123 

 

Zuzanna ŁEPKOWSKA

1

 

Bogusław MYSZKIEWICZ

2

 

POLIETYLEN WYSOKIEJ GĘSTOŚCI PE-HD W PRAKTYCE 

ODWADNIANIA MOSTÓW 

Referat  przedstawia  właściwości  polietylenu  wysokiej  gęstości  PE-HD.  Opisane  zostały  możliwości 

niwelowania  wad materiału. Omówiono zasady montażu oraz dobór kompensacji instalacji odwadniającej z rur 
i kształtek PE-HD. 

1.  Wstęp 

Jednym z materiałów powszechnie stosowanych na świecie do grawitacyjnego odprowadzenia wód 

deszczowych  z  obiektów  mostowych  jest  polietylen  wysokiej  gęstości  PE-HD.  Ze  względu  na 
właściwości  materiału  oraz  technologie  wykonywanych  połączeń  systemy  kanalizacyjne  wykonane  
z  PE-HD  gwarantują  prawidłowe  funkcjonowanie  instalacji  przez  ponad  50  lat,  co  jest  niezwykle 
ważne, szczególnie w przypadku konieczności zabetonowania części instalacji w konstrukcji mostu. 

2.  Właściwości polietylenu 

Polietylen  należy  do  miękkich  i  elastycznych  termoplastów,  powstaje  w  wyniku  polimeryzacji 

etylenu.  Wysoka  gęstość  materiału  zwiększa  trwałość,  odporność  na  uderzenia  nawet  w  ekstremalnie 
niskich temperaturach (aż do ok.-40

° C). Dzięki swojej elastyczności wypełnione wodą rury z PE-HD 

nie pękają po zamarznięciu i powracają nieuszkodzone do pierwotnego kształtu po rozmrożeniu. 

Szczególnie  ważną  cechą  materiału  rur  przy  transporcie  ścieków  będących  mieszaniną  wody, 

piasku,  startej  gumy,  jest  odporność  na  ścieranie.  Okazuje  się,  że  im  bardziej  materiał  miękki  
i  elastyczny,  tym  bardziej  odporny  na  ścieranie.  W  porównawczym  teście  ścieralności  rur  z  PE-HD, 
PVC, stali, żeliwa, kamionki, betonu i innych tworzyw sztucznych rury z PE-HD wykazały najmniejszy 
ubytek grubości ścianki (0,3mm po 400 000 cykli). 

Polietylen jest całkowicie odporny na działanie chemiczne czynników zewnętrznych występujących 

w naturalnych warunkach (roztwory soli, kwasów, ługów, alkoholi i benzyny), a także na środki używane do 
zwalczania gołoledzi na drogach. Nie jest więc potrzebna dodatkowa ochrona powierzchni rur. 

                                                     

1

 mgr inż., Geberit Sp. z o.o. 

2

 mgr inż., Pracownia Projektowa „Kanał” 

124 

Tablica 1. Właściwości fizyczno-mechaniczne PE-HD 

Cecha 

Jednostki

 

Wielkość 

Uwagi 

Gęstość 

kg/m

3 

951 ÷ 955 

tworzywo jest lżejsze od wody 

Moduł sprężystości 

MPa 

600 ÷ 1400 

Średnio 800 

rury są elastyczne 

Wsp. termicznej rozszerzalności 
liniowej 

mm/(m 

o

C) 

0,17 

 

Temperatura mięknienia 

o 

C 

~125 

temperatura zgrzewania 230

o

C

 

Maksymalna temperatura użytkowa 

o 

C 

80 

przy ciągłej pracy 

Współczynnik przewodności cieplnej 

W/(m

2

 

o

C) 

0,43 

zły przewodnik ciepła 

Odporność na uderzenia 

kJ/m

2 

15 

niełamliwy do –40

o 

C 

Oporność właściwa 

Ω cm 

> 10

16 

izolator 

Palność 

- 

palny 

nie wydziela substancji 
szkodliwych 

Współczynnik chropowatości 
bezwzględnej (dla rur czystych) 

mm 

0,02 

 

