8. Sztywność obwodowa i nominalne ciśnienie robocze rur z PVC-U

Zarówno sztywność obwodowa jak i nominalne ciśnienie robocze rur z tworzyw termoplastycznych zaliczanych do materiałów elastycznych zależne są od rodzaju tworzywa (PVC-U, PP, PE) oraz rodzaju budowy i grubości ścianek. Rury o ściankach gładkich mają grubość ścianek dobrane w ten sposób, że grubości te są proporcjonalne do średnic i są usystematyzowane w seriach rur - oznaczonych S oraz mają tzw. znormalizowany stosunek wymiarów - SDR (stosunek średnicy do grubości).

Seria rur S jest liczbą bezwymiarową, która wynika z równań:

     lub    

Natomiast SDR jest liczbowym oznaczeniem serii rur, które jest liczbą zaokrągloną i w przybliżeniu równą ilorazowi nominalnej średnicy zewnętrznej (d_n) i nominalnej grubości ścianki (e_n).
Wartość liczbowa SDR wynika z równań:

     lub    

Tak więc bez względu na średnice zewnętrzne, rury o grubości z tej samej serii i SDR mają tą samą sztywność obwodową oraz nominalne ciśnienie robocze.

Sztywność obwodowa rur ma szczególne znaczenie przy rurkach układanych w gruncie pracujących bezciśnieniowo, ponieważ wskutek nacisku gruntu ulegają one odkształceniu. Odkształcenie rur należy od odpowiedniego zagęszczania gruntu w strefie ułożenia przewodu, modułu sprężystości gruntu w tej strefie, naporu gruntu i obciążenia od ruchu kołowego na powierzchni terenu. Ponadto rura o ściankach gładkich (pełnych) w zależności od grubości ścianki posiada określoną sztywność obwodową (kalkulacyjną-obliczeniową), którą można wyliczyć z następującego równania 19 i 20 ujętego w normie PN-EN [V-1452-6]:

                                      (19)

                                                        (20)

gdzie:

Sc - sztywność obwodowa (kalkulacyjna-obliczeniowa) [kN/m²] [kPa]
E   - moduł sprężystości (krótkotrwałej) przy zginaniu, który wynosi (PN-EN 13476) dla:

PE-HD PVC-U PP

E=>  800000 kN/m2   ( 800 MPa) E=>3000000 kN/m2   (3000 MPa) E=>1250-1850 MPa

J - moduł bezwładności [m³]
S - szereg grubości rur

Wartość Sc (dla rur o ściankach gładkich) która wynika z obliczeń podanych wyżej jest zbliżona do wartości nominalnej sztywności obwodowej SN sprawdzanej na podstawie badań laboratoryjnych pomiędzy płytami maszyny wytrzymałościowej) o 3% swojej średnicy wewnętrznej.

Natomiast wartość sztywności obwodowej (SN) dla rur strukturalnych (warstwowych) PROCOR można ustalić praktycznie jedynie na podstawie badań wykonanych przez Producenta i podanych poprzez znakowanie rur, gdzie sztywność obwodowa powinna być nie mniejsza od nominalnej wartości deklarowanej.

Ciśnienie nominalne (PN) jest to liczbowe oznaczenie ciśnienia w barach (1 bar = 0,1 MPa) związane z własnościami mechanicznymi elementu systemu rurowego, które odpowiada dopuszczalnemu ciśnieniu roboczemu dla wody w temp. 20^oC przez 50 letni okres ciągłej pracy.

Dla określenia ciśnienia nominalnego danego tworzywa termoplastycznego ustala się dolną granicę przedziału ufności (LCL). Jest to wartość w MPa, która może być rozpatrywana jako właściwość materiału i oznacza dolna granicę 97,5% przedziału ufności przewidywanego długotrwałego naprężenia obwodowego wywołanego hydrostatycznym ciśnieniem wody w temp. 20^oC w czasie 50 lat. Wartość LCL zaokrąglona w dół (zmniejszona) zwana jest minimalną wymaganą wytrzymałością (MRS). Dla określenia naprężenia projektowego (_s), które jest dopuszczalnym naprężeniem do określonych zastosowań rur należy przyjąć ogólny współczynnik eksploatacji (projektowy) C i wartość MRS podzielić przez ten współczynnik.

Ogólny współczynnik eksploatacji (projektowy) C ma wartość większą niż 1, uwzględniono w nim warunki eksploatacji. Wartości C podaje PN-EN ISO 12162 dla rur z różnych tworzyw sztucznych

     (21)              (22)

W tablicy 1 zestawiono na podstawie PN-EN [V-1452-6] dla rur ciśnieniowych i kanalizacyjnych z PVC-U wskaźniki wytrzymałościowe, ciśnieniowe nominalne (PN), sztywność obwodową rur krótkotrwałą w okresie 50 lat (SN₅₀).

Tablica 1.

1 2