مقاوم‌سازی لوله‌های زیرزمینی با FRP
شهر تهران با وسعت حدود بیش از ۱۰۰۰ کیلومتر مربع و جمعیتی بالای ۱۰ میلیون نفر در جوار رشته کوههای البرز قرار دارد. بدلیل قرار گرفتن این شهر روی گسل‌های متعدد و با توجه به سوابق تاریخی موجود در خصوص لرزه‌خیزی تهران و حوادث مختلفی که ناشی از بروز زمین‌لرزه، بوقوع پیوسته است، این شهر همیشه در معرض بروز زمین لرزه قرار دارد.
هنگام زلزله خسارات زیادی به سیستمهای خط لوله مدفون وارد کرده و این خسارات مشکلات فراوانی را در زندگی روزمره سبب شده است. از انجا که خطوط لوله در سطح وسیعی گسترد بوده و در برخی مناطق الزاما از نواحی دارای گسل عبور می کنند.لذا مطالعه بهسازی خطوط لوله در نواحی دارای گسلها از اهمیت خاصی برخوردار است. بارگذاری ناشی از وقوع زمین لرزه به صورت تغییر مکان گسل به لوله اعمال شده، که در نتیجه آن این تغییر مکان باعث ایجاد نیرو و تنش در خطوط لوله مدفون می‌شود.
شکست خط لوله مدفون به صورت شکست ناشی از اندر کنش نیروی محوری و گشتاور خمشی است. حساسیت پارامترهای طراحی در شکست خط لوله باید مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج آنالیز نشان می دهد که با افزایش تغییر مکان گسل، افزایش قطر لوله، افزایش عمق دفن لوله، افزایش زاویه اصطکاک بین خاک و لوله به ناحیه شکست خود نزدیکتر می‌گردد. در این مقاله ضمن تشریح وضعیت کنونی تصفیه خانه و تاسیسات آب شرب شهر تهران، مقدار آسیب پذیری آنها در زلزله تشریح می‌گردد، و اقدامات مورد نیاز در جهت تعمیرات پیشگیرانه و مقاوم سازی لرزه ای ارائه می‌شود.
شبکه های توزیع آب شهری و مجراهای تخلیه پسآب مدفون، از شریانهای حیاتی جامعه شهری می‌باشند که بروز آسیب در آنها از یک سو لطمه اقتصادی قابل توجه در بر داشته و از سوی دیگر می‌تواند منجر به بروز صدمات و خسارات گسترده شود.
تغییر شکل‌های بزرگ ناشی از شکست شیبها، زلزله، حرکت گسلها و شناور شدن لوله‌ها در ترانشه‌های کم عمق صدمات عمده‌ای در شبکه خطوط لوله مدفون به وجود آورده است. در خطوط جمع اوری فاضلاب نیز بیرون زدگی منهولها بیشترین موردی است که پس از وقوع زلزله در نقاط مختلف از جمله زلزله کوبه ژاپن مشاهده می‌شود. به علت گسترده بودن خطوط لوله مدفون در جوامع شهری از جمله شهر تهران که به واقع این خطوط کلاف سردر گمی را تشکیل داده‌اند که عومل مختلف ایجاد کننده خرابی در خطوط لوله بایستی در طراحی خطوطی لوله مدفون در نظر گرفته شود.
با توجه به طول عمر خطوط لوله زیرزمینی و مدت زمان بهره‌برداری در شرایط محیطی و نیز تغییرات آئین‌نامه ها لزوم بهسازی، مقاوم‌سازی، تعمیرات پیشگیرانه این خطوط در برابر عوامل مخرب حیاتی است. یکی از پدیده‌های مخرب بر روی خطوط لوله حرکت گسل است. در طی سالهای گذشته، محققان بسیاری در زمینه تاثیر حرکت فعال گسل بر روی خطوط لوله مدفون مطالعه کرده اند. بدیهی است که قابل استفاده بودن خطوط لوله پس از حرکت گسل نیاز به قابلیت تغییر شکل غیرالاستیک بدون ایجاد خرابی دارد.
