«100 års levetid for nye VA-ledninger av plast»

Transkript

1 Driftsassistansen Møre og Romsdal VA-konferansen i Møre og Romsdal Ålesund, 24. mai 2018 «100 års levetid for nye VA-ledninger av plast» Gunnar Mosevoll, Skien 29. mars 2012: En ny rørledning av plast blir trukket inn i en vannledning fra Vil den nye ledningen holde i minst 100 år? Gammel ledning Ny ledning: DN 315 PE 100 SDR 11 Utvendig kappe av PP Gammel ledning: DN 330 Grått støpejern 1 Moere-Romsdal_VA-konferansen 2018_24 mai 2018_Plastroer levetid 100 aar_gmo_ pptx 1

2 «100 års levetid for nye VA-ledninger av plast» Denne stikkrenna av naturstein er allerede mer enn 100 år. Nye rør av betong og plast blir minst 100 år; hvis vi følger gode regler. 2

3 Innhold Del 1: Kan vi oppnå 100 års levetid for utvendige vann- og avløpsledninger av plast? Store framskritt status for materialer, produksjonsmetoder og skjøting Problemer Del 2: I. Norsk vanns utredninger om rørmaterialer II. Hvorfor krav om minst 100 års levetid for nye VA-ledninger? III. Hvordan svikter VA-ledningene? IV. Brudd i vannledninger (trykkledninger): Følger og forebyggende tiltak V. Dimensjonering av trykkløse avløpsledninger VI. Dokumentasjon av levetid for ulike rørtyper VII. Hvor godt er «Minst 100 års levetid» dokumentert? VIII. Overforbruk av plast? 3

4 Del 1: Kan vi oppnå 100 års levetid for utvendige vann- og avløpsledninger av plast? Store framskritt status for materialer, produksjonsmetoder og skjøting Problemer 4

5 Kan vi oppnå 100 års levetid for utvendige vann- og avløpsledninger av plast? To anlegg på E134 mellom Kongsberg og Hokksund i 2017: Stål: E-modul er ikke avhengig av materialspenning og av lastens varighet: Vanlig dimensjonering Polyetylen: T E-modul synker med økende materialspenning og med økende varighet av lasten. Stikkrenne av polyetylen, konstruert rørvegg, diameter 2,0 m (anslag) og overdekning om lag 1 m (anslag). Krevende dimensjonering for 100 års levetid! 5

6 Elastisk og plastisk tøyning Elastisk Plastisk Varig, plastisk tøyning

7 Tøyningen øker med økende temperatur Når temperaturen stiger: E-modulen avtar Strekkfastheten avtar 7

8 E-modul og strekkfasthet avtar med økende varighet av lasten

9 Kan vi oppnå 100 års levetid for utvendige vann- og avløpsledninger av plast? Vi kan oppnå 100 års levetid for utvendige vann- og avløpsledninger av plast. Store framskritt status for materialer, produksjonsmetoder og skjøting: Rørmaterialene PEH, PVC-U, PP-B-HM er gode. Produksjonsmetodene er gode. Metoder og regler for installasjon og skjøting er gode, men det er mange eksempler på at reglene ikke blir fulgt. 9

10 Kan vi oppnå 100 års levetid for utvendige vann- og avløpsledninger av plast? Vi kan oppnå 100 års levetid for utvendige vann- og avløpsledninger av plast. Problemer: Flere av NS-EN-standardene beskriver rør som neppe vil nå 100 års levetid. Dvs. : En NS-EN-standard gir ingen garanti for 100 års levetid. Flere av NS-EN-standardene mangler krav som vil sikre at 100 års levetid blir nådd. Framdriften i arbeidet med å forbedre standardene er delvis svært dårlig. 10

11 Kan vi oppnå 100 års levetid for utvendige vann- og avløpsledninger av plast? Vi kan oppnå 100 års levetid for utvendige vann- og avløpsledninger av plast. Problemer: For flere rørtyper er det for dårlig dokumentasjon av 100 års levetid. Kan deles i følgende grupper: Mindre svakheter: Vesentlige svakheter: Alvorlige svakheter: Dokumentasjonen kan forbedres. Dokumentasjonen kan forbedres. Det vil neppe bli mulig å dokumentere 100 års levetid. God dokumentasjon av rørtypenes styrke-egenskaper er nødvendig for å stille gode krav i standardene. Dårlig anleggsarbeid kan skade gode rør så mye at 100 års levetid ikke blir nådd. 11

12 Plastmaterialene har blitt bedre «Materialstyrke» PVC-U trykkrør PP avløpsrør PE trykkrør Plastmaterialene er blitt langt bedre enn for 50 år siden. Kunnskapen om endringene i «materialstyrke» er viktig når en skal forvalte det eksisterende ledningsnettet (Når må trykkrør av PVC-U lagt før 1980 fornyes?) Erfaringene fra de eldste plastrørene kan være vanskelig å utnytte i bedømmingen av dagens, nye plastrør. 12

13 Vegen videre mot minst 100 års levetid Det finnes både gode og dårlige plastrør. Selv det beste plastrøret kan skades alvorlig under legging. Hvordan blir vegen mot «minst 100 års levetid»? 13

