Postęp technologiczny

Stalowe grodzice są wykorzystywane do wykonywania ścian nabrzeży w portach od prawie 100 lat. Zastąpiły one pale drewniane ze względu na brak podaży drewna pod koniec XIX wieku.

Od tego czasu wiele nabrzeży, pirsów i falochronów na całym świecie zostało zbudowanych ze stalowych grodzic. Ewolucja kształtów profili w połączeniu z ulepszaniem gatunków stali, umożliwiła projektowanie coraz głębszych konstrukcji morskich przystosowanych do wzrostu wielkości statków.

Badania i rozwój przyczyniły się do zmniejszenia wpływu stali na środowisko na kilka sposobów. Po pierwsze, poprzez zmniejszenie ilości stali wymaganej do budowy równoważnych konstrukcji, a po drugie poprzez opracowanie nowych szlaków produkcyjnych, które umożliwiają recykling stali.

Trwałość jest ważnym kryterium zrównoważonego rozwoju i jednym z głównych wyzwań dla konstrukcji morskich. Zarówno stal, jak i żelbet mają wpływ na to trudne środowisko. Branża budowlana poszukuje nowych, innowacyjnych rozwiązań, aby zwiększyć żywotność i obniżyć koszty konserwacji w całym cyklu życia.

Drugim aspektem zrównoważonego rozwoju jest środowisko. Względy finansowe zawsze będą kluczowym parametrem przy wyborze rozwiązania technicznego. Świat się zmienia i w ostatnich latach aspekty środowiskowe zyskują coraz większe znaczenie w złożonym procesie decyzyjnym.

Nieubłagany postęp w technikach walcowania zmusił producentów blach stalowych do poprawy efektywności swoich produktów, mając na celu prześcignięcie konkurencji. Dla przykładu, redukcja wagi pomiędzy różnymi generacjami grodzic typu Z o tym samym przekroju jest znacząca: nowa AZ®-800, wprowadzona na rynek w 2015 roku, jest o ponad 25% lżejsza niż porównywalna grodzica BZ z lat 50-tych.

Podobnie, system ścian kombinowanych HZ®-M o wysokim przekroju został wprowadzony na rynek w 2008 roku i przewyższa stary system HZ z lat 70-tych o co najmniej 10% pod względem masy. Jego maksymalna wytrzymałość (maksymalny moduł przekroju) została zwiększona ponad dwukrotnie.

Dodatkowo, biorąc pod uwagę wzrost granicy plastyczności obecnych gatunków stali nawet o 30%, masa stali potrzebnej do zbudowania dokładnie takiej samej konstrukcji ścianki szczelnej zmniejszyła się w ciągu ostatnich dziesięcioleci o ponad 50%!

System ochrony przeciwpowodziowej

Powodzie są najczęstszymi i najbardziej kosztownymi klęskami żywiołowymi na świecie. Powodzie są zwykle powodowane przez ulewne deszcze, gwałtowne burze lub gwałtowne topnienie śniegu. Zjawiska te stają się coraz częstsze z powodu zmian klimatycznych. Ich niszczycielskie skutki nie tylko zagrażają życiu ludzi i zwierząt, ale także powodują znaczne szkody środowiskowe i gospodarcze.

Prognozuje się, że ryzyko powodzi wzrośnie w nadchodzących dziesięcioleciach, dlatego też skuteczne systemy przeciwpowodziowe są coraz ważniejsze dla ochrony naszego życia i otoczenia, ograniczając szkody do minimum.

Najpopularniejszymi środkami ochrony przeciwpowodziowej zawsze były wały przeciwpowodziowe, zazwyczaj wykonane z ziemi. Jednak rosnąca roślinność i erozja mogą z czasem powodować ich osłabienie i uszkodzenia, powodując konieczność ich wzmocnienia lub przebudowy.

 

Opublikowano: 21 listopada 2023

Ochrona przed korozją

Korozja jest jednym z kluczowych parametrów optymalizacji konstrukcji stalowej w środowisku morskim. Oszacowanie zmniejszenia grubości elementu stalowego w wodzie morskiej jest dość trudne, ponieważ na zjawisko korozji wpływa wiele parametrów. Parametry te mogą się również zmieniać w trakcie okresu eksploatacji konstrukcji. W ostatnich latach pojawiły się nowe gatunki stali przeznaczone specjalnie do zastosowań morskich, które poprawiają trwałość konstrukcji. Na podstawie ponad 15 lat ekspozycji próbek stali w wodzie morskiej w porcie w Wielkiej Brytanii, zmierzone wskaźniki korozji gatunku stali AMLoCor® w strefie niskiej wody i w strefie stałego zanurzenia są do 5 razy mniejsze niż w przypadku standardowej stali węglowej.

AMLoCor uzyskał niemiecką krajową zgodę techniczną, dzięki czemu, nawet jeśli zawiera więcej stopów niż standardowa stal stosowana w budownictwie, może być projektowany zgodnie z międzynarodowymi standardami projektowania stali. Przykładowo, w 2016 roku w nowym terminalu Unitterminal w porcie Koege w Danii zainstalowano około 4000 ton stalowych grodzic AMLoCor.

Zmniejszone tempo korozji może prowadzić do lżejszych profili grodzic i pozwala uniknąć konieczności stosowania powłok. Jest to sytuacja korzystna dla środowiska.

Wkład w gospodarkę o obiegu zamkniętym

I na koniec, modnym obecnie wyrażeniem jest gospodarka o obiegu zamkniętym, która obejmuje ponowne wykorzystanie produktów i materiałów, w konsekwencji zmniejszając marnotrawstwo zasobów naturalnych. Stalowe grodzice były prekursorem w tej dziedzinie, ponieważ mogą być wielokrotnie wykorzystywane do tymczasowych wykopów przed ich złomowaniem, a czasami są nawet ponownie wykorzystywane w stałych konstrukcjach. Widzieliśmy grodzice stalowe, które były używane nawet 10 razy. Wynajem grodzic stalowych przyczynia się również do rozwoju gospodarki o obiegu zamkniętym (ponowne wykorzystanie).

Zrównoważony rozwój jest kluczowym celem dla nowej infrastruktury portowej w przyszłości. Do osiągnięcia tego wyzwania z pewnością mogą się przyczynić innowacyjne rozwiązania stalowe.

Możliwość recyklingu, EPD i LCA

Stal jest trwała i odporna, ale ma jeszcze jedną wyjątkową właściwość: można ją wielokrotnie poddawać recyklingowi. Recykling chroni zasoby naturalne, a tym samym przyczynia się do bardziej zrównoważonego rozwoju świata. Stal jest materiałem przyjaznym dla środowiska, a 100% stali w każdej konstrukcji można odzyskać i poddać recyklingowi.

Wyzwaniem w budownictwie portowym jest to, że stare konstrukcje nie zawsze są demontowane, ale za kilkadziesiąt lat odzyskiwanie różnych materiałów budowlanych do dalszego przetwarzania, najlepiej recyklingu, będzie naturalną myślą dla każdego właściciela projektu. Branża budowlana już teraz bierze pod uwagę kryteria środowiskowe, na przykład w certyfikacji "ekologicznych" budynków (np. LEED, BREEAM itp.). Warto zauważyć, że niektóre administracje europejskie już wdrażają kryteria zrównoważonego rozwoju w swoich przetargach w sektorze publicznym, w oparciu o "Dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady 2014/24/UE z dnia 26 lutego 2014 roku w sprawie zamówień publicznych". Jedną z metod jest monetyzacja różnych kryteriów zrównoważonego rozwoju, na przykład poprzez przyznawanie punktów w oparciu o LCA (materiały przyjazne dla środowiska otrzymują więcej punktów).

Trudność w porównywaniu alternatywnych rozwiązań z punktu widzenia ochrony środowiska polega na braku wiarygodnych informacji na temat wpływu każdego materiału na środowisko. Wpływ konstrukcji, faz jej użytkowania i po zakończeniu okresu użytkowania - recyklingu - nie są łatwe do obliczenia. Główne czynniki przyczyniające się do wpływu konstrukcji na środowisko należy przeanalizować za pomocą oceny cyklu życia (LCA) zgodnie z normami ISO, biorąc pod uwagę każdą fazę projektu, w tym recykling materiału.

