Теоретическая кольцевая жесткость трубы опреде¬ляется по формуле:
SN= Eo./d³                                         (1)
где: Еп - кратковременный модуль упругости мате¬риала трубы, кН/м2;
/ - момент инерции профиля стенки трубы на еди¬ницу длины, м4/м;
d - диаметр по центру тяжести профиля стенки трубы, м;
d-d,+ 2-у                                      (2)

где:
d, - внутренний диаметр трубы, м;
у - расстояние до центра тяжести профиля стенки трубы, м.

Момент инерции и расстояние до центра тяжести профиля должны рассчитываться производителем труб и предоставляться заказчику как справочная информация. При отсутствии данных у производителя следует производить расчет этих параметров само-стоятельно, используя соотношения теоретической механики и сопротивления материалов.

В Приложении Д свода правил СП 40-102-2000 приводится несколько иная формула (Д.8) для определения кольцевой жесткости, в которой помимо прочих величин фигурирует толщина стенки трубы S. Возникает логичный вопрос: какую величину следует принимать за толщину стенки применительно к расчету профилированных труб? В этом случае следует предварительно определить эквивалентную толщину стенки, подставив справочное значение момента инерции в формулу Д.9. Используя полученную величину, можно производить дальнейший расчет кольцевой жесткости и деформаций как для гладкой трубы с тем же наруж-ным диаметром, что и у профилированной.

Ошибочным является мнение о том, что именно класс кольцевой жесткости определяет прочностные свойства трубы при её прокладке в грунте, т.к. его значение определяется без учета бокового отпо¬ра. В действительности прочность подземного полимерного трубопровода в большей степени зависит от модуля деформации грунта засыпки в пазухах траншеи и степени его уплотнения. Примерные значения модуля деформации Егр различных типов грунтов в зависимости от степени уплотнения следует принимать по Таблице 28 Пособия по проектированию технологических трубопроводов из пластмассовых труб (к СН 550-82).

Также стоит отметить, что СП 40-102-2000 не регламентирует предельно допустимое значение деформации труб, что в некоторых случаях влечет за собой сомнительные результаты расчетов. Так, например, при выполнении условия прочности по формуле Д.1 относительное уменьшение вертикального диаметра, вычисляемое по формуле Д.5, может составлять до 12%.

В соответствии с п. 6.4 Пособия к СН 550-82 рекомендуется принимать следующие предельные значения овализации поперечного сечения: для труб из полиэтилена - 5%, а из полипропилена - 4%. В случае, если расчетное значение овализации оказывается больше допустимого, следует повторить расчет, выбрав трубу с более высоким классом кольцевой жесткости или, что наибо-лее предпочтительно, грунт засыпки с большим модулем деформации.

Рассмотрим пример. Необходимо определить класс кольцевой жесткости труб КОРСИС из полиэтилена номинальным наружным диаметром 500 мм при заложении на глубину 6 м до верха трубы. Местный грунт с удельным весом Y=18 кН/м³. Транспортная нагрузка и нагрузка от грунтовых вод отсутствуют.

Сначала произведем расчет для трубы КОРСИС с классом кольцевой жесткости SN4. Исходные данные: Е0=800 МПа, N0,642 см⁴/см, грунт засыпки пазух - пылеватый песок (Еф=5 МПа, Ку=0,92).

Расчёты показывают, что при выполняющемся условии прочности степень овализации ф составляет 6,5%, что больше допустимого значения 5% для полиэтилена.

Теперь выберем трубу КОРСИС с классом кольцевой жесткости SN8. Исходные данные те же, за исключением момента инерции: 1=0,848 см⁴/см. В этом случае степень овализации составит 6,3%, что лишь немногим меньше предыдущего результата. Условие прочности трубопровода при этом также выполняется.

Затем вновь произведем расчет для трубы КОРСИС SN4. но с измененными данными по грунту засыпки: выбираем песок средней крупности (Егр=16 МПа, Ку=0,95). Расчёты показывают, что степень овализации поперечного сечения ф составляет всего 3,5%, что меньше допустимого значения. При этом условие прочности по-прежнему выполняется.

Данный пример наглядно иллюстрирует приведенное выше утверждение о том, что именно характеристики грунта засыпки пазух траншеи главным образом определяют прочность подземного трубопровода. Отсюда вытекает логичный вывод: для того, чтобы обеспечить долговременную прочность и безаварийную работу трубопровода, необходимо обеспечить его качественную обсыпку с оптимальной степенью уплот¬нения. Немаловажную роль при этом играет контроль качества уплотнения грунта, который должен производится в обязательном порядке не более, чем через каждые 50 м по длине трубопровода. Общие рекомендации по технологии обсыпки труб, уплотнения грунта и методы контроля приведены в ТР 73-98 НИИМосстроя. Особое внимание следует уделять обсыпке трубопровода при его прокладке под дорогами ввиду дополнительных нагрузок от транспорта. В большинстве случаев при этом проектом предусматривается применение бетонного футляра в соответствии с требованиями СНиП 2.04.03-85. Однако при относительно больших глубинах заложения, соответствующем качестве уплотнения грунта и высоком классе кольцевой жесткости трубы это не всегда оправдано (кроме дорог I и II категорий).

Согласно Пособию к СН 550-82 для трубопроводов различного назначения всех диаметров, прокладываемых под автомобильными дорогами, следует принимать нагрузку от колонн автомобилей Н-30 или от колесного транспорта НК-80, в зависимости от того, какая из этих нагрузок оказывает большее силовое воздействие на трубопровод (рис. 3).

В дальнейших расчетах будем принимать нормативную нагрузку НК-80 по ГОСТ Р 52748-2007. При этом нормативное давление на трубопровод диаметром 500 мм при глубине заложения 1 м составит 7,5 т/м² (0,073 МПа), а при глубине заложения 6 м - 0,86 т/м² (0,008 МПа). Если подставить получен¬ные из графиков значения в прочностной расчет получим, что для трубы КОРСИС-ПРО SN16 (Е0=И50 МПа. 1=0,848 см⁴/см) относительное уменьшение наружного диаметра составит 3,1% и 3,6% (для глубин заложения 1 и 6 м соответственно; Егр=16 МПа) при выполняющемся условии прочности. Следует отметить, что условие устойчивости оболочки трубы против действия сочетания нагрузок (Д.17) также выполняется.

Произведенный расчет показывает, что воздействие транспортной нагрузки на трубопровод даже на предельно малых глубинах заложения может быть сведено к минимуму путем обеспечения качественной обсыпки трубы с соответствующей степенью уплотнения и выбора трубы с более жесткой оболочкой. Помимо этого, полученные результаты говорят о том, что с увеличением глубины заложения воздействие транспортной нагрузки снижается и влияет на прочность полимерного трубопровода в незначительной степени на глубине более 4 м, при которой применение футляра для дорог III категории и ниже в большинстве случаев является неоправданным.

Однако даже при верно произведенных проектных работах встречаются случаи укладки труб с грубейшими нарушениями технологии, такими как засыпка труб местными крупнообломочными грунтами, недостаточная степень уплотнения грунта в пазухах траншеи или отсутствие уплотнения как такового, отсутствие контроля степени уплотнения грунта, отсутствие подготовленного основания под трубопровод и др. Все это является следствием недостаточного практического опыта строителей и отсутствия необходимой техники и оборудования и ведет к неминуемому преждевременному выходу трубопровода из строя.

Подводя итог, еще раз отметим важнейшие проблемы, препятствующие широкому внедрению профилированных труб для безнапорных сетей водоотведения и канализации в России: