» أبحاث ودراسات عليا

الصلابة الحلقية والمرونة في أنابيب البولي ايتيلين

د.م. عبد الرحمن الخطيب رئيس قسم الهندسة البيئية كلية الهندسة البيئية - جامعة البعث حمص - سورية

1 – مقدمة:
       تماشيا مع متطلبات التطور العلمي والتقني, ونظرا لانتشار استخدام أنابيب البولي ايتيلين في معظم مجالات الحياة بدءا من تزويد التجمعات السكانية والمنشآت الصناعية والزراعية بالكميات اللازمة من المياه إلى التخلص من هذه المياه ونقلها إلى أماكن معالجتها وتصريفها.
       وحيث أننا سنسلط الضوء في هذه المحاضرة على الصلابة الحلقية والمرونة في أنابيب البولي ايتيلين المستخدمة في نقل المياه العادمة ( مياه صرف صحي – مياه صناعية ) HDPE  باعتبارها تشكل المحور الأساسي والعمود الفقري لمشاريع الصرف الصحي من حيث التكلفة وتقنيات التنفيذ, كما ونشير إلى أهمية استخدام هذه الأنابيب والتي انتشر استخدامها بشكل واسع في معظم دول العالم وبأقطار مختلفة تصل حتى  3600 mm    وبمواصفات فنية تنفيذية وتقنيات عالية جدا تبدأ من قيم متدنية للخشونة  K ( 0.05 ) mm       إلى إمكانية تنفيذها واستثمارها بشكل دقيق ولأزمنة طويلة مع ملاحظة التطورات التي يمكن أن تنشأ داخل الأنابيب وخارجها أثناء فترة الاستثمار.
       من خلال استعراض المواصفات الفنية للأنابيب ومطابقتها مع المعايير والأنظمة العالمية فإننا نجد أن المواصفة الأوروبية  Pren 13476   وأنظمة الإيزو العالمية الخاصة بأنابيب البولي ايتيلين والقطع الخاصة الواجب استخدامها في مشاريع الصرف الصحي وتصريف المياه الصناعية  Iso 9969   و En 1446  , قد حددت جميع أنواع التجارب الحقلية والمخبرية الواجب القيام بها للتأكد من عمليات التصنيع والجودة اللازمتين.
       لقد حددت المواصفة العالمية  ISO 9969  الخاصة بأنابيب البولي ايتيلين بمختلف أنواعها ( PE63 – PE80 – PE100 …..) والتي تستخدم في مشاريع الصرف الصحي والصرف الصناعي , التعليمات الواجب إجراءها للقيام بتجربة الصلابة الحلقية  وتجربة المرونة بشكل صحيح ودقيق , وقد تم التأكيد على درجة حرارة المخبر أثناء القيام بالتجربة وتحديدها بالدرجة   23  درجة مئوية , هذا وقد أكدت المواصفة الأوروبية  EN 1446   على اعتماد الدقة في قياس درجة الحرارة لتأثيرها الكبير على دقة النتائج.
       يتم تمديد أنابيب البولي ايتيلين المضلعة في التربة على أعماق مختلفة  تبعا لنوع المشروع وطبيعة الأرض الطبوغرافية حيث تتفاوت بشكل وسطي بين ( 1-8 m ) , وبالتالي فإن هذا النوع من الأنابيب يتم تصنيعه بصلابات حلقية مختلفة  (Kn/m2 SN= 8-6-4) بحيث تتناسب مع سماكات الردم فوقها ومع الحمولات الديناميكية المنقولة, وبحيث تتحمل هذه الأنابيب الحمولات طيلة زمن الاستثمار ودون حصول تشوهات وتشققات في جدرانها.
2 – العوامل المؤثرة على الصلابة الحلقية والمرونة:
          إن تغير درجة حرارة التربة المحيطة بأنابيب البولي ايتيلين المضلعة , وتغيير درجة حرارة المياه المنقولة يعتبر من الظواهر الخطيرة التي تؤثر على الصلابة الحلقية والمرونة للأنابيب وبالتالي قد تتسبب بتشققات في جدران الأنابيب أو في فصل طبقات الأنابيب عن بعضها وبالتالي تعريض كامل نظام الصرف إلى الفشل , وباعتبار أن التجارب المخبرية  لقياس قيمة الصلابة الحلقية ومعرفة المرونة الحلقية والتي تم تحديدها في المواصفات والأنظمة  العالمية والأوروبية  ISO 9969   –  EN 1446    قد حددت درجة الحرارة أثناء التجربة ب23   درجة مئوية  , وقد كان تغيير درجة حرارة المياه المنقولة في بعض مشاريع الصرف التي تعتمد على أنابيب البولي ايتيلين المضلعة قد يتسبب في تعريض كامل المشروع للخروج من الخدمة والاستثمار خلال فترات زمنية قصيرة وأقل من زمن التصميم بكثير, لذا يجب تحديد قيمة الصلابة الحلقية الواجب أخذها بعين الاعتبار عند التصميم    (Kn/m2 SN= 8-6-4), والأخذ بعين الاعتبار طبيعة المياه المنقولة وتغييرات درجة حرارة التربة .
3- طريقة إجراء تجربة الصلابة الحلقية والمرونة على أنابيب البولي ايتيلين المضلعة:
                                                       
