käsikirja 1
käsikirja Käsikirjan toimituskunta: Toimitusjohtaja Kari Koivunen, Abetoni Oy Käyttöpäällikkö Martti Liukkonen, Abetoni Oy Hallituksen jäsen Lennart Westerholm, Semtu Oy Projekti-insinööri Ossi Murto, Kouvolan Betoni Oy Projektipäällikkö Jorma Havukainen, SCC Viatek Oy Rakennusmestari Esa Annala, Vantaan kaupunki Insinööri Matti Heino, Infratec Oy DI Petri Mattila, P.T. Mattila Ky DI Seppo Petrow, Rakennusteollisuus RT ry Julkaisija: Rakennusteollisuus RT ry Betoniteollisuustoimiala Ulkoasu ja taitto: Kari Sundell, Informaatti Ky Kustantaja: Suomen Betonitieto Oy ISBN 952-5075-51-6 Suomen Betonitieto Oy, Rakennusteollisuus RT ry Gummerus Kirjapaino Oy Jyväskylä 2003 2
käsikirja 3
4
Sisällysluettelo 1 ESIPUHE... 7 2 KÄSITTEITÄ JA MERKINTÖJÄ... 8 3 BETONI VIEMÄRÖINTIMATERIAALINA... 9 3.1 MATERIAALIOMINAISUUDET... 9 3.11 Betoni... 9 3.12 Puristuslujuus... 10 3.13 Tiiviys... 10 3.14 Mekaaninen kestävyys... 10 3.15 Kemiallinen kestävyys... 11 3.16 Säilyvyyden parantaminen... 13 3.2 BETONIN KESTÄVÄT ARVOT... 13 3.21 Energian käyttö valmistuksessa... 14 3.22 Käyttöikä... 14 3.23 Ympäristövaikutukset... 14 3.3 PUTKEN RAKENNE... 15 3.31 Betonirakenne... 15 3.32 Raudoitus... 15 3.4 KAIVON RAKENNE... 16 3.41 Betonirakenne... 16 3.42 Raudoitus... 16 3.5 LIITOSTEKNIIKKA JA TIIVISTEET... 16 3.6 TUOTANTO... 18 3.61 Tuotteiden valmistus... 18 3.62 Tarkastukset ja merkinnät... 18 3.7 TUOTTEIDEN LAADUNVARMISTUS... 20 3.71 Tuotteille asetetut vaatimukset... 20 3.72 Laadunvalvontakäytäntö... 20 3.73 Putken laskennallinen mitoitus... 20 3.8 KÄYTTÖALUEET... 21 3.81 Verkostotyypit... 21 3.82 Kaivotyypit... 22 3.83 Pumppaamot... 25 3.84 Betoniset pienpuhdistamot... 25 4 TUOTETIEDOT... 27 4.1 EK-JÄRJESTELMÄ... 27 4.2 OSALUETTELO... 28 4.21 EK-putket... 28 4.22 EK-kaivot... 33 5 JOHTOLINJOJEN SUUNNITTELU... 39 5.1 SUUNNITTELUN PERUSTEET... 39 5.2 YLEISSUUNNITTELU... 39 5.21 Viemäröintijärjestelmän valinta... 39 5.22 Viemäriverkostojen suunnittelu... 40 5.23 Verkostojen mitoitus... 42 5.24 Putkien hydraulinen mitoitus nomogrammien avulla... 46 5.3 RAKENNUSSUUNNITTELU... 58 5.31 Suunnittelua palvelevat maastotutkimukset. 58 5.32 Kestävyysluokan ja putkityypin valinta... 59 5.33 Maastotutkimukset ja pohjarakennustoimenpiteet... 60 5.34 Putkilinjan perustaminen... 63 5.35 Putkikaivanto... 66 5.36 Putkikaivannon täyttö... 69 5.37 Rakennussuunnitelman asiakirjat... 70 6 VIEMÄRIN RAKENTAMINEN... 75 6.1 RAKENTAMISEN VALMISTELU... 74 6.11 Työn suunnittelu... 74 6.12 Viemärimateriaalien hankinta... 76 6.13 Töiden järjestely... 76 6.2 PUTKIKAIVANNON TEKO... 78 6.21 Alustavat työvaiheet... 78 6.22 Putkikaivanto... 78 6.23 Perustaminen... 79 6.24 Kaivantotöiden työturvallisuus... 81 6.3 VIEMÄRIVERKOSTON ASENTAMINEN... 82 6.31 Betonituotteiden varastointi työmaalla... 82 6.32 Asennusalusta... 83 6.33 Betoniputkien asentaminen... 83 6.34 Rumpujen asentaminen... 85 5
6.35 Betonikaivojen asentaminen... 86 6.36 Putkikaivannon täyttö... 87 6.4 LAADUNVARMISTUS JA DOKUMENTOINTI... 89 6.41 Verkostolle asetettavat vaatimukset... 89 6.42 Asennuskoulutus... 90 6.43 Laadunvalvontakäytäntö työmaalla... 90 6.44 Työn hyväksyminen ja vastaanotto... 91 7 YLLÄPITO... 93 7.1 TARKASTUKSET... 93 7.2 PUHDISTUS... 93 7.3 PAIKALLISET PUTKIKORJAUKSET... 94 7.4 VIEMÄRIKAIVOJEN SANEERAUS... 95 8 KEHITYSKOHTEITA... 96 SOIKEA EK-PUTKI... 96 KIRJALLISUUTTA... 97 Viitekirjallisuus... 97 Muuta... 97 ILMOITTAJAT... 98 Semtu Oy... 98 Finnsementti Oy... 99 Maa ja Vesi Oy... 100 Kokkobe Oy... 100 Kouvolan Betoni Oy... 100 Liitin Oy... 101 Pintos Oy... 101 SCC Viatek... 101 Abetoni oy... 3.kansi 6
1 ESIPUHE Betonin helppo saatavuus, hyvät lujuus- ja säilyvyysominaisuudet sekä ympäristöystävällisyys tekevät siitä erittäin kilpailukykyisen rakennusmateriaalin niin talonrakentamiseen kuin maa- ja vesirakentamiseenkin. Betoni on myös eräs maailman vanhimmista rakennusmateriaaleista; sen historia on yli kaksi tuhatta vuotta vanhaa. Nykyaikaisen betoniteknologian voidaan katsoa alkaneen portlandsementin keksimisestä 1800-luvun alussa. Tänään betoni on maailman eniten käytetty rakennusmateriaali. Betoniviemärit 2003 käsikirja on tehty suunnittelijoiden lisäksi rakennuttajien ja urakoitsijoiden käyttöön. Satunnaisesti betoniviemäreitä rakentavat voivat kirjan avulla kerrata tietojaan. Kirja on myös suunnattu käytettäväksi soveltuvin osin oppikirjana alan korkeakouluissa ja ammattikorkeakouluissa sekä täydennyskoulutuksessa. Kiitämme kirjan toimituskuntaa ammattitaitoisesta ja aktiivisesta työpanoksesta kirjan teossa. Kiitokset BLT ry:lle ja betoniputkia valmistavalle teollisuudelle merkittävästä taloudellisesta tuesta. Helsingissä tammikuussa 2003 Rakennusteollisuus RT ry Betoniteollisuustoimiala 7
2 KÄSITTEITÄ JA MERKINTÖJÄ Tässä julkaisussa on käytetty mm. seuraavia käsitteitä ja määritelmiä: Hulevesi Sateesta ja lumen sulamisesta peräisin oleva valumavesi taajama-alueella. Tarkastuskaivo Tarkastuskaivo on viemäriverkon betonirakenteinen kaivo, jonka halkaisija (DN) on vähintään 500 mm (teleskooppi osa). Tarkastusputki Tarkastusputki on viemäriverkon betonirakenteinen putki, jonka halkaisija (DN) on pienempi kuin 500 mm. Tiiviys Tiiviydellä tarkoitetaan putken tiiviyttä, joka todetaan tiiviyskokeella. Tiiviyskoe voidaan tehdä vesi- tai ilmanpainekokeena. Tiiveyssuhteen määrittäminen Tiiveyssuhteella tarkoitetaan levykuormituskokeessa toisen ja ensimmäisen kuormituksen E-moduulien suhdetta E2/E1 ja kannettavalla pudotuspainolaitteella mittauksen maksimikantavuusarvon Emax suhdetta ensimmäisen kuormituksen arvoon eli Emax/E1 (Emax on yleensä 3 5 mittaustulos). Tiiveysasteen määrittäminen Tiiveysasteella tarkoitetaan prosenttilukua, joka ilmoittaa rakenteesta otetusta näytteestä määritetyn kuivatilavuuspainon suhteen samasta materiaalista parannetulla Proctor-kokeella määritettyyn kuivatilavuuspainon suurimpaan arvoon. Tiiveysasteen määrittämisessä saadaan käyttää myös muuta luotettavaa menetelmää. 8
