سیستم‌های لوله‌کشی در دنیای روزمره ما گسترده شده‌اند. بسیاری از ما فکر می‌کنیم که سیستم‌های لوله‌کشی، 

تاسیسات زیر زمینی لوله های پلی اتیلن

سیستم‌های لوله‌کشی در دنیای روزمره ما گسترده شده‌اند. بسیاری از ما فکر می‌کنیم که سیستم‌های لوله‌کشی، ساختارهایی زیرزمینی برای انتقالی نوعی از مایعات هستند. برای یک تازه کار، نصب خط لوله در زیر زمین بسیار ساده است: a) یک ترانشه حفر کنید، b) لوله را در ترانشه قرارده و c) روی ترانشه را دوباره پر کنید.
اگر چه چنین چشم انداز ساده‌ای از ساخت و ساز خط لوله، جذاب به نظر می‌رسد، اما در آن هیچ توضیحی برای مفاهیم مهندسی دخیل در نصب زیرزمینی خط لوله‌ها داده نمی‌شود. این مقاله برای کمک به ایجاد فهمی عمیق از قوانین مهندسی بکار رفته در نصب زیرزمینی لوله‌های پلی‌اتیلن، نگارش شده است.
در این مقاله ، خواننده با مفهوم سیستم لوله - خاک آشنا شده و اهمیت خاک، طراحی و آماده سازی مواد پر کننده را در عملکرد دراز مدت سازه‌های لوله‌ای مدفون، در می‌یابد. واژگان خاص و مفاهیم طراحی مرتبط با تأسیسات زیرزمینی به طور کامل توضیح داده می‌شوند. 

نظریه نصب لوله‌های انعطاف‌پذیر

لوله پلی‌اتیلن، لوله‌ای «انعطاف‌پذیر» بشمار می‌رود. لوله‌های انعطاف‌پذیر می‌توانند تا حد خمش مجازشان، بدون بروز هر گونه نقیصه‌ای مورد خمش قرار بگیرند. بیشتر لوله‌های پلی‌اتیلن می‌توانند میزان زیادی از خمش را تحمل کنند، اما در مقاصد عملی این خمش بسته به نسبت ابعادی لوله و نوع کاربرد، به 5/7 درصد یا کمتر محدود شده است. انعطاف‌پذیری در لوله‌های پلی‌اتیلن، مستقیماً متناسب با نسبت ابعادی (DR) است. لوله‌هایی با نسبت ابعادی پایین، مثل DR 7.3، مقاومت زیادی در برابر خمش دارند، چرا که انعطاف‌پذیری آن‌ها بسیار کم یا به همین ترتیب سفتی آن‌ها زیاد است. بر اساس استاندارد ASTM D2412، سفتی لوله (PS) با نسبت ابعادی 3/7 در حدود psi 1600 است. در مقابل سفتی لوله‌ای با نسبت ابعادی 5/32 برابر با حدود psi 5/12 است. چنین طیف انعطاف‌پذیری گسترده‌ای در تولیدات یک دسته محصول، به معنای ضرورت رعایت ملزومات نصب متفاوت برای مقادیر مختلف DR است که کنجر به دستیابی به نصبی موفق و اقتصادی می‌شود. عمق پوشش و بار سطحی وارده هم بر برخی ملزومات نصب تأثیر گذارند. بنابراین یک مهندس باید ارزیابی درستی از کاربرد و شرایط محل کار داشته باشد تا بتواند بهترین و اقتصادی‌ترین طرح را برای نصب ارائه کند. راهنمایی‌های لازم برای چنین کاری در فصل 6 ارائه شده است.
بطور کلی 2 هدف عمده در فرآیند نصب دنبال می‌شوند. اول ایجاد محافظی از مواد روپوش که از لوله در برابر آسیب‌های مکانیکی ناشی از ضربه یا اشیاء سخت (سنگ پاره یا قلوه سنگ‌ها) در خاک محافظت نماید. دومین هدف محافظت از لوله در برابر فشار بار زمین و بارهای زنده، در صورت لزوم، می‌باشد. به محافظ اطراف لوله مواد «پرکننده یا روپوش » گفته می‌شود. شکل 1 را ببینید. بار زمین و بارهای زنده توسط ترکیبی از سفتی لوله و سفتی روپوش نگهداشته می‌شوند. لوله‌هایی با نسبت ابعادی پایین، بخش بیشتری از بار را به تحمل کرده و به مقدار نگهدارندگی کمتری از سمت خاک نیازمندند. در اغلب مواقعی که لوله برای مقاومت در برابر بار زمین و بارهای زنده، نیازمند محافظت است، مواد روپوش فشرده سازی می‌شوند. مواد خاکریز ترانشه هم که روی مواد روپوش قرار می‌گیرند، ممکن است فشرده سازی شوند. فشرده سازی مواد خاکریز روی لوله موجب تسهیل در توزیع مجدد برخی بارها و فاصله گرفتن آن‌ها از لوله به سمت دیواره‌های خاکی ترانشه می‌شود.