       إن المواصفة الدولية ( ISO 9969 ) تحدد طريقة إجراء التجربة حيث أن هذه المواصفة الدولية تقوم بوصف طريقة تحديد الصلابة الحلقية للأنابيب البلاستيكية المضلعة ذات المقطع العرضي الدائري , حيث تحدد الصلابة الحلقية عن طريق قياس القوة و الإنزياح أثناء إزاحة الأنبوب بمعدًل ثابت , حيث يتم تعريض الأنبوب المدعم أفقيا إلى ضغط  شاقولي على طوله ناتج عن  صفيحتين مسطحتين متوازيتين تتحركان بسرعة ثابتة يعتمد مقدارها على قيمة قطر الأنبوب  كما في الشكل 1 وتحدد قيمة سرعة الانزياح بالجدول رقم 1  ,حيث يتم رسم منحني بياني للقوة  و الانزياح المقابل لها حيث تحسب  الصلابة الحلقية  كتابع للقوة اللازمة لإعطاء انزياح عرضي على الأنبوب و بشكل قطري  قدره ( 0.03 di ) كما في الشكل 2 .
الشكل رقم  1 : يبين طريقة إجراء تجربة  الصلابة الحلقية .

الشكل2: يبين طريقة رسم المنحني البياني بين القوة  و الانزياح المقابل ( 0.03 * di ) .

    كما يبين الجدول 1  – سرعات الانزياح تبعا لقطر الأنبوب :

ملاحظة 2 : عندما يطلب تحديد المرونة الحلقية فيمكن الاستمرار بالضغط حتى يتم الوصول إلى الانزياح المطلوب للمرونة الحلقية .
4 – طريقة حساب الصلابة الحلقية :
بعد إجراء تجربة الصلابة الحلقية نطبق المعادلة التالية :
S = { 0.0186 + 0.025  y∕di  }  F ⁄ LY               
حيث :
F          هي القوة الموافقة لإنزياح نسبي  يحصل في قطر الأنبوب الداخلي مقداره 3%  Kn
L          هو الطول , بالأمتار , للقطعة المختبرة .
y          هو الإنزياح , بالأمتار , الموافق لانزياح نسبي مقداره 3,0%
                                              0.03     = y∕di           
               
