Obliczenia statyczno-wytrzymałościowe kolektorów kanalizacyjnych 2009

Rys. 1. Podstawowy schemat do analizy sztywności układu rura-ośrodek gruntowy: Y1/D > Y2/D - układ podatny, Y1/D ≤ Y2/D - układ sztywny.

Sztywne (beton, kamionka) Półsztywne (żeliwo, GRP) Podział rur Sztywne (beton, kamionka) Półsztywne (żeliwo, GRP) Podatne – elastyczne (PVC, PP)

Przebieg deformacji

Obciążenie pionowe Obciążenie pionowe q działające na rurę pochodzi od naporu gruntu, wody gruntowej i ruchu kołowego: q = qs+qw+qtr gdzie: qs - napór gruntu qs = ygs(H-h) + ygmh, kPa; qw - napór wody gruntowej qw = yw(h+D/2), kPa qtr - obciążenie transportowe, np. nacisk kół, kPa; ygs - ciężar objętościowy gruntu suchego, ygs = 18-21 kN/m3 ygm - ciężar objętościowy gruntu nawodnionego, ygm =8-11 kN/m3 yw - ciężar właściwy wody, yw = 10 kN/m3 H – wysokość przykrycia rury, m; h – wysokość zw. wody gruntowej nad rurą, m; D - średnica zewnętrzna rury, m;

Obliczenia wytrzymałościowe – rury sztywne Kryteria wymiarowania: Naprężenia dopuszczalne lub Siła niszcząca (FN [kN/m]) podawane przez producenta. FN ≤ β q D / L β - współczynnik bezpieczeństwa (β > 2); q – obciążenie pionowe, kPa = kN/m2; D – średnica zewnętrzna rury, m; L – współczynnik zależny od sposobu ułożenia rury.

Wsp. zwięk-szające nośność rur L

Reologiczne właściwości układu rurociąg-ośrodek gruntowy dotyczą zmian właściwości materiałów konstrukcyjnych występują tu zjawiska, które zachodzą w długich przedziałach czasowych (pełzanie, relaksacja) pełzanie- wzrost odkształceń przy stałym naprężeniu relaksacja- zmniejszanie się naprężeń przy stałej wartości odkształcenia właściwości te sprawiają, że po 2-3 latach następuje stopniowa redukcja naprężeń w ściance przewodu, co zapobiega powstawaniu uszkodzeń zagęszczenie i konsolidacja są przyspieszone wskutek działania czynników zewnętrznych (drgania, obciążenia dynamiczne, ciężar gruntu)

Zmiany ugięcia rury w czasie B Faza 1 Faza 2 Czas eksploatacji A. ugięcie wywołane osiadaniem gruntu B. ugięcie wywołane układaniem

Obliczenia statyczno-wytrzymałościowe Sztywność obwodowa SN – parametr pomocniczy przy doborze rur Podstawowym kryterium wymiarowania jest wartość względnego pionowego ugięcia rur oraz sprawdzenie stateczności przekroju na wyboczenie. Obliczenia te można wykonać METODĄ SKANDYNAWSKĄ lub według wytycznych ATV A 127. Ogólny wzór opisujący ugięcie względne opracowany przez Spanglera q - obciążenie pionowe C1, C2, C3 - współczynniki SR - sztywność obwodowa rury Ss - sztywność gruntu (uzależniona od wartości modułu siecznego gruntu Es)

Metoda skandynawska (Molina) Jest to metoda empiryczna; powstała w oparciu o wyniki badań rurociągów montowanych i eksploatowanych w różnych warunkach; odnosi się tylko do rurociągów z tworzyw sztucznych; jest mało wrażliwa na odstępstwa wykonawcze od założeń projektowych; uzyskane wyniki są zbliżone do wartości rzeczywistych.

Ugięcie względne całkowite: Metoda skandynawska Ugięcie względne całkowite:

Ugięcie krótkotrwałe rury elastycznej w obsypce i zasypce z materiału niespoistego w metodzie skandynawskiej

Sztywność obwodowa rury ER – moduł sprężystości materiału rury, kPa; I – moment bezwładności przekroju rury, m4/m; D – średnica rury, m. SR dla rur z PVC wynosi od 4 do 16 kPa, znaczona jako sztywność nominalna SN4-SN16

Dodatkowe składowe ugięcia ze względu na: warunki montażu lf (1-2%) i ułożenia Bf (1-4%) Na ich wartości, określone na podstawie licznych pomiarów ugięć rur kanalizacyjnych, mają wpływ: kształt wykopu, ruch pojazdów roboczych w trakcie prac montażowych, typ sprzętu i zastosowana metoda zagęszczenia gruntu, nierównomierność podłoża, umiejętności i doświadczenie wykonawców.

Wyboczenie ciśnienie zewnętrze, któremu poddana jest rura, wywołuje w jej ściance obwodowe siły ściskające jeżeli siły są duże, mogą spowodować uszkodzenia na skutek wyboczenia ścianki rury ryzyko wystąpienia wyboczenia uzależnione jest od ciśnienia zewnętrznego w przypadku silnie zagęszczonego gruntu wyboczenie będzie miało postać drobnych fal (rys. a), w gruncie słabo zagęszczonym wyboczenie będzie przyjmować formę spłaszczonej elipsy (rys. b)

Metoda obliczeniowa wg wytycznych ATV–DVWK–A127 dotyczy rur sztywnych i podatnych, uwzględnia wpływ sztywności rury na rozkład działających na nią obciążeń, uwzględnia również odpór boczny gruntu, wyróżnia trzy rodzaje obciążeń od taboru samochodowego: lekkie LWK 12, średnie SLW 30, ciężkie SLW 60, jest dość skomplikowana.

Obciążenie działające na rurę sztywną λR >1

λR<1 rura podatna

Warunki posadowienia przewodu przewód powinien być ułożony na podłożu z gruntu niespoistego, min. kontakt – ¼ obwodu rury na całej jej długości w przypadku nierównomiernego ich posadowienia na długości, np. wskutek nierównego podłoża czy różnego stopnia zagęszczenia gruntu, występują wzajemne przemieszczenia rur

Literatura Błażejewski R. „Kanalizacja wsi”. Wyd. PZITS, Poznań 2003 Kuliczkowski A. „Rury kanalizacyjne, właściwości materiałowe” Wyd. Politechnika Świętokrzyska, Kielce 2001 Kuliczkowski A. „ Projektowanie konstrukcji kanałowych z zastosowaniem metody III generacji” Inżyiernia Bezwykopowa 5/2004 Madryas C. Kolonko A. Wysocki L. „Konstrukcje przewodów kanalizacyjnych”. Wyd. Politechnika Wrocławska, Wrocław 2002 www.dbc.wroc.pl/dlibra/doccontent?id=1158&dirids=1 www.rury.net.pl

Dziękuję za uwagę.