3 BETONI VIEMÄRÖINTIMATERIAALINA 3.1 MATERIAALIOMINAISUUDET 3.11 Betoni Betoni koostuu runkoaineesta, sideaineesta ja vedestä, minkä lisäksi seos- ja lisäaineita käyttämällä on mahdollista sovittaa betonin ominaisuuksia haluttuun suuntaan. Putkimateriaalina betoni on ihanteellinen korkean rakenteellisen lujuutensa, jäykkyytensä ja hyvän kuormien sietokykynsä ansiosta. Betoniputken ja betoniterästen lämpölaajenema on vain 1/17 PEH-putken vastaavasta. Betoniputket ja -kaivot valmistetaan erittäin korkealuokkaisesta betonista, jolle on tyypillistä tiiveys, lujuus ja hyvä lämpötilavaihteluiden kesto. Tiiveys ja lujuus estävät haitta-aineiden Betoni luonnollinen materiaali Kuva 3.11-1: Betoniset viemärituotteet valmistetaan ovat puhtaista luonnon tuotteista tunkeutumisen betoniin, joten betoni kestää hyvin kemiallisia rasituksia, sekä hiekan ja muiden kiintoainesten kulutusta. Betonisten viemärituotteiden valmistuksen lähtökohtana on yli sadan vuoden käyttöikä. Runkoaines Yleensä runkoaines on joko luonnonsoraa tai murskattua kiviainesta, mutta fillerilajite on tavallisesti hienoa luonnon hiekkaa tai lentotuhkaa. Runkoaineksen tärkeimmät ominaisuudet ovat puhtaus ja sopiva rakeisuus. Runkoaineslajitteita ovat tyypillisesti: filleri 0 1 mm hienot 0 4, 0 8 mm karkeat 4 8, 8 16, 16 32 mm Side- ja seosaineet Betoniputkivalmistuksessa käytetään yleensä normaalisti kovettuvaa portland- tai yleissementtiä sekä nopeasti kovettuvaa portlandsementtiä. Hitaasti ja normaalisti kovettuvia sulfaatinkestäviä sementtejä käytetään silloin, kun putket joutuvat alttiiksi sulfaattirasitukselle tai kemiallinen rasitus on tavanomaista suurempi. Sulfaatteja esiintyy eräin paikoin maaperässä ja teollisuusprosessien jätevesissä. Tuoreen tai kovettuneen betonin ominaisuuksien säätämiseen voidaan valmistuksessa käyttää mineraalisia seosaineita, joita ovat esimerkiksi lentotuhka, masuunikuona ja silika. 9
Vesi Veden pitää olla puhdasta, jotta hydrataatioreaktio tapahtuu täydellisesti. Lisäaineet Viemärituotteissa lisäaineita käytetään vain erikoistapauksissa. Yleisesti betonin valmistuksessa käytettäviä lisäaineita ovat mm. notkistimet, kiihdyttimet, hidastimet, huokostusaineet, väriaineet ja kuidut. Niillä voidaan vaikuttaa sekä betonimassan että kovettuneen betonin ominaisuuksiin. 3.12 Puristuslujuus Betoniviemärituotteissa käytetyn betonin lujuusluokka on noin K50...K60, mikä on 60 100 % tavanomaista talonrakennusbetonia korkeampi. Tarvittaessa käytetään lujuusluokaltaan jopa yli K100 betonia. Betoniputkien ja -kaivojen valmistukseen käytettävän betonin vesisementtisuhde on alhainen, tyypillisesti noin 0,3...0,4. Betonimassan alhainen vesisementtisuhde parantaa monia kovettuneen betonin ominaisuuksia, kuten nostaa puristuslujuutta sekä parantuneen tiiveyden ansiosta lisää kemiallista kestävyyttä ja kulutuskestävyyttä. Merkkinä korkeasta laadusta on se, että betoniviemärituotteet täyttävät betoninormien silloille ja merirakenteille asettaman vesisementtisuhdevaatimuksen w/c < 0,45. Kuva 3.12-1: Vesisementtisuhteen vaikutus puristuslujuuteen Betoniputki kestää hyvin fysikaalisia rasituksia, se on luja ja jäykkä. Suunnittelukuormien kestämisen lisäksi putkella on ylimääräistä kapasiteettia työmaa-aikaisia kuormia varten, minkä lisäksi betoniputki on neutraali säävaihteluille. Kulutuskestävyys Jäte- ja hulevesi sisältävät hiekkaa ja muita kovia partikkeleita, jotka pyrkivät kuluttamaan viemäriputken seinämiä. Kulutus on suurimmillaan putken mutkissa. Tutkimusten mukaan betoniputkille voidaan tavanomaisissa olosuhteissa ennustaa kulumisriskillä mitoitettuna 100 vuoden käyttöikää. Pakkasenkestävyys Tavanomaisissa olosuhteissa betoniputkituotteet eivät jäädy eikä pakkasenkestävyyteen tarvitse kiinnittää erityistä huomiota. Kuitenkin rumpuihin käytettävien betonituotteiden on 3.13 Tiiviys Alhaisen vesisementtisuhteen ja nykyaikaisen valmistustekniikan ansiosta betoniviemärituotteiden permeabiliteetti on alhainen, eli pintarakenne on erittäin tiivis. Ominaisuus takaa vesitiiviyden ja korkean puristuslujuuden, sekä siten hyvän pakkasen- ja korroosionkestävyyden. 3.14 Mekaaninen kestävyys Kuva 3.13-1: Vesisementtisuhteen vaikutus tiiviyteen 10
kestettävä toistuvaa jäätymistä ja sulamista, minkä lisäksi niihin saattaa kohdistua suolapakkasrasitusta. Betoniputkissa ja -kaivoissa käytettävä korkealaatuinen betoni tarjoaa riittävän hyvän suojan pakkasrasitusta vastaan. 3.15 Kemiallinen kestävyys Kemiallisten rasitusten sieto riippuu betonin valmistuksessa käytetyn sementin määrästä ja tyypistä sekä kovettuneen betonin ominaisuuksista. Betonin sideaineen eli sementtikiven huokoisuus ja erityisesti betonin tiiveys vaikuttavat siihen, kuinka helposti betonia vahingoittavat aineet voivat siihen tunkeutua. Sementtikiveen muodostuva huokosmäärä ja huokosten koko riippuvat pääasiassa betonimassan vesisementtisuhteesta. Tiiviin ja kestävän betonin edellytys on alhainen vesisementtisuhde. Putkibetonit ovat kuivia massoja, joiden vesisementtisuhde on alhainen (noin 0,3 0,4). Putkibetonin tiiveys ja korkea lujuusluokka takaavat hyvän kemiallisen kestävyyden. Betonille haitallisimpia ovat happamat ja toisaalta sulfaattipitoiset jätevedet. Teollisuudessamme käytettiin 1950- ja 1960-luvuilla runsaasti kemiallisesti aggressiivisia aineita, ja niitä sisältävät jätevedet laskettiin suoraan viemäriin aiheuttaen putkistolle vaurioita. Sittemmin ympäristötietous on kasvanut, ja normaaleissa tämän päivän jätevesiolosuhteissa betoni kestää kemiallista korroosiota hyvin. Betoni kestää erinomaisesti myös pitkäaikaisessa käytössä nykyisin suositeltavat suurimmat yleiseen viemärilaitokseen johdettavien jätevesien haitta-aineiden tyypilliset raja-arvot, kuten ph 6 10 ja sulfaattipitoisuus alle 400 mg/l /Viemäriin johdettavat teollisuusjätevedet, Vesi- ja viemärilaitosyhdistys 2002/. Pääsääntöisesti tavalliset betoniputket voidaan Suomessa asentaa ilman vaaraa maaperän aiheuttamista kemiallisista vaurioista. Riskialueilla vaurioihin on kuitenkin syytä varautua. Esimerkkejä alueista, joilla on syytä hakea putkivalmistajan kanssa yhteistyössä oikeat betonitekniset ratkaisut, ovat: sellu- ja paperitehtaiden lähistöllä maaperä saattaa sisältää liian korkeita sulfaatti- tai sulfiittipitoisuuksia kiisupitoisten kallioiden alueet (esimerkiksi Porin seutu) suoalueet, joissa on hiilihappopitoinen pohjavesi. Taulukko 3.15-1: Ympäristöministeriön suosittamat sallitut ohjearvot teollisuusjätevesille /Ympäristöministeriö/ Epäorgaanisten aineiden ohjearvot Elohopea Hopea Kadmium Kok.kromi Kromi (lv) Kupari Lyijy Nikkeli Sinkki Syanidi Tina Arseeni Seleeni Mg /l 0.01 0.1 0.01 0.5 0.1 0.5 0.5 0.5 2.0 0.5 2.0 0.1 1.0 Viemäriverkolle haitallisten aineiden ohjearvot Te kijä ph min 6.0 ph ma x 11.0 Lämpötila T max ºC 40 Aine mg/l Sulfidi 5.0 Ammoniakki 40 Sulfaatti, tiosulfaatti ja sulfiitti 400 Magnesium 300 Rasva 150 Mineraalipohjaisten hiilivetyjen 200 kokonaispitoisuus summa-arvo hu olt amoid en, korja amoid en ja va st. jätevedet 11
