Polietylen wysokiej gęstości PE-HD w praktyce odwadniania mostów, Tworzywa sztuczne
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Zuzanna ýEPKOWSKA
1
Bogusþaw MYSZKIEWICZ
2
Referat przedstawia wþaĻciwoĻci polietylenu wysokiej għstoĻci PE-HD. Opisane zostaþy moŇliwoĻci
niwelowania wad materiaþu. Omwiono zasady montaŇu oraz dobr kompensacji instalacji odwadniajĢcej z rur
i ksztaþtek PE-HD.
Jednym z materiaþw powszechnie stosowanych na Ļwiecie do grawitacyjnego odprowadzenia wd
deszczowych z obiektw mostowych jest polietylen wysokiej għstoĻci PE-HD. Ze wzglħdu na
wþaĻciwoĻci materiaþu oraz technologie wykonywanych poþĢczeı systemy kanalizacyjne wykonane
z PE-HD gwarantujĢ prawidþowe funkcjonowanie instalacji przez ponad 50 lat, co jest niezwykle
waŇne, szczeglnie w przypadku koniecznoĻci zabetonowania czħĻci instalacji w konstrukcji mostu.
ee
Polietylen naleŇy do miħkkich i elastycznych termoplastw, powstaje w wyniku polimeryzacji
etylenu. Wysoka għstoĻę materiaþu zwiħksza trwaþoĻę, odpornoĻę na uderzenia nawet w ekstremalnie
niskich temperaturach (aŇ do ok.-40° C). Dziħki swojej elastycznoĻci wypeþnione wodĢ rury z PE-HD
nie pħkajĢ po zamarzniħciu i powracajĢ nieuszkodzone do pierwotnego ksztaþtu po rozmroŇeniu.
Szczeglnie waŇnĢ cechĢ materiaþu rur przy transporcie Ļciekw bħdĢcych mieszaninĢ wody,
piasku, startej gumy, jest odpornoĻę na Ļcieranie. Okazuje siħ, Ňe im bardziej materiaþ miħkki
i elastyczny, tym bardziej odporny na Ļcieranie. W porwnawczym teĻcie ĻcieralnoĻci rur z PE-HD,
PVC, stali, Ňeliwa, kamionki, betonu i innych tworzyw sztucznych rury z PE-HD wykazaþy najmniejszy
ubytek gruboĻci Ļcianki (0,3mm po 400 000 cykli).
Polietylen jest caþkowicie odporny na dziaþanie chemiczne czynnikw zewnħtrznych wystħpujĢcych
w naturalnych warunkach (roztwory soli, kwasw, þugw, alkoholi i benzyny), a takŇe na Ļrodki uŇywane do
zwalczania goþoledzi na drogach. Nie jest wiħc potrzebna dodatkowa ochrona powierzchni rur.
1
mgr inŇ., Geberit Sp. z o.o.
2
mgr inŇ., Pracownia Projektowa áKanaþÑ
123
Tablica 1. WþaĻciwoĻci fizyczno-mechaniczne PE-HD
Cecha
Jednostki
WielkoĻę Uwagi
GħstoĻę
kg/m
3
951 Ô 955 tworzywo jest lŇejsze od wody
Moduþ sprħŇystoĻci
MPa 600 Ô 1400
ĺrednio 800
rury sĢ elastyczne
Wsp. termicznej rozszerzalnoĻci
liniowej
mm/(m
o
C) 0,17
Temperatura miħknienia
o
C ~125 temperatura zgrzewania 230
o
C
Maksymalna temperatura uŇytkowa
o
C 80 przy ciĢgþej pracy
Wspþczynnik przewodnoĻci cieplnej W/(m
2
o
C) 0,43 zþy przewodnik ciepþa
OdpornoĻę na uderzenia
kJ/m
2
15
nieþamliwy do Î40
o
C
OpornoĻę wþaĻciwa
cm > 10
16
izolator
PalnoĻę
-
palny nie wydziela substancji
szkodliwych
Wspþczynnik chropowatoĻci
bezwzglħdnej (dla rur czystych)
mm 0,02
Wsp. chropowatoĻci bezwzglħdnej
(zalecany do obliczeı)
mm 1,0
eeeeee
CechĢ charakterystycznĢ rur wykonanych z polietylenu jest znaczny skurcz wtrny materiaþu
spowodowany rekrystalizacjĢ w podwyŇszonej temperaturze. Podczas procesu produkcji w temp. ok.