14 Viktige anbefalinger for vegen fram mot gode og sikre valg av rørkvalitet Plast er et komplisert rørmateriale, og det finnes både gode og dårlige materialkvaliteter og tekniske løsninger. Det er derfor viktig å ikke fire på materialkravene. Norske kommuner og Statens vegvesen bør bruke sin markedsmakt til å motivere: Norsk standard og den europeiske standardiseringsorganisasjonen CEN til å stille strengere materialkrav i standardene for VA-rør Rørprodusentene til bedre dokumentasjon av langtids materialegenskaper. I Østerrike er markedsføringen av avløpsrør noe mer «direkte» enn i Norge: Finger weg von Billigrohren im Kanalbau! Greifen Sie zu Top-Qualität für Generationen! Fra nettsiden til Pipelife Österreich 14

15 Del 2: I. Norsk vanns utredninger om rørmaterialer II. Hvorfor krav om minst 100 års levetid for nye VA-ledninger? III. Hvordan svikter VA-ledningene? IV. Brudd i vannledninger (trykkledninger): Følger og forebyggende tiltak V. Dimensjonering av trykkløse avløpsledninger VI. Dokumentasjon av levetid for ulike rørtyper VII. Hvor godt er «Minst 100 års levetid» dokumentert? VIII. Overforbruk av plast? 15

16 16

17 Oversikt over foredragets Del 2: Detaljer og forutsetninger Norsk vanns utredninger om rørmaterialer Hvorfor krav om minst 100 års levetid for nye VA-ledninger? Hvordan svikter VA-ledningene? Brudd i vannledninger (trykkledninger): Følger og forebyggende tiltak. Dokumentasjon av levetid for ulike rørtyper: Trykkrør av PE og PVC Avløpsrør med ensartet rørmateriale og jevn veggtykkelse Avløpsrør med konstruert rørvegg: Tolags rørvegg (DV-rør) Avløpsrør med konstruert rørvegg: Trelags rørvegg Kilder: Norsk vanns kommende rapport: «Plastrør for vannforsyning og avløp: Hvordan skal vi oppnå 100 års levetid?» Tolkningen av denne rapporten i dette foredraget står for foredragsholderens ansvar. 17

18 18

19 I. Norsk vanns utredninger om rørmaterialer Rør av plast Stor vekt på termoplast Termoplast: Polyetylen PE Polyvinylklorid Polypropylen PVC-U PP Mindre vekt på fiberarmert plast. støpejern duktilt eller seigt støpejern betong uarmert eller armert 19

20 Norsk Vanns utredninger om rørmaterialer Norsk vann har gjennomført noen utredninger om rørmaterialer: 20

21 Norsk Vanns utredninger om rørmaterialer Rapport 158:2008 «Termoplastrør i Norge Før og nå» gir en oversikt over 50 års bruk av termoplastrør og erfaringer. Rapporten viste at det var vesentlige mangler i vår kunnskap om dimensjonering for minst 100 års levetid. I 2012 ble det derfor satt i gang et utredningsprosjekt som skulle legge vekt på dimensjonering i forhold til minst 100 års levetid. 21

22 Norsk Vanns utredninger om rørmaterialer Rapport 173:2010 «Veiledning i bruk av duktile støpejernsrør» tok utgangspunkt i : Endringer av NS-EN 545: Beregning av veggtykkelse (fra K-faktor til C-faktor) En av rørfabrikantenes ønske om å redusere veggtykkelsen for vanlig bruk Usikkerhet i valg av korrosjonsbeskyttelse. Krav om minst 100 års levetid Det produseres fortsatt rør med veggtykkelse svarende til K9, og det er derfor planlagt å oppdatere rapporten. 22

23 Norsk Vanns utredninger om rørmaterialer Norsk Vanns rapport 238:2018 «Plastrør for vannforsyning og avløp: Hvordan skal vi oppnå minst 100 års levetid?» er nå under trykking. For deg som vil bruke litt tid på å lære seg om plastrør og forventet levetid! 23

24 Norsk Vanns utredninger om rørmaterialer Tidlig i 2016 startet Norsk Vann et prosjekt om bruk av betongrør. Viktige emner: Dagens betongrørsteknologi og aktuelle bruksområder Krav om minst 100 års levetid Rapporten blir ferdig i løpet av I 2017 startet Norsk Vann et prosjekt om valg av ledningsmateriale. Viktige emner: Funksjonskrav til VA-ledninger Sammenligning av rørmaterialer og rørtyper Praktiske råd ved valg av rørmateriale og rørtype Rapporten blir ferdig i løpet av

25 25

26 II. Hvorfor krav om minst 100 års levetid for nye VA-ledninger? Levetiden til en VA-ledning: Hva mener vi med det? Mål for levetid for VA-ledninger: Minst 100 år Kunnskap om forventet levetid: Når trenger vi den? 26

27 Hva mener vi med levetiden til en VA-ledning? Levetid Satt i drift Fornyes/ Skiftes ut/ Legges ned Nye VA-ledninger på nye steder forsterker og effektiviserer VA-nettet Utgåtte vannledninger av grått støpejern 27

28 Hva mener vi med levetiden til en VA-ledning? Levetid Satt i drift Fornyes/ skiftes ut/ legges ned Men en VA-ledning er vanligvis reparerbar Antall svikt/ reparasjoner «Barnesykdommer» må unngås 0 Vanlig drift (ingen eller få svikt) Utsliting T (stadig hyppigere svikt) 28

29 Mål for levetid for VA-ledninger : Minst 100 år Hvorfor setter vi dette målet: Det koster < 5 % i økte anleggskostnader å forlenge levetiden fra 50 til 100 år. Gjennomsnittskostnaden over 100 år reduseres med minst 40 %. Det er lite sannsynlig at den teknologiske utviklingen vil bli så stor at dagens nye VA-ledninger bør fornyes før de blir 100 år. Det er mulig å bygge VA-ledninger slik at tiden fram til første svikt blir lengre enn 90 år. Det er mulig å bygge VA-ledninger slik at utslitingstiden blir tilstrekkelig lang. Trykkrør: Det er mulig å velge materiale og dimensjonerende spenning slik at følgeskadene ved ledningsbrudd ikke blir for store. 29

30 Kunnskap om forventet levetid: Når trenger vi den? Levetid Satt i drift Fornyes/ Skiftes ut/ Legges ned år Når rørmateriale / rørtype skal velges for en ny ledning Når forventet restlevetid til en VA-ledning skal fastsettes Materialkunnskap om plastrør lagt etter 1970 bør være tilgjengelig 30

31 31

32 III. Hvordan svikter VA-ledningene? Ruster hull Sprekker (mer eller mindre kombinert med rust / tæring) Deformeres /flatklemmes Tøyes: Rørdiameter øker Skades ved seinere graving langs ledningen 32

33 4. Kunnskap om forventet levetid for VA-ledninger av termoplast: Hvordan svikter ledningene? Hvordan svikter VA-ledninger av termoplast: Ledninger av grått støpejern (uten god innvendig korrosjonsbeskyttelse) ruster: ND 325 fra 1892 (fotografert da den ble fornyet våren 2012 Skien kommune) Prøve av samme vannledningen etter sandblåsing i 2009 (Breivoll inspection) Ledninger av termoplast ruster ikke, men ledninger av termoplast har andre materialegenskaper som det må tas hensyn til. 33

34 Kunnskap om forventet levetid: - Hvordan svikter ledningene? - Hvor lang er utslitingsfasen? Hvordan svikter trykkledninger av termoplast: Trykkledninger: Tverrbrudd / kort sprekk i lengderetning Lang sprekk i lengderetning /utsprunget flak Stor tøyning, som gjør reparasjon av brudd vanskelig Avløpsledninger: Stor deformasjon av rørtverrsnittet Korte sprekker Hvor lang er utslitingsfasen: Antall svikt/ reparasjoner 0 Vanlig drift Utsliting T 0,01 T 0,2 T Utslitingsfasen bør strekke seg over flere år, dvs. ikke for tett mellom bruddene. 34

35 Kunnskap om forventet levetid for VA-ledninger : Hvordan svikter ledningene? Hvordan svikter VA-ledninger av termoplast: Trykkledninger: Sakte sprekkvekst og brudd, eller Varmealdring / kjemisk brudd, eller For stor tøyning og for kostbar reparasjon Blir det vanskelig å sveise et PE-rør fra 2017 med et rør fra 2067? Sakte sprekkvekst og brudd: Sprekken starter i en mikroskopisk svakhet i rørveggen. Sprekken vokser sakte. Når sprekklengden når en kritisk verdi, vokser sprekken gjennom rørveggen i løpet av noen få sekunder. 35

36 Kunnskap om forventet levetid for VA-ledninger : Hvordan svikter ledningene? Hvordan svikter VA-ledninger av termoplast: Avløpsledninger: (trykkløse ledninger) For stor deformasjon, eller Sakte sprekkvekst og brudd, eller Varmealdring / kjemisk brudd Både trykkledninger og trykkløse ledninger: ledningen Skader pga. graving nær Deformasjon av trykkløs ledning: 36

37 Termoplastrør - Bruddtyper I plastkonstruksjoner kan vi ha tre typer brudd: Seige brudd (ikke aktuelt for vanlig dimensjonerte ledninger) Sprø brudd (gjerne 1 vesentlig sprekk som vokser) Varmealdring / kjemisk brudd (kan være flere, vesentlige sprekker som vokser) 37

38 Termoplastrør - Bruddtyper I 38

39 Termoplastrør - Seigt brudd I. Seigt brudd: 1. Strekkspenningen gir elastisk og plastisk tøyning. 2. Til slutt blir tøyningen så stor at røret deformeres raskt, og det blir brudd i rørveggen. Seige brudd er ikke vanlig ved vanlig drift av VA-ledninger. 39

40 Termoplastrør - Sprø brudd II. Sprø brudd (sakte sprekkvekst): 1. Strekkspenningen fører til at det dannes en svært liten sprekk, som vokser svært sakte. 2. Når sprekken har vokst til en kritisk lengde, vokser sprekken svært raskt og gir brudd i rørveggen. Sprø brudd er vanlig ved vanlig drift av VA-ledninger. 40

41 Termoplastrør - Kjemisk brudd / varmealdring III. Kjemisk brudd / varmealdring: 1. Kontakt med oksygen, andre oksiderende stoffer, eller UV-stråling kombinert med varme fører til at rørmaterialets innhold av stabilisatorer (for PVC-U) eller antioksidanter (for PE og PP) brukes opp. 2. Når innholdet av stabilisatorer eller antioksidanter, sprekker rørveggen opp. PE og PP er mest utsatt for kjemisk brudd/varmealdring. 41

42 Sakte sprekkvekst og store brudd Kjent fra grått støpejern 12. november 2009: Brudd i vannledning i Skien (Kapittelgata) DN 250 mm Grått støpejern Lagt i 1950 Langsgående sprekk Men både PE, PP og PVC-U sprekker 10. februar 2016: Brudd i ledning på Gulset, Skien, DN 225 mm PVC-U lagt Langsgående sprekk i hele rørets lengde på 5 m med en greinsprekk

43 Varmealdring / kjemisk brudd Eksempel på varmealdring / kjemisk brudd: Hesselbergs gate i Skien Foto tatt 9.juli 2011 Trekkerør for kabler fra 1980-tallet? Polypropylen av ukjent kvalitet DV-rør av PE DN 600 fra 1996 Trekkerør kabler Legging av trekkerør for fjernvarme i Lundegata. Trekkerørene for fjernvarme krysser under trekkerørene for kabler. 43

44 Egenskaper til VA-ledninger i drift Alle typer VA-ledninger: Hvordan tåler en ledning at det graves tett inntil ledningen? Skade januar 2017 DV-rør av PE DN 600 fra

45

46 Trykkrør av termoplast: Beregning av dimensjonerende strekkspenning

47 Rør av termoplast: Standtidskurver for brudd

48 Trykkrør av termoplast: Beregning av karakteristisk strekkspenning Log σ LPL 48

49 Trykkrør av termoplast: Beregning av dimensjonerende strekkspenning MRS 50 σ LPL

50 Termoplastrør Dimensjonerende spenning mot brudd Trykkrør: σ LPL 50 år Sikkerhetsfaktor C: PVC-U: 2,5 PE: 1,6 Fra σ LPL fastsettes karakteristisk materialstyrke MRS (ved 20 grader Celsius). (MRS 50 σ LPL ) Dimensjonerende materialspenning fastsettes ut fra ligningen σ D = MRS/C MRS-verdien korrigeres for temperatur, og for økning fra 50 til 100 år varighet. 50

51 Trykkledninger av plast - Rørtyper og dimensjonerende forhold 51

52 Trykkledninger av plast - Rørtyper og dimensjonerende forhold For trykkledninger av plast brukes i hovedsak: Rør av PVC-U Rør av PE Rør av GRP (glassfiberarmert polyester) Dimensjonerende forhold: PVC-U: Sprøbrudd (sakte sprekkvekst) Velg sikkerhetsfaktor C=2,5 for å oppnå 100 års levetid PE: For stor tøyning (diameteren vokser så mye at reparasjoner blir vanskelig) For PE 100 anbefales sikkerhetsfaktor 1,6 eller 2,0. DN 400 vurderes særskilt Kjemisk brudd (antioksidanter brukes opp) For de ledningene GRP: Sprøbrudd (sakte sprekkvekst), gjerne som følge av spenningskorrosjon (vanninntrenging) 52

53 Trykkledninger av PE med innvendig overtrykk: Rørdiameteren øker For stor deformasjon av ledningen pga. siging gjør det vanskelig å skjøte ledningen etter flere års driftstid: Diameteren på en trykkledning har over tid økt så mye at en standard muffe har for liten diameter til å passe. Dette gjelder i hovedsak PE-ledninger, som har lavest E-modul. I dag (2016) brukes mest PE 100. For å unngå for stor tøyning i trykkledninger anbefales det å bruke SDR 11 for nominelt trykk PN 10. For PE 100 gir SDR 11 en sikkerhetsfaktor C = 2,0. Eksempel: Strekkspenning σ = 5 N/mm 2 E-modul for lastvarighet 50 år: E 50 år = 150 MPa (N/mm 2 ) Tøyning etter 50 år: ε 50år = σ/e 50 år = 5/150 = 0,033 For et rør med utvendig diameter 200 mm vil utvendig diameter øke med 200 mm 0,033 = 6,6 mm Eksempler på stor tøyning i PE-ledninger, se: «Provtryckning Svenskt Vatten utvecklingsprojekt», Foredrag av Gunnar Bergsman på konferansen til 4S ledningsnät 2. oktober

54 Trykkledninger av plast - dimensjonering og levetid Sannsynlig levetid ved riktig dimensjonering og bygging: PVC-U: minst 100 år PE: minst 100 år (forutsetter lavt innhold av klor (på norsk nivå)), samt at tøyning ikke blir for stor GRP: år GRP krever riktig dimensjonering og omhyggelig legging. For stor tøyning og vanninntrenging må unngås.

55 55

56 Egenskaper til VA-ledninger i drift Vannledninger: Hvordan påvirkes drikkevannskvaliteten av rørmaterialet? Drikkevannsforskriften: 16.Materialer Vannverkseieren og eieren av internt fordelingsnett skal sikre at de materialene som kommer i kontakt med drikkevannet, er helsemessig trygge. Materialene skal ikke avgi stoffer til drikkevannet i helsefarlige mengder eller i mengder som bidrar til at drikkevannet blir mindre klart eller får framtredende lukt, smak eller farge. Om valg av godkjenningsordning: Vannrapport 127: Vannforsyning og helse. Veiledning i drikkevannshygiene, desember De fleste termoplastrør som brukes i Norge, godkjennes etter den danske ordningen «DK Vand». 56

57 57

58 VA-ledninger av termoplast - svakheter ved anleggsarbeidet kan redusere levetiden Eksempel på enkel kontroll av vinkelavvik i elektromuffesveis (PE 100 DN 180 SDR 11) Denne skjøten vil neppe holde i 50 år. Krav til avkjølingstid her: Minst 25 minutter j Skraping / reingjøring Vinkelavvik Avkjølingstid Om britiske erfaringer med elektromuffesveiser: Se foredrag av Edward Ingham på 4S Ledningsnätkonferansen i Stockholm 15. oktober 2014 Eksempel: Rørene kan være bra, men en dårlig utført elektromuffe kan svekke en PE-ledning vesentlig. Det tillates ikke mye vinkelavvik i elektromuffer. Det er som regel enkelt å finne ut om det er brukt verktøy for innspenning og sentrering (se fotoet ovenfor). Slikt utstyr er ikke brukt på anlegget vist på fotoet. 58

59 Elektromuffesveising: Følg reglene! 59

60 Elektromuffesveising: Følg reglene! Elektromuffesveis riktig montert: Fotoet fra 2012 viser at utstyr for sentrering og innspenning ikke trenger å være for komplisert. Når en del av PE-materialet smelter under sveisingen, vil innspenningsutstyret hindre at rørendene beveger seg. Er dette utstyret godt nok? 60

61 INSTA SBC EN January 2017 Minimum content of an installation manual for electro fusion fittings ANNEX D This annex forms part of the Specific Rules. 1. Check of incoming goods 2. Tolerances on pipes and electro fusion incl. ovality/out of roundness and if applicable, maximum gap 3. Weather conditions including temperature range with or without tent etc. 4. Recommended welding tool/equipment and if applicable, special equipment 5. Preparation of pipe ends using recommended scraper tools to remove contamination and oxidation 6. Welding procedure including: Insertion depth, Alignment of the pipe and the fitting/clamping equipment Re-rounding device for bigger pipe diameters Pre-heating, if applicable Heating and cooling time if not available on the fitting End control of the weld/assembly 61

62 Elektromuffesveising - Et lite utvalg av video-snutter som ligger på Internett

63 63

64 Strekkfaste skjøter i trykkrør av PVC-U: Hvor store riper tåler rørene? Strekkfast skjøt for rør av PVC-U: Den strekkfaste muffen av støpejern har «gripeflater» som lager riper i PVC-materialet. Nederlandske undersøkelser viser at PVC-U tåler riper langt dårligere enn PE. Vil disse ripene forkorte levetiden til røret av PVC-U? 64

65 65

66 IV. Brudd i vannledninger (trykkledninger): Følger og forebyggende tiltak 66

67 5. Kunnskap om forventet levetid: Bruddforløp i vannledninger (trykkrør) Hvordan brytes vannledninger ned? Rørmateriale Grått støpejern Seigt støpejern Stål (vanlig karbonstål) PVC-U PE, PP «Bruddforløp» Sakte sprekkvekst og sprøtt brudd Korrosjonshull (hullet vokser sakte) Korrosjonshull (hullet vokser sakte) Sakte sprekkvekst og sprøtt brudd Sakte sprekkvekst og sprøtt brudd eller «Kjemisk brudd» (oksidasjon og sprøtt brudd) Ved sakte sprekkvekst og sprøtt brudd: 1. Sprekken skapes og vokser sakte, gjerne over mange år. 2. Når sprekken har nådd kritisk størrelse tar det som regel mindre enn 1 minutt fra røret er helt tett til det det er full utlekking. Store brudd kan føre til trykkløst vannledningsnett. 67

68 Brudd i vannledninger: Følger og forebyggende tiltak Følger av brudd: Stor utstrømmende vannføring Deler av vannledningsnettet kan bli trykkløst Tiltak som forebygger trykkløst vannledningsnett: Ledningsnett i sløyfeform (tosidig vannforsyning) Velge rørmateriale som ikke gir lange sprekker For rør av et sprøtt ledningsmateriale: Prøv å unngå rør med stor diameter Tverrbrudd i vannledning januar 2014 Grått støpejern DN 150, anleggsår om lag 1955 God tosidig vannforsyning ingen fare for trykkløst ledningsnett Foto Karl Kristian Kleven, Skien kommune 68

69 Vannføringsmønster ved ledningsbrudd i fordelingsnett for vannforsyning - Et eksempel: Vannføring (m 3 /time) 395 Brudd starter Ventil lukket på den ene siden side Start ventillukking på den andre siden Den andre ventilen er stengt Tid Vannføring i et vannledningsnett forårsaket av en langsprekk i en vannledning av asbestsement (diameter 150 mm) i Skien (2. mai 2012). Overføringsledningen i dette området har høy kapasitet. Ekstra vannføring 270 m 3 /time (75 liter/sekund). Volum av lekkasjevannet: 300 m 3. Slike brudd er så store at det er umulig å unngå trykkløst nett nær bruddstedet. 69

70 Årsaker til høy vannføring i fordelingsnettet for vannforsyning Norske fordelingsnett for vannforsyning har vanligvis et vanntrykk mellom 30 og 80 meter vannsøyle. Tabellen nedenfor viser noen typiske verdier for vannføringen i lekkasjer i fordelingsnettet ved vannføring m vannsøyle. Mesteparten av fordelingsnettet er dimensjonert for brannslokking. Type lekkasje eller forbruk Vannføring (liter / sekund) En svært stor lekkasje i en stikkledning til en enebolig 3 5 Tverrbrudd i en vannledning av grått støpejern, diameter 100 mm 8 12 Langbrudd i en vannledning av grått støpejern, diameter 250 mm Langbrudd i en rørledning av asbestsement eller av PVC-U, 150 mm Brannslokking i boligområder Brannslokking ved hjelp sprinkleranlegg i næringsområder inntil 50 Spyling av vannledninger, vannhastighet 1,0 m/s, diameter 150 mm 18

71 Forebyggende tiltak mot undertrykk i fordelingsnettet: Eksempel A C Lekkasje B Hvis ledningsnettet er bundet sammen med ledningen A - B, vil trykket falle fra begge sider mot lekkasjen C Trykklinje B I et ledningsnett knyttet sammen i sløyfer strømmer vannet fra begge sider mot en stor lekkasje. Ventilene på begge sider av lekkasjen stenges ikke helt; noe som opprettholder overtrykk i ledningen inntil den er reparert.

72 Trykkrør av PVC-U - Bruddform Trykkrør av PVC-U produsert før om lag 1980: Vesentlig større bruddhyppighet enn for nyere rør. Store og lange brudd. Trykkrør av PVC-U produsert etter 1980: Langt bedre styring av produksjonen av rør Lavere bruddhyppighet enn tidligere. Hvor mye bedre er rørene blitt? Viktig å registrere brudd! Hvor store er bruddene? 72

73 73

74 V. Dimensjonering av trykkløse avløpsledninger Kriterier for dimensjonering: Deformasjonen må ikke bli for stor Langtids strekkspenning må ikke bli så stor at det blir sprekker i rørveggen (sakte sprekkvekst) Innholdet av stabilisatorer (PVC-U) eller antioksidanter (PE og PP) må være høyt nok til å forebygge varmealdring / kjemisk brudd 74

75 Trykkløse ledninger av plast - deformasjon og tøyning pga. jordlast Deformasjon d/d m av nedgravde, fleksible rør pga. jordlast. Beregnes gjerne ved hjelp av formler på følgende form: d/d m = K Q j / (SR + SS) (m/m) der: d = deformasjon (m) D m = midlere rørdiameter (m) (i rørveggens nøytralakse) Q j = jordlast (MPa) (1 MPa = 10 6 N/m 2 ) SR = rørets ringstivhet (MPa) (avhengig av rørmaterialets elastisitetsmodul E, og derfor av varigheten på jordlasten) SS = stivheten til omfyllingsmasser og fundament (MPa) K = konstant 75

76 Trykkløse ledninger: Samvirke mellom rørledning og jordlast Like etter igjenfylling av ledningsgrøften er det kun elastisk tøyning i rørveggen Etter 2 år (vanligvis 1 3 år) er den samlede tøyningen økt vesentlig på grunn av siging i rørveggen av plast: Den elastiske tøyningen er blitt mindre Den plastiske tøyningen er blitt større Etter 3 minutter har den elastiske tøyningen økt ε e1 til ε e1. Den plastiske tøyningen er da tilnærmet 0. Etter 2 år er den plastiske tøyningen økt fra 0 til ε p2, mens den elastiske tøyningen er redusert fra ε e2 til ε e1. 76

77 77

78 VI. Dokumentasjon av levetid for ulike rørtyper Dokumentasjon av levetid for ulike rørtyper: Trykkrør Avløpsrør med ensartet rørmateriale og jevn veggtykkelse Avløpsrør med konstruert rørvegg: Tolags rørvegg (DV-rør) Avløpsrør med konstruert rørvegg: Trelags rørvegg PE, PVC-U PVC-U, PP PE, PP PP, PVC-U Rør produsert i 2017 Det forutsettes at alle rør er merket Nordic Poly Mark eller tilsvarende («nordiske» krav til materialegenskaper, tredjepartskontroll) 78

79 Trykkrør av PVC-U (PVC 250) NS-EN ISO 1452:2009 er tilfredsstillende. Sannsynlig levetid på minst 100 år er godt dokumentert (sikkerhetsfaktor 2,5). Følsom for riper dypere enn 1 mm. Usikkerhet knyttet til store brudd og lange sprekker. Hvor mye bedre er dagens rør enn rør fra før 1980? Fra før 1990? 79

80 Trykkrør av PE (PE 100) NS-EN ISO 12201:2011/2013 er tilfredsstillende for PE 100. men kravet til innhold av antioksidanter bør forbedres. Sannsynlig levetid på minst 100 år er godt dokumentert (sikkerhetsfaktor 1,6 eller 2,0). Følsom for «dype» riper. E-modul ved høy strekkspenning i rørveggen er dårlig dokumentert. Inntil videre bør det derfor velges SDR 11 for vanntrykk inntil 10 bar. Viktig å kontrollere tøyningen (SDR 17 kan gi for stor tøyning). 80

81 Avløpsrør av PVC-U Forutsetter SN 8 og at reglene for legging av rør er fulgt. NS-EN 1401:2009 begrunner ikke øvre, tillatte grense for tilsetting av finmalt pulver av kalkstein. (Blir tilsettingen for høy, kan det øke bruddfaren) Det burde vært stilt krav til måling av sigefaktor (som i EN 13476). Nederlandske undersøkelser + driftserfaringer i 40 år i mange land viser at det er sannsynlig med levetid minst 100 år. 81

82 Avløpsrør av PP Rørdeler for avløpsrør av PVC-U produseres vanligvis av PP. Rapporten fra Teppfa (2014) viser at rørene sannsynligvis vil nå minst 100 års levetid, men standarden NS-EN 1852:2009 må forbedres i samsvar med anbefalinger i rapporten. 82

83 Avløpsrør av PE og PP (konstruert rørvegg med to lag) Hvor tykk er innerveggen? For små diametere er lagtykkelsen sannsynligvis for liten til at rørene får en levetid på minst 100 år. For store diametere er veggtykkelsen stor nok. Standarden NS-EN 13476:2007/2009 har viktige svakheter, og den må revideres i samsvar med anbefalingene i rapporten fra Teppfa (2014). 83

84 Dobbeltveggete rør : Øke lagtykkelse For å oppnå lengre levetid tilbyr enkelte rørfabrikker i Østerrike et tykkere innerlag. Hva er nødvendig? Nok et eksempel som illustrerer at standarden EN ikke er god nok. 84

85 Avløpsrør av PP og PVC-U (konstruert rørvegg med tre lag) PP DN 160 PP ND 315 Indre lag 1,2 mm? Ytre lag 0,8 mm? Ytre lag og indre lag: Vanlig PP-B-HM eller PVC-U Midtre lag: Skummet PP eller PVC-U tilsatt finmalt pulver av kalkstein NS-EN er ikke god nok. Det er ikke dokumentert at denne rørtypen vil holde i minst 100 år. Rørenes egenskaper bør dokumenteres i samsvar med tankegangen i rapporten fra Teppfa

86 86

87 Minst 100 års levetid? Vi kan oppnå 100 års levetid for utvendige vann- og avløpsledninger av plast. En viktig forutsetning er at de europeiske standardene tilpasses dette målet, slik at det er mulig å stille de riktige kravene. På de tre neste lysarkene er det belyst to krav til bedre dokumentasjon av plastrør, som bør tas inn i de respektive standarder 87

88 Særskilte krav til dokumentasjon av noen materialegenskaper Jordlast og rørets motstand mot sakte sprekkevekst i trykkløse avløpsrør: Det første lysarket deretter viser hvordan den elastiske tøyningen avtar med tiden. Rørveggens motstand mot sakte sprekkvekst skal være så stor at den elastiske tøyningen / strekkspenningen ikke fører til sakte sprekkvekst og brudd Innvendig vanntrykk og tøyning i trykkrør av PE: Det andre lysarket viser tøyningen i et trykkrør av PE etter 50 år varighet av det innvendige vanntrykket. Innvendig vanntrykk på 10 bar i et rør med DN 225 og SDR 11 vil gi en strekkspenning i ringretning på om lag 5 N/mm 2. Sikre tall for E-modulen ved strekkspenning 5 N/mm 2 er ikke lett tilgjengelig, og beregningen av tøyningen er derfor usikker. Gode opplysninger om E-modul bør være lett tilgjengelig. 88

89 Trykkløse ledninger: Samvirke mellom rørledning og jordlast Like etter igjenfylling av ledningsgrøften er det kun elastisk tøyning i rørveggen Etter 2 år (vanligvis 1 3 år) er den samlede tøyningen økt vesentlig på grunn av siging i rørveggen av plast: Den elastiske tøyningen er blitt mindre Den plastiske tøyningen er blitt større Etter 3 minutter har den elastiske tøyningen økt ε e1 til ε e1. Den plastiske tøyningen er da tilnærmet 0. Etter 2 år er den plastiske tøyningen økt fra 0 til ε p2, mens den elastiske tøyningen er redusert fra ε e2 til ε e1. 89

90 Trykkledninger av PE med innvendig overtrykk: Rørdiameteren øker For stor deformasjon av ledningen pga. siging gjør det vanskelig å skjøte ledningen etter flere års driftstid: Diameteren på en trykkledning har over tid økt så mye at en standard muffe har for liten diameter til å passe. Dette gjelder i hovedsak PE-ledninger, som har lavest E-modul. I dag (2017) brukes mest PE 100. For å unngå for stor tøyning i trykkledninger anbefales det å bruke SDR 11 for nominelt trykk PN 10. For PE 100 gir SDR 11 en sikkerhetsfaktor C = 2,0. Eksempel: Strekkspenning σ = 5 N/mm 2 E-modul for lastvarighet 50 år: E 50 år = 150 MPa (N/mm 2 ) Tøyning etter 50 år: ε 50år = σ/e 50 år = 5/150 = 0,033 For et rør med utvendig diameter 200 mm vil utvendig diameter øke med 200 mm 0,033 = 6,6 mm Eksempler på stor tøyning i PE-ledninger, se: «Provtryckning Svenskt Vatten utvecklingsprojekt», Foredrag av Gunnar Bergsman på konferansen til 4S ledningsnät 2. oktober

91 91

92 VII. Hvor godt er «Minst 100 års levetid» dokumentert? Innholdet i de tre neste lysarkene bygger på en tilsvarende presentasjon i Norsk Vanns rapport ; «Plastrør for vannforsyning og avløp: Hvordan skal vi oppnå minst 100 års levetid? Noen vil kanskje være uenig i disse konklusjonene, og en viktig hensikt med disse konklusjon er å skape en faglig diskusjon om dokumentasjon av «Minst 100 års levetid» 92

