Gli obiettivi principali per migliorare le prestazioni sismiche delle condutture di approvvigionamento idrico sono due: si è garantire la capacità di trasmissione dell'acqua, per prevenire una vasta area di perdita di pressione dell'acqua, al fine di fornire acqua a incendi e strutture critiche in caso di emergenza; Il secondo è quello di ridurre al minimo il danno del gasdotto per facilitare la riparazione rapida. In altre parole, di fronte a disastri del terremoto, un sistema di approvvigionamento idrico dovrebbe avere una maggiore adattabilità.
La prevenzione delle interruzioni principali dell'acqua è essenziale per mantenere il normale funzionamento del sistema di approvvigionamento idrico. Il sistema di tubazioni PE4710 (equivalente al PE100) ha la più bassa probabilità di rottura e perdite di qualsiasi tubo dell'acqua, contribuendo a raggiungere tutti gli obiettivi di cui sopra.
La propagazione delle onde e la deformazione permanente del suolo sono le principali cause del danno da tubazioni sepolti. A causa dell'esistenza della forza assiale e dello stress di piegatura, il movimento del suolo porta a ceppi assiali e flettenti nella conduttura. I materiali con elevata rigidità (elevato stress ammissibile) hanno generalmente una capacità limitata di deformarsi. I materiali duttili rappresentati dal polietilene (PE) (basso stress ammissibile) hanno una buona capacità di deformazione e tenacità.
La capacità sismica del sistema di tubazioni si riflette dalla sua adattabilità alla tensione di superficie. La propagazione delle onde sismiche o delle onde sismiche può causare sforzo nel terreno abbastanza da danneggiare anche i tubi più vulnerabili. Cracking di guasto, frane, cambio del suolo in fango e insediamento risultante e/o diffusione laterale, subsidenza a terra e sollevamento possono causare una maggiore tensione a terra, con conseguenti danni a grandi aree di condutture sepolte. La tabella B-1 elenca i dati di deformazione del terreno osservati in tutto il mondo a causa della deformazione permanente del suolo.
Tabella B-1 Sforza di terra osservata a causa della deformazione permanente del suolo
L'intervallo richiesto di deformazione a terra per le condutture è compresa tra 0,05% e 4,5%. In un rapporto del 2008 dell'American Electric Power Research Institute, sono state fornite le misurazioni della capacità di deformazione del materiale PE4710. A 10 ° C di 50 ° F (10 ° C), la deformazione di trazione media del tubo PE4710 è del 9,9%, mentre la deformazione di trazione finale media è del 206%. Il tubo di polietilene si muoverà in risposta al movimento del terreno, piuttosto che resistere ai carichi che potrebbero causare la rottura di tubi rigidi o fragili. Nella maggior parte degli eventi sismici, il tubo saldato (saldato) ad alta densità di polietilene (HDPE) si piegherà, ma non si romperà o si separa (connessione non ferita), mantenendo così un normale approvvigionamento idrico. Va notato che tutte le connessioni di tubi PE con altre strutture, strutture ausiliarie e componenti possono essere soggetti a carichi differenziali più elevati. La connessione di queste parti dovrebbe essere attentamente pianificata e progettata per ridurre il rischio di rottura.
La deformazione di resa a trazione del tubo PE4710 è circa il doppio di quella della deformazione del terreno causata dalla massima grandezza osservata e la deformazione finale di PE4710 è più di 40 volte quella della deformazione del terreno di picco. Le prestazioni ottenute dal calcolo teorico sono coerenti con l'uso della pipeline di polietilene nel terremoto. La linea di alimentazione idrica HDPE saldata si è comportata bene nel terremoto. La tabella B-2 fornisce osservazioni parziali dei terremoti passati in Giappone (Omuro e Himono, 2018).
Tabella B-2 Dati osservati durante i terremoti passati in Giappone
Le prestazioni sismiche delle condutture dovrebbero essere valutate, tra cui tenacità, capacità di deformazione assiale, raggio di flessione ammissibile, resistenza alle articolazioni, stabilità e condizione di tubazioni esistenti. Un gran numero di esperienze sismiche mostra che le condutture principali dell'approvvigionamento HDPE secondo gli standard della serie ASTM Pipe possono mantenere il normale funzionamento nella maggior parte delle condizioni di carico sismico. Quando i requisiti di prestazione sismica del tubo principale dell'approvvigionamento idrico sono elevati, è necessario considerare l'uso di tubi HDPE saldati, poiché le prestazioni sismiche dei tubi HDPE sono più affidabili e possono adattarsi ai diversi ceppi del terreno generato dai terremoti e mantenere il normale funzionamento.
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