Μελέτη των ρηγματώσεων σε πλαστικούς σωλήνες

Abstract

Μελέτη των ρηγματώσεων σε πλαστικούς σωλήνες Η ρηγμάτωση αγωγών (stress cracking) εξελίσσεται ως μια από τις κυριότερες μορφές αστοχίας για τους σωλήνες και κυρίως για τους σωλήνες πολυαιθυλενίου υψηλής πυκνότητας (HDPE). Η (Sc) χαρακτηρίζεται από ψαθυρή αστοχία ,η οποία επέρχεται σε επίπεδα χαμηλότερων τάσεων από την βραχυπρόθεσμη (αυτή που μετράται με κλασσικές δοκιμές στα εργαστήρια) μηχανική αντοχή του υλικού. Αυτός ο τύπος ρηγμάτωσης (SC) έχει παρατηρηθεί σε δύο τύπους HDPE σωλήνων: Στους αγωγούς HDPE που χρησιμοποιούνται στις σπονδυλωτές γέφυρες και σε αυλακωτούς αγωγούς HDPE αποστράγγισης. Στα επόμενα κεφάλαια αναλύονται τα αίτια αυτής της ρηγμάτωσης(SC) και εκτιμάται η αντίσταση των 2 παραπάνω τύπων αγωγών σε αυτή (SCR) Διαμήκεις ρωγμές έχουν παρατηρηθεί σε αγωγούς HDPE ως αποτέλεσμα εφαπρομενικών (circimferential) που προκαλούνται από κύκλους εναλλαγής θερμοκρασίας (στο πεδίο) και απομένουσες τάσεις στο σωλήνα. Αντιθέτως , οι περιφερειακές ρωγμές στους αυλακωτούς σωλήνες HDPE προκλήθηκαν από διαμήκεις πιέσεις λόγω κάμψης και παραμενουσών τάσεων στον σωλήνα. Η πλειοψηφία των επιφανειών θραύσης χαρακτηρίζεται από ινώδη δομή, γεγονός που καταδεικνύει έναν αργό μηχανισμό διάδοσης της διάρρηξης (SCG). Η μελέτη επιβεβαίωσε ότι η δοκιμή NCTL (notched constant tensile load) μπορεί αποτελεσματικά να διακρίνει το SCR διαφορετικών HDPE αγωγών και για αυτό το λόγο ενσωματώνεται στη συνιστώμενες προδιαγραφές για τον ποιοτικό έλεγχο HDPE των αγωγών. Δεδομένου ότι οι γραμμές κόπωσης παρατηρήθηκαν στην επιφάνεια θραύσης, οι δοκιμές κόπωσης υιοθετήθηκαν ως μέθοδοι για να υπολογίσουν τη διάρκεια ζωής του αγωγού κάτω από τη θερμική ανακυκλιζόμενη φόρτωση στο πεδιο. Για τους αυλακωτούς HDPE σωλήνες, η αξιολόγηση SCR εστίασε στον επεξεργασμένο σωλήνα προκειμένου να συγκεραστούν τα εξελισσόμενα φαινόμενα. Δύο μέθοδοι δοκιμής αναπτύχθηκαν και αξιολογήθηκαν στην παρακάτω μελέτη, δηλαδή σε liner γραμμικές και junction αρθρωτές δοκιμές. Η πρώτη δοκιμή χρησιμοποιεί τα δείγματα με εγκοπές για να παραγάγει τους σύντομους και συνεπείς χρόνους αστοχίας, και είναι κατάλληλη για QA/QC. Η δεύτερη μελετάει τον κόμβο, όπου παρατηρείται το πεδίο ρωγμών. Κατά συνέπεια, τα δεδομενα της δεύτερης δοκιμής χρησιμοποιήθηκαν για την πρόβλεψη του μακροπρόθεσμου SCR του σωλήνα, και ως πιο αξιόπιστη μέθοδος θεωρήθηκε η RPM(rate processing method).

Stress cracking in plastic pipes Stress cracking (SC) is recognized as one of the major concerns for high density polyethylene (HDPE) pipes. SC is a brittle failure that occurs at a stress level lower than the short-term mechanical strength of the material. Many cases of SC have been reported in two types of HDPE pipes: HDPE ducts used in segmental bridges and corrugated HDPE drainage pipes. The causes of SC in these two types of pipes and their stress cracking resistance (SCR) properties are evaluated in this dissertation. Longitudinal cracking was observed in HDPE ducts and it was resulted by circumferential stress inducing from temperature cycles in the field and residual stress in the pipe. Conversely, the circumferential cracking in corrugated HDPE pipes was caused by longitudinal stress from bending and residual stress of the pipe. Majority of the fracture surfaces were covered by the fibril structure indicating that cracks propagated via a slow crack growth (SCG) mechanism. The study confirmed that the notched constant tensile load (NCTL) test can effectively distinguish the SCR of different HDPE ducts and the NCTL test is incorporated into the recommended material specification for quality control of HDPE ducts. Since fatigue lines were observed on the fracture surface, fatigue tests were adopted to estimate the lifetime of the duct under thermal cyclic loading in the field. For the corrugated HDPE pipes, the SCR evaluation focused on the finished pipe in order to incorporate processing effects. Two test methods were developed and evaluated in the study, namely liner and junction tests. The liner test utilizes notched specimens to generate short and consistent failure times, and is good for QA/QC. On the other hand, the junction test challenges the junction where field cracking is observed. Thus, the junction data were used for predicting the long-term SCR of the pipe, and the reliable method was found to be the rate processing method (RPM).