A-HARDT_rozwiazania_uziomow_pionowych

w w w. e l e k t r o . i n f o . p l

n r 5 / 2 0 0 5

p r e z e n t a c j a

rozwiązania uziomów pionowych

i sposoby zwiększania

ich trwałości

mgr inż. Adam Hardt – A.H. sj Hardt i Wspólnicy

eśli przewody uziemiające łączymy
z metalowymi podziemnymi czę-

ściami obiektu, to zwykle mamy do-
bry dostęp do miejsca podłączenia,
więc możemy trwale zamocować
przewód uziemiający i zabezpieczyć
połączenie przed korozją ogólnie do-
stępnymi środkami. Od staranności
wykonania, połączenia i zabezpiecze-
nia przed niszczeniem zależy trwa-
łość połączenia. Ponieważ przy tych
pracach przewód uziomowy nie jest
narażony na uszkodzenia mechanicz-
ne, najczęściej stosowane przewody
uziomowe chronione antykorozyjną
warstwą cynku mogą służyć nawet
kilkadziesiąt lat.

O trwałość uziemienia zabiega-

my również, gdy musimy zastoso-
wać uziomy sztuczne. Kiedy stosu-
jemy uziomy otokowe lub poziome,
zakopujemy taśmy ocynkowane, nie
narażając ich na uszkodzenia mecha-
niczne. Mając dobry dostęp do połą-
czenia zabezpieczamy je ogólnie do-
stępnymi środkami.

Połączenia są najbardziej nara-

żonymi na korozję miejscami uzio-
mu. W uziomach fundamentowych
są one zalane betonem, co jest pro-
ste do wykonania, w przypadku uzie-
mień sztucznych powinniśmy dążyć
do ograniczania ich liczby i jak naj-
lepiej chronić je przed korozją. Naj-
lepiej stosować wówczas połącze-
nia zagniatane lub w ostateczności
skręcane (61024-1-2). Elementy uzio-
mu pionowego muszą być chronio-

ne warstwą ochronną na powierzch-
ni uziomu oraz mieć połączenie z na-
stępnym odcinkiem uziomu, zapew-
niające odpowiednią wytrzymałość
mechaniczną i korozyjną, a przede
wszystkim dobre połączenie elek-
tryczne. Na te parametry uziomu
pionowego składanego mają wpływ
konstrukcja połączenia elementów
i sposób ochrony powierzchni. Pro-
ducenci uziomów stosują różne po-
łączenia

(rys. 1):

1. wciskane z dodatkowym elemen-

tem uszczelniającym (ołów),

2. wtłaczane, gdzie dokładność wy-

miarowa elementów jest duża,

3. gwintowane, gdzie nagwinto-

waną część uziomu wkręca się
w gwintowany otwór następnego
elementu,

4. gwintowanych końców uziomów

tulejką gwintowaną,

5. zagniatane na stożkach samoha-

mownych.
Wszystkie uziomy są zaostrzone,

umożliwia to łatwiejsze wciśnięcie
ich w grunt. Niektóre mają dodatko-
wo grot prowadzący. O ile w uziomach
pomiedziowanych grot o zwiększo-
nej średnicy ma znaczenie, bo chro-
ni warstwę miedzi, to w uziomach
cynkowanych ogniowo nie jest to tak
ważne. Zwiększenie średnicy uziomu
powoduje, że siła potrzebna do jego
wbicia musi być większa. Nawet nie-
wielki wzrost średnicy uziomu skut-
kuje sporym przyrostem siły pogrą-
żania, którą muszą przenieść połącze-

nia (zamki) uziomów. Są one nara-
żone na wielokrotne uderzenia mło-
ta. Połączenia gwintowane nie najle-
piej znoszą tego typu naciski. Styka-
jące się powierzchnie płaskie ulegają
sklepaniu i nawet najmocniej skręco-
na nakrętka elementu uziomu ulega
rozluźnieniu. W celu zminimalizowa-
nia tego negatywnego zjawiska pro-
ducenci zalecają smarowanie gwintu
specjalnymi pastami, aby uszczelnić
go przed wilgocią.

