فعاليتهای اين گروه شامل توليد وتجارت كالا هاي صنعتي وساختماني و لوله و اتصالات و مخازن ويژه مشتقات نفتی و شیمیایی و آب وفاضلاب مي باشد.
میانبر
آدرس دفتر مرکزی : مشهد-خیابان احمدآباد-بلوار بعثت-شماره۱۶۷
دورنگار: 051-38430444
شماره تلفن: 051-38422783
کارخانه : فریمان-شهرک صنعتی کاویان
شماره تلفن: 051-34693357
کدپستی: 9176874378
دورنگار: 051-38430444
ارتباط با دپارتمان فنی: jahanfanavari@gmail.com
ارتباط با واحد مهندسی فروش: aria.kavan@yahoo.com
برگشت به بالا
5-2-1- رفتار لوله های مختلف در برابر زلزله
بهسازی و طراحی بهینه سازه ها در مقابل زلزله با توجه به تغییرات مکرر و تکامل آیین نامه ها در چند دهه اخیر از مباحث غیر قابل گریز است. اولین گام جهت طراحی بهینه و یا بهسازی سازه ها، تعیین مقدار و نحوه آسیب پذیری آنها در مقابل زلزله می باشد. منظور از بررسی آسیب پذیری لرزه ای، بررسی تجهیزات، ارتباطات، ایمنی و نحوه عملکرد یک مجموعه در زمان وقوع زلزله می باشد. با استفاده از این روش با سرعت و هزینه مناسبی مناطق دارای بیشترین سطح خطر را تعیین و برای مراحل بعد که شامل طراحی و تهیه نقشه های اجرایی و در نهایت اجرای بهسازی است، اولویت بندی می شود. یکی از روش های بررسی آسیب پذیری، استفاده از درس های آموخته شده از زلزله گذشته و رفتار تجهیزات در برابر نیروهای لرزه ای می باشد. این روش یک روش منطقی و قابل دفاع است زیرا شرایط واقعی مجموعه در نظر گرفته می شود و رفتار لرزهای تجهیزات در زلزله های گذشته بررسی میشود و با تلفیق اطلاعات و قضاوت مهندسی، نتایج ارزیابی میگردد.
به همین منظور در گزارش حاضر که به طور خاص به خطوط لوله پرداخته است، در ابتدا تعاریف عوامل آسیب پذیری لوله ها بیان شده، سپس نمونه هایی از خسارت های وارده بر خطوط لوله در زلزله های مختلف ارائه گردیده و در انتها مودهای محتمل خرابی لوله ها در اثر زلزله آورده شده است.
ذکر این نکته ضروری به نظر میرسد که با توجه به وقوع زلزله های متعدد در ایران، متاسفانه مدارک و گزارش های جامعی درباره تاثیر زلزله بر شریان های حیاتی به ویژه خطوط لوله آب در ایران یافت نمی شود و یا مدارک موجود از جامعیت برخوردار نمیباشد.
5-2-1-1- تعریف عوامل آسیب رسان به لوله ها
داشتن شناخت مشترک از عوامل آسیب رسان برای تعیین راهکار رفع آن عوامل ضروری است. لذا در این بخش عواملی که در زمان وقوع زلزله باعث آسیب دیدگی لوله ها می شوند آورده شده و هر یک به اختصار تعریف شده اند.
5-2-1-1-1- لرزش زمین
لرزش زمین به علت انشار امواج در زمین به وجود می آید. پریود و دامنه این امواج به میزان انرژی آزاد شده، فاصله از منبع انرژی، نوع موج، شرایط زمین شناختی در مسیر گسترش موج، مسیر و شرایط خاک و توپوگرافی منطقه بستگی دارد. در زمان گسترش موج انرژی به سازه های زیرزمینی و روزمینی منتقل می شود. امکان دارد سازه های مدفون مانند خطوط لوله نیز در زمان انتشار موج تغییر مکان های گذرایی را تجربه نمایند.
