1
Vervangen van dichtingen in oude rioleringen met de EDS-techniek ir KAREL MICHIELSEN en ing PASCAL AENGEVELD Steinzeug | Keramo
Samenvatting Om het rioleringsbeleid betaalbaar te houden moet worden gestreefde naar een langere levensduur van de rioleringen. Dit kan worden bereikt door vanaf de eerste aanleg te kiezen voor duurzame materialen, een degelijk ontwerp en kwaliteit bij de aanleg. Daarnaast is ook een instandhoudingbeleid belangrijk met periodiek onderhoud, inspectie en renovatie. In het kader van deze renovatie werd een techniek op punt gesteld om dichtingen van oude buizen te vervangen. De weg die werd afgelegd om tot een betrouwbaar product en techniek te komen wordt beschreven. Een specifiek geflexibiliseerd epoxy werd ontwikkeld en de in Europa meest geavanceerde Ka-Te robottechniek werd voor deze renovatietechniek aangepast. Het systeem werd in Duitsland en Nederland in diameters van 200 tot 600 mm in verschillende projecten al geïmplementeerd.
Résumé Afin de garder les canalisations à un niveau de prix faisable, il faut prolonger leur durée de vie. Ceci est atteint en choisissant des matériaux durables, des plans d’assainissement bien élaborés et une pose de qualité. Ensuite il faut une stratégie de maintenance avec un entretien périodique, inspection et rénovation. Dans le cadre de cette rénovation une technique a été mise au point pour rénover les joints des canalisations anciennes. Le chemin qui a été parcouru afin d’arriver à un produit et une technique fiable est décrit ci-après. Un époxy spécifique « flexibilisé » a été développé et la technique robotisée KATE la plus avancée en Europe a été adaptée. Le système a déjà été expérimenté en Allemagne et en Hollande dans les diamètres de 200 à 600 mm et ce dans différents projets.
Trefwoorden: rioolrenovatie, eigenschappen van en testen op afdichtingsmaterialen, levensduur, robottechnieken, uitvoeringsmodaliteiten, rendabiliteit.
2 1. Inleiding Rioleringen dienen lang mee te gaan. Het ontwerp en de aanleg ervan vergt immers aanzienlijke budgetten en brengt hinder mee. Ook uit overwegingen van duurzaamheid zal men ernaar streven dat de riolering een veelvoud van de cycli van de wegvernieuwing kan overleven (ref.1). Dit bepaalt mee de keuze van materialen in functie van het gebruik van het riool. Ook de ligging van het riool, de bodemparameters, uitvoeringsmethodes, het gebruik, onderhoud en renovatiemogelijkheden spelen hierin een rol. Vaak wordt vastgesteld dat het buismateriaal op zich, na een lange gebruiksduur, nog in goede staat is maar dat de dichtingen, omdat ze dateren uit een tijd met andere eisen en stand van de techniek, hun afdichtingfunctie niet meer volgens de huidige verwachtingen vervullen. Een systeem werd daarom op punt gesteld om de dichtingen van buizen te vernieuwen en de rest van het buismateriaal ongemoeid te laten. In deze gevallen is dit systeem dan ook een interessanter en goedkoper alternatief dan relining van de volledige leiding.
2. Ontstaan van het systeem Een belangrijk deel van de riolering van de stad München is 60 à 100 jaar oud. Het eerste riool werd in München al in 1811 gebouwd (metselwerk). In 1900 en na talrijke epidemies bezat München al 225 km riool met een aansluitingsgraad van 78%. In 2008 zijn 99,9% van de huishoudens aangesloten op de zuivering (ref.2). Kleine diameters zijn meestal in gres aangelegd1 en, met enig voorbehoud voor de dichtingen, vervullen deze nog steeds hun functie. De Münchner Stadentwässerung was dan ook op zoek naar partners om een renovatiesysteem op punt te stellen waarbij enkel de verbindingen zouden gesaneerd worden. Dit systeem moest volgende kenmerken vertonen: - een blijvende dichtheid; - economisch compatibel zijn met de tot dan toe gekende linersystemen; - het systeem hoefde niet alle andere mogelijke schadegevallen te kunnen oplossen; - vooral in het diameterbereik DN 200 tot 600 kunnen toegepast worden; - op gres maar ook op betonbuizen toepasbaar zijn; - een zekere flexibiliteit in de verbinding moest behouden blijven; - het gebruikte afdichtingmateriaal moest zijn degelijkheid en duurzaamheid reeds bewezen hebben, d.w.z. nadelen van andere dichtingsanerings-methodes mochten niet optreden; - bij voorkeur zou de binnengeometrie niet gestoord noch ingesnoerd worden. De stad München engageerde zich actief bij het zoeken naar een systeem dat aan deze criteria kon voldoen in samenwerking met producenten en een renovatiefirma2.
