Belastingen bij vrij verval riolering

Algemeen

Leidingen en hulpstukken staan door grond- en verkeersdruk bij ondergrondse toepassing onder belastingen. Het gedrag van de leiding tijdens de gebruiksfase is de wijze waarop een leiding is aangelegd en aangevuld. Kunststofleidingen  zijn in tegenstelling tot beton, flexibel. Bij onbuigzame leidingen worden de belastingen voornamelijk opgevangen door de leiding zelf. Geringe deformaties kunnen daarbij leiden tot breuk. Stijve leidingen moeten dus door hun grotere sterkte en stijfheid weerstand bieden aan grond- en verkeersbelastingen.

Kunststof leidingen zijn flexibel. Het is aangetoond dat een PVC leiding pas bij vervormingen van ± 30% niet meer kan functioneren. De steun van de grond rondom de leiding is bepalend voor de mate van deformatie. Het is van belang de omliggende grond in de berekening mee te nemen. Zo kunnen we renderen hoeveel grond en verkeerslasten de leiding kan verwerken.

Verschillende onderzoekers hebben formules ontworpen waarin de stijfheid van de grond en de leiding direct met elkaar in relatie worden gebracht. Of een leiding zich ten opzichte van de omringende grond flexibel of star gedraagt, kan worden berekend door de formule van Voellmy:

Waarin:

E = de elasticiteitsmodules van de leidingwand in N/mm²
E_g = het stijfheidsgetal van de grond in N/mm²
e = de gemiddelde wanddikte van de leiding in mm
r = de gemiddelde straal van de leiding in mm

D =  de diameter van de leiding

Als n kleiner is dan 1, is de leiding stijver dan de omringende grond. Dit is altijd het geval bij betonleidingen. Indien n echter groter is dan 1, is de leiding minder stijf dan de omringende grond. Wat altijd geldt voor leidingen van kunststof (PVC, PP en HDPE).

Wanneer de leiding stijver is dan de omringende grond zal de grond naast de leiding meer zakken dan de grond op de leiding. Een bepaalde hoeveelheid grond naast de leiding zal ‘hangen’ aan de grond boven de leiding. Door teveel belastingen kan een kunststofleiding ovaal worden. De ovaliteit (uitgedrukt als schadebeeld deformatie) is afhankelijk van de wijze waarop de lasten op de leiding zijn overgedragen en de wijze waarop de leiding rondom is ondersteund.

Praktijk

In de praktijk komt het voor dat de leiding verticaal deformeert wanneer de zijkanten van de leiding niet goed zijn verdicht door de aannemer. Zo kan men uit de formule van Voellmy concluderen dat wanneer men een kunststof leiding SN8 toepast en je verdicht de ondergrond onvoldoende of gelijkwaardig aan een SN4 leiding, de leiding tevens reageert als een SN4 leiding. Samenvattend betekent dit het volgende praktijkvoorbeeld. Een SN8 leiding toepassen betekent beter verdichten in N/mm² voor effect in belastbaarheid t.o.v. een SN4 leiding.

Voor het bepalen van het te verwachten gedrag van de ondergrondse leidingen bestaan een aantal theorieën. Tevens spelen de volgende verschillende eigenschappen van het aanvulmateriaal mee:

• de hoek van de inwendige wrijving
• het volumegewicht
• de samendrukbaarheid

De resultaten van de meest bekende methoden voor de berekening van de grondbelasting en de daaraan gekoppelde deformatie van kunststofleidingen lopen sterk uiteen. Bovendien varieert de Nederlandse bodemsituatie sterk en dus ook de wijze van uitvoering. Het berekenen van belastingen en deformaties is een theoretische aangelegenheid en sluit niet altijd aan bij de praktijk. De meeste betrouwbare informatie over deformatie krijgt men uit praktijkmetingen die in de loop der jaren zijn verricht. U kunt hiervoor het KOMO-rapport ‘Vervormingsmetingen aan operationele PVC straatrioleringen’ raadplegen.

Deformatie

Op de plaatsen waar grond en leiding elkaar raken kan deformatie optreden. In het algemeen wordt bij de keuze van gladwandige leidingen in de stijfheidsklasse SN8 uitgegaan van een maximaal gemiddelde deformatie van 3% tot en met 5%. Deformatie heeft weinig tot geen effect op de afvoercapaciteit van de leiding. Een 6% vervorming geeft een verlies in afvoercapaciteit van 0,82%. Praktische ervaring leert dat als het stelsel met zorg is aangebracht geen noemenswaardige deformatie optreedt. Na circa 2 jaar is er een evenwichtssituatie met de omringende grond.

Verdichting van de grond

Een goede verdichting van de omringende grond is een voorwaarde voor een goede interactie tussen de leiding en de omringende grond. Dit geldt overigens voor alle toe te passen leidingtypen, zowel voor kunststof, beton en glasvezelversterkt materiaal. Een goede aanvulling en verdichtingsmethodiek garanderen een goed functionerend riool. Voor meer gegevens en richtlijnen omtrent het aanbrengen van riolering raadpleeg de volgende normen:

• NEN-EN1610 + NEN 3218-1. In 2015 is de nieuwe norm voor aanleg van riolering aangepast. Deze norm gaat in op de aanleg en beproeving van buitenriolering onder vrijverval.
• NPR 3218-2 richtlijnen voor de gebruiksfase;
• NPR 3218-3 praktijkrichtlijn voor onderhoud buitenriolering.

