OSMA

Stavební a investorské noviny - 17.12.2003

Správné statické posouzení šetří finanční prostředky

Potrubní systémy, ať kanalizační, vodovodní či různé produktovody, jsou pro nezasvěceného, díla z technického hlediska nezajímavá. Ve srovnání s jinými plody stavební činnosti, jako jsou např. pozemní komunikace, fotomosty, objekty pro bydlení, veřejné budovy, vodní díla nebo rekonstrukce historických objektů, trpí potrubí pro značnou část populace jistou - byť pochopitelnou - "neviditelností". Tento fakt se často projevuje vyřazením takových staveb z čelních míst v pořadí důležitosti a rovněž malým zájmem o řešení teoretických, ale i praktických problémů, mezi něž patří i statika potrubí. Důsledky onoho zjednodušeného pohledu však mohou být velmi vážné.

Dnes, kdy do popředí stále častěji vystupují finanční a obecně ekonomické otázky prakticky ve všech oborech činnosti, si začínáme plně uvědomovat rozsah investičních prostředků uložených v podobě potrubí všech druhů do země, a tím spíše rozsah nutných rekonstrukcí, sanací zanedbaných systémů i cenu sítí nových. Nezbytnou částí technickoekonomického pohledu jsou i úvahy spolehlivostní, ve kterých hraje statika nejdůležitější roli.

Vývoj navrhování a statického posuzování potrubí uloženého v zemi moderními metodami má svůj počátek v USA. V dnešní době lze obecně říci, že při hluboké znalosti mechaniky zemin, chování různých materiálů a při možnostech počítačového modelování včetně využití variačních metod, nadešel čas pravděpodobnostní spolehlivostní analýzy potrubí, stejně jako každé jiné konstrukce. Je tedy potřeba správně svázat vyjádření zatížení i vlivu výstavby, teoretický model řešení účinků a vlastní dimenzování potrubí s nejnovějšími poznatky. V souladu s platnými a již běžně užívanými normativními postupy navrhování se tedy k použití nabízí metodika tzv. mezních stavů.

Pro společnost OSMA zpracování plastů s.r.o. byl vypracován společností Hydroprojekt a.s. algoritmus statického posouzení kanalizačního potrubí z neměkčeného polyvinylchloridu. Metoda statického výpočtu vychází z představy o rozdělení zemních tlaků po potrubním prstenci ověřené praktickými zkouškami. Zásadním nově uvažovaným prvkem při výpočtu touto metodou je stanovení bočního zemního tlaku v hodnotách i rozdělení, které odpovídá realitě zasypané trouby - tedy hodnotě tlaku blížící se klidové a rozdělení podle způsobu provádění. Tato hodnota je též v souladu s realitou závislá na přetvárných vlastnostech potrubí, tedy na jeho "tuhosti", resp. "poddajnosti". Vlastní prstenec se modeluje jako uzavřený kruhový rám a extrémní vnitřní síly, tedy ohybový moment, posouvající síla a normálová síla, se určují pomocí příčinkových součinitelů. Podle druhu materiálu se pak volí odpovídající teorie porušení a vypočte se srovnávací napětí, které se posuzuje s mezní výpočtovou hodnotou - pevností.

Metoda rozvíjí dříve vyvinuté postupy a je velmi snadno algoritmizovatelná. V řadě bodů se postup neliší od metody zavedené Směrnicí A 127 ATV. Shodně se postupuje při stanovení vnitřních sil pomocí příčinkových součinitelů. Obdobné je rovněž stanovení celkového zatížení stálého i nahodilého - rozdíly jsou snad jen v užitých hodnotách, které vycházejí z rozdílných národních norem pro zatížení kolovým tlakem. Shodně je rovněž řešen i vliv provádění v zavedení úhlu uložení tzv. tvaru lože.