1
In München wordt voor de openbare riolering in diameters tot DN 400 uitsluitend gres ingebouwd.
2
Werkten o.a. mee aan dit project: Renovatiefirma Kanaltechnik Geiger und Kunz met vestigingen in München, Kempten, Stuttgart, Aschaffenburg, Steinheim, Oberstdorf. Gresbuizenfabikant Steinzeug |
Keramo; Ingenierubureau Prof Schießl, Epoxonic Gmbh, München
3 Ze deed dit door technische input te leveren en testleidingen ter beschikking te stellen en dit sinds 2006. Figuur 1 geeft de evolutie weer van de verschillende dichtingsystemen. Vóór 1965 werden afdichtingsystemen van riolen meestal op het werk zelf via handwerk gefabriceerd. Ze bestonden uit kleiafdichting, teer en jijntouw, gietbitumen soms mortelverbindingen en eventueel ook al roldichtingen. Bij gres zijn de geïntegreerde modernere dichtingen uit rubberen lippendichtingen voor de kleine diameters (tot DN 200) en uit polyurethaan polymeren voor de grotere diameters al in gebruik vanaf 1965.
1900
1950
Kleidichting tot 1925
Gegoten ring tot 1965 Bitumen jijntouw tot 1955
Dichtingstype „K“ vanaf 1965
2000
Figuur 1 : Evolutie van dichtingsystemen van mof-spieverbindingen bij gresbuizen.
stroomrichting
Klei of mortel
teertouw
Figuur 2 : Schematische weergave van oude verbinding.
2. Weerhouden systeem Het resultaat van uitgebreid vooronderzoek leidde tot de ontwikkeling van het zogenaamde EDS-systeem (ref.3). In deze techniek wordt een deel van de dichting en een gering aandeel buismateriaal aan het mof-spie-einde weggefreesd waarna een flexibele epoxyhars op elastomeerbasis in de dichtingruimte wordt geïnjecteerd via een robottechniek welke cartouches, met erin het epoxyhars, meevoert in de leiding. Vervolgens spatelt deze robot de geïnjecteerde massa gelijk met de buiswand.
4 3. Voordelen van het gebruikte epoxymateriaal Het gebruik van epoxymateriaal in de rioleringsbranche heeft al lang zijn degelijkheid bewezen. Al 25 jaar wordt epoxymateriaal met succes voor reparaties in rioleringen toegepast. Op dit ogenblik kunnen dan ook met zekerheid voorspellingen worden gemaakt voor de gevraagde minimumlevensduur van 40 jaar (ref.7). Er kan worden teruggegrepen naar eisen welke in verschillende normen m.b.t. rioleringsmaterialen al zijn opgenomen. Speciaal voor het EDS-systeem werd een epoxy ontwikkeld welke nog een zekere flexibiliteit behoudt. Voor bestaande leidingen, waarbij men ervan mag uitgaan dat de belangrijkste zettingen afgelopen zijn, zal dit volstaan. Een hoekverdraaiing van 3 tot 7 mm/m kan in de gesaneerde verbinding worden opgenomen. In deze zin werd in het laboratorium de dichtheid getest met deze hoekverdraaiingen en dit nadat de verbinding reeds aan de chemische bestendigheidsproeven, beschreven in NBN EN 295 (ref.4), onderworpen geweest was. In eenzelfde arbeidsgang, met gelijkaardige robotuitrusting en hetzelfde type epoxy kunnen ook scheuren, lekkende barsten, wanneer deze niet te veelvuldig voorkomen, gesaneerd worden.
4. Voordelen van de gebruikte robottechniek Het frezen, injecteren en spatelen wordt uitgevoerd met de KA-TE robottechniek.(ref.5) Deze techniek wordt al geruime tijd met succes ingezet voor de sanering van barsten in buismaterialen met een star buislichaam.(ref.6)
5. Andere voordelen van het EDS-systeem Aan alle eisen gesteld door de Müchner Stadentwässerung werd voldaan. Belangrijk voor de opdrachtgever was dat het oorspronkelijk materiaal (in casu gres) de verdere lange levensduur van het riool bleef bepalen en dit niet te niet werd gedaan door bijv. een kunststof-liner over de volledige lengte te plaatsen. Terug een renovatie uitvoeren, in een eenmaal met een kous behandeld riool is dan namelijk niet meer mogelijk. Met EDS kan dit eventueel wel. Een systematische renovatie van de dichtingen met EDS bleek ook economisch interessanter; immers bij een koussyteem, hoewel op zich niet zoveel duurder dan het EDS-systeem, ontstaat een aanzienlijke meerkost omdat de inlaten weer moeten vrijgefreesd worden en met de achterliggende aansluitingen in een aparte werkgang moeten verbonden worden. Dit laatste geldt ook voor de aansluitingen aan de inspectieputten. Ongelijkheden in de vloeilijn bij deze aansluitingen ontstaan dan bij EDS ook niet. Tijdens de uitvoering moet de afvoer slechts kortstondig onderbroken worden en een kwaliteitsvolle uitvoering kan op een pertinente manier via mofdruktesten worden aangetoond. Foutenrisico’s bleken in de praktijk zeer klein te zijn. Nadelige nawerkingen in deze dichtingsrenovatietechniek, wel geconstateerd bij bepaalde saneringsmethodes met packers en 1 componentige producten zoals krimp of uitspoelingen, treden bij EDS niet op.
