FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE

SEMINARSKI RAD IZ KOLEGIJA „IZBOR MATERIJALA“

ak. godina 2011/12.

IZBOR MATERIJALA ZA POKLOPAC KANALIZACIJSKOG OKNA

Vedran Babić

0035177072

Prof. dr.sc. T. Filetin

Zagreb 6.3.2012.

Sadržaj:

1. Uvod.............................................................................................................. 2

2. Tehničko konstrukcijska rješenja...................................................................4

3. Klase nosivosti i mjesta ugradnje...................................................................4

4. Analiza funkcionalnih zahtjeva......................................................................6

5. Tražena svojstva materijala............................................................................6

6. Ocijenjivanje materijala za izradu..................................................................7

7. Zaključak.......................................................................................................10

8. Literatura.......................................................................................................11

1

1. Uvod

Kanalizacijski poklopci predstavljaju veoma važan element prometnih površina, a

služe za sprječavanje prodora površinskih voda ili pristupa u okna raznih podzemnih

instalacija, kanalizacije, cjevovodnih kanala, kablovskih kanala i slično. Istovremeni zadatak

kanalizacijskih poklopaca je da prihvate sav promet koji se mora nesmetano odvijati preko tih

okana. Neizostavan su dio niskogradnje, a izrađuju se u kružnom i četvrtastom obliku.

Pristupni poklopci se mogu ispuniti i završnom oblogom, kao i okolni pod (keramikom,

opločnicima, granitom, mramorom, laminatnim drvom, premazima, tepisima ili ostalim

materijalima), da se ljepše uklope u okolinu. Jeftiniji poklopci manje nosivosti se primjenjuju

za manje zahtjevne lokacije kao što su pješačke staze, parkovi, itd. Na slici 1 prikazan je

poklopac kanalizacijskog okna na pješačkoj stazi. Oni kvalitetniji, veće nosivosti, se

primjenjuju na zahtjevnije lokacije poput cesta, gdje je promet čest, a težine vozila velike, te

su stoga i opterećenja i zahtjevi poklopaca veći. Na slikama 2 i 3 su prikazani poklopci

kanalizacijskog okna na prometnici. Na cestama je bitno primjeniti odgovarajući poklopac da

ne bi došlo do njegove deformacije i propadanja u cestu tijekom eksploatacije, što ima za

posljedicu neugodnu vožnju, a i buku.

U ovom seminarskom radu razmotrit će se zahtjevi na poklopce kanalizacijskih okana

i njima pripadajuća svojstva, te odabrati materijal koji će najbolje zadovoljiti sve zahtjeve.

Slika 1. Poklopac kanalizacijskog okna

2

Slika 2. Kanalizacijsko okno na prometnici

Slika 3. Kanalizacijsko okno na pješačkoj stazi

3

2. Tehničko konstrukcijska rješenja

Poklopci kanalizacijskih okana se izrađuju postupkom lijevanja. Zbog prometne

sigurnosti ili sprečavanja pristupa u okno, dosadašnje norme su uvjetovale minimalnu masu

poklopca. Danas se to, posebno kod klasa nosivosti C250, D400, E600 i F900 postiže

dodatnim zaporkama, vijcima ili na drugi način. Poklopci sa šarka-zglobom se ugrađuju tako da

se zaklapaju u smjeru vožnje. Poklopci se proizvode kao puni, potpuno zatvoreni ili sa otvorima

za ventilaciju, kroz koje se ventilira kanal, a koji imaju funkciju prihvata ograničene količine

površinskih voda sa prometne površine. Također, proizvode se i poklopci s hidrauličnim kanalom

u okviru, koji se ispunjava nekom tekućinom, a po zatvaranju s punim poklopcem osiguravamo da

miris iz kanalizacije ne može prodrijeti u prostor gdje je poklopac ugrađen. Ovi poklopci nalaze

primjenu posebno za zatvorene prostore. Poklopci klasa nosivosti C250, D400 i E600 mogu imati

u okviru prsten od tvrdog elastomera koji osigurava stabilan dosjed poklopca u okvir i tihu

eksploataciju bez buke koja bi mogla nastajati prolaskom vozila preko poklopaca.

Postoje i nova inovativna rješenja ugradnje poklopca u kolnik. Npr. da se poklopac ne

postavlja direktno na konstrukciju okna, nego se površinski ugrađuje u nosivi sloj kolnika

valjanjem ili utiskivanjem (vibracijskim pločama) u nivou kolnika. Time se osigurava

apsolutna površinski povezana ugradnja bez dodatnih radova. Kod takve ugradnje na cesti

više ne postoji razlika u nivou koja je uzrok buke pri prolasku vozila. Dodatna prednost je da

nema pojave udarnog opterećenja na poklopac kanalizacijskog okna i prijenosa sile na

konstrukciju okna.

3. Klase nosivosti i mjesta ugradnje

Za upotrebu određene klase poklopaca ravnamo se prema mjestu ugradnje. Mjesta

ugradnje su podjeljena u 6 različitih grupa. Za svaku grupu je kao preporuka okvirno dano

koja se klasa i na kojem mjestu ugradnje treba upotrijebiti. Konačan izbor klase je prepušten

projektantu, a u slučaju eventualnih dvojbi kod izbora obavezno se odabire viša klasa. Dalje

su navedene pojedine grupe i koje se klase nosivosti za njih primjenjuju prema normi EN-124.

4

-grupa 1 (najmanje klasa A15 – 15kN):

prometne površine predviđene isključivo i samo za pješake i bicikliste.

-grupa 2 (najmanje klasa B125 – 125kN):

prolazi , pješačke zone i slične površine, parkinzi i garaže za putnička vozila.

-grupa 3 (najmanje klasa C250 – 250kN ):

Odvodi u području koje se nalazi uz nogostup, mjereno od rubnika max. 0,5 m u

voznoj površini i max. do 0,2 m. u području nogostupa, s jedne i druge strane

prometnice.

-grupa 4 (najmanje klasa D400 – 400kN):

Vozne trake prometnica (također i pješačke prometnice), pomoćne trake

prometnica, parkirališta predviđena za sve vrste prometnih sredstava.

-grupa 5 (najmanje klasa E600 – 600kN):

Površine s visokim osovinskim opterećenjem, kao npr. pristanišni dokovi i

aerodromi.

-grupa 6 (najmanje klasa F900 – 900kN):

Površine s posebno visokim osovinskim opterećenjem, kao npr. lučke i 

aerodromske prometne površine te uzletno – sletne piste. 

5

4. Analiza funkcionalnih zahtjeva

Poklopci kanalizacijskih okana se nalaze na prometnim površinama pa je bitan zahtjev

da moraju imati određenu nosivost i sigurnost s obzirom na vrstu prometa i težine koje prelaze

preko njih, a to je propisano klasama nosivosti. Na prometnicama su poklopci također izloženi

naletima vozila, pa se zahtjeva otpornost na udarna opterećenja te visoka dinamička

izdržljivost. Poklopci se nalaze na vanjskim površinama, pa su stoga podložni različitim

uvjetima atmosfere (niskim temperaturama, vlazi, padalinama, itd). Zbog toga se traži

otpornost na koroziju, te niža toplinska rastezljivost zbog relativno velikih razlika temperatura

(niže temperature zimi i noći, a visoke ljeti i po danu na suncu).

5. Tražena svojstva materijala

Zbog izloženosti uvjetima atmosfere materijali za izradu poklopaca kanalizacijskih

okana moraju biti otporni na koroziju. Zbog tog uvjeta isključujemo sve materijale podložne

koroziji. Materijal poklopca još mora biti otporan na krhki lom pri relativno niskim

temperaturama (niske temperature u zimskim uvjetima), krut i čvrst. Također bi bilo dobro da

ima što veću tvrdoću zbog što bolje otpornosti na trošenje. Traži se dovoljno visoka lomna

žilavost, niska toplinska rastezljivost da se smanje toplinska naprezanja, te visok modul

elastičnosti E. Ako poklopce kanalizacijskih okana proizvodimo lijevanjem, onda je

eliminacijski zahtjev livljivost materijala. Važan zahtjev je i cijena materijala koja uvelike

utječe na cijenu samog proizvoda. Sve ove zahtjeve zadovoljavaju nehrđajući čelici,

magnezijeve legure, sivi lijev i nodularni lijev. Sivi i nodularni lijev će zahvatiti korozija, no

to će biti samo površinska korozija (patina) koja ne prodire u dubinu, te će biti osigurana

dugotrajnost proizvoda.