Wsp. chropowatości bezwzględnej 
(zalecany do obliczeń) 

mm 

1,0 

 

 

3.  Cechy negatywne materiału i zapobieganie 

Cechą  charakterystyczną  rur  wykonanych  z  polietylenu  jest  znaczny  skurcz  wtórny  materiału 

spowodowany  rekrystalizacją  w  podwyższonej  temperaturze.  Podczas  procesu  produkcji  w  temp.  ok. 
250

°C  łańcuchy  molekularne  są  rozciągane.  W  drugim  etapie,  którym  jest  szybkie  chłodzenie, 

gwałtowny  spadek  temperatury  powoduje  powstanie  naprężeń  na  poziomie  molekularnym.  Tak 
zamrożone  naprężenia  są  uwalniane  dopiero,  gdy  rura  zostanie  ogrzana  np.  promieniowaniem 
słonecznym  podczas  składowania  na  placu  budowy  lub  ściekami  przepływającymi  przez  zmontowaną 
już instalację. Aby zapobiec takiej sytuacji, rury bezpośrednio po wytłoczeniu powinny być poddawane 
specjalnemu procesowi odpuszczania w gorącej kąpieli wodnej. Proces ten zabezpiecza materiał przed 
niepożądanym skurczem i zwiększa bezpieczeństwo złączy podczas eksploatacji. 

 

 

Rys. 1. Efekt skurczu wtórnego rur PE-HD 

Przy  zastosowaniach  zewnętrznych  materiał  powinien  być  zabezpieczony  przed  szkodliwym 

działaniem  promieniowania  ultrafioletowego  (UV),  które  może  przyspieszyć  proces  starzenia  się 
materiału.  Aby  temu  zapobiec,  w  procesie  produkcji  wprowadza  się  domieszki,  stabilizatory,  np. 
dodatek sadzy w ilości ok. 2%. 

125 

4.  Prowadzenie przewodów 

4.4.    Ogólne zasady 

Przewody  odwadniające  obiekty  mostowe  należy  wykonać  z  rur  o  określonej  sztywności 

obwodowej SN: 

a)  w  miejscach  osłoniętych  przed  słońcem  (np.  zabetonowane  lub  ułożone  w  zamkniętej  galerii) 

SN≥2 kN/m2; 

b)  w  miejscach  nieosłoniętych  SN≥4  kN/m2  lub  SN≥2  kN/m2  (przewody  układane  na  rynnach 

podporowych). 

Tablica 2. Zakres stosowania przewodów PE-HD 

Średnica rurociągu 

[mm] 

160 

200

 

250 

315 

Grubość ścianki 

[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 

Sztywność 
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 osłoniętych 

tak 

tak 

tak 

tak 

tak 

tak 

tak 

Nieosłonięte przewody poziome 

tak 

w 
rynnie 

tak 

w 
rynnie 

tak 

w 
rynnie 

tak 

Przewody pionowe 

tak 

tak 

tak 

tak 

tak 

tak 

tak 

 
Wymagania  dotyczące  sposobu  prowadzenia  rur  kanalizacji  deszczowej  dla  obiektów  mostowych 

zawarte są w Rozporządzeniu [4], w rozdziale 8. 

Przewody odpływowe z wpustów: 
a)  w  przypadku  wbudowania  w  płytę  pomostu  należy  zabetonować  (grubość  otuliny  nie  powinna 

być mniejsza niż 8 cm); 

 b) w przypadku przenikania przez dźwigary betonowane na budowie, należy prowadzić je w rurach 

osłonowych o większej średnicy; 

c)  wprowadzać  do  przewodu  zbiorczego  od  góry,  za  pomocą  trójników,  pod  kątem  ≤  60º 

mierzonym od osi podłużnej przewodu zbiorczego. 

