Stwierdzono na podstawie doświadczeń, że w przypadku systemów rurowych z tworzyw sztucznych w sieciach podziemnych można mówić o 100-letnim okresie eksploatacji.
Materiały z tworzyw sztucznych są powszechnie stosowane w budowie podziemnych sieci wodociągowych, kanalizacyjnych oraz systemów dystrybucji gazu. Prawidłowe stosowanie tworzyw sztucznych sprzyja niezawodności układów dystrybucji wody, ogranicza wpływ zanieczyszczeń komunalnych i deszczowych na środowisko. Tworzywa sztuczne zapewniają także znacznie niższą awaryjność sieci w porównaniu z materiałami tradycyjnymi.
Nowoczesne systemy wodociągowe i kanalizacyjne wymagają rozwiązań dostosowanych do potrzeb użytkowników, inwestorów oraz firm wykonawczych dysponujących nowoczesnymi technologiami układania rur. tempo prowadzonych procesów budowlanych zmusza do szukania nowoczesnych, trwałych rozwiązań materiałowych i konstrukcyjnych w obszarach, gdzie często cechy użytkowe materiałów tradycyjnych nie odpowiadają oczekiwaniom. Systemy wodociągowe i kanalizacyjne, od kilkudziesięciu lat produkowane z termoplastycznych tworzyw sztucznych, stale się rozwijają i zyskują obszary zastosowań, dla których połączenie walorów użytkowych, ekonomicznych i łatwości montażu jest najlepszym dostępnym rozwiązaniem.
Fot. 1 Wyroby do budowy sieci przesyłania paliw gazowych: a) rury gazowe PE100, b) kształtki elektrooporowe
Systemy dystrybucji gazu
Wprowadzenie do użytku tworzyw sztucznych otworzyło ogromne pole możliwości w zakresie rozbudowy sieci dystrybucyjnych i przesyłowych paliw gazowych. W tym zakresie najważniejszą rolę odgrywają systemy PE (z polietylenu), będące obecnie podstawowym materiałem do budowy sieci gazowych. Systemy PE stosowane mogą być do ciśnień roboczych aż do 1,0 MPa, pokrywając zakres ciśnień roboczych (MOP) od niskiego, poprzez średnie, aż do średniego podwyższonego. W praktyce instalacyjnej najczęściej stosowany jest polietylen klasy PE100, którego zastosowanie w miejsce polietylenu klasy PE80 zapewniło podniesienie parametrów sieci w zakresie:
– bezpieczeństwa – większa odporność na szybką i powolną propagację pęknięć;
– wytrzymałości mechanicznej – możliwość zamiany PE80 w typoszeregu SDR11 (grubsze ścianki) przez bardziej wytrzymały PE100 w typoszeregu SDR17,6 (cieńsze ścianki);
– walorów eksploatacyjnych – zwiększenie wydajności dzięki większym przekrojom użytkowym rur wynikającym ze zmniejszonej grubości ścianek rur PE100;
– obniżenia kosztów budowy – korzystniejsza cena, krótsze czasy zgrzewania i koszty robocizny związane z montażem rur gazowych PE100 w miejsce PE80.
Na rynku wyrobów przeznaczonych do budowy sieci przesyłania paliw gazowych znajdują się rury o średnicach 25-500 mm. Razem z szeroką gamą kształtek daje to wielkie możliwości w projektowaniu, doborze i budowie rurociągów zarówno przesyłowych, jak i rozdzielczych.