واژه شناسی مواد روپوش لوله

موادی که از یک لوله مدفون محافظت می‌کنند، معمولاً بر حسب عملکرد یا موقعیتشان شناخته می‌شوند.

شکل 1

توجه: در مواقعی که انتظار داریم سطح آب زیرزمینی به بالای لوله برسد، باید خاکریز اولیه فرعی بصورت ادامه خاکریز اولیه اصلی انجام شود (خاکریز اولیه اصلی به اندازه‌ای تعمیم داده شود که هر دو خاکریز اولیه اصلی و فرعی را فرا بگیرد) تا لوله بخوبی نگهداشته شود. حداقل پهنای ترانشه به شرایط محل و مواد روپوش بستگی دارد.

فنداسیون : فنداسیون فقط زمانی ضرورت پیدا می‌کند که خاک طبیعی کف ترانشه، جایگاه محکمی برای قرار دادن مواد بستر لوله فراهم نکند.
خاکریز اولیه - این منطقه، بخشی حیاتی از خاک روپوش است که اطراف لوله را از فنداسیون تا حداقل 6 اینچ روی لوله در برگرفته است. نگهدارندگی و مقاومت در برابر خمش لوله، تابعی از کیفیت مواد روپوش و نحوه جایگذاری آن‌هاست. بستر، پشت بند ، نواحی اصلی و فرعی درون ناحیه خاکریز اولیه قرار دارند.
بستر - بستر علاوه بر ایجاد سطح (ارتفاع) مناسب در کف ترانشه، هر گونه ناهمواری را تراز نموده و ضامن نگهدارندگی یکنواخت در طول لوله است.
پشت بند - خاکریزی که زیر نیمه پایینی لوله قرار می‌گیرد (پشت بند)، بارهای اضافی را پخش می‌کند. نوع مواد مورد استفاده بعنوان پشت بند و کیفیت جایگذاری آن‌ها، یکی از مهم‌ترین فاکتورها در محدودسازی خمش در لوله‌های پلی‌اتیلن است.
خاکریز اولیه اصلی - نگهدارندگی اصلی در برابر خمش جانبی لوله توسط این ناحیه مهیا می‌گردد. برای حصول اطمینان از ایجاد چنین نگهدارندگی، این ناحیه باید از بالای ترازه ترانشه تا حداقل 75% قطر لوله ادامه داشته باشد. در برخی شرایط مثل وقتی که لوله دائماً زیر سطح آب‌های زیرزمینی قرار می‌گیرد، خاکریز اولیه اصلی باید حداقل تا 6 اینچ روی لوله ادامه پیدا کند.
خاکریز اولیه فرعی - کارکرد اصلی مواد موجود در این ناحیه، توزیع بارهای بالا سری و حفظ لوله از تأثیرات منفی ناشی از جایگذاری خاکریز نهایی می‌باشد.
خاکریز نهایی -از آنجاییکه خاکریز نهایی جز مواد پرکننده نیست، نوع و کیفیت فشرده سازی آن تأثیر کمتری بر لوله‌های انعطاف‌پذیر دارد. برای جلوگیری از وارد آمدن ضربه یا بارهای متمرکز بر لوله، باید در زمان و پس از خاکریزی دقت شود که خاکریز نهایی عاری از قطعه سنگ‌های بزرگ، نخاله‌ها و مواد آلی باشد. شرایط نوع مواد و فشرده سازی خاکریز نهایی باید منعکس کننده اقدامات ساختمانی خوبی باشد و بر مقررات محلی در زمینه پیاده روها و جاده سازی ها یا سایر مقررات مربوطه، منطبق باشد.

