Wiktor Jasiński
Cezary Madryas
Wiesława Rowińska
Adam Wysokowski
Metodyka badań betonowych i żelbetowych
rur kanalizacyjnych oraz elementów
prefabrykowanych studni kanalizacyjnych
METHODOLOGY OF CONCRETE AND REINFORCED SEWERAGE PIPE AS
WELL AS PREFABRICATED CONSTITUENTS SEWERAGE WELL
Streszczenie
Instytut Badawczy Dróg i Mostów  Filia Wrocław, Ośrodek Badań Mostów Betonów
i Kruszyw w Żmigrodzie w myśl Prawa Budowlanego z dnia 07.07.1994 r. przeprowadza
procesy aprobacyjne dla materiałów i wyrobów stosowanych w inżynierii komunikacyj-
nej, dla których brak jest odpowiednich aktów prawnych i normalizacyjnych. Aprobaty
techniczne wydawane są na postawie analizy wyników badań przeprowadzanych często
przy udziale Instytutu Inżynierii Lądowej Politechniki Wrocławskiej, które stwierdzają
przydatność danego wyrobu do stosowania w określonych warunkach. Badania wyrobów
przeprowadzane są więc zgodnie z  wypracowanymi procedurami badawczymi lub
wręcz zgodnie z zaleceniami do wykonywania badań aprobacyjnych
Abstract
Some examination procedures basaed on currently valid standards and deeds for pre-
fabricated elements used for sewerage pipelines construction have been presented in the
paper. The examination range and requirements towards pre-fabricated pipe elements
mgr Wiktor Jasiński  Instytut Badawczy Dróg i Mostów, filia Wrocław, Ośrodek Badań Mostów, Betonów
i Kruszyw, Żmigród
prof. dr hab. inż. Cezary Madryas  Instytut Inżynierii Lądowej, Politechnika Wrocławska
mgr inż. Wiesława Rowińska  Instytut Badawczy Dróg i Mostów, filia Wrocław, obecnie pracownik Centrum
Technologiczno-Badawczego Budownictwa  VisBud , Wrocław
doc. dr hab. inż. Adam Wysokowski  Instytut Badawczy Dróg i Mostów, filia Wrocław, Ośrodek Badań
Mostów, Betonów i Kruszyw, Żmigród
were shown herein. Methods of determination and verification mechanical and functional
parameters were presented as well as laboratory stands used for this purposes.
Metodyka badań betonowych i żelbetowych rur kanalizacyjnych ...
1. Wstęp
Charakter pracy betonowych i żelbetowych systemów kanalizacyjnych umieszczonych na
pewnych głębokościach i zasypanych gruntem, wymaga betonu o odpowiednich właściwo-
ściach fizyczno-wytrzymałościowych. Wprawdzie już starożytni Egipcjanie używali spoiw
wytwarzanych w wyniku prażenia skał gipsowych, Grecy i Rzymianie stosowali wapno
palone i do jego mieszaniny z wodą dodawali pokruszone kamienie, tworząc pierwszy
w historii beton [2], to na przestrzeni wieków beton podlegał i dalej podlega ciągłym
modyfikacjom w zależności od możliwości technologicznych i oczekiwań w stosunku do
pracy i trwałości wznoszonych zeń budowli. W odniesieniu do betonowych i żelbetowych
budowli kanalizacyjnych tworzących sieć uzbrojenia terenu infrastruktury komunikacyjnej,
oczekiwania i wymagania zawarte są w przepisach odnoszących się do ich wytworzenia,
wbudowania, utrzymania oraz trwałego i bezpiecznego użytkowania.
Ze względu na rozszerzenie Unii Europejskiej opracowanie norm europejskich doty-
czących kanalizacji leży w gestii Komitetu Technicznego CEN/TC 165  Odprowadzanie
ścieków [1].
Zgodnie z kierunkami działań przyjętych przez Polski Komitet Normalizacyjny,
działalność Normalizacyjnej Komisji Problemowej NKP Nr 278 ds. Wodociągów i Kana-
lizacji koncentruje się przede wszystkim na wdrażaniu norm europejskich zatwierdzonych
w CEN (nie rozpoczyna się pracy nad PN-EN dopóki norma europejska nie zostaje za-
twierdzona). Należy dodać, że w zakresie infrastruktury podziemnej w IBDiM śledzono
działania legislacyjne Unii Europejskiej i dostosowywano obowiązujące procedury.