Fot. 2 Wyroby przeznaczone do budowy przyłączy wodociągowych: a) elektrooporowy trójnik siodłowy, b) rury PE w zwojach, c) kształtki zaciskowe
Przesyłanie wody pitnej
Systemy zaopatrywania ludzi w wodę pitną były i są nieodzownym elementem rozwoju cywilizacyjnego, począwszy od starożytnych akweduktów i rur drążonych z pni drzew, poprzez rury stalowe i żeliwne, po najnowocześniejsze systemy z tworzyw sztucznych, takich jak PE i PVC (polichlorek winylu) czy też materiałów kompozytowych z żywic wzmacnianych włóknem szklanym – GRP Początki zastosowań systemów z tworzyw sztucznych to lata 50. XX w. Obecnie budowa sieci wodociągowych w terenach o dużym stopniu uzbrojenia i skomplikowania sieci to domena systemów z PE. Tworzywa sztuczne w zastosowaniach wodociągowych wprowadziły wiele udogodnień i podniesienie standardów w zakresie jakości dostarczanej do odbiorców wody, m.in. dzięki:
– odporności chemicznej (brak wpływu na jakość wody),
– odporności na korozję (brak inkrustacji czy zarastania rurociągów),
– niskiej chropowatości (trwale wysoka hydraulika),
– wytrzymałości (stosowanie w całym zakresie ciśnień roboczych w sieciach wodociągowych).
Rury i kształtki z PVC Systemy ciśnieniowe z PVC obecnie stosowane są w sieciach dystrybucyjnych wody pitnej, mają średnice od 90 do 400 mm, a sporadycznie większe – do 630 mm. Systemy te rozpowszechniły się wszędzie tam, gdzie konieczna jest szybka i tania budowa sieci wodociągowej, zwłaszcza na terenach niezurbanizowanych.
Rury i kształtki z PE W odróżnieniu od materiałów tradycyjnych można zbudować kompletną sieć z użyciem rur i kształtek PE, począwszy od najmniejszych średnic, np. 25 mm na przyłączach domowych, po największe umożliwiające montaż magistrali wodociągowych, np. 1200 mm czy 2000 mm. Zaletą systemów z PE jest też najszersza oferta kształtek pozwalających dowolnie kształtować sieć na etapie projektowania i budowy. Systemy z PE uzupełniają elementy armatury z tego tworzywa, takie jak zawory kulowe czy nawiertki z zaworami odcinającymi, stanowiące alternatywę dla armatury żeliwnej. Zgrzewanie PE zapewnia prawie całkowitą dowolność w zakresie projektowania połączeń i budowy sieci praktycznie w każdych warunkach.
Rozwiązania wielowarstwowe Kolejnym krokiem w rozwoju systemów ciśnieniowych z PE jest stosowanie rur z warstwami ochronnymi. Choć powodem powstania tych rur była rehabilitacja rurociągów, to w zakresie standardowych aplikacji uzyskuje się dzisiaj nowe możliwości. Szczególnie dotyczy to budowy rurociągów w trudnych warunkach gruntowych i zastosowania najnowocześniejszych technik montażu. Mimo różnic w technologii wytwarzania i szczegółowych właściwościach tych rur ogólnie mają one za zadanie zapewnić zwiększoną wytrzymałość na tak niekorzystne zjawiska, jak zarysowania i mechaniczne uszkodzenia zewnętrzne rur, a w przypadku najbardziej zaawansowanych rozwiązań – również odporność na naciski punktowe.
Rury te mogą być stosowane podczas montażu w trudnych warunkach, np. do układania rurociągów z wykorzystaniem gruntu rodzimego jako osypki, oraz w nowych technologiach budowy w wykopach wąskoprzestrzennych, płużeniu itp.
Rury warstwowe to doskonałe rozwiązanie dla powszechnie już stosowanych technik bezwykopowych, takich jak przewierty sterowane i przeciski, gdzie użycie rur z warstwami ochronnymi eliminuje konieczność stosowania dodatkowych rur ochronnych.
