Pipelife Norge: Rørdagene 2017 Hotell Skjærgården,

Langesund i Telemark

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 ?»

Gunnar Mosevoll, Skien 1 Pipelife_Roerdagene 2017_Levetid 100 år_14 februar 2017_GM_2017-2_rev3.pptx

Det trengs mer

vann:

DN110 PVC-U fra

1960-tallet

erstattes i 2015

av DN 225 PE 100

DN 110 PVC-U sprenges

Kappen på DN 225 PE er fått riper,

men selve PE-ledningen er klar

for tjeneste i minst 100 år

1

I. Norsk Vanns utredninger om rørmaterialer

Norsk vann har gjennomført noen utredninger om rørmaterialer:

2

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

Norsk Vanns utredninger om rørmaterialer

Norsk vanns neste rapport:

«Plastrør for vannforsyning og avløp: Hvordan skal vi oppnå 100 års levetid ?»

Legg merke til den lange strekningen med helt eller delvis åpne grøft !!

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 ?

4

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

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

Hva mener vi med levetiden til en VA-ledning ?

Levetid

Satt i drift Fornyes/

Skiftes ut/

Legges ned

Antall svikt/

reparasjoner «Barnesykdommer»

må unngås

0 T

Vanlig drift Utsliting

0,01∙T – 0,2∙T

Men en VA-ledning er vanligvis reparerbar

8

9

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.

7. februar 2017

Jazzlegenden Svend Asmussen er død - 100 år gammel

Siden de første jazzorkestre begyndte at spille i Danmark,

har Svend Asmussen været med. Han blev 100 år. http://www.dr.dk/nyheder/kultur/jazzlegenden-svend-asmussen-er-doed-100-aar-gammel

Hvor lenge er 100 år ?

Desember 2016:

Fiolinisten Arve Tellefsen fyller 80år

Januar 2017:

Fiolinisten Arve Tellefsen får

Spellemannspris 10

11

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

Nye VA-ledninger på nye steder

forsterker og effektiviserer

VA-nettet

Utgåtte vannledninger av grått støpejern

12

13

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 Prøve av samme vannledningen etter

fornyet våren 2012 – Skien kommune) sandblåsing i 2009 (Breivoll inspection)

● Men ledninger av termoplast har andre materialegenskaper,

som det må tas hensyn til.

, men ikte sprekkvekst og brudd, eller

• Varmealdring / kjemisk brudd, eller

• For stor tøyning og for kostbar reparasjon

14

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

● 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.

• Stor tøyning, som gjør reparasjon av brudd vanskelig

15

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: • For stor deformasjon, eller

(trykkløse ledninger) • Sakte sprekkvekst og brudd, eller

• Varmealdring / kjemisk brudd

● Begge ledningstyper: • 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

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

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 1975 - 1980

Langsgående sprekk i hele rørets lengde på 5 m

med en greinsprekk

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

Legging av trekkerør for fjernvarme i Lundegata.

Trekkerørene for fjernvarme krysser under trekkerørene for kabler.

DV-rør av PE DN 600 fra 1996

19

Trekkerør kabler

Egenskaper til VA-ledninger i drift

● Alle typer VA-ledninger: Hvordan tåler en ledning at det graves tett inntil

ledningen ?

● Vannledninger: Hvordan påvirkes drikkevannskvaliteten av rørmaterialet ?

Om valg av godkjenningsordning:

Vannrapport 127: Vannforsyning og helse.

Veiledning i drikkevannshygiene, desember 2016.

DV-rør av PE DN 600 fra 1996

Skade januar 2017

20

VA-ledninger av termoplast -

svakheter ved anleggsarbeidet kan redusere levetiden

Om britiske erfaringer med

elektromuffesveiser:

Se foredrag av Edward Ingham

på 4S Ledningsnät-

konferansen i Stockholm

15. oktober 2014

http://www.4sledningsnat.se/utbildning-events/dokumentation-konferens-2014-23784594

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

Eksempel på enkel kontroll av vinkelavvik i

elektromuffesveis (PE 100 DN 180 SDR 11)

Krav til avkjølingstid her: Minst 25 minutter

22

5. Kunnskap om forventet levetid: Bruddforløp i vannledninger (trykkrør)

Hvordan brytes vannledninger ned ?

Rørmateriale «Bruddforløp»

Grått støpejern ● Sakte sprekkvekst og sprøtt brudd

Seigt støpejern ● Korrosjonshull (hullet vokser sakte)

Stål (vanlig karbonstål) ● Korrosjonshull (hullet vokser sakte)

PVC-U ● Sakte sprekkvekst og sprøtt brudd

PE ● 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

Brudd i vannledninger: Følger og forebyggende tiltak

● Følger av brudd: • Stor utstrømmende vannføring

• Deler av vannledningsnettet kan bli trykkløst

● Tiltak som forebygger • Ledningsnett i sløyfeform (tosidig vannforsyning)

trykkløst • Velge rørmateriale som ikke gir lange sprekker

vannledningsnett: • 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

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 m3/time (75 liter/sekund). Volum av lekkasjevannet: 300 m3.

Slike brudd er så store at det er umulig å unngå trykkløst nett nær bruddstedet.

Vannføringsmønster ved ledningsbrudd i fordelingsnett for

vannforsyning - Et eksempel:

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 m3/time (75 liter/sekund). Volum av lekkasjevannet: 300 m3.