Przewody zbiorcze: 
a) przenikanie przez dźwigary wykonać w specjalnych otworach, 
b)  wyposażyć  w  czyszczaki  po  każdym  podłączeniu  przewodu,  zmianie  kierunku  oraz  

w najniższym miejscu, 

c) zaopatrzyć w elastyczne połączenia w miejscach przerw dylatacyjnych konstrukcji obiektu, 
d)  mogą  być  zastąpione  korytami  zbiorczymi  zamiast  elastycznych  połączeń  w  miejscach  przerw 

dylatacyjnych, 

e) zaopatrzyć w koryta zbiorcze w miejscu odprowadzenia do rur spustowych, jeśli długość tych rur 

przekracza 20m. 

Rury spustowe powinny być: 
a) dostosowane swoją średnicą do przewodów zbiorczych na ich końcowych odcinkach, 
b)  prowadzone  na  zewnątrz  powierzchni  betonowych  filarów  i  przyczółków;  nie  mogą  być 

wbetonowane, 

c) wprowadzone do studzienek rewizyjnych lub 
d) wyposażone w czyszczaki w dolnej części przy odprowadzeniu do kanału deszczowego. 
 
Duża  elastyczność  przewodów  z  HD-PE  pozwala  na  łatwe  dopasowanie  tras  rurociągów  do 

konstrukcji  mostowych  biegnących  w  łuku,  co  dobrze  widać  na  załączonym  zdjęciu.  Tworzywo  to 
pozwala bowiem na bezpieczne gięcie rurociągów w łuki o promieniu nie mniejszym niż R 

≥ 125 DN. 

Przy zmianach  kierunku przewodów poziomych o 90

° należy stosować łuki o kącie załamania nie 

większym niż 45

° na każdą zmianę. Jednym łukiem 90° można wykonać przejście z poziomu w pion. 

 

126 

 

Fot. 1. Odwodnienie wiaduktu na lotnisku w Zurichu 

4.5.  Układanie w betonie 

Instalacja odwadniająca wbetonowana w płytę mostu nie może być wymieniana. Dlatego tak ważne 

jest,  aby  został  zastosowany  materiał,  który  zapewnia  największe  bezpieczeństwo.  Przy  wyborze 
materiału  należy  wziąć  pod  uwagę  takie  czynniki,  jak  zagęszczanie  betonu,  wahania  temperatury, 
skurcz,  pełzanie,  a  także  sprężanie  konstrukcji  mostu.  Ze  względu  na  właściwości,  jakimi 
charakteryzuje się polietylen wysokiej gęstości, czyli elastyczność, odporność chemiczna, odporność na 
ścieranie,  jak  również  ze  względu  na  możliwość  wykonywania  połączeń  zgrzewanych,  jest  on  tak 
często stosowany na świecie do odwodnienia obiektów mostowych. 

 

Fot. 2. Wbudowanie instalacji odwadniającej w płytę mostu 

5.  Wydłużenia termiczne 

Przy  projektowaniu  i  wykonywaniu  odwodnienia  obiektów  mostowych  z  rur  PE-HD  należy 

uwzględnić  wpływ  zmian  termicznych  otoczenia  (wydłużenia)  ze  względu  na  to,  że  tak,  jak  każde 
tworzywo,  również  polietylen  charakteryzuje  się  dość  dużym  współczynnikiem  termicznej 
rozszerzalności liniowej. 

Zmiany  temperatury  otoczenia  powodują  zmiany  długości  elementów  wykonanych  z  polietylenu. 

Współczynnik  rozszerzalności  tego  materiału  jest  ok.  15  razy  większy  od  stali.  Wymusza  to  konie–
czność stosowania kompensacji wydłużeń lub sztywnego mocowanie przewodów na całej ich długości. 

 

127 

Wielkość wydłużeń termicznych rur można obliczyć ze wzoru: 
 
 

∆L = L * ∆t * α 

[mm] 

(1) 

gdzie:  L – długość rurociągu  [m], 

 

∆t – zmiana temperatury w stosunku do temperatury montażu [

o 

C], 

 

α – współczynnik termicznej rozszerzalności liniowej = 0,17 mm/(m 

o

C). 

