Horyzontalne przewierty sterowane rurami PE

Jak obliczyć dopuszczalną siłę ciągnięcia dla rury PE

Jest to podstawowe pytanie zadawane przez firmy wykonujące przewierty. Dopuszczalna siła ciągnięcia zwana również dopuszczalną siłą instalacyjną zależy od kilku czynników. Przede wszystkim od wytrzymałości na rozciąganie polietylenu (PE) z jakiego wykonano rurę, od grubości ścianki rury czyli klasy SDR, od czasu przeciągania rury, od temperatury rury, oraz od wielkości promienia gięcia rury wynikającego z trajektorii przewiertu.

Wytrzymałość na rozciąganie PE powinna być podana przez producenta rury i z reguły mieści się w granicach 21-25 MPa. Jak widać jest podawana w jednostkach ciśnienia czyli siły działającej na jednostkę powierzchni. Wartość wytrzymałości na rozciąganie należy zredukować mnożąc ją przez odpowiednie współczynniki.

Jest to współczynnik bezpieczeństwa dla rozciągania przyjmowany jako 0,4 (mnożymy przez 0,4 lub dzielimy przez 2,5), oraz odpowiednie współczynniki temperatury i czasu zależne od czasu przeciągania rury i jej temperatury. Jako wynik otrzymujemy wartość bezpiecznego naprężenia rozciągającego dla PE. Aby otrzymać wartość dopuszczalnej osiowej siły rozciągającej, należy bezpieczne naprężenie rozciągające odnieść do pola przekroju ścianki rury. Otrzymany wynik odnosi się do rury przeciąganej prostoliniowo, ponieważ nie uwzględnia występowania w rurze naprężenia zginającego wynikającego z krzywoliniowej trajektorii przewiertu. Wpływ naprężenia zginającego na dopuszczalną siłę instalacyjną (ciągnięcia), będziemy mogli uwzględnić w dalszych obliczeniach znając trajektorię przewiertu.

Bezpieczne naprężenie rozciągające:

gdzie:
N_r - bezpieczne naprężenie rozciągające dla PE [MPa]
ƒ_r - współczynnik bezpieczeństwa dla rozciągania [-]
ƒ_t - współczynnik temperatury zmniejszający wytrzymałość na rozciąganie [-]
ƒ_c - współczynnik czasu zmniejszający wytrzymałość na rozciąganie [-]
T_y - wytrzymałość na rozciąganie PE [MPa]

Dopuszczalna rozciągająca siła osiowa:

gdzie:
DSO - dopuszczalna rozciągająca siła osiowa dla rury [kN]
D_n - średnica nominalna rury [m]
SDR - stosunek średnicy zewnętrznej rury do jej grubości ścianki [-]

Trajektoria przewiertu

W uproszczeniu trajektoria przewiertu składa się z krzywej wejścia (AB), odcinka poziomego (BC), oraz krzywej wyjścia (CD). Geometrię trajektorii kształtujemy przez zmianę kąta wejścia (Alfa), kąta wyjścia (Beta), oraz zagłębienia odcinka poziomego.

Warunki poprawnego zaprojektowania trajektorii przewiertu:

• promienie krzywej wejścia i wyjścia większe od minimalnego,
• długość odcinka poziomego BC większa lub równa zero,
• ominięcie w odpowiedniej odległości przeszkód podziemnych.