Pipelife Norge: Rørdagene 2017 Hotell Skjærgården,

Transkript

1 Pipelife Norge: Rørdagene 2017 Hotell Skjærgården, Langesund i Telemark DN 110 PVC-U sprenges Det trengs mer vann: DN110 PVC-U fra 1960-tallet erstattes i 2015 av DN 225 PE 100 Kappen på DN 225 PE er fått riper, men selve PE-ledningen er klar for tjeneste i minst 100 år 14. februar 2017: «Minst 100 års levetid for VA-ledninger av termoplast»?» Noen konklusjoner fra Norsk vanns kommende rapport «Plastrør for vannforsyning og avløp: Hvordan skal vi oppnå 100 års levetid?» Pipelife_Roerdagene 2017_Levetid 100 år_14 februar 2017_GM_2017-2_rev3.pptx Gunnar Mosevoll, Skien 1 1

2 I. Norsk Vanns utredninger om rørmaterialer Norsk vann har gjennomført noen utredninger om rørmaterialer: 2

3 Norsk Vanns utredninger om rørmaterialer Norsk vann har gjennomført noen 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. Rapport 173:2010 «Veiledning i bruk av duktile støpejernsrør» tok utgangspunkt i : Planlagte endringer av NS-EN 545: Beregning av veggtykkelse En av rørfabrikantenes ønske om å redusere veggtykkelsen for vanlig bruk Usikkerhet i valg av korrosjonsbeskyttelse. Tidlig i 2016 startet Norsk Vann et prosjekt om bruk av betongrør. 3

4 Norsk Vanns utredninger om rørmaterialer Norsk vanns neste rapport: «Plastrør for vannforsyning og avløp: Hvordan skal vi oppnå 100 års levetid?» 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 åpne grøft!! 4

5 II. Oversikt 1. Hva mener vi med levetiden til en VA-ledning 2. Mål for levetiden til VA-ledninger 3. Kunnskap om forventet levetid: Når trenger vi den? 4. Kunnskap om forventet levetid for VA-ledninger av termoplast: Hvordan svikter ledningene? 5. Kunnskap om forventet levetid: Bruddforløp i vannledninger (trykkrør) 6. Svikt i VA-ledninger av termoplast: Oppsummering 7. VA-ledninger av termoplast: Hvor godt er levetid minst 100 år dokumentert? 8. Oppsummering viktige materialegenskaper 9. Termoplastrør - Bruddtyper 10. Egenskaper til VA-ledninger i drift 11. Termoplast Tøyning og deformasjon 12. Trykkledninger av termoplast Rørtyper og dimensjonerende forhold 13. Trykkløse ledninger av termoplast dimensjonering og levetid 5

6 6

7 1. 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 7

8 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 T Vanlig drift Utsliting 0,01 T 0,2 T 8

9 9

10 2. 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. Hvor lenge er 100 år? Desember 2016: Fiolinisten Arve Tellefsen fyller 80år Januar 2017: Fiolinisten Arve Tellefsen får Spellemannspris 7. februar 2017 Jazzlegenden Svend Asmussen er død år gammel Siden de første jazzorkestre begyndte at spille i Danmark, har Svend Asmussen været med. Han blev 100 år. 10

11 11

12 3. 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 12

13 13

14 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) Men ledninger av termoplast har andre materialegenskaper, som det må tas hensyn til. 14

15 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. 15

16 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? Avløpsledninger: (trykkløse ledninger) Begge ledningstyper: For stor deformasjon, eller Sakte sprekkvekst og brudd, eller Varmealdring / kjemisk brudd Skader pga. graving nær ledningen 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. 16

17 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) I 17

18 Sakte sprekkvekst og store brudd 12. november 2009: Brudd i vannledning i Skien (Kapittelgata) DN 250 mm Grått støpejern Lagt i 1950 Langsgående sprekk 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

19 Varmealdring / kjemisk brudd Eksempel på varmealdring / kjemisk brudd: Hesselbergs gate i Skien Foto tatt 9.juli 2011 Trekkerør fot 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. 19

20 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 1996 Vannledninger: Hvordan påvirkes drikkevannskvaliteten av rørmaterialet? Om valg av godkjenningsordning: Vannrapport 127: Vannforsyning og helse. Veiledning i drikkevannshygiene, desember

21 VA-ledninger av termoplast - svakheter ved anleggsarbeidet kan redusere levetiden Eksempel på enkel kontroll av vinkelavvik i elektromuffesveis (PE 100 DN 180 SDR 11) Om britiske erfaringer med elektromuffesveiser: Krav til avkjølingstid her: Minst 25 minutter 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)? 21

22 22

23 5. Kunnskap om forventet levetid: Bruddforløp i vannledninger (trykkrør) Hvordan brytes vannledninger ned? Rørmateriale Grått støpejern Seigt støpejern Stål (vanlig karbonstål) PVC-U PE «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. 23

24 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 1930 God tosidig vannforsyning - ingen fare for trykkløst ledningsnett Foto Jon Klonteig, Skien kommune 24

25 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. 25

26 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

27 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 Trykklinje C 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 i ledningen inntil den er reparert.

28 28

29 6. Svikt i VA-ledninger av termoplast: Oppsummering Ledningene skal være dimensjonert slik at det går mer enn år før det blir brudd eller for stor tøyning / deformasjon: Antall svikt/ reparasjoner 0 Vanlig drift Utsliting T. Sakte sprekkvekst Varmealdring / kjemisk nedbryting Skader pga. graving Tøyning og deformasjon: Trykkledninger av Trykkløse avløpsledninger 0,01 T 0,2 T Brudd på ledningen repareres Krav til bruddform? 29

30 30

31 7. VA-ledninger av termoplast: Hvor godt er levetid minst 100 år dokumentert? Fra fornyelsen av vann- og avløpsnettet i Grogata i Skien i En av Skiens mest trafikkerte fylkesveger. De gamle rørene av grått støpejern og glasert leir hadde holdt i mer enn 100 år. Hvordan velge plastrør som vil holde like lenge? 31

32 Vann og avløpsledninger av termoplast dimensjonering og levetid Organisasjonen «The European Plastic Pipes and Fittings Association» (TEPPFA) utfører viktig arbeid med å dokumentere egenskaper til plastrør. TEPPFA har Kartlagt viktige undersøkelser av egenskaper til plastrør Tatt initiativet til undersøkelser av egenskaper til plastrør 32

33 Termoplastrør og dimensjonering for minst 100 års levetid: Dokumentasjonen av levetid har varierende kvalitet Den europeiske organisasjonen for plastrørsprodusenter TEPPFA har fått utført livssyklus-undersøkelser (LCA-analyser) for en rekke typer rør av termoplast: EN Vannledningsrør av PE med jevn veggtykkelse og ensartet rørmateriale (2012) EN 1452 Vannledningsrør av PVC-U med jevn veggtykkelse og ensartet rørmateriale (2012) EN 1401 Avløpsrør av PVC-U med jevn veggtykkelse og ensartet rørmateriale (2012) EN Avløpsrør av PVC-U (trelagsrør) (2012) EN Avløpsrør av PP (tolagsrør) (2012) EN 1852 Avløpsrør av PP med jevn veggtykkelse og ensartet rørmateriale (ikke tilsatt mineralsk pulver for å øke rørstivheten) (2013) Alle rapportene kan lastes ned fra nettsiden til Teppfa (Environmental Product Declaration): Disse LCA-analysene forutsetter 100 års levetid. Oppskriften for å nå 100 års levetid er godt dokumentert for noen rørtyper, mens dokumentasjonen for andre rørtyper er svak: («A service life time of 100 years is based on technical assumptions.») Godt dokumentert Sannsynligvis tilfredsstillende dokumentert Dårlig dokumentert 33

34 TEPPFA-rapporten fra desember 2014 gir råd om vegen videre for avløpsrør av polypropylen PP og polyetylen PE Tidlig i 2015 offentliggjorde TEPPFA rapporten «100 Year Service Life of Polypropylene and Polyethylene Gravity Sewer Pipe» Denne rapporten bygger på undersøkelser på rør som har vært i drift, samt på rettede undersøkelser av rørmaterialene PP og PE.. Rapporten foreslår to tilleggskrav i EN-standardene: 1 undersøkelse i forhold til kjemisk brudd (av råmaterialet) (varighet 1 år ved 95 C for PE og 110 C for PP) 1 undersøkelse i forhold til sprøtt brudd (sakte sprekkvekst ) i et vanlig rør (varighet 4000 timer (nesten 0,5 år) ved 23 C) Tilfredsstiller avløpsrør av PE og PP disse kravene, er faren for kjemisk brudd eller sprøtt brudd i løpet av 100 års brukstid svært liten. 34

35 Trykkløse ledninger av plast - dimensjonering og levetid Hvor godt er 100 år levetid for trykkløse ledninger av termoplast dokumentert? (forutsatt at ledningene er lagt etter dagens regler) PVC-U med ensartet rørmateriale og jevntykk rørvegg (NS-EN 1401): Ganske godt dokumentert. Noen usikkerhet knyttet øvre grense for tilsetting av mineralsk pulver. PP med ensartet rørmateriale og jevntykk rørvegg (NS-EN 1852): Uten tilsetting av store mengder mineralsk pulver. Teppfa-rapporten fra stiller to viktige tilleggskrav til dokumentasjon av kvalitet. Når disse kravene er oppfylt, er 100 års levetid dokumentert. 36

