Różnice w projektowaniu sieci z tworzyw sztucznych w porównaniu z sieciami z materiałów tradycyjnych (7)

Przy projektowaniu sieci kanalizacyjnych sanitarnych, ogólnospławnych oraz deszczowych,   

Zobacz artykuł w wersji pdf

z materiałów tradycyjnych oraz z tworzyw sztucznych ułożonych w gruncie, zakłada się, że temperatura wyjściowa przyjmowana do obliczeń wytrzymałościowych wynosi 20ºC. W praktyce dla przewodów ułożonych w gruncie temperatura na głębokości 1-2 m nie przekracza 10ºC, a tym samym wytrzymałość przewodów jest jeszcze większa niż wynika z wartości MRS dla danego materiału (wyznaczanego w temperaturze 20ºC). W przypadku sieci wykonanych z materiałów tradycyjnych temperatura nie wpływa na zmianę wytrzymałości.

Dla sieci z tworzyw sztucznych należy uwzględnić wpływ temperatury na wytrzymałość przewodów, jeżeli przy stałym przepływie temperatura jest wyższa niż 20ºC. Zarówno ciśnienie robocze, jak i okres trwałości rurociągów zależne są od temperatury medium przesyłanego rurociągami. Im wyższa jest temperatura pracy, tym okres trwałości przy danym ciśnieniu ulega skróceniu.

Projektując rurociągi z PE oraz PVC-U do pracy w wyższych temperaturach niż 20ºC, należy stosować współczynniki redukcji ciśnienia. Ich właściwe stosowanie pozwala na bezawaryjną pracę rurociągu w wyższych temperaturach, przy zapewnieniu mu takiego okresu trwałości, jaki posiadałby, pracując w temperaturach 20ºC (tzn. ponad 50 lat). W przypadku, gdy system przewodów rurowych z PE oraz PVC-U działa w sposób ciągły (w stałej temperaturze wyższej niż 20ºC, aż do 45ºC), mogą mieć zastosowanie współczynniki obniżenia ciśnienia [2], [3].

W przypadku, gdy temperatura robocza znajduje się pomiędzy wymienionymi przedziałami, to zgodnie z ISO 13761 współczynniki można obliczyć przez interpolację. Dozwolone ciśnienie eksploatacyjne (PFA) jest wyznaczane z następującego równania:

PFA = fT * fA * PN,

gdzie:

fT – współczynnik obniżania ciśnienia,

fA współczynnik obniżania (podwyższania) w zależności od aplikacji (dla przesyłania wody fA = 1),

PN – ciśnienie nominalne.

Przy projektowaniu sieci z tworzyw układanych nad gruntem należy sprawdzić, czy poziom naprężeń rozciągających, wywołanych zmianą temperatury rurociągu w ściankach przewodu, nie będzie przekraczał maksymalnych wartości dla danego materiału w przypadku pracy w warunkach bezciśnieniowych lub ciśnieniowych. Naprężenia te () można obliczyć z następującego wzoru:

s = a * E * Dt,

gdzie:

s – naprężenia normalne [MPa],

a – współczynnik rozszerzalności liniowej [K-1],

E – moduł sprężystości [MPa],

Dt – różnica temperatur (Dt = t1 – t2) [ºC],

t1 – temperatura otoczenia [ºC],

t2 – temperatura przy układaniu [ºC].

Założenie: s _< smax.

Przy projektowaniu przewodów układanych nad gruntem należy spełnić wymogi określone w normie [1]. Często wytrzymałość tworzyw jest przedstawiana na wykresach naprężenia w funkcji czasu. Należy zauważyć, że przy temperaturze 20ºC średnie naprężenia (σ) wynoszą 11,2 MPa i prognozowana trwałość rurociągów z PE100 wynosi powyżej 100 lat (MRS jest równy 10 MPa i nie spada poniżej tej wartości dla okresu przekraczającego 100 lat). Standardowo minimalna wymagana wytrzymałość MRS podawana jest dla okresu 50 lat i temperatury 20ºC.

Od czasu powstania w końcu lat 80. XX wieku pierwszych odmian bimodalnego polietylenu klasy PE100 odkryto wiele nowych odmian PE100 o wyższych parametrach wytrzymałościowych. Obecnie przewody wodociągowe oraz kanalizacyjne mogą być produkowane z PE100+, który spełnia

podwyższone wymagania w stosunku do obowiązujących norm europejskich (CEN), zwłaszcza w odniesieniu do odporności na pełzanie (Creep Rupture Strength), odporności na powolny wzrost pęknięć (Slow Crack Growth) i szybką propagację pęknięć (Rapid Crack Propagation).

Uwzględnienie odporności chemicznej Zgodnie z wymogami normy [4] podczas projektowania systemów kanalizacyjnych należy stosować takie materiały, które nie będą powodowały obniżenia trwałości sieci.

