Справочное руководство по трубам ПВХ. Часть 26

Характеристики канализационных труб из ПВХ, подверженных динамическим нагрузкам на небольшой глубине, оценивались в геотехнических лабораториях Европы и США (например, на экспериментальной станции инженерных путей американской армии). Типичные результаты широко задокументированы, и на основании этих данных был сделан вывод, что трубы из ПВХ очень хорошо работают в широком диапазоне нагрузок, характерных для автомобильных дорог, а также легких и средних воздушных перевозок, то есть могут прокладываться под большинством аэропортов. Все испытания проводились под гибким битумным дорожным покрытием. Минимальная высота покрытия была принята за 3,6 м, что рекомендуется для труб из ПВХ с размерным соотношением DR 35. Нагрузки от транспортных средств моделировались из расчета до 9 тонн на одну ось транспортного средства. Специалисты выяснили опытным путем, что при нагрузках от самолета до 160 тонн, рекомендуется минимальная глубина заглубления всего лишь 0,6 м. Чтобы предотвратить растрескивание дорожного покрытия, особое внимание следует уделить выбору, размещению и уплотнению насыпного материала вокруг неглубокой заглубленной гибкой трубы (например, трубы из ПВХ), лежащей под жестким покрытием.

Предел характеристик так называемой обратной кривизны для гибкой стальной трубы был установлен вскоре после публикации формулы Спенглера (рассматривалась ранее), когда было определено, что гофрированная стальная труба демонстрирует обратную кривизну при прогибе около 20%. В то время при проектировании предусматривался предел прогиба в 5%, что обеспечивало коэффициент прочности конструкции 4,0. Заглубленная канализационная труба из ПВХ, отклоняясь в ответ на внешнюю нагрузку, может продемонстрировать заметное изменение кривизны на обратную при 30% отклонении. Этот уровень прогиба обычно обозначается как консервативный предел производительности канализационных труб из ПВХ. Исследования показали, что несущая способность канализационных труб из ПВХ продолжает увеличиваться, даже если прогиб значительно превышает точку изменения кривизны. Принимая во внимание эту рабочую характеристику канализационных труб из ПВХ, инженеры обычно рассматривают предел прогиба 7,5%, рекомендованный европейскими и американскими стандартами, как обеспечивающий очень консервативный фактор безопасности от разрушения конструкции. Подобно методике, применяемой для стальных труб, результирующий коэффициент структурной безопасности для канализационных труб из ПВХ составляет 4,0. Из этого можно сделать очень простой вывод о том, что никакой разницы в надежности материалов с учетом их прочности, нет, что противоречит выводам специалистов из ассоциации DIPRA, которые безуспешно пытались доказать преимущества чугунных труб перед пластиковыми.

Кроме того, исследования показали, что гибкие стенки стальных труб могут изгибаться при прогибах, значительно меньших 20%, если нагрузка велика, а почва, окружающая трубу, чрезвычайно уплотнена. Основываясь на этих наблюдениях, Х. Л. Уайт и Дж. П. Лайер предложили теорию кольцевого сжатия для проектирования подземных гибких труб. Эта теория предполагала, что засыпка была сильно уплотнена и что прогиб был незначительным, а предел производительности приводил к разрушению стенок. Еще один важный параметр – деформация, которая, как правило, не является ограничивающим фактором для подземных труб из ПВХ. Полная деформация в стенке трубы может быть вызвана двумя факторами: кольцевым напряжением в стенке трубы и изгибом трубы при ее деформации. Определение деформации из-за кольцевого напряжения несложно: если предполагается однородная стенка и можно пренебречь концентрациями давления, то можно воспользоваться некоторыми готовыми формулами. Далее отметим, что трубы из ПВХ более терпимы к деформациям сжатия, чем к деформациям растяжения, поскольку последнее, если оно велико, может вызвать растрескивание трубы из ПВХ. Деформация растяжения от приложенного внутреннего давления, если таковое имеется, должна быть добавлена к максимальной деформации изгиба от кольцевого прогиба при расчетах максимальной комбинированной деформации. И наоборот, деформации сжатия из-за внешних нагрузок на грунт следует вычесть, чтобы получить максимальную комбинированную деформацию.

В ходе обширных исследований канализационных труб из ПВХ, подвергающихся постоянной деформации, было обнаружено, что деформация материала трубы, вызванная прогибами до 20%, не вызывала разрушения в течение 50-летнего периода. Фактически, окончательное испытание (на примерах выкопанных заглубленных труб) продемонстрировало, что трубы из ПВХ успешно работают в условиях канализации, где они постоянно используются с 1962 года в США, а в Европе еще со времен Второй мировой войны. В более поздних исследованиях 16 образцов канализационной трубы из ПВХ были отклонены на целых 25%, что соответствует относительной деформации в стенке трубы 2,5%. Ни один из 16 образцов труб, которые хранились как в чистой воде, так и в воде с 2% детергента, не показал отказов или трещин после выдержки под нагрузкой более 22 лет. В исследовании Мозера полосы и кольца из ПВХ, полученные из трубы из ПВХ, как в продольном, так и в направлении по окружности, были испытаны в условиях жесткой однородной деформации (которая более критична, чем деформация изгиба, связанная с прогнутой заглубленной трубой). После более чем 22 лет наблюдений не было никаких признаков того, что какой-либо из образцов, деформированных до прогиба 5, 10, 15, 25, 40 или 50%, в будущем не выдержит нагрузки. Фактически, продольные образцы были способны выдерживать постоянные деформации, приближающиеся к 100%. Таким образом, делается логичный вывод, что деформация не является практическим критерием, ограничивающим конструкцию трубопроводов из ПВХ.