W odniesieniu do wyrobów kanalizacyjnych tworzących sieć uzbrojenia terenu infra-
struktury komunikacyjnej  studni, rur, wykonanych z betonu, betonu wibroprasowanego
i żelbetu, opracowano takie programy badań, które oprócz stwierdzenia przydatności do
stosowania (dla procesu aprobacyjnego) dają producentowi możliwość analizy procesu
wytworzenia, w tym również obniżenia kosztów, przy zachowaniu wymaganej jakości.
We współpracy z IBDiM producenci mogą określić  słabe punkty wyrobu i możliwość
ich poprawy. Współpraca może zaowocować  uszczelnieniem systemu kontroli jakości
wyrobów.
Wyniki badań wykonanych na stanowiskach w IBDiM-Filii Wrocław w Żmigrodzie
są analizowane w oparciu o teoretyczne obliczenia i analizy wykonane dla poszczegól-
nych wyrobów przez Instytut Inżynierii Lądowej Politechniki Wrocławskiej. Obliczenia te
pozwalają na uproszczenie programu badań w rozumieniu zmniejszenia liczby badań na
modelu 1:1 z obsypką gruntem na rzecz zwiększenia liczby analiz symulacyjnych [3].
IBDiM Filia Wrocław współpracuje z producentami polskimi oraz z producentami z Unii
Europejskiej, którzy coraz częściej dobrowolnie poddają się proponowanym procedurom
kontrolnym.
Przedstawione w tym referacie metody badawcze stanowią tylko część badań prze-
prowadzanych w Instytucie Badawczym Dróg i Mostów  Filii Wrocław dla betonowych
i żelbetowych wyrobów kanalizacyjnych stosowanych w budownictwie komunikacyjnym.
Zaprezentowano sposób badania niektórych cech, które mają bezpośredni wpływ na
trwałe, bezpieczne użytkowanie i sprawne działanie systemów kanalizacyjnych.
3
Wiktor Jasiński, Cezary Madryas, Wiesława Rowińska, Adam Wysokowski
2. Metody badawcze betonowych i żelbetowych
wyrobów kanalizacyjnych prowadzone w IBDiM  Filii
Wrocław
2.1. Informacje ogólne
Zgodnie z Prawem Budowlanym postępowanie aprobacyjne rozpoczyna się na wniosek
producenta wyrobu i przeprowadzane jest z zachowaniem ściśle określonych procedur.
Należą do nich:
 kontrola systemu jakości prowadzonej przez zakład produkcyjny,
 kontrola obiektów budowlanych, w których zainstalowane są wyroby podległe pro-
cesowi aprobacyjnemu,
 analiza dostarczonych wyników badań, w tym również przeprowadzonych w labora-
toriach zagranicznych,
 analiza informacji technicznych zawartych w Kartach Technicznych i Katalogach,
 analiza zaleceń przedstawionych przez inne jednostki badawcze odnośnie stosowania
wyrobów (opinia PZH, GIG, itp.),
 wnioski z badań sprawdzających wykonanych na podstawie odpowiednich programów
badań w oparciu o dostępne normy i procedury własne.
Celem badań jest uzyskanie wyników, które będą podstawą pozytywnej oceny przy-
datności wyrobów kanalizacyjnych do stosowania w budownictwie komunikacyjnym.
Zakres prac nad materiałami i wyrobami obejmuje:
 analizę informacji technicznych oraz wyników badań laboratoryjnych przeprowadzo-
nych w zagranicznych placówkach badawczych, dostarczonych przez Zleceniodawcę
i porównanie ich z wymaganiami obowiązującymi w Polsce,
 opracowanie programu badań w oparciu o istniejące normy i procedury własne,
 badania laboratoryjne w zakresie niezbędnym wg norm polskich, europejskich i pro-
cedur własnych,
 sporządzenie sprawozdania, w którym zamieszczona jest dokładna dokumentacja
z przeprowadzonych badań (dokumentacja fotograficzna, wykresy odkształceń próbek
badawczych), analiza wyników badań oraz wnioski z badań.
Wyroby betonowe i żelbetowe stosowane w budownictwie kanalizacyjnym podda-
wane są badaniom materiałowym oraz fizyczno-wytrzymałościowym.
2.2. Badania materiałowe
Zaawansowany proces technologiczny (w tym technologia wibrowania i wibroprasowania
wyrobów) oraz stosowanie wysokiej jakości kruszyw, cementu, dodatków i domieszek
sprawia, że wyroby betonowe i żelbetowe osiągają coraz lepsze parametry materiałowe
 odpowiedzialne za ich trwałość i wytrzymałość. Jednak osiągnięcie odpowiednich pa-
rametrów materiałowych (wytrzymałość na ściskanie min. C35/45, nasiąkliwość poniżej
5%, mrozoodporność F 150 w wodzie i F 50 w 2% roztworze NaCl, wodoprzepuszczalność
min. W-8 oraz odporność na ścieranie) oprócz zaawansowanego procesu technologicznego
wymaga również:
 ciągłego śledzenia zmian w zakresie legislacji,
 ciągłego szkolenia załogi producenta,
 doskonalenia kontroli w celu zachowania reżimu technologicznego,
 ciągłego pogłębiania wiedzy przez technologów,
4
Metodyka badań betonowych i żelbetowych rur kanalizacyjnych ...
i w tym zakresie, jak uczy doświadczenie, pomocny jest proces aprobacyjny prowadzony
przez IBDiM. Na każdym jego etapie producent ma prawo być obecny przy badaniach,
wyniki badań są dyskutowane a wnioski mogą być pomocne przy reorganizacji i/lub
modernizacji produkcji i jej kontroli.
2.3. Kontrola stanu powierzchni zewnętrznej i wewnętrznej wyrobów
kanalizacyjnych
Bardzo ważną rolę w zachowaniu systemu jakości wyrobów pełni kontrola jakości we
wstępnym etapie produkcji. Wygląd wyrobu, stan jego powierzchni, barwa stanowi ważne
kryteria oceny początkowej wyrobu. y
le uformowane bose końce rur, występowanie na
powierzchni zewnętrznej i wewnętrznej elementów kanalizacyjnych pęknięć, zarysowań,
uszkodzeń mechanicznych, ubytków oraz rozwarstwień, powinno eliminować te wyroby
już we wstępnej kontroli jakości, gdyż wpływają one na obniżenie parametrów wytrzy-
małościowych i trwałości całego systemu. Kontrola stanu powierzchni zewnętrznej i we-
wnętrznej wyrobów kanalizacyjnych prowadzona jest wg procedury badawczej IBDiM
Nr PB-TW-15/97. Brak oznak w postaci:
 pęknięć, zarysowań, uszkodzeń mechanicznych, ubytków oraz rozwarstwień na po-
wierzchni zewnętrznej i wewnętrznej badanego wyrobu,
 niejednolitej barwy wyrobu na całej powierzchni,
 nieczytelnego oznaczenia wyrobów lub niezgodnego z deklaracją producenta stanowi
pozytywną ocenę wyrobu.
2.4. Kontrola wymiarów
Badanie ma na celu sprawdzenie zgodności podstawowych wymiarów wyrobu z warto-
ściami deklarowanymi przez producenta w kartach technicznych i katalogach. Badanie
przeprowadza się wg PN-93/C-89218 dokonując pomiarów tych parametrów, które mają
wpływ na prawidłowe działanie całego systemu kanalizacyjnego:
 średnicy wewnętrznej,
 średnicy zewnętrznej,
 grubości ścianki.
Wartości zmierzone zgodne z wartościami podanymi przez producenta stanowią
pozytywną ocenę danego wyrobu.
