Subcapitolul 2 - 4.2. Cauzele care produc deteriorarea calităţii conductelor şi canalelor - Ghid din 2014 privind reabilitarea conductelor pentru transportul apei. Indicativ GP 127-2014

M.Of. 2 bis

În vigoare
Versiune de la: 4 Februarie 2015
SUBCAPITOLUL 2:4.2. Cauzele care produc deteriorarea calităţii conductelor şi canalelor
SECŢIUNEA 0:
(1)În general toate materialele utilizate îmbătrânesc; sub influenţa factorilor naturali şi artificiali, materialul se deteriorează şi aceasta produce restrângerea performanţelor tehnologice ale construcţiei în care tuburile sunt înglobate: aducţiuni şi reţele de distribuţie, colectoare de canalizare, conducte de refulare. Principalele efecte sunt:
a)creşterea pierderii de apă din conducte şi canale şi deteriorarea calităţii apei, importantă în special la transportarea apei potabile,
b)pierderea de energie, împreună cu apa pierdută sau pentru menţinerea parametrilor tehnologici,
c)întreruperea funcţionării serviciului în vederea reparării avariei, penalizabilă,
d)creşterea costurilor de exploatare prin repetarea la intervale mici a reparaţiilor,
e)scăderea siguranţei în funcţionarea serviciului în caz de catastrofe (incendii, inundaţii,etc.)
f)creşterea debitului extras din sursă în defavoarea altor consumatori,
g)deteriorarea construcţiilor subterane prin creşterea agresivităţii solului, creşterea nivelului apei subterane etc.
h)deteriorarea accelerată a căilor de transport sub care se găsesc pozate aceste conducte şi canale, prin umezirea pământului sau îngheţ/dezgheţ.
(2)Principalele cauze unitare care produc reducerea fiabilităţii conductelor şi canalelor sunt:
a)funcţionarea la debite şi presiuni variabile (lent sau rapid variabile)
b)funcţionarea la încărcări exterioare mari şi variabile; încărcarea din împingerea pământului, încărcarea din trafic, încărcări din solicitări dinamice ale pământului,
c)variaţia de temperatură a lichidului/apei transportate,
d)agresivitatea solului din exterior şi a apei din interior; coroziunea distruge peretele tubului cu sau fără depunerea de produse de coroziune,
e)reducerea capacităţii de transport prin creşterea rugozităţii din cauza coroziunii sau depunerilor pe pereţii tuburilor,
f)modificarea în timp a structurii materialului,
g)depunerea de substanţe amorfe sau agresive care reduc secţiunea vie şi prin aceasta a vitezei apei; pentru a menţine debitul cerut în secţiune trebuie crescută presiunea,
h)solicitarea mecanică pe durata şi nu numai, când în subteran sunt executate sau se fac reparaţii la alte reţele,
i)solicitări excepţionale din cauze naturale (nu trebuie uitat că mare parte din lucrări au suportat trei cutremure mari în secolul XX) sau artificiale (în secolul XX o parte din reţele din ţara noastră au suportat consecinţele a două războaie mondiale).
(3)De obicei aceste cauze acţionează combinat chiar dacă una dintre ele are efecte pregnante tot timpul sau periodic. Deteriorarea funcţionării conductei poate fi datorată tubului în sine sau îmbinării între tuburi sau între tuburi şi armături precum şi armăturilor acţionate prea des sau dimpotrivă acţionate foarte rar.
(4)Unele sau altele dintre cauze pot fi accelerate din cauza unei proiectări necorespunzătoare, a folosirii de materiale inadecvate, a unei execuţii neglijente, a unei exploatări necorespunzătoare sau a unei combinaţii dezavantajoase între toate acestea. Este esenţial ca apa introdusă în reţea să nu fie agresivă, sau să devină agresivă pe durata exploatării, faţă de materialul conductei de transport.
SECŢIUNEA 1:4.2.1. Efectul coroziunii asupra materialelor
(1)Materialele din care se confecţionează tuburile pentru transportul apei pot fi clasificate în două grupe mari:
a)materiale care rezistă la agresiunea moderată a apei prin calitatea materialului din care sunt făcute (PAFSIN, PE, PVC, PP, beton etc.),
b)materiale care nu sunt rezistente la agresiunea apei şi din această cauză tuburile trebuie să fie protejate prin acoperire de suprafaţă cu un material rezistent la coroziune (fontă ductilă, gresie, oţelul carbon, beton etc.); în cazul acoperirii de suprafaţă o problemă specială o poate constitui îmbinarea tuburilor; îmbinarea nu trebuie să distrugă calitatea protecţiei de suprafaţă.