Fot. 3 Wyroby przeznaczone do budowy sieci wodociągowych: a) kształtki bose do zgrzewania, b) rury PE w sztangach
Rozwiązania dla ścieków sanitarnych i deszczowych
Rozwój infrastruktury kanalizacyjnej wymaga budowy infrastruktury podziemnej spełniającej wymogi przyszłych użytkowników. Do najważniejszych kryteriów należą trwałość i szczelność układów. Cechy te, oprócz innych czynników np. ekonomicznych, klasyfikują systemy kanalizacyjne z tworzyw sztucznych jako rozwiązania o najniższej awaryjności i najwyższej szczelności. Badania prowadzone na terenie kraju potwierdziły, że sieci z tworzyw sztucznych są znacznie mniej awaryjne niż wykonane z materiałów tradycyjnych. Aby rozwiązania przynosiły najlepsze efekty, układy kanalizacyjne powinny być jednorodne materiałowo; systemy zbudowane z elementów o właściwościach bardzo rozbieżnych należy stosować z należytą rozwagą. Producenci systemów kanalizacyjnych z tworzyw sztucznych dbają o to, aby układy kanalizacyjne nie wymagały stosowania materiałów sztywnych (np. betonowych studni kanalizacyjnych), zapewniając pełną gamę systemów do kompleksowego rozwiązania problemu grawitacyjnego transportu ścieków sanitarnych i deszczowych.
Tab. Przykładowe wagi rur kanalizacyjnych
|
Rura polietylenowa Dn 1000 mm |
Rura betonowa Dn 1000 mm |
Rura żeliwna Dn 1000 mm |
|
120 kg/m |
700 kg/m |
300 kg/m |
Polietylen – sprawdzony materiał na rury
Polietylen jest materiałem, z którego rury kanalizacyjne produkowane są od wielu lat, a producenci opracowują układy strukturalne o wysokiej sztywności i jednocześnie niskiej masie. Rury z PE cenione są za elastyczność i wysoką odporność na ścieranie. Materiały tradycyjne rzadko są w stanie zaoferować parametry hydrauliczne długookresowej eksploatacji porównywalne z PE i innymi tworzywami termoplastycznymi. Badania własne prowadzone przez producentów systemów rurowych potwierdzają szczególnie trwałość przewodów wykonanych z PE.
Systemy rur i kształtek z PE są zwykle łączone przez połączenia kielichowe, dwukielichowe, a niektóre konstrukcje rur pozwalają na ich spawanie. Oferowane rozwiązania zwykle tworzą system pozwalający na budowę kolektorów kanalizacyjnych, także na terenach objętych wpływem eksploatacji górniczej. Podstawowe obszary zastosowań rur i kształtek z PE są związane z inżynierią sanitarną, w tym również budową technologicznych rurociągów oczyszczalni ścieków oraz obiektów infrastruktury technicznej zakładów przemysłowych. Mała masa rur sprzyja zarówno łatwemu i szybkiemu dostarczeniu ich do miejsca instalacji, jak również obniża koszty wykonania kolektorów dużych średnic ze względu na brak konieczności używania ciężkiego sprzętu do prac montażowych. Przykładowe wagi rur kanalizacyjnych podano w tabeli. Podane wagi rur są danymi średnimi uzyskanymi z literatury i nie odnoszą się do konkretnych wyrobów określonych producentów. Szczegółowe informacje dostępne są w katalogach technicznych.
Polipropylen w kanalizacyjnych przewodach sieci zewnętrznych
Polipropylen (PP) jest materiałem znanym w technice instalacyjnej, jednakże materiały używane do produkcji instalacji wewnętrznych znacząco różnią się od tych stosowanych do produkcji rur kanalizacyjnych. Rury z PP odznaczają się wysoką odpornością na temperatury zarówno wysokie, jak i niskie.
Na rynkach europejskich dostępne są wyroby przeznaczone do budowy kanalizacji deszczowej i sanitarnej wykonane z tego tworzywa. Rury i kształtki kanalizacyjne z PP odznaczają się bardzo korzystną ceną. Polipropylenowe systemy kanalizacyjne oparte są głównie na rurach strukturalnych, często nazywanych rurami dwuściennymi. Rury te dostępne są w ofercie wielu producentów, którzy oferują również wiele kształtek i elementów połączeniowych. Duża oferta kształtek pozwala bez problemu wykonywać dowolne układy podziemnych rurociągów przesyłowych. Nadmienić należy, że podstawowymi połączeniami są połączenia kielichowe i dwukielichowe, co sprzyja łatwemu montażowi. Systemy rur karbowanych z polipropylenu obejmują zakres średnic od 160 do 1200 mm. Podstawowym zastosowaniem przedstawionych rozwiązań są rurociągi infrastruktury drogowej, kolektory kanalizacji sanitarnej i deszczowej.