5 6. Testprogramma op materiaal en uitvoeringswijze In verschillende laboratoria en op testwerven werden testen uitgevoerd die de geschiktheid en de duurzaamheid van de saneringsmethode aantonen. (ref.7)
Figuur 3 : Testopstelling dichtheidscontrole bij hoekverdraaiing.
Figuur 4 : Behoud van flexibiliteit in de verbindingen.
Testvloeistof, loog of zuur
Dichtingsmateriaal in de mofspleet: epoxyhars Afdichtingsballon
Figuur 5. Testen op chemische bestendigheid met zuren en basen. In de tabel op volgende pagina wordt een overzicht gegeven van de uitgevoerde testen op een aantal karakteristieken met de resultaten.
6 Tabel 1 : Overzicht van de uitgevoerde testen. Eigenschap Hechting
Doel Hechting nagaan van
Norm, richtlijn, opgelegde eisen en specificaties
Uitvoering instituten
Volgens Merkblatt RSV 5
Labotest bij MPA TUM
epoxy op gres
Resultaten Eis vervuld voor alle bekomen waarden nl > 2.0 N/mm² (groter dan de inwendige materiaalsterkte van gres)
Opneem-
Flexibiliteit
Eigen eisen afgestemd
Labotest
tot 1/300 beantwoordend aan
bare hoekver-
van de leiding
met het “Zentrum Geotechnik, TUM
MPA TUM
eis “zettingen van bouwwerken” en beoordeeld
draaiing
behouden
Chemische
Weerstand
EN 295 deel 3. Ph 2
Labotesten
EDS- verbinding vertoont geen
bestendigheid
t.o.v afvalwater en
tot 12. H2SO4, HNO3, NaOH, NaOCL bij ph 2
MPA TUM
enkel aantastingsspoor, aan de dichtheidsproef conform EN
versnelde testen
à 12. Onder-dompeling 168 u bij 20 °C
Bestendig-
Degelijkheid
WN 295 en
Testlabo
Geen zichtbare beschadiging.
heid tegen hoge
op lange termijn, ook
bijkomende criteria voor in situ testen nl.
STG Testriool in
Aan de erop volgende dichtheidstest werd voldaan.
drukreini-
na
50 passages met
München
ging
onderhoudswerken
reinigingskop op 3 verbindingen met 120
door Zentrum Geotechnik TUM, prof. Dr. Vogt
1610 werd voldaan, Volumewijziging < 1 %
bar, 30° straalhoek, 320 l/min, 1 minuut met roterende sproeikop 120 bar, 80°. Erosietest
Dichtheid
Levensduur
Degelijkheid
EN 295 deel 3,
Opstelling
Gemeten erosiediepte kleiner
op lange termijn.
paragraaf 12
kiptoestel volgensT.U
dan toegelaten grenswaarde bij 200.000 lastwissels (<0.5
Darmstadt erosietest
mm)
Conform
NBN EN 1610 en
Op
Alle verbindingen dicht ook in
verschillende normen en
DWA A 139 mofdichtheidstesten
gesaneerde verbinding
het testriool (> 60 verbindingen)
richtlijnen
met LD systeem (200 mbar luchtdruk)
Inschatten
Ervaring met
Experten-
Aanname voor
van verwachtingen
epoxyharsrenovatiesystemen. Versnelde
oordeel door Prof.