5-2-1-1-2- تغییر مکان ماندگار زمین
امواج لرزهای میتوانند زمین ساختگاه و تکیه گاه را به صورت ماندگار جابجا کنند. تغییر مکان های ماندگار زمین از جمله عوامل مهم آسیب در خطوط لوله مدفون میباشند. انواع تغییر مکان های ماندگار شامل گسلش، زمین لغزش، روانگرایی، نشست و برکنش میباشد که در ادامه با تفصیل بیشتری شرح داده می شوند.
الف- گسلش
معمولاً گسیختگی گسل ها در سطح زمین اتفاق میافتد که میتواند گسیختگی افقی، قائم و یا ترکیبی از این دو باشد. آسیب پذیری تجهیزاتی که در منطقه گسیختگی قرار دارند، بسیار زیاد است.
ب- روانگرایی
روانگرایی زمانی اتفاق می افتد که خاک برای مدت کوتاهی به حالت مایع درآید. این موضوع هم در زیر زمین و هم در سطح احتمال وقوع دارد. احتمال و شدت روانگرایی با افزایش شدت و زمان تداوم زلزله افزایش مییابد. روانگرایی و حرکت های جانبی از مهمترین پارامترهای خسارت زا هستند که می توانند سازه های زیرزمینی را به سطح زمین سوق داده و یا سازه های سطحی را در خاک غرق کنند.
ج- نشست
لرزش زمین میتواند خاک را متراکم تر کرده و موجب نشست شود. البته میزان تغییر مکان ماندگار در اثر نشست کمتر از تغییر مکان در اثر روانگرایی میباشد اما آنچه نشست را مهم میسازد، ایجاد تغییر مکان های غیر یکنواخت در خاک میباشد.
د- رانش خاک
حتی بدون روانگرایی، لرزش زمین میتواند تپه های خاکی را به حرکت درآورد. شدت رانش خاک به زاویه شیب، مقاومت، میزان آب و میزان تحکیم خاک و احتمال وقوع رانش خاک به زمان تداوم و شدت زلزله بستگی دارد. علاوه بر این، رانش خاک میتواند راه های دسترسی را مسدود نموده و خسارات قابل توجهی را به بار آورد.
هـ- برکنش
این پدیده که بیشتر به علت مولفه قائم زلزله اتفاق میافتد بر روی نقاط ورودی و خروجی (اتصالات) بیشترین آسیب را وارد می کند.
5-2-1-2- مودهای خرابی در لوله های مدفون
عمده مودهاي خرابی در لوله هاي مدفون ناشی از تغییر مکان و خرابی در خاك شامل لغزش، جابجایی هاي افقی و عمودي، نشست ناشی از تحکیم خاك و مهم تر از همه روانگرایی میباشد.
الف- خرابی ناشی از لغزش زمین
همانگونه که ذکر شد، باید تا حد امکان از احداث خطوط لوله در مناطقی که احتمال جابجایی خاك در اثر زلزله یا دیگر عوامل محیطی وجود دارد اجتناب شود. در صورت اجبار به احداث خط لوله در این نواحی، باید با تمهیدات مناسب (تثبیت خاك، مسلح نمودن خاك و... ) جلوي خرابی لوله ناشی از لغزش خاك گرفته شود. در شکل (5-2-1-2-1) رفتار لوله با موقعیت هاي مختلف نسبت به لغزش زمین نشان داده شده است.
