Понятие кольцевой жесткости
Кольцевая жесткость труб (КЖТ) – это параметр, характеризующий способность трубы сопротивляться внешнему радиальному давлению. Кольцевая жесткость является базисным классификатором подземных канализационных труб, принятый стандартами и определяющий область применения (условия прокладки) конкретных канализационных труб для наружной подземной канализации. КЖТ считается одной из основных прочностных характеристик полимерных труб – полиэтиленовых, стеклопластиковых, поливинилхлоридных. Описывает соотношения усилия/деформации под действием внешних механических нагрузок.
Применение параметра КЖТ на практике
Выпускаемые трубы подразделяются на классы. Они образуются исходя из значений номинальной кольцевой жесткости (обозначается SN, измеряется в кН/м²). Класс кольцевой жесткости – это величина, округленная до ближайшего наименьшего значения SN из ряда 2, 4, 6, 8 и т. д.
Класс КЖТ показывает максимально допустимую нагрузку на единицу площади трубы при 4%-ой деформации ее вертикального диаметра.
Например, класс жесткости SN 2 говорит о том, что трубы могут располагаться на глубине не менее одного метра, но при условии отсутствия нагрузки от транспортных средств. Трубы класса SN 4 рассчитаны на применение в местах движения легкового автотранспорта, а трубы SN 8 – грузового. Прежде чем сделать вывод о целесообразности применения труб определенного класса кольцевой жесткости при проектировании подземных систем канализации, дренажа, систем защиты кабелей необходимо знать условия эксплуатации, взаимодействие трубы с почвой, произвести расчет нагрузок и выполнить еще ряд мероприятий.
Нагрузка на трубы в грунте
Для определения значения КЖТ существуют вспомогательные (ориентировочные) таблицы и графики (см. табл. 1, грф. 1).
|
Условия прокладки |
Материал засыпки трубы |
Рекомендуемая минимальная жесткость труб, кН/м² |
|||||
|
Глубина укладки труб, ˂ 3 м |
3 – 6 м |
||||||
|
Плотный грунт с хор. сцеплением |
Наносы и плотная глина |
Разрыхленная глина |
Плотный грунт с хор. сцеплением |
Наносы и плотная глина |
Разрыхленная глина |
||
|
Естественный грунт (нет нагрузки от наземного транспорта) |
Местный грунт |
2 |
— |
— |
4 |
— |
— |
|
2 |
4 |
8 |
4 |
8 |
16 |
||
|
Песок, гравий ˂ 22 мм |
2 |
4 |
8 |
4 |
4 |
8 |
|
|
Галька, щебень 4-22 мм |
2 |
— |
— |
4 |
— |
— |
|
|
Второстепенные улицы с незначительной интенсивностью движения транспорта |
Местный грунт |
4 |
4 |
8 |
4 |
8 |
16 |
|
Песок, гравий ˂ 22 мм |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
8 |
|
|
Галька, щебень 4-22 мм |
4 |
— |
— |
4 |
— |
— |
|
|
Главные улицы с интенсивным движением транспорта |
Местный грунт |
8 |
— |
— |
8 |
— |
— |
|
Песок, гравий ˂ 22 мм |
8 |
8 |
8 |
8 |
8 |
8 |
|
|
Галька, щебень 4-22 мм |
8 |
— |
— |
8 |
— |
— |
|
|
Пересечение горизонтальных и вертикальных строк показывает числовое значение КЖТ. |
|||||||
Таблица 1
При исследовании КЖТ установлено, что трубы с гибкими поверхностями более восприимчивы к нагрузкам, передаваемым через грунт в сравнении с трубами, имеющими более жесткие стенки. Соответственно, при большей кольцевой жесткости трубы в состоянии выдерживать более высокие нагрузки.
График 1
Подобные таблицы и графики дают общее представление о выборе труб по кольцевой жесткости. В реальной жизни окончательный подбор труб осуществляется после их многочисленных испытаний изготовителем и в процессе эксплуатации.
При проектировании систем канализации, водоотводных и т. п. систем инженеры-конструкторы используют параметры, полученные во время испытания кольцевой жесткости.
Периодичность и методика проведения испытаний кольцевой жесткости осуществляется в соответствии с требованиями нормативной документации, где основу составляют руководящие стандарты – ГОСТ Р ИСО 10467, ГОСТ Р 54560-2015, ГОСТ 32661-2014 и др.
Расчет кольцевой жесткости трубы
КЖТ определяется экспериментальным путем методом тестирования на специальных установках. Испытанию подвергается сегмент трубы для измерения давления и изменения формы с фиксированной деформацией около 4 % от объема испытываемого образца.
Для испытаний отбирается три образца от каждой партии труб. После проведения испытаний полученные значения деформации суммируются и находится их среднее арифметическое. Далее это полученное значение округляется до ближайшего стандартного минимального значения жесткости SN.
При расчете жесткости применяется формула SN = E0*I/d3, где E0 – модуль упругости материала изделия, I – момент инерции стенки трубы, d – диаметр центра тяжести в изделии. Значение d в свою очередь определяется по формуле d = di+ 2y, где di – внутренний диаметр трубы, y – расстояние до центра тяжести стенки изделия.
Определение кольцевой жесткости является важным аспектом при выборе материала, из которого изготовлены трубы, поскольку его значение учитывает ожидаемые нагрузки. Соответственно, у проектировщиков появляется возможность предотвращения разрушения, что в свою очередь гарантирует трубопроводу надежность и долговечность в любых условиях эксплуатации.
