vody), případné sedimenty pevných látek, usazeniny nebo jiné překážky
při odtoku, takže ani velice malá hodnota pro drsnost stěn k nemůže mít žádný pozitivní efekt. Číselné údaje drsností stěn nejsou zpravidla v normách o výrobku u jednotlivých trubních materiálů uvedeny. V tomto případě je možné použít informace od výrobce nebo z dostupné literatury. Tyto údaje se zpravidla zakládají na zkouškách v ideálních laboratorních podmínkách a dle výše uvedených informací mají zde uvedené drsnosti stěn malý vliv na hydraulickou výkonnost, doporučujeme proto v praxi (viz také ATV-DVWK-A 110 (3)) použít paušální hodnotu (např. k = 0,1 mm), která není závislá na materiálu a nebo, je-li to možné, stanovit hodnotu blízkou realitě na základě hodnot z předchozích kontrol.
Závěr Betonové a železobetonové trouby v kvalitě FBS (19) vykazují „malou drsnost stěny“, která je stanovena v DIN EN 1916 (20) resp. DIN V 1201 (21) pro betonové a železobetonové trouby a umožňují použití jak paušálního, tak i individuálního konceptu dle ATV-DVWK-A 110 (3) pro dimenzování a výkonovou zkoušku odpadních vedení a kanálů. Velká různorodost betonových a železobetonových trub FBS umožňuje kromě toho téměř volný výběr odtokového průřezu z hlediska jmenovité světlosti trouby a od DN 300 také výběr různých tvarů průřezu. Tak je možné obzvláště při kolísavém odtoku při použití např. vejčitých průřezů nebo bezdeštných stok v kanálech větších světlostí pozitivním způsobem ovlivňovat požadovaný provoz bez tvorby usazenin.
(1) DIN EN 752: Kanalizační systémy vně budov Díl 1: Všeobecné informace a definice (01.1996) Díl 2: Požadavky (09.1996) Díl 3: Plánování (09.1996) Díl 4: Hydraulické výpočty a aspekty ochrany životního prostředí (11.1997) Díl 5: Sanace (11.1997) Díl 6: Čerpací stanice (06.1998) Díl 7: Provoz a údržba (06.1998) (2) Příručka ATV: Plánování kanalizace, 4. vydání. Vydáno: Sdružení pro otázky odpadních vod zaregistrované sdružení (ATV), Hennef, nakladatelství Ernst and Sohn, Berlin 1995. (3) Pracovní návod ATV-DVWK-A 110: Dimenzování a výkonové zkoušky odpadních stok a odpadních vedení (09. 2001). (4) Pracovní návod ATV-A 112: Směrnice pro hydraulické dimenzování a výkonovou zkoušku speciálních objektů v odpadních kanálech a odpadních vedeních (01. 1998). (5) Kleinschroth, A., Valentin, F.: Neustálená proudění v tlakových potrubích. Skripta katedry Hydrauliky a hydrologie na technické univerzitě v Mnichově, 1996. (6) Schröder, R.C.M., Knauf, D.: O hydraulické odolnosti betonových a železobetonových trub, gwf-wasser/abwasser 113 (1972), sešit 11, str. 536–541. (7) Schneider, J. (vydavatel): Stavební tabulky pro architekty a inženýry s podklady k výpočtům a příklady. Nakladatelství Werner, Düsseldorf 2004. (8) Kameninové odpadní systémy GmbH (vydavatel): Příručka kamenina – kompletní program pro moderní kanalizaci odpadních vod, Kolín 1998. (9) Valentin, F.: Technická hydraulika, V: Příručce pro stavební inženýry (vydavatel: Zilch, K., Diederichs, C.J., Katzenbach, R.), str. 5–3 až 5–73. Nakladatelství Springer, Berlin 2002. (10) Firemní informace Meyer Rohr + Schacht GmbH, Lüneburg. (11) Firemní informace Hobas Rohre GmbH, Neubrandenburg. (12) Firemní informace Flowtile Rohre Deutschland GmbH, Grosssteinbach. (13) Bollrich, G.: Technická hydromechanika – svazek 1: Základní informace. 4. zkrácené vydání. Nakladatelství pro oblast stavebnictví, Berlin 1996. (14) Firemní informace ALPHACAN Omniplast GmbH, Ehringshausen. (15) Firemní informace Novaplast Co. Ltd., Instanbul-Yenibosna, Turecko. (16) Stein, D., Brauer, A.: Příručka pro výběr trubního materiálu pro komunální kanalizační systémy – dílčí znalecký posudek „Odolnost proti otěru“. Posudek prof. Dr. ing. Steina and Partner GmbH, Bochum z pověření FBS zaregistrované sdružení, Bonn, Bochum, prosinec 2004. (17) Směrnice ATV-DVWK-M 159: Materiálové požadavky na odpadní vedení a stoky (návrh září 2004). (18) Odborné sdružení betonové trouby a železobetonové trouby registrované sdružení (FBS), Bonn: Technická příručka, Bonn 1999. (19) FBS směrnice kvality – FBS-QR díl 1: Trouby a fitinky z betonu a železobetonu v kvalitě FBS pro odpadní vedení a stoky uložené v zemi, požadavky a zkoušky (09. 2004). (20) DIN EN 1916: Trouby a fitinky z betonu, železo-vláknobetonu a železobetonu (04. 2003). DIN EN 1916 úpravy 1: Úpravy normy DIN EN 1916: 2003-04 (05.2004). (21) DIN V 1201: Trouby a fitinky z betonu, železo-vláknobetonu a železobetonu pro odpadní vedení a stoky – typ 1 a typ 2 – požadavky, zkoušky a hodnocení konformity (směrná norma 08. 2004).