Tablica 3. Zmiany długości przewodów wskutek zmian temperatury 

Zmiana temperatury 

o

C 

10 

20 

30 

40 

50 

Zmiana długości 

mm / 10m 

17 

34 

51 

68 

85 

5.1.  Mocowanie sztywne 

Sztywne  mocowanie  przez  zabetonowanie  lub  zastosowanie  do  podwieszeń  wyłącznie  punktów 

stałych uniemożliwia wydłużenie przewodu, ale powoduje  konieczność przeniesienia znacznych sił  na 
punkty stałe. 

Siły termiczne powstające w rurociągu można obliczyć ze wzoru: 
 
 

P

1

 = A * E * ∆t * α 

[kN] 

(2) 

gdzie:  A – powierzchnia przekroju poprzecznego materiału rury  [m

2

], 

 

E – moduł sprężystości = 800 MPa, 

 

∆t – zmiana temperatury w stosunku do temperatury montażu [

o 

C], 

 

α – współczynnik termicznej rozszerzalności liniowej = 0,17 mm/(m 

o

C). 

Zestawienie  sił  powstających  w  przewodach  PE-HD  przy  zmianie  temperatury  o  1

o

C  zostało 

przedstawione w tablicy 4. 

Tablica 4. Zestawienie sił w przewodach PE-HD przy zmianie temperatury o 1

o

C 

Średnica 

zewnętrzna 

Grubość 

ścianki 

Pow. materiału 

w przekroju rury 

Moment 

bezwładności 

Siła podłużna 

mm 

mm 

m

2 

cm

4 

kN/

o

C 

160 

6,2 

0,00296 

887 

0,407 

6,2 

0,00377 

1774 

0,513 

200 

7,7 

0,00465 

2154 

0,633 

7,8 

0,00594 

4356 

0,807 

250 

9,7 

0,00732 

5294 

0,996 

9,8 

0,00940 

10952 

1,278 

315 

12,2 

0,01161 

13323 

1,578 

 

5.2.    Samokompensacja 

Samokompensacja (kompensacja naturalna) polega na wykorzystaniu sił sprężystości  materiału do 

przeniesienia  sił  powstających  w  wyniku  wydłużeń  termicznych.  Do  tego  celu  stosuje  się  załamania 
trasy przewodu, tzw. ramiona giętkie. 

 

128 

Minimalną długość giętkiego ramienia można obliczyć ze wzoru: 
 

 

DL = K* 

Dz

 

[cm] 

(3) 

gdzie:  K– stała wytrzymałości, dla polietylenu = 10  

 

∆L – wydłużenie termiczne rurociągu [mm], 

 

Dz – średnica zewnętrzna rurociągu [mm]. 

Wskutek  takiej  kompensacji  w  przewodzie,  na  odcinku  o  długości  L,  zostanie  wywołana  siła 

podłużna, która będzie obciążała punkt stały w wielkości: 

 
 

P

2

 = 0,03 * E * J * ∆L / DL

3

  [kN] 

(4) 

gdzie:  E – moduł sprężystości = 800 MPa, 

 

J – moment bezwładności pola przekroju rury [cm

4

] 

 

∆L – wydłużenie termiczne rurociągu [mm], 

 

DL – długość giętkiego ramienia [cm]. 

 

Rys.2. Ramię giętkie 

5.3.  Kompensacja z zastosowaniem kielicha 

Kompensacja  wykorzystująca  przesuwne  połączenia  odcinków,  to  np.  kielich  z  uszczelką  lub 

kompensator  gumowy,  jeśli  przesuw  odbywa  się  bez  rozłączania  elementów.  Zalecane  jest  jednak 
stosowanie  kompensatorów  o  nieznacznej  sile  oporowej,  a  nie  zwykłych  kompensatorów  przezna-
czonych do rur stalowych. 

Ze względu na to, że w poziomych przewodach na dnie kielicha mogą zbierać się unoszone z jezdni 

cząstki  mineralne, na obiektach  mostowych  najkorzystniejsze  jest stosowanie  do tego rodzaju przewo-
dów  kompensacyjnych  kielichów,  których  specjalna  budowa  eliminuje  problem  osadów  w kielichach 
i związanej z tym ewentualności ograniczenia zakresu przesuwu w kielichu. 