شکل (5-2-1-2-1) رفتار لوله در اثر نشست ناشی از لغزش شیب در شرایط مختلف
ب- خرابی ناشی از جابجایی
در اثر جابجایی خاك اطراف لوله به علت نیروهاي ناشی از زلزله، تنش هاي کششی و فشاري به جدار لوله وارد میآید. در صورتی که لوله داراي مقاومت کافی باشد، قادر به تحمل این تنش ها میباشد. همچنین در صورتی که لوله یا اتصالات آن شکل پذیر باشند، قادر به جابجایی به همراه خاك پیرامون خود بوده و بنابراین تنش هاي ایجاد شده در جدار لوله کاهش مییابد. اگر لوله واجد هیچ یک از دو ویژگی فوق، (مقاومت یا شکل پذیري) نباشد، احتمال آسیب دیدگی آن به علت جابجایی خاك اطراف افزایش مییابد. در شکل (5-2-1-2-2) نمونه اي از خرابی لوله در اثر جابجایی خاك مجاور نشان داده شده است.
شکل (5-2-1-2-2) سازوکار خرابی لوله در اثرجابجایی خاك مجاور
ج- خرابی در محل اتصال
همانند لوله هاي سطحی، محل هاي اتصال در لوله هاي مدفون نیز به علت تاثیرات ناشی از جابجایی، نشست یا لغزش خاك و روانگرایی از آسیب پذیري بالایی برخوردارند. استفاده از اتصالات
انعطاف پذیر در لوله هاي مدفون نیز باعث کاهش احتمال آسیب دیدگی لوله ها در زمان زلزله میگردد. در شکل (5-2-1-2-3) نحوه رفتار لوله داراي اتصالات انعطاف پذیر در زمان زلزله نشان داده شده است. درشکل (5-2-1-2-4) نیز رفتار مناسب یک لوله مدفون که داراي اتصالات انعطاف پذیر است در زمان زلزله کوبه ژاپن آورده شده است.
شکل (5-2-1-2-3) نحوه عملکرد اتصالات انعطاف پذیر در برابر نشست ناشی از روانگرایی
شکل (5-2-1-2-4) رفتار مناسب لوله با اتصالات انعطاف پذیر در زلزله کوبه ژاپن
د- خرابی ناشی از روانگرایی
روانگرایی در خاک هاي فاقد چسبندگی یکی از مهمترین دلایل خرابی لوله هاي مدفون می باشد. در لوله هاي سطحی نیز پایه هاي نگهدارنده لوله در معرض تخریب ناشی از روانگرایی میباشند. با روانگرا شدن خاك، مقاومت آن در برابر بارهاي ثقلی و جانبی به شدت کاهش می یابد و لوله در معرض نشست قرار می گیرد. با افزایش شکل پذیري لوله با استفاده از اتصالات انعطاف پذیر، میتوان از وارد آمدن آسیب به آن، به علت تغییر مکان هاي ناشی از روانگرایی جلوگیري نمود. مشخص کردن نواحی مستعد روانگرایی و اجتناب از احداث لوله در آن مناطق یا بکارگیري تمهیدات ویژه مانند افزایش چسبندگی خاك، راه هاي دیگري براي اجتناب از آسیب دیدگی لوله ناشی از روانگرایی می باشند. در شکل (5-2-1-2-5) دریچه بازدید تخریب شده به علت روانگرایی خاك نشان داده شده است و در شکل های (5-2-1-2-6) و (5-2-1-2-7) نمونه پدیده روانگرایی در مسیر خط لوله آلاسکا ارائه شده است.
شکل (5-2-1-2-5) نشست دریچه بازدید به علت روانگرایی
شکل (5-2-1-2-6) پدیده روانگرایی در مسیر خط لوله آلاسکا در جنوب گسل دنالی
شکل (5-2-1-2-7) پدیده روانگرایی در مسیر خط لوله آلاسکا
5-2-1-3- اثر زلزله بر روی انواع لوله ها
در این بخش از گزارش نحوه عملکرد انواع لوله های مدفون آب و فاضلاب و عمده خسارات وارد بر آنها در اثر انتشار امواج زلزله (اثرات دینامیکی) و تغییر مکان های ماندگار زمین (اثرات استاتیکی) ارائه شده است. لازم به توضیح است که تمامی نتایج با توجه به تجربیات زلزله های گذشته در نقاط مختلف جهان به ویژه آمریکا و ژاپن ارائه شده اند.