6

6. Ocjenjivanje materijala za izradu

U tablici 1. prikazana su tražena svojstva predodabranih materijala, a na slici 4. dan je

grafički prikaz dviju najbitijih svojstava, livljivosti u odnosu na cijenu materijala, dobiven

pomoću programa CES.

Tabllica 1. Svojstva predizabranih materijala za izradu poklopaca kanalizacijskih okana

Materijal LivljivostCijena

(GBP/kg)Tvrdoća

(HV)

Lomna žilavost

(Mpa x m1/2)

Toplinska rastezljivost

(K1)

Modul elastičnosti

(GPa)Nehrđajući

čelici3...4 1,5...6 130...570 62...150 13...20 190...210

Magnezijeve legure

4...5 2,8...3,2 35...90 12...18 24,6...28 42...47

Sivi lijev 5 0,14...0,4 90...310 10...24 11...12,5 80...140

Nodularni lijev

5 0,2...0,4 115...320 22...54 10...12,5 165...180

Slika 4. Livljivost u odnosu na cijenu materijala

7

Digitalno – logička metoda za određivanje faktora važnosti

Nakon što su određeni zahtjevi i tražena svojstva materijala za izradu poklopaca kanalizacijskih okana, napravljena je digitalno – logička metoda za određivanje faktora važnosti Bi pojedinog svojstva. Koristeći digitalno – logičku metodu, uz n=5 (broj zadanih

svojstava), ukupan broj pitanja iznosi n ∙(n−1)

2=10. Uspoređuje se svako svojstvo sa svakim

i pri tome se važnijem dodijeli 1, a manje važnom 0. Tako se za svako svojstvo dobiva broj pozitivnih odluka. Faktor važnosti bit će jednak omjeru pozitivnih odluka za promatrano svojstvo i ukupnog broja pitanja. Digitalno – logička metoda i rezultati izračunavanja su prikazani u tablici 2.

Tablica 2. Digitalno – logička metoda

svojstvo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 pozitivne odluke

faktor važnosti Bi

livljivost 1 1 1 1 4 0,4cijena 0 1 1 1 3 0,3

tvrdoća 0 0 0 1 1 0,1lomna žilavost 0 0 1 0 1 0,1

modul elastičnosti 0 0 0 1 1 0,1

Zbog relativno velikog broja svojstava s različitim mjernim jedinicama, uvodi se pojam skalirane vrijednosti svojstava. On omogućava pretvorbu dimenzijskih u bezdimenzijske vrijednosti. Promatrana svojstva se rangiraju tako da najbolja vrijednost dobiva ocjenu 100, a ostale se rangiraju proporcionalno toj vrijednosti. Ta najbolja vrijednost može biti minimalna ili maksimalna, ovisno o tome kako je usmjeren zahtjev vezan uz dotično svojstvo. Vr je

pokazatelj radne karakteristike, a izračunava se prema izrazu Vr=∑i=1

n

Bi ∙Sv ,i→max. U tablici

3. prikazana su skalirana svojstva materijala i vrijednosti pokazatelja radne karakteristike, a u tablici 4. je prikazan prioritet odabira materijala koji pada s padom vrijednosti pokazatelja radne karakteristike.