levensduurverwachting van renovatiesystemen werd
test met chemicaliën, hoge drukreiniging
Dr.Schießl
bevestigd (> 40 j)
7 7. Uitvoeringsbeschrijving De techniek omvat volgende stappen: 1. de te saneren leiding wordt gereinigd en eventueel in deelstukken afgesloten; 2. met een robot wordt de bestaande dichting en mogelijke afzettingen ter hoogte van de verbinding weggefreesd. Daarbij wordt ook het gresmateriaal aangefreesd om minstens het glazuur te verwijderen en dit tot een vooraf gespecificeerde dichtingsruimte ontstaat (ça 12 tot 20 mm breed en ça 20 tot 30 mm diep); 3. de mofspleet wordt met water onder hoge druk gereinigd; 4. de robot injecteert en drukt met spatelgereedschap epoxymateriaal in de mofspleet. Het binnenoppervlak wordt glad afgestreken en er komen in het materiaal geen blazen voor; 5. na uitharding: controle via camera en ook de dichtheid wordt aangetoond. Dichtungdie im een Muffenspalt epoxyhars aus elastifiziertem beperkte flexibiliteit Epoxidharz bezit
Uitfrezen van de voeg Materialabtrag durch Vorfräsen
definierter Muffenspalt Uitsparing in de mof 1212 - 20 tot mm 20 mm breed
Boden der Rohrzone Beddingszone bzw. Rohrauflager
Rest der Muffenabd. Restant van de älterer Bauart oude dichting
Figuur 6 : Saneringsprincipe.
Figuur 7 : Teststaal van gesaneerde dichting.
8
Figuur 8 en 9 : Sanering van 365 verbindingen DN 300 en 40 verbindingen DN 400 op een industrieterrein in Moerdijk (NL) - totale leidinglengte 365 m.
Figuur 10 : Beschadigde dichting (betonbuizen).
Figuur 11 :.Ondichte mofverbinding.
9
Figuur 12 : Toestand na het frezen.
Figuur 13 : Toestand na de renovatie.
8. Andere randvoorwaarden en uitvoeringsmogelijkheden onder moeilijkere omstandigheden De EDS-techniek kan ook toegepast worden wanneer drukkend (inspuitend) grondwater aanwezig is. In dit geval wordt vooraf een voorlopige gelafdichting gerealiseerd om de overmatige waterdruk weg te nemen. Dit vormt een prop ook aan de buitenkant van de mof. Ter hoogte van de verbinding wordt dan in dit materiaal gefreesd zoals beschreven in § 7. Ook wanneer voegdichtingen naar binnen hangen of het oude dichtingmateriaal verweekt is stelt dit geen probleem voor het freeswerk (zie fig.14). Wanneer in beperkte maten radiale verplaatsingen voorkomen kunnen deze ook bijgefreesd worden zodat weer een hydraulisch verantwoord bodemprofiel ontstaat.
10
Figuur 14 : Wegfrezen van naar binnen hangend voegmateriaal.
9. Rendabiliteit Bij buismaterialen die een hoge levensduurverwachting bezitten maar waarvan de dichtingen destijds nog niet de hoge eisen vervulden, kan het interessant zijn een systematische dichtingsanering uit te voeren om zo de effectieve levensduur van het riool verder aanzienlijk te verlengen. Door enkel de verbindingen te renoveren en niet ook het buislichaam van een inliner te voorzien blijven de eigenschappen van het oorspronkelijk buismateriaal behouden, blijft de herhaling van dichtingsanering steeds mogelijk, kunnen kosten gespaard worden t.o.v. nieuwbouw of t.o.v andere saneringsmethodes (packers, inliners). Tegelijk wordt een nieuw flexibel blijvend dichtingsysteem ingebracht welke hoge technische eisen vervult. Met het EDS-systeem werden al heel wat gresriolen van DN 200 tot 600 die dateren van de beginjaren van 1900 hersteld zodat ze ook een eind in de 21ste eeuw optimaal zullen functioneren. Met een geringe meerkost kunnen op deze wijze riolen die financieel al afgeschreven zijn aan een nieuw leven beginnen en ontstaat minder druk op de rioolbijdragen door de burger (ref.8).
10. Literatuur [1] A.Dauw: Inventarisatie-Levensduurverwachting: Vlario duurzaamheidsnota. 2008 [2] Münchner Stadtentwässerung: www.muenchen.de/Rathaus/bau [3] Purde, John & Partner, Baldham: EDS-Verfahren: Erneuerung der Dichtung an Steinzeugrohrverbindungen älterer Bauart, August 2006 [4] NBN EN 295: Europese normen voor gresbuizen en hulpstukken deel 1 tot 8 [5] KA-TE Fräsroboter: http://kate-pmo.ch [6] Die KA-TE Robotertechnik: Vielseitigkeit durch High-tech: www.kanaltech.de/5.html [7] Prof. Schießl: GUTACHTERLICHE STELLUNGNAHME über das Langzeitverhalten der EDS- Dichtungserneuerung, München 2006, 26 pg plus bijlagen. [8] PJP-Purde: Aspekte zur Wirtschaftlichkeit der EDS-Verfahrensanwendung Sept. 2006,