Epäiltäessä aggressiivisia maaperäolosuhteita on tutkimusten perusteella yhteistyössä putkivalmistajan kanssa valittava oikeat tuoteominaisuudet niin, että hankalissakin oloissa saavutetaan tavanomainen käyttöikä. Lisäksi tiivistämällä putken ympärys esimerkiksi moreenisavella voidaan betoniviemärille haitallista pohjaveden virtaamaa pienentää niin, että hyvinkin aggressiiviset pohjavedet ovat putkelle melko vaarattomia. Seuraavassa käydään lyhyesti läpi joitakin betonia vaurioittavia kemikaaleja ja olosuhteita. Happamat olosuhteet, orgaaniset liuottimet ja pesuaineet Veden aggressiivisuus riippuu sen kovuudesta niin, että pehmeä vesi, jossa on vähän Ca-yhdisteitä, on vaarallisempaa kuin kova vesi. Toisaalta suuri hiilihapon (HCO 3, mikä tarkoittaa veteen liuennutta hiilidioksidia) määrä alentaa betonin emäksisyyttä, ja heikentää betonin teräksiä suojaavia ominaisuuksia. Orgaaniset liuottimet ja pesuaineet eivät yleensä aiheuta haittaa betoniviemärille. Karbonatisoituminen Karbonatisoitumisreaktio on sukua hiilihapon haitalliselle vaikutukselle. Karbonatisoitumisessa sementtikivi muuttaa koostumustaan yleensä ilmassa olevan hiilidioksidin vaikutuksesta. Kemiallisen reaktion tuloksena syntyy kalsiumkarbonaattia (CaCO 3 ) samalla, kun sementtikiven emäksisyys laskee, mikä heikentää betonikerroksen terästä suojaavaa vaikutusta. Betoniputkissa ja -kaivoissa käytettävä korkealaatuinen betoni tarjoaa yleensä riittävän hyvän suojan karbonatisoitumista vastaan. Taulukko 3.15-2: Kemialliset rasitukset ja toimenpiteet /SFS EN 206-1/ Yksittäisen kemiallisen ominaisuuden suurimman rasituksen arvo määrittää luokan. Jos kaksi tai useampi aggressiivista ominaisuutta johtaa samaan luokkaan, ympäristö luokitellaan seuraavaan korkeampaan luokkaan, ellei erityisesti tätä varten suoritetulla selvityksellä osoiteta, ettei se ole tarpeen. Kemiallinen ominaisuus Pohjavesi Testausmenetelmä XA1 XA2 XA3 2- SO 4 mg/l EN 196-2 200 ja 600 > 600 ja 3000 > 3000 ja 6000 ph CO 2 mg/l aggressiivinen + NH 4 mg/l 2+ Mg mg/l Maaperä ISO 4316 pren 13577:1999 ISO 7150-1 ISO 7150-2 ISO 7980 tai 6,5 ja 5,5 < 5,5 ja 4,5 < 4,5 ja 4,0 15 ja 40 > 40 ja 100 > 100 kyllästymiseen asti 15 ja 30 > 30 ja 60 > 60 ja 100 300 ja 1000 > 1000 ja 3000 > 3000 kyllästymiseen asti 2- SO 4 mg/kg a En 196-2 b Happamuus DIN 4030-2 Betonille asetettavat vähimmäisvaatimukset eri rasitusluokissa vesi-sementtisuhde lujuus sementtimäärä kg/m 3 sementtilaatu, sulfaatista kun rasitus johtuu 2000 ja 3000 3 > 3000 c ja 12000 > 1000 ja 3000 > 200 Baumann Gully ei 0,55 0,50 0,45 K37 K37 K45 300 320 360 vaatimusta Ei esiinny käytännössä SR-sementti SR-sementti 12
Rikkiyhdisteet Jos sulfaattipitoisuus on erittäin korkea (yli 400 mg sulfaatti-ioneja litrassa pohjavettä tai enemmän kuin 4000 mg/kg maata) tulee putken valmistuksessa käyttää sulfaatinkestävää sementtiä. Rikkivetykorroosio on mahdollinen, jos viemärivedessä ja siinä olevassa lietteessä on hapettomissa olosuhteissa toimivia bakteereita, jotka rikkiyhdisteitä hajottaessaan synnyttävät rikkivetyä. Rikkivetykaasu liukenee viemäriveteen ja siitä edelleen viemäriputken ilmatilaan, mistä rikkivety imeytyy betoniputken kosteaan pintaan, jossa bakteerit muuttavat rikkivedyn rikkihapoksi. Väkevä rikkihappo reagoi kovettuneen sementin kanssa ja reaktiotuote on lähinnä kipsi. Suurimpana syynä rikkivetykorroosioon ovat olleet puutteellisesti tuuletetut kiinteistöjen saostuskaivot. Saostuskaivoista muodostui helposti mädätyssäiliöitä, joissa syntyi runsaasti rikkivetyä. Koska tuuletus toimi heikosti, rikkivety kulkeutui usein myös varsinaiseen viemäristöön. Rikkivetykorroosio ei nykyisin ole enää ongelma, sillä sen syntyminen voidaan estää jo suunnitteluvaiheessa esimerkiksi seuraavin keinoin: suunnittelemalla betoniputki kestämään vallitsevat olosuhteet käsittelemällä oikein jätevettä (ph-arvon korottaminen) ilmastamalla vettä kasvattamalla virtaamaa tuulettamalla viemärit ja huuhtelemalla viemärit silloin tällöin puhtaalla vedellä. Terästen korroosio Teräksen korroosiotuotteiden tilavuus on ehjää terästä suurempi, minkä seurauksena etenevä ruoste murtaa pintabetonin ja vaurioittaa rakenteen. Korroosion eteneminen on usein seurausta betonin karbonatisoitumisesta ja kloridipitoisista jätevesistä. Parhaiten korroosiota voi estää huolehtimalla siitä, että betoni on vallitsevissa ympäristöolosuhteissa riittävän korkealaatuista, ja että suojabetonipaksuus terästen pinnalla on riittävä. Betoniputkissa ja -kaivoissa käytettävä korkealaatuinen betoni suojaa teräksiä yleensä riittävästi. Lisätietoa kemiallisten aineiden vaikutuksesta betoniin saa julkaisusta by32, Betonirakenteiden säilyvyysohjeet ja käyttöikämitoitus. 3.16 Säilyvyyden parantaminen Betonin kemiallisen rasituksen kestävyyttä voidaan parantaa yhteistyössä putkitoimittajan kanssa valitsemalla sopiva sementtityyppi sekä lisäämällä betonin tiiveyttä. Betonin tiiveyttä voidaan parantaa nostamalla betonimassan lujuusluokkaa entisestään, lisäämällä sementin määrää tai käyttämällä lisä- ja seosaineita, esimerkiksi lentotuhkaa tai silikaa. Hankalissa olosuhteissa voidaan harkita ruostumattomien raudoitteiden käyttöä tai betonirakenteen pinnoittamista kestämään ulkoiset rasitukset. 3.2 BETONIN KESTÄVÄT ARVOT Kuva 3.15-1: Viemäriputken rikkivetykorroosion muodostuminen Betoniputket valmistetaan luonnon raaka-aineista, sementistä, sorasta ja vedestä. Betonituotteiden ympäristökustannukset muodostuvat luonnon raaka-aineiden käytöstä, jatkojalostuksen vaatimasta energiasta sekä kuljetuksista prosessin eri vaiheissa. Tuotanto, kuljetukset ja asennus aiheuttavat hiilidioksidipäästöjä ympäristöön, minkä lisäksi asennuksesta syntyy maankäyttöön liittyviä yleensä paikallisia vaikutuksia. Kaikkiaan betoni menestyy erinomaisesti verrattaessa eri putkimateriaalien ympäristövaikutuksia. 13