Zveřejněno se souhlasem FBS.
17
VÝBĚR TRUBNÍHO MATERIÁLU – POROVNÁNÍ, STAV ROK 2005 Sklolaminátové trouby
OTĚRUVZDORNOST TRUBEK ODPADNÍCH KANÁLŮ PŘÍRUČKA PRO PROJEKTANTY, STAVEBNÍKY A REALIZAČNÍ FIRMY
Dle normy DIN 19565-1 probíhají zkoušky otěruvzdornosti sklolaminátových trub za pomoci darmstadtské zkoušky se sklopeným kanálem.
Termoplastické umělohmotné trouby
Otěruvzdornost trubek odpadních kanálů Opotřebení je pokračující ubývání materiálu z povrchu pevného tělesa, které je způsobeno mechanickými vlivy. Jako otěr se označuje obroušený materiál, k jehož obroušení došlo v rámci opotřebení. Při přepravě vody se směsí pevných látek, jak je to obvyklé u kanalizace, je otěr způsobem především různými látkami, které se nacházejí v odpadních vodách, jako je např. písek, štěrk, pevné kovové úlomky, textil apod. Kromě jiného to závisí na následujících faktorech: – trubní materiál – jmenovitá světlost trubek DN/ID – složení směsi vody s pevnými látkami – rychlost proudění – druh proudění (laminární/vířivé) – teplota směsi vody s pevnými látkami V případě odpadních kanálů probíhá opotřebení v oblasti vlhké vnitřní plochy trubek, to znamená v oblasti dna. Toto opotřebení je měřitelné úbytkem materiálu (otěr), což vede ke zvýšené drsnosti stěn a v extrémním případě ke zničení potrubí.
EN 14457 odolné vůči otěru pevnými látkami používanými v odpadních vodách domácností a v povrchových vodách. Tím by mělo být zamezeno, aby použité materiály ztrácely během požadované doby užívání otěrem svoji funkčnost, jako je těsnost a/nebo statická nosnost a trvanlivost.
Zkušební postup V normách k určitému výrobku je možné předepsat zkoušky otěruvzdornosti. Zde se zpravidla používá darmstadtská zkouška se sklopeným kanálem dle normy DIN EN 295-3, resp. DIN 19565-1.
Porovnání a shrnutí výsledků Křivky týkající se otěru zde popsaných materiálů (průměrné hodnoty) jsou znázorněny
Otěr v odpadních potrubích a vedeních vede pouze ve výjimečných případech, např. při extrémně strmých trasách (rychlost toku > 8 m/sek, viz ATV-118) nebo v ohybech resp. kolenech a zároveň při vysokém podílu pevných látek ve vodě, k otěru a následně i k poškození. U odpadního potrubí se sklonem, který je běžný u použití bez usazování, což je 1 až 3 promile, není možné prakticky otěr zjistit (nezávisle na použitém materiálu). Průměrné absolutní hodnoty otěru a u výše sledovaných materiálů se pohybují za běžných provozních podmínek (viz křivky otěru na obrázku 2 resp. hodnoty při 100.000
Závěr: Trouby z FBS betonu a železobetonu jsou vhodné do rychlosti toku přibl. 10 m/sek. Téma otěruvzdornosti je aktuální až při ještě vyšších rychlostech a v případě extrémního obsahu písku. Vezmeme-li v úvahu již velmi nízkou absolutní hodnotu otěru vzhledem k vysokým tloušťkám stěn betonových a železobetonových trub s jejich homogenní materiálovou strukturou, je zřejmé, že tato potrubí vykazují vůči otěru extrémně vysokou odolnost. Kompletní odborné pojednání k tomuto tématu (z podkladů porovnání trubního materiálu pro komunální odpadní potrubí) obdržíte u Odborného sdružení pro oblast betonového a železobetonového potrubí, registrované sdružení, Bonn.
Kameninové trouby Dle norem DIN EN 295-1 a DIN EN 295-3 jsou průměrné hodnoty otěru pro glazované kameninové trouby po 100.000 zatěžovacích cyklech mezi 0,2 mm až 0,5 mm.