Takich trudności nie mają pro-

ducenci, którzy w swoich rozwiąza-
niach stosują zamki zaciskowe. Ich
użycie nie powiększa średnicy uzio-
mu, dzięki czemu osiągamy łatwiej-
sze pogrążanie i mniejsze siły przeno-
szone przez zamek. Najprościej wyko-
nać zamek jako luźny z wkładką oło-
wianą, która uszczelnia połączenie,
trudniejszym zamkiem jest połącze-
nie wciskane, przy którym trzeba za-
chować spore dokładności wymiaro-
we kształtowe. Te połączenia mają
wiele zalet, jeżeli uziom jest ocynko-
wany. Zerwana miejscowo warstwa
cynku nie powoduje przyśpieszonej
korozji, o ile wymiary długości zam-
ka są tak dobrane, że powierzchnie
czołowe zostały dociśnięte. Pracu-
jący młot sklepuje stykające się po-
wierzchnie, ale nie powoduje poluzo-
wania elementów. Uziomy z zamkiem
wciskanym lub wtłaczanym nie mogą
być wykonywane jako pomiedziowa-
ne, bo w tych połączeniach wystę-
puje miejscowe zniszczenie powłoki

ochronnej miedzi w czasie wbijania,
co jest katastrofą dla uziomu pokry-
tego miedzią.

Ostatni rodzaj połączenia – zgnia-

tane na stożku samohamownym, po-
zbawiony jest wymienionych wad.
W czasie wbijania nie następuje znisz-
czenie powłoki ochronnej cynku. Po-
łączenie jest absolutnie szczelne, dla-
tego nie musimy stosować uszczelnia-
czy, wręcz przeciwnie, powierzchnie
styku powinny być czyste. W czasie
wbijania stożek Morse’a zapewnia za-
chowanie pionu uziomu, a ewentual-
ne odchylenie – o co łatwo przy nie-
jednorodnym gruncie – nie powodu-
je rozszczelnienia zamka.

Kiedy mówimy o konstrukcyjnych

rozwiązaniach zamków, powinniśmy
założyć, że będą pracowały w moż-
liwie najgorszych warunkach, tzn.
uziom w czasie pogrążania zejdzie
z osi i zamki będą musiały przenosić
również moment zginający. Może to
prowadzić do rozszczelnienia. Ponie-
waż brak jakichkolwiek badań na ten
temat, należy tylko przypuszczać, że
w trudnych warunkach sprawdzą się
zarówno zamki wtłaczane, jak i te za-
gniatane na stożkach samohamow-
nych. Zamki pasowane luźno i na
gwintach mogą ulec rozszczelnieniu,
gdy będą musiały przenosić zmienne
momenty gnące. Warto wspomnieć
o ważnej cesze uziomów o jednako-
wej średnicy. Na całej długości styka-
ją się one z gruntem i ewentualne wy-
boczenia pręta są wówczas utrudnio-

Kiedy dzielimy uziomy na naturalne i sztuczne, zwykle nie zastanawiamy się nad trwa-

łością tych pierwszych. W czasie układania zbrojenia fundamentów wystarczy przypil-

nować, aby pracownicy trwale połączyli pręty zbrojeniowe (najlepiej przez spawanie)

i wyprowadzili na zewnątrz przewody uziemiające. Wówczas po zalaniu fundamentu be-

tonem problem korozji uziomu naturalnego znika.

w w w. e l e k t r o . i n f o . p l

n r 5 / 2 0 0 5

ne. Najgorzej wypadają uziomy o nie-
jednakowej średnicy (zamki gwintowa-
ne z tulejkami) Pręt jest usztywniony
na obu końcach, natomiast środkowa
część może się w granicach poszerzo-
nego otworu swobodnie wybaczać. Po-
wstające przy tym odkształcenia amor-
tyzują siły wbijania, skutecznie utrud-
niając pogrążanie. Momenty gnące na
zamkach tego typu uziomów są naj-
większe. Producenci tego typu uzio-
mów zalecają zatem stosowanie spe-
cjalnych urządzeń do pogrążania.