2.5. Metody badawcze wytrzymałości na obciążenia zewnętrzne dla
betonowych i żelbetowych elementów prefabrykowanych
Ważnym kryterium badawczym jest wyznaczenie wytrzymałości na obciążenia zewnętrzne
dla betonowych i żelbetowych elementów prefabrykowanych studni kanalizacyjnych, rur
betonowych i żelbetowych, drobnowymiarowych elementów betonowych. Prefabryko-
wane elementy betonowe i żelbetowe umieszczone w gruncie narażone są na działanie
zgniatających sił bocznych lub sił pionowych działających bezpośrednio na element. Wy-
znaczenie wytrzymałości na obciążenia zewnętrzne daje gwarancję bezpiecznej pracy całej
komory roboczej i trzonu studzienki. Badania wytrzymałościowe betonowych i żelbeto-
wych elementów prefabrykowanych studni kanalizacyjnych wykonywane są zgodnie
z zaleceniami do udzielania aprobat technicznych, Nr ZAT/99-02-014 i Nr ZAT/99-04-008
5
Wiktor Jasiński, Cezary Madryas, Wiesława Rowińska, Adam Wysokowski
 Studzienki kanalizacyjne z elementów prefabrykowanych, betonowych i żelbetowych
wydanymi przez COBRTI  INSTAL i IBDiM, Warszawa grudzień 1999 r.
2.5.1. Badanie wytrzymałości na zgniatanie elementów komory roboczej i trzonu stu-
dzienki (kręgów)
Badanie przeprowadzane jest na stanowisku badawczym do badań statycznych znajdu-
jącym się w Ośrodku Badań Mostów, Betonów i Kruszyw IBDiM w Żmigrodzie. Obcią-
żenia są realizowane za pomocą ramy do badań statycznych o nośności do 250 kN oraz
siłownika hydraulicznego firmy Lukas z manometrem kontrolnym. Przyrost obciążenia
mierzy się i przetwarza urządzeniem pomiarowym UPM 100, podłączonym do komputera
typu Macintosh z zainstalowanym oprogramowaniem BEAM.
Elementy robocze powinny być ułożone w maszynie wytrzymałościowej pomiędzy
dwoma elementami nośnymi. Sposób zamocowania elementu badanego między elemen-
tami nośnymi uzależniony jest od jego kształtu. Wartość obciążenia badawczego powinna
wzrastać od 20 kN/m do 25 kN/m na minutę.
Rys. 1. Stanowisko do badania wy-
trzymałości na zgniatanie elementów
komory roboczej i trzonu studzienki
wraz z graficznym wynikiem badania
6
Metodyka badań betonowych i żelbetowych rur kanalizacyjnych ...
Wynik badania.
Wynik badania wyrażony jest jako stosunek całkowitego, obciążenia przy odpowied-
nim ustawieniu badawczym, do wewnętrznej wysokości elementu badanego:
Fa = ( P + P ) / h ( 1 )
gdzie:
Fa  efektywny wynik badania, [kN/m],
P  zmierzone obciążenie badawcze, [kN],
P  efektywne obciążenie od nośnika [kN],
h  wewnętrzna wysokość elementu badanego, [m].
2.5.2. Badanie wytrzymałości na pionowe obciążenie betonowych i żelbetowych ele-
mentów przykrywających i redukujących
Badania przeprowadzone są na stanowisku badawczym Instytutu Badawczego Dróg i Mo-
stów  Filii Wrocław  STEND wyposażonym w system siłowników hydraulicznych firmy
SCHENCK, wraz z nowoczesnym systemem sterowania i zasilania pozwalającym uzyskać
pełną kontrolę nad wymuszanymi obciążeniami. W skład tego systemu wchodzą:
 dwa siłowniki o max. sile wymuszającej 1000 kN i max. przesuwie 400 mm, umożli-
wiającym wymuszenie obciążeń w zakresie ą 800 kN, wyposażone w czujniki pomiaru
przemieszczeń i siły z dokładnością 0,1% pełnego zakresu,
 1 siłownik o max. sile wymuszającej 250 kN i przesuwie 500 mm, umożliwiającym wy-
muszenie obciążeń w zakresie ą 200 kN, wyposażony w czujniki pomiaru przemiesz-
czeń i siły z dokładnością 0,1% pełnego zakresu, przeznaczony do badań o wyższych
częstotliwościach (1-100),
 hydrauliczny agregat zasilający o wydajności 130 l/min. wraz z automatycznym sys-
temem chłodzenia powietrznego,
 elektroniczny system Hydropuls S-59 pozwalający na niezależne sterowanie pracą
dwóch siłowników w oparciu o pomierzone w czasie rzeczywistym wielkości siły
nacisku tłoka i wysuwu.