توصیه‌های مهندسی و ساده در نصب لوله‌های پلی‌اتیلن

مهندس باید برای تعیین مقدار نگهدارندگی لازم برای لوله از طرف خاک، به ارزیابی شرایط محل کار، شرایط تحت الأرضی و هدف کار بپردازد. مهندس پروژه می‌تواند در مواقعی که عمق دفن لوله نسبتاً زیاد است، یا خاک زیر زمین شرایط نگهدارندگی لوله را تأمین نمی‌کند، یا جایی که بارهای سطحی و بارهای زنده حضور دارند و یا نسبت ابعادی لوله زیاد است، مشخصات فنی نصب را بطور ویژه‌ای آماده کند.از طرف دیگر، در بسیاری از کابردها معیارهای زیر رعایت شده و بنابراین می‌توان از راهنمایی‌های نصب آسان در آن‌ها استفاده نمود. این کاربردها شامل بسیاری از خطوط انتقال و توزیع آب شهری، بسیاری از خطوط جمع آوری فضلاب، و بسیاری از خطوط فرآیند آب می‌شوند. این خطوط معمولاً شامل لوله‌های تحت فشاری هستند که در عمق کم نصب شده و برای مقاومت در برابر حداقل بار زمین به اندازه کافی سفت هستند. در برخی از موارد، خطوط لوله ممکن است شامل بخش‌هایی باشند که نیازمند مهندسی خاصی هستند، مثل بخشی که از یک جاده می‌گذرد.

راهنمایی‌های نصب آسان برای لوله‌های تحت فشار

(معمولاً لوله‌های تحت فشار با قطر کم دارای میزان سفتی کافی بوده و در اعماق کمی نصب می‌شوند که نیازی به انجام بازرسی‌های داخلی لوله از نظر خمش نیست.)
در بیشتر تأسیسات با انجام مراحل ساده‌ای که در زیر آمده است، می‌توان یک کار کنترل کیفی را به انجام رساند. این راهنمایی‌ها در مواقعی که شرایط زیر صدق کنند، قابل استفاده هستند:

1. قطر لوله برابر با 24 اینچ یا کمتر.
2. مقدار SDR مساوی با 26 یا کمتر.
3. عمق پوشش بین 5/2 فوت تا 16 فوت.
4. ارتفاع آب زیرزمینی هر گز بالاتر از 2 فوت زیر سطح زمین نباشد.
5. مسیر خط لوله از میان خاک پایدار باشد.

تعریف خاک پایدار، تعریفی دلخواه است که گاهی به خاکی گفته می‌شود که می‌توان آن را در راستای قائم یا تقریباً قائم، بدون فرو ریختن، برش زد یا خاکی که سنگریزه‌ای ولی خشک (یا آبگیری شده) است و می‌توان آن را حداقل به ارتفاعی برابر با قطر لوله بطور عمودی انباشته نمود. این خاک‌ها باید توان تحمل خوبی هم داشته باشند (ظرفیت تحمل خوب از نظر کمی عبارت است از حداقل استحکام فشاری برابر با psf 1000 برای خاکهای پیوسته یا حداقل مقاومت استاندارد در برابر نفوذ برابر با blows 10 بر فوت برای خاکهای دانه درشت). نمونه‌هایی از خاک‌هایی که پایدارای کافی به روال بالا را ندارند عبارت‌اند از: خاک کود، خاک آلی، خاکهای سست و مرطوب.
در مواقعی که شرایط بالا صادق هستند، طراح می‌تواند خصوصیات نصب را از طریق مراحل زیر مشخص کند. طراح باید دقت داشته باشد که کلیه مقررات OSHA، مقررات ایالتی و محلی رعایت شده باشند.
در مقالات دیگر سایت در مورد  نصب لوله‌های پلی‌اتیلن  بیشتر گفته می‌شود. روش‌ها و مشخصات مناسب دیگری هم در دسترس می‌باشند. این اطلاعات نباید جایگزین تصمیم یک مهندس حرفه‌ای برای دستیابی به شرایط خاص شود.

نصب ساده گام به گام

ساخت ترانشه
فروریختگی ترانشه در هر خاکی ممکن است اتفاق بیفتد و سالیانه منجر به مرگ تعدادی از کارگران شود. در حفاری‌های بدون مهار باید دقت ویژه‌ای در تنظیم زاویه‌ای ایمن برای شیب ترانشه شود. به کدهای محلی مراجعه کنید. همه بست ها و تیرک‌های ترانشه باید بالای لوله نگهداشته شوند . برای قطعات جوشکاری شده لوله، طول باز ترانشه باید به حدی باشد که خم شدن لوله برای قرارگرفتن درون گودال کمتر از حداقل شعاع خمش اعلام شده از سوی کارخانه سازنده باشد و موجب تاب خوردن لوله نشود. پهنای ترانشه در سطح قرارگیری لوله باید برابر با قطر خارجی لوله (OD) به اضافه 12 اینچ باشد.

آب زدایی

برای ساخت و ساز ایمن و صحیح، باید سطح آب زیرزمینی همواره پایین تر از زیر لوله باشد. این عمل را می‌توان با ایجاد چاه‌های عمیق، چاله‌ها و استفاده از پمپ‌های لجن کش در ترانشه، محقق نمود.

