Разновидности пластиковых труб и их применение. Критерии выбора материалов для труб. Условия окружающей среды

Гибкие пластиковые трубы способны деформироваться, приспосабливаясь к движению окружающего грунта, не обязательно испытывая чрезмерное напряжение стенок. Это может иметь полезный эффект от передачи вертикальных нагрузок в землю. С другой стороны, жесткие трубы, такие как металл, глина или бетон, должны нести любые внешние нагрузки на землю в пределах их собственной структуры. В ответ на вертикальные раздавливающие усилия со стороны покрывающей породы плюс любые нагрузки на оси транспортного средства, силы реакции внутри жесткой стенки трубы создают моменты силы, которые могут вызвать разрушение.

Менее жесткая пластиковая труба деформируется, переводя вертикальную нагрузку в боковое движение, которое генерирует силы реакции в грунтовом заполнении вокруг сторон трубы, которые затем противодействуют дальнейшему движению и предотвращают разрушение трубы. Гибкость и пластичность пластиковых труб также обеспечивает большую устойчивость к крупномасштабным движениям грунта, которые могут возникнуть при оползнях или землетрясениях. Влияние грунтовых нагрузок на трубы можно описать уравнениями, которые включают основные геометрические и физические переменные. Были приняты различные аналитические подходы, и возникли некоторые разногласия между различными национальными кодексами.

Обычно анализы основаны на методах, впервые описанных Спенглером для расчета прогиба водопроводных труб. В Великобритании были использованы уравнения, разработанные Лабораторией исследований транспорта и дорожного движения (TRRL). Немецкий и скандинавский коды стали широко использоваться в Европе, но в будущем, вероятно, будут использоваться версии с компьютерной интерпретацией, разработанные на основе принятых стандартов CEN. Недавний обзор технического состояния был проведен авторами Alferink, Bjorklund и Kallionen. В качестве примера можно привести уравнение Шпенглера, который разработал его в конце 1940-х годов, чтобы помочь в проектировании водопропускной трубы, и это уравнение стало основой для большинства последующих выражений. Приведём расшифровку переменных, используемых в уравнении.

• «дельта» = прогиб;
• D = диаметр трубы;
• DL = прогиб с «коэффициентом запаздывания» (допускает уплотнение);
• DR = коэффициент округления из-за внутреннего давления;
• PB = вертикальное давление обратной засыпки;
• PS = вертикальное давление дополнительной нагрузки;
• EI / D3 = кольцевая жесткость трубы;
• E = модуль материала трубы;
• ES = модуль почвы;
• l = момент инерции;
• t = толщина стенки трубы;
• K = постоянная залегания (= 0,1 для песка).

Наиболее важной особенностью таких уравнений является очень высокая зависимость жесткости (и прогиба) трубы от отношения диаметра к толщине стенки, которое обычно называют стандартным размерным отношением (SDR). Поскольку жесткость трубы зависит от обратной величины (SDR), это означает, что изменения геометрии трубы относительно важнее, чем различия в модуле материала. Подразумевается, что, если конструкция трубы не определяется критерием внутреннего давления, и если проектировщик может сократить расходы за счет использования тонкой стенки трубы, то может потребоваться контролировать свойства модуля окружающей почвы, выбрав засыпку, материал и обеспечив однородность путем тщательного уплотнения.

Долгосрочная реакция пластиковых труб на непостоянные внешние нагрузки, вызванные нагрузками на оси транспортного средства, вызывает беспокойство у проектировщиков, когда трубы прокладываются под дорогами. Эта тема была тщательно исследована авторами, связанными с компаниями — производителями полипропиленовых труб. В течение многих лет они проводили измерения профиля труб, протягивая инструменты на основе салазок через оставшиеся в эксплуатации трубы. Все эти исследования приводят к выводу, что большая часть деформации трубы происходит во время и вскоре после первоначальной установки. После этого продолжаются некоторые дальнейшие деформации в течение периода около двух лет, а в последующие годы наблюдается очень небольшое движение. Предполагается, что динамическая нагрузка от интенсивного трафика ускоряет процесс консолидации, но не увеличивает долговременную деформацию. Предполагается также, что прогиб трубы в большей степени связан с ранним уплотнением почвы, чем с длительной ползучестью материала трубы.