VTT Rakennus- ja yhdyskuntatekniikka on laatinut betoniputken ja betonikaivon ympäristöselosteet /Betoniputki, VTT nro 43, 6.5.2002 ja Betonikaivo, VTT nro 44, 6.5.2002/. 3.21 Energian käyttö valmistuksessa Suurin osa betonituotteiden valmistuksessa tarvittavasta energiasta kuluu sementin poltossa, jossa jauhettu kalkkikivi kuumennetaan runsaaseen 1400 C:een. Sementin valmistustekniikan kehittyessä tämä energiamäärä on pudonnut vuodesta 1960 lähes puoleen. Viime vuosikymmeninä osa portlandsementistä on Suomessa korvattu muilla hydraulisilla seosaineilla, kuten masuunikuonalla ja lentotuhkalla, jotka ovat teollisuuden jätetuotteita. Seosaineiden käyttö pienentää betonin energiasisältöä merkittävästi. Betoniputkien ja -kaivojen valmistuksen osuus putkilinjan rakentamisen koko energiankäytöstä on vain noin kolmannes. Kuvassa 3.21-1 esitetään yleisimmin käytettyjen viemärimateriaalien valmistukseen käytetty energiamäärä. 3.22 Käyttöikä Betoniputkiverkoston käyttöikä riippuu kaivuja asentamistyön laadusta, täyttötöistä, maaperän olosuhteista ja sen kuormittamisesta sekä putkessa johdettavan veden laadusta. Lisäksi putkilinjan käyttöikä riippuu saumojen ja tiivisteen käyttöiästä sekä betonin ja raudoitteiden kestävyydestä. Tavoitteeksi asetettu 100 vuoden käyttöikä saavutetaan nykyisillä korkealuokkaisesta betonista valmistetuilla putkilla, mikäli putkessa johdettava jätevesi täyttää sille asetetut vaatimukset ja putkilinja on asennettu asianmukaisesti. 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 PVC Kokonaisenergia,GJ/km 100v putkilinjaa Polyeteeni Polypropeeni Betoni Valurauta Poltto Varastointi jätteenä Jättö maahan Kuva 3.21-1: Viemärimateriaalien valmistukseen käytetty energiamäärä /8/ painoprosenttia on murskattua tai luonnon kiviainesta. Betoniputkiviemärilinjan rakentamiseen ja ylläpitoon 100 vuoden käyttöaikana käytetystä energiasta noin 60 70 % kuluu asennuksen aikaisiin maamassojen siirtoihin ja täyttötöihin. Kuljetusten huolellinen suunnittelu on helpoin tapa pienentää ympäristövaikutuksia. Täyttö- 3.23 Ympäristövaikutukset Betoniputken valmistukseen kuluu suhteellisen vähän energiaa, mutta hiilidioksidipäästöt ovat melko suuret, mikä johtuu sementin valmistuksessa hajoavasta kalkkikivestä vapautuvasta hiilidioksidista. Vapautunut hiilidioksidi palautuu betoniin hitaasti karbonatisoitumisreaktion myötä, mutta laskelmissa kalkkikiven hiilidioksidi oletetaan yleensä lopullisesti ilmaan jääväksi toisin kuin puun polton hiilidioksidi. Putkien valmistuksessa käytettävästä betonista yli 80 Kuva 3.22-1: Veden happamuuden ja virtausolosuhteiden vaikutus betoniputken (betoni K-40) käyttöikään 14
massojen ja ylijäämämassojen kuljetukseen kuluu 48 % putkilinjan rakentamiseen kuluvasta energiasta. Putkien ja kaivojen kuljetukseen osuus on 14%. Kuljetustarvetta vähentää se, että betoniputkilinjan täyttöjen suunnittelu on helppoa, sillä kovan betoniputken kaivanto voidaan oikein tehden täyttää pääosin murskeella ja kaivumailla. Betoni on sekä varastoituna että asennettuna maaperään stabiilia ja vaaratonta. Tuotteiden pitkä käyttöikä ja täydellinen kierrätettävyys takaavat betonin ympäristöystävällisyyden sekä alhaisen elinkaarikustannuksen. Saavutettuaan kestoikänsä betoniputki on helppo kierrättää murskaamalla käytettäväksi esimerkiksi erinomaisena tienrakennuksen runkoaineena korvaten soravaroja. Samalla kerätään raudoitteet ja kumitiivisteet talteen omiin kierrätysprosesseihinsa. Luonnollisesti, mikäli mahdollista, loppuunkäytetyt betoniviemärit voidaan jättää paikalleen ilman, että on pelättävissä negatiivisia ympäristövaikutuksia. Betoniviemärin saneerausta käsitellään kohdassa 7.3. 3.3 PUTKEN RAKENNE 3.31 Betonirakenne Betoniputken ulkopinnan muoto voi olla suora tai muhvillinen, pyöreä tai jalallinen. Tuotteiden korkean laadun takaamiseksi tulee Betoniputkinormien mukaan betonin lujuusluokan olla vähintään K40, mutta tuotantotehokkuus johtaa käytännössä selvästi suurempaan lujuuteen. Kaikkien terästen suojabetonipaksuuden tulee 1 20 Betoniviemärin energia, 256GJ/km/ 100 vuodessa 18 9 4 3 13 2 11 9 10 Valmistus 34% Kuljetukset ja maa-ainekset 66% Sementinvalmistus 13% Kiviainekset 2% Kumitiiviste 9% Valmistus tehtaalla 10% Kuljetus asiakkaalle 1 1% Kuljetus työmaalle 3% Kaivuu ja asennus 4% Alkutäyttö 9% Lopputäyttö ja pinta 1% Ylijäämämaan kuljetus 20% Ylijäämämaan sijoitus 18% Kuva 3.23-1: Energiankäytön jakaantuminen /8/ olla vähintään 15 mm, mutta toimivien terästen suojakerrosvaatimus on 25 mm. Kestävyysluokat Tuotteet valmistetaan siten, että ne täyttävät Betoniputkinormeissa kullekin tuotteelle ja kestävyysluokalle asetetut vaatimukset. Kestävyysluokan valitsee suunnittelija. Betoniputket on jaettu kestävyysluokkiin ja niitä valmistetaan sekä raudoitettuina että raudoittamattomina. Raudoittamattomien putkien suurin halkaisija on 1000 mm, jolloin niiden kestävyysluokka on B. Raudoitettujen putkien lujuusluokka voi olla joko Br tai Dr, joista Dr on lujempi. 3.32 Raudoitus Betoniputkissa ja kaivoissa käytetään raudoitteita, jotka voivat olla poikkileikkausmuodoltaan pyöreitä tai ellipsejä. Kumpaakin poikkileikkausmuotoa voi käyttää myös momenttiraudoitteissa. Pyöreät raudoitteet voidaan valmistaa joko yksittäisinä renkaina tai jatkuvina, useita kierroksia käsittävinä spiraaleina. Raudoitteet toimitetaan betonituotetehtaalle irtonaisina renkaina tai valmisraudoitteina, häkkeinä, joissa on tarvittava rengasmäärä. Raudoitteiden valmistukseen käytetään seuraavia terästyyppejä: B500K-teräs, myötölujuus 500 MPa, JS-teräs, myötölujuus 500 MPa, S235JRG2-teräs, myötölujuus 235 MPa. Raudoittamattomat betoniputket Raudoittamattomia B-kestävyysluokan betoniputkia käytetään halkaisijaltaan 150...1000 mm:n viemäreissä, joista kokoluokat 800 mm ja 1000 mm soveltuvat tyypillisesti ainoastaan liikennealueiden ulkopuolelle. Raudoitetut betoniputket Raudoitettuja putkia käytetään pääosin suuriläpimittaisissa viemäreissä. Normeissa on annettu kestävyysvaatimukset luokille Br ja Dr sekä halkaisijoille 225 3000 mm. Raudoituksella parannetaan putkilinjan murtumissitkeyttä ja estetään putkien äkillinen sortuminen poikkeuksellisen suurten ennakoimattomien kuormien tai painumien varalta. 15
3.4 KAIVON RAKENNE 3.41 Betonirakenne Kestävyysluokat Tuotteet valmistetaan siten, että ne täyttävät Betoniputkinormeissa kullekin tuotteelle ja kestävyysluokalle asetetut vaatimukset. Kestävyysluokan valitsee suunnittelija. Kaivonrenkaiden kestävyysluokat ovat Br ja. Kaikki renkaat raudoitetaan normien vaatimusten mukaisesti. Kestävyysluokka valitaan normien peitesyvyysrajojen mukaan. Liikennealueilla käytetään -luokan kaivonrenkaita. Pohjaelementeille on annettu samat vaatimukset kuin suorille kaivonrenkaille. Betonikaivoelementtejä on saatavissa kuutta kokoluokkaa sisähalkaisijaltaan 600, 800, 1000, 1200, 1600 tai 2000 mm. Kaivojen rakentamisessa käytetään Betoniputkinormien mukaisia pohjaelementtejä, kaivonrenkaita, kartiorenkaita ja korotusrenkaita. Kaivojen 800 ja 1000 mm yläosa tehdään kartiorengasta tai tasakantta käyttäen. Ylimpänä suorana kaivonrenkaana käytetään vähintään 1000 mm korkeaa rengasta, mikäli tämä on kaivon korkeus huomioonottaen mahdollista. Pohjarenkaan päällä alimpana pyritään käyttämään matalia kaivonrenkaita routanousujen tasaamiseksi. Kaivojen pohjaelementteihin voidaan tehdä liittymät mittatilaustyönä kaikille käytössä oleville materiaaleille. Kaivoihin on saatavana myös teleskooppikansistoja. 3.42 Raudoitus Betonikaivoissa käytetään raudoitteita, jotka voivat olla poikkileikkausmuodoltaan pyöreitä tai ellipsejä. Kumpaakin poikkileikkausmuotoa voi käyttää myös momenttiraudoitteissa. Pyöreät raudoitteet voidaan valmistaa joko yksittäisinä renkaina tai jatkuvina useita kierroksia käsittävinä spiraaleina. Raudoitteet toimitetaan betonituotetehtaalle irtonaisina renkaina tai valmisraudoitteina, häkkeinä, joissa on tarvittava rengasmäärä. Raudoitteiden valmistukseen käytetään seuraavia terästyyppejä: B500K-teräs, myötölujuus 500 MPa, JS-teräs, myötölujuus 500 MPa, S235JRG2-teräs, myötölujuus 235 MPa. 3.5 LIITOSTEKNIIKKA JA TIIVISTEET EK-järjestelmä EK-betoniviemärijärjestelmän lyhenne EK tarkoittaa esiasennettua kumitiivistettä. Suomessa EK-tuotteet ovat vakiomitoitettuja ja eri valmistajien tuotteet sopivat toisiinsa. Järjestelmään kuuluvat EK-betoniputket ja -kaivot, liitos- ja sovitusosat. Kuva 3.32-1: Raudoitus EK-järjestelmällä ovat seuraavat ominaisuudet: Puristumatiivisteen ansiosta sauma pysyy tiiviinä myös kuormituksen muuttuessa. Liitos kestää sekä yli- että alipainetta, eikä kärsi painepesusta. Tiiviste on aina paikallaan ja varmasti oikean kokoinen, eikä sitä voi asentaa väärin. Liitos kestää linjaan kohdistuvia kuormia tiiviinä, koska tiiviste on osittain upotettu putken muhviin. Liitos sallii normin kullekin putkikoolle määrittämän kulmamuutoksen tiiviyden kärsimättä. Liitokseen ei synny kulmamuutoksessa betonikontaktia, sillä tiiviste kantaa koko kuorman. 16
Liitos on itsekeskittyvä ja sopii koneelliseen asennukseen. Liitoksella on suuri lukitusvoima liukuaineen kuivuttua. Kumitiivisteet EK-järjestelmän kumitiivisteet asennetaan putkiin ja kaivonrenkaisiin tehtaalla valmistuksen yhteydessä. Niinpä tiiviste on aina oikean kokoinen ja pysyy varmasti paikallaan varastoinnin ja kuljetuksen aikana sekä putkea asennettaessa. Kuva 3.5-2: Tiivistemateriaalin elinikä (Ahreniusmenetelmä) Kuva 3.5-1: EK-putken tiiviste ja sen toimintatapa Oikean tiivisteen valinta käyttökohteen mukaan on järjestelmän luotettavuuden kannalta tärkeää. EK-tiivisteitä on kolmea eri tyyppiä, jotka kaikki täyttävät Betoniputkinormin ja standardin EN 681-1 vaatimukset: Asennettaessa putken muhvissa oleva solumuoviosa irtoaa vetämällä sen pinnassa olevasta teipistä, jolloin muhvi puhdistuu jäästä ja liasta. Kuumennusliekkiä ei suositella käytettäväksi. Tiivisteen saa talvella pehmeämmäksi ja helpommin asentuvaksi naputtamalla sitä kumivasaralla. Ennen asennusta kärjen päälle levitetään putkenvalmistajan suosittelemaa liukuvoidetta, joka ei sisällä tiivistettä vahingoittavia liuotinaineita. Asentaminen kovassa pakkasessa helpottuu, jos liukuvoidetta sivellään sekä kärkipäähän että tiivisteen etureunaan. Putkilinja liitetään kaivoon käyttäen lyhyitä soviteputkia. Näin rakennettu linja on joustava ja Normaali EK-tiiviste on tarkoitettu tavanomaisiin jäte- ja hulevesiviemäreihin, joissa lämpötila jää alle +45 C:n. Öljynkestäviä EK-tiivisteitä käytetään esimerkiksi öljynerotuskaivoissa. Lämmönkestävyyttä (+80 C) vaativiin kohteisiin, kuten prosessiteollisuuden putkistoihin, käytetään peroksidivulkanoituja EPDM (eteenipropeeni) tiivisteitä. Vuotojen estämisen lisäksi tiivisteen tehtävänä on keskittää putkilinja niin, ettei siihen muodostu kunnossapitoa vaikeuttavia porrastuksia. Tiiviste on suunniteltu kantamaan koko putkelle tulevan kuormituksen. EK-järjestelmän liitososat mahdollistavat sauman kulmamuutoksia, minkä ansiosta putkilinjat ovat joustavia tiiviyden kärsimättä. Kuva 3.5-3: Tuotteeseen integroidun tiivisteen kuormituksen kesto verrattuna samanmuotoiseen irtotiivisteeseen 17
sallii putken ja kaivon eritahtisen liikkumisen vaurioitumatta. EK-putkien kaivoliitokset ovat osa EK-järjestelmää, mutta muut materiaalit liitetään esimerkiksi kumisella läpivienti- eli poraustiivisteellä. Betoniseen EK-järjestelmään kuuluu myös teleskooppikaivo, jossa betonisen pohjaelementin, kaivonrenkaiden tai kartion päälle tulee kansi, johon on liitetty muovinen teleskooppiosa kansistoineen. Betonisten korotusrenkaiden väliin tulee asentaa tiivistysnauha. Nauhan koon on oltava mitoitettu niin, että se ei nosta kokonaiskorkeutta, vaan ainoastaan tiivistää sauman. 3.6 TUOTANTO 3.61 Tuotteiden valmistus Betonin valmistus Nykyaikainen betonituotetehdas on pitkälle automatisoitu ja kullekin tuotteelle ja tuotantokoneelle reaaliaikaisesti määritettävä annostusohje perustuu sementin ja kiviaineksen laadunvalvontatietoihin. Tavoitteena on saavuttaa lopputuotteen suunnitelmien ja muiden vaatimusten mukainen laatu. Tarvittaessa käytetään esimerkiksi lisä- ja seosaineita oikeaan tulokseen pääsemiseksi. Kuivan ja jäykän, maakostean, betonimassan käyttö parantaa tuotteiden mittatarkkuutta sekä tehostaa tuotantoa nopeuttamalla tehtaan muottikiertoa. Betoniputkinormi edellyttää betonin vähimmäislujuusluokan olevan K40, mutta tuotantoteknisistä syistä betonin lujuusluokka on yleensä K50...K60. Valmistuksessa noudatetaan 1-luokan betonitöistä annettuja määräyksiä, kuten työnjohdon pätevyysvaatimuksia. Automatisoitu putkituotanto Tuotteiden tasaisen ja korkean laadun takaamiseksi johtavat EK-putkien valmistajat ovat automatisoineet tuotantoaan. Keskitettyyn