0,8
0,12
Polymerbeton 0,7
GFK
0,1
Polymerbeton
Beton 0,6
GFK
Steinzeug (glasiert) PVC-U
0,5
Beton
0,08
Steinzeug (glasiert)
Duktiler Guss (CEM)
PVC-U
PP 0,4
PE-HD
Duktiler Guss (CEM)
0,06
PP PE-HD
0,3
Polymerové betonové trouby Polymerové trouby jsou normované dle normy DIN 54815-2. Údaje k otěruvzdornosti zde nejsou obsaženy. Tzv. „darmštatský žlab“ pro zkoušení odolnosti proti otěru
Normy DIN
Analýza materiálů Potrubní z betonu/ železobetonu
Trouby používané pro odpadní kanály a kanály musejí být dle normy DIN EN 476 a DIN
V norně DIN EN 1916 nejsou uvedeny žádné požadavky. V německé doplňující normě DIN
18
V 1201 je uvedeno, že potrubí z betonu nebo železobetonu, které je vyrobeno z betonu C40/50, je odolné vůči otěru. V případě vysokých rychlostí toku, které jsou větší než 10 m/sek a extrémně vysokému podílu pevných látek, je nutné dohodnout doplňující hodnocení a vhodné zkušební postupy. Tento materiál vykazuje po zkouškách s darmstadtským sklopeným kanálem po 100.000 zatěžovacích cyklech průměrný otěr 0,2 až 0,3 mm.
Dle norem DIN EN 1401 (trouby z PVC U) a DIN EN 12666-1 (trouby PE), jakož i normy DIN EN 1852-1 (PP trouby) jsou trouby a fitinky otěruvzdorné. Za určitých podmínek může být zjištěna otěruvzdornost dle zkušebního postupu, který je popsán v normě DIN EN 295-3 (darmstadtská zkoušky se sklopeným kanálem).
relativní, což jsou hodnoty, které se měří dle tloušťky stěn trub, a které jsou znázorněny na obrázku 3. (Trouby s kruhovým profilem DN/ID 300 s běžnými tloušťkami stěn).
0,04
0,2 0,02
0,1 0
0 0
100 000
200 000 Lastspiele
300 000
400 000
0
100 000
200 000
300 000
400 000
Lastspiele
Obrázek 2: Křivky otěru (absolutní hodnoty a) různých materiálů v závislosti na zátěžových cyklech – Střední otěr a (absolutní hodnoty) mm
Obrázek 3: Křivky otěru různých materiálů v závislosti na zátěžových cyklech Střední otěr a´ (relativní průměrný otěr a v závislosti na tloušťce stěny trouby s, a´ = a/s)
Trouby z kujné litiny Trouby z kujné litiny, které jsou opatřeny vrstvou cementové malty s jílem (CMA dříve TZ), pro odpadní potrubí a kanály nesmějí mít dle DIN EN 598 po 100.000 zatěžovacích cyklech větší hloubku otěru než je 0,6 mm (průměrná hodnota z 15 měření).
na obrázcích 2 a 3. Absolutní průměrné hodnoty otěrů (obrázek 2) byly zjištěny přímo ze zkoušek. S větší výpovědní schopností – obzvláště pak z hlediska pevnosti – jsou hodnoty
zatěžovacích cyklech) v přípustném rozmezí nebo v rozmezí, které je provozovatelem běžně tolerováno. To znamená, že to nemá žádné negativní dopady na odtékání resp. odvádění odpadních vod.
e-mail:
[email protected], http://www.fbsrohre.de
Zveřejněno se souhlasem FBS.
19
VÝBĚR TRUBNÍHO MATERIÁLU – POROVNÁNÍ, STAV ROK 2005
CHOVÁNÍ TRUB ODPADNÍCH KANÁLŮ PŘI VYSOKOTLAKÉM PROPLACHU PŘÍRUČKA PRO PROJEKTANTY, STAVEBNÍKY A REALIZAČNÍ FIRMY
Chování trub odpadních kanálů při vysokotlakém proplachu Tento příspěvek popisuje v přehledné podobě výsledky zkoušek k posouzení chování normovaných trub odpadního vedení při namáhání v rámci proplachu vysokým tlakem. (1) Níže uvedené zkoušky byly prováděny v období od 21. 8. 1999 do 20. 10. 2000 společností ERZ Entsorgung und Recycling, Curych, na území čističky Werdhölzlin Curych pod odborným vedením institutu IBB, Institut pro stavební projekty a stavební provoz, prof. dr. ing. Girmscheid ETH Curych. Odpadní kanály a vedení podléhají dlouhodobě či dočasně různým fyzikálním, chemickým, biochemickým a biologickým zatížením (2). Jednu z forem fyzikálního zatížení představuje mechanické opotřebení, který může být způsobeno přepravou pevných látek v odpadních vodách (otěr) nebo provozními opatřeními. Pod pojmem provozní opatření chápeme především čištění v rámci údržby sítě (3). Účelem tohoto čistění je: – Pravidelné odstraňování usazenin pro zajištění volného průchodu v celém průřezu odtékání, jakož i zabránění tvorby H2S a dalších agresivních látek.
20
– Odstraňování ucpání a nahromadění odpadních vod. – Příprava kontroly kanálů pomocí kamery dle ATV-M 143, díl 2 (2).
v rámci pravidelné údržby, tak i jako přípravné opatření při kontrole kanalizace nebo při sanaci.
Dle ATV-A 147 (5) je četnost pravidelného čištění závislá na velkém množství různých faktorů, jako je spád, hydraulický stupeň užívání, druh odpadních vod, vtok usazenin uličními kanály apod. Tato četnost se může lišit od čištění jednou za deset let, až po pravidelné čištění každého půl roku.
