کالورت یا پل پلی اتیلن دو جداره
کالورت یا پل پلی اتیلن دو جداره
کالورت یا پل پلی اتیلن دو جداره (culvert) لوله‌هایی هستند که تا ارتفاع معینی زیر خاک برده می‌شوند و ارتباط بین دو منطقه برای منظوری خاص خواهند بود.
از آنجایی که بسته به موقعیت نصب این سیستمها بارهای وارده به کالورت_ پل پلی اتیلن دو جداره نیز متغیر است لازم می‌باشد که متناسب با نوع بارهای وارده و نوع کاربرد، لوله‌ی مناسب برای این منظور انتخاب شود. در شکل‌های زیر با بعضی از انواع culvert آشنا می شویم .
کالورت_ پل پلی اتیلن دو جداره
در شکل زیر نمونه‌هایی از کارگذاری لوله‌های پلی‌اتیلنی به‌عنوان سیستم culvert را مشاهده می‌کنید.
که عوامل مهمی بر روی انتخاب این لوله‌ها تاثیر می‌گذارند. برای مثال در این شکلها به بار انتقال یافته روی لوله‌ها و همچنین ارتفاع خاک روی لوله (عمق دفن لوله) متناسب با بارگذاری توجه کنید.شکل زیر یک سیستم کالورت_ پل پلی اتیلن دو جداره بتنی را نشان می‌دهد.
قبل از پیدایش لوله‌های پلی‌اتیلنی از لوله‌های بتنی برای این منظور استفاده می‌شد اما به دلیل نقاط ضعف متعدد این سیستمها نسبت به لوله‌های پلی‌اتیلنی، تقریبا کاربرد آنها منسوخ شده‌است. در ادامه به ذکر تعدادی از معایب این لوله‌های بتنی خواهیم پرداخت.
• بتن امکان خوردگی و پوسیده شدن را دارا می‌باشد.
• بتن به دلیل اینکه بارهای کششی را تحمل نمی‌کند گزینه مناسبی برای این منظور نیست زیرا ممکن است به دلیل تغییرات شرایط آب و هوایی منطقه انبساط و انقباض‌هایی در لوله رخ دهد که باعث به وجود آمدن تنشهای ناچیز کششی و متلاشی شدن لوله بتنی گردند.
• بتن نسبت به پلی‌اتیلن از عمر کمتری برخوردار می‌باشد.
• بتن قابلیت انعطاف پذیری که نقش مهمی در بارهای وارده به لوله بازی می‌کند را ندارد.
• لوله‌های بتنی بسیار ینگین‌تر از لوله‌های پلی‌اتیلنی می‌باشند.
• نصب لوله‌های بتنی بسیار مشکل می‌باشد.
استفاده از لوله‌های پلی‌اتیلن دوجداره اسپيرالي توليد اين شركت، برای سیستم کالورت_ پل پلی اتیلن دو جداره culvert تمامی معایب سیستمهای بتنی مشابه را پوشش داد و زمینه علمی جدیدی در این مقوله ایجاد کرد.
خصوصیات مکانیکی لوله های ترموپلاستیک که در استاندارد آمده نیز مطابق زیر است. واضح است که مقدار مقادیر ناشی از تست برای لوله ها نباید با این مقادیر در استاندارد اختلاف زیادی داشته باشد.
