تیم تولید محتوای بهیدو

بخش اول

این بخش شامل اطلاعات مهندسی لازم برای محاسبه فشارهای وارده از طرف زمین و بارهای زنده به لوله‌های پلی اتیلن است که با استفاده از این اطلاعات می‌توان واکنش لوله به این فشارها را با در نظر گرفتن برهمکنش بین لوله و خاک اطراف آن تعیین نمود و برای قضاوت در مورد تناسب فاکتورهای ایمنی در نظر گرفته شده برای یک کاربرد خاص به کار برد.

فشار ناشی از خاک حاصل ترکیبی از وزن خود خاک و بارهای سطحی است. با خاکریزی در اطراف و روی لوله پلی اتیلن، فشار خاک افزایش می‌یابد و لوله در جهت عمودی خم شده و در جهت جانبی به سمت خاک اطراف منبسط می‌شود. انبساط جانبی خاک را فشرده می‌کند و موجب تقویت مقاومت خاک می‌شود. این عامل در ترکیب با سفتی ذاتی لوله، باعث ایجاد مقاومت بیشتر در برابر ادامه انبساط جانبی و خمش عمودی لوله می‌شود.

در زمان خاکریزی ۱، تنش حلقوی (پیرامونی) در دیواره لوله ایجاد می‌شود. در اثر خمش و تغییر شکل لوله، تنش‌های خمشی حلقوی ۲ (کششی و فشاری) ایجاد می‌شوند و در اثر فشردن خاک در اطراف لوله، تنش فشاری حلقوی‌‌‌ای شکل می‌گیرد. تنش حلقوی ناشی از خمش و فشار، بجز در لوله‌های مدفون در اعماق کم که تحت اثر بارهای زنده قرار دارند، سبب شکل گیری تنش فشاری خالص می‌شود.

بزرگی خمش و تنش ایجاد شده نه تنها به خواص لوله، بلکه به خواص خاک اطراف هم بستگی دارد. بزرگی این خمش و تنش باید محتاطانه در محدوده عملکرد لوله‌های پلی اتیلن نگهداشته شوند. خمش بیش از اندازه می‌تواند موجب از بین رفتن پایداری و ممانعت از جریان شود و تنش فشاری بیش از حد ممکن است به شکستن دیواره یا اعوجاج لوله ۳ منجر شود. محدودیت‌های عملکردی لوله‌های پلی اتیلن توسط واتکینز، زپک و آلمان (۱) ارائه شده و در شکل ۶- ۳ نشان داده شده است.

الزامات طراحی و ساخت بسته به اینکه تأسیسات برای کار تحت فشار یا برای کار بدون فشار در نظر گرفته شده باشند، تا حدی متفاوت است. این تفاوت‌ها در بخش‌های مقاله » نصب زیرزمینی لوله‌های پلی اتیلن« تشریح شده اند.

همچنان با شرکت توسن صنعت آپاداناتولیدکننده و ارائه کننده انواع لوله‌های پلی اتیلن ، لوله آبیاری، نوار آبیاریو لوله دریپردارهمراه باشید.

محاسبات

در بخش ۳، نحوه محاسبه فشار خاک وارد بر لوله در اثر وزن خاک و بارهای سطحی، نحوه تعیین خمش‌های حاصله بر اساس خواص لوله و خاک، و نحوه محاسبه فشار خاک مجاز (ایمن) برای فشردن دیواره (شکستگی) و اعوجاج لوله‌های پلی اتیلن تشریح شده است.

برای تعیین تناسب یک لوله پلی اتیلن خاص برای یک کاربرد خاص، همیشه نیاز به انجام محاسبات با جزئیات کامل نیست. استاندارد AWWA M-55 با عنوان »لوله‌های پلی اتیلن- طراحی و نصب « در مورد نسبت ابعادی، نصب و عمق دفن لوله می‌باشد. برای لوله‌های تحت فشاری که در محدوده طراحی این استاندار قرار می‌گیرند، حدود خمشی مشخص شده برای لوله‌های پلی اتیلن رعایت شده است، فاکتور ایمنی در برابر اعوجاج حداقل برابر با ۲ است و از تنش فشاری مجاز برای پلی اتیلن تجاوز نمی‌شود. بنابراین، طراح در مورد لوله‌هایی که بر اساس این محدوده طراحی اندازه بندی و نصب شده اند، نیازی به انجام محاسبات سنگین ندارد.

محدوده طراحی استاندارد AWWA M-55

در استاندارد AWWA M-55 با عنوان »لوله‌های پلی اتیلن- طراحی و نصب « یک محدوده طراحی تعریف شده است. کاربردهایی که در حیطه آن قرار می‌گیرند، بجز محاسبه اعوجاج با استفاده از معادله ۶- ۵۸ ، نیازی به انجام محاسبات دیگر ندارند. مشخص شده است که اگر نسبت ابعادی لوله ۲۱ ( DR 21 ) یا کمتر باشد، مانند جدول ۶- ۱۶ ، حداقل فاکتور ایمنی برابر با ۲ است و نیازی به انجام محاسبات نیست.

در چنین شرایطی (قرار گرفتن کاربرد در حیطه استاندارد AWWA )، مراحل طراحی به طور چشم گیری تسهیل می‌شوند. طراح می‌تواند آنالیز طراحی دفن را با جزئیات کامل انجام داده و از راهنمایی‌های موجود در محدوده طراحی ارائه شده توسط AWWA به عنوان ابزاری برای سنجش صحت محاسبات طراحی خود و تناسب فاکتور ایمنی بدست آمده، بهره ببرد. همچنین او می‌تواند با اطمینان از اینکه طراحی دفن در چنین شرایطی (قرار گرفتن کاربرد در محدوده استاندارد AWWA ) از قبل بر طبق راهنماهای موجود در این فصل، مورد آنالیز قرار گرفته است، بدون انجام جزئیات طراحی دفن، کار را ادامه دهد.

مشخصات فنی محدوده طراحی عبارت اند از:

– لوله از مواد پلی اتیلنی دارای درجه بندی تنش ساخته شده است.

– اساسا بار سطحی مرده (بار سطحی ساکن که برای مدت طولانی ساکن است و برداشته نمی‌شود) روی لوله وارد نمی‌شود،

سطح آب زیرزمینی بالاتر از سطح لوله نیست، و اقدامات لازم جهت جلوگیری از شناور شدن لوله‌های کم عمق، در نظر گرفته شده است.

– مواد پرکننده اطراف لوله از دانه‌های درشت تشکیل شده اند که حداقل به اندازه ۸۵ % چگالی استاندارد ناظر ۱ متراکم شده اند و مقدار E΄ آن‌ها حداقل ۱۰۰۰ psi است. جدول ۶- ۲۲ را ملاحظه بفرمایید.

– وزن واحد حجم خاک محل، از ۱۲۰ pcf تجاوز نمی‌کند.

– لوله به جهت کنترل بارهای برشی و خمشی و رعایت حداقل شعاع خمش، طبق توصیه‌های کارخانه سازنده، نصب شده است و با الزامات استاندارد ASTM D2774 (برای لوله‌های تحت فشار) و یا استاندارد ASTM D2321 (برای لوله‌های غیر فشاری) مطابقت دارد.

– حداقل عمق پوشش برابر با ۲ فوت ( ۶۱ / ۰ متر) است؛ مگر اینکه لوله بر اساس استاندارد AASHTO H20 تحت بار کامیون قرار بگیرد که در این مورد عمق پوشش بیش از ۳ فوت ( ۹/ ۰ متر) یا قطر لوله است.

– حداکثر عمق پوشش برابر با ۲۵ فوت ( ۶۲ / ۷ متر) است.

دسته بندی‌های نصب

لوله‌های پلی اتیلن را به منظور انجام محاسبات، می‌توان بسته به عمق پوشش، بار وارده از سطح، سطح آب زیرزمینیو قطر لوله، به دسته تقسیم نمود. فرمول مورد استفاده برای محاسبه بار وارده به لوله و عکس العمل لوله به بار، برای هر دسته اندکی با دسته دیگر متفاوت است. مرز بین این دسته‌ها کملاً واضح نیست و برای تصمیم گیری در مورد مناسب تر بودن یکی از این دسته بندی‌ها در یک تأسیسات خاص، نیازمند قضاوت مهندسی هستیم. این دسته بندی‌ها عبارت اند از:

• نصب استاندارد – ترانشه یا خاکریزی .

این نوع نصب با پوشش حداکثر ۵۰ فوت با یا بدون بار ترافیکی، خط آهن و یا سربار، قابل انجام است. برای قرار گیری در این دسته که در آن بارهای زنده (متحرک) حضور دارند، پوشش لوله باید حداقل برابر قطر یا ۱۸ اینچ، هر کدام که بزرگ تر بود، باشد. مقدار فشاری که از طرف زمین به لوله وارد می‌شود، از روش منشور فشار ۱ (تنش خاک ژئوستاتیک) محاسبه می‌شود. برای محاسبه خمش، از فرمول آیوا اصلاح شده ۲ استفاده می‌شود. شکستگی و اعوجاج جزو محدودیت‌های عملکردی هستند. »محدوده طراحی « استاندارد AWWA هم در بخش نصب استاندارد قرار می‌گیرد.

• نصب با پوشش کم عمق و تحت بار وسایل نقلیه .

این دسته به لوله‌هایی اطلاق می‌شود که در عمق حداقل ۱۸ اینچی و البته کمتر از قطر لوله دفن شده اند. در این دسته بندی نصب، همان معادلاتی مورد استفاده قرار می‌گیرند که در نصب استاندارد بکار می‌رفتند، تنها یک معادله اضافه وجود دارد که رابطه بار وارده از وسایل نقلیه با مقاومت لوله در برابر خمش و توان نگهدارندگی خاک را بیان می‌نماید.

• نصب در خاکریز عمیق .

نصب در خاکریز عمیق تر از ۵۰ فوت انجام می‌شود. برای لوله‌های پروفیلی که در ترانشه‌هایی با عمق کمتر از ۵۰ فوت قرار می‌گیرند، انجام محاسبات فشار خاک لازم است. با توجه به این که در نصب خاکریز عمیق فشار خاک بر اساس تجهیزات مسلح ۳ محاسبه می‌شود؛ خمش با استفاده از نمودار واتکینز- گاب ۴ و اعوجاج از معادله مور- سلیج ۵ محاسبه می‌شود که با معادلات نصب استاندارد تفاوت دارند.

• آثار شناوری در پوشش های کم عمق .

این دسته به مواردی اطلاق می‌شود که پوشش کافی برای جلوگیری از شناور شدن یا فروپاشی هیدرواستاتیک ندارند. اعوجاج هیدرواستاتیک بدلیل کاربرد آن در طراحی زیر زمینی، در این فصل معرفی شده است.

بخش ۳ فصل طراحی، محدود به طراحی لوله‌های پلی اتیلن مدفون در ترانشه‌ها یا خاکریزهاست. محاسبات ارائه شده برای تعیین بار و واکنش لوله به آن، ممکن است در تکنولوژی‌های بدون نیاز به ترانشه زنی از قبیل ترکاندن لوله قدیمی‌و حفاری جهت دار، قابل کاربرد نباشند. خاک در چنین تکنولوژی‌هایی (بدون نیاز به ترانشه) بر خلاف نصب لوله در ترانشه، لوله را نگه نمی‌دارد. باید برای کسب اطلاعات لازم برای طراحی، با تأمین کننده تکنولوژی‌های بدون ترانشه مشاوره انجام شود. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد طراحی لوله‌های نصب شده با استفاده از حفاری جهت دار به فصل »کاربرد لوله‌های پلی اتیلن در حفاری جهت دار « و همچنین استاندارد ASTMF1962 با عنوان »استفاده از حفاری جهت دار افقی ( Maxi-Horizontal ) برای قرار دادن لوله‌ها یا انشعابات پلی اتیلنی در زیر موانع، شامل گذر از رودخانه‌ها « مراجعه کنید.