Kamionka od dziesięcioleci ma mocną pozycję w kanalizacji i nie bez powodu. Jednak rozwój systemów z polipropylenu sprawił, że dzisiejszego PP nie można już oceniać przez pryzmat doświadczeń sprzed kilkunastu czy kilkudziesięciu lat. Dla projektanta pytanie nie powinno więc brzmieć: „kamionka czy tworzywo?”, lecz: który system najlepiej odpowiada warunkom konkretnej inwestycji i technologii jej wykonania?

W projektowaniu kanalizacji grawitacyjnej wybór materiału przewodu jest jedną z podstawowych decyzji technicznych.

Jednocześnie jest to obszar, w którym bardzo silnie działają przyzwyczajenia.

W wielu regionach Polski funkcjonują utrwalone standardy materiałowe przedsiębiorstw wodociągowych, własne wytyczne techniczne i rozwiązania stosowane od lat. Jest to zrozumiałe. Gestor sieci odpowiada przecież za późniejszą eksploatację infrastruktury przez dziesięciolecia i naturalnie preferuje rozwiązania, które zna.

Problem zaczyna się jednak wtedy, kiedy standard materiałowy zastępuje ponowną analizę techniczną konkretnej inwestycji.

Kamionka pozostaje pełnoprawnym, sprawdzonym materiałem kanalizacyjnym. Charakteryzuje się wysoką odpornością chemiczną, dużą sztywnością oraz bardzo długą historią eksploatacji. Systemy kamionkowe są objęte rodziną norm EN 295.

Nie oznacza to jednak, że materiał stosowany przez dziesięciolecia będzie rozwiązaniem optymalnym w każdym współczesnym projekcie.

Rozwój polipropylenu, konstrukcji rur, systemów połączeń oraz technologii bezwykopowych sprawił, że PP stało się pełnoprawnym materiałem infrastrukturalnym, który w wielu sytuacjach daje projektantowi możliwości trudne do uzyskania przy zastosowaniu ciężkich, sztywnych materiałów.

Nie „kamionka kontra PP”. Najpierw warunki inwestycji

Największym błędem byłoby sprowadzenie wyboru do pytania: który materiał jest lepszy?

Nie istnieje materiał najlepszy w każdych warunkach.

Znacznie bardziej inżynierskie pytanie brzmi:

Który system rurowy daje najlepszy bilans hydrauliki, trwałości, bezpieczeństwa konstrukcyjnego, technologii wykonania, eksploatacji oraz organizacji robót w konkretnym projekcie?

Dopiero wtedy można uczciwie porównywać rozwiązania. I właśnie przy takim podejściu współczesne systemy PP często okazują się niedoceniane.

PP jest normowym materiałem do podziemnej kanalizacji

Polipropylen stosowany w kanalizacji zewnętrznej nie jest materiałem „alternatywnym” w znaczeniu eksperymentalnym.

Wymagania dla rur, kształtek i systemów z PP przeznaczonych do podziemnej bezciśnieniowej kanalizacji określa PN-EN 1852-1+A1:2023-03. Norma obejmuje m.in. wymagania dotyczące rur o ściankach litych, kształtek, systemów połączeń oraz metod badań.

To ważne, ponieważ nadal można spotkać uproszczone postrzeganie: ceramika = materiał infrastrukturalny, tworzywo = rozwiązanie lżejsze, ale mniej trwałe.

W przypadku nowoczesnych systemów PP taki podział jest po prostu nieaktualny.

Rura sztywna i rura podatna pracują inaczej

To podstawowa kwestia konstrukcyjna.

Kamionka jest rurą sztywną. PP jest rurą podatną.

Nie oznacza to, że jedna konstrukcja jest lepsza od drugiej. Oznacza natomiast, że w inny sposób przenoszą obciążenia i współpracują z otaczającym gruntem.

W przypadku przewodów z tworzyw termoplastycznych znaczenie mają m.in.:

• sztywność obwodowa rury
• rodzaj gruntu
• prawidłowe przygotowanie podłoża
• sposób wykonania obsypki
• stopień zagęszczenia
• głębokość posadowienia
• obciążenia naziomu

Dlatego błędem byłoby bezpośrednie zestawienie np. klasy SN rury z PP z parametrem wytrzymałościowym rury kamionkowej i wyciąganie na tej podstawie wniosku, który materiał jest „mocniejszy”.