 

Rys. 3. Tradycyjny kielich kompensacyjny 

 

 

 

 

 

Rys. 4. Kielich kompensacyjny ze stalową tuleją 

Tuleja stalowa zespolona  
z bosym końcem 

129 

Siły  podłużne  w  tak  kompensowanych  przewodach  spowodowane  są  jedynie  oporami  tarcia 

pomiędzy przesuwającą się rurą PE-HD a uszczelką kielicha. Wielkości tych sił zawarto w tablicy 5. 

 

Tablica 5. Wielkość sił podłużnych w rurociągach kompensowanych kielichami 

Średnica zewnętrzna 

mm 

160 

200 

250 

315 

Siła podłużna 

kN 

0,7 

1,0 

1,5 

2,2 

Min. zagłębienie w kielichu 

mm 

50 

150 

150 

150 

 
Głębokość  wsunięcia  rury  w  kielichu  należy  określić  ze  wzoru  (1)  w  zależności  od  długości 

odcinka  od  punktu  stałego  i  temperatury  montażu.  Wielkość  tę  należy  powiększyć  o  długość 
minimalnego zagłębienia bosego końca w kielichu. 

 

Przykład 
Przewód z PE-HD montowany na zewnątrz konstrukcji mostowej. 

Średnica 

 

d=315mm 

Grubości ścianek  s=12,2mm 

Temperatura montażu 

t=15

o

C 

Zakres pracy 

 

 

 

t

1 

= –30

o

C 

 

 

 

t

2

 = +60

o

C 

Różnice temperatur: 

∆t = ∆t

1

 = ∆t

2

 = t

2

 – t = t – t

1

 = 

±45

o 

 

Zmiany długości przewodu  

 

±∆L = L * ∆t * α = 5,0 * 45 * 0,17 = ±38mm 

Wymagane giętkie ramię 

 

DL = 10*

Dz

= 10*

38  315

= 1094mm 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

przyjęto DL = 110cm 

Siła podłużna wywołana wygięciem ramienia, obciążająca punkt stały PS 

 

 

P

2

 = 0,03 * E * J * ∆L / DL

3

 = 0,03 * 800 * 13323 * 38 / 110

3

 = 9,13 kN 

Dla porównania, zamocowanie sztywne uniemożliwiające przesunięcie załamania przewodu 

spowoduje w tych samych warunkach termicznych siłę podłużną o wartości: 

 

 

P

1

 = A * E * ∆t * α = 0,001161 * 800 * 45 * 0,17 = 71,03 kN 

 

6.  Mocowania 

Zamocowania przewodów mają na celu: 
a) niedopuszczenie do nadmiernych odkształceń przewodów wynikających z obciążeń termicznych 

i ciężaru rur wraz z przepływającą w nich cieczą oraz 

b) ograniczenie w bezpiecznym zakresie naprężeń w ściankach przewodów. 
 
Rozróżniamy dwa sposoby mocowania przewodów: 
a) z kompensacją wydłużeń, 
b) sztywne; bez kompensacji wydłużeń. 
 
 

130 

 
Wszystkie punkty mocowania przewodów należy tak 

konstruować,  aby  możliwa  była  łatwa  regulacja  wyso-
kości  położenia  przewodu  (prowadzenie  przewodu  ze 
spadkiem). 

Zamocowania 

powinny 

również 

zabezpieczać 

rurociągi przed  odkształceniami poziomymi. W tym celu 
należy  montować  stężenia  ukośne  na  co  trzeciej  podpo-
rze, a przy prowadzeniu trasy w łuku nawet na co drugiej. 
System  mocowania,  który  dopuszczony  jest  do  stoso-
wania w obrębie konstrukcji budynku nie znajduje zasto-
sowania  w  przypadku  montażu  rurociągów  na  obiektach 
mostowych.  Według  wytycznych  szwajcarskich  dla 
wszystkich  mocowań  z  obszaru  zastosowań  na  zewnątrz 
budynków  należy  stosować  stal  chromową,  a  wymagana 
szerokość  uchwytów  rurowych  wynosi  6cm,  czyli 
dwukrotnie  więcej  niż  w  przypadku  mocowań  instalacji 
wewnętrznych. 

      

     

Fot. 3 Stężenia ukośne 

7.  Prefabrykacja 

Technologia  zgrzewania  doczołowego  i  elektrooporowego  daje  możliwość  prefabrykacji  części 

instalacji  w  warsztacie, co  znacznie skraca czas montażu na budowie,  gdzie  gotowe  elementy łączone 
są  przy  pomocy  muf  elektrooporowych.  Polietylen  jest  materiałem  lekkim,  co  jest  również  korzystne 
przy transporcie gotowych elementów i przy montażu. 

 

Fot. 4. Prefabrykacja PE-HD 

8.  Podsumowanie 

Polietylen  wysokiej  gęstości  PE-HD  jest  materiałem  doskonale  nadającym  się  do  instalacji 

odwadniających  konstrukcje  mostowe.  Jego  wyjątkowa  odporność  na  ścieranie,  lekkość,  elastyczność 
są cechami wyróżniającymi na tle innych materiałów. 

Możliwość  prefabrykacji  poszczególnych  części  instalacji  i  późniejszego  łączenia  za  pomocą 

elektromuf  pozwala  na  znakomite  skrócenia  czasu  wykonywania  odwodnienia.  Właściwości  PE-HD 
pozwalają na zabudowanie instalacji odwadniającej w konstrukcji mostu. 

Podczas  projektowania  i  wykonywania  instalacji  pamiętać  należy  o  właściwych  rozwiązaniach 

niwelujących  słabsze  strony  materiału.  Stosowanie  rur  poddanych  procesowi  odpuszczania, 
posiadających  dodatek  np.  sadzy  zapobiegający  skutkom  wpływu  promieni  UV,  a  także  używanie 
odpowiednich  elementów  kompensacji  wydłużeń  (kielichy  kompensacyjne  ze  stalową  wkładką), 
odpowiedniego  systemu  mocowań  pozwala  na  wykonanie  instalacji  odwadniającej  spełniającej 
najwyższe  wymagania.  Z  tego  też  powodu  w  niektórych  krajach  o  wysoko  rozwiniętej  sieci  autostrad 
(np.  Szwajcaria)  PE-HD  jest  materiałem  szczególnie  zalecanym  do  instalacji  odwodnień  konstrukcji 
mostowych. 

131 

Literatura 

[1] 

Saechtling, Kunststoff-Taschenbuch. Warszawa, WNT, 2000. 

[2] 

Poradnik stosowania rur kanalizacyjnych Geberit HDPE do odwodnienia drogowych obiektów 
inżynierskich. Wydawnictwo Geberit Sp. z o.o. 

[3] 

Aprobata Techniczna nr  AT/2002-04-1381 – Rury i  kształtki  kanalizacyjne z polietylenu (PE) 
wysokiej gęstości Geberit – wydana przez Instytut Badawczy Dróg i Mostów w Warszawie. 

[4] 

Rozporządzenie  Ministra  Transportu  i  Gospodarki  Morskiej  z  dnia  30  maja  2000r.  w  sprawie 
warunków  technicznych,  jakim  powinny  odpowiadać  drogowe  obiekty  inżynierskie  i  ich 
usytuowanie (DzU. Nr 63/2000 poz.735). 

HIGH DENSITY POLYETHYLENE PE-HD IN PRACTICE OF BRIDGE 

DEWATERING 

The paper presents the main material properties of the high density polyethylene. Apart from strong points the 

study  shows  week  points  of  polyethylene  giving  the  measures  that  may  be  taken  to  eliminate  them.  Moreover,  
description  of  the  application  technique  is  given  and  methods  of  accommodating  thermal  expansion  and 
contraction regarding PE-HD drainage system.