بستر سازی

چنانچه خاک کف ترانشه بدون دشواری قابلیت برش خوردن و تراز شدن داشته باشد لوله‌های تحت فشار را می‌توان مستقیاً در کف ترانشه آماده سازی شده قرار داد. کف ترانشه در لوله‌های تحت فشار می‌تواند موجدار باشد، ولی باید به نرمی لوله را نگهدارد و عاری از نقاط تیز، حفره‌ها و یا کلوخه باشد. در سایر شرایط می‌توان مواد بستر را از کنده‌های حفاری تهیه کرد مشروط بر آنکه خالی از تخته سنگ باشند و در زمان حفاری بخوبی آسیاب شده باشند. کف ترانشه باید نسبتاً صاف و عاری از تخته سنگ باشد. در مواقعی که تخته سنگ‌ها، قلوه سنگ‌ها و یا سنگ‌های بزرگی در کف ترانشه وجود دارند که می‌توانند به لوله بار نقطه وارد کنند، باید آن‌ها را از کف ترانشه برداشت و کف ترانشه را با قطعه‌هایی از مواد بستری کوبیده شده به اندازه 4 تا 6 اینچ، بسترسازی کرد. بستر باید از موادی روان مانند سنگریزه، ماسه، ماسه شنی و یا ماسه رسی تشکیل شده باشد که عاری از سنگ‌ها یا ذرات بزرگ‌تر از نیم اینچ باشند.

قرار دادن لوله در ترانشه

لوله‌های پلی‌اتیلن با قطر کمتر از 8 اینچ و وزن تقریبی کمتر از 6 پوند بر فوت را می‌توان بصورت دستی در ترانشه جایگذاری کرد. برای بلند کردن، جابجا کردن و پایین گذاشتن لوله‌های قطورتر و سنگین تر، نیازمند تجهیزات جابجایی هستیم. لوله‌ها را نباید روی هم انباشته کرد، نباید بیفتند و نباید به درون ترانشه هل داده یا کشیده شوند. هرگاه کسی درون یا نزدیک ترانشه است، باید نکات ایمنی لازم رعایت گردد.

روپوشی لوله

مواد روپوش باید متشکل از خاک دانه درشت مثل شن یا ماسه باشد، یا شامل خاک دانه درشت حاوی خاکه باشد مثل ماسه‌های سیلتی یا رسی . اندزه ذرات خاک در لوله‌های 2 تا 4 اینچی از نیم اینچ، در لوله‌های 6 تا 8 اینچی از سه چهارم اینچ و در سایر اندازه‌ها از یک اینچ نباید تجاوز کند. در مواقعی که روپوش حاوی قطعاتی زاویه دار و نوک تیز است، باید روی لوله را از سنگ آسیاب شده انباشت و با بیل یا پارو فشرده کرد. در مواقعی که مواد روپوش از سنگریزه‌ها و ماسه‌های طبیعی تشکیل شده است، باید آن را در پشته‌هایی با ضخامت حداکثر 6 اینچ در محل قرار داده و سپس آن را کوبید. عملیات کوبش باید با استفاده از یک دستگاه کوبنده مکانیکی انجام شود. باید طبق استاندارد ASTM D698 با عنوان «روش آزمون استاندارد خواص تراکم خاک آزمایشگاهی با استفاده از اقدامات استاندارد (ft-lbf/ft3 12400 (kN-m/m3 600))» تراکم خاک حداقل برابر با 85% استاندارد آزمون تراکم چگالی باشد. تراکم را در زیر خیابان‌ها و جاده‌ها به 95% استاندارد آزمون تراکم چگالی افزایش دهید.

آزمون نشتی

در صورت نیاز به آزمون نشتی باید آن را طبق دستورالعمل ارائه شده در مقاله آزمون نشتی و بعد از جایگذاری روپوش به انجام رسانید.

خاکریزی روی ترانشه

خاکریز نهایی از خاک خارج شده ضمن حفاری تشکیل شده است، البته با این شرط که عاری از ذرات نامناسبی مثل کلوخه‌های بزرگ رسی، مواد آلی قلوه سنگ‌ها یا سنگ‌هایی بزرگ‌تر از 8 اینچ و یا نخاله‌های ساختمانی باشد. در مکان‌هایی که لوله زیر جاده‌ها نصب شده است، خاکریز نهایی را در پشته‌هایی مثل آنچه قبلاً گفته شد قرار داده و سپس تا 95% آزمون استاندارد تراکم چگالی فشرده سازی کنید.