To dwa odmienne mechanizmy pracy konstrukcyjnej.

Projektant powinien analizować cały układ: rura + grunt + technologia ułożenia + obciążenie + warunki eksploatacyjne.

Czy PP jest wystarczająco trwałe?

To jeden z najczęściej powracających argumentów.

Tworzywa przez wiele lat były postrzegane jako materiały o mniejszej przewidywanej trwałości niż materiały mineralne.

Tymczasem wieloletnie badania systemów kanalizacyjnych z poliolefin wskazują na zupełnie inny obraz.

TEPPFA, wspólnie z producentami surowców i jednostkami badawczymi, prowadziła wieloletni program dotyczący trwałości kanalizacji grawitacyjnej z PP i PE. Wnioskiem było wskazanie, że przy spełnieniu odpowiednich wymagań dotyczących materiału, produktu oraz prawidłowej instalacji okres użytkowania takich systemów może wynosić co najmniej 100 lat.

Nie oznacza to oczywiście, że każda rura wykonana z PP automatycznie osiągnie taki okres eksploatacji.

Trwałość zależy m.in. od:

• jakości surowca
• konstrukcji produktu
• warunków pracy
• temperatury
• medium
• obciążeń
• montażu
• sposobu użytkowania

Sam argument „to tylko tworzywo, więc będzie mniej trwałe” nie jest już argumentem inżynierskim.

Odporność chemiczna – przewaga kamionki, której PP nie musi się obawiać

Wysoka odporność chemiczna kamionki jest jednym z jej największych atutów i nie ma sensu tego kwestionować.

Jednak również PP charakteryzuje się wysoką odpornością na wiele substancji występujących w środowisku kanalizacyjnym.

Dlatego w typowej kanalizacji sanitarnej wybór materiału nie powinien opierać się na prostym założeniu: „ścieki = kamionka, ponieważ jest chemicznie odporna”.

Projektant powinien przeanalizować rzeczywiste warunki:

• rodzaj ścieków
• zakres pH
• temperaturę
• obecność substancji przemysłowych
• agresywność medium
• warunki gruntowe
• odporność materiału uszczelnień

Norma PN-EN 1852 obejmuje właśnie PP przeznaczone do podziemnych systemów kanalizacji bezciśnieniowej. Dla typowych ścieków komunalnych właściwie dobrany system PP nie powinien więc być dyskwalifikowany tylko dlatego, że gestor przez lata stosował inny materiał.

Korozja? W tym miejscu oba materiały mają mocną pozycję

Zarówno kamionka, jak i PP należą do materiałów odpornych na klasyczną korozję elektrochemiczną.

Nie wymagają ochrony antykorozyjnej charakterystycznej dla części materiałów metalowych.

Nie jest to więc obszar, na którym warto budować sztuczną przewagę PP nad kamionką. I właśnie taki sposób porównania jest istotny: tam, gdzie oba materiały mają bardzo dobre właściwości, należy powiedzieć to wprost.

Odporność na ścieranie nie jest już argumentem jednostronnym

Kanalizacja, szczególnie deszczowa i ogólnospławna, transportuje nie tylko wodę.

Do przewodów trafiają również:

• piasek
• drobne kruszywo
• osady mineralne
• inne cząstki stałe

Odporność na ścieranie ma więc rzeczywiste znaczenie eksploatacyjne.

Kamionka od dawna posiada bardzo dobrą opinię w tym zakresie.

Ale nowoczesne systemy PP również są projektowane do pracy w takich warunkach, a producenci wykonują badania m.in. pod kątem ścierania oraz odporności na czyszczenie wysokociśnieniowe.

Projektant nie powinien więc opierać decyzji na dawnym podziale: ceramika – odporna, tworzywo – delikatne. Właściwsze jest sprawdzenie parametrów konkretnego systemu.

Największe różnice zaczynają się na budowie

Do tej pory większość argumentów dotyczyła zachowania przewodu podczas eksploatacji. Ale różnica pomiędzy PP a kamionką bardzo wyraźnie ujawnia się już wcześniej: podczas transportu i montażu.

Kamionka jest materiałem ceramicznym – sztywnym, ale jednocześnie kruchym. PP jest materiałem termoplastycznym, który może przyjąć określone odkształcenia i charakteryzuje się dużą odpornością na obciążenia udarowe.

Nie należy upraszczać tego do stwierdzenia: „PP jest mocniejsze”.

Właściwsze będzie: PP jest znacznie mniej kruche i bardziej odporne na typowe uszkodzenia związane z transportem, manipulacją i montażem.

W klasycznym otwartym wykopie może to być jedynie jedna z wielu cech. W przypadku robót prowadzonych ze studni, z niewielkiej komory, w ścisłej zabudowie, na bardzo ograniczonej przestrzeni lub w technologii bezwykopowej zaczyna mieć znaczenie zasadnicze.

Masa rury – parametr, którego prawie nie widać w projekcie

Na profilu kanalizacji masa rury praktycznie nie istnieje. Na budowie istnieje bardzo realnie.

Materiały mineralne są znacznie cięższe od PP. Polipropylen ma relatywnie niewielką gęstość, dzięki czemu gotowe elementy mogą być:

• łatwiej transportowane
• łatwiej przemieszczane
• opuszczane do studni
• montowane przy mniejszym udziale ciężkiego sprzętu

To wpływa na logistykę, zaplecze budowy, dostępność miejsca, bezpieczeństwo montażu i czas pracy.

W otwartym terenie różnica może mieć mniejsze znaczenie. Ale w centrum miasta, pomiędzy istniejącymi budynkami i sieciami, logistyka staje się częścią technologii wykonania.

PP szczególnie zyskuje tam, gdzie kończy się miejsce

Współczesne sieci coraz częściej projektujemy w środowisku, w którym pod ulicą znajdują się już:

• wodociąg
• kanalizacja
• gaz
• energetyka
• telekomunikacja
• ciepłociągi
• odwodnienie

Na powierzchni mamy natomiast intensywny ruch, chodniki, drzewa, torowiska i zabudowę.

Projektant coraz częściej nie odpowiada więc wyłącznie na pytanie: „Jaką rurę zastosować?” Najpierw musi odpowiedzieć: „Jak w ogóle tę rurę zbudować?”

I tutaj właściwości PP zaczynają mieć zupełnie inne znaczenie.

Materiał rury i technologia wykonania nie powinny być projektowane osobno

W części dokumentacji nadal funkcjonuje model: wyznaczamy trasę, określamy średnicę, wpisujemy materiał, a sposób wykonania pozostawiamy wykonawcy.

W wielu prostych realizacjach taki model może być wystarczający. W trudnej przestrzeni miejskiej może jednak prowadzić do ograniczenia dostępnych możliwości jeszcze zanim wykonawca pojawi się na budowie.

Jeżeli przewód ma przebiegać pod ulicą, występują liczne kolizje, trzeba zachować dokładny spadek, nie można zamknąć ruchu lub miejsca na komorę startową jest niewiele, technologia wykonania powinna być analizowana już na etapie projektowania. A razem z nią – materiał.

PP jako element technologii wiercenia grawitacyjnego

Dobrym przykładem połączenia właściwości materiału z technologią wykonania są przewierty grawitacyjne.

W technologii stosowanej przez MIDO przewód kanalizacyjny wykonywany jest pomiędzy studniami przy kontrolowanym spadku.

Do budowy kanału wykorzystywane są modułowe rury z PP.

Nie są one jedynie standardową rurą pociętą na krótsze odcinki. To system przygotowany do montażu w warunkach ograniczonej przestrzeni.

Krajowa Ocena Techniczna ITB-KOT-2020/1242 obejmuje moduły rurowe z polipropylenu w zakresie średnic m.in. 110, 180, 225, 250, 280, 315, 400 i 500 mm oraz klas sztywności obwodowej od SN8 do SN32 w zakresie wskazanym w dokumencie.

Dla systemu deklarowane są i badane m.in.:

• odporność na uderzenia zewnętrzne
• sztywność obwodowa
• parametry wymiarowe
• szczelność połączeń
• właściwości materiałowe

Dlaczego moduł ma znaczenie?

W systemie stosowanym przez MIDO standardowy element posiada 600 mm długości roboczej i 700 mm długości całkowitej.

To nie jest przypadkowy wymiar.

Dzięki krótkim segmentom możliwe jest wprowadzenie elementów do studni i budowanie kanału kolejno, bez konieczności dysponowania długą przestrzenią montażową na powierzchni.

Rury modułowe są szczególnie przydatne tam, gdzie dostęp ograniczony jest np. wymiarami istniejącej studni.

W takich warunkach PP daje kilka bardzo praktycznych korzyści:

• niewielką masę pojedynczego modułu
• możliwość transportowania elementów przez właz
• wygodniejszą manipulację w studni
• odporność na obciążenia montażowe
• możliwość kolejnego łączenia segmentów
• budowę kanału z bardzo ograniczonej przestrzeni roboczej

To właśnie tutaj przestajemy mówić o „samej rurze”. Mówimy o systemie wykonawczym.

Szczelność zależy od połączenia, nie tylko od materiału

W dyskusji o materiałach kanalizacyjnych często pojawia się pojęcie szczelności. Ale żadna sieć nie składa się z jednego ciągłego kawałka materiału.

O szczelności decydują również:

• połączenia
• geometria kielicha lub złącza
• uszczelnienia
• dokładność wymiarowa
• montaż
• przejścia przez studnie

Moduły stosowane w technologii MIDO posiadają połączenia z elastomerowym pierścieniem uszczelniającym. W dokumentacji technicznej systemu wskazano badania szczelności zgodnie z odpowiednimi normami.

Projektant nie powinien wybierać tylko materiału rury. Powinien oceniać cały system połączeń i sposób jego wykonania.

A co z hydrauliką?

PP posiada bardzo gładką powierzchnię wewnętrzną. To korzystne dla przepływu i ogranicza opory hydrauliczne.

Nie należy jednak budować na tym sztucznej przewagi nad kamionką. Współczesne systemy kamionkowe również mają bardzo dobre parametry hydrauliczne.

Dlatego projektant powinien opierać się przede wszystkim na:

• rzeczywistej średnicy wewnętrznej
• spadku
• przepływie obliczeniowym
• napełnieniu
• prędkości przepływu
• współczynniku chropowatości przyjętym dla konkretnego systemu

Gładka powierzchnia PP jest zaletą. Nie powinna jednak zastępować obliczeń hydraulicznych.

PP kontra kamionka – gdzie rzeczywiście występują różnice?

Nie chodzi o stworzenie tabeli „dobry – zły”. Chodzi o wskazanie projektantowi, które cechy mają znaczenie w różnych warunkach.

Ta tabela nie ma wskazać zwycięzcy. Ma pokazać jedno: parametry, które kiedyś miały mniejsze znaczenie, dzisiaj mogą przesądzać o technologii całej inwestycji.

Dlaczego PP nadal bywa niedoceniane?

Nie zawsze powodem są parametry techniczne.

Bardzo często decydują:

• wewnętrzne standardy gestorów
• przyzwyczajenia projektowe
• doświadczenia sprzed wielu lat
• obawa przed materiałem, który jest mniej znany lokalnej eksploatacji
• powielanie wcześniejszych specyfikacji

Takie podejście jest naturalne. Ale infrastruktura rozwija się szybciej niż część standardów.

Dlatego okresowo warto zadać pytanie: czy argument, który zdecydował o wpisaniu danego materiału do standardu 15 lat temu, nadal jest aktualny?

Bo w tym czasie zmieniły się surowce, klasy sztywności, konstrukcje rur, systemy połączeń, normy, kontrola jakości, technologie bezwykopowe i możliwości montażowe.

Dzisiejsze PP nie powinno być oceniane wyłącznie na podstawie doświadczeń z rurami tworzywowymi starszej generacji.

Kamionka nie jest problemem. Problemem może być automatyczny wybór

To rozróżnienie jest kluczowe.

Nie chodzi o eliminację kamionki. Są inwestycje, w których będzie bardzo dobrym rozwiązaniem.

Chodzi o sytuację, w której materiał jest wpisywany do projektu dlatego, że „tak robimy od zawsze”.

Projektant powinien mieć przestrzeń do odpowiedzi: czy warunki tej konkretnej inwestycji nie przemawiają za innym rozwiązaniem?

Jeżeli mamy ograniczoną przestrzeń, głęboką kanalizację, trudną organizację ruchu, konieczność wykonania bezwykopowego, montaż ze studni lub ograniczony dostęp dla ciężkiego sprzętu, właściwości PP mogą zacząć mieć zdecydowanie większe znaczenie niż w klasycznym, szerokim wykopie.

Projektant powinien wybierać system, a nie sam materiał

To najważniejszy wniosek.

Kanał kanalizacyjny jest wynikiem współpracy wielu elementów: hydrauliki + geometrii + gruntu + rury + połączeń + studni + technologii wykonania + późniejszej eksploatacji.

Dlatego prawidłowa kolejność myślenia powinna coraz częściej wyglądać tak:

1. Gdzie ma przebiegać kanał?

2. Jaki spadek musi zostać zachowany?

3. Jakie występują kolizje?

4. Jakie są warunki gruntowo-wodne?

5. Jakie występują obciążenia?

6. Czy wykonanie wykopu jest racjonalne?

7. Jaka technologia budowy pozwoli najbezpieczniej wykonać przewód?

8. Jaki system rurowy najlepiej współpracuje z tą technologią?

Dopiero wtedy wybór materiału staje się rzeczywiście decyzją inżynierską.

7 pytań projektanta przed wskazaniem materiału rury

1. Jak przewód będzie wykonywany? Wykopowo czy bezwykopowo?

2. Czy na całej trasie istnieje możliwość wykonania klasycznego wykopu?

3. Czy przestrzeń montażowa jest ograniczona?

4. Jakie są rzeczywiste warunki gruntowe i obciążenia?

5. Jakie medium będzie transportowane i w jakich warunkach?

6. W jaki sposób przewód będzie później czyszczony i eksploatowany?

7. Czy wybrany materiał współpracuje z najbardziej racjonalną technologią wykonania?

Jeżeli ostatnie pytanie zostanie zadane dopiero na etapie budowy, może być już za późno na zmianę rozwiązania.

PP nie musi zastąpić kamionki. Powinno przestać być traktowane jak materiał drugiego wyboru

Kamionka nie przestała być dobrym materiałem.

Zmieniło się coś innego.

PP stało się materiałem, którego nie można już odkładać na bok tylko dlatego, że lokalnie przez wiele lat stosowano inne rozwiązania.

Współczesne systemy z polipropylenu:

• mają określone wymagania normowe
• są przeznaczone do podziemnej kanalizacji bezciśnieniowej
• posiadają potwierdzoną długoterminową trwałość
• są odporne chemicznie
• nie korodują
• są lekkie
• wykazują wysoką odporność na uszkodzenia montażowe
• pozwalają konstruować systemy modułowe
• bardzo dobrze współpracują z wybranymi technologiami bezwykopowymi

W części projektów właśnie masa, elastyczność logistyczna i możliwość montażu z ograniczonej przestrzeni mogą być argumentami ważniejszymi niż przyzwyczajenie do określonego materiału.

Dlatego właściwe pytanie nie brzmi: „Dlaczego mielibyśmy zrezygnować z kamionki?”

Czy materiał, który stosowaliśmy dotychczas, nadal jest optymalny dla warunków tej konkretnej inwestycji?

Jeżeli odpowiedź wynika z analizy technicznej – wybór jest uzasadniony. Jeżeli odpowiedzią jest wyłącznie: „bo zawsze tak projektowaliśmy”, warto policzyć i przeanalizować projekt jeszcze raz.

Projektujesz kanalizację grawitacyjną?

Jeżeli na trasie pojawiają się:

• kolizje
• ograniczona przestrzeń
• konieczność przejścia pod drogą
• duża głębokość
• wymóg zachowania precyzyjnego spadku
• brak możliwości wykonania klasycznego wykopu

warto przeanalizować możliwość wykonania odcinka wierceniem grawitacyjnym ze studni do studni.

Zespół MIDO może przeanalizować dokumentację projektową i ocenić, czy dany odcinek kwalifikuje się do wykonania w technologii bezwykopowej.