Horyzontalne przewierty sterowane rurami PE

Wyboczenie eksploatacyjne

Do obciążeń, które działają na rurę w trakcie jej eksploatacji zaliczamy ciężar gruntu, parcie słupa wody gruntowej i cieku wodnego, podciśnienie eksploatacyjne oraz obciążenie od pojazdów. Obciążenie od ciężaru gruntu jest pomniejszone przez zastosowanie współczynnika, który uwzględnia zjawisko redukcji obciążeń od warstw gruntu znajdujących się nad rurą posadowioną w otworze wiertniczym (metoda Steina).
Współczynnik zależy od parametrów gruntu, a zjawisko redukcji obciążeń zachodzi wyłącznie przy przykryciu rury, które przekracza wartość iloczynu jej pięciu średnic nominalnych (5 x D).

Podciśnienie eksploatacyjne jest brane pod uwagę w przypadku gdy rurociąg jest elementem sieci ciśnieniowej, w której mogą wystąpić uderzenia hydrauliczne, lub sieci podciśnieniowej. Sumę obciążeń, na które narażona jest rura w trakcie eksploatacji należy porównać z krytycznym obciążeniem wyboczenia rury, uwzględniając współczynnik bezpieczeństwa o wartości minimum 2,0. Krytyczne obciążenie wyboczenia jest obliczane z uwzględnieniem krótkoterminowej lub długoterminowej sztywności obwodowej rury PE.

Dla rurociągów bezciśnieniowych, należy sprawdzić warunek wyboczenia eksploatacyjnego zarówno dla krytycznego obciążenia wyliczonego z uwzględnieniem sztywności krótkoterminowej jak i długoterminowej. W przypadku rurociągów ciśnieniowych, gdzie rura nie pozostaje dłuższy czas bez ciśnienia wewnętrznego, które przeciwstawia się obciążeniom zewnętrznym, wystarczy sprawdzić warunek wyboczenia dla sztywności krótkoterminowej rury.

Obciążenia:

gdzie:
Q_g - obciążenie od warstwy gruntu [kPa]
ƒ_Qg - współczynnik redukujący obciążenie od gruntu [-]
H_gs - wysokość suchej warstwy gruntu [m]
H_gm - wysokość nawodnionej warstwy gruntu [m]
ϒ_gs - ciężar objętościowy suchej warstwy gruntu [kN/m³]
ϒ_gm - ciężar objętościowy nawodnionej warstwy gruntu (uwzględnia siłę wyporu) [kN/m³]
K - współczynnik naporu gruntu [-]
θ - kąt tarcia wewnętrznego gruntu [°]
H_g - wysokość napierającego gruntu [m]
D_ow - średnica otworu wiertniczego [m]
Q_w - obciążenie od słupa wody [kPa]
H_sw - wysokość słupa wody [m]
ρ_w - gęstość wody [kg/m³]
Q_sum - obciążenie sumaryczne [kPa]
Q_poj - obciążenie od pojazdów [kPa]
Q_pc - obciążenie od podciśnienia eksploatacyjnego [kPa]

Krytyczne obciążenie wyboczenia:

gdzie:
S_E - sztywność obwodowa rury [kPa]
E - moduł Younga PE krótkoterminowy lub długoterminowy [MPa]
SDR - stosunek średnicy zewnętrznej rury do jej grubości ścianki [-]
Deƒ - ugięcie rury od obciążenia sumarycznego [-]
ƒ_u - współczynnik ugięcia zmniejszający odporność rury na wyboczenie [-]
Q_KWE - krytyczne obciążenie wyboczenia eksploatacyjnego rury [kPa]
Poi - liczba Poissona dla PE równa 0,45 [-]

Współczynnik bezpieczeństwa:

gdzie:
W_B - współczynnik bezpieczeństwa wyboczenia rury [-]


Bogdan Stukus