Ringstijfheid

Bij een grotere flexibiliteit kunnen eventuele grondzettingen door de leiding worden opgevangen, zonder dat de leidingen of verbindingen breken of gaan lekken. Voor hoofdriolen maakt DYKA hierin onderscheidt in twee SN klassen Daarbij zijn de SN4 en SN8 klassen het meest gebruikelijk. Conform de BRL 9208 worden periodiek alle leidingsystemen getest op de gewenste ringstijfheid. De STIS (buis stijfheid) meting is een beproevingsmethode waarbij de stijfheid van de leiding wordt bekeken conform ISO 9969. Een volledig rond leidingdeel met een lengte van 0,3 meter wordt op een proefopstelling vastgezet. Hierbij wordt gekeken of de buis stijfheid voldoet aan het uitgangspunt van circa 8,0kN/mm² bij SN8 en 4,0kN/mm² voor SN4. Na de STIS test wordt vervolgens getest tot welke druk (KN) de leiding intact blijft met een maximum van 30% vervorming (conform KOMO-test voorschrift).

Bepaling ringstijfheid voor vrijverval riolering

Het bepalen van de juiste buisklasse kan via een theoretische benadering worden gedaan. Maar omdat er voldoende praktijkervaring op dit gebied is, hoeft dit niet iedere keer. Hieronder volgt een tabel die een overzicht geeft van de toe te passen buisklasse. In de tabel zijn de verschillende grondsoorten, verschillende manieren van aanvulling, diverse dekkingshoogten en verschillende situaties opgenomen.

SDR versus SN klasse:

Kunststof leidingen van een zelfde nominale diameter zijn in diverse wanddikten verkrijgbaar. De wanddikten volgen bepaalde standaarden die met een SN klasse zijn aangeduid. Voor vrijverval leidingen is er een conversie van SN klasse naar SDR klasse. SDR staat voor de “Standaard Diameter Ratio” en de SN klasse staat voor de ringstijfheid van de leiding. Zo staat de oude klasse SDR 41 voor PVC voor een ringstijfheid van SN4 en de klasse SDR 34 voor een ringstijfheid van SN8. Wanneer u bijvoorbeeld PE als vrijverval leiding toe wilt passen kunt u onderstaande tabel raadplegen voor de juiste SDR klasse die overeenkomt met uw wensen qua ringstijfheid.

Klei

Voor het leggen van rioolleidingen in slappe klei kunnen moeilijk algemene aanbevelingen worden gedaan. Zettingen in deze grond zijn langdurig en groot (in de orde van grootte 10 tot 200 maal van zand). Verder is het moeilijk om evenwichtsverstoringen in de grond te vermijden. Deze verstoring spelen een rol bij gebruik van zand. In veel gevallen kan een bruikbare oplossing worden gevonden. Bijvoorbeeld door een andere werkwijze te gebruiken of werkzaamheden in een andere volgorde uit te voeren. Daarbij kan het kostenaspect ook een rol spelen.
Uit deformatiemetingen blijkt dat flexibele leidingen in slappe klei goed kunnen functioneren. Hiervoor is een SN8 leidingklasse noodzakelijk. Wanneer men twijfelt of de omstandigheden beperkingen hebben voor  het gebruik van kunststofleidingen,  raadpleeg DYKA hier vooral over voor uitsluitsel.

Veengronden

Nederlandse veengronden hebben in het algemeen een hoge grondwaterstand en relatief veel ongelijke zettingen. Een kunststof leiding in veengrond verdeelt op een heel andere wijze belasting dan in overige gronden. Door grondwater is de druk gelijkmatig over de hele leiding verdeeld. In dergelijke ondergronden zijn lichte ophogingsmaterialen gebruikelijk. Gebruik van zand als aanvulling is vaak niet aan te bevelen, omdat het zand zonder toepassing van wegendoek weg kan zakken in de ondergrond. Het gevolg kan zijn dat de hoogteligging van de leiding negatief wordt beïnvloed.

Het onderheiden van een kunststof leiding in veengronden is mogelijk. Echter is er beperkte ervaring in. Als je de riolen wilt onderheiden neem dan mee dat de omliggende grond wel zal zakken waardoor het profiel van het riool vaak te zien is in de wegverharding (zowel bij kunststof als beton). Wanneer men in verband met zettingen deze variant mee wil nemen is het aan te bevelen de onderstaande onderdelen mee te nemen:

• Onderheid elke buisverbinding (elke 5,0m bij de mof/spieverbinding);
• Neem in de poer van de funderingsbalk de radius van de mof/spie verbinding mee. Dit zorgt voor het rondom gelijk overdragen van alle belasting aan de onderzijde van de leiding op de fundering. Met als gevolg een duurzaam goed en langwerkend riool.