(2)Coroziunea se poate manifesta în interiorul tubului sau şi în exterior. Metodele de combatere pot fi diferite:
Combaterea din interior se poate face cel mai bine prin controlul calităţii apei, astfel:
a)transportarea unei ape cu un pH în limitele valorii neutre, 6,5-8,5; acest lucru se poate realiza mai uşor la apa brută sau apa potabilă deoarece intrarea apei poate fi controlată (corectarea pH ului se poate face relativ simplu).
b)problema poate fi mult mai complicată la canalizare unde introducerea apei se face direct de către utilizatori; comportarea acestora este mult mai greu de controlat.
c)agresivitatea mediului exterior este relativ greu de controlat dar trebuie apreciată în prealabil; aprecierea se va face în condiţiile unui mediu care sigur va deveni umed în timp din cauza pierderilor de apă.
d)când şi mediul interior şi cel exterior sunt agresive vor fi adoptate măsuri adecvate: alegerea unui material rezistent la coroziune, protecţia de suprafaţă a materialului de bază în concordanţă cu mărimea agresiunii şi modul de îmbinare al tuburilor.
e)după stabilirea cerinţelor de agresivitate vor fi precizate furnizorului de materiale aceste solicitări şi garanţiile de lucru; astăzi sunt produse tuburi rezistente în mediul agresiv, PE, PVC, PAFSIN, Fontă Ductilă, PP etc.; chiar şi tuburile de oţel pot fi protejate, interior şi exterior, prin acoperire cu răşini epoxidice sau masă plastică; îmbinarea prin sudură rămâne o problemă.
f)alegerea tipului de material se va face funcţie de rezistenţa la coroziune dar şi de alte cerinţe (solicitarea mecanică din exterior, presiunea apei, deformabilitatea tubului, mărimea diametrului etc.).
g)coroziunea trebuie apreciată funcţie de cele trei moduri posibile de producere a acesteia: coroziune chimică (pH < 7), coroziune electrochimică şi coroziune biologică (în special la ape uzate pe tronsoanele cu depuneri şi unde dezvoltarea proceselor biologice de degradare conduc la formarea de H2S şi H2SO4).
(3)Coroziunea poate afecta:
a)calitatea peretelui interior şi deci calitatea apei şi rezistenţa hidraulică având ca efect indirect scăderea capacităţii de transport; la o anumită limită tubul poate intra în colaps, din cauza solicitărilor mecanice din exterior sau şi a vacuumului din conductă.
b)găurirea peretelui conductei metalice neprotejate, în asociere cu efectul de abraziune care îndepărtează continuu rugina formată, punctual sau prin favorizarea fisurilor (în zonele puternic solicitate mecanic); favorizează creşterea pierderilor de apă şi declanşarea unui fenomen în lanţ.
c)reacţia selectivă cu unii dintre componenţii constituenţi ducând la fărâmiţarea betonului şi dispariţia tubului, coroziunea grafitică la fonta de presiune etc.
d)corodarea armăturii din beton cu distrugerea tubului în final (explozie la corodarea armăturii de precomprimare la tuburile PREMO, colapsul tubului din oţel etc.).
SECŢIUNEA 2:4.2.2. Îmbătrânirea materialului tubului
(1)Toate materialele supuse la solicitări mecanice timp îndelungat îmbătrânesc, tubul şi îmbinarea obosesc. Din această cauză toate materialele au o durată normată de viaţă, mai lungă sau mai scurtă în funcţie de material şi condiţiile de exploatare.
(2)Materialele sintetice dar şi cele insuficient prelucrate sau materialele compozite, în timp, pot să îşi schimbe structura materialului de bază. Materialul nou format poate avea o rezistenţă mai mică decât rezistenţa necesară la solicitarea tubului şi deteriorările pot fi importante (colaps, rupere, fragmentare, expulzare de bucăţi etc.). Există chiar semnalări că o parte din componenţii materialului tubului pot trece în apă şi calitatea acesteia poate fi afectată.
(3)Furnizorul de material trebuie să garanteze stabilitatea materialului tubului, în condiţii normate de exploatare, pe durata de viaţă a conductei/colectorului. În cazul în care se constată că pot fi deficienţe mari vor fi prevăzute măsuri constructive prin care să se poată interveni mai uşor în caz de remediere. În general tuburile curent produse au o durată de viaţă de 50 ani cu excepţia tuburilor de fontă ductilă şi gresie la care durata poate fi considerată 100 ani.
(4)Atunci când durata de viaţă este depăşită tuburile pot fi înlocuite.
SECŢIUNEA 3:4.2.3. Îmbătrânirea sistemului de îmbinare a tuburilor
(1)Îmbinarea tuburilor se face în şanţ, bucată cu bucată; calitatea execuţiei îmbinării depinde de experienţa executanţilor, de tipul de îmbinare şi de cost; o îmbinare mai bună costă mai mult; alegerea este o problemă economică dar şi de fiabilitate; este esenţială proba de presiune/etanşeitate după terminarea tronsonului dar şi calitatea inspecţiei vizuale din timpul probei de presiune/etanşeitate. Documentele asupra probei trebuie să constituie elemente componente al cărţii construcţiei.
(2)Îmbinarea poate avea influenţă asupra capacităţii de transport şi solicitării mecanice. Funcţie de variaţia temperaturii apei din conductă (20 - 400C) la tuburile asamblate prin sudare cap la cap, din materiale plastice, cu deformaţii de 10 ori mai mari ca cele ale oţelului, puse în tranşee în condiţii neadecvate (temperatura mare a mediului şi neacoperite cu pământ) pot produce o mulţime de ruperi ale cordoanelor de sudură; în cazuri speciale pot fi prevăzute elemente speciale care să preia deformaţia.
SECŢIUNEA 4:4.2.4. Influenţa presiunii apei din interior
(1)Materialul tubului trebuie să reziste la solicitarea din presiunea apei din interior: aceasta va fi permanentă (presiunea de regim), de durată scurtă (presiunea de încercare - proba tehnologică) sau rapid variabilă (lovitura de berbec). Tubul va fi ales în consecinţă ţinând seama şi de îmbătrânirea în timp. Un material ales necorespunzător sau supus la solicitări peste limita apreciată poate conduce la explozia tubului, la expulzarea garniturii îmbinării, la colaps sau ruperea tubului. Garniturile de îmbinare şi îmbinarea cu armăturile de pe traseu trebuie să aibă acelaşi grad de siguranţă ca şi tubul.
(2)Variaţia presiunii din interior poate fi mult influenţată de prezenţa aerului sub formă de pungi (bule mari de aer); mişcarea acestora duce la modificarea fenomenului de lovitură de berbec şi poate duce la reducerea substanţială a debitului pe conductă; evacuarea acestui aer este esenţială în funcţionarea corectă; evacuarea numai prin branşamentele la conductă poate să nu fie suficientă.
SECŢIUNEA 5:4.2.5. Influenţa împingerii sarcinilor din exterior (pământ, trafic)
(1)Sarcinile din exterior pot fi statice sau dinamice; tuburile trebuie să reziste la sarcina statică şi cu un coeficient de siguranţă mai mic şi la sarcini dinamice. Când este greu de făcut distincţia între cele două este preferabil să se considere că rezistenţa este în concordanţă cu sarcinile dinamice normate. Pentru siguranţă, traseul va fi marcat şi sarcinile grele vor fi excluse sau se va proceda la îngroparea conductei la o adâncime adecvată. Periodic se va face o estimare a solicitărilor din trafic. Ori de câte ori este posibil traseul conductei/colectorului va fi situat în afara zonei de influenţă a sarcinilor grele. Problema deformaţiei limită a tuburilor trebuie bine analizată. O deformaţie importantă poate duce la demufarea tuburilor şi la necesitatea refacerii continuităţii. În cazul aşezării tubului în afara limitelor normal acceptate de producător vor fi făcute calcule de verificare şi vor fi solicitate tuburi cu perete mai gros (SN) sau va fi schimbat tipul de material.
SECŢIUNEA 6:4.2.6. Influenţa calităţii proiectării
(1)Calitatea proiectării se vede în modul în care:
a)traseele nu conduc la solicitări maxime în tuburi, din interior sau din exterior,
b)materialul prevăzut este în concordanţă totală cu condiţiile de exploatare şi modul de operare,
c)estimarea condiţiilor de lucru ale tuburilor este cât mai realistă,
d)tehnologia de lucru este viabilă şi accesibilă constructorului,
e)exigenţa în urmărirea calităţii execuţiei este cea normală şi normată,
f)proiectul va conţine toate elementele care să îmbunătăţească exploatarea, inclusiv mijloacele de măsurare a parametrilor necesari la stabilirea indicatorilor de performanţă (presiune, debit, curăţarea reţelei, spălarea reţelei, aerisirea conductelor etc.); în cazuri speciale vor fi prevăzute măsuri necesare pentru reabilitarea conductelor.