valvontaan ja tuotannonohjaukseen kuuluvat tietokoneohjatut betoniasemat ja putkikoneet, minkä lisäksi prosessinohjausjärjestelmä säätää automaattisesti tuotteiden esi- ja jälkikovettumisen lämpöja kosteusolosuhteita. Muottien siirto on automatisoitu ja robotti valmistaa putkien raudoitteet. Jälkikäsittelyyn kuuluvat putkien liitospäiden siistiminen, putkien painetestaus, mittojen tarkistus sekä tuotteiden leimaus. Perinteinen putkituotanto Betonisten viemäröintituotteiden perinteinen valmistus on keskitettyä teollista toimintaa, jossa kiertonopeudet ovat suuria ja käytettävän kaluston merkitys oleellinen. Valmistuksen päävaiheet ovat: massan siirto koneen muottiin tuotteen tärytys muotissa ja hydraulinen puristus ja kärjen hierto tuotteen nosto muotista ja siirto kovettumistilaan jälkihoito. Tärytyksen jälkeen maakostea betoni on niin tiivistä ja koossapysyvää, että tuotteita voidaan käsitellä ja siirtää kovettumispaikalle. Valmiin tuotteen mittatarkkuuden varmistamiseksi tuoreen putken alareuna tuetaan pohjarenkaalla ja yläreuna ulko- ja sisäpuolisilla tukirenkailla. Betoni kovettuu valmistusta seuraavan vuorokauden aluslevyn päällä pystyssä. 3.62 Tarkastukset ja merkinnät Putken tai renkaan kovetuttua mitataan kaikkien tuotteiden pään vinous, halkaisijat, sekä pituus ja korkeus mittatulkilla symmetrisesti vähintään neljästä pisteestä, jolloin varmistetaan, että putkien mittatarkkuus täyttää Betoniputkinormien vaatimukset. Kuva 3.5-4: Kaivon porausliitoksen tiiviste Seinämäpaksuudeltaan alle 100 mm:n EK-putkille suoritetaan tiiviystarkastus painekokeella. 18
Kuva 3.61-1 Automatisoitu tuotantolaitos ja sen ohjausjärjestelmä 1) Raudoiterobotti 2) Betonin kuljetusvaunu 3) Putkikone 4) Esikarkaisukammio 5) Jälkikarkaisukammio 6) Aluslevyjen poisto 7) Testauslinja 8) Putkien automaattinen lajittelu 9) Valvomo Kuva 3.61-2: Perinteinen putkikone Tuotteiden merkintä Kaikkiin tuotteisiin tehdään valmistettaessa pysyvästi ja selvästi seuraavat merkinnät annetussa järjestyksessä: 1) valmistusajankohta: päivä, kk, vuosi, esim. 19.6.02 2) kestävyysluokka esim. B tai Br 3) momenttiraudoitettujen putkien erikoismerkki M sekä putken asennussuuntaa osoittava nuoli, esim. M ja rengasraudoitetut putket O 4) tuotteen valmistaja, esim. EK-Putki Oy 5) tarkastaja, esimerkiksi SFS-Sertifiointi Oy 6) tuotteen paino, mikäli se on yli 10 kn. 19
Viemäröintituotteiden luokittamisessa käytettävät kuormituksenkestovaatimukset esitetään Betoniputkinormeissa, joissa esitetään myös putkien, putkijonojen ja kaivojen tiiviysvaatimukset ilmanpaine-, laskeuma- ja vedenpainekokeissa. Eri käyttökohteiden kestävyysluokkavaatimuksia käsitellään luvussa 5.32., Rakennussuunnittelu. 3.72 Laadunvalvontakäytäntö Kuva 3.63-1: Esimerkki tyyppileimasta 3.7 TUOTTEIDEN LAADUNVARMISTUS 3.71 Tuotteille asetetut vaatimukset Tuotteille asetettavat vaatimukset voidaan jakaa seuraavasti: materiaalille asetettavat vaatimukset mitoille asetettavat vaatimukset kestävyydelle asetettavat vaatimukset tiiviydelle asetettavat vaatimukset. Betoniviemärituotteissa käytettävän betonin, raudoitteiden ja tiivisteiden laatuvaatimukset esitetään voimassaolevassa Betoniputkinormeissa. Mittavaatimuksia esitetään halkaisijalle, seinämäpaksuudelle, pituudelle, päiden vinoudelle ja päiden kulmapoikkeamalle sekä tiivisteen kokoonpuristumalle. Vaatimus esitetään sallittuna mittapoikkeamana, toleranssina, jota ei saa ylittää. Sallitut toleranssit esitetään Betoniputkinormeissa. Laadunvalvonnalla tarkoitetaan sellaisia toimenpiteitä, joilla pyritään varmistamaan tuotteille asetettujen vaatimusten mukainen laatu. Vastuu tuotteiden laadunvalvonnasta on tuotteiden valmistajilla. Valmistaja on velvollinen suorittamaan ja suorituttamaan tuotteiden laadunvalvontaan sisältyvät tutkimukset ja mittaukset Betoniputkinormeissa esitetyllä tavalla. Tarkastuserille tehdään lisäksi normien mukaiset kuormituskokeet. Laadunvalvontaan sisältyvät seuraavat toimenpiteet: 1) yksittäisten tuotteiden laadun toteaminen 2) tarkastuserille suoritettavat kelpoisuuskokeet 3) tyyppikokeet tuotantoon otettaville uusille tuotteille. Betonisten viemärituotteiden laadunvalvontaa ohjaa ja valvoo Suomessa ympäristöministeriön valvoma SFS-Sertifiointi Oy. Laadunvalvontatunnusta SFS-tarkastus saavat tuotteissaan käyttää sellaiset yritykset, jotka noudattavat annettuja laatumääräyksiä ja joiden tuotantoa SFS-Sertifiointi Oy valvoo. Betoniputkinormeissa on annettu ohjeet tuotteiden valmistuksen vaatimuksista ja laadunvalvonnasta. 3.73 Putken laskennallinen mitoitus Kuva 3.72-1: Tuotteiden laadunvalvontaa tehtaalla Betoniputkinormin mukaan putket voidaan tarvittaessa mitoittaa laskemalla ilman vaatimusta erillisistä kokeellisesta lujuudenvarmistuksesta. Laskennallinen mitoitus tulee kysymykseen valmistettaessa erityisen suuria vakiotuotantoon kuulumattomia putkia, tai varauduttaessa tavanomaisesta poikkeaviin kuormituksiin. Betoniputkien rakenteellinen tarkastelu tehdään julkaisun by 15, Betoninormit 2000 mukaan. 20
Teollisuuden prosessi- ja purkuvesiputkien lämpötilat saattavat vaihdella päivittäin useita kymmeniä asteita. Pitkissä linjoissa se merkitsee jopa metrin lämpölaajenemaa tai -kutistumaa. Maahan kaivetuissa hitsatuissa linjoissa pituudenmuutos aiheuttaa ongelmia. Kuva 3.72-2: Paineputkille tehdään linjakoe Voimasuureet voidaan laskea Betoniputkinormin liitteen 8 mukaan tai käyttää laskennassa elementtimenetelmään perustuvia tietokoneohjelmia (esimerkiksi Plaxis). 3.8 KÄYTTÖALUEET 3.81 Verkostotyypit Betoniputkista rakennetaan pääasiassa viettoviemärilinjoja. Muita käyttöalueita ovat tierummut, paineviemärit ja raakavesijohdot. Viettoviemärit EK-viettoviemäreissä johdetaan joko erikseen hulevesiä ja jätevesiä, tai viemäri toimii sekajärjestelmänä. Viemäröinnin suunnitteluperusteita on selostettu tarkemmin luvussa 5. Paineelliset linjat EK-paineputket on tarkoitettu maksimissaan noin kolmen barin yli- tai alipaineellisten raaka-, hule- ja jätevesien johtamiseen. Tällaisia kohteita ovat esimerkiksi yhdyskuntien raakavesijohdot ja puhdistetun jäteveden purkulinjat puhdistamolta purkukohteeseen. Paineputket valmistetaan korroosionkestävästä erikoisbetonista tehostetun laadunvalvonnan alaisina Betoniputkinormien mukaan. Teollisuusputkistot EK-putkien hyvät ominaisuudet, kuten tiiveys, kemiallinen kestävyys, kyky kestää korkeita lämpötiloja väsymättä, pieni pituuden lämpölaajenemiskerroin sekä lujuus ulkopuolista kuormitusta vastaan ovat tehneet niistä paljon käytettyjä teollisuuden prosessi- ja purkuvesiputkia. EK-putkien pituuden lämpölaajenemiskerroin on 1/17 osa PEH-putkien lämpölaajenemasta ja pituudenmuutos tasoittuu noin kahden metrin välein olevaan saumaan. Korkeita lämpötiloja kestämään on kehitetty peroksidivulkanoitu EPDM (eteenipropeeni) EK-tiiviste, joka kestää +80 ºC jatkuvaa lämpötilaa. Puristamalla asennettavat putket (tunkkausputket) Puristamalla asennettavien tunkkausputkien suunnittelussa tulee etukäteen selvittää mm. pohjaolosuhteet (erityisesti maaperän laatu, kuten kivisyys), putkilinjan asennustapa, suojaputkelle asetettavat vaatimukset sekä putkilinjan asennustoleranssit. Mikäli asennuksessa ei käytetä suojaputkea, tulee betoniputken ulkoseinän olla suora ja ensimmäisen putken pistopää suojata teräksisellä suojakärjellä. Tunkkauksesa käytettävien EK-putkien kestävyysluokan tulee olla korkein, eli Dr, ja putket on mitoitettava kestämään työntövoimasta aiheutuvat kuormitukset. Puristava voima tulee siirtää ja tasata esimerkiksi vanerilevyn välityksellä muhvin kautta putkelle. Saneerauslinjat Kokonaissaneerauksella tarkoitetaan kadun rakenteen ja rakenteissa olevien verkostojen samanaikaista uusimista. Vaikka kadun kaikki rakenteet eivät vaatisikaan korjausta säästää niiden yhtäaikainen uusiminen kaivu-, täyttö- ja päällystyskertoja ja tulee siten usein pitkällä aikavälillä taloudelliseksi. Katupäällysteiden kehittyessä yhä pitkäikäisemmiksi ei kadun jokakesäistä avaamista voida perustella päällysteen uusimisellakaan. Betoniputkisujutuksessa työnnetään uusi putkilinja vanhan linjan sisä- tai ulkopuolelle. Yleisimmin putket tunkataan saneerattavaan viemäriin putkijonon perästä työntäen. Putket voidaan sujuttaa myös vetämällä erityisesti sellaisissa saneerattavissa linjoissa, joissa on paljon siirtymiä. Betonin paino ja kestävyys helpottavat sujuttamista verrattuna muihin putkimateriaaleihin. Painon ansiosta sujutettu putki pysyy 21
varmasti saneeratun putken pohjalla ilman tukemista tai välitilan injektointia. Sisäpuolisessa sujutuksessa viemärin halkaisija pienenee. Tämän voi estää tunkkaamalla alkuperäistä isompi putki saneerattavan linjan ulkopuolelle. Menetelmä soveltuu erityisen hyvin sortuneiden ja lommahtaneiden viemärilinjojen saneeraukseen. Tunkkauksen jälkeen vanha putki ja maaainekset poistetaan uuden putken sisältä. Betoniputkisaneerauksessa tulee ottaa huomioon, että ensimmäisen putken pistopää tulee suojata teräksisellä suojakärjellä päiden vinouden enimmäisarvon on oltava Betoniputkinormien mukainen putkien liitoksissa tulee olla EK-tiivisteet, tyhjätilan täytön tarve tulee selvittää tapauskohtaisesti ennen sujutusta tulee vanhan putkilinjan kunto tarkistaa ja varmistua siitä, ettei siinä ole epäpuhtauksia, että pohjan tasaisuus on riittävä, eikä haitallista hammastusta esiinny. Sujutettava putki voi olla suoraseinämäinen tai muhviputki. Rummut Rummun minimihalkaisija on 400 mm. Tierummuissa käytetään tavallisia EK-putkia, joten rumpuputkien ominaisuudet ovat vastaavat kuin viettoviemäriputkilla. EK-sauma keskittää putket estäen hammastuksen. Lisäksi sauma estää veden ja maa-aineksen pääsyn rumpuun, vaikka putket liikkuisivat roudan ja painumien vaikutuksesta. Sauman muoto estää betonikontaktin aiheuttaman pistekuorman ja antaa siten rummulle paremman kuormituskestävyyden. Saumat kestävät höyrysulatuksen eivätkä väsy raskaankaan liikenteen vaikutuksesta. Verkostotunnelit Vilkasliikenteisillä katualueilla, ainakin kaupunkien keskustoissa, kannattaa viemäriverkostot sijoittaa verkostotunneleihin, joihin sijoitetaan kaikki maanalaiset tekniset verkot. Verkostotunnelissa putkistojen kunnonseuranta, huolto ja tarvittaessa uusiminen on helppo tehdä katua rikkomatta. Verkostotunneli voidaan rakentaa esimerkiksi 2000 mm:n EK-betoniputkesta. 3.82 Kaivotyypit Betonisia kaivonrenkaita ja kaivon pohjaelementtejä käytetään kaikentyyppisten kaivojen rakentamiseen. EK-betonikaivojärjestelmästä voidaan rakentaa kaikki tavanomaiset kaivot, kuten tarkastuskaivo hulevesikaivo hulevesien johtamiseksi viemäriin Kuva 3.81-1: EK-putken sujutusta vanhan viemärilinjan sisälle Kuva 3.81-2: EK-putkilla toteutetaan toimivia tierumpuja 22
imeytyskaivo pohjavesitason pitämiseksi mahdollisimman vakaana rasvan-, bensiinin- ja öljynerotuskaivo, salaojakaivo saostuskaivo lietekaivo juomavesikaivo sekä asennusvalmiit pumppaamot. EK-betonikaivojen rakentamisessa käytetään Betoniputkinormien mukaisia pohjaelementtejä, kaivonrenkaita, kartiorenkaita ja korotusrenkaita. Liikennealueilla käytetään -luokan kaivonrenkaita. Muilla alueilla kestävyysluokka valitaan Betoniputkinormien mukaan, ellei luokkaa määrätä suunnitelmissa. Kaivojen Ø 800 1000 mm yläosa tehdään kartiorengasta tai tasakantta käyttäen. Ylimpänä suorana kaivonrenkaana käytetään routaliikkeiden välttämiseksi vähintään 1000 mm korkeaa rengasta, mikäli tämä on kaivon korkeus huomioon ottaen mahdollista. Pohjarenkaan päällä alimpana pyritään käyttämään matalia kaivonrenkaita. Pohjarenkaan korkeus määräytyy saapuvien ja lähtevien putkien koon ja tasoerojen mukaan. Tarkastuskaivot Viemärien huoltamista ja tarkastamista varten rakennetaan betonisia tarkastuskaivoja. Ne sijoitetaan viemärilinjalle yleensä 50...100 m välein ja lisäksi jokaiseen pysty- ja vaakataitteeseen, putkikoon muutoskohtaan sekä haara- tai liitoskohtaan. Tarkastuskaivon on oltava riittävän suuri tarvittavien huoltotoimenpiteiden suorittamiseksi. Pieniläpimittaisten viemäreiden (< 600 mm) tarkastuskaivot voidaan tehdä 800 mm läpimittaisina, suuremmat (> 800 mm) viemärit varustetaan 1000, 1200, 1600 tai 2000 mm:n kaivoilla. Läpimitaltaan Ø 600 mm:n tarkastuskaivoja voidaan käyttää vain, jos käytettävissä on viemäreiden painehuuhtelukalusto. Viemärisuunnitelmassa esitetään tarkastuskaivojen paikka ja korkeus, mutta tavanomaisen tarkastuskaivon koon määrittävät tyyppikuvat ja laatuvaatimukset esitetään työselostuksissa. Tyyppipiirustuksesta poikkeava kaivoratkaisu tulee suunnitella tapauskohtaisesti. Hulevesikaivot Osuessaan katuun hulevesi muuttuu hulevedeksi. Hulevesi johdetaan hulevesikaivon kautta hu- Kuva 3.82-1: Esimerkkejä betonisista kaivoista 23