Slike brudd er så store at det er umulig å unngå trykkløst nett nær bruddstedet. 25

Vannføring (m3/time)

1601 1725 Tid

395

125

Brudd

starter

Ventil lukket på

den ene siden side

Start ventillukking

på den andre siden

Den andre ventilen

er stengt

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 50 – 70 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 80 – 100

Langbrudd i en rørledning av asbestsement eller av PVC-U, 150 mm 50 – 80

Brannslokking i boligområder 20 – 40

Brannslokking ved hjelp sprinkleranlegg i næringsområder inntil 50

Spyling av vannledninger, vannhastighet 1,0 m/s , diameter 150 mm 18

Forebyggende tiltak mot undertrykk i fordelingsnettet: Eksempel

I et ledningsnett knyttet Ventilene på begge sider

sammen i sløyfer av lekkasjen stenges

strømmer vannet fra begge ikke helt; noe som

sider mot en stor lekkasje. opprettholder overtrykk i

i ledningen inntil den er

reparert.

A

B

C

C B

Lekkasje

Trykklinje Hvis ledningsnettet er

bundet sammen med

ledningen A - B, vil

trykket falle fra begge

sider mot lekkasjen

28

6. Svikt i VA-ledninger av termoplast: Oppsummering

Ledningene skal være dimensjonert slik at det går mer enn 80 – 90 år

før det blir brudd eller for stor tøyning / deformasjon:

Antall svikt/

reparasjoner

0 Vanlig drift Utsliting T

0,01∙T – 0,2∙T

Sakte sprekkvekst

Varmealdring / kjemisk nedbryting Brudd på

Skader pga. graving ledningen

repareres

Tøyning og deformasjon:

• Trykkledninger av

• Trykkløse avløpsledninger

Krav til

bruddform ?

. 29

30

7. 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 ?

31

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/

32

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

33

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.

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

34

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.

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 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 !

.

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 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 ?

.

38

PP ND 315

Indre lag 1,2 mm?

Ytre lag 0,8 mm ?

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 ? 39

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:

Finger weg von Billigrohren im Kanalbau !

Greifen Sie zu Top-Qualität für Generationen !

Fra nettsiden til Pipelife Österreich

41

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

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

Sakte sprekkvekst og store brudd

12. november 2009:

Brudd i vannledning

i Skien (Kapittelgata)

DN 250 mm

Grått støpejern

Lagt i 1950

Langsgående sprekk

Lekkasje vannføring

120 liter/sekund

10. februar 2016

Brudd i ledning på Gulset, Skien,

PVC-U

lagt 1975 - 1980

DN 225 mm

Langsgående sprekk i hele rørets lengde på 5 m

med en greinsprekk

Lekkasje vannføring 110 - 115 liter/sekund

Vannledningsnettet må utformes slik at så store bruddvannføringer unngås

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

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

Legging av trekkerør for fjernvarme i Lundegata.

DV-rør av PE DN 600 fra 1996

47

Termoplastrør – Dimensjonerende spenning mot brudd

Fra σLPL fastsettes karakteristisk materialstyrke MRS (ved 20 grader C).

Dimensjonerende materialspenning fastsettes ut fra ligningen σD = MRS/C

MRS-verdien korrigeres for temperatur, og for økning fra 50 til 100 år varighet.

50 år

σLPL

Trykkrør:

Sikkerhets-

faktor C:

PVC-U: 2,5

PE: 1,6

48

49

10. Egenskaper til VA-ledninger i drift

● Alle typer VA-ledninger: Hvordan tåler en ledning at det graves tett inntil

ledningen ?

● Vannledninger: Hvordan påvirkes drikkevannskvaliteten av rørmaterialet ?

Om valg av godkjenningsordning:

Vannrapport 127: Vannforsyning og helse.

Veiledning i drikkevannshygiene, desember 2016.

DV-rør av PE DN 600 fra 1996

Skade januar 2017

50

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

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/m2)

E = materialets elastisitetsmodul (N/m2)

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

Teoretisk modell for spenning / tøyning i et viskoelastisk materiale

54

Eksempler på elastisitetsmodul

Elastisitetsmodulen avtar med økende varighet av lasten:

PVC-U: 3 minutter (korttids): 3000 MPa (1 MPa = 106 N/m2)

50 år (langtids): 1000 MPa

PE 100: 3 minutter (korttids): 1000 MPa

50 år (langtids): 200 MPa

Verdiene gjelder for 20 – 23 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

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

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/mm2

E-modul for lastvarighet 50 år: E50 år = 150 MPa (N/mm2)

Tøyning etter 50 år: ε50år = σ/E50 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 2013.

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

Trykkløse ledninger av plast - deformasjon og tøyning

Deformasjon d/Dm av nedgravde, fleksible rør pga. jordlast .

Beregnes gjerne ved hjelp av formler på følgende form:

d/Dm = K ∙ Qj / (SR + SS) (m/m)

der: d = deformasjon (m)

Dm = midlere rørdiameter (m) (i rørveggens nøytralakse)

Qj = jordlast (MPa) (1 MPa = 106 N/m2)

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

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

εe1 til εe1 . Den plastiske tøyningen er da tilnærmet 0.

Etter 2 år er den plastiske tøyningen økt fra 0 til

εp2, mens den elastiske tøyningen er redusert fra

εe2 til εe1. 61

62

Enkle anlegg krever ikke dimensjonering for 100 års levetid

63

Plastmaterialene har blitt bedre

«Materialstyrke» PVC trykkrør

PP avløpsrør

PE -trykkrør

1960 2016

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