Przewody z tworzyw PP, PE, PVC-U, zgodne z normami [7], [8], [9], są odporne w szerokim zakresie odczynu pH na korozję spowodowaną działaniem między innymi ścieków komunalnych, wody deszczowej, powierzchniowej i gruntowej. W przypadku sieci przeznaczonych do przesyłania chemicznie zanieczyszczonych ścieków, np. ścieków przemysłowych, należy wziąć pod uwagę odporność chemiczną i temperaturową materiału, z którego wyprodukowano przewody. Informacje dotyczące odporności chemicznej materiałów PP, PE i PVC-U są podane w normie [5], a dotyczące materiałów uszczelnień gumowych w [6]. Przewody wykonane z żywic GRP oraz kamionki również posiadają dobrą odporność na ścieki komunalne, wody deszczowe, powierzchniowe i gruntowe. W przypadku sieci kanalizacyjnych wykonanych z betonu lub żelbetu liczne badania [10], [11], [12], [15] wskazują na niewystarczającą odporność na korozję chemiczną, fizyczną oraz biologiczną. Szczególnie szkodliwe są korozje ługujące, kwasowe oraz pęczniejące. Wycofane normy branżowe BN dopuszczały wyroby z betonu niskiej jakości o wytrzymałości klasy B-30 lub niższej, które nie spełniają wymaganych obecnie parametrów użytkowych [13], [14].

Alkaliczny odczyn betonu, spowodowany obecnością wodorotlenku wapnia Ca(OH)2, jest przyczyną korozji tego materiału w środowisku kwaśnym. Ze względu na dość znaczną rozpuszczalność wodorotlenku wapnia w wodzie środowisko wodne wywiera działanie korozyjne na beton, którego jednym z głównych składników jest cement portlandzki. Poza działaniem jako rozpuszczalnik woda ma znaczny wpływ na proces wietrzenia chemicznego, zwłaszcza gdy zawiera rozpuszczony CO2, sole i kwasy.

Standardowo średnica porów betonu (w przybliżeniu 70% makro- i 30% mikroporów) jest większa niż średnica cząstek wody. Nie zapobiega to jednak przenikaniu do wnętrza betonu cząsteczek o rozmiarach mniejszych, do których zaliczają się m.in. cząsteczki kwasów, olejów itp.

Jeżeli woda lub ścieki mają pH 6,5-5,5, to zgodnie z normą DIN 4030 jest to słaby stopień, przy pH 5,5-4,5 silny, a przy pH < 4,5 bardzo silny stopień oddziaływania korozyjnego na beton. Bardzo istotna jest też zawartość CO2, NH+4, Mg2+, SO2-4.

Zaprojektowanie zbyt małych spadków i prędkości przepływu może również wpłynąć bardzo niekorzystnie na warunki panujące w sieciach kanalizacyjnych betonowych. W warunkach zwiększonych oporów przepływu oraz małych spadkach zalegające osady mogą powodować zwiększenie korozji.

Studzienki kanalizacyjne Studzienki są niezbędnym elementem uzbrojenia sieci kanalizacyjnych i umożliwiają dostęp do przewodów oraz wykonanie niezbędnych czynności eksploatacyjnych. Podstawowe wymogi w zakresie projektowania oraz budowy studzienek zawarte są w normie [16] oraz [4], [18], [19]. Ze względów konstrukcyjnych studzienki wykonywane są jako prefabrykowane, monolityczne oraz murowane. Norma [16] dopuszcza wykonywanie uszczelnień połączeń kręgów studni również na zaprawę cementową. W wielu wypadkach takie rozwiązanie może być niewystarczające ze względu na konieczność zapewnienia szczelności na eksfiltrację i infiltrację. Dlatego też coraz częściej wprowadzane są zaostrzone wymagania w zakresie szczelności połączeń. Rzutuje to na konieczność stosowania uszczelek na wszystkich połączeniach.

Zgodnie z wymogami normy [17] dla studzienek, np. betonowych, należy stosować zabezpieczenia antykorozyjne. W przypadku studzienek stosowanych na sieciach kanalizacji sanitarnej oraz ogólnospławnej beton powinien spełniać wymogi podwyższonej odporności na ścieki oraz siarkowodór. Jest to szczególnie istotne, jeżeli sieć projektowana jest na małych spadkach i może dochodzić do okresowego zagniwania osadów. Norma DIN 4030 podaje parametry oddziaływania korozyjnego wód. Dlatego też przy projektowaniu sieci kanalizacyjnych z materiałów tradycyjnych (np. betonowych) projektant musi dysponować dokładnymi danymi o korozyjności wód i ścieków.

W przypadku sieci z tworzyw odpornych na korozję nie ma takiej konieczności. Studzienki z polimerobetonu oraz kamionki również posiadają wysoką odporność chemiczną.

Dla studzienek z tworzyw norma [18] oraz projekt normy europejskiej [19] nakładają obowiązek badania szczelności połączeń przy ciśnieniu 0,5 bara oraz podciśnieniu 0,3 bara. Tak wysokie wymogi, zwłaszcza w odniesieniu do badania na podciśnienie, zapewniają odporność połączeń na eksfiltrację i infiltrację ścieków. Jest to szczególnie ważne, gdy projektowana sieć będzie posadowiona pod wodą gruntową. Wymagania normatywne w zakresie zapewnienia szczelności studzienek z tworzyw są wyższe niż dla studzienek wykonanych z materiałów tradycyjnych, ponieważ połączenia studzienek z materiałów tradycyjnych nie są badane na szczelność przy podciśnieniu.

Karol Marzejon

Bibliografia:

1. PN-ENV 1046:2007 Systemy przewodów rurowych z tworzyw sztucznych. Systemy poza konstrukcjami budynków do przesyłania wody lub ścieków. Praktyka instalowania pod ziemią i nad ziemią.

2. PN-EN 12201-2:2004 Systemy przewodów rurowych z tworzyw sztucznych do przesyłania wody — Polietylen (PE) Część 2: Rury.

3. PN-EN 1452-2:2000 Systemy przewodowe z tworzyw sztucznych. Systemy przewodowe z niezmiękczonego poli(chlorku winylu) (PVC-U) do przesyłania wody. Rury.

4. PN-EN 476:2001 Wymagania ogólne dotyczące elementów stosowanych w systemach kanalizacji grawitacyjnej.

5. ISO/TR 10358. Klasyfikacja odporności chemicznej rur i kształtek z tworzyw sztucznych.

6. ISO/TR 7620 Rubber materials – Chemical resistance.

7. PN-EN 13476-3:2007 (U) Systemy przewodów rurowych z tworzyw sztucznych do bezciśnieniowej podziemnej kanalizacji deszczowej i sanitarnej — Systemy przewodów rurowych o ściankach strukturalnych z nieplastyfikowanego poli(chlorku winylu) (PVC-U), polipropylenu (PP) i polietylenu (PE) — Część 3: Specyfikacje dotyczące rur i kształtek z gładką wewnętrzną i profilowaną zewnętrzną powierzchnią oraz systemu typu B.

8. PN-EN 1852-1:1999/A1:2004 Systemy przewodowe z tworzyw sztucznych. Podziemne bezciśnieniowe systemy przewodowe z polipropylenu (PP) do odwadniania i kanalizacji. Wymagania dotyczące rur, kształtek i systemu.

9. PN-EN 1401-1 Systemy przewodowe z tworzyw sztucznych. Podziemne bezciśnieniowe systemy przewodowe z niezmiękczonego poli(chlorku winylu) (PVC-U) do odwadniania i kanalizacji. Wymagania dotyczące rur, kształtek i systemu.

10. M. Gruener, Korozja i ochrona betonu, Warszawa 1983.

11. W. Piasta, Korozja chemiczna betonu pod długotrwałym obciążeniem. Cement – Wapno – Beton, 1999 nr 6.

12. D. Starościak i in., Mikrobiologiczna korozja siarczanowa żelbetowych kolektorów na ścieki komunalne, „Inżynieria i Budownictwo”, 1993 nr 8.

13. PN-EN 1917 Betonowe studzienki włazowe i kontrolne niezbrojone i zbrojone włóknem stalowym.

14. K. Marzejon, Beton kontra tworzywo, „Magazyn Instalatora” 2006 nr 6.

15. C. Madryas, A. Kolonko, L. Wysocki, Konstrukcje przewodów kanalizacyjnych, Wrocław 2002.

16. PN-B-10729 Kanalizacja. Studzienki kanalizacyjne.

17. PN-92/B-10735 Kanalizacja. Przewody kanalizacyjne. Wymagania i badania przy odbiorze.

18. PN-EN 13598-1:2005 Systemy przewodów rurowych z tworzyw sztucznych do podziemnej bezciśnieniowej kanalizacji deszczowej i sanitarnej — Nieplastyfikowany poli(chlorek winylu) (PVC-U), polipropylen (PP) i polietylen (PE) — Część 1: Specyfikacje techniczne kształtek pomocniczych wraz z płytkimi studzienkami inspekcyjnymi.

19. prEN 13598-2:2006 Plastics piping systems for non-pressure underground drainage and sewerage – Unplasticized poly (vinyl chloride) (PVC-U), polypropylene (PP) and polyethylene (PE) – Part 2 : Specifications for manholes and inspection inspection chambers in traffic areas and deep underground installations.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij