God økologisk tilstand i vassdrag og fjorder

Transkript

1 Norsk vann / SSTT Fagtreff «Gravefrie løsninger i brennpunktet» Gardermoen, 20. oktober 2015 PE-ledninger og strømpeforinger av armert herdeplast: Hva er ringstivhet? Krav til ringstivhet Gunnar Mosevoll, Skien kommune, Vannforsyning og avløp Revidert etter foredraget Tatt med forslag til «standard ringstivhet» for strømpeforinger God økologisk tilstand i vassdrag og fjorder : Kommunal vannforsyning og avløp i150 år Norsk vann_fagtreff 20 oktober 2015_Ringstivhet_Strømpeforing og PE-roer_GM_ _rev 1.ppt 1

2 Gravefri fornyelse av vann og avløpsledninger: PE-ledning i trukket inn i den gamle rørledningen Strømpeforing (armert herdeplast) Grunnleggende fakta I: PE-rør og strømpeforinger av armert polyester /epoksy er fleksible. Når slike rør utsettes for utvendige og innvendige krefter, vil de deformere seg. Blir deformasjonen for stor, «knekker» røret sammen og blir ubrukelig. Deformasjon i plastrør skaper tøyning og strekk-/trykkspenning i rørveggen. Blir strekkspenningen for stor i en del av rørveggen, kan det bli brudd / sprekk i rørveggen. Slike sprekker / brudd kan komme først etter mange år.

3 Gravefri fornyelse av vann og avløpsledninger: PE-ledning i trukket inn i den gamle rørledningen Strømpeforing (armert herdeplast) Grunnleggende fakta II: PE-rør og strømpeforinger av armert polyester /epoksy er fleksible. Når slike rør utsettes for utvendige og innvendige krefter, vil de deformere seg og tøyes. Deformasjonen i plastrør er avheng av varigheten på de utvendige og innvendige kreftene. Grunnleggende fakta III: Lasttype og varighet: Trafikklast (kjøretøyer) Jordlast (fra jord- og steinmassene over ledningen) Utvendig vanntrykk (utvendig overtrykk, dvs. innvendig overtrykk) Innvendig vanntrykk (overtrykk) Varer noen få minutter Avtar svært mye i løpet av 1 3 år. Kan vare i år Kan vare i år

4 Gravefri fornyelse av vann og avløpsledninger: PE-ledning i trukket inn i den gamle rørledningen Strømpeforing (armert herdeplast) Grunnleggende fakta IV: En strømpeforing ar armert herdeplast er i grove trekk bygget opp på følgende måte: Ytre folie Midtre lag av armering og herdeplast Indre belegg som er fast bundet som er bundet fast til det midtre laget Det er to hovedtyper armering: Statisk bærende laminat av glassfiber Statisk bærende laminat av nålefilt Armering av glassfiber gir gjerne den stiveste strømpeforingen. Armeringen bindes sammen av herdeplast (umettet polyester eller epoksy). Laget med herdeplast kan også inneholde fyllstoffer som gjør strømpeforingen stivere.

5 Gravefri fornyelse av vann og avløpsledninger: PE-ledning i trukket inn i den gamle rørledningen Strømpeforing (armert herdeplast) Grunnleggende fakta V: PE-rør og strømpeforinger av armert polyester /epoksy er fleksible. Når slike rør utsettes for utvendige og innvendige krefter, vil de deformere seg og tøyes. Jo større elastisitetsmodulen er, desto mindre blir deformasjonen og tøyningen. Elastisitetsmodulen til plastmaterialer avtar med økende varighet av lasten. Vi sier at plastmaterialer siger. Jo større materialspenningen i rørveggen er (f.eks. strekkspenningen i ringretning), desto raskere avtar E-modulen.

6 Gravefri fornyelse av vann og avløpsledninger: PE-ledning i trukket inn i den gamle rørledningen Strømpeforing (armert herdeplast) slik at kan få valgt riktig type PE-rør eller riktig type strømpeforing uten for mye arbeid? Hvordan skal vi sortere disse «grunnleggende fakta»,

7 Innholdet i denne forelesningen: Gravefri fornyelse av vann og avløpsledninger: PE-ledning i trukket inn i den gamle rørledningen Strømpeforing (armert herdeplast) Nedgravde rør uten forsterkning Nedgravde rør med forsterkning (PE-ledning eller strømpeforing er i trukket inn i den gamle rørledningen) Det nedgravde røret er sterkt deformert / oppsprukket: Ekstra krav til PE-ledning eller til strømpeforing (armert herdeplast) Krav til preaksepterte strømpeforinger av armert herdeplast?

8 Fleksible, nedgravde rørledninger Utvendige og innvendige krefter, samt lastvirkning PE-rør og strømpeforinger av armert polyester /epoksy er fleksible. a. Utvendige krefter: Jordtrykk (pga. overfylling og biltrafikk) Vanntrykk (når grunnvannet står høyere enn bunn rør) Rørtverrsnittet trykkes sammen/ deformeres Rørdiameter D b. Innvendig vanntrykk (overtrykk eller undertrykk) Innvendig overtrykk Rørdiameter øker Innvendig undertrykk Rørtverrsnittet kan bukle

9 Deformasjon av nedgravd, fleksibel rørledning pga. jordlast

10 Elastisitetsmodul og ringstivhet for plastmaterialer Ringstivhet: SR = EI/D 3 Sige-modulen E s : Konstant spenning, mens tøyningen øker med tiden Relaksasjons-modulen E r : Konstant tøyning, mens spenningen avtar med tiden Trykkløse rør dimensjoneres slik at deformasjonen ikke skal overstige en bestemt grense, dvs. at tøyningen endrer seg lite. For slike ledninger er det relaksasjons-modulen (konstant tøyning) som beskriver forholdene best. log E Materialtype A (eks. PVC-U) Materialtype B (eks. PE) 3 min 50 år log t 1 time

11 Elastisitetsmodulen avtar med lastens varighet: Hvilken varighet skal vi bruke for beregning av deformasjon? Ringstivhet: SR = EI/D 3 1. Trafikklast Kort varighet ( vanligvis 1 minutt) (hjultrykk fra kjøretøyer): Bruker korttids E-modul (1 3 minutter) PE 100: MPa (1 MPa = 10 6 N/m 2 ) Deformasjonen blir vanligvis liten. 2. Utvendig vanntrykk Lang varighet ( vanligvis år) (f.eks. grunnvann): Bruker langtidstids E-modul (50 år) PE 100: MPa Deformasjonen kan bli stor. log E Materialtype A Materialtype B 3 min 50 år log t 1 time

12 Jordlast på fleksibel rørledning: Valg av lastvarighet og E-modul for beregning av deformasjon SR = EI/D 3 Jordlasten avtar etter hvert som røret deformerer seg. d D For et riktig dimensjonert og bygget rør er det meste av deformasjonen slutt etter 1 3 år. E-modul for 2 års lastvarighet kan brukes. PE 100: MPa «PREAKSEPTERT» METODE: 3. For jordlast på rør av termoplast brukes imidlertid følgende framgangsmåte: Korttids ringstivhet: 8000 Pa (8000 N/m 2 ) Sigefaktor etter 2 år: PE og PP: < 4 PVC-U: < 2 For PE betyr det at tillatt deformasjonen etter 2 år er maksimalt 4 ganger så stor som deformasjonen etter 3 min. Fundament og omfylling skal tilfredsstille bestemte krav På denne måten unngås for stor deformasjon og for stor tøyning (fare for brudd)

13 Inntrekking av PE-ledning (trykkledning) i vannledning: Dimensjonering Nedgravd ledning: Innvendige krefter: Den nye ledningen av PE dimensjoneres for innvendig vanntrykk, slik at tøyningen i rørveggen ikke blir for stor. For vanntrykk inntil 10 bar: PE100, SDR 11 gir en trygg løsning. Utvendige krefter: Dersom det gamle røret er sterkt deformert, kan det bli betydelige punktlaster på det nye røret av PE. Det må det tas hensyn til.

14 Inntrekking av PE-ledning (trykkløs ledning) i borehull i fjell: Dimensjonering Avløpsledning med fritt vannspeil i borehull i fjell: Hvis borehullet er godt drenert, stilles ikke særlig strenge krav til PE-ledningen. Hvis borehullet ikke kan dreneres, f.eks. for å unngå senking av grunnvannstand, er det fare for bukling / innknekking av PE-ledningen. Se regelverket for bukling/ innknekking Dimensjonerende, utvendige vanntrykk og krav til ringstivhet må beregnes nøye. Langtids E-modul må brukes. Hvis PE-ledningen passer tett til borehullet, vil borehullet stive av PE-ledningen til en viss grad.

15 Strømpeforing (armert herdeplast) Det er flere forskjellige typer, armerte strømpeforinger. Både langtids og korttids E-modul kan være svært forskjellige. De ulike strømpeforingstypene kan derfor ha ulike bruksområder. Først gis en oversikt over viktige materialegenskaper. Deretter gis en oversikt over ulke lasttilfeller, samt et grovt forslag til ringstivhet (forslag til preaksepterte løsninger).

16 Viktige materialegenskaper for en strømpeforing (armert herdeplast) For dokumentasjon av strømpeforingens mekaniske egenskaper må følgende størrelser tallfestes: Korttids ringstivhet under tørre forhold Sigefaktor (krypfaktor) under tørre forhold Korttids E-modul under våte forhold Langtids E-modul under våte forhold Se standarden NS-EN ISO :2011 «Rørledninger av plast for rehabilitering av trykkløse avløpsledninger i grunnen Del 4: Strømpefôring herdet på stedet» Sigefaktor (krypfaktor) = deformasjon (d/d) etter 3 minutter og deformasjon (d/d) etter 50 år Sigefaktoren skal aldri være mindre enn 0,2 etter 50 år. Strømpeforinger (armert herdeplast )siger derfor saktere enn rør av termoplast (f.eks. PE) Langtids ringstivhet = korttids ringstivhet x sigefaktor NB! Sigefaktoren for termoplastrør er definert annerledes enn sigefaktoren for armerte strømpeforinger.

17 Strømpeforinger (armert herdeplast): Hvordan utvikler elastisitetsmodulen og ringstivheten seg med økende lastvarighet? Ringstivhet: SR = EI/D 3 For strømpeforinger utsatt for høy grunnvannstand: Materialtype A kan være godt egnet Høy langtids ringstivhet kan være nødvendig. For strømpeforinger som kun skal hindre utlekking: Materialtype B kan være godt egnet. Lav ringstivhet kan være nok log E Materialtype A Materialtype B 3 min 50 år log t 1 time

18 Dimensjonerende laster for strømpeforing (armert herdeplast) Noen eksempler Dimensjonerende laster: Jordlast: Langtids jordlast: Korttids jordlast: Dimensjonerende materialegenskaper E-modul etter 2 år (elastisk / plastisk deformasjon) Liten og middels stor forhånds-deformasjon betyr lite Korttids E-modul (elastisk deformasjon) Liten og middels stor forhånds-deformasjon betyr lite Utvendig vanntrykk: Langtids vanntrykk: Eks.: grunnvann Korttids vanntrykk: Eks.: stormflo Langtids E-modul (elastisk / plastisk deformasjon) Selv en liten forhånds-deformasjon betyr svært mye E-modul for varighet 1 2 døgn (elastisk deformasjon) En liten forhånds-deformasjon betyr lite

19 Forslag til 3 standard,typer strømpeforing (armert herdeplast) Er det nødvendig å dimensjonere strømpeforingen hver gang? Kan vi velge en standard «klasser»: Klasse L : Klasse M : Klasse H : Det opprinnelige røret har få eller ingen skader, men det lekker ut. Minimum ringstivhet: f.eks. : Korttids ringstivhet minst 1500 Pa (N/m 2 ) Det opprinnelige røret kan ha store skader, og avløpsvann lekker ut. Minimum ringstivhet: f.eks. : Korttids ringstivhet minst ringstivhet 4000 Pa (N/m 2 ) Det opprinnelige røret kan ha store skader, og avløpsvann inn ut. Tettes lekkasjene, vil grunnvannstanden stige til inntil 2 m over topp avløpsledning. Minimum ringstivhet: f.eks. : Langtids ringstivhet minst ringstivhet 5000 Pa (N/m 2 ) Korttids ringstivhet minst ringstivhet 2000 Pa (N/m 2 ) Dette forslaget er laget for å skape diskusjon. Prinsippet er derfor viktigere enn tallverdiene for ringstivhet. Strømpeforinger for sterkt skadde ledninger dimensjoneres særskilt.

20 Stivt rør med strømpeforing (armert herdeplast): Forslag til ringstivhet D a. Godt fundament b. Ingen riss eller sprekker i det stive røret, men røret lekker ut avløpsvann c. All loddrett jordlast føres gjennom rørveggen ned i fundamentet Dvs.: Strømpeforingen tar ikke opp nevneverdig, loddrett jordlast. Her vil en klare seg med en strømpe med lav ringstivhet, både korttids og langtids. Forslag: Klasse L

21 Stivt rør med strømpeforing (armert herdeplast): Forslag til ringstivhet D a. Middels godt fundament b. Riss eller små sprekker i det stive røret. Utlekking av avløpsvann, Svak deformasjon av røret c. En del av den loddrette jordlasten tas opp av sidefyllingen Dvs.: Dersom deformasjonen fortsetter, må strømpeforingen ta opp en vesentlig, loddrett jordlast. Beskjedne krav til ringstivhet, både korttids og langtids. Forslag: Klasse M

22 Stivt rør med strømpeforing (armert herdeplast): Forslag til ringstivhet D a. Dårlig fundament b. Riss eller små sprekker i det stive røret. Utlekking av avløpsvann. Vesentlig deformasjon av røret c. En stor del av den loddrette jordlasten tas opp av sidefyllingen Dvs.: Dersom deformasjonen fortsetter, må strømpeforingen Forslag: Klasse M ta opp en betydelig, loddrett jordlast. Her trengs god ringstivhet; både korttids- og langtids.

23 Stivt rør med strømpeforing (armert herdeplast): Forslag til ringstivhet D a. Svært dårlig fundament (er i ferd med å vaskes bort) b. Små og store sprekker i det stive røret. Utlekking av avløpsvann. Vesentlig deformasjon av røret c. En stadig økende del av den loddrette jordlasten tas opp av sidefyllingen Dvs.: Dersom deformasjonen fortsetter, må strømpeforingen ta opp en betydelig og stadig økende, loddrett jordlast. Høy ringstivhet; både korttids og langtids. Dimensjoneres særskilt.

24 Stivt rør med strømpeforing (armert herdeplast): Forslag til ringstivhet Grunnvannstand D a. Høy grunnvannstand (bare grunnvannstanden kommenteres her) b. Sprekker / riss i rørveggen, Innlekking! c. Strømpeforingen må ta opp det utvendige vanntrykket Dvs.: Grunnvann (svært langvarig last) vil være dimensjonerende. En høy langtids ringstivhet er derfor nødvendig. Forslag: Klasse H

25 Svensk håndbok for dimensjonering av gravfrie løsninger P Kjøpes fra Svenskt Vatten Her finner det du trenger for dimensjonering av gravefrie løsninger I detalj

26 I P finnes beregningsmetoder for en lang rekke lasttilfeller

27 I P finnes beregningsmetoder for en lang rekke lasttilfeller

28 Tillegg Viktig adresse om plastrør i Sverige: 4S Ledningsnät Blant annet årlige konferanser om erfaringer om og kunnskap om plastrør