Fot. 4 Rury warstwowe: a) z warstwą ochronną zewnętrzną i wewnętrzną, b) z warstwą ochronną zewnętrzną
PVC – tradycja wśród tworzyw sztucznych
W ostatnich latach w Polsce, Europie i na całym świecie powstało tysiące kilometrów sieci kanalizacyjnej z rur i kształtek z PVC. PVC to materiał, który wpłynął na wysoki stopień skanalizowania krajów rozwiniętych i szybkie tempo wzrostu tego wskaźnika w pozostałych krajach. Patrząc na zakres oferty rur i kształtek w zakresie średnic od 110 do 630 mm oraz różnego rodzaju akcesoriów oferowanych przez wielu producentów, należy dostrzec wielkie możliwości dalszej budowy sieci kanalizacyjnych.
Studzienki kanalizacyjne z PE Studzienki kanalizacyjne z PE, oprócz uzupełnienia oferty rur i kształtek, są jedną z podstawowych części systemu kanalizacyjnego nadającą mu jednorodne właściwości użytkowe. Studzienki kanalizacyjne wykonane z PE stanowią doskonałą alternatywę dla ciężkich i stosunkowo nietrwałych studni wykonywanych z materiałów tradycyjnych. Ze względu na skład ścieków sanitarnych nie da się uniknąć korozji chemicznej materiałów tradycyjnych, można jedynie ograniczać jej występowanie. Oprócz właściwości związanych z odpornością chemiczną i wytrzymałością zaletą studzienek kanalizacyjnych z PE są łatwość montażu i brak konieczności używania ciężkiego sprzętu. Istniejące rozwiązania obejmują małe studzienki do montażu na przykanalikach, jak również studzienki inspekcyjne o średnicach 600 mm i 800 mm oraz włazowe studzienki o średnicach Dn 1000 mm i 1200 mm, a także inne, wykonywane na indywidualne zamówienia. Systemy studzienek są projektowane w celu uzyskania korzystnych walorów eksploatacyjnych oraz pod kątem istniejących możliwości technicznych nowoczesnej eksploatacji sieci oraz inspekcji za pomocą urządzeń zewnętrznych. Do najpopularniejszych studni z PE należą:
– rozwiązania modułowe złożone z części dolnej z gotową wyprofilowaną kinetą i modułami montażowymi pozwalającymi na budowanie studni z lekkich i wytrzymałych elementów gotowych;
– studnie monolityczne lub indywidualnie prefabrykowane.
Rozwiązania modułowe są niezwykle przydatne i pozwalają na łatwe projektowanie i wykonywanie kompletnych kolektorów kanalizacyjnych z użyciem gotowych rozwiązań systemowych. Rozwiązanie drugie zapewnia przede wszystkim lekkość konstrukcji formowanej rotacyjnie (wskazuje to na stosowanie studzienek tam, gdzie nie są one mocno obciążone wpływem gruntu) i wykorzystanie zalet konstrukcji indywidualnej; pozwala to na obsługę inwestycji, w których system kanalizacyjny budowany jest z rur o znacznych średnicach.
Oba rozwiązania studni z PE dają możliwość kompleksowej realizacji zadań inwestycyjnych: inwestorzy nie muszą zabiegać o kompatybilność rur ze starzejącymi się technologicznie konstrukcjami z materiałów tradycyjnych.