93 Kvalitet sett i forhold til dokumentasjon av «Minst 100 års levetid» Trykkrør av termoplast Materiale Dokumentasjon av råmaterialer Produksjon av rør Dokumentasjon av 100 års levetid for rørtypen Krav i standarden sett i forhold til 100 års levetid Hovedmateriale Forsterkning i kompositt PEH (PE 100) PVC U (PVC 250) Meget god Brukes ikke Meget god Meget god God Meget god Brukes ikke Meget god God God For PVC-U: Kunnskapen om bruddhyppighet og bruddform/størrelse for rør produsert etter 1980/1985 er utilstrekkelig. 93

94 Kvalitet sett i forhold til dokumentasjon av «Minst 100 års levetid» Trykkløse rør (avløpsrør) av termoplast (rør med jevntykk rørvegg og ensartet rørmateriale) Materiale Dokumentasjon av råmaterialer Produksjon av rør Dokumentasjon av 100 års levetid for rørtypen Krav i standarden sett i forhold til 100 års levetid Hovedmateriale Forsterkning i kompositt PVC-U Meget god Dårlig Meget god God Dårlig (EN 1401) PP (PP-B-HM) Meget god Brukes ikke Meget god God Dårlig (EN 1852) PVC-U: Kompositt: Tilsetting av finmalt pulver av kalkstein øker E-modulen til rørmaterialet. For mye mineralsk pulver øker faren for sprøbrudd: Hvor går grensen? PP: Rapporten fra Teppfa (2014) viser hvordan EN 1852 kan forbedres). 94

95 Kvalitet sett i forhold til «Minst 100 års levetid» Trykkløse rør (avløpsrør) av termoplast (rør med konstruert rørvegg: to-lags rør/dv-rør) Materiale Dokumentasjon av råmaterialer Hoved- Materiale Forsterkning i kompositt Produksjon av rør Dokumentasjon av 100 års levetid for rørtypen Krav i standarden sett i forhold til 100 års levetid PE (PE 100) PP (PP-B-HM) Meget god Dårlig Meget god Stor diameter: God Liten diameter: Dårlig Meget god Dårlig Meget god Stor diameter: God Liten diameter: Dårlig Meget dårlig (EN 13476) Meget dårlig (EN 13476) Rør med liten diameter har liten lagtykkelse: Hva med f.eks. motstanden mot varmealdring. Rapporten fra Teppfa (2014) viser hvordan standarden kan forbedres. 95

96 Kvalitet sett i forhold til «Minst 100 års levetid» Trykkløse rør (avløpsrør) av termoplast (rør med konstruert rørvegg: tre-lags rør) Materiale Dokumentasjon av råmaterialer Produksjon av rør Dokumentasjon av 100 års levetid for rørtypen Krav i standarden sett i forhold til 100 års levetid Hovedmateriale Forsterkning i kompositt PVC-U Meget god Dårlig Meget god Dårlig Meget dårlig (EN 13476) PP (PP-B-HM) Meget god Dårlig Meget god Dårlig Meget dårlig (EN ) Kravene i standarden (NS-EN ) er utilstrekkelige. Dette er trolig en viktig årsak til at rørtypens egenskaper er dårlig dokumentert. Kompositt: Tilsetting av finmalt pulver av kalkstein øker E-modulen til rørmaterialet. Hvor er øvre grense for tilsetting av mineralsk pulver (økt fare for sprøbrudd) 96

97 97

98 VIII. Overforbruk av plast? Tidsskriftet «Naturen» (Norges eldste populærvitenskapelige tidsskrift) har i nr en artikkel av Anders Bjerga og Linn Merethe Olsen: «Dette hadde du ikke trodd om plast!» I sammendraget skrives det: «Plast er billig og har fantastiske egenskaper som gjør at vi bruker det overalt. Det er vår utstrakte bruk-og-kast-kultur som gjør at plasten er i ferde med å bli et av de største problemene som samfunnet vårt stor overfor.» Plast er billig, og fører det til et overforbruk av plast også i vann- og avløpsrør? Et av målene ved valg av «Minst 100 års levetid» er å redusere ressursforbruket uansett hvilket rørmateriale som brukes. Dette må være en viktig ledetråd i videreutvikling av rørmaterialene i årene framover. 98

99 Vann- og avløpsbransjens symbolhandling for å redusere selv den minste sløsing med plast Endelokk av plast egner seg bedre for resirkulering enn som omfyllingsmasse. 99

100 100

101 Stort rør av PE med konstruert rørvegg (Stasjonsvegen,Bø i Telemark 2016) Innvendig diameter 3500 mm, Veggtykkelse om lag 185 mm Dette røret har så stor diameter at EN Ikke gjelder. Hvordan utforme kravene som gir f.eks. 100 års levetid? 101

102 Avløpsrør må tåle harde forhold Noen ganger burde vi hatt et grunnavløpsrør med ringstivhet høyere enn 8000 N/m 2 (se NS-EN 1610:2015 «Utførelse og prøving av avløpsledninger» Grøfta er dyp. Grunnvannet siger inn. Leira er «myk». Men likevel skal avløpsledningen i PVC-U holde i minst 100 år. Hvordan skal avløpsledningen klare det? Legg merke til den lange strekningen med helt eller delvis åpen grøft!! 102