برای بررسی مقایسه های رفتار لوله های مدفون در هنگام بروز زلزله یکی از بهترین روش ها، استفاده از میزان آسیب ها و نرخ مرمت آنها در زلزله های گذشته است. به این منظور مقایسه رفتاری لوله ها در مقابل آثار دینامیکی و استاتیکی زلزله مورد مطالعه قرار گرفته و نتایج در شکل (5-2-1-3-1) ارائه گشته است.
شکل (5-2-1-3-1) آسیب پذیري لوله هاي مختلف در اثر عوامل گوناگون
با توجه به منحنیهای آسیب پذیری موجود، ملاحظه می شود که درجه آسیب پذیری لوله ها در یک شدت لرزه یکسان از کم به زیاد بصورت زیر است :
1- لوله های فولادی با اتصالات جوشی
2- لوله های چدن نشکن
3- لوله های پلی اتیلن
4- لوله های PVC
5- لوله های چدنی معمولی
6- لوله های آزبست سیمانی و بتنی
از نظر عملکرد انواع لوله ها در مقابل روانگرایی، زمین لغزش و حرکت گسل به ترتیب از عملکرد مناسب به نامناسب، بر حسب جنس لوله درجه بندی زیر را میتوان مد نظر قرار داد :
1- لوله های فولادی جوشی و لوله های پلی اتیلن
2- لوله های چدن نشکن
3- لوله های PVC
4- لوله های چدنی معمولی
5- لوله های آزبست سیمانی و بتنی
همانطور که مشاهده می شود لوله های فولادی جوشی (جوش با قوس الکتریکی) رفتار بسیار مناسبی در برابر آثار مختلف زلزله داشته و در رتبه بعدی لوله های چدن نشکن قرار دارند.
با توجه به مطالعات انجام شده و نمودارهای ارائه شده بطور کلی رفتار لرزه ای لوله ها مطابق جدول (5-2-1-3-1) طبقه بندی شده اند.
جدول (5-2-1-3-1) سطح مقاومت و رفتار لرزه ای انواع لوله های فولادی، چدنی و آزبست
با توجه به جدول بالا استفاده از لوله های فولادی با اتصالات جوشی (جوش با قوس الکتریکی) دارای کمترین ریسک در هنگام وقوع زلزله بوده و ریسک پذیری استفاده از لوله های چدنی در حد متوسط ارزیابی شده است.
5-2-1-3-1- رفتار لرزهای لوله ها
در ادامه به طور خلاصه به رفتار لرزهای لوله های چدن معمولی، چدن نشکن، آزبست سیمان، بتن آرمه، فولادی، پلاستیکی، پلی اتیلنی و لوله های GRP اشاره می شود.
الف- لوله های چدنی (چدن معمولی و چدن نشکن)
لوله های چدنی معمولی در زلزله بسیار آسیب پذیرند. تغییر شکل و انعطاف پذیری این لوله ها مخصوصاً در قطرهای پایین ناچیز است و رفتاری سخت و شکننده دارند لذا در برابر حرکات زلزله چه دینامیکی و چه استاتیکی دچار آسیب میشوند. این لوله ها در مناطق لرزه خیز اصلاً توصیه نمیشوند.
ولی امروزه لوله های چدنی نشکن مقاوم در برابر زلزله به بازار عرضه شده است که می توان بر حسب مورد از آن استفاده کرد. از نظر ریسک کمتر در برابر زلزله، این نوع لوله ها بعد از لوله های فولادی با اتصالات جوشی در رتبه دوم قرار دارند.
ب- لوله های آزبست
لوله های آزبست سیمان نه تنها از لحاظ محیط زیستی مناسب نیستند بلکه در حرکات زلزله نیز به علت عدم انعطافپذیری، آسیب پذیری بالایی دارند. در نوع کلاس C و D به علت ضخامت جداره زیاد میزان آسیب کمتری در آن دیده شده است.
ج- لوله های بتنی
لوله های بتنی نسبت به لوله های آزبست سیمان رفتار انعطاف پذیرتری دارند ولی در هر حال در مناطق لرزه خیز توصیه نمیشوند. این لوله ها در اقطار بالا به علت رفتار خمشی و درصد تغییر شکل پایین دچار آسیب می گردند. لوله های بتنی با هسته فولادی نسبت به سایر لوله های بتنی رفتار مناسب تری در زلزله های گذشته داشته اند.
د- لوله های فولادی
لوله های فولادی مخصوصاً اگر در مسیرهای دارای انحنا یا شکستگی استفاده شوند نسبت به حرکات زلزله مقاوم هستند. آسیب پذیری در این نوع لوله ها در حالت برخورد عمود بر گسل بیشتر اتفاق میافتد، ولی در مقایسه با لوله های چدنی، آزبست و بتنی خیلی کمتر دچار آسیب میشوند. در صورتی که لوله های فولادی از مشکل خوردگی حفاظت گردند، کاربرد این لوله ها در مناطق لرزه خیز با خطر کم و متوسط حتی بدون اتصال انعطاف پذیر قابل قبول است
هـ- لوله های پلاستیکی(پلی اتیلنی)
لوله های پلاستیکی مخصوصاً از نوع پلی اتیلن با جوش های فیوژن در زلزله رفتار بسیار خوبی دارند و برای مناطق لرزه خیز توصیه می شود. این لوله ها به علت تغییر شکل و نیز داشتن خم و انحنا در مسیرها در زلزله انعطاف پذیر هستند و در زلزله های گذشته بسیار کم دچار آسیب گردیدهاند.
و- لوله های فایبرگلاس
1 - لوله های فایبرگلاس لوله های جدیدی هستند و هنوز آمار کاملی از رفتار آنها در زلزله های گذشته وجود ندارد. ولی مطالعات و بررسی های انجام شده تا کنون نشان می دهد که لوله های مذکور رفتار نسبتاً مناسبی در برابر زلزله داشته و در صورت استفاده از اتصالات مقاوم در برابر زلزله میتوان با اطمینان بیشتری از آنها استفاده کرد.
2 - اما انعطاف بالای این لوله ها و دارا بودن همزمان خواص پلاستیک ها و فولاد برای این لوله ها مقاومت بالای آنها را در برابر زلزله تضمین می کند مضافا عدم انتشار ترک در این لوله ها به خلاف لوله های فلزی و پلاستیکی امتیاز بزرگی نیز برای آنها محسوب می گردد.
3 – نوع اتصال در این لوله ها در اکثر موارد یا کوپلینگی انعطاف پذیر و یا لمینیتی و اصطلاحا جوش لب به لب است که علیرغم اینکه انعطاف پذیر محسوب نمی شود ولی می تواند نیروهای محوری در زلزله را به خوبی تحمل کند و در مواجه با فشارهای شدید کوپلینگ از لوله جدا میشود و ممکن است اتصال لمینیتی نیز بشکند که در اینجا راهکاری مطرح شده و آن اتصال بلند کوپلینگ چهار واشره است که به دلایل زیر توصیه نمی شود : اولا عملکرد کوپلینگ دو واشره همانند اتصال صلب است چون هیچ انحراف زاویه ای به خلاف کوپلینگ معمولی در آن امکان پذیر نیست. در ثانی هنگام شکستن این کوپلینگ به دلیل عدم امکان حرکت های غیر محوری در آن تنها راه تعمیر نیز همان اتصال لمینیتی است.
3 – لذا توصیه ما در مواجهه با زلزله ابتدا اتصال لمینیتی و سپس اتصال کوپلینگ معمولی دو واشره می باشد.
5-2-1-3-2- مولفه هاي مهم آسيب پذير لوله هاي مدفون درهنگام زلزله
محل هاي آسيب و يا به عبارت ديگر مولفه هاي آسيب پذير در طول يك خط لوله كه مركب از قطعات متصل بهم چند لوله همراه با اتصالات و شيرآلات و ساير لوازم مربوطه است را مي توان بصورت زير مشخص نمود :
الف- در لوله هاي فولادي با جوش غير نفوذي، اكثر آسيب ها بصورت گشوده شدن درزهايي در محل اتصالات جوشي بوده است. در صورت استفاده از فناوري جوش نفوذي در لوله هاي فولادي، تا حد زیادی از آسیب دیدگی لوله های فولادی کاسته خواهد شد.
در اکثر مواردي كه اين لوله ها در زلزله دچار آسيب گرديده اند، محل آسيب ها در نزديكي محل اتصالات جوشي كه در آن محل ها حرارت ناشي از جوشكاري غير يكنواخت باعث تمركز تنش شده متمركز شده است.
ب- در مورد لوله هاي چدن داكتيل، اكثر آسيب ها در محل اتصالات و يا اتصال به شيرآلات بوده است. بدنه لوله های چدن داكتيل در زلزله هاي گذشته داراي رفتار مناسبي بوده و آسيب پذيري كمي را داشته است.
در مواردي كه اتصالات لوله هاي چدن داكتيل داراي اتصالات ساده فشاري بوده اند بيشترين آسيب ها بصورت بيرون زدگي و جداشدگي در اتصال بوده و در موارد ديگر آسيب، ناشي از خرد شدن انتهاي لوله در اتصال بوده است.
پس از استفاده از اتصالات مكانيكي مقيد كه به طرق مختلف از جدا شدن اتصال جلوگيري مینمايد، رفتار این لوله ها بهبود يافته و بويژه با توسعه اتصالات انعطاف پذير ضد لرزهاي براي اين لوله ها، عملكرد آنها در مقابل آثار ديناميكي و استاتيكي زلزله، بهتر شده است.
ج- آسيب لوله هاي پلي اتيلن بطور عمده در محل جوش آنها اعم از الكتروفيوژن و بات فيوژن مستقر بوده كه حكايت از عدم نفوذ جوش در اين اتصالات داشته است.
د- در مورد لوله های PVC آسيب هاي وارده در بدنه لوله ها و محل اتصالات در زلزله هاي گذشته مشهود بوده است.
هـ- عمده آسيب در لوله هاي بتني در بيرون زدگي و جدايي اتصالات و بعد در بدنه لوله ها روي داده است. این لوله ها بويژه در مقابل حركات ماندگار زمين يا آثار استاتيكي بسيار آسيب پذير هستند.
و- لوله هاي آزبست سيماني كه بطور گسترده اي در كشور مورد استفاده قرار گرفته هم در بدنه و هم در اتصالات بسیار آسیب پذیر می باشد.
ز- لوله های فایبرگلاس در محل اتصالات و یا در محل تغییر جنس خاک دچار آسیب میشوند که با استفاده از اتصالات مقاوم در برابر زلزله و لوله های شبه فولادی این معضل قابل برطرف شدن میباشد.
5-2-1-4- نتیجه گیری
با توجه به آنچه در بخش های قبل ارائه گردید در صورت عبور خط لوله از مناطق زلزله خیز، استفاده از لوله های فولادی با اتصالات جوشی، لوله های چدن نشکن با اتصالات ضد زلزله و لوله های فایبرگلاس نسبت به سایر لوله ها دارای ارجحیت میباشند. لازم به توضیح است که از آنجا که لوله های پلی اتیلن عمدتاً در محل جوش دچار آسیب می شوند و راه حل مستند و روش آزمون دقیقی برای بررسی صحت عملیات جوشکاری مانند لوله های فولادی برای آنها در دسترس نیست، مشروط به انجام فرآیند جوشکاری مناسب، استفاده از لوله های پلی اتیلن در مناطق زلزله خیز قابل توصیه است.