Czy sieć kanalizacyjna wykonana z tworzyw sztucznych może być zagrożona wypchnięciem z gruntu na skutek wysokiego poziomu wód gruntowych? Choć wydaje się to prawdopodobne, to jednak nie zachodzi. Poniżej zamieszczamy wyjaśnienie, w oparciu o analizę sił przezwyciężających siły wyporu działające na przewody kanalizacyjne w gruncie nawodnionym i bazujących na niej obliczeniach.
W naszej gminie, dość duża część infrastruktury kanalizacyjnej musi być wkrótce wymieniona. Jesteśmy otwarci na użycie systemów z tworzyw sztucznych, ale nie jesteśmy do końca pewni, czy ze względu na mały ciężar elementów nie zostaną wyniesione one przez wody gruntowe? Ewentualnie czy w przypadku wysokiego poziomu wody gruntowej rury i studzienki kanalizacyjne należy zabezpieczyć przed działaniem siły wyporu?
Pytanie przedstawione powyżej, ilustruje wątpliwości z jakimi często spotykamy się podczas rozmów z inwestorami na temat nowych sieci kanalizacyjnych. Marcel Roelfsema - doradca techniczny Wavin, wyjaśnia, dlaczego nie trzeba się martwić o wynoszenie systemów rurowych z tworzyw. “Podczas projektowania odwodnień i sieci kanalizacyjnych, które składają się głównie z rur, studzienek włazowych i inspekcyjnych, a także zbiorników retencyjnych czy rozsączających lub separatorów – zawsze uwzględniamy kwestię ich wyporu przez wodę gruntową. Warto pamiętać, że elementy systemów odwadniania i kanalizacji nie są zamontowane luźno w gruncie. Zawsze rurociągi, studzienki włazowe i inspekcyjne oraz komory lub zbiorniki połączone są w jeden ciągły system. To jeden z czynników mających wpływ na utrzymanie w gruncie elementów wypieranych przez wodę.
Warto też pamiętać, że w przypadku zmontowanego w gruncie systemu siła wyporu, tj. siła skierowana w górę musi pokonać opór jaki daje ciężar zmontowanych materiałów oraz ciężar gruntu powyżej ułożenia rur oraz ciężar nawierzchni drogowej lub chodnika.”
Rys1. Siły utrzymujące rurę w gruncie (siły przeciwdziałające sile wyporu) zależą od szeregu czynników, w tym od kąta tarcia wewnętrznego gruntu.
Podczas, gdy ciężar przykrywającego sieć kanalizacyjną gruntu, w tym warstw obsypki górnej oraz zasypki wstępnej i głównej mają duże znaczenie dla stateczności i utwierdzenia sieci kanalizacyjnych w gruncie, to kąt tarcia wewnętrznego gruntu (α) jest kluczowy zwłaszcza dla długoterminowego zabezpieczenia przed siłami wyporu.
Kąt tarcia wewnętrznego gruntu (α) sprawia, że do równoważenia siły wyporu skierowanej w górę bierze się pod uwagę ciężar gruntu o zwiększonej objętości, w tzw. klinie odłamu. Tym samym działanie sił wyporu jest znoszone, tj. nie tylko przez ciężar gruntu bezpośrednio nad rurą, lecz również ciężar warstwy gruntu o większej szerokości, a rurom nie grozi wynoszenie z gruntu. Chociaż kąt tarcia wewnętrznego (α) dla większości gruntów wynosi między 30o a 35o, to aby uwzględnić wszelkie niepewności i uzyskać wysoki współczynnik bezpieczeństwa w swoich obliczeniach sił wyporu i ich równoważenia zakładam wartość 20o.
Lepiej zapobiegać niż naprawiać
Coraz częściej występujące deszcze nawalne mogą zmieniać warunki gruntowo-wodne - np. powodować gwałtowny wzrost poziomu wód gruntowych, erozję gruntu, osiadanie i inne czynniki. Staramy się to z góry przewidzieć tworząc należyte rozwiązania zarządzania wodą deszczową. Pozwalają one na odprowadzanie nawet ogromnych ilości wody deszczowej w możliwie najlepszy sposób.”
