Materiály

Potrubí – typy zatížení a jak postupovat při návrhu potrubních konstrukcí

Ve stavební praxi se často setkáváme s různými druhy potrubí v různých pozicích na stavbě. Může se jednat o dočasné nebo trvalé konstrukce, některé z nich bývají obnažené, jiné zasypané. Úkolem tohoto článku je rozebrat a určit typy zatížení, které na tyto konstrukce působí a jak bychom při návrhu potrubních konstrukcí měli postupovat.

Zatížení potrubí

Potrubí je jako každý jiný prvek namáhán různými druhy zatížení. Toto zatížení se odvíjí od toho, kde je potrubí situováno. Jako základní druhy zatížení bychom mohli jmenovat zatížení vlastí tíhou, dále násypem a zásypem, zatížením na povrchu terénu, případně jeho sedáním a také zatížení transportovaným médiem, což je převážně kapalina, která může vytvářet i vnitřní přetlak.

Tento článek se soustředí převážně na zatížení násypem, respektive zásypem. Silové účinky mohou být vodorovné i svislé a dají se výrazně ovlivnit způsobem hutnění a rovněž jsou ovlivněny technologickou kázní při hutnění, což je potřeba si rovněž uvědomit.

Pro naše účely rozeznáváme zatížení rýhové a zásypové. U potrubí v úzké rýze se počítá jen se svislou složkou tlaku zeminy a dříve se počítalo s tím, že tato složka roste do hloubky cca 5,0 m a pak zůstává konstantní.

Potrubí

Rýhové zatížení

Tento druh zatížení působí na potrubí uložené do rýh v rostlém terénu, které se zasypávajíc po uložení. Šířka rýhy je omezena maximálně na 1,5násobek vnějšího průměru potrubí. Následující vzorec vychází z řešení rovnováhy sil na prvku, který je omezený rovinami rýhy a svislými rovinami na 1bm.

Vzoreček 1
Kr – součinitel rýhového zatížení. Hodnoty jsou různé druhy materiálů jako jsou štěrk, písek, jíl apod jsou uvedeny v tabulce 1.
γz – tíha zásypu
b – šířka rýhy

Tabulka 1 – součinitel Kr

h/b
 Materiál
S P Z J M
γz·103 (kg/m3)
1,7 1,9 2,0 2,1 2,2
k 0,192 0,165 0,150 0,130 0,110
1 0,830 0,852 0,864 0,880 0,898
2 1,396 1,464 1,504 1,560 1,618
3 1,781 1,904 1,978 2,083 2,196
4 2,044 2,221 2,329 2,486 2,660
5 2,222 2,448 2,589 2,798 3,032
6 2,344 2,612 2,782 3,038 3,331
7 2,427 2,729 2,925 3,223 3,571
8 2,483 2,814 3,031 3,366 3,763
9 2,522 2,875 3,109 3,476 3,917
10 2,548 2,918 3,167 3,560 4,041
12 2,578 2,972 3,242 3,676 4,220
15 2,596 3,008 3,296 3,768 4,377
∞ 2,604 3,030 3,333 3,846 4,545

Násypové zatížení

Tento druh zatížení působí na potrubí uložené v sypaném tělese. Volné sedání zeminy kolem potrubí je omezeno jeho vlastní tuhostí. Ve svislém směru vzniká okolo potrubí tření, kterým je potrubí přitěžováno.

Celková síla působící na 1 bm potrubí následně vychází:

Vzoreček 2
γz – je tíha zásypu
D – šířka rýhy

Potrubí

Součinitel násypového zatížení

Vzoreček 3

Při určitých výškách nasypané zeminy nepůsobí nad určitou hodnotu tření. Poloha této roviny stejného sedání je dána vztahem:

Vzoreček 4

Vzoreček 5

Součinitel sedání δ

Potrubí Podloží δ
tuhé

 tuhé (skála) 1,0
pevná rostlá půda 0,8 – 0,5
poddajná půda 0,3
pružné libovolné 0,0

Proměnné zatížení

Proměnné zatížení působící na povrchu terénu Q se v zemině roznáší poměrně rychle a s hloubkou uložení potrubí klesá. Při hloubce větší jak 5,0 m se již prakticky neprojevuje. Velikost nahodilého zatížení P na 1bm délky potrubí se určí následovně.

Vzoreček 6

Součinitel Cb

H (m) D (m)
0,25 0,50 0,75 1,20 2,00
0,6 0,078 0,260 0,453 0,706 0,895
1,2 0,020 0,078 0,161 0,338 0,611
2,00 0,007 0,029 0,064 0,150 0,338
3,00 0,003 0,013 0,029 0,072 0,180
5,00 0,001 0,005 0,011 0,027 0,072

MARTIN WÜNSCHE

Ing. Martin Wünsche (*1984)
– vystudoval Vysokou školu báňskou – Technickou univerzitu v Ostravě, Fakultu stavební. V současné době pracuje pro firmu Metrostav Infrastructure a. s. na pozici technik pro technické obory.