Welke mantelbuis is geschikt voor een gestuurde boring?
Een stalen mantelbuis is geschikt wanneer diameter, wanddikte, verbinding, corrosiebescherming, trekkracht en buigradius op het boorontwerp zijn afgestemd.
Voor een horizontaal gestuurde boring kan zowel een stalen mantelbuis als een mantelbuis van PE100 geschikt zijn. Staal ligt vooral voor de hand bij hoge mechanische belastingen, grote diameters en strenge eisen aan vormvastheid. PE100 is vaak gunstig wanneer flexibiliteit, laag gewicht en corrosiebestendigheid belangrijk zijn.
Welke mantelbuis geschikt is, wordt projectspecifiek bepaald. De buitendiameter, binnendiameter, wanddikte, staalsoort of SDR-klasse, boorlengte, buigradius, bodemopbouw, intrekkracht, uitwendige druk, verbindingen en corrosiebescherming moeten gezamenlijk worden beoordeeld.
Wat is een mantelbuis bij horizontaal gestuurd boren?
Horizontaal gestuurd boren, ook bekend als Horizontal Directional Drilling, HDD of gestuurde boring, is een sleufloze aanlegtechniek voor kabels en leidingen. Een HDD-installatie bestaat doorgaans uit een pilotboring, het verruimen van het boorgat en de pullback, waarbij de buisstreng door het voorgeruimde boorgat wordt getrokken.
Een mantelbuis is een beschermende buitenbuis rond een productleiding, transportleiding, kabel of kabelbundel. In technische documenten komen ook termen als beschermbuis, omhullingsbuis, doorvoerbuis, casing en casingbuis voor. De mantelbuis beschermt de binnenliggende infrastructuur, terwijl de productleiding doorgaans het medium transporteert.
Niet iedere HDD-boring vereist een afzonderlijke mantelbuis. Een waterleiding, gasleiding, persleiding, warmteleiding of kabelbeschermingsbuis kan ook rechtstreeks door het boorgat worden ingetrokken. Een aparte casingbuis is vooral relevant wanneer extra mechanische bescherming, bundeling, vervangbaarheid of scheiding van de binnenleiding en de bodem nodig is.
Wanneer kiest u een stalen mantelbuis voor HDD?
Een stalen mantelbuis is vooral geschikt wanneer een hoge ringstijfheid, slagvastheid en weerstand tegen grond-, water- of verkeersbelasting vereist zijn. Dit speelt onder meer bij een gestuurde boring onder een weg, spoorlijn, dijk, waterkering, rivier, kanaal of zwaarbelast industrieterrein.
Stalen beschermbuizen worden daarnaast toegepast bij grote diameters en situaties waarin slechts beperkte ovalisatie is toegestaan. Voor mantelbuizen en casingbuizen bij ondergrondse infrastructuur zijn diameter, wanddikte, rechtheid, lasbaarheid en corrosiebescherming belangrijke selectiecriteria.
Een dikke of sterke stalen buis is niet automatisch geschikt voor horizontaal gestuurd boren. Ook de diameter-wanddikteverhouding, lasnaadkwaliteit, vorm- en maattoleranties, minimale buigradius, uitwendige druk en tijdelijke installatiebelasting moeten worden getoetst.
Wanneer is een PE100-mantelbuis geschikt?
Een mantelbuis van PE100 kan geschikt zijn wanneer flexibiliteit, laag gewicht en weerstand tegen elektrochemische bodemcorrosie zwaar wegen. PE-buisdelen kunnen door spiegellassen tot een lange, doorgaande buisstreng worden verbonden. Hierdoor zijn tijdens het intrekken geen uitstekende mechanische koppelingen nodig.
PE100 kan doorgaans kleinere boogstralen volgen dan een vergelijkbare stalen buis. De toelaatbare buigradius hangt wel af van de diameter, wanddikte, SDR-klasse, temperatuur, installatieduur en productspecificaties.
Ook een kunststof mantelbuis moet worden berekend op de belastingen tijdens de gestuurde boring. Belangrijke toetsingen zijn de veilige trekkracht, het tijdsafhankelijke materiaalgedrag, de ringvervorming en de weerstand tegen bezwijken onder uitwendige boorvloeistof- of grondwaterdruk.