بعد ذلك يتم حساب الصلابة الحلقية للأنبوب بالكيلو نيوتن على المتر المربع .
– لقد ورد في المواصفة القياسية السورية رقم  3062      أن  القساوات الحلقية الاسمية  للأنابيب  يجب أن تصمم بحيث تحقق مايلي:
                                    SN16 DN≤ 500 : SN4 ,  SN8  or
                              SN16  DN> 500 : SN2 ,SN4 ,  SN8  or
و يجب أن يحقق الصانع  قساوة  فعلية تساوي أو أكبر القساوة الاسمية التي يتم حسابها في الدساتير التي استعرضناها سابقا , كما ورد في المواصفة القياسية السورية أيضا  أن  القساوة الحلقية الاسمية للأنابيب  يجب أن تخضع لشروط المواصفة   EN ISO 9969  من حيث عناصر وطريقة الاختبار.
5- المرونة الحلقية لأنابيب البولي ايتيلين المضلع وفق   EN 1446  لعام 1996:     
                                  
       تحدد هذه المواصفة طريقة اختبار المرونة الحلقية لأنبوب من البلاستيك الحراري ذو مقطع عرضي دائري , حيث تحدد هذه المواصفة القوة اللازمة و الإنزياح  التي يحدث عندها ضرر مادي للقسطل  إن وجد ضمن حدود 30% من الإنزياح القطري الخارجي .

       يتم اختبار المرونة الحلقية لأنبوب عن طريق قياس القوة و الإنزياح أثناء إزاحة مقطع حلقي من الأنبوب بشكل قطري بسرعة ثابتة حتى يتم الوصول إلى إنزياح مقداره 30%  على الأقل  أو عندما يكون التمزق ( أو الإنكسار ) قد حصل سابقا في الأنبوب , حيث تتم ملاحظة كل قطعة اختبار أثناء الإختبار و يتم التفتيش فيها لاحقا عن إشارات  لنماذج عدة محددة من الإنهيار الميكانيكي.

أثناء إجراء تجربة المرونة الحلقية يجب مراقبة و تسجيل القوة و الانزياح عند ظهور أول علامة لكل من الانهيارات الميكانيكية التالية , إذا حدثت :
 أ ) تشقق أو تصدع الجدار الداخلي أو البطانة .
ب ) تشقق جداري .
ج ) ترقق جداري .
د ) تمزق القطعة المختبرة .
ه ) تغير اتجاه تقوس ( انحناء ) المقطع العرضي للقطعة المختبرة ( الالتواء أو الانبعاج تحت تأثير القوة الضاغطة ) .
       إن ابيضاض الأنبوب يجب أن لا يتم اعتباره دلالة على أحد الانهيارات الميكانيكية المذكورة أعلاه .
– إن الأنابيب ذات الصلابة الحلقية الاسمية  SN4  وبتطبيق قواعد الردم المنصوص عنها في المواصفة EN 13476  تسمح بالردم  فوق ظهر القسطل حتى سماكة 6 m  , بينما تصلح الأنابيب ذات الصلابة الحلقية الأسمية  SN8  بالردم فوق ظهر القسطل حتى سماكة 10 m  , ونشير هنا أنه لابد من إجراء الحسابات اللازمة لمعرفة ارتفاع الردم المسموح به كونه مرتبط بشكل كبير بنوعية التربة وبمواد الردم. وبطريقة الردم.
يجب تطبيق القوة وبالسرعة  التي تم تحديدها سابقا وفق المواصفة  EN ISO 9969 على المولد العلوي للأنبوب ودون توقف  حتى حدوث التشوه بنسبة  30% من القطر الخارجي .
للتعرف على المؤلف يمكن مراجعة الرابط التالي:
المراجع
1.      International stander ISO 9969
2.      International stander EN 13476  –    EN 1446      
3.      Plastics pipes for water supply and sewage disposal, Lars-Eric Janson,  Stockholm 2003 .
4.      Janson, L-E 1991, Design and installation of Buried plastics pipes, Denmark 1991 .
5.      PE100 pipe systems 2004 Vulkan – Verlag GmbH .
ملاحظة: يمنع اعادة نشر هذا البحث دون الاشارة للمؤلف و للمصدر مع تحيات مدير الموقع

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *