Fagforum for infrastruktur i Grenland: Fagmøte 2017 16. februar Ibsenhuset, Skien Hvorfor er det valgt spillvannsog overvannsledninger av heltrukken polyetylen langs Rødmyrvegen? «Rørtyper og rørmaterialer for nye vann- og avløpsledninger Valg og tekniske løsninger for å oppnå 100 års levetid?» Gunnar Mosevoll, Skien Fagforum Infrastruktur Grenland_Nye_VA-ledninger-Materialegenskaper_GMo_16 februar 2017.pptx 1
Svar på valg av rørtype og rørmateriale langs Rødmyrvegen Både Rødmyrvegen og avløpsledningene ligger på en stor søppelfylling. Ledningene må tåle store setninger. Disse ledningene vil ikke bli 100 år gamle. Hvis PE-ledningen hadde vært en vannledning, måtte den ha hatt et belegg som beskytter vannet mot lukt og smak fra søppelet. 2
I. Fra den gangen valg av rørmateriale var enkelt: Da rørmateriale og rørtype for ledning nr. 2 fra Ulvsvann til Skien ble valgt i 1885, var det ingen andre rørmaterialer enn grått støpejern tilgjengelig. ND 325 fra 1892 (fotografert da den ble fornyet våren 2012 Skien kommune) Prøve av samme vannledningen etter sandblåsing i 2009 (Breivoll inspection) 3
Men den fine ledningen kom for seint Bygging av ledning nr. 2 mellom Ulvsvann og Skien ble vedtatt av Skien bystyre i 1885. 15. juli 1886 ble avtalen om utbygging av Ulvsvann vannverk underskrevet 7. august 1886 brant det meste av Skien opp. Ledningen ble bygget i 1892 Våren 2012 ble strekningen Fossum Århus fornyet ved rørsprenging. 4
Kan gode ledninger på rett sted få evig liv? 29. mars 2012: Vannledningen fra 1892 får livet forlenget med minst 100 år? Ledning DN 315 PE 100 SDR11 trekkes inn i den gamle ledningen (rørsprenging). Kappe av PP beskytter mot riper. 5
Viktige grenser for dette foredraget Dette foredraget gir en oversikt over viktige forutsetninger for at levetid på minst 100 år skal kunne bli nådd: Materialtekniske forhold Anleggstekniske forhold Det blir ikke sagt noe om: Priser og anleggskostnader Levetiden har imidlertid stor betydning for: Livssyklusanalyser Produktdeklarasjoner knyttet til «fotavtrykk» på naturmiljøet (f. eks. CO 2 -avtrykk) Tetningsringer omtales ikke, bort sett fra at de ikke skal lagres i sollys 6
Innhold 7
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. Noen tiltak som sikrer lang levetid 6. VA-ledninger av termoplast: Hvor godt er levetid minst 100 år dokumentert? 7. Oppsummering viktige materialegenskaper 8
Innhold 9
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 10
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 11
2. Mål for levetid for VA-ledninger : Minst 100 år Dagens slagord om valg av levetid for VA-ledninger Vanlig krav: VA-ledningene skal holde i minst 100 år VA-norm Trondheim kommune 2015: Tilstrebe 200 års levetid på rør og rørdeler 12
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. 15. februar 2017 fylte bokstaven å 100 år på norsk (bokstaven ble innført fra svensk) 13
Hvordan skal vi klare å nå målet om minst 100 års levetid? Grunnforholdene kan være vanskelige, men VA-ledningene skal fram 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!! 14
3. Kunnskap om forventet levetid: Når trenger vi den? Levetid Satt i drift Fornyes/ Skiftes ut/ Legges ned 0 100 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 15
16
4. Kunnskap om forventet levetid for VA-ledninger av termoplast: Hvordan svikter ledningene? Hvordan svikter VA-ledninger: Ledninger av termoplast: Ledninger av glassfiberarmert plast Ledninger av duktilt (seigt) støpejern Ledninger av betong Er det mulig å tenke seg at disse ledningene en gang vil bryte sammen? Overskuddsplast: Hva gjør vi med det? 17
Kunnskap om forventet levetid: - Hvordan svikter ledningene? - Hvor lang er utslitingsfasen? Hvordan svikter VA-ledninger 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. 18
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. 19
Sakte sprekkvekst og store brudd i ledninger av termoplast Brudd i rør av PVC-U kan være svært store (langbrudd) Rør av PE med dagens kvalitet (PE 100) ser ut til å være lite utsatt for lange sprekker 10. februar 2016: Brudd i ledning på Gulset, Skien, DN 225 mm PVC-U lagt 1975-1980 Langsgående sprekk i hele rørets lengde på 5 m med en greinsprekk (fotoet viser bare deler av sprekken) Styrken til PVC-U er den høye E-modulen og den lave tøyningen. Svakheten der de store og (lange) sprekkene ved brudd.
Kunnskap om forventet levetid for VA-ledninger : Hvordan svikter ledningene? Hvordan svikter VA-ledninger av glassfiberarmert plast (GRP): Trykkledninger: Sakte sprekkvekst og brudd, eller For stor, lokal tøyning Varmealdring / kjemisk brudd, eller Avløpsledninger: (trykkløse ledninger) Begge ledningstyper: For stor deformasjon, For stor, lokal tøyning Sakte sprekkvekst og brudd, eller Varmealdring / kjemisk brudd Skader pga. graving nær ledningen Unngå at vann trenger inn til armeringen. Høytrykkspyling kan skade indre dekklag. Spør produsenten nøye om tillatt grense for høytrykkspyling!!! 21
Kunnskap om forventet levetid for VA-ledninger : Hvordan svikter ledningene? Hvordan svikter VA-ledninger av duktilt (seigt) støpejern: Trykkledninger: Utvendig korrosjon, og / eller Innvendig tæring av sementmørtelbelegg Avløpsledninger: (trykkløse ledninger) Utvendig korrosjon, og / eller Innvendig tæring av sementmørtelbelegg Særskilt for duktilt (seigt) støpejern: Svært høy E-modul (liten tøyning), Går svært sjelden til sprøbrudd Tåler vanligvis godt skader pga. graving nær ledningen 22
Kunnskap om forventet levetid for VA-ledninger : Hvordan svikter ledningene? Hvordan svikter VA-ledninger av betong: Avløpsledninger: (trykkløse ledninger) Riss og sprekker Innvendig og utvendig tæring (pga. surt vann) Innvendig tæring (pga. hydrogensulfid) Utvendig tæring (pga. alunskifer o. l. ) Armeringskorrosjon 23
Varmealdring / kjemisk brudd i ledninger av termoplast 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. 24
Skader pga. graving nær ledninger av termoplast 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 25
5. Noen tiltak som sikrer lang levetid Avløpsrør av betong: Betongen til avløpsrør har svært lavt vann/sement forhold, og det tillates svært lite av mineraler tilslaget som utvider seg (f. eks. alkali-kisel-forbindelser) De 3 4 første dagene etter støping bør røret lagres innendørs (unngår frost og uttørking). Forsiktig håndtering av rørene Godt fundament Innenfor «trekanten» må røret ha et godt fundament. Unngå at store mengder vann renner i fundamentet. Følges disse rådene, holder betongrør i minst 100 år. 26
Noen tiltak som sikrer lang levetid Vannledningsrør av duktilt støpejern: Innvendig beskyttelse mot tæring: Velg sementmørtel med slaggsement (har et høyt silisiuminnhold), som passer for det norske «standardvannet». Utvendig beskyttelse mot korrosjon - belegg: Aluminium / sink + epoksy Aluminium / sink + kobber + epoksy Sink + polyetylen Armert belegg av sementmørtel Se Norsk vann-rapport 173:2010 Følges anbefalingene, oppnås levetid minst 100 år. Foto til høyre: I godt drenerte grøfter med pukk som Omfyllingsmasse er aluminium + sink + epoksy tilstrekkelig 27
28
Nærmere om VA-rør av termoplast og om tiltak som sikrer god nok levetid Velg rør fra de øverste hyllene Riktig bruk av rørene Riktig oppbygging av vannledningsnettet for å redusere virkningen av ledningsbrudd (se skjerpede krav i drikkevannsforskriften) Neste lysark viser eksempel på oppbygging av vannledningsnettet for å redusere faren for trykkløst ledningsnett. 29
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.
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. http://www.4sledningsnat.se/utbildning-events/dokumentation-konferens-2014-23784594 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)? 31
Elektromuffer - Noen tanker PE-materialet varmes opp til det blir flytende. Bruk av utstyr for sentrering og innspenning er derfor helt avgjørende for en god sveis. Er dette utstyret for sentrering og innspenning Brukbart? 32
6. VA-ledninger av termoplast: Hvor godt er levetid minst 100 år dokumentert? Fra fornyelsen av vann- og avløpsnettet i Grogata i Skien i 2016. 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? 33
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 http://www.teppfa.eu/ 34
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 12201 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 13476 Avløpsrør av PVC-U (trelagsrør) (2012) EN 13476 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): http://www.teppfa.eu/epdoverview 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 35
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.. http://www.teppfa.eu/industry-studies/ 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. 36
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. http://www.teppfa.eu/ 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 2014 http://www.teppfa.eu/industry-studies/ stiller to viktige tilleggskrav til dokumentasjon av kvalitet. Når disse kravene er oppfylt, er 100 års levetid dokumentert. 38
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 2014 http://www.teppfa.eu/industry-studies/ 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! Usikkerheten er i hovedsak knyttet til rør med liten diameter, der veggtykkelsen er liten. 39
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 2014. 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 2014. Hva er faren for sakte sprekkvekst?. 40
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, PE og PP trelagsrør med kjerne av stiv skumplast (NS-EN 13476): I strid med godkjente tegninger ble det sommeren 2014 levert trelagsrør av PP til et boligfelt i Skien. Tilgjengelig dokumentasjon av rørtypen ble gjennomgått av Skien kommune i 2014 og 2015. Etter Skien kommunes mening er det ikke dokumentert at dette røret vil nå 100 års levetid. Skien kommune ga utbyggingsfirmaet valget mellom utforing av ledningene med polyesterstrømpe eller å skifte ut ledningen. Utbyggingsfirmaet valgte utskifting.. PP trelagsrør med kjerne av stivt PP-skum DN 160-41
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 13476 Ikke gjelder. Hvordan utforme kravene som gir f.eks. 100 års levetid? 42
Husk å lese neste side! 43
7. 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. Uvilje blant noen rørprodusenter til å forbedre produktstandardene slik at 100 års levetid kan dokumenteres, er ikke noe argument for å ta i bruk dårlig dokumenterte rør. Norske kommuner og Statens vegvesen bør bruke sin markedsmakt til å motivere rørprodusentene til bedre dokumentasjon av langtids materialegenskaper. 44