Tablica 3. Skalirane vrijednosti svojstava

Materijal livljivost cijena tvrdoća lomna žilavost modul elastičnosti Vr

nehrđajući čelici 70 7,2 100 100 100 60,2magnezijeve legure 90 9 17,9 14,1 22,2 44,1

sivi lijev 100 100 57,1 16 55 82,8nodularni lijev 100 90 62,1 35,8 86,3 85,4

8

Tablica 4. Prioritet odabira materijala za poklopac kanalizacijskog okna

redni broj odabira materijal Vr

1. nodularni lijev 85,4

2. sivi lijev 82,8

3. nehrđajući čelici 60,2

4. magnezijeve legure 44,1

Najbolju livljivost imaju sivi i nodularni lijev, što im je s pogleda tehnologičnosti

prednost pred magnezijevim legurama, ali značajnija pred nehrđajućim čelicima. Oni pred

ostalim predodabranim materijalima imaju značajnu prednost i u cijeni po kilogramu. To što

ih zahvaća korozija, premda samo površinska koja ne prodire dalje u dubinu proizvoda, ipak

je opravdano, jer sa njihovim izborom dobivamo bolju livljivost uz značajnije nižu cijenu

materijala. Sa stajališta tvrdoće najbolji bi bili nehrđajući čelici, a najlošije magnezijeve

legure, što opet smješta sivi i nodularni lijev u neko optimalno područje s obzirom na svojstva

i cijenu. Najbolju lomnu žilavost imaju nehrđajući čelici, sljede ih magnezijeve legure, dok su

na posljednjem mjestu sivi i nodularni lijev. To će smanjiti dimenzije poklopca izrađenog od

nehrđajućih čelika, ali opet uz značajno veće troškove materijala i lošiju livljivost. Toplinska

rastezljivost je apsolutno na strani sivog i nodularnog lijeva kod kojih je ona najmanja, te će

doći do manjih toplinskih naprezanja usljed promjene temperature. Modul elastičnosti je dosta

nizak kod magnezijevih legura, dok je kod ostalih dovoljno visok što će osigurati krutost

poklopaca.

Iz ovog uspoređivanja svojstava predodabranih materijala, te podataka dobivenih

pomoću digitalno – logičke metode, skaliranih vrijednosti svojstava i kao rezultat toga

vrijednosti pokazatelja radne karakteristike pojedinih predodabranih materijala, možemo

zaključiti da će optimalni materijali za izradu biti sivi i nodularni lijev. Nodularni lijev ima

najveću vrijednost pokazatelja radne karakteristike, dok je kod sivog lijeva ta vrijednost malo

manja. Nehrđajući čelici nalaze se na trećem mjestu, a magnezijeve legure su se pokazale

najlošijim izborom za promatrani proizvod.

9

7. Zaključak

Iz traženih zahtjeva za poklopce kanalizacijskih okana izdvojena su najbitnija svojstva

koja bi trebao zadovoljavati materijal od kojeg će oni biti izrađeni. Pošto se proizvode

postupkom lijevanja, livljivost je osnovno svojstvo koje je poslužilo kao prvi eliminacijski

kriterij. Bitno svojstvo je i otpornost na koroziju, no unatoč tome u obzir su uzeti i oni

materijali koje zahvaća samo površinska korozija, koja neće štetiti funkcionalnosti proizvoda.

Iz tih razloga su u obzir, za predizbor materijala, došli nehrđajući čelici, magnezijeve legure,

sivi lijev i nodularni lijev. Izračunavanjem faktora važnosti pojedinog svojstva i skaliranjem

vrijednosti svojstava, dobivene su vrijednosti pokazatelja radne karakteristike. Pomoću toga

se došlo do zaključka da će optimalan materijal za izradu poklopaca kanalizacijskih okana biti

sivi i nodularni lijev, s tim da će nodularni lijev imati malu prednost.

10

8. Literatura

T. Filetin: Izbor materijala pri razvoju proizvoda, FSB, Zagreb 2000.

CES EduPack 2005, CES Selector - version 4.6, Build 2005

Pačak MAM, http://www.mam-corp.hr, posjećen 20. studenog 2011.

ACO Hrvatska, http://www.aco.hr, posjećen 20. Studenog 2011.

Ferreus, http://www.ferreus.hr, posjećen 20.studenog 2011.

11