Stalen mantelbuis of PE100 voor een gestuurde boring?
| Keuzecriterium | Stalen mantelbuis | PE100-mantelbuis |
|---|---|---|
| Mechanische sterkte | Hoog bij een berekende wanddikte | Afhankelijk van PE-kwaliteit, diameter en SDR |
| Ringstijfheid | Relatief hoog en beperkt tijdsafhankelijk | Lager en afhankelijk van tijd en temperatuur |
| Flexibiliteit | Vereist doorgaans een ruimere boogstraal | Kan meestal kleinere boogstralen volgen |
| Bodemcorrosie | Coating of andere bescherming kan nodig zijn | Niet gevoelig voor elektrochemische corrosie |
| Verbindingen | Stompe gelaste rondnaden | Spiegellas of elektrolas |
| Grote diameters | Breed toepasbaar | Mogelijk, afhankelijk van ontwerp en beschikbaarheid |
| Uitwendige druk | Toetsing op knik en ovalisatie | Toetsing op ringvervorming en implosie |
| Belasting tijdens pullback | Risico op overbelasting van buis en lassen | Risico op overstrekking, krassen en groeven |
| Puntbelasting | Gunstig bij voldoende wanddikte | Extra aandacht voor lokale beschadiging |
De materiaalkeuze moet altijd aansluiten op de functie van de mantelbuis. Voor een flexibele kabelbuis of leidingbundel kan PE100 logisch zijn. Bij zware infrastructuur, een grote casingdiameter of geringe toegestane vervorming kan een stalen mantelbuis beter passen.
Welke diameter mantelbuis is nodig voor een gestuurde boring?
De vereiste binnendiameter van de mantelbuis wordt bepaald door de grootste buitenmaat van alles wat door de beschermbuis moet worden gevoerd. Alleen de nominale diameter van de productleiding is daarvoor onvoldoende.
Bij het bepalen van de vrije binnendiameter moet rekening worden gehouden met:
- koppelingen, moffen en lasverdikkingen;
- trekogen en invoerconstructies;
- afstandhouders, centreerringen en glijsystemen;
- diameter-, wanddikte- en rondheidstoleranties;
- de gewenste montage-, inspectie- en vervangingsruimte.
De ruimte tussen de productleiding en de mantelbuis wordt aangeduid als vrije ringruimte of annulaire ruimte. Voldoende speling beperkt het risico op vastlopen en beschadiging. Een onnodig grote mantelbuis vraagt daarentegen om een groter geruimd boorgat, meer boorvloeistof en zwaarder ruimergereedschap.
Naast de ringruimte binnen de mantelbuis bestaat tijdens de pullback een annulaire ruimte tussen de buitenzijde van de mantelbuis en de boorgatwand. De benodigde boorgatdiameter is niet met Ć©Ć©n universele verhouding vast te stellen. Bodemsoort, boorgatstabiliteit, buisdiameter, boorlengte, ruimstrategie en boorspoeling spelen hierbij een rol.
Hoe dik moet een stalen mantelbuis voor HDD zijn?
De benodigde wanddikte van een stalen mantelbuis moet uit een constructieve en geotechnische berekening volgen. Selectie op basis van alleen een beschikbare voorraadmaat, buitendiameter of gebruikelijke buismaat is onvoldoende.
Tijdens het intrekken wordt de buisstreng gecombineerd belast door:
- axiale trekkracht;
- buiging in het boortracƩ;
- wrijving en bochtwerking;
- eigen gewicht en opwaartse kracht;
- boorvloeistof- en grondwaterdruk;
- grondcontact en plaatselijke belastingen.
Bij staal moeten de axiale en tangentiƫle spanningen, de gecombineerde spanning, ovalisatie en weerstand tegen instabiliteit worden gecontroleerd. De berekening van de pullbackkracht houdt onder meer rekening met opwaartse kracht, wrijving en grond-buisinteractie in de bochten.
Bij een relatief dunwandige buis kan lokale knik of ovalisatie maatgevend worden voordat de nominale vloeigrens van het staal wordt bereikt. De verhouding tussen buitendiameter en wanddikte is daarom een essentieel onderdeel van de maatkeuze.
Hoe beĆÆnvloeden boorlengte en intrekkracht de buiskeuze?
De benodigde intrekkracht wordt beĆÆnvloed door de lengte en geometrie van het HDD-tracĆ©, het gewicht en drijfvermogen van de buis, de wrijving, de grond-buisinteractie, de boorvloeistof en de kromming van de boorlijn. Bochten kunnen de trekkracht vergroten doordat de buis tegen de wand van het boorgat wordt getrokken.
De berekende pullbackkracht moet lager blijven dan de toelaatbare belasting van de volledige trekstreng. Daarbij worden niet alleen de buiswand, maar ook de rondlassen, trekkop, wartel en andere trekvoorzieningen beoordeeld.
De maximale trekkracht van de boorinstallatie is niet hetzelfde als de toelaatbare trekkracht van de mantelbuis. De machinecapaciteit geeft aan welke kracht de installatie kan leveren; de constructieve berekening bepaalt welke kracht de buis veilig kan opnemen.
Bij bepaalde HDD-ontwerpen kan de buis gedeeltelijk met water worden gevuld om de opwaartse kracht en daarmee de wrijvingsweerstand te beheersen. Het effect van dergelijke ballast- of buoyancy control-maatregelen moet in de berekening worden meegenomen.
Welke minimale buigradius is nodig?
Een horizontaal gestuurde boring bestaat meestal uit een intredeboog, een dieper gelegen middendeel en een uittredeboog. De mantelbuis moet dit boorprofiel volgen zonder overschrijding van de toegestane spanning, kromming of vervorming.
Bij een stalen mantelbuis wordt de minimale buigradius onder meer bepaald door:
- de buitendiameter en wanddikte;
- de elasticiteitsmodulus en vloeigrens;
- de diameter-wanddikteverhouding;
- de kwaliteit en ligging van de lassen;
- de toegestane buigspanning en ovalisatie;
- lokale afwijkingen van de ontworpen boorlijn.
Een hogere staalsterkte maakt de buis niet automatisch veel flexibeler. De elastische stijfheid van verschillende constructiestaalsoorten is ongeveer gelijk, terwijl lokale instabiliteit en permanente vervorming eveneens maatgevend kunnen zijn.
Bij PE100 speelt de SDR-klasse een belangrijke rol. SDR staat voor Standard Dimension Ratio en is de verhouding tussen de nominale buitendiameter en de nominale wanddikte. Bij dezelfde buitendiameter betekent een lagere SDR-waarde een dikkere buiswand.
Niet alleen de theoretische boogstralen zijn van belang. Stuurcorrecties, boorlijnafwijkingen en ongewenste lokale krommingen kunnen de werkelijke belasting verhogen. Nauwkeurige uitvoering van de pilotboring en registratie van de geboorde lijn zijn daarom relevant voor de uiteindelijke beoordeling.
Welke staalsoort is geschikt voor een stalen mantelbuis?
Veelvoorkomende constructiestaalsoorten voor ronde stalen buizen zijn S235, S275 en S355. Bij constructiebuizen komen kwaliteiten voor zoals S235JRH, S275J0H en S355J2H. De materiaalkeuze hangt onder meer af van de benodigde vloeigrens, kerfslagtaaiheid, lasbaarheid, ontwerptemperatuur en projectspecificatie.
S355J2H heeft een hogere nominale vloeigrens dan S235JRH, maar is daardoor niet automatisch voor iedere HDD-boring de beste keuze. Wanddikte, buisdiameter, lasbaarheid, rondheid, oppervlakteconditie, productnorm en materiaalcertificering blijven medebepalend.
NEN-EN 10219-1 bevat technische leveringsvoorwaarden voor koudvervaardigde gelaste constructieve buisprofielen. Voor warmvervaardigde constructieve buisprofielen kan NEN-EN 10210 relevant zijn. Deze productnormen zijn geen specifieke ontwerpregels voor horizontaal gestuurd boren.
Een constructiebuis volgens een dergelijke norm kan als niet-mediumvoerende casing worden gebruikt wanneer de berekening en projectspecificatie dit toestaan. Voor een mediumvoerende productleiding kunnen andere productnormen en aanvullende eisen gelden.
Gelaste, spiraalgelaste of naadloze mantelbuis
Stalen mantelbuizen zijn leverbaar als langsnaadgelaste, spiraalgelaste of naadloze buis. Bij grote diameters worden vaak langsnaad- of spiraalgelaste buizen toegepast. Spiraalgelaste buizen maken een efficiƫnte productie van grote diameters mogelijk en worden onder meer gebruikt voor mantelbuizen, leidingtracƩs, waterbouw en infrastructurele projecten.
Een naadloze buis is niet automatisch sterker of geschikter voor een gestuurde boring dan een gelaste buis. De bruikbaarheid wordt bepaald door de totale combinatie van:
- staalsoort;
- buitendiameter en wanddikte;
- fabriekslas en rondlassen;
- maattoleranties en ovaliteit;
- oppervlakteconditie;
- materiaalgegevens en traceerbaarheid;
- berekende installatie- en gebruiksbelasting.
Voor grote HDD-casings zijn gelaste stalen buizen vaak praktisch vanwege de beschikbare diameters en lengtes. De kwaliteit van de fabriekslas moet aansluiten op de productspecificatie en het constructieve ontwerp.
