Těsnost kanalizačního potrubí z plastů

Flexibilita je velkou výhodou plastových potrubí, neboť jim pomáhá vypořádat se i s velmi nepříznivými podmínkami v zemi. Jejím projevem jsou větší či menší deformace, nejčastěji ve svislém směru, kterými trubky reagují na zatížení zeminou, dopravou a podobně. Pokud potrubí bylo nějakým způsobem deformováno ještě před pokládkou, deformace se vektorově sčítají. Při pokládce na potrubí působí po velmi krátkou dobu síly různých směrů a velikosti, které způsobují jeho prvotní deformaci. Během konsolidace zeminy na potrubí působí další, většinou svislé síly, způsobené tlakem zeminy a síly, které jsou reakcí zeminy na deformaci trubky. Chování trubek je v zemi jednoznačně určeno chováním zeminy. Trubka v běžných podmínkách nezmění průměr ve svislém směru o větší část, než o kolik sedne zemina. Zatížení dopravou při běžných hodnotách krytí nepřinese markantní zvýšení konečných deformací, ustáleného stavu je však dosaženo dříve [1]. V dalším období se síly vyrovnají a trubka pracuje v bezzátěžovém režimu tak dlouho, dokud v zemi nedojde ke změně silových poměrů. Pokud položené plastové potrubí vykazuje velké deformace, je to téměř jistě způsobeno nevhodným návrhem (volbou nízké kruhové tuhosti) nebo nesprávnou pokládkou. Trubky s vysokou kruhovou tuhostí logicky vykazují menší hodnoty deformace.

Kanalizační potrubí z plastů se ve světě používá asi 50 let. Během této doby bylo nashromážděno velké množství praktických zkušeností, z nichž vycházejí příslušné výrobkové, zkušební a ?pokládkové? normy - evropské (EN) nebo světové (ISO), které jsou pravidelně aktualizovány. Podklady jsou získávány mimo jiné z rozborů poruch, které se vyskytly během provozu. Dříve se také uplatňovaly pokusy, kdy se po cca 20 a více letech provozu záměrně nevyhovujícím způsobem položených trubek po odkrytí a odebrání těchto vzorků zjišťoval dopad na vlastnosti nebo na životnost systému [2].

Dovolené deformace

Kanalizační systémy musí být po celou dobu života s dostatečnou jistotou funkceschopné. Jde o spolehlivost jak z pohledu statiky (nehrozí destrukce trubek), ale i z pohledu hydrauliky a těsnosti. Příslušné výrobkové a zkušební normy byly proto koncipovány s ohledem na situace, které se mohou na stavbě vyskytnout. K nim bezesporu patří i deformace a úhlové vychýlení, proto jsou tyto hodnoty v normách uvedeny.
Ve výrobkových normách pro potrubí z nejběžnějších materiálů PE, PP a PVC, i v ČSN P CEN/TS 15 223, je pro dlouhodobý mezní stav trubek uvedeno: Konečná průměrná deformace v průřezu je u PVC-U pod 10 %, u PE a PP pod 12 %, konečná maximální deformace … pod 15 % u PVC-U, PE a PP. Uvedené hodnoty ... nemají za následek vznik poškození, ...jsou navrženy z důvodu provozuschopnosti.
Pro potrubí z jiných materiálů mohou samozřejmě platit odlišné limitní hodnoty, dané například jejich nižší pružností (zvl. sklolamináty). Praktické pokusy ukazují, že trubky kruhové tuhosti od SN 4 dosahují v běžných zeminách při málo pečlivé pokládce - prakticky bez hutnění zeminy v jejich okolí - deformaci cca 8 % (viz studii TEPPFA [3] a graf podle ČSN P CEN/TS 15 223).

¤ Graf závislosti deformace potrubí z plastu na čase od jeho uložení (bez dopravy a s pojezdem vozidel nad potrubím)

ADPP (Asociace dodavatelů plastových potrubí) a shodně Hydroprojekt Praha uvádějí jako doporučenou hodnotu pro základní výpočty i přejímku na stavbě deformace po uložení do 6 %. Tato hodnota je doporučena i z pohledu provozuschopnosti, především kvůli přístupu čisticích mechanizmů do potrubí.
V praxi musí uživatel či provozovatel rozhodnout, zda se přejímka nově budované kanalizace bude řídit normou, nebo si ve smlouvě s prováděcí firmou stanoví přísnější limity deformace.
Vzorec pro výpočet deformace potrubí obsahuje ČSN P CEN/TS 15 223:

deformace (stlačení trubky) Δ:

Δ = 100 * ( D - D_min) /D

Pozor - deformace je v praxi často zaměňována za ovalitu:

Ovalita Θ:

Θ = 100 * ( D_max - D_min)/D

kde:
D_max a D_min jsou maximální a minimální na potrubí naměřený průměr,
D je vnější průměr nedeformovaného potrubí).

Ovalita Θ pro potrubí, jež má deformaci Δ, je číselně větší než Δ, neboť rozdíl D_max - D_min je vždy větší než D - D_min.

Zkoušky těsnosti systémů
Součástí povinné certifikace kanalizačních trub v tuzemsku podle zákona č. 22/1997 Sb. jsou mimo jiné zkoušky vodotěsnosti podle ČSN EN 1277. Zkouší se tlakem vody 0,5 baru, potom tlakem vzduchu 0,5 baru, následně i podtlakem vzduchu -0,3 baru.
Po běžné zkoušce spoje (zkouška A) se se provádí stejným postupem zkouška těsnosti deformovaného spoje (zkouška B). Hrdlo je přitom stlačeno o 5 %, dřík ve vzdálenosti 100 ± 5 mm od okraje hrdla je stlačen o 10 %. U trubky průměru 315 mm je rozdíl průměrů v místech stlačení přes 15 mm! V praxi může nastat jen velmi zřídka, při zcela nestandardních podmínkách pokládky. Klade vysoké požadavky na funkci těsnicího elementu, spoj však musí vyhovět.
Při zkoušce C je spoj úhlově vychýlen o maximální hodnotu, dovolenou pro pokládku (závisí na průměru trouby a je stejná i pro trouby kameninové).
Zkouška D je kombinací deformace a úhlové výchylky dle B a C. Zkušební postupy platí samozřejmě pro trubky i pro tvarovky.
Dobré utěsnění spoje zajišťuje velmi účinný pomocník - těsnicí kroužek. V současnosti je to většinou masivní kroužek s jedním, případně i více břity, které v nesmontovaném stavu zasahují do světlého profilu trubky (u hladkých trubek) nebo vyčnívají z drážky mezi žebry trubek. Například u KG SN 4 DN 300 je to asi o 6 mm. Při vsunutí trubky jsou břity zmáčknuty velkou silou, která vytvoří dlouhodobé předpětí a zajišťuje trvalou těsnost systému. Pryž svou tuhostí vynucuje součinnost dříku i hrdla trubky při jakýchkoliv deformacích spoje, zároveň je však dostatečně pružná a dokáže vyrovnat případné odchylky - jako každé pryžové těsnění.
Přítlačná síla těsnění ve spoji nabývá značných hodnot. Pro kontrolu dlouhodobé těsnosti spojů a odolnosti proti prorůstání kořenů se používá postup dle ČSN EN 14 741, který během zkoušky v trvání 2000 hodin zjišťuje sílu, nutnou k nadzvednutí kroužku průtokem vzduchu nebo dusíku. Vzduch je veden tenkou hadičkou, vloženou mezi stěnu hrdla a těsnění. Měří se na třech místech spoje současně a výsledky jsou extrapolovány na stoletou životnost.
Typická hodnota po sto letech je mezi 2,5 až 3,5 baru, což je tlak, vyskytující se i v řadě vodovodních potrubí. Maximální předepsaný tlak zkoušky je do 10 barů, běžně činí pokles hodnoty pro 100 let pouhých 30 % výchozí hodnoty.
Požadavek na těsnost gravitačních kanalizačních potrubí je přitom dle norem minimálně 0,5 baru, tj. 5 m vodního sloupce. Většinou je skutečná hodnota o hodně vyšší. Na českém trhu jsou cizí i tuzemské trubky, testované při tlaku 2,4 bar, což je zkušební hodnota, předepsaná německou směrnicí ATV A 142 pro kanalizaci v oblastech pramenišť pitné vody.