Studzienki kanalizacyjne z tworzyw sztucznych to także rozwiązania stosowane do szybkiej budowy trwałych odwodnień drogowych i budowy trwałych, szczelnych układów kanalizacji sanitarnej i deszczowej. Obecne konstrukcje pozwalają również na konstruowanie i dostarczanie przepompowni ścieków opartych w całości na studzience z tworzywa sztucznego.
Fot. 5 Kolektor kanalizacyjny wykonany systemowo z rur i studni z polietylenu, średnica kolektora 1500 mm
Studzienki kanalizacyjne z PP
Polipropylenowe studzienki kanalizacyjne znane są jako studzienki inspekcyjne niewłazowe o średnicach od 300 mm. Montowane na przykanalikach i kolektorach o niewielkiej średnicy – do 400 mm, są łatwe w zabudowie i stanowią jeden z nieodzownych elementów nowoczesnego systemu kanalizacyjnego z tworzyw sztucznych. Studzienki PP oraz wspomniane wyżej PE stanowią rozwiązanie pozwalające szybko i ekonomicznie budować trwałe układy kanalizacyjne. Typoszeregi dostępnych na rynku systemowych studzienek z PP reprezentują wszystkie obecnie stosowane rozwiązania (średnice od 200 do 1000 mm).
Systemy drenarskie
Systemy drenarskie stanowią integralną część infrastruktury podziemnej, „opanowaną” w całości przez tworzywa sztuczne dzięki łatwości montażu, zakresu możliwych zastosowań i oczywiście niskich kosztów budowy i eksploatacji. Producenci oferują wyroby w zakresie średnic od 50 do 1000 mm, a nawet większych. Wszystko to za sprawą dostępnych standardowych karbowanych rur drenarskich PVC i PE o średnicach do 200 mm i możliwości łatwego wykorzystania opisywanych wcześniej rur PE i PP korugowanych o ściance dwu- ściennej, jako rur drenarskich. Producenci są w stanie przygotować szybko i tanio takie rozwiązania, które jednocześnie pozostają kompatybilne z budowanymi systemami kanalizacyjnymi. Pozwala to inwestorom efektywnie i tanio rozwiązywać problemy gospodarowania wodami gruntowymi i opadowymi. Zakres zastosowań systemów drenarskich dzięki wykorzystaniu tworzyw sztucznych pokrywa obecnie wszystkie możliwe aplikacje, od układów melioracyjnych i odwodnień dróg, po indywidualne zastosowania jako drenaż opaskowy dla budynku.
Wnioski
Dzięki zastosowaniu kompleksowych rozwiązań inżynierskich i materiałowych w budowie infrastruktury podziemnych przewodów kanalizacyjnych i wodociągowych uzyskuje się trwałość układów liczoną na okres znacznie przewyższający prognozowany do niedawna 50-letni czas użytkowania.
Czołowe firmy dostarczają swoje wyroby i rozwiązania już od ponad 50 lat, a postęp w rozwoju materiałów pozwala na prognozowanie 100-letniego czasu eksploatacji infrastruktury podziemnej z tworzyw sztucznych. Systemy wodociągowe i kanalizacyjne charakteryzuje nie tylko niezawodność, ale również kompatybilność rozwiązań technicznych i materiałowych. Tworzywa sztuczne poddane procesom rozwoju i ulepszania dają możliwość budowy infrastruktury opartej na najnowszych technologiach. Wyeliminowanie zjawiska korozji chemicznej znanej z występowania w materiałach tradycyjnych (np. betonie), zapewnienie szczelności kanałów w sytuacjach krytycznych (ugięcie zamiast pękania) oraz dbałość o koszty przyjętych rozwiązań to cechy, które przyczyniają się do ciągłego wzrostu zastosowań tworzyw sztucznych w budowie infrastruktury podziemnej.
Marcin Kwacz
Janusz Zadrosz
Uwaga: Artykuł powstał na podstawie referatu wygłoszonego przez autorów na Konferencji Technicznej PRiK „Sieci wodociągowe z tworzyw sztucznych. Nowe rozwiązania z PP i PE”.