Hoe worden stalen mantelbuizen tot een buisstreng verbonden?
Stalen buisdelen worden voor een lange gestuurde boring doorgaans met stompe rondlassen tot Ć©Ć©n trekstreng samengesteld. De lasverbinding moet de optredende trek-, buig- en lokale belastingen kunnen overbrengen.
Vooraf moeten onder meer de lasnaadvoorbereiding, lasmethode, lasprocedure, voorwarmtemperatuur, toevoegmateriaal, lasserskwalificatie en acceptatiecriteria worden vastgelegd. De lasmethode en inspectieomvang hangen af van de materiaalsoort, wanddikte, toepassing en projectspecificatie.
Afhankelijk van het risicoprofiel kunnen rondlassen worden onderzocht met:
- visueel onderzoek;
- ultrasoon onderzoek;
- radiografisch onderzoek;
- magnetisch onderzoek;
- penetrant onderzoek.
Uitstekende lasdelen, tijdelijke hulpstukken en scherpe overgangen moeten worden vermeden. Deze kunnen tijdens de pullback de weerstand vergroten, de boorgatwand raken of de uitwendige coating beschadigen.
Bij een PE100-buisstreng zijn de kwaliteit en registratie van de spiegellassen of elektrolassen bepalend. Uitlijning, temperatuur, lasdruk, afkoeltijd en schone lasvlakken moeten volgens het voorgeschreven lasproces worden beheerst.
Is een PE-beklede stalen mantelbuis geschikt voor HDD?
Een PE-beklede stalen mantelbuis kan geschikt zijn voor een gestuurde boring wanneer zowel de stalen buis als het coatingsysteem op de installatiebelasting zijn afgestemd. De coating beschermt het staal tegen direct contact met bodemvocht en corrosieve stoffen.
De beschermlaag moet niet alleen geschikt zijn voor de gebruiksfase, maar ook bestand zijn tegen transport, handling, veldlassen en mechanische belasting tijdens het intrekken.
Bij grind, stenen, harde grondlagen of instabiele boorgatwanden kan een standaard corrosiecoating onvoldoende slijtvast zijn. Een aanvullende slijtvaste beschermlaag, ook aangeduid als abrasion-resistant overcoat of ARO, kan dan onderdeel zijn van de projectspecificatie.
Na het samenlassen moeten de ongecoate veldlaszones opnieuw worden geconserveerd. Het gekozen veldlascoatingsysteem moet verenigbaar zijn met de fabriekscoating en voldoende bestand zijn tegen de verwachte mechanische belasting.
Voor het intrekken kunnen controles zoals visuele inspectie, laagdiktemeting en poriĆ«ndetectie worden voorgeschreven. Een intacte corrosiecoating vĆ³Ć³r de pullback sluit beschadiging tijdens het intrekken niet uit.
Welke rol spelen boorvloeistof en boorgatstabiliteit?
Boorvloeistof, vaak op basis van water en bentoniet, ondersteunt het boorproces, transporteert losgeboorde grond en helpt het boorgat stabiel te houden. De boorspoeldruk moet binnen een projectspecifiek toelaatbaar bereik blijven.
Er is voldoende druk nodig om de losgeboorde grond via de annulaire ruimte af te voeren. Een te hoge druk kan echter leiden tot ongewenste grondfracturen, verlies van boorvloeistof of een frac-out aan het maaiveld.
De boorvloeistof beĆÆnvloedt ook de installatiebelasting van de mantelbuis. Dichtheid, druk, stroming en opwaartse kracht spelen een rol in de berekening van de pullbackkracht.
Voor de maatkeuze is daarnaast de stabiliteit van het geruimde boorgat van belang. Een groter boorgat geeft meer ruimte rond de buis, maar vraagt ook om een passend boorvloeistofprogramma en een grondmechanisch verantwoord ruimproces.
Welke normen gelden voor een gestuurde boring?
De toepasselijke normen hangen af van de functie van de buis, het leidingmateriaal, het vervoerde medium, de locatie en de eisen van de leiding- of terreinbeheerder.
NEN 3650-1 bevat algemene veiligheidseisen voor buisleidingsystemen. Voor stalen buisleidingen bevat NEN 3650-2 aanvullende eisen. Voor kunststofleidingen is NEN 3650-3 relevant. Deze delen moeten binnen hun toepassingsgebied in samenhang met NEN 3650-1 worden gebruikt.
NEN 3651 bevat aanvullende veiligheidseisen voor buisleidingen in of nabij belangrijke waterstaatswerken. Deze norm kan relevant zijn bij kruisingen van bijvoorbeeld dijken, waterkeringen, vaarwegen en andere waterstaatkundige infrastructuur.