Rys. 2. Wyposażenie Stanowiska do Badań Dynamicznych i Zmęczeniowych  STEND
7
Wiktor Jasiński, Cezary Madryas, Wiesława Rowińska, Adam Wysokowski
Żelbetowe płyty przykrywające posadowione na podkładce elastomerowej o grubości
20 mm ą 5 mm poddawane są obciążeniu próbnym Fp wynoszącym 120 kN. Po odciążeniu
i zbadaniu czy na powierzchni płyt przykrywających nie występują rysy, następuje
ponowne obciążenie Fv wynoszące 300 kN. Obciążenia następują w sposób ciągły, bez
wstrząsów z prędkością 1-3 kN/s i prze-
kazywane są przez płytę stalową o wymia-
rach 300x300 mm. Po badaniu mierzy się
długość oraz szerokość powierzchniową
rys badanych elementów. Szerokość po-
wierzchniowa rys pozostałych po zdjęciu
obciążenia nie powinna być większa
niż 0,15 mm na nieprzerwanej długości
300 mm lub większej, lub na całej szero-
kości powierzchni betonowej, bez względu
na to, która wartość jest mniejsza.
Rys. 3. Stanowisko do badania wytrzymało-
ści na pionowe obciążenie żelbetowych płyt
przykrywających
Betonowe elementy redukujące
(zwężka) mogą być posadowione na pod-
kładce elastomerowej o grubości 20 mm
ą 5 mm lub według uznania producenta
ustawione razem z uszczelką bezpośred-
nio na elemencie roboczym studzienki.
Obciążenie realizowane w sposób ciągły
bez wstrząsów z prędkością 1-3 kN/s,
przekazywane jest przez płytę stalową
o wymiarach 300x300 mm aż do uzyska-
nia obciążenia niszczącego Fu. Minimalne
obciążenie niszczące dla betonowych ele-
mentów redukcyjnych wynosi 300 kN.
Rys. 4. Stanowisko do badania wytrzymałości
na pionowe obciążenie betonowych elemen-
tów redukcyjnych
8
Metodyka badań betonowych i żelbetowych rur kanalizacyjnych ...
2.5.3. Wytrzymałość na obciążenia zewnętrzne betonowych i żelbetowych rur kanali-
zacyjnych
Wytrzymałość betonowych rur kanalizacyjnych określona jest wartością siły niszczącej
przy obciążeniu zewnętrznym, natomiast wytrzymałość rur żelbetowych określona jest
wartością siły powodującej zarysowanie (rysy o szerokości >0,2 mm) lub siły powodującej
zniszczenie przy obciążeniu zewnętrznym.
Badanie przeprowadzane jest na stanowisku badawczym do badań statycznych
znajdującym się w Ośrodku Badań Mostów, Betonów i Kruszyw IBDiM w Żmigrodzie.
Obciążenia są realizowane za pomocą ramy do badań statycznych o nośności do 250
kN oraz siłownika hydraulicznego firmy Lukas z manometrem kontrolnym. Przyrost
obciążenia mierzy się i przetwarza urządzeniem pomiarowym UPM 100, podłączonym
do komputera typu Macintosh z zainstalowanym oprogramowaniem BEAM. Badanie
wytrzymałości rur betonowych na obciążenia zewnętrzne przeprowadzane jest wg normy
BN-83/8971-06.00, natomiast rur żelbetowych wg PN-EN 640:2000.
Rurę kielichową poziomo ułożoną w maszynie wytrzymałościowej obciąża się
równomiernie siłą pionową powodującą zniszczenie lub zarysowanie rury. Obciążenie
przekazywane jest poprzez stempel metalowy (1) umieszczony na drewnianej belce (2) o
przekroju 50 mmx50 mm i długości równej długości rury aż do zniszczenia rury. Pomiędzy
elementem badawczym a drewnianą belką umieszczona została podkładka gumowa (3)
grubości 20 mm ą 5 mm.
a) b)
Rys. 5. Stanowiska badawcze do badania wytrzymałości na zgniatanie betonowych i żelbetowych
rur a) bez kielicha, b) z kielichem
9
Wiktor Jasiński, Cezary Madryas, Wiesława Rowińska, Adam Wysokowski
2.6. Szczelność połączenia
Ważnym kryterium oceny całego systemu kanalizacyjnego jest jego szczelność. Infiltracja
wody gruntowej do kanału powoduje wymywanie elementów składowych gruntu, co
w konsekwencji może prowadzić do destrukcji konstrukcji nośnej (drogi, jezdni, mostu),
innych budowli i samego kanału. Eksfiltracja ścieków do gruntu, pomijając negatywne
skutki dla środowiska, powoduje z kolei zmiany struktury grunty poniżej kanału, co
zmienia warunki jego podparcia i może doprowadzić do uszkodzeń konstrukcji prze-
wodu i deformacji niwelety. Dlatego ważne jest sprawdzenie szczelności połączeń rur,
połączeń między elementem pionowym, a przyłączoną rurą czy kształtką już na etapie
ich produkcji.