Deklaracja środowiskowa produktu (EPD) dla konkretnego produktu (konkretnego zastosowania) upraszcza takie porównania. Składa się ona z analizy LCA wykorzystującej dane dostarczone przez jeden lub więcej zakładów produkcyjnych (huty i walcownie) dla konkretnych produktów. Założenia dotyczące wskaźników ponownego użycia i recyklingu zależą od sposobu wykorzystania produktów. Stalowe grodzice mogą być wielokrotnie wykorzystywane do tymczasowych zastosowań, ale większość z nich jest używana w stałych konstrukcjach przez okres użytkowania od 30 do 100 lat. Niektóre moduły, takie jak produkcja od kołyski do bramy („cradle-to-gate”) - moduły A1 do A3 z EN 15804 - są obowiązkowe. Inne pozostawia się do wyboru producenta.

ArcelorMittal jest liderem w tej dziedzinie, ponieważ jako pierwszy producent grodzic stalowych w 2016 roku opublikował potwierdzoną deklarację EPD zgodną z najnowszymi normami ISO i EN dla wyrobów stalowych, a w czerwcu 2018 roku bardziej szczegółową deklarację EPD dla EcoSheetPiles™, czyli grodzic produkowanych wyłącznie ze złomu w elektrycznym piecu łukowym (EAF).

Kolejnym krokiem w branży powinno być opracowanie bardziej przyjaznych dla użytkownika narzędzi i kalkulatorów do porównywania LCA z różnymi materiałami. Ważne jest, aby wspomnieć, że analiza LCA powinna porównywać alternatywy dla tej samej jednostki funkcjonalnej.

Oceny LCA przeprowadzone w przeszłości przez ArcelorMittal wykazały, że w przypadku kilku konfiguracji ścian nabrzeża, stal ma mniejszy wpływ na środowisko niż materiały alternatywne, pod warunkiem, że elementy stalowe są odzyskiwane i poddawane recyklingowi po okresie użytkowania konstrukcji.

Jako przykład, poniższy wykres przedstawia uproszczoną analizę LCA dla parametru "Potencjał globalnego ocieplenia" (CO2) przy użyciu realistycznych założeń dla projektu w Danii, w którym 2235 ton grodzic wyprodukowanych w Belval w Luksemburgu zostało przetransportowanych koleją do Antwerpii w Belgii (około 328 km), a następnie statkiem do Kalundborg w Danii (około 1285 km). Mogą istnieć ogromne różnice między EPD a założeniami przyjętymi w LCA dla konkretnego projektu. Oczywiście transport ma bardzo niewielki wpływ na ogólny ślad węglowy w tym projekcie. Instalacja, konserwacja i demontaż również mogą być w większości przypadków pominięte (nie są przedstawione na wykresie). Poniższy wykres opiera się na wskaźniku recyklingu wynoszącym 99% stali i braku ponownego użycia.

Kluczowym parametrem jest bez wątpienia wskaźnik ponownego wykorzystania i recyklingu. Metoda elektrycznego pieca łukowego (EAF) znacznie zmniejsza wpływ rozwiązania z grodzicami na środowisko. Moduł D uwzględnia wpływ ponownego użycia i recyklingu stali, ale ponieważ nie ma obowiązku jego deklarowania, niektóre organy nie uwzględniają go w LCA. Naszym zdaniem moduł D powinien być zawsze brany pod uwagę, co ma obecnie zastosowanie w przypadku europejskiej normy EN 15804-A2 z 2019 roku.


Tekst:
João Martins, ArcelorMittal Sheet Piling (VII Krajowy Zjazd Stowarzyszenia Technicznego Portów i Wybrzeży, 2019 roku)
Constructalia (wprowadzenie, nagłówki)

Zdjęcia:
© ArcelorMittal Sheet Piling