Een afzonderlijke, niet-mediumvoerende mantelbuis valt niet automatisch zelfstandig onder alle bepalingen van de NEN 3650-reeks. De casing kan wel onderdeel zijn van een leiding- of kruisingsontwerp waarop deze normen van toepassing zijn.
Naast normen kunnen Rijkswaterstaat, ProRail, provincies, gemeenten, waterschappen, netbeheerders en industriƫle terreinbeheerders aanvullende voorwaarden stellen aan:
- de minimale gronddekking;
- de ligging en tolerantie van het HDD-tracƩ;
- de boorspoeldruk en boorgatstabiliteit;
- de diameter en wanddikte van de mantelbuis;
- lasprocedures en niet-destructief onderzoek;
- corrosie- en slijtbescherming;
- boorregistratie en opleverdocumentatie.
Bij de engineering moet altijd worden gecontroleerd welke editie van een norm en welke beheerderseisen contractueel zijn voorgeschreven.
Welke certificaten en materiaalgegevens zijn nodig?
Voor een stalen mantelbuis kunnen materiaalcertificaten volgens EN 10204 worden gevraagd, bijvoorbeeld een 3.1-keuringsdocument. Hierop staan productspecifieke materiaal- en beproevingsgegevens die aan de geleverde partij kunnen worden gekoppeld.
Voor betrouwbare traceerbaarheid zijn onder meer de volgende gegevens relevant:
- fabrikant en productnorm;
- staalsoort;
- chargenummer of heat number;
- buitendiameter en nominale wanddikte;
- chemische samenstelling;
- mechanische eigenschappen;
- uitgevoerde materiaalbeproevingen.
Een 3.1-certificaat bewijst niet dat de buis zonder verdere beoordeling geschikt is voor HDD. Het certificaat moet worden gecombineerd met maatcontrole, visuele inspectie, verificatie van de werkelijke wanddikte en een projectspecifieke sterkteberekening.
Ook een surplus stalen buis kan technisch als mantelbuis worden toegepast wanneer materiaalgegevens, afmetingen, toestand, traceerbaarheid en berekende belastbaarheid aan de projectspecificatie voldoen. Alleen de beschikbaarheid van een passende diameter is daarvoor niet voldoende.
Welke gegevens zijn nodig om de juiste mantelbuis te kiezen?
Voor het selecteren van een geschikte mantelbuis voor een horizontaal gestuurde boring zijn minimaal de volgende projectgegevens nodig:
- de functie van de casing of beschermbuis;
- het type en de afmetingen van de productleiding;
- de benodigde vrije binnendiameter;
- de totale boorlengte;
- het intrede- en uittredepunt;
- verticale en horizontale boogstralen;
- de bodemopbouw en grondwaterdruk;
- de diameter van het geruimde boorgat;
- de verwachte intrekkracht;
- de grond-, water- en verkeersbelasting;
- de gewenste technische levensduur;
- de staalsoort of PE100-klasse;
- de wanddikte of SDR-waarde;
- het type langsnaad, spiraallas of naadloze uitvoering;
- de verbindingen en lasinspectie;
- de coating, corrosietoeslag en slijtbescherming;
- de materiaalcertificaten en traceerbaarheid;
- de normen en eisen van de beheerder.
Technische samenvatting
De beste mantelbuis voor een gestuurde boring is een projectspecifiek ontworpen beschermbuis. Een stalen mantelbuis is vooral geschikt bij zware mechanische belasting, grote diameters, hoge ringstijfheid en beperkte toegestane vervorming. Een PE100-mantelbuis is vaak geschikt wanneer flexibiliteit, corrosiebestendigheid en een lange gelaste buisstreng centraal staan.
De definitieve keuze volgt uit de combinatie van materiaal, buitendiameter, binnendiameter, wanddikte, staalsoort of SDR-klasse, boorprofiel, minimale buigradius, intrekkracht, uitwendige druk, lasverbindingen, coating en beheerderseisen. Zonder deze gegevens kan niet betrouwbaar worden vastgesteld welke mantelbuis geschikt is voor een specifieke HDD-boring.
Advies over een mantelbuis voor een gestuurde boring?
Voor een geschikte stalen mantelbuis moeten onder meer diameter, wanddikte, staalsoort, boortracƩ en corrosiebescherming op de toepassing worden afgestemd. Neem contact op voor het bespreken van de technische eisen en beschikbare buismaten.
š Telefoon: 0168 ā 35 66 55
āļø E-mail: sales@solines.nl