250°C þaıcuchy molekularne sĢ rozciĢgane. W drugim etapie, ktrym jest szybkie chþodzenie,
gwaþtowny spadek temperatury powoduje powstanie naprħŇeı na poziomie molekularnym. Tak
zamroŇone naprħŇenia sĢ uwalniane dopiero, gdy rura zostanie ogrzana np. promieniowaniem
sþonecznym podczas skþadowania na placu budowy lub Ļciekami przepþywajĢcymi przez zmontowanĢ
juŇ instalacjħ. Aby zapobiec takiej sytuacji, rury bezpoĻrednio po wytþoczeniu powinny byę poddawane
specjalnemu procesowi odpuszczania w gorĢcej kĢpieli wodnej. Proces ten zabezpiecza materiaþ przed
niepoŇĢdanym skurczem i zwiħksza bezpieczeıstwo zþĢczy podczas eksploatacji.
Rys. 1. Efekt skurczu wtrnego rur PE-HD
Przy zastosowaniach zewnħtrznych materiaþ powinien byę zabezpieczony przed szkodliwym
dziaþaniem promieniowania ultrafioletowego (UV), ktre moŇe przyspieszyę proces starzenia siħ
materiaþu. Aby temu zapobiec, w procesie produkcji wprowadza siħ domieszki, stabilizatory, np.
dodatek sadzy w iloĻci ok. 2%.
124
eee
e
Przewody odwadniajĢce obiekty mostowe naleŇy wykonaę z rur o okreĻlonej sztywnoĻci
obwodowej SN:
a) w miejscach osþoniħtych przed sþoıcem (np. zabetonowane lub uþoŇone w zamkniħtej galerii)
SN²2 kN/m2;
b) w miejscach nieosþoniħtych SN²4 kN/m2 lub SN²2 kN/m2 (przewody ukþadane na rynnach
podporowych).
Tablica 2. Zakres stosowania przewodw PE-HD
ĺrednica rurociĢgu [mm] 160 200
250 315
GruboĻę Ļcianki [mm] 6,2-7,1 6,2-7,1 7,7-8,7 7,7-8,7 9,6-10,8 9,7-10,9 12,1-13,6
SztywnoĻę
obwodowa
[kN/m
2
] SN4 SN2 SN4 SN2 SN4 SN2 SN4
Seria rur [-] S 12,5 S 16 S 12,5 S 16 S 12,5 S 16 S 12,5
W miejscach osþoniħtych tak tak tak tak tak tak tak
Nieosþoniħte przewody poziome tak w
rynnie
tak w
rynnie
tak w
rynnie
tak
Przewody pionowe
tak tak tak tak tak tak tak
Wymagania dotyczĢce sposobu prowadzenia rur kanalizacji deszczowej dla obiektw mostowych
zawarte sĢ w RozporzĢdzeniu [4], w rozdziale 8.
Przewody odpþywowe z wpustw:
a) w przypadku wbudowania w pþytħ pomostu naleŇy zabetonowaę (gruboĻę otuliny nie powinna
byę mniejsza niŇ 8 cm);
b) w przypadku przenikania przez dŅwigary betonowane na budowie, naleŇy prowadzię je w rurach
osþonowych o wiħkszej Ļrednicy;
c) wprowadzaę do przewodu zbiorczego od gry, za pomocĢ trjnikw, pod kĢtem ± 60»
mierzonym od osi podþuŇnej przewodu zbiorczego.
Przewody zbiorcze:
a) przenikanie przez dÅ…wigary wykonaÄ™ w specjalnych otworach,
b) wyposaŇyę w czyszczaki po kaŇdym podþĢczeniu przewodu, zmianie kierunku oraz
w najniŇszym miejscu,
c) zaopatrzyę w elastyczne poþĢczenia w miejscach przerw dylatacyjnych konstrukcji obiektu,
d) mogĢ byę zastĢpione korytami zbiorczymi zamiast elastycznych poþĢczeı w miejscach przerw
dylatacyjnych,
e) zaopatrzyę w koryta zbiorcze w miejscu odprowadzenia do rur spustowych, jeĻli dþugoĻę tych rur
przekracza 20m.
Rury spustowe powinny byÄ™:
a) dostosowane swojĢ ĻrednicĢ do przewodw zbiorczych na ich koıcowych odcinkach,
b) prowadzone na zewnĢtrz powierzchni betonowych filarw i przyczþkw; nie mogĢ byę
wbetonowane,
c) wprowadzone do studzienek rewizyjnych lub
d) wyposaŇone w czyszczaki w dolnej czħĻci przy odprowadzeniu do kanaþu deszczowego.
DuŇa elastycznoĻę przewodw z HD-PE pozwala na þatwe dopasowanie tras rurociĢgw do
konstrukcji mostowych biegnĢcych w þuku, co dobrze widaę na zaþĢczonym zdjħciu. Tworzywo to
pozwala bowiem na bezpieczne giħcie rurociĢgw w þuki o promieniu nie mniejszym niŇ R
125 DN.
Przy zmianach kierunku przewodw poziomych o 90° naleŇy stosowaę þuki o kĢcie zaþamania nie
wiħkszym niŇ 45° na kaŇdĢ zmianħ. Jednym þukiem 90° moŇna wykonaę przejĻcie z poziomu w pion.