SECŢIUNEA 7:4.2.7. Influenţa calităţii execuţiei
(1)Execuţia conductei/canalului este esenţială în durabilitatea funcţionării, realizării parametrilor tehnologici şi numărul de intervenţii în exploatare. Un control bun al prevederilor proiectului este necesar iar verificarea calităţii execuţiei este esenţială. Predarea lucrării către beneficiar trebuie să aibă garanţia funcţionării pe durata de viaţă a acesteia. Proba de funcţionare la parametrii proiectaţi este esenţială în asigurarea durabilităţii conductei/canalului
SECŢIUNEA 8:4.2.8. Influenţa calităţii exploatării
(1)Exploatarea, partea cea mai lungă din viaţa construcţiei, depinde de calitatea proiectării şi execuţiei dar şi de modul în care sunt respectate condiţiile de lucru. Parametrii de calitate ai apei trebuiesc monitorizaţi potrivit legislaţiei specifice. Este importantă evidenţierea continuă a costurilor de reparaţii şi semnalările de neconformitate în funcţionare (calitatea apei potabile furnizate, mirosul pe stradă - rezultat din fermentarea depunerilor ca urmare a unei viteze mici de curgere a apei cu suspensii, modul de curăţare a reţelei de canalizare etc.). Reparaţiile preventive trebuie introduse în procedurile de exploatare, în managementul exploatării.
SECŢIUNEA 9:4.2.9. Cele mai întâlnite cazuri de avarie la tuburile existente la care este necesară reabilitarea
SUBSECŢIUNEA 0:
(1)Exploatarea celor peste 65000 km de conducte şi a celor peste 21000 km de colectoare au condus la constatarea unor avarii tipice la tuburile din materialele mai vechi utilizate în lucrările edilitare din ţara noastră: fontă de presiune/cenuşie, oţelul neprotejat, tuburile de beton precomprimat - PREMO, azbocimentul. Avariile cele mai des întâlnite vor fi menţionate, cu menţiunea că realitatea este mult mai bogată decât cazurile menţionate.
SUBSECŢIUNEA 1:4.2.9.1. Corodarea internă a tuburilor metalice
(1)Corodarea internă a tuburilor metalice, are ca efect producerea de apă roşie, prezentată în fig. 4.15, creşterea rugozităţii pereţilor prezentată în fig. 4.16, perforarea pereţilor tubului prezentată în fig. 4.17, fisurarea longitudinală sau circumferenţială prezentată în fig. 4.18 (cu creşterea importantă a pierderilor de apă şi a fenomenelor care urmează acestora).
Fig. 4.15. - Producerea de apă roşie la robinet
Fig. 4.16. - Creşterea rugozităţii pereţilor tubului
Fig. 4.17. - Găurirea peretelui tubului
Fig. 4.18. - Fisurarea longitudinală sau circumferenţială
(2)În exterior coroziunea se manifestă prin deteriorarea peretelui conductei şi reducerea rezistenţei mecanice până la colaps. În condiţii favorabile, pot fi expulzate bucăţi din tub, prezentate în fig. 4.19.
Fig. 4.19. - Expulzarea unei bucăţi de tub de fontă cenuşie
SUBSECŢIUNEA 2:4.2.9.2. Expulzarea elementelor de realizare a îmbinării
(1)Este un fenomen des întâlnit la tuburile de fontă, îmbinate cu frânghie gudronată şi plumb, la tuburile din beton precomprimat şi azbociment. Din cauza îmbătrânirii frânghiei gudronate şi deplasării tuburilor în timp, plumbul de blocare este expulzat la o oarecare suprapresiune în tub, prezentată în fig. 4.20.
Fig. 4.20. - Demufarea tuburilor de fontă cenuşie
(2)Este cea mai des întâlnită avarie la tuburile de beton PREMO; din motive constructive sau de comportare în timp (umezire teren, sarcini exterioare variabile etc.) garnitura capătă o poziţie nesimetrică în îmbinare şi la suprapresiuni este expulzată; remedierea este costisitoare, prezentată în fig. 421.
Fig. 4.21. - Demufarea tuburilor PREMO
(3)La tuburile de azbociment demufarea se întâmplă atunci când deplasarea tuburilor este mare, pereţii sunt deficitari şi suprapresiunile frecvente, garnitura îmbătrâneşte, prezentate în fig. 4.22.
Fig. 4.22. - Demufarea tuburilor de azbociment
SUBSECŢIUNEA 3:4.2.9.3. Corodarea armăturii de precomprimare la tuburile PREMO
(1)Corodarea armăturii de precomprimare la tuburile PREMO, este o avarie frecventă soldată cu explozia tubului şi pierderea totală a presiunii, prezentată în fig. 4.23; aceasta se produce din cauza că sârma de precomprimare este protejată prin torcretare cu mortar de ciment; acesta fisurează în timp şi umezeala din pământ duce la corodarea armăturii; urmarea este faptul că elementul care prelua presiunea din interior dispare şi tubul explodează în momentul în care sârma se rupe.