36 Trykkløse ledninger av plast - dimensjonering og levetid Hvor godt er 100 år levetid for trykkløse ledninger dokumentert? (forutsatt at ledningene er lagt etter dagens regler) PP og PE - rør med konstruert rørvegg (NS-EN 13476): Teppfa-rapporten fra stiller to viktige tilleggskrav til dokumentasjon av kvalitet. Når disse kravene er oppfylt, er 100 års levetid dokumentert. Vil dette medføre at kravene til veggtykkelse øker for de minste rørdiametrene? I forslaget til revidert standard fra høsten 2016 er det foreslått krav til OIT (antioksidanter)!!!! Men det er ikke nok for å klare de foreslåtte kravene i Teppfa-rapporten! 37

37 Trykkløse ledninger av plast - dimensjonering og levetid Hvor godt er 100 år levetid for trykkløse ledninger dokumentert? (forutsatt at ledningene er lagt etter dagens regler) PVC-U - rør med konstruert rørvegg (NS-EN 13476): Her mangler vi rapporter fra undersøkelser som Teppfa-rapporten fra Hva er faren for sakte sprekkvekst? PVC-U, PE og PP trelagsrør med kjerne av stiv skumplast (NS-EN 13476): Her mangler vi rapporter fra undersøkelser som Teppfa-rapporten fra Hva er faren for sakte sprekkvekst? PP ND 315 Indre lag 1,2 mm? Ytre lag 0,8 mm?. 38

38 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? 39

39 40

40 8. Oppsummering viktige materialegenskaper Plast er et komplisert rørmateriale, og det finnes både gode og dårlige løsninger. Det er derfor viktig å ikke fire på materialkravene. Norske kommuner og Statens vegvesen bør bruke sin markedsmakt til å motivere rørprodusentene til bedre dokumentasjon av langtids materialegenskaper. I Østerrike er markedsføringen av avløpsrør noe mer «direkte» enn i Norge: Fra nettsiden til Pipelife Österreich Finger weg von Billigrohren im Kanalbau! Greifen Sie zu Top-Qualität für Generationen! 41

41 42

42 9. 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) I 43

43 Sprøbrudd: Sakte sprekkvekst eller rask sprekkvekst Sakte sprekkvekst: Skyldes langvarig, fast last eller pulserende last (trykkstøt). Riper i rørveggen kan framskynde sakte sprekkvekst. (Engelsk uttrykk: «SCG: Slow crack growth»). Vi kan kalle den sakte sprekkveksten for et utmattingsbrudd som følge av: Statisk eller fast last (f.eks. utvendig jordlast eller innvendig vanntrykk) Dynamisk eller pulserende last (f.eks. trykkstøt) Rask sprekkvest: Skyldes raske og kraftige støt, f.eks. under anleggsarbeid i svært kaldt vær. (Engelsk uttrykk: «RCG: Rapid crack growth»). Rask sprekkvekst forebygges med å velge rør med høy slagfasthet. For trykkløse avløpsrør i Norge er dette nesten ensbetydende med «kuldesterke» rør. I Norge er dette valget godt innarbeidet, og rask sprekkvekst i avløpsrør er derfor sjelden. 44

44 Sakte sprekkvekst og store brudd 10. februar 2016 Brudd i ledning på Gulset, Skien, PVC-U lagt DN 225 mm 12. november 2009: Brudd i vannledning i Skien (Kapittelgata) DN 250 mm Grått støpejern Lagt i 1950 Langsgående sprekk Lekkasje vannføring 120 liter/sekund Langsgående sprekk i hele rørets lengde på 5 m med en greinsprekk Lekkasje vannføring liter/sekund Vannledningsnettet må utformes slik at så store bruddvannføringer unngås

45 Varmealdring / kjemisk brudd Et kjemisk brudd kan skje dersom et rørmateriale av plast utsettes for langvarig varmepåkjenning i kombinasjon med tilgang til oksygen. Dette kaller vi varmealdring eller varmeoksidasjon. Under slike forhold avtar fastheten til plastmaterialet, og et sprøtt brudd oppstår. Sollys (ultrafiolett lys) kan ha samme virkning. For å motvirke kjemisk brudd tilsettes stoffer som stabiliserer plastmaterialet (f.eks. hindrer at klor avspaltes fra PVC-U). PE og PP tilsettes antioksidanter for å hindre at det dannes oksider på overflatene av rørveggen. Forbruk av stabilisatorer / antioksidanter ved vanlig drift: PVC-U: Stabilisatoren forbrukes svært sakte, og det er vanligvis alltid nok stabilisator i rørveggen. PE og PP: Antioksidanter forbrukes og / eller tapes svært sakte. Forbruket kan imidlertid være så pass høyt at innholdet av antioksidanter blir brukt opp. Det gjelder særlig i rør med tynne rørvegger. Når innholdet av stabilisatorer / antioksidanter ved overflaten på rørveggen er brukt opp, kan vi få rask sprekkvekst i rørveggen. «Skal rør av PE og PP kunne bli minst 100 år, må kjemisk brudd forebygges.» 46

46 Varmealdring / kjemisk brudd Eksempel på varmealdring / kjemisk brudd: Hesselbergs gate i Skien Foto tatt 9.juli 2011 Trekkerør fot kabler fra 1980-tallet? Polypropylen av ukjent kvalitet DV-rør av PE DN 600 fra 1996 Legging av trekkerør for fjernvarme i Lundegata. 47

47 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 C). Dimensjonerende materialspenning fastsettes ut fra ligningen σ D = MRS/C MRS-verdien korrigeres for temperatur, og for økning fra 50 til 100 år varighet. 48

48 49

49 10. 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 1996 Vannledninger: Hvordan påvirkes drikkevannskvaliteten av rørmaterialet? Om valg av godkjenningsordning: Vannrapport 127: Vannforsyning og helse. Veiledning i drikkevannshygiene, desember

50 51

51 11. Termoplast - Tøyning og deformasjon Plast et viskoelastisk materiale. Det vil si at elastisitetsmodulen til plastmaterialer er avhengig av hvor lang tid en plastkonstruksjon utsettes for en last (lastens varighet). Med last menes f.eks. innvendig vanntrykk og utvendig jordtrykk. Vi kan derfor dele den viskoelastiske tøyningen i to: Elastisk tøyning: Tøyningen skjer straks røret pålastes. Jo større last, desto større tøyning. Denne tøyningen går tilbake når lasten tas av. Plastisk tøyning: Tøyningen vokser sakte med tiden etter pålasting. Når lasten tas av, vil det bli igjen en varig, plastisk tøyning. Dersom tøyningen ikke har vært for stor, vil også den plastiske tøyningen gå tilbake, men svært sakte. 52

52 Deformasjonsegenskaper for termoplaster / elastisitetsmodul Elastisitetsmodul: Forholdet mellom spenning og tøyning følger Hooks lov: σ = E ε eller ε = σ/e hvor σ = spenning i materialet (N/m 2 ) E = materialets elastisitetsmodul (N/m 2 ) ε = tøyning i materialet (m/m eller %) Elastiske materialer: Elastisitetsmodulen E er tilnærmet konstant Plastiske materialer: Elastisitetsmodulen E varierer med: temperatur spenning lastens varighet 53

53 Teoretisk modell for spenning / tøyning i et viskoelastisk materiale 54

54 Eksempler på elastisitetsmodul Elastisitetsmodulen avtar med økende varighet av lasten: PVC-U: 3 minutter (korttids): 3000 MPa (1 MPa = 10 6 N/m 2 ) 50 år (langtids): 1000 MPa PE 100: 3 minutter (korttids): 1000 MPa 50 år (langtids): 200 MPa Verdiene gjelder for grader C Grove verdier (ikke tatt hensyn til materialspenningen), dvs. at disse verdiene brukes kun i overslagsberegninger For PE er langtids E-modul så lav at det må tas hensyn til den ved valg av veggtykkelse (SDR-verdi) for trykkrør I 55

55 56

56 12. Trykkledninger av termoplast - Rørtyper og dimensjonerende forhold For utvendige trykkledninger av termoplast brukes i hovedsak: Rør av PVC-U Rør av PE 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 Varmealdring / kjemisk brudd (antioksidanter brukes opp) For ledninger SDR 11 og vanlig, norsk drikkevannskvalitet og temperatur er det lite sannsynlig at varmealdring / kjemisk brudd blir dimensjonerende. 57

57 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

58 13. Trykkløse ledninger av termoplast - dimensjonering og levetid For stor deformasjonen reduserer rørtverrsnittet For stor deformasjon kan sakte sprekkvekst og sprø brudd etter lang tid Kjemisk brudd rør av PE og PP må forebygges særskilt. 59

59 Trykkløse ledninger av plast - deformasjon og tøyning 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 60

60 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. 61

61 62

62 Enkle anlegg krever ikke dimensjonering for 100 års levetid 63

63 Plastmaterialene har blitt bedre «Materialstyrke» PVC trykkrør PP avløpsrør PE -trykkrør Kunnskapen om disse endringene «materialstyrke) er viktig når en skal forvalte det eksisterende ledningsnettet. Standardene, som stiller krav til rørene, har utviklet seg kraftig i disse årene, f.eks. for PE-trykkrør 64