¤ Zkouška těsnosti trubek PP Master (ČSN EN 1277, zkouška D)

¤ Deformace trubky PP Master o 30 % (zkouška kruhové pružnosti)

¤ Zkouška těsnosti trubek Quantum podle ATV A 142 při 2,5 baru

Praktické zkušenosti
V nedávno zveřejněné rozsáhlé studii nezávislých odborníků, zkoumající ekologické dopady dlouhodobě provozovaných potrubí ve třech zemích EU, byla jedním z ostře sledovaných kritérií těsnost potrubí (tzv. SMP projekt, viz [4]).
Studie provedená na celkem 1800 km kanálů konstatuje, že netěsnosti spojů u trub flexibilních tvoří jen 25 % (tj. pouhou čtvrtinu) netěsností nalezených u trubek tuhých.

Závěr
Pro trvale zatěžovaná tlaková potrubí z plastů jsou uvedeny v normách pevnostní izotermy materiálů pro 100 let (např. ČSN P CEN/TS 15 223). Kanalizační potrubí jsou provozována po většinu doby bez mechanické zátěže. Proto všechny správně navržené kanalizační řady, vyrobené a položené podle příslušných norem, budou sloužit bez problémů minimálně po dobu 100 let. Budou spolehlivě těsné, i když budou vykazovat určitou deformaci.
Jednotlivé systémy se však mohou od sebe lišit provozní a ekologickou bezpečností. Bezpečnost na straně potrubí si uživatel obvykle volí výběrem trubního materiálu, případně výrobce trubek, u plastových potrubí také výběrem konstrukce trubní stěny (plná nebo s prostorovou strukturou, typ hrdla) a především volbou kruhové tuhosti. Z pohledu montáže si bezpečnost určuje především výběrem montážní firmy nebo stavebního dozoru.
Bylo by smutné, kdyby údaje v tomto příspěvku byly chápány jako návod k ledabylé pokládce, nebo jako ?propagace? velkých deformací. Spíše je důležité si uvědomit, že při alespoň průměrné pokládce mají plastová potrubí velkou rezervu těsnosti. Poskytují uživatelům nebývalý stupeň bezpečnosti pro neočekávané situace, spojené se vznikem nežádoucího zatížení, jakými mohou být zvýšení dopravní zátěže, různé geologické poruchy a podobně. Šetří jim tak nemalé částky za údržbu.

Použitá literatura:
[1] Janson, L. E.: Plastic Pipes for Water Supply and Sewage Disposal, Stockholm 1999
[2] Guldbaek, E.: The Result of 30 Years Research into the Life of Pipe Systems (report of Long-term experience with UPVC sewer pipes in Practice) - přednáška na semináři Plastové potrubní systémy v inženýrských sítích Praha - Olomouc 1997
[3] TEPPFA, Design of Buried Thermoplastics Pipes, Result of a European Research Project
[4] Stein & kol.: Sustainable Municipal Pipes, Bochum 2005 (Anglický originál i český zkrácený překlad jsou na www.adpp.cz)
[5] Dále normy ČSN 13 476-2, 2007; ČSN 13 476-3, 2009; ČSN EN 1401-1, 2009; ČSN EN 1852, 2009; ČSN EN 14 758-1, 2009; ČSN EN 1277, 2004; EN 14 741, 2006; ČSN P CEN/TS 15 223, 2009

Autor: Ing. Josef Jonášek
Pipelife Czech s.r.o.
E-mail: j.jonasek@pipelife.cz