Fig. 4.23. - Corodarea armăturii la tuburile PREMO a condus la explozia tubului
SUBSECŢIUNEA 4:4.2.9.4. Corodarea biochimică a tuburilor din reţeaua de canalizare
(1)Corodarea biochimică a tuburilor din reţeaua de canalizare, se dezvoltă acolo unde se produc cu regularitate depunerile de material biodegradabil, deoarece nu se realizează spălarea reţelei de canalizare. Materialul depus începe să fermenteze şi se produce hidrogen sulfurat; în condiţiile de umezeală din colector, acesta reacţionează cu hidroxidul de calciu din peretele superior al tubului până la distrugerea totală; rezultatul este prăbuşirea tubului, prezentată în fig. 4.24. Între timp rugozitatea tubului creşte şi accelerează fenomenul. Curăţarea periodică este foarte importantă mai ales la tronsoanele unde nu se asigură o bună viteză de spălare/autocurăţire.
Fig. 4.24. - Corodarea biochimică a tuburilor de beton
SUBSECŢIUNEA 5:4.2.9.5. Colmatarea conductei/canalului cu material biologic vegetal
(1)De multe ori conductele şi canalele sunt realizate în apropierea copacilor. În timp, din cauza lipsei de apă şi a producerii unor fisuri în conductă/canal (de regulă pe la îmbinări) rădăcinile pomilor intră în conductă, lărgesc gaura prin presiune biologică şi dezvoltă o structură de absorbire a apei, prezentată în fig. 4.25. Efectul este reducerea debitului până la blocarea totală a curgerii apei.
Fig. 4.25. - Dezvoltarea de rădăcini în conducte şi canale
SUBSECŢIUNEA 6:4.2.9.6. Încrustarea interioară
(1)Încrustarea reduce capacitatea de transport (în special prin reducerea secţiunii vii a conductei/canalului), singură sau dublată de coroziune sau depunerea de suspensii. La apa, cu un indice Langelier peste zero, o parte din bicarbonaţii din apă se descompun şi carbonaţii formaţi se depun pe pereţii conductei. Fenomenul poate fi accelerat de procesul de coroziune când produsele rezultate se combină cu carbonaţii şi produc obturarea conductei, prezentată în fig. 4.26.
Fig. 4.26. - Interiorul unor tuburi încrustate
(2)La colectoarele de canalizare depunerile repetate, urmare stabilizării biologice şi lipsei de curăţare a reţelei, fac ca în timp materialul să se cimenteze şi să conducă până la obturarea completă a secţiunii, prezentată în fig. 4.27.
Fig. 4.27. - Colmatarea secţiunii colectorului de canalizare
SUBSECŢIUNEA 7:4.2.9.7. Blocarea totală sau parţială cu corpuri mari
(1)La conductele care transportă apă naturală sau potabilă se întâmplă relativ des ca sertarul vanei, a cărei tijă de acţionare este corodată în timp, să cedeze şi sertarul cade în locaşul său; moment în care conducta este blocată.
(2)Mult mai des întâlnit este cazul reţelei de canalizare; din comoditate, din neştiinţă, din rea voinţă sau vandalism o serie de materiale sunt introduse în canalizare prin capacele căminelor: materiale de construcţie, chimicale, resturi metalice, animale moarte etc.; prin dimensiunile mari reduc capacitatea de transport şi accelerează fenomenul de coroziune. Aceasta este prezentată în fig. 4.28.
Fig. 4.28. - Materiale ce blochează reţeaua de canalizare
(3)Dezaxarea/deplasarea tuburilor de canalizare prin fenomene coerente produse în timp; îmbinarea pierde apă, apa înmoaie fundaţia tubului, tubul se deplasează sub influenţa sarcinii din trafic (care poate fi mai mare decât cea luată în calcul), tubul se demufează, apa curge pe lângă şi spală pământul, capetele tuburilor se depărtează, tubul este rupt şi capetele sunt dezaxate etc.
(4)Reparaţiile greşit făcute, branşări greşite şi racorduri executate defectuos pot influenţa curgerea apei, favoriza infiltraţiile, favoriza agăţarea de materiale plutitoare, accelerarea ruperii tubului, distrugerea protecţiei anticorosive etc.
(5)Atunci când costul reparaţiilor şi valoarea pierderii de apă este mai mare decât costul unei conducte noi, reabilitarea este necesară.