Onderzoek naar de veroudering van kunststof leidingen

Binnen het ‘Kennisprogramma Urban Drainage’ is een onderzoek uitgevoerd met als hoofddoel de kennis van de veroudering en faalmechanismen van kunststof leidingen uit te breiden in de hoop bij te dragen aan doelmatiger rioolbeheer. Ook was het doel de ontwikkeling van een betere methode om de toestand van ondergrondse rioolbuizen te kunnen beoordelen.

Zowel kennis als nieuwe ingenieurs zijn hard nodig om ondersteuning te kunnen bieden aan de uitdagingen waar de sector zich mee bezig houdt.

Wat is het Kennisprogramma Urban Drainage?

Het Kennisprogramma Urban Drainage is opgericht vanuit de sector om een leerprogramma aan de TU Delft, Sanitary Engineering (riolering), te versterken. Niet alleen zorgt het kennisprogramma voor de ontwikkeling van nieuwe inzichten, maar ook voor een aanwas aan ingenieurs en promovendi in het vakgebied. Beide factoren zijn hard nodig om ondersteuning te kunnen bieden aan de uitdagingen waar de sector zich mee bezig houdt. Denk aan klimaatverandering, doelmatigheid, hergebruik, verouderende infrastructuur, verantwoording en transparantie en het vinden van kwalitatief, hoogwaardig personeel.

Resultaat: discrepantie tussen literatuur en praktijk

De resultaten van het onderzoek naar faalmechanismen laten al snel zien dat er een grote discrepantie is tussen de bevindingen van de wetenschappelijke literatuur over de veroudering van kunststof leidingen en de geconstateerde defecten die in de praktijk zijn opgedaan. Bijvoorbeeld:

In de literatuur

Onderzoek naar de fysische en mechanische eigenschappen van PVC-buizen toont aan dat PVC op zichzelf een zeer duurzaam materiaal is. PVC-materiaal vertoont geen indicaties van degradatie bij het testen met stoffen die in riolen worden aangetroffen, zoals zwavelzuur, natriumsulfaat en chloorhoudende desinfectiemiddelen. 

In de praktijk

Uit inspectiegegevens blijkt dat er allerlei bekende defecten worden aangetroffen. Deze defecten beïnvloeden de constructieve stabiliteit, de hydraulische capaciteit en/of de lekdichtheid van het rioolsysteem. 

Om een verklaring te vinden voor deze verschillen zijn er tests uitgevoerd bij opgegraven kunststof leidingen van verschillende leeftijden. Er is visueel onderzoek toegepast en er zijn inspectiegegevens ingewonnen. Aan de hand daarvan zijn er faalfactoren vastgesteld.

Faalfactoren voor de levensduur van PVC-buizen

Uit het onderzoek kwam duidelijk naar voren dat menselijk handelen de belangrijkste faaloorzaak is. Hierbij kan gedacht worden aan het onzorgvuldig hanteren van de kunststof leidingen tijdens de aanleg, maar ook door graafwerkzaamheden in de directe omgeving van de leidingen.  Daarnaast kwamen uit het onderzoek nog andere punten naar voren.

  • Er is een grote heterogeniteit met betrekking tot het aantal en de soorten elementen die worden aangetroffen in de samenstelling van verschillende PVC-buizen. BureauLeiding heeft er op gewezen dat deze verschillen te verklaren zijn uit het feit dat verschillende typen buizen van verschillende ouderdom met elkaar werden vergeleken.
  • Er zijn kleine indicaties van chemische degradatie die beperkt is tot het oppervlak van de buis. Dit bewijst de chemische bestendigheid van PVC-materiaal tegen stoffen die in riolen worden aangetroffen. 

Mechanische tests op opgegraven drielaagse buizen (met een kern van gerecycled of geschuimd PVC) hebben aangetoond dat het aanbrengen van gelaagde buiswandconstructies potentieel een kritische factor is voor de duurzaamheid van de buis. 

BureauLeiding heeft er op gewezen dat de buizen die hier werden getest, stamde uit de beginfase van de ontwikkeling van drielaags-buizen. Deze buizen zijn verder ontwikkeld afgelopen jaren. Deze conclusive kan dus niet zomaar worden getrokken.

Vibro-akoestiek voor verouderingsdetectie van kunststofbuizen

Een ander deel van de publicatie richtte zich op de ontwikkeling en het testen van een vibro-akoestische methode. Via deze methode kan de kwaliteit van de buis tijden de levensduur worden gemeten. Een aantal punten kwamen uit de test van de nieuwe methode naar voren:

  • Als de buis in de grond ligt, kan alleen een watergedragen golf zich voortplanten. Vanwege dit effect is het een voorwaarde dat de geteste buis volledig gevuld is met water. 
  • De methode is eenvoudig toepasbaar. De excitatie wordt slechts via een slaghamer bereikt en het voortplantingssignaal wordt met hydrofoons opgenomen. 
  • Het gebruik van lagere geluidsfrequenties maakt veroudering eenvoudiger zichtbaar en doordat het aantal voortplantingsmodi wordt beperkt, wordt de algehele analyse vereenvoudigd.
De belangrijkste faaloorzaak is het ongecontroleerd hanteren van de buizen tijdens de aanleg of door graafwerkzaamheden in de directe omgeving van de buizen. Dit toont aan dat degradatiemechanismen van kunststofbuizen niet  of belangrijkste zijn.

Adviezen voor het onderzoek

Om de grote discrepantie tegen te gaan en de levensduur van de buizen te verlengen, zijn er een aantal aanbevelingen ontwikkelt naar aanleiding van de resultaten. De belangrijkste aanbevelingen en uitdagingen zijn:

Algemeen

  • De belangrijkste factor die de levensduur van kunststof (PVC) buizen beïnvloedt, is menselijk handelen. Voorgestelde maatregelen zijn onder meer strengere protocollen en streng toezicht op de behandeling en aanleg van leidingen.
  • De ontwikkeling van de vibro-akoestische methode voor verouderingsdetectie is gebaseerd op de aannames dat de vaste media (buis en grond) homogeen en (visco)elastisch zijn, terwijl het contact tussen de buis en grond perfect is en de doorsnede van de buis volledig circulair is. Afwijking van deze omstandigheden (in de praktijk veel verwacht), zou ook een afwijking opleveren in de schatting van de opslagmodulus van het materiaal van de buis.

Rioolbeheerders

  • Een opzichter inhuren voor supervisie tijden het leggen of vervangen van buizen is een voordeel voor iedereen. Menselijke fouten vormen een frequente oorzaak van defecten.
  • PVC-buizen zijn de meest gebruikte kunststof vrijvervalbuizen in Nederland. Hun chemische resistentie is bekend en wordt ook door dit onderzoek bevestigd. Uit het onderzoek kwam naar voren dat PVC-buizen in de inspectiedatabases netjes worden geregistreerd als “PVC”, waarbij geen rekening wordt gehouden met de verschillende buissamenstellingen (bijvoorbeeld een interne kern). Zo werden in dit onderzoek van de acht opgegraven rioolbuizen vier verschillende soorten PVC-buizen gevonden: enkellaags, met een gerecyclede kern, met een geschuimde kern en met een lege kern. Kennis van welke soort buis is aangelegd is belangrijk, want de mechanische duurzaamheid verandert afhankelijk van de samenstelling van de buis.
Bij BureauLeiding zijn we samen met de leden bezig om de kwaliteit, het imago en de doelmatige toepassing van kunststof leidingsystemen te bevorderen.

Kunststof leidingen altijd een goede keuze

BureauLeiding beaamt dat het gebruik van kunststof leidingen altijd een goede keuze is. Het gebruik van kunststof buizen is in de laatste jaren sterk toegenomen. Kunststof leidingen worden onder andere gebruikt voor de (ondergrondse) transport van drinkwater. Het gebruik van kunststof leidingen heeft meerdere voordelen:

  • Het is goed bestand tegen temperatuurwisselingen
  • Het kan een grote waterdruk aan
  • Het is corrosie bestendig
  • Het materiaal is licht en daardoor makkelijk hanteerbaar, snel te installeren en logistiek laag in kosten
  • De gladde binnenwand zorgt voor minder aanslag, een snellere doorstroom, minder verlies van druk en minder stroomgeluiden

De hierboven genoemde voordelen zijn voorbeelden van bewezen voordelen van kunststof leidingen en leidingsystemen.

BureauLeiding heeft kritiek geleverd op de publicatie. Aan de ene kant is het cruciaal dat onderzoek wordt gedaan naar faalfactoren van het buizensysteem. Het verbaasd BureauLeiding ook niet dat externe factoren de belangrijkste reden zijn voor het falen van buizen. Dit heeft de praktijk in het verleden laten zien. In het onderzoek worden op een aantal punten te snelle conclusies getrokken over de kwaliteit van buizen, doordat vergelijkingen niet consequent worden gemaakt. Zo worden buizen die heel verschillende momenten zijn gemaakt één op één met elkaar vergeleken.