Způsob fungování vysokotlakého proplachu
Dnes jsou běžné tyto způsoby čištění (4): – Čištění za pomoci vysokotlakých vozidel na čištění odpadů a kanálů nebo kombinovaných vozidel na čištění odpadů a kanálů s nebo bez zpětného získávání vody. – Mechanické čištění. – Ruční čištění s pomůckami. – Pomocí čisticích přístrojů (např. proplachovacích štítů) a pomocí speciálních zařízení (např. robotů).
Při vysokotlakém proplachu se pumpuje z nádrže s vodou pomocí vysokotlakého čerpadla vyplachovací voda pomocí hadice, na jejímž konci je nainstalována proplachovací tryska. V trysce jsou umístěny otvory s rozprašovači, které váží paprsky vody, které vycházejí vysokou rychlostí a jsou namířeny na stěnu trub. Přitom vzniká v trysce reakční síla, která v první fázi tlačí trysku a hadici proti směru toku z počáteční šachty do koncové šachty. Po přepravě trysky do koncové šachty se tato tryska ve druhé fázi pomalu zasune na proplachovací hadici ve směru toku. Vycházející vodní paprsky zvyšují rychlost toku odpadní vody, uvolňují usazeniny, které víří a přepravují jako suspenzi do počáteční šachty, kde jsou zpravidla hadicí odsávány (4).
Za speciální postupy čištění jsou považovány: – Proudové proplachování. – Čištění pomocí koule – velkoprofilové čištění.
Počet a nasměrování rozprašovačů, ale také počet čištění, jakož i tažná rychlost proplachovací trysky závisí na druhu znečištění, množství přepravovaného uloženého materiálu a také na účelu čištění.
Nejpoužívanějším způsobem čištění je způsob proplachu vysokým tlakem, který se používá jak při odstraňování usazenin
Voda potřebná na čištění se odebírá z potrubní sítě pomocí přetlakových trubek a pískových filtrů. V případě použití
vysokotlakého proplachovacího a sacího vozidla se zpětným získáváním vody se nasátá špinavá voda filtruje a je opět přiváděna jako filtrovaná do proplachovacího vysokotlakého zařízení, kde je znovu použita na proplach. Pro různé druhy znečištění a různé tvary průřezu kanálů existují různé čisticí trysky (4): – Paprskovité trysky (vytékání vody je rozděleno paprskovitě po obvodu trysky), – ploché trysky (vytékání vody je umístěno ve směru dna trouby), – rotační trysky (vytékání vody je umístěno paprskovitě na obvodu trysky, tryskou je možné otáčet), – trysky na odstraňování ucpaného potrubí (vytékání vody je místěno vpředu i vzadu).
Poškození vzniklá při použití vysokotlakého proplachu I přes tu skutečnost, že je ve všech příslušných normách, které se týkají odpadního potrubí, uveden požadavek, že tato potrubí musejí odolávat běžnému provoznímu namáhání, jsou z minulosti známy případy poškození stěn trub ve formě rýh, odprýskání, trhlin nebo děr, ke kterým došlo neodborným používáním vysokotlakého proplachu (6). Zatížení povrchu trub vytékajícími vodními paprsky je závislé na: – tlaku vody na trysce, – na průtokovém množství, – na vzdálenosti čisticí trysky od stěny trouby, – a na počtu, průřezu a úhlu vytékání rozprašovačů. Při výběru provozních parametrů (tlak vody, objemový proud, druh trysek) je třeba brát v úvahu, kromě parametrů vyplývajících z druhu čištění, rovněž materiál potrubí, tloušťku stěny a obzvláště pak stav kanalizace.
Zkoušky prováděné úřadem inženýrských staveb města Curychu (6) vedly k výsledku, že až do výšky tlaku vody 120 barů a velikosti objemového proudu vody 300 l/min nedochází k poškození kanalizace z azbestového betonu, betonu, PVC a PE-HD. Při vyšších vyplachovacích tlacích nelze poškození vyloučit. Další vývoj vysokotlaké proplachovací techniky v posledních letech, jako je např. zvýšení výkonnosti vysokotlakých proplachovacích vozidel a také odlišné praktické provádění těchto postupů v rámci různých evropských zemí (ve Velké Británii se odpadní kanály nečistí např. pravidelně, ale pouze v případě zjištění větších usazenin či ucpání, což vyžaduje použití vyšších tlaků) vedl k tomu, že byl zřízen Evropský normovací výbor (CEN). Tento výbor má za cíl sledovat chování trub při vysokotlakém proplachování, určit jasná pravidla ke stanovení odolnosti trub, jakož i k bezpečnému provádění čištění.