Metoda vypracovaná pro společnost OSMA zpracování plastů s.r.o. má rozdílný pohled proti citované směrnici zejména na stanovení zemních tlaků po obvodu trubního prstence jakož i na hodnotu svislého zatížení na vrcholu trouby. Oproti A 127 ATV je považován tzv. rýhový vliv za zanedbatelný - účinek soudržnosti zeminy zásypu s původní zeminou ve stěně rýhy nemá výrazný vliv na zatížení potrubí. Myšlenku o vzniku "klenby" v zemině lze vyloučit předpokladem fotostavu porušení zeminy násypu v době konsolidace. Metoda zásadně posuzuje srovnávací napětí určené i s užitím součinitele účelu s výpočtovou charakteristikou (pevností) materiálu, příp. výpočtovou deformaci se stanovenou mezní hodnotou, na rozdíl od vyjádření spolehlivosti potrubí směrnicí A 127 ATV. Ta vychází z prosté teorie lineární pružnosti a posuzuje výsledné normálové napětí, případně zavádí koeficient bezpečnosti proti vzniku poruchy.

Rozdíl v použitých numerických hodnotách se projevuje i u uvažovaných zemin obsypu a zásypu - oproti A 127 ATV se rozlišuje nejen úhel vnitřního tření zemin, ale i jejich objemová hmotnost. Veškeré vstupní parametry pro výpočet popisovanou metodou odpovídají současně platným českým normám. Uvědomme si ale, že se zavedením mezinárodních standardů (ve formě EN, ISO nebo EC) dojde zcela jistě k řadě změn, zvláště numerických hodnot.

Obecně lze konstatovat, že výpočet popisovanou metodou v souladu s českými standardy je více na straně spolehlivosti a dává tedy mírně pesimističtější výsledky, než obdobné zahraniční metody. V této souvislosti připomeňme, že v ČR dosud neplatí žádná státní norma závazně upravující statický výpočet potrubí, ani dosud nebyl vydán materiál obdobného rozsahu a obsahu jako A 127 ATV.

V souvislosti s výše uvedeným je nejrůznějšími dodavateli plastových potrubních systémů doslova žonglováno s údaji o kruhových tuhostech jejich výrobků a s nimi souvisejícími hloubkami a možnostmi uložení. Samotný údaj o tuhosti trubky však říká jen velmi málo o tom, jaké je její chování v reálné návrhové situaci, tedy např. bezprostředně po zasypání nebo po řadě let konsolidace zeminy.

Zde musí do úvah o použití konkrétní trubky vstoupit další projektové parametry - zatížení povrchu, příp. vnitřní přetlak v potrubí, hloubka uložení nebo výška krytí potrubí, geometrie rýhy, způsob odstraňování pažení, vliv podzemní vody, působení v podélném směru, přípustné deformace a zejména pak způsob provedení a kontroly lože, obsypu a zásypu. Rozhodujícími činiteli ovlivňujícími chování systému potrubí - zemina jsou ve fázi projektu navržené a v terénu pak skutečně prováděné hutnění obsypu a zásypu a tvarová úprava lože. Jednoznačnou odpověď na otázku vhodnosti trubek z hlediska jejich tuhosti dá jedině správně provedený statický výpočet zahrnující všechny uvedené vlivy.

Zákazník objednávající trubní materiál pro potrubí uložené v zemi - v první řadě zhotovitel stavby, následně samozřejmě investor a uživatel - musí znát podmínky, při nichž budou trubky dlouhodobě plnit svoji funkci. Tyto podmínky by měl vyčerpávajícím způsobem definovat projekt řadu nebo stoky. Z výše uvedeného je zřejmé, že kromě požadavků na hydraulické vlastnosti jsou pro bezproblémové působení po celou dobu životnosti podstatné komplexní znalosti o chování systému potrubí - zemina. Při správném určení požadovaných vlastností, při dobrém projektu a kvalitním provedení stavby spolehlivě vyhoví i potrubí s nižší tuhostí, a tedy levnější, zatímco při chybách v projektu a zvláště při samotném provádění může dojít a dochází k poruchám i na trubkách vyšších tříd a tedy dražších. Společným zájem účastníků výstavby lze u potrubí stejně jako u jiných typů staveb jistě definovat takto: kvalitně provedené dílo za přiměřené investiční prostředky s minimálními provozními náklady a problémy.

S použitím technických materiálů Hydroprojekt a.s.
Ing. David Behner

Zdroj: http://www.stavime-bydlime.cz/article.php?ID=8243