Połączenie rurowe - konsekwencje nowych rozwiązań

Elastycznie pod ziemią

Zakres stosowanych w Polsce przed 1990 r. rozwiązań materiałowych oraz połączeń rurowych był bardzo ograniczony. Większość złączy nie odpowiadało ówcześnie akceptowalnym standardom, przede wszystkim były to technologie traktowane jako historyczne w bardziej rozwiniętych krajach już w latach 30. ub. wieku. Po 1965 r. rozpowszechniały się coraz bardziej tzw. rozwiązania zastępcze, ulegające w miarę upływu czasu niekorzystnym zmianom. Wspólną cechą tradycyjnych materiałów rurowych jest (niezależna od jakości) ich sztywność. Polega ona na tym, że rura aż do momentu zniszczenia w niewielkim stopniu zmienia swój przekrój poprzeczny. Równocześnie, poza nielicznymi wyjątkami, złącza nie tolerowały odstępstw od warunku współosiowości. Nowe materiały posiadają natomiast zróżnicowane cechy. Reprezentowana przez termoplasty¹⁾ rura elastyczna jest podatna i na obciążęnie reaguje ugięciem, które powinno mieścić się w dopuszczalnych granicach (rys. 1).

Rodzaje rur i ich połączeń

Charakterystyczne zróżnicowanie właściwości materiałowych uwzględniono w normie PN-EN805 „Zaopatrzenie w wodę. Wymagania dotyczące systemów zewnętrznych i ich części składowych". Uwzględnia ona następujące charakterystyczne rodzaje rur i ich połączeń:
• złącze podatne (umożliwia znaczne odkształcenie kątowe tylko w trakcie montażu;
• złącze   elastyczne   umożliwiające znaczne odchylenie kątowe zarówno w trakcie montażu, jak też po jego ukończeniu; może być ono zastosowane przy niewielkim odchyleniu od linii osiowej;
• złącze sztywne, które nie umożliwia przenoszenia znacznego   odkształcenia kątowego - zarówno w trakcie montażu, jak i po jego zakończeniu;
• rurę elastyczną, której zdolność przenoszenia jest ograniczona przez deformację (odchylenie i/lub odkształcenie przekroju) I pod obciążeniem równym granicznej wartości projektowej, bez załamania lub rozerwania (zachowanie elastyczne);
• rurę sztywną o zdolności do przenoszenia   obciążenia   ograniczonej przez załamanie bez istotnego odkształcenia przekroju poprzecznego (zachowanie sztywne);
• rurę półsztywną, której zdolność do przenoszenia obciążenia jest ograniczona albo przez odkształcenia/przeciążenia (zachowania elastyczne), albo załamania (zachowania sztywne), w zależności od sztywności obwodowej i/lub warunków układania;
• ponadto wyróżnia się rurę o pewnej nasiąkliwości ścianek, przejmujących część wody na etapie pierwszego napełnienia.

Bardzo ważne jest występujące w normach pojęcie sztywności obwodowej rozumianej jako wytrzymałość rury na odkształcenia średnicy spowodowane obciążeniem zewnętrznym przyłożonym wzdłuż jednej tworzącej rury (rys. 2). Obciążenia narzucające niezbędną sztywność obwodową mogą wiązać się zarówno z naziomem, ruchem drogowym, jak też osiadaniami.
Charakterystyczne, że nieco wcześniejsza norma PN PN-EN476 „Wymagania ogólne dotyczące elementów stosowanych w kanalizacji grawitacyjnej" upraszcza klasyfikację, uwzględniając:

• rurę elastyczną, której zdolność przenoszenia obciążenia jest ograniczona odkształceniem średnicy do granicznych wartości projektowych bez pęknięcia lub przekroczenia dopuszczalnych naprężeń; • rurę sztywną o zdolności ograniczonej pęknięciem lub przekroczeniem dopuszczalnych naprężeń, bez wyraźnej deformacji jej przekroju poprzecznego;
• rurę półsztywną o zdolności ograniczonej odkształceniem średnicy, pęknięciem lub przekroczeniem dopuszczalnych naprężeń.
Równocześnie nie ustosunkowuje się ona do problemu złączy, aczkolwiek w tekście podane są odsyłacze do normy PN-EN805.

Złącza rurowe

Zwraca uwagę znaczenie złączy rurowych, stanowiących szczególny problem w tradycyjnych rozwiązaniach. Wszystkie współcześnie stosowane połączenia (oczywiście, o ile nie zostały one wykonane w sposób błędny) są praktycznie wodoszczelne, jednak wodoszczelność nie jest równoznaczna z rozwiązaniem wszystkich występujących problemów. W świetle zapisów normy PN--EN805 potrzebne jest przede wszystkim zachowanie zgodności właściwości rury i połączeń z warunkami lokalizacji i pracy konkretnego przewodu.

Posadowienie

Nowe normy, dostosowane do nowoczesnych rozwiązań materiałowych, bardzo poważnie podchodzą do zagadnienia posadowienia przewodu. Przy jego osiadaniu (rys.3) pojawiają się siły rozciągające i ściskające, powodujące powstanie odpowiednich naprężeń w ścianach rur oraz złączach. Na pewno nie sprawdzą się tu połączenia kielichowe z pierścieniem uszczelniającym, tego rodzaju obciążenia mogą przenosić jedynie wybrane rodzaje złączy²⁾. W odniesieniu do „sieci" są to przede wszystkim dysponujące odpowiednią sztywnością obwodową³⁾ zgrzewane rury z poliolefin. Konieczne jest więc stosowanie rur i złączy adekwatnych do prognozy osiadań, alternatywą pozostaje odpowiednie rozwiązanie posadowienia rurociągu(ławy fundamentowe, pale).

Indywidualne wymagania

Podsumowując, również dziś nie ma dostatecznie uniwersalnych rozwiązań nadających się do stosowania we wszystkich warunkach. Nie jest prawdą, że problemy podłoża przestały odgrywać istotną rolę dla rozwiązania posadowienia rurociągu. Poszczególne rozwiązania posiadają tu indywidualne wymagania, co powinno być rozwiązane przy projektowaniu. Stąd zagadnienie zamiennika może być rozważane jedynie w przypadku rozwiązań o właściwościach odpowiadających potrzebom wynikającym z lokalnych warunków posadowienia. W innym przypadku konieczne jest wprowadzenie odpowiednich adaptacji rozwiązania.

Tworzywa zaliczane do tej grupy to przede wszystkim PVC, PE, PP i PB. Rury z duroplastów wykazują wprawdzie większą podatność w stosunku do materiałów tradycyjnych, ale jest ona bardzo mata (różnica rzędu) w porównaniu z termopla-stami. Ostatecznie zachowania duroplastów są znacznie bliższe zachowaniom sztywnym i rury zaliczane do kategorii duroplastów nie mogą byç traktowane jako zamiennik termoplastów, konieczne są odpowiednie adaptacje rozwiązań.
Skręcane mufy, klejone, zgrzewane, kołnierzowe, mechaniczne (z użyciem łączników) - por.: „Budowa systemów rurociągów z zastosowaniem rur z tworzyw sztucznych". Praca zbiorowa: NPG (Nordyckie Zjednoczenie Producentów Rur z Tworzyw Sztucznych), za wyd. rosyjskoję-zycznym, Sztokholm 2000).
Minimalną potrzebną sztywność obwodową określa się wówczas w oparciu o prognozę osiadań.

autor: prof. dr hab. inż. Ziemowit Suligowski żródłó: www.instalator.pl