Стоит ли учитывать «кольцевую жесткость» при прокладке подземных водопроводных труб из полиэтилена? 

Многие привыкли использовать показатели SN4 и SN8 для оценки устойчивости подземных труб к внешнему давлению и, следовательно, применяют ту же логику к водопроводным трубам из полиэтилена. На первый взгляд это кажется вполне логичным, ведь обе трубы прокладываются под землей и должны выдерживать нагрузки от грунта и транспорта. Однако внимательные читатели заметят, что в стандарте GB/T 13663.2-2018 для водопроводных труб из полиэтилена этот показатель вообще не упоминается.
Почему в случае с подземными трубами в одном случае необходимо обращать внимание на SN, а в другом — нет? Сегодня мы поговорим об этом.

1. Что такое кольцевая жесткость?

Понятие кольцевой жесткости уже неоднократно рассматривалось ранее. Кольцевая жесткость (SN) — это показатель, специально предназначенный для оценки способности трубопровода сопротивляться деформации под воздействием внешнего давления. Он в основном применяется к пластиковым трубам, в которых отсутствует внутреннее давление или давление низкое, например к канализационным трубам, электротехническим трубам, трубам для прокладки линий связи, а также к различным типам труб со структурными стенками (гофрированным и спирально-навитым трубам) и т. д. Общей особенностью всех этих труб является то, что во время эксплуатации в них практически не возникает внутреннего давления.

Возьмём, к примеру, водоотводную трубу: она относится к системам самотечного типа, и в реальных условиях эксплуатации чаще всего не работает с полным заполнением (вода обычно занимает только нижнюю часть поперечного сечения трубы, а верхняя часть заполнена воздухом). Поскольку внутри практически не создаётся устойчивого положительного давления, стенки трубы не получают никакой опоры изнутри.
Поэтому подземные дренажные трубы должны полностью полагаться на собственную конструктивную жесткость для противостояния различным внешним нагрузкам, в том числе:
● Собственный вес грунта и боковое давление;
● Нагрузка на транспортное средство, движущееся впереди;
● Локальная точечная нагрузка, вызванная некачественной засыпкой;
● Внешнее давление, создаваемое грунтовыми водами;
Поэтому для трубопроводов водоотводного назначения необходимо строго контролировать их устойчивость к внешнему давлению с помощью показателей кольцевой жесткости, таких как SN4 и SN8, чтобы обеспечить безопасность и стабильность при подземной эксплуатации. Можно сказать так: трубопроводы, не подверженные внутреннему давлению, «живут» за счет «жесткости», поэтому необходимо обращать внимание на показатель кольцевой жесткости.

2. Почему в стандартах на полиэтиленовые водопроводные трубы отсутствует показатель кольцевой жесткости?

Ведь водопроводные трубы из полиэтилена работают не за счет «жесткости», а относятся к системе напорных трубопроводов.

● Внутри напорной трубы создается давление воды, благодаря чему она «удерживает свою форму»

Во время эксплуатации водопроводная труба находится в заполненном состоянии, и внутреннее давление воды (класс PN обычно составляет 0,6–1,6 МПа) оказывает постоянное усилие, удерживающее стенки трубы, благодаря чему труба не деформируется под воздействием внешнего давления.

Сливные трубы, однако, отличаются от них: они работают в режиме неполного заполнения и без внутреннего давления, поэтому стенки труб практически не получают опоры со стороны внутренней жидкости. В связи с этим для противостояния внешним нагрузкам, таким как давление грунта, грунтовые воды и нагрузка от транспортных средств, они могут полагаться только на собственную конструктивную жесткость (кольцевую жесткость).
Поэтому в стандартах на полиэтиленовые водопроводные трубы не предусмотрен показатель кольцевой жесткости — стабильность их формы обеспечивается не за счет SN, а за счет конструктивной прочности, обусловленной внутренним давлением и толщиной стенок.

● При проектировании водопроводных труб из полиэтилена используется показатель SDR, а не SN
В системах напорных трубопроводов при проектировании водопроводных труб из полиэтилена основное внимание уделяется толщине стенки по шкале SDR и давлениестойкости, а не кольцевой жесткости. Безопасность таких труб в основном обеспечивается серией SDR, классом давления и долгосрочными гидростатическими характеристиками; при воздействии внешнего давления проверка на устойчивость к изгибу и допустимую деформацию осуществляется с помощью инженерных расчетов с учетом глубины засыпки, материала засыпки и нагрузки от транспорта.
Таким образом, при проектировании напорных труб используется «система инженерных расчетов», а не «система испытаний на кольцевую жесткость». Другими словами, способность водопроводных труб из полиэтилена (PE) противостоять внешнему давлению подтверждается не путем измерения показателя SN, а обеспечивается за счет расчета толщины стенки и расчета устойчивости к внешнему давлению, что гарантирует надежность труб при подземной укладке.

3. Значит ли это, что при выборе водопроводных труб из ПЭ не нужно учитывать их кольцевую жесткость?
Вернёмся к нашему первоначальному вопросу: нужно ли вообще учитывать кольцевую жесткость полиэтиленовых водопроводных труб? При стандартных условиях — нормальной глубине заложения, нормальной засыпке и нормальной нагрузке на дорожное покрытие — ответ будет отрицательным: достаточно выбрать серию SDR, соответствующую стандартам, поскольку её сопротивление внешнему давлению уже удовлетворяет эксплуатационным требованиям.
Однако при наличии особых условий, таких как небольшая глубина заложения, значительная нагрузка, большой диаметр трубы или низкое качество засыпки, влияние внешнего давления усиливается, а чувствительность трубопровода к деформации соответственно возрастает. В таких случаях для более точной оценки безопасности трубопровода при заложении в грунт инженеры иногда обращаются к результатам испытаний на кольцевую жесткость или проводят проверку с помощью расчетов устойчивости к внешнему давлению.

Следует подчеркнуть, что эти методы используются лишь в качестве вспомогательного критерия в особых случаях и не означают, что водопроводные трубы из полиэтилена должны соответствовать какому-либо классу SN. Их устойчивость к внешнему давлению по-прежнему определяется в основном толщиной стенки и инженерными расчетами, а кольцевая жесткость является лишь вспомогательным показателем, а не требованием стандарта.