Požadavky a zkušební postupy na zjištění odolnosti při vysokotlakém proplachu dle Evropského návrhu normy Z výše uvedených důvodů byl připraven v Evropské pracovní
skupině CEN/TC 165/WG 1 materiál „Všeobecné požadavky na trouby, trubkové spoje atd. pro odpadní kanály a vedení“, což je návrh normy ke stanovení odolnosti odpadních vedení a kanálů vůči vysokotlakému proplachu (7). Tento návrh normy stanovuje, že se bude odolnost materiálů trub a trubkových spojů určovat jak zkušebním postupem „Moving jet test („Cleaning“ – zkouška čištění s pohybujícími se tryskami), tak i pomocí zkušebního postupu „Stationery jet test („Deblocking“ – zkouška čištění se stacionární jednou tryskou). První způsob se používá běžně v praxi při čištění odpadních vedení a kanálů nízkým tlakem a vysokým průtokem, druhý způsob je využíván při odstraňování ucpávek za použití vysokého tlaku a malého průtoku. V tabulce 1 a 2 jsou přesně definovány zkušební podmínky a ztrátové činitele pro vysokotlaké trysky. Zkoušky probíhaly s použitím čisté vody bez nánosů na rozdělené trubce o světlosti DN 300. Zkušební postup „Moving jet test“ s pohyblivou tryskou: Testovací úsek se skládá ze dvou trub a jednoho trubkového
Tabulka 1 Přehled zkušebních podmínek pro druh provádění zkoušky s pohyblivou tryskou „Moving jet test“ dle (7) PARAMETR Tlak vody
POŽADAVKY 120 barů ± 2 bary = 12 MPa ± 0,2 MPa
Objemový proud
44 l/min do 50 l/min ± 0,2 l/min
Cd hodnota
0,8 – 0 + 0,05
Úhel výstupu paprsku
30° ± 1°
Vzdálenost trysky od povrchu trouby
8,5 mm ± 0,5 mm
Průměr trysky
2,75 – 0 + 0,05 mm
Délka testovacího úseku
1,5 m včetně jednoho trubkového spoje
Jmenovitá světlost testovacího úseku
DN 300 (přednostně)
Rychlost čištění
1 ± 0,1 m/min
Počet cyklů
vždy 50 ve směru tam a zpět
21
spoje a má délku 1,5 m, jakož i minimálně 15 cm dlouhý úsek „rozjezdu a dojezdu“. Proplach se prování proudem z trysky 120 barů z definovaného tělesa trysky. Při provádění testu se tryskou najíždí 50 x sem a tam po dně zkušební trouby ze vzdálenosti 8,5 mm pod úhlem 30 stupňů rychlostí 1m/min, což znamená, že je provedena simulace 100 čisticích cyklů. Zkušební parametry dle (7) jsou uvedeny v tabulce 1. Každé viditelné poškození je třeba přesně změřit a zdokumentovat. Poškození je třeba vyhodnotit s přihlédnutím k normám daného trubního materiálu. Test je splněn v případě, že 98 % testovacího úseku nevykazuje žádná poškození. Zkušební postup „Stationary test“ s pevnou tryskou: Tento test se provádí na 1 m dlouhém kusu poloviční trouby DN 300. Trouba se rozdělí značkami na vnější stěně na 10 částí, u kterých je třeba přesně změřit tloušťku stěny. Určenou tryskou se přivádí na jednotlivé segmenty vyplachovací tlak 340 barů pod úhlem 30° ze vzdálenosti 5,0 mm ode dna trouby. Vysokotlaký ostřik se provádí po dobu 3 minut a poté je přerušen kovovou ochrannou deskou. Na žádném z 10 testovacích bodů se nesmí zmenšit tloušťka stěny o více než 20 %. Zkušební parametry dle (7) jsou uvedeny v tabulce 2.
Obrázek 1 Testovací přístroj na potrubí (1)
22
Tabulka 2 Přehled zkušebních podmínek pro druh provádění zkoušky s pevnou tryskou „Stationary jet test“ dle (7) PARAMETR Tlak vody
POŽADAVKY 340 barů ± 0,2 bary = 34 MPa ± 0,2 MPa
Objemový proud
6,15 l/min do 8,25 l/min
Cd hodnota
0,55 ± 0,05
Úhel výstupu paprsku
45° ± 1°
Vzdálenost trysky od povrchu trouby
5 mm ± 0,5 mm
Průměr trysky
1 mm – 0 + 0,5 mm
Délka testovacího úseku
1m
Jmenovitá světlost testovacího úseku (rozdělená trubka)
DN 300 (přednostně)
Z důvodu rozměrů tohoto testovacího zařízení má zkušební úsek délku 1,10 m. Sklon zkušebního úseku je 0%. Obrázek 2 Proplachovací trysky se způsoby testování „Deblocking – odblokování“ (nahoře) a „Cleaning – čištění“ (dole) Výsledky zkoušek prováděných u ERZ Curych na zjištění odolnosti při vysokotlakém proplachu u normovaných materiálů odpadních vedení a kanálů (stav 2000)
Zkušební zařízení Základem zkoušek je evropský návrh normy “Evropská norma na určování odolnosti vůči proplachu tryskami u odpadů a kanalizačních trub; požadavky a zkušební metody“ od CEN/TC 165 ve znění z března 1999 (7). Pro zkoušky trubních materiálů z hlediska vysokotlaké odolnosti bylo použito speciálně vyrobené zařízení – Testovací přístroj na potrubí. Testovací přístroj na potrubí je vybaven pracovní plochou, se kterou je možné pohybovat horizontálním směru, a kam je možné uložit zkušební těleso, které se pomocí plynule nastavitelného elektromotoru může pohybovat doprava a doleva.
Oproti Evropskému návrhu normy pracuje tento testovací přístroj na potrubí s pevnou zkušební tryskou a pohybujícím se zkušebním kusem. Tento způsob provádění zkoušek má tu výhodu, že může být tryska nastavena přesně dle zadaných hodnot návrhu normy a toto nastavení zůstane zachováno také během celého zkušebního cyklu. Takto jsou zaručeny zkušební podmínky, které jsou reprodukovatelné. Kdykoliv je možné také sledovat zkušební těleso. Je to z toho důvodu, že se celkový test provádí v uzavřeném prostoru s kontrolním okénkem (obr. 1). Při způsobu testování „Cleaning“ byly ustaveny dvě poloviční trubky o délce 0,70 m takovým způsobem, že se při každém testovacím cyklu otestovala jedna trouba a trubkový spoj. Předepsané rovnosti na styku trubek bylo dosaženo upnutím zkušebního úseku. Počet proplachovacích cyklů byl uveden na počítadle, které bylo upevněno na suportu. Při způsobu testování „Deblocking“ byly ustaveny poloviční trubky o délce 1,10 m takovým
způsobem, že při každém testovacím cyklu bylo možné provádět proplachování podél kontrolní stopy. Při způsobu testování „Cleaning“ bylo použito vysokotlaké proplachovací vozidlo s pístovým čerpadlem a pro způsob testování „Deblocking“ bylo použito plunžrové čerpadlo. Použité trysky odpovídaly zadání z návrhu normy.
Zkušební trubky Celkem bylo testováno devět normovaných trubek. Každý materiál byl otestován jak postupem „Cleaning“, tak postupem „Deblocking“. Testovaly se vždy tři trubky od každého typu a druhu testování. Testovaly se níže uvedené materiály (1): – Beton DIN 4032 (B) – Železobeton DIN 4035 (StB) – Kamenina DIN EN 295-1, s glazurou a bez ní (Stzg) – PVC U dle DIN 19534, s pěnovým jádrem s hladkým povrchem (PVC) – PE-HD, s profilovanou vnější a hladkou vnitřní stěnou (PE-HD) – PP dle DIN 16961, s žebrovanou vnější stěnou (PP) – UPGF dle DIN 16869 díl 1 a 2, tažený (GFK) – Duktilní litina DIN EN 598, s výstelkou z hlinitanového cementu (GGG). Světlosti zkušebních těles byly DN 300, s výjimkou sklolaminátové trouby, která měla světlost DN 250. Naměřené tloušťky stěn na zkušebním úseku (1): Beton a železobeton: s = 71 mm Kamenina s glazurou: s = 27 mm Kamenina bez glazury: s = 28 mm
Tabulka 3 Výsledky zkušebního postupu „Cleaning“ dle (1) TLOUŠŤKA STĚNY
ROZSAH POŠKOZENÍ D/Š
(mm)
(mm/mm)
Beton
71
Železobeton
71
Kamenina s glazurou PVC
MATERIÁL
ZADÁNÍ SPLNĚNO
DRUH ZMĚNY
0,1/0,1 až 0,9/0,5
ano
kontrolní stopa
0,3/0,2 až 0,8/1,0
ano
kontrolní stopa
27
–
ano
kontrolní stopa
9,5
–
ano
kontrolní stopa
PE-HD
2
–
ano
kontrolní stopa
PP
4
–
ano
kontrolní stopa
Sklolaminát
6
4,0/6,0 až 18,0/13,0
ano
odlupování
GGG
9,1 + 5,1 1)
2,0/2,0 až 12,0/6,0
ano
odlupování
GGG
1)
5,0/7,0 až 52,0/27,0
ne
vylomení
–
ano
kontrolní stopa
Kamenina bez glazury
9,1 + 5,1 28
PVC – U s pěnovým jádrem: s = 0,9 mm, jádro = 7,7 mm, sa = 0,8 mm (s = 9,4 mm) PE-HD žebrované: si = 2 mm, sa = 2 mm PP žebrované: s = 4 mm (bez žebrování) UPGF tažený: si = 2 mm, s = 6 mm (celková tloušťka stěny) Duktilní litina s výstelkou z hlinitanového cementu: si = 9,1 mm (výstelka), s - litina = 5,9 mm (s = 15 mm) 1) Tloušťka litiny 9,1 mm, tloušťka vrstvy hlinitanového cementu 5,1 mm
Výsledky zkoušek Výsledky zkoušek „Cleaning“ jsou uvedeny v tabulce 3. Jak tyto výsledky zkoušek „Cleaning“ ukazují, byly splněny požadavky návrhu normy u všech trub, které byly vyrobeny v souladu s normou. Na materiálech kamenina, s glazurou a bez glazury a na všech ověřovaných umělohmotných troubách bylo znatelné zabarvení podél zkušební osy, z části také s malým, neměřitelným úběrem (zkušební linie).
Na troubách z betonu a železobetonu jsme pozorovali nepatrné úběry podél zkušební osy (vlnitý povrch), jakož i nepatrný výplach a odprýskávání hran v oblasti hrdla. Více než 98 % zkušebního úseku bylo neporušeno a z tohoto důvodu splnili trouby požadavky návrhu normy. Ohrožena jsou místa, na které dopadá vodní paprsek, např. svislé plochy nebo hrany v oblasti spojení trub. Případné výrobní závady zde mohou vést k vymývání nebo odlupování. To se týká např. sklolaminátových trubek, kde docházelo k výskytu malých miskovitých trhlin na vnitřní pryskyřičné vrstvě. Ze všech umělohmotných trub vykazovaly největší křehkost vícevrstvé trouby, které určité rázové namáhání vůbec nevydržely. Tvarová součást pro domovní přípojku DN 250/150, 45° (obr. 3) byla zcela zničena již při použití malé tlakové trysky s tlakem 50 barů (10). U dalších dvou prověřovaných litinových trub docházelo k výskytu podobných problémů, i když
23
Shrnutí
v menším měřítku, takže tyto výrobky požadavky Evropského návrhu normy ještě splnily. Jak ukazují zkušební výsledky, představuje způsob testování „Deblocking“ se zkušebním tlakem 340 barů a průtokem mezi 6,15 a 8,25 l/min podstatně vyšší nároky na kanálové trouby (viz tabulka 4) než předchozí způsob.
Obrázek 4 Plošné změny s nepatrnou hloubkou na glazované kameninové troubě – zkušební postup „Deblocking“ dle (1).
Tuto zkoušku splnily pouze materiály kamenina s glazurou a bez glazury, jakož i beton a železobeton. Prověřované kameninové trouby vykázaly i při tomto druhu namáhání pouze nepatrné změny (obr. 4).
U betonových a železobetonových trub docházelo ke kruhovému vymývání o hloubce 1,7 mm do max. 7,9 mm, které je však z hlediska tloušťky celé trouby (71 mm) zcela zanedbatelné (obr. 5).
Obrázek 5 Nepatrné vymývání na jedné betonové troubě – zkušební postup „Deblocking“ dle (1).
Odpadní kanály a vedení podléhají během své doby užívání různým, velice různorodým namáháním. Vysokotlaký proplach, který se užívá na odstranění usazenin a ucpání nebo na přípravu kontroly potrubí kamerou, představuje mechanické namáhání, které – jak zde bylo ukázáno – může způsobit poškození šachet a potrubí.
vysokým tlakem u odpadního a kanalizačního potrubí“ (9). Tato norma obsahuje pro zkušební postupy s pohyblivou tryskou stejné požadavky, jako evropský návrh normy. Pro zkušební postup se stacionární tryskou jsou v tabulce 2 této směrné normy na rozdíl od evropského návrhu normy uvedeny zkušební tlaky od 120 barů (průtok 3,65 až 4,85 l/ min) do 340 barů (průtok 6,15 až 8,25 l/min).
výrobních normách trub pro odpadní a kanalizační vedení uvedeny maximální proplachovací tlaky, které tyto trouby nepoškodí. Protože v současnosti není k dispozici jednotné ustanovení v rámci Evropy na posouzení odolnosti pro vysokotlaký proplach trub pro odpadní a kanalizační vedení, platí v Německu i nadále norma DIN V 19517 (9).
Zdroje
malá pevnost v tahu a nízký modul pružnosti, ale především také malá tloušťka stěn 4 resp. 2 mm mezi výztužnými profily. U trub z PVC se objevily díry ve stěnách až po době působení 60 až 75 sek (obr. 8).
Z tohoto důvodu bylo zahájeno zpracování Evropského návrhu normy „Evropská norma na určování odolnosti vůči proplachu tryskami u odpadů a kanalizačních trub; požadavky a zkušební metody“ od CEN/TC 165 (7)
Zkoušky provedené pod odborným vedením ETH Curych nás opravňují k vyslovení tohoto závěru: Při zkušebním postupu „Cleaning“, který byl prováděn během běžné doby užívání při očekávaných
Obrázek 6 Díry v profilované troubě PE-HD – zkušební postup „Deblocking“ dle (1).
Obrázek 7 Díry v profilované troubě PP – zkušební postup „Deblocking“ dle (1)
Obrázek 8 Díry v troubě z PVC s pěnovým jádrem – zkušební postup „Deblocking“ dle (1)
(1) Zimmermann, F.: Srovnávací zkoušky odolnosti pro vysokotlaký proplach různých normovaných materiálů pro odpadní a kanalizační vedení (zkušební zpráva). Institut pro stavební projektování
Tabulka 4 Výsledky zkušebního postupu „Deblocking“ dle (1) TLOUŠŤKA STĚNY
ROZSAH POŠKOZENÍ D/Š
ZADÁNÍ SPLNĚNO
DRUH ZMĚNY
(mm)
(mm/mm)
Beton
71
1,1 až 7,9
ano
lehké vymývání
Železobeton Kamenina s glazurou
71
1,7 až 6,9
ano
lehké vymývání
27
0,8
ano
žádné
Kamenina s glazurou
27
0,0
ano
žádné
PVC
9,5
9,5
ne
díra
PE-HD
2
2
ne
díra
PP
4
4
ne
díra
Sklolaminát
6
6
ne
díra
9,1 + 5,1 1)
2,1 až 9,1
ne
díra
28
0,1
ano
žádné
MATERIÁL
GGG Kamenina bez glazury
1) Tloušťka litiny 9,1 mm, tloušťka vrstvy hlinitanového cementu 5,1 mm
Veškeré prověřované umělohmotné trouby, jakož i trouby z duktilní litiny s výstelkou z hlinitanového cementu zkouškou „Deblocking“ neprošly. Trouby s profilovanými stěnami z termoplastických umělých hmot PE-HD a PP byly vodním paprskem velice rychle proraženy (obr. 6, 7).
Obrázek 3 Pěnové jádro – poškození trubky
24
Příčinou velice rychlého selhání materiálu byla nejen relativně
Prověřované trouby měly tloušťku stěny 9,4 mm, přičemž byl podíl pěnového jádra, které má póry a jsou tedy méně zatížitelné, 7,7 mm. Selhání u sklolaminátových trub bylo způsobeno strukturou stěny ve více vrstvách s různými vlastnostmi, tzv. rozvrstvením. Nejprve se uvolnila vnitřní pryskyřičná vrstva od spodní vrstvy, která byla zpevněna vlákny. Poté se materiál vyboulil a byl následně protržen. Mezi zkušebními body došlo k výskytu trhlin. Voda začala vytékat z otvorů nebo na přední straně zkušebních kusů (obr. 9).
a bylo rovněž odděleno běžné provozní čištění v rámci údržby („Cleaning“) od opatření na čištění, která slouží k odstranění ucpání potrubí („Deblocking“). Druhý postup představuje pro trouby velký stupeň namáhání, protože jsou zde potřeba velice vysoké proplachovací tlaky. Na evropské úrovni nebyla tato norma dokončena. Byla však zveřejněna technická zpráva (11). V Německu byla na tomto základě zveřejněna v lednu roku 2002 směrná norma DIN V 19517 „Zkušební postupy na zjištění odolnosti vůči proplachu
Obrázek 9 Rozvrstvení sklolaminátové trouby – zkušební postup „Deblocking“ dle (1)
50 cyklech čištění (100 cyklech čištění), nedošlo více či méně u žádné z normovaných trub k poškození; to znamená, že tyto výrobky zvládly zkoušky bez omezení funkce, stability a těsnosti.
a stavební provoz ETH Curych, prosinec 2000.
Při zkušebním postupu „Deblocking“ dle Evropského návrhu normy bylo zjištěno, že tento technický požadavek nebyl splněn u všech prověřovaných umělohmotných trub, jakož i u duktilních litinových trub.
(3) DIN EN 752-5: Kanalizační systémy mimo budovy; provoz a údržba.
Abychom zabránili v budoucnu poškození při vysokotlakém proplachu, musejí být ve
(5) ATV-A 147: Provozní výdaje na kanalizace, díl 1: Provozní úkoly a intervaly (1990).
(2) ATV-M 143: Kontroly, sanace a obnova odpadních kanálů a vedení, díl 1: Základy (12.88); díl 2: Optická kontrola (06.91).
(4) Stein, D.: Údržba kanalizací, 3. vydání, nakladatelství Ernst and Sohn, Berlin 1998.
25
(6) Steiner, H.R.: Chování odpadních kanálů při vysokotlakém proplachu. Podklady – odpadní vody, sešit 2, 1992. (7) CEN/TC 165 „Evropská norma na určování odolnosti vůči proplachu tryskami u odpadů a kanalizačních trub; požadavky a zkušební metody“, vydání březen 1999. (8) Wagner, V.: Zkoušky vysokotlaké odolnosti trub odpadní kanalizace – laboratoř raději než praxe? UmweltBau, 6/01, str. 38-43. (9) DIN V 19517: Zkušební postupy na zjištění odolnosti vůči vysokotlakému tlaku u trub odpadního vedení a kanalizace (01.02). (10) Závěrečná zpráva k projektu 20136 „Ochrana životního prostředí díky zabránění provádění neodborného čištění vysokým tlakem odpadních kanálů, dr. A. Lorenzen 04/2004. (11) CEN/TC 165 TR 14920 „ Odolnost potrubí pro odpadní kanály a vedení při vysokotlakém proplachu“ zkouška s pohyblivou tryskou. Kompletní odborné pojednání k tomuto tématu „Chování odpadních kanalizačních trub při vysokotlakém proplachu“ obdržíte u Odborného sdružení pro oblast betonového a železobetonového potrubí, registrované sdružení, Bonn. e-mail:
[email protected] http://www.fbsrohre.de
Zveřejněno se souhlasem FBS.
BETON MÁ SVÉ JMÉNO, PROSTĚ BETON! 26
27
BETON MÁ SVÉ JMÉNO, PROSTĚ BETON!
www.betonkanalizace.cz
© 2009 Asociace výrobců pro betonové kanalizace Grafika a zlom: VERTIGO.CZ