50-Tear | Initial | Allowable Long-Term Strain% | Minimum Cell Class | Type of Pipe | ||
E min (MPa) | Fu min (MPa) | E min (MPa) | Fu min (MPa) | |||
152 | 9.93 | 758 | 20.7 | 5.0 | ASTM D 3350, 335434C | Solid Wall PE Pipe-ASTM F 714 |
152 | 6.21 | 758 | 20.7 | 5.0 | ASTM D 3350, 335400C | Corrugated PE Pipe- AASHTO M 294 |
138 | 7.72 | 552 | 20.7 | 5.0 | ASTM D 3350, 334433C | Profile PE Pipe ASTM F 894 |
152 | 9.93 | 758 | 20.7 | 5.0 | ASTM D 3350, 335434C | |
965 | 25.5 | 2760 | 48.3 | 5.0 | ASTM D 1784, 12454C | Solid Wall PVC Pipe- AASHTO M 278, ASTM F 679 |
1090 | 17.9 | 3030 | 41.4 | 3.5 | ASTM D 1784, 12454C | |
965 | 25.5 | 2760 | 48.3 | 5.0 | ASTM D 1784, 12454C | Profile PVC Pipe- AASHTO M 304 |
1090 | 17.9 | 3030 | 41.4 | 3.5 | ASTM D 1784, 12364C | |
مقادیر خصوصیات مکانیکی لوله های ترموپلاستیک در استاندارد
خواص خاک علاوه بر خواص لوله‌ها برای کارگذاری کالورت خواص و نوع خاک نیز مهم می‌باشد. یکی از مهمترین خاصیتهای خاک منطقه که در بارگذاری‌های خمشی و تغییر طولهای ناشی از آنها بسیار نقش مؤثری بازی می‌کند فاکتور شکل خاک می‌باشد که تابعی از ضریب سختی لوله و چگونگی خاکریزی و مقدار بهم فشردگی خاک منطقه می‌باشد.
در زیر نمونه ای از جدول مورد استفاده که با استاندارد ANSI بهبود یافته را مشاهده می‌کنید.
Sand SW, SP, SM, SC, SC, GM, GC or Mixtures | Gravel GW, GP, GW-GC, GW-GM, GP-GC and GP-GM | |||
Moderate to High (≥85% SPD) | Dumped to Slight (<85% SPD) | Moderate to High (≥85% SPD) | Dumped to Slight (<85% SPD) | Pipe Stiffness, PS Pii (kPa) |
7.2 | 5.4 | 6.2 | 4.9 | 14 (97) |
6.8 | 5.2 | 5.8 | 4.7 | 16 (110) |
6.7 | 5.1 | 5.7 | 4.6 | 17 (117) |
6.4 | 4.9 | 5.4 | 4.4 | 20 (138) |
6.3 | 4.8 | 5.3 | 4.3 | 22 (152) |
5.9 | 4.4 | 4.9 | 4.1 | 28 (193) |
5.8 | 4.3 | 4.8 | 4.0 | 30 (210) |
5.6 | 4.1 | 4.6 | 3.9 | 34 (234) |
5.6 | 4.1 | 4.6 | 3.8 | 35 (241) |
5.4 | 4.0 | 4.5 | 3.8 | 38 (262) |
5.4 | 3.9 | 4.4 | 3.7 | 40 (276) |
5.3 | 3.9 | 4.4 | 3.7 | 42 (290) |
5.2 | 3.9 | 4.4 | 3.7 | 46 (320) |
5.1 | 3.8 | 4.2 | 3.6 | 50 (345) |
بارگذاری روی لوله‌ها در سیستمهای کالورت_ پل پلی اتیلن دو جداره
بارهای این سیستمها به دو نوع بارهای زنده (Live) و بارهای مرده (Dead) تقسیم می‌شوند. بارهای زنده به بارهای جابه‌جا شونده و متحرک و بارهای مرده به بارهای ساکن و استاتیک اطلاق می‌شود.
در حقیقت بارهای زنده بارهایی هستند که نقطه اثرشان جابجا می‌شود یا دامنه نوسانات بار تغییر می‌کند.بارهای خودروها از جمله سواری، کامیون، قطار و … از نمونه‌های بارهای زنده و بارهای وارد به لوله از طرف خاک همگی در زمره بارهای مرده قرار می‌گیرند. البته معمولا برای سادگی کار بارهای
زنده را در یک ضریب دینامیکی ضرب می‌کنند و به صورت بارهای مرده و استاتیک با آنها رفتار می‌کنند.
بارهای مربوط به خودروها به خصوص بارهای مربوط به وسایل نقلیه سنگین، معمولا بر اساس استاندارد AASHTO H-25 شناخته می‌شوند که به عنوان مثال بار یک کامیون 25 تن22.7 تن متریک) با بار اکسل عقب 40000 پوند ( 18140 کیلوگرم) تحت این استاندارد را در شکل زیر مشاهده خواهید کرد.