Ośrodek Badań Mostów, Betonów i Kruszyw IBDiM w Żmigrodzie prowadzi bada-
nia szczelności połączenia systemów kanalizacyjnych z elastomerowymi pierścieniami
uszczelniającymi stosując:
 niskie wewnętrzne ciśnienie hydrostatyczne do oceny szczelności,
 wysokie wewnętrzne ciśnienie hydrostatyczne do oceny funkcjonalności złącza,
 odchylenia kątowe przy badaniu niskim i wysokim wewnętrznym ciśnieniem hydro-
statycznym.
Metoda badania.
Badaną próbkę składającą się z rur lub kształtek łączy się ze sobą za pomocą elasto-
merowego pierścienia uszczelniającego. Końce rur zatyka się przy pomocy elementów
gwarantujących szczelność układu i nie wywierających sił wzdłużnych na połączenie. Taką
próbkę napełnia się wodą aż do usunięcia powietrza i poddaje się wewnętrznemu ciśnie-
niu hydrostatycznemu przez określony czas, podczas którego kontroluje się szczelność
połączenia. Po wykonaniu badania na daną próbkę w miejscu połączenia oddziaływuje
się siłą powodującą określone odchylenie kątowe w miejscu połączenia.
Rys. 6. Badanie szczelności połączeń układów kanalizacyjnych
10
Metodyka badań betonowych i żelbetowych rur kanalizacyjnych ...
Wyniki badania.
Brak przecieków powodujących spadek ciśnienia podczas badania i po wykonaniu
badania stanowi pozytywne kryterium oceny szczelności połączenia. Wyniki z badań
zawierają:
 metodę i warunki badania (czas badania, wartość ciśnienia, wartość odchylenia kąto-
wego),
 dane identyfikujące elementy badawcze (rodzaj rury/kształtki, rodzaj uszczelki),
 ogólne warunki otoczenia (temperatura),
 w razie przecieków opisane warunki (przy jakim ciśnieniu, odchyleniu kątowym).
3. Wnioski
3.1. Dotychczasowe badania betonowych i żelbetowych wyrobów kanalizacyjnych, prze-
prowadzone w Instytucie Badawczym Dróg i Mostów  Filia Wrocław potwierdziły
konieczność ich prowadzenia.
3.2. Badania według istniejących lub projektowanych norm krajowych i europejskich oraz
własne procedury badawcze pozwalają na gruntowną ocenę przydatności badanych
wyrobów do zastosowań w kanalizacji i pozwalają określić takie wymagania, których
spełnienie gwarantuje bezpieczną ich pracę i długotrwałe użytkowanie.
3.3. Wymagania dla tych wyrobów znajdują odzwierciedlenie w wydawanych aprobatach
technicznych.
3.4. Należy podkreślić, że coraz więcej producentów elementów do budowy systemów
kanalizacyjnych docenia fakt posiadania wyników badań dla swoich produktów wy-
konanych w procesie aprobacyjnym. Wyniki tych badań zawarte w sprawozdaniach
stanowią istotną dokumentację i  kartę przetargową do stosowania tych wyrobów
w budownictwie komunalnym i komunikacyjnym.
Literatura
[1] Chrabczyński G.: Współczesne kierunki rozwoju prefabrykacji betonowej w uzbrojeniu terenu. Kon-
ferencja Dni Betonu  Tradycja i Nowoczesność, Szczyrk, 08-10.10.2002.
[2] Neville A. M.: Właściwości Betonu, Polski Cement Sp. z o.o., Kraków 2000.
[3] Madryas C., Kolonko A., Wysocki L.: Konstrukcje przewodów kanalizacyjnych, Oficyna Wydawnicza
Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2002.
11