125
Fot. 1. Odwodnienie wiaduktu na lotnisku w Zurichu
eee
Instalacja odwadniajĢca wbetonowana w pþytħ mostu nie moŇe byę wymieniana. Dlatego tak waŇne
jest, aby zostaþ zastosowany materiaþ, ktry zapewnia najwiħksze bezpieczeıstwo. Przy wyborze
materiaþu naleŇy wziĢę pod uwagħ takie czynniki, jak zagħszczanie betonu, wahania temperatury,
skurcz, peþzanie, a takŇe sprħŇanie konstrukcji mostu. Ze wzglħdu na wþaĻciwoĻci, jakimi
charakteryzuje siħ polietylen wysokiej għstoĻci, czyli elastycznoĻę, odpornoĻę chemiczna, odpornoĻę na
Ļcieranie, jak rwnieŇ ze wzglħdu na moŇliwoĻę wykonywania poþĢczeı zgrzewanych, jest on tak
czħsto stosowany na Ļwiecie do odwodnienia obiektw mostowych.
Fot. 2. Wbudowanie instalacji odwadniajĢcej w pþytħ mostu
eee
Przy projektowaniu i wykonywaniu odwodnienia obiektw mostowych z rur PE-HD naleŇy
uwzglħdnię wpþyw zmian termicznych otoczenia (wydþuŇenia) ze wzglħdu na to, Ňe tak, jak kaŇde
tworzywo, rwnieŇ polietylen charakteryzuje siħ doĻę duŇym wspþczynnikiem termicznej
rozszerzalnoĻci liniowej.
Zmiany temperatury otoczenia powodujĢ zmiany dþugoĻci elementw wykonanych z polietylenu.
Wspþczynnik rozszerzalnoĻci tego materiaþu jest ok. 15 razy wiħkszy od stali. Wymusza to konieÎ
cznoĻę stosowania kompensacji wydþuŇeı lub sztywnego mocowanie przewodw na caþej ich dþugoĻci.
126
WielkoĻę wydþuŇeı termicznych rur moŇna obliczyę ze wzoru:
Ã…L = L * Ã…t * Å‹ [mm]
(1)
gdzie: L Î dþugoĻę rurociĢgu [m],
Åt Î zmiana temperatury w stosunku do temperatury montaŇu [
o
C],
ŋ Î wspþczynnik termicznej rozszerzalnoĻci liniowej = 0,17 mm/(m
o
C).
Tablica 3. Zmiany dþugoĻci przewodw wskutek zmian temperatury
Zmiana temperatury
o
C 10 20 30 40 50
Zmiana dþugoĻci mm / 10m 17 34 51 68 85
ee
Sztywne mocowanie przez zabetonowanie lub zastosowanie do podwieszeı wyþĢcznie punktw
staþych uniemoŇliwia wydþuŇenie przewodu, ale powoduje koniecznoĻę przeniesienia znacznych siþ na
punkty staþe.
Siþy termiczne powstajĢce w rurociĢgu moŇna obliczyę ze wzoru:
P
1
= A * E * Ã…t * Å‹ [kN]
(2)
gdzie: A Î powierzchnia przekroju poprzecznego materiaþu rury [m
2
],
E Î moduþ sprħŇystoĻci = 800 MPa,
Åt Î zmiana temperatury w stosunku do temperatury montaŇu [
o
C],
ŋ Î wspþczynnik termicznej rozszerzalnoĻci liniowej = 0,17 mm/(m
o
C).
Zestawienie siþ powstajĢcych w przewodach PE-HD przy zmianie temperatury o 1
o
C zostaþo
przedstawione w tablicy 4.
Tablica 4. Zestawienie siþ w przewodach PE-HD przy zmianie temperatury o 1
o
C
ĺrednica
zewnħtrzna
GruboĻę
Ļcianki
Pow. materiaþu
w przekroju rury
Moment
bezwþadnoĻci
Siþa podþuŇna
mm
mm
m
2
cm
4
kN/
o
C
160
6,2
0,00296
887
0,407
200
6,2
0,00377
1774
0,513
7,7
0,00465
2154
0,633
250
7,8
0,00594
4356
0,807
9,7
0,00732
5294
0,996
315
9,8
0,00940
10952
1,278
12,2
0,01161
13323
1,578
e
Samokompensacja (kompensacja naturalna) polega na wykorzystaniu siþ sprħŇystoĻci materiaþu do
przeniesienia siþ powstajĢcych w wyniku wydþuŇeı termicznych. Do tego celu stosuje siħ zaþamania
trasy przewodu, tzw. ramiona giħtkie.
127
[ Pobierz całość w formacie PDF ]