Taulukko 3.82-1: Suositeltavat kaivokoot (pohjaelementin nimellismitta) Läpimenevän putken nimellismitta DN (mm) Suositeltava pohjaelementin nimellismitta DN (mm) 225 500 800 600 800 1000 800 1000 > 800 Suurimman putken nimellismitta + 200 mm Taulukko 3.82-2: Suositeltavat satulakaivojen koot Putken nimellismitta DN (mm) Suositeltava kaivon nimellismitta DN (mm) 800 600 1000 800 1200 2000 1000 levesiviemäriin. Hulevesikaivon kansirakenteena käytetään yleensä pintavesiritilää, mutta vilkkaasti liikennöidyillä kaduilla voidaan ritiläkannen asemesta käyttää kitakaivoa. Hulevesikaivo varustetaan yleensä hiekkapesällä, jonka tilavuuden tulee olla vähintään 300 litraa, jolloin hiekkapesän korkeus Ø 1000 mm:n kaivossa on 400 mm ja Ø 800mm:n kaivossa 600 mm. Hiekkapesän tarkoitus on estää kadulta huuhtoutuvan hiekan ja muun kiinteän laskeutuvan aineksen joutuminen hulevesiviemäriin. Yleensä hulevesiviemärin tarkastuskaivot ovat samanlaisia kuin jätevesiviemäreissäkin, joten ritiläkantinen hulevesikaivo toimii tarkistuskaivona vain poikkeustapauksissa. Näin hulevesiviemäri on vapaammin sijoitettavissa katualueelle. Ritiläkantisen tarkistuskaivon heikkoutena on myös veden virtausta haittaava hiekkapesä. Hulevesiviemärin hulevesikaivo varustetaan tarvittaessa vesilukolla, joka estää hiekan ja muun kiintoaineksen pääsyn viemäriin sekä viemärikaasujen pääsyn ulos kaivosta. Sekaviemärin hulevesikaivot on varustettava hajulukolla. Imeytyskaivot Johtamalla hulevedet imeytyskaivon avulla maaperään voidaan pienentää pohjaveden pinnan vaihteluita. Hyvän vedenläpäisevyyden takaamiseksi imeytyskaivon ympärystäyttö tehdään # 8 32 mm:n sepelistä ja kaivannon reunat suojataan ympäröivistä maalajeista kuitukankaalla. Imeytyskaivo rakennetaan ilman pohjaelementtiä ja esimerkiksi Ø 800 kaivon kaivannon pohjan leveyden tulee olla 1000 1500 mm. Imeytyskaivo rakennetaan kuten hulevesikaivo, kuitenkin siten, että alimpana renkaana käytetään suoraa, pohjatonta kaivonrengasta. Kaivon asennusalusta tehdään hyvin vettä läpäisevästä materiaalista. Rasvan-, bensiinin- ja öljynerotuskaivot Öljyn tai rasvan likaama viemärivesi täytyy puhdistaa ennen sen johtamista kunnalliseen viemäriverkostoon käyttäen betonisia öljyn- ja rasvanerotuskaivoja. Kaivoissa käytetään öljynkestäviä tiivisteitä. Seuraavassa on esimerkkejä kaivojen käyttökohteista ja teknisiä ohjeita. Elintarviketeollisuuden, sairaaloiden, suurten keittiöiden ja ravintoloiden viemärit on varustettava rasvanerotuskaivolla. Öljyjalosteiden käsittely-, varastointi- ja jakelulaitosten viemäreihin on asennettava bensiininerotus- ja/tai öljynerotuskaivot. Bensiinin- tai öljynerotuskaivoa ei saa sijoittaa rakennuksen sisäpuolelle kaasuuntumis- ja räjähdysvaaran vuoksi. Tästä syystä se on varustettava myös tuuletusputkella. Jos viemäriin voi päästä sekä bensiiniä että öljyä, on erotuskaivo mitoitettava vaikeammin erottuvalle öljylle. Rasvanerotuskaivo voidaan rakentaa rakennuksen sisälle, jolloin se on varustettava vesilukolla ja tuuletettava. Rakennuksen ulkopuolelle rakennettaessa on varmistettava, ettei viemäri toimi lappona ja tyhjennä vesilukkoja. Muut kaivot Saostuskaivo Viemäriin rakennetaan kolmen kaivon ryhmä sellaisilla alueilla, missä ei ole yleistä viemäriverkkoa. Eniten kiintoainetta saostuu luonnollisesti ensimmäiseen kaivoon. Jäteveden mukana 24
olevat raskaimmat aineosat kuljetetaan kaivoista kaatopaikalle. Saostuskaivot varustetaan tehokkaalla tuuletusputkella rikkivedyn syntymisen ehkäisemiseksi. Huuhtelukaivo Tasaisessa maastossa on vaikea järjestää viemäriin riittävää kaltevuutta, jolloin viemäriin laskeutuu kiinteää ainesta. Sen pois huuhtomista varten voidaan viemärin yläjuoksulle järjestää huuhtelukaivo, joka antaa vähintään kerran vuorokaudessa sellaisen virtaussysäyksen, että laskeutunut aines saadaan liikkeelle. Huuhtelukaivoon tuleva vesijohto varustetaan imusuojalla ja yksisuuntaventtiilillä, jotka sijoitetaan helposti huollettavaan paikkaan. Ylivuotokaivo Sekaviemäröinnissä rankkasateen, tulvan tai muun runsaan vedenvirtauksen aikana osa vedestä voidaan johtaa ylivuotokaivossa olevan tulvakynnyksen kautta suoraan vesistöön muun osan virratessa puhdistamolle. Kaivon alaosa tehdään yleensä paikallavaluna ja yläosa normaalina kaivorakenteena. Laitekaivot Viemäriverkossa paineviemäreiden ja jätevedenpumppaamoiden yhteyteen on joskus tarpeen rakentaa kaivo venttiileille huoltotoimenpiteitä varten. Yleensä nämä kaivot tehdään betonirenkaista ja varustetaan ilmanvaihto- ja kuivatusputkella. Vesijohtoverkossa vastaavia käyttökohteita ovat paloposti-, vesiposti-, ilmanpoisto-, tyhjennys-, huuhtelu- ym. venttiileitä varten rakennetut kaivot. 3.83 Pumppaamot Betonisia pumppaamoita käytetään jäte-, huleja perusvesien pumppaamiseen. Niissä on valmiiksi asennetut tiivisteet ja ne voidaan varustaa tikkailla. Pumppaamot toimitetaan työmaalle asennusvalmiina helposti ja nopeasti koottavina paketteina. Yksinkertaisin kuvan 3.83-1 pumppaamo koostuu kahdesta betonirenkaasta ja yhdestä kartiosta, joiden kumitiivisteet ovat tehtaalla asennetut. Valmiiksi asennettu tuloyhde alemmassa renkaassa sekä ylemmässä renkaassa olevat paine- ja tuuletusputken yhde Kuva 3.83-1: Betoninen jäteveden pumppaamo mahdollistavat portaattoman paineyhteyden menosuunnan asentamisen. Jätevedenpumppaamot Kun maasto on erittäin tasaista tai viemärilaitokseen liitettävä kiinteistö on viemärien tason alapuolella, on rakennettava jätevedenpumppaamo. Yleisesti pumppaamoita rakennetaan 1000 mm:n kaivonrenkaista, mutta suositeltava halkaisija on 1200 mm, johon yksi normaalirakenteinen jäteveden uppopumppu varusteineen mahtuu hyvin. 1600 mm:n kaivoon sopii lisäksi yksi varapumppu. Pumppukaivon pohja muotoillaan pumpun (pumppujen) ominaisuuksien mukaan siten, että kaivoon ei synny liettymiä. 3.84 Betoniset pienpuhdistamot Vuoden 2001 alusta voimaan tulleen vesihuoltolain mukaan myös pienkiinteistön on kontrolloitava jätevesiensä laatu ja järjestettävä jätevesihuoltonsa aikaisempaa tiukempien määräysten mukaisesti. Seuraavan sivun kuvassa 3.84-1 esitetään EK-putkiin ja -kaivoihin perustuva haja-asutusalueiden pienkiinteistöille soveltuva uusien määräysten vaatimukset täyttävä jätevesijärjestelmä. 25