The influence of the properties of water pipes made of PE on their durability and reliability

• Autorzy: Studzinski Andrzej , Harbulakova Vlasta Ondrejka , Skrzypczak Izabela

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2022.140160

Warianty tytułu

PL

Wpływ właściwości rur wodociągowych wykonanych z PE na ich trwałość i niezawodność

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This article engages in detailed discussion of the material properties of water pipes made of polyethylene (PE). It describes the influence of properties of the material (including its geometric dimensions) on the level of reliability of pipelines made from PE 100. Values for the index of reliability obtained from analyses carried out using probabilistic methods were compared with those recommended for the index in regard to a reference period of 50 years and different Reliability Classes (RCs). The fully probabilistic (3rd level) method - Monte Carlo simulation method was used to analyze the reliability. The probabilistic calculations were carried out with account taken of different values for the coefficient of variation describing material parameters, adopted as random variables; as well as the correlations between them. The work detailed here reports an influence of material geometry on the reliability index reported for the analysed pipeline made from PE. Where the analysed PE pipe was associated with a coefficient of variation for wall thickness at or over 0.07, this denoted non-compliance with standard PN-EN 1990:2002 as regards the minimum level of reliability recommended for a reference period of 50 years and Reliability Class RC2.

PL

W artykule szczegółowo omówiono właściwości materiałowe rur wykonanych z polietylenu PE. Określono wpływ właściwości materiału, w tym wymiarów geometrycznych na poziom niezawodności przewodów wodociągowych wykonanych z PE 100. Otrzymane wartości wskaźnika niezawodności z analiz wykonanych metodami probabilistycznymi porównano z zalecanymi wartościami wskaźnika niezawodności dla okresu odniesienia 50 lat i różnych klas niezawodności (RC). Obliczenia probabilistyczne przeprowadzono uwzgledniając różne wartości współczynników zmienności parametrów materiałowych przyjętych jako zmienne losowe oraz korelacji pomiędzy nimi. W celu określenia wpływu geometrii materiału na wartość wskaźnika niezawodności przewodów wodociągowych wykonanych z PE 100 przyjęto rurę o średnicy zewnętrznej dn = 110 mm oraz grubość ścianki en = 6,6 mm. Na podstawie przeprowadzonych analiz stwierdzono wpływ geometrii materiału na wartość wskaźnika niezawodności dla analizowanego przewodu wodociągowego wykonanego z PE. Przeprowadzone analizy probabilistyczne dotyczące niezawodności rury PE100 potwierdziły, że wzrost współczynników zmienności materiałów powoduje istotny spadek wskaźnika niezawodności. W przypadku analizowanego przewodu wodociągowego wykonanego z PE i współczynnika zmienności dla grubości ścianki wiekszego od 0,07 nie są spełnione wymagania normy PN-EN 1990:2002 odnośnie minimalnego poziomu niezawodności zalecanego dla okresu odniesienia 50 lat i klasy niezawodnosci RC2. Dla pozostałych klas warunek niezawodności jest spełniony.

Słowa kluczowe

EN

reliability; durability; polyethylene pipe; material properties; variation coefficient

PL

niezawodność; trwałość; rura polietylenowa; właściwości materiałowe; współczynnik zmienności

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 68, nr 1
• Strony: 129--143
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Studzinski Andrzej

• Rzeszow University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering and Architecture, Rzeszów, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-6551-9490

autor

Harbulakova Vlasta Ondrejka

• Technical University of Kosice, Faculty of Civil Engineering, Košice, Slovak Republic

• https://orcid.org/0000-0003-3001-3059

autor

Skrzypczak Izabela

• Rzeszow University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering and Architecture, Rzeszów

• https://orcid.org/0000-0003-0978-3040

Bibliografia

• [1] European Standard. EN 1990: Eurocode - Basis of structural design. 2004.
• [2] International Standard. ISO 2394: General principles on reliability for structures. 2015.
• [3] ASTM International Standard. D 3350: Standard Specification for Polyethylene Plastics Pipe and Fittings Materials. 2014.
• [4] K. Bortel, “Wpływ wybranych czynników na trwałość rur z tworzyw termoplastycznych”, Przetwórstwo Tworzyw, 2011, vol. 17, no. 6, pp. 559-566.
• [5] Y.G. Hsuan, R.M. Koerner, “Antioxidant Depletion Lifetime in High Density Polyethylene Geomembranes”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 1999, vol. 124, pp. 532-541.
• [6] E. Kuliczkowska, A. Kuliczkowski, B. Tchórzewska-Cieślak, “The structural integrity of water pipelines by considering the different loads”, Engineering Failure Analysis, 2020, vol. 118, pp. 1-11, DOI: 10.1016/j.engfailanal.2020.104932.
• [7] A.H. Awad, A.A. Abd El-Wahab, R. El-Gamsy, M.H. Abdel-Latif, “A study of some thermal and mechanical properties of HDPE blend with marble and granite dust”, Ain Shams Engineering Journal, 2019, vol. 10, pp. 353-358, DOI: 10.1016/j.asej.2020.02.001.
• [8] X.T. Zheng, X.H. Zhang, L.W. Ma, W. Wang, J.Y. Yu, “Mechanical characterization notched high density polyethylene (HDPE) pipe: Testing and prediction”, International Journal of Pressure Vessels and Piping, 2019, vol. 173, pp. 11-19, DOI: 10.1016/j.ijpvp.2019.04.016.
• [9] L-E. Janson, Plastics Pipes for Water Supply and Sewage Disposal, 4th ed. Stockholm: Borealis, 2003.
• [10] International Standard. ISO 13477: Thermoplastics pipes for the conveyance of fluids - Determination of resistance to rapid crack propagation (RCP) - Small-scale steady-state test (S4 test). 2008.
• [11] D. Castagnetti, E. Dragoni, G. ScireMammano, N. Fontani, I. Nuccini, V. Sartori, “Effect of sodium hypochlorite on the structural integrity of polyethylene pipes for potable water conveyance”, Proceedings of Plastic Pipes XIV, Budapest, 2008.
• [12] F. Majid, F.M. Elghorba, “Critical lifetime of HDPE pipes through damage and reliability models”, Journal of Mechanical Engineering and Sciences, 2019, vol. 13, pp. 5228-5241.
• [13] S. Vlase, D.D. Scarlatescu, M.L. Scutaru, “Stress Field in Tubes Made of High Density Polyethylene Used in Water Supply Systems”, Acta Technica Napocensis, 2019, vol. 62, pp. 273-280.
• [14] The Design Of Buried Thermoplastics Pipes. [Online]. Available: https://www.prik.pl/images/pdf/bibliografia/DesignOfBuriedPipesArecentUpdate-PDF.pdf. [Accessed: 24.11.2020].
• [15] S. MacKellar, “UKWIR National Mains Failure Database”, in Proceedings of the Plastic Pipes XIII. Washington, 2006.
• [16] S. Burn, P. Davis, T. Schiller, “Long-Term Performance Prediction for PVC Pipes”, AWWA Report 91092F, 2006.
• [17] M. Kwietniewski, J. Rak, Niezawodność infrastruktury wodociągowej i kanalizacyjnej w Polsce. Warszawa: Polska Akademia Nauk. Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej. Instytut Podstawowych Problemów Techniki, 2010.
• [18] “Flexible and rigid sewer pipes in Europe: Comparing performance and environmental impact”, Report on the TEPPFA-PLASTICS EUROPE. Sustainable Municipal Pipes Project, 2005.
• [19] European Standard. EN 12201: Polyethylene (PE) pipes for water supply, and for drainage and sewerage under pressure - dimensions. 2011.
• [20] International Standard. ISO 13761: Plastics pipes and fittings - Pressure reduction factors for polyethylene pipeline systems for use at temperatures above 20 degrees C. 2017.
• [21] S. Woliński, Podstawy Projektowania Konstrukcji”, in Budownictwo ogólne, Warszawa PWN, 2011.
• [22] M. Słowik, I. Skrzypczak, R. Kotynia, M. Kaszubska, “The Application of a Probabilistic Method to the Reliability Analysis of Longitudinally Reinforced Concrete Beams”, Procedia Engineering, 2017, vol. 193, pp. 273-280, DOI: 10.1016/j.proeng.2017.06.214.
• [23] J. Szyszka, J. Kogut, I. Skrzypczak, W. Kokoszka, “Selective Internal Heat Distribution in Modified Trombe Wall”, IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2017, vol. 95, no. 4, DOI: 10.1088/1755-1315/95/4/042018.
• [24] International Standard ISO 12162: Thermoplastics materials for pipes and fittings for pressure applications - Classification, designation and design coefficient. 2009.
• [25] M. Bournonville, J. Dahnke, D. Darwin, “Statistical Analysis of the Mechanical Properties and Weight of Reinforcing Bars”, Structural Engineering and Engineering Materials, SL 04-1, 2004.
• [26] M. Kwietniewski, K. Miszta-Kruk, ”Unreliability of Water Supply Networks in the Polish Towns Based on the Field Reliability Tests”, in Proceedings of The European Safety And Reliability Conference, Esrel, Troyes France, 2011.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).