Na czym polega wypieranie zbiorników ścieków przez wody gruntowe i jak się przed nim zabezpieczyć?

Zjawisko wypierania posadowionych w ziemi zbiorników dotyczy zarówno szamb, jak też przydomowych oczyszczalni ścieków oraz zbiorników na deszczówkę. Obiegowa opinia głosi, że ciężkie zbiorniki żelbetowe są odporne na wypieranie przez wody gruntowe. Prawda jest jednak inna: bezpieczne są te zbiorniki, które zostały właściwie posadowione. 

Producenci szamb żelbetonowych często jako atut oferowanych zbiorników podają odporność na wypieranie. Jako dowód ma służyć duża masa własna. Z równym przekonaniem można twierdzić, że łódź wykonana ze stali nie może utrzymać się na powierzchni wody. Stanowisko specjalisty z firmy Metria, producenta zbiorników z tworzyw sztucznych, rozwiewa wątpliwości: – Bezpośrednią przyczyną wypierania zbiorników są błędy popełnione w czasie posadowienia. Wysoki poziom wód gruntowych lub niska masa własna zbiornika, np. tuż po opróżnieniu, to czynniki sprzyjające wypieraniu, które można skutecznie zneutralizować. Na podobne zasadzie duża masa własna zbiorników żelbetonowych przeciwdziała wypieraniu, lecz sama w sobie nie jest wystarczającą gwarancją odporności na działanie wód gruntowych. 

Niezależnie od tego, czy instalujemy szamba plastikowe czy żelbetowe, najważniejsze jest zgodne ze sztuką posadowienie zbiornika na nieczystości. Podobnie przedstawia się kwestia posadowienia w ziemi wszystkich innych zbiorników na ścieki bytowe, takich jak własna oczyszczalnia ścieków typu drenażowego lub biologicznego.  

Aby zrozumieć, jak można zabezpieczyć się przed działaniem wód gruntowych, warto dowiedzieć się na czym polega proces wypierania i kiedy podziemne zbiorniki są najbardziej narażone na przemieszczenia i uszkodzenia. 

Jak woda wypiera zbiornik ze ściekami?  

Zjawisko wypierania zbiorników podziemnych przez wody gruntowe to praktyczna demonstracja prawa Archimedesa. Przypomnijmy dla porządku: na ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu, skierowana ku górze, której wartość jest równa wartości ciężaru cieczy wypartej przez to ciało. Przy odpowiednio wysokim poziomie wód gruntowych szambo, oczyszczalnia ścieków lub inny zbiornik podziemny może unieść się w rozmiękłym gruncie, odchylić od pionu, a po ustąpieniu wód osiąść głębiej, niż było pierwotnie posadowione. Aby dostarczyć plastycznej ilustracji, zaprezentujemy krótkie studium przypadku.  

Szambo betonowe o pojemności 10 m³ posiada masę własną około 7 ton. Na potrzeby naszych obliczeń przyjmiemy, że po zanurzeniu zbiornik wyprze 10 m³ cieczy. W praktyce będzie to o kilka metrów sześciennych więcej, bo trzeba doliczyć choćby grubość ścianek zbiornika czy przestrzeń pomiędzy wpustem rury ściekowej a płytą pokrywową szamba. Przyjmując, że wypieraną cieczą jest woda, a 1000 litrów = 1 tona, to – zgodnie z prawem Archimedesa – siła wyporu będzie w stanie zrównoważyć masę 10 ton. Wynika stąd, że przy odpowiednio wysokim poziomie wód gruntowych (np. przy miejscowym podtopieniu) i przy pustym lub prawie pustym zbiorniku, możemy liczyć się z jego wyparciem o masie własnej około 7 ton. Dane są mocno przybliżone, a w przykładzie nie uwzględniliśmy wielu czynników występujących w realnych warunkach. Celem było pokazanie, że duża masa zbiornika nie zawsze wystarcza do ochrony przed wypieraniem.  

Teoretycznie zabezpieczeniem przed taką sytuacją jest utrzymywanie odpowiedniego poziomu cieczy w zbiorniku. Jest to możliwe w przypadku niektórych typów biologicznych oczyszczalni ścieków, wyposażonych w odpowiednie urządzenia sterownicze. Natomiast każde szambo jest okresowo opróżniane, więc nie unikniemy sytuacji, w których zbiornik będzie pusty a poziom wód gruntowych wysoki. Na taką ewentualność trzeba się zabezpieczyć w czasie instalowania zbiornika.  

Jak zabezpieczyć podziemny zbiornik przed wyparciem przez wody gruntowe? 

Oferujący zbiorniki plastikowe producent zazwyczaj dysponuje również opracowaną i przetestowaną technologią ich posadowienia. Skutecznym sposobem jest zakotwienie. W wykopie pod szambo należy wylać płytę betonową, do której można przymocować zbiornik. W ten sposób zabezpiecza się plastikowe szamba, przydomowe oczyszczalnie ścieków i zbiorniki na wodę deszczową. Utwardzenie dna wykopu zapobiega nie tylko wypieraniu, ale też zapadaniu się lub przekrzywianiu zbiornika na skutek rozmiękania podłoża. W przypadku instalacji plastikowego zbiornika w podmokłym gruncie, wpompowuje się do niego wodę z wykopu. Taki zabieg pozwala jednocześnie pozbyć się nadmiaru wody oraz dociążyć i ochronić zbiornik przed naporem warstw ziemi w trakcie zasypywania. 

Jeżeli chcemy dodatkowo umocnić zbiornik, należy go obsypać jednorodnym kruszywem (piasek, żwir) albo suchym betonem. Zamiast płyty betonowej pod zbiornikiem, można wylać płytę nad nim, która będzie skutecznie zabezpieczała przed wypieraniem, a jednocześnie umożliwi poruszanie się nad szambem pojazdów mechanicznych. 

Współczesne zbiorniki plastikowe w większości posiadają formę, która sama zabezpiecza przed wypieraniem. Zazwyczaj są to żebra, czyli biegnące poziomo wokół zbiornika, wąskie zgrubienia. Jeżeli grunt pod zbiornikiem oraz warstwy pomiędzy ściankami bocznymi a ścianą wykopu zostały odpowiednio zagęszczone, ryzyko wyparcia jest minimalne.