البته به طور مشابه برای بارگذاری جاده‌های ریلی، این بار به صورت بهبود یافته توسط Cooper E-80 ذکر شده که برای بار مشابه گفته شده برای کامیون فوق الذکر در حدود 80000 پوند بر فوت (119300 کیلوگرم بر متر) می‌باشد.
Cooper E-80(1) | AASHTO H-25 or HS-25(1) | Cover, Ft.(m) | |
Live Load Transferred to Pipe,PL2psi (N/mm2) | Live Load Distribution Width, Lw in (mm) | Live Load Transferred To Pipe ,PL2psi (N/mm2) | |
N/R | 31 (787) | 15.63(0.108) | 1(0.3) |
26.39(0.1824) | 52 (1321) | 6.95(0.048) | 2(0.6) |
23.61(0.1632) | 73 (1854) | 5.21(0.036) | 3(0.9) |
18.40(0.1272 | 94 (2388) | 3.48(0.024) | 4(1.2) |
16.67(0.1152) | 115 (2921) | 2.18(0.015) | 5(1.5) |
15.63(0.1080) | 136 (3454) | 1.74(0.012) | 6(1.8) |
12.15(0.0840) | 157 (3988) | 1.53(0.011) | 7(2.1) |
11.11(0.0768) | 178 (4521) | 0.86(0.006) | 8(2.4) |
7.64(0.0528) | N/A | negligible | 10(3.0) |
5.56(0.0384) | N/A | negligible | 12(3.7) |
4.17(0.288) | N/A | negligible | 14(4.3) |
3.47(0.0240) | N/A | negligible | 16(4.9) |
2.78(0.0192) | N/A | negligible | 18(5.5) |
2.08(0.0144) | N/A | negligible | 20(6.1) |
1.91(0.0132) | N/A | negligible | 22(6.7) |
1.74(0.0120) | N/A | negligible | 24(7.3) |
1.39(0.0096) | N/A | negligible | 26(7.9) |
1.04(0.0072) | N/A | negligible | 28(8.5) |
0.69(0.0048) | N/A | negligible | 30(9.1) |
negligible | N/A | negligible | 35(10.7) |
در مواردی که عمق لوله دفن شده در خاک زیاد نیست یک بار اضافی دیگر که ناشی از حرکت‌‌های چرخشی وسایل نقلیه مثل گردش چرخها و … می‌باشد به لوله وارد می‌شود که برای محاسبه این بار، بار استاتیک وارده را در یک ضریب دینامیکی (Impact Factor) ضرب می‌کنند که برای بارهای جاده‌ای AASHTO یک بازه برای این ضریب دینامیکی ارائه داده‌است که از 3/1 برای عمق خاک روی لوله حدود یک فوت (3/0 متر) تا 1/1 برای عمق خاک روی لوله در حدود سه فوت (یک متر) متغیر است.
اثر این ضریب دینامیکی طبق گفته استاندارد برای زمانی که لوله بیش از یک متر در داخل خاک مدفون شده است قابل چشم‌پوشی می‌باشد
توجه داشته باشید که بارهای مذکور، همگی می‌توانند در توزیع‌های مختلف و با مقادیر متفاوت به لوله وارد شوند که به صورت جداگانه باید محاسبه شوند اما به عنوان یک توصیه در حالت کلی، برای بارهای 30 تا 60 تن طبق بارگذاری HS-25 برای مثال، بهتر است عمق خاک روی لوله حداقل دو فوت (6/0 متر) باشد.همچنین برای بارهای سنگین‌تر باید مینیمم کاور روی لوله در حدود سه فوت (یک متر) باشد. رعایت این موضوع می‌تواند بر روی انتقال بارهای جاده‌ای به لوله تاثیر بسزایی داشته‌باشد.
نصب و راه اندازی کالورت_ پل پلی اتیلن دو جداره
در این قسمت اطلاعاتی در مورد نصب و راه اندازی لوله های پلی اتیلنی به عنوان کالورت آورده شده است.
این مراحل شامل آماده کردن فونداسیون ، حفاری ، جابه جایی لوله ها، نصب و پر کردن دور آن می شود.برای اطلاعات بیشتر در این مورد می توانید به استاندارد های زیر مراجعه کنید:
ASTM D 2321
CAN/CSA B182.11
AASHTO section 30