Tworzywa sztuczne w systemach wodno-kanalizacyjnych

Dobrym przykładem może być tutaj zachowanie się sieci gazowej wykonanej z polietylenu. Odporność rurociągów PE na obciążenia i ruchy gruntu została wykazana w 1995 r. podczas dramatycznego trzęsienia ziemi w Kobe w Japonii. Kiedy po trzęsieniu ziemi, w którym zginęło 6 tys. osób a 440 tys. domów zostało zniszczonych, firma Osaka Gas zbadała stan sieci gazowej, stwierdzono wysoki poziom uszkodzeń na rurociągach żeliwnych i stalowych, a brak awarii w części sieci wykonanej z PE. Po tej analizie rury PE stały się niezwykle popularne w Japonii i innych obszarach, na których występują trzęsienia ziemi. 

Należy tutaj również wspomnieć o systemach renowacyjnych z tworzyw sztucznych, które są wykorzystywane na szeroką skalę do napraw i remontów już istniejących sieci wodociągowych i kanalizacyjnych wybudowanych właśnie z materiałów tradycyjnych.

- Ale to właśnie tę cechę, jaką jest elastyczność, podnoszą przeciwnicy rur z tworzyw sztucznych. Faktem jest, że wyginają się - a bywa nawet, że ulegają deformacjom - gdy pozostają zakopane w ziemi.

- Dzięki dużej odkształcalności rury termoplastyczne są bardzo bezpieczne. Mogą podlegać odkształceniom, jednak ze względu na zmieniające się w czasie warunki gruntowe oznacza to bezpieczeństwo użytkowania. Gdy rury charakteryzują się większą sztywnością niż otaczający je grunt, muszą być wystarczająco odporne na naprężenia wynikające z ruchu drogowego i innych sił. Z kolei rura elastyczna przenosi wspomniane obciążenia do podsypki i otaczającego ją gruntu.

Mówiąc bardziej obrazowo, rury tworzywowe nie przenoszą obciążeń same, lecz współpracują z gruntem, podczas gdy rury sztywne muszą mieć wysoką wytrzymałość odpowiadającą nadmiarem spodziewanym obciążeniom statycznym i dynamicznym. Niezależnie od tego, że wypełnieniu wykopu oraz posadowieniu rur sztywnych stawia się bardzo wysokie wymagania, to udział gruntu w przenoszeniu obciążeń przez te rury jest znikomy. Dla rur sztywnych ułożonych w gruncie rozkład obciążeń charakteryzuje się dużymi koncentracjami w górnej i dolnej strefie rury, szczególnie gdy grunt został słabo zagęszczony w strefach bocznych rury. Jest to bardzo niekorzystne, ponieważ momenty zginające w najbardziej wytężonych przekrojach mogą przyjąć wartości ekstremalne, które prowadzą do zniszczenia rur.

W trakcie badań prowadzonych przez europejskie Stowarzyszenie TEPPFA porównano częstotliwość występowania usterek w ponad 1800 km rur podziemnych - zarówno sztywnych, jak i elastycznych. Badanie to wykazało, że średnia liczba uszkodzeń w elastycznych kanałach ściekowych jest o 80% niższa niż w sztywnych kanałach - podkreślając tym samym fakt, że sztywne rury nie są w stanie przeciwstawić się skutkom przemieszczania gruntu, ani dopasować się do podziemnych przeszkód. Z kolei rury elastyczne mogą łatwiej zmieniać kształt (wyginać się), bez ryzyka powstania w nich pęknięć.

- Coraz bardziej popularna jest Analiza Cyklu Życiowego, która stanowi znormalizowaną metodę umożliwiającą rzetelne porównanie wpływu na środowisko wywieranego przez różne wyroby bądź usługi. Czy zbadano wpływ rur tworzywowych na środowisko naturalne w porównaniu z innymi materiałami?

- To prawda, tego rodzaju ocena obejmuje zgromadzenie i ocenę danych ilościowych dotyczących wszelkich składowych na początku i końcu całego cyklu życia produktu w zakresie surowców, energii i odpadów z nim związanych. Ustalenia zaś z niej wynikające są publikowane w postaci Deklaracji Środowiskowych Produktu (Deklaracji EPD) celem upublicznienia informacji na temat całkowitego wpływu na środowisko wywieranego przez dany produkt.

Badania przeprowadzone przez niezależny Flamandzki Instytut ds. Badań Technologicznych (VITO) potwierdziły, że tworzywa sztuczne są bardziej przyjazne dla środowiska niż alternatywne materiały stosowane do budowy systemów rurowych. Wyniki wskazują, że systemy rurowe z tworzyw sztucznych pozostawiają ślad ekologiczny średnio o dwie trzecie mniejszy niż systemy rurowe wykonane z takich materiałów jak beton, miedź czy żeliwo ciągliwe. Ustalenia VITO poddane zostały następnie niezależnej krytycznej weryfikacji przez inną uznaną instytucję zajmującą się kwestiami zrównoważonego rozwoju, Denkstatt GmbH z Austrii, zgodnie z metodologią ISO.

W ramach tego badania dokonano bezpośredniego porównania pomiędzy systemami rurowymi z polipropylenu lub PVC oraz z żeliwa ciągliwego do budowy wewnętrznych instalacji kanalizacyjnych; pomiędzy systemami rurowymi z polietylenu lub PVC oraz z żeliwa ciągliwego do budowy ciśnieniowych przewodów do dystrybucji wody; trzema różnymi rodzajami rur z PVC lub polipropylenu a rurami betonowymi do budowy bezciśnieniowych przewodów kanalizacyjnych oraz pomiędzy rurami z polietylenu sieciowanego (PEX) lub wielowarstwowymi rurami PE-PEX/AI/PE-PEX a rurami miedzianymi do budowy przewodów ze ścianką litą do przesyłu gorących i zimnych cieczy. Badanie to w sposób ewidentny wykazało przewagę systemów rurowych z tworzyw sztucznych. 

Rozmawiał Jacek Leszczyński