Trwałość uziomów zależy też od

zabezpieczenia antykorozyjnego po-
wierzchni (wyróżniamy uziomy ocyn-
kowane i pomiedziowane). Powłoki
antykorozyjne nie powinny być ba-
dane w „wyidealizowanych” warun-
kach laboratoryjnych. Musimy zało-
żyć, że uziom będzie pracował w mak-
symalnie trudnych warunkach, a więc
w czasie pogrążania uziom zostanie
odchylony od pionu i zarysowany na
swojej długości tak, by rdzeń pręta
był odkryty. Należy sądzić, że często
tak się dzieje. Nie można zakładać, że
wbijemy uziom idealnie prosto i że
nie uszkodzimy w żadnym miejscu
jego powłoki, zwłaszcza, gdy powłoka
jest miękka (dotyczy to zarówno cyn-
ku, jak i miedzi). Zniszczenie na pew-
nej długości powłoki ochronnej mie-
dzi lub cynku to dwa różne problemy.
Podczas procesu niszczenia powstaje

korozja elektrochemiczna, której szyb-
kość i intensywność działania jest zu-
pełnie różna w zależności od materia-
łu, z którego wykonana jest powłoka.
Gdy rdzeń stalowy pokryty jest cyn-
kiem, to w pierwszej kolejności roz-
puszczony będzie cynk – z niewielką
intensywnością, bo żelazo i cynk są
niedaleko od siebie w szeregu elek-
trochemicznym metali, poza tym po-
wierzchnia odsłoniętego rdzenia jest
wielokrotnie mniejsza od powierzchni
powłoki cynkowej. Po całkowitym roz-
puszczeniu cynku zacznie się korozja
stalowego rdzenia. Zupełnie inaczej
będzie, gdy zrobimy rysę na powłoce
miedzianej na rdzeniu stalowym.

Te dwa metale są daleko od siebie

w szeregu elektrochemicznym meta-
li. W pierwszej kolejności korozja do-
tknie stalowego rdzenia i będzie ona
o wiele bardziej intensywna, ponie-
waż różnica potencjałów jest więk-
sza, a powierzchnia katody (powłoki
miedzianej) jest duża. Szybki ubytek
żelaza spowoduje przerwanie rdzenia
i nagłą utratę rezystancji uziemienia.
Opisany przypadek jest wytłumaczo-
ny w każdym podręczniku chemii czy
elektrochemii.

Obecne normy polecają zwrócić

szczególną uwagę, gdy próbujemy łą-
czyć ze sobą metale o różnej galwanicz-
nej aktywności. Wystarczy przywołać
normy PN-IEC 61024 i 1-2 (§ 5.2.1). Każ-

dorazowe stosowanie uziomów po-
miedziowanych powinno być poprze-
dzone dokładną analizą przypuszczal-
nych zagrożeń ich pracy. Producenci
uziomów pomiedziowanych stosują
groty o większej średnicy niż średnica
rdzenia. Uważają, że przyczynia się to
do zmniejszenia zagrożenia zniszcze-
nia powłoki pomiedziowanej i chro-
ni szpic uziomu przed uszkodzenia-
mi mechanicznymi powłoki antyko-
rozyjnej. Milczeniem pomijają większe
trudności w pogrążaniu uziomu oraz
niebezpieczeństwo rozszczelnienia
połączenia, a także szybką utratę rezy-
stancji, gdy zarysowana będzie powło-
ka miedziana. Uważają też, że utwar-
dzony grot łatwiej wbijać w glebę.

Producenci uziomów ocynkowa-

nych zakładają, że powłoka ochronna
może ulec uszkodzeniu, ale wobec wol-
no postępującej korozji przewaga uzio-
mu o jednakowej i mniejszej średni-
cy utrzyma się. Norma 61024-1-2 § 5.21
wyraźnie zresztą stwierdza, że powin-
no się unikać kontaktu metali o zasad-
niczo różniącej się elektrochemicznej
lub galwanicznej aktywności. Powyższa
norma nie stwierdza jednoznacznie, że
połączenie Fe / Cu jest niedobrym roz-
wiązaniem, ale wyraźnie zmusza wyko-
nawcę do przeanalizowania połączeń
tego typu pod kątem trwałości.

Zamki wtłaczane i zagniatane prze-

noszą mniejsze siły i trudniej ulegają
rozszczelnieniu. Uziomy można wbi-
jać bez specjalistycznych przyrządów
i przede wszystkim mierzyć rezystan-
cję w trakcie pogrążania, co nakazuje
norma 61024-1-2 (§ 3.3.4) - niemożliwe
w uziomach o różnej średnicy (tulej-
ki gwintowane). Mowa w niej również
o rzadszym stosowaniu uziomów głę-
binowych § 2.4.4.4. W uziomach pro-
mieniowych zalecane głębokości są
niewielkie, co zapewne jest przyczy-
ną tego, że prawie wszyscy producen-
ci uziomów ocynkowanych zrezygno-
wali z utwardzanych grotów. Tylko je-
den stosuje w uziomie prowadzącym
kute ostrze, które oprócz zwiększonej
nieco twardości ma jeszcze jedną zale-
tę, tuż za ostrzem średnica pręta nie-
znacznie rośnie – niewiele więcej niż
grubość warstwy antykorozyjnej, co

minimalnie lepiej chroni boczną war-
stwę cynku.

Ostatnim elementem wpływającym

na trwałość uziomu jest jego połącze-
nie z przewodem uziomowym. Wspól-
ną cechą stosowanych przez wszyst-
kich złącz i uchwytów jest koniecz-
ność dodatkowego zabezpieczenia złą-
cza przed wilgocią. Zasada zaciśnię-
cia jest wszędzie podobna. Niektórzy
producenci mają w ofercie połączenie
egzotermiczne, jednak mimo wszyst-
kich jego zalet, jest ono dość kosztow-
ne. Jeden z producentów stosuje za-
strzeżony wzór połączenia z bednar-
ką. Jest to identyczne połączenie jak
między pionowymi odcinkiem uzio-
mu, oparte na stożku samohamow-
nym Morse’a. Oprócz błyskawiczne-
go połączenia z kilkumetrowej długo-
ści taśmą uziomową ma wszystkie za-
lety zamka na stożku samohamow-
nym, jest szczelne, trwałe i nie wyma-
ga jakiegokolwiek zabezpieczenia an-
tykorozyjnego. Jako materiał na uzio-
my stosuje się stal węglową konstruk-
cyjną zwykłej jakości o Rm 400÷600
MPa (wytrzymałość na rozciąganie),
są to stale od St3 do St5. Materiałem,
który najlepiej spełnia wszystkie ce-
chy mogące wpłynąć na trwałość uzio-
mu jest stal nierdzewna i kwasood-
porna np. 1H18N9T(M), tzw. 321 w
nomenklaturze europejskiej, w Pol-
sce nieprodukowana. Uziomy wyko-
nywane z tej stali są trwałe, lecz nie-
stety drogie. Częściej stosowana jest
niewiele tańsza stal nierdzewna, np.
0H18N9 lub mniej trwalsze stale chro-
mowe np. 2HI3.

reklama

A.H. sj Hardt i Wspólnicy

30- 668 Kraków

ul. Polonijna 1

tel. / faks (0-12) 658 66 88

tel. 0602 357 755

www.ah.com.pl

Rys. 1 Rozwiązania konstrukcyjne uziomów