در شهر تهران که ره طور عمده بر روی سه گسل عمده قرار گرفته است ضرورت در نظر گرفتن محل گسلها و بکارگیری اتصالات قابل انعطاف بیش از پیش اهمیت دارد.
زمین لرزه ممکن است باعث ایجاد خسارات شدیدی به تاسیسات آبی یک شهر شود. آمار و گزارشات متعددی از سراسر دنیا در خصوص حصول خسارات شدید ناشی از بروز حوادث روی خطوط حیاتی (Lifelines ) تاسیسات مختلف منجمله تاسیسات آب و گاز و برق و مخابرات بعد از وقوع یک زمین لرزه با شدت بالا وجود دارد.
چنین گزارشاتی از زمان وقوع زمین‌لرزه سال ۱۹۰۶ در سانفرانسیسکوی آمریکا تا کنون در دسترس می‌باشد. در این زمین‌لرزه خسارات شدیدی به تاسیسات تصفه آب و خطوط لوله انتقال شهر وارد گردید، که باعث عدم تامین آب شرب شهر و آتش‌سوزی‌های متعدد در سطح شهر بعد از وقوع زمین‌لرزه شد. در گزارش دیگری موضوع زمین‌لرزه بزرگ شهر مکزیکوسیتی در سپتامبر سال ۱۹۸۵ مطرح شده است. در این زمین‌لرزه که منجر به جابجایی وسیعی از اراضی شده است ضمن تخریب مخازن آب شرب و تصفیه‌خانه، خطوط اصلی لوله آب شرب نیز دچار شکستگی شد و در نتیجه آن بیش از ۴ میلیون نفر به مدت سه هفته فاقد آب آشامیدنی بوده‌اند.
در سال ۱۹۹۴ در زمین لرزه Northridge کالیفرنیا نیز تاسیسات تهیه آب شرب از جمله تاسیسات تصفیه و خطوط لوله اصلی انتقال و توزیع آب به دلیل تخریب دائمی زمین دچار شکستگی شدند.
در سال ۱۹۹۵ در زمین لرزه شهر کوبه ژاپن در مخازن نگهداری و شبکه توزیع آب شهری به دلیل تخریب زمین و تکان زیرزمینی بیش از ۲۰۰۰ مورد شکستگی، تخریب لوله‌ها و تاسیسات آب شربشهر گزارش شده است. همچنین اثر زمین‌لرزه بر منهولها به طوری بوده که باعث بیرون زدگی منهولها در سرتاسر منطقه زلزله زده شده است.
آسیب‌پذیری لوله کشی‌ها به هنگام زلزله از چند جنبه حائز اهمیت است، اول انکه برای مثال قطع جریان در شاه لوله‌های آب به واسطه شکستگی‌ها می‌تواند جان بازماندگان زلزله را به خطر بیاندازد. شکست و انفجار در لوله های گاز طبیعی می‌تواند باعث آتش‌سوزی‌های وسیع گردد. در صورت آسیب دیدن لوله‌ها و شبکه‌ها‌ی جمع‌آوری فاضلاب بوی تعفن منطقه آسیب دیده را فرا گرفته و احتمال شیوع بیماریهای عفونی پس از زلزله وجود دارد.
با توجه به مطالب گفته شده اهمیت تعمیرات پیشگیرانه و مقاوم سازی و تقویت شریانهای حیاتی و مجاری مدفون شهر تهران بیش از پیش آشکار می‌گردد.
تحقیقات نشان داده است که عوامل موثر بر مقدار ظرفیت مقاومت لوله مدفون در برابر حرکت گسل به پارامترهای خاک، زاویه برخورد لوله با گسل، طول لغزش، خواص مواد، شکل‌پذیری و غیره بستگی دارد. ضمنا با کم کردن مقاومت طولی خاک در برابر حرکت لوله، مقاومت لوله بالا می‌رود.
*کندی (Candi) با در نظر گرفتن فشار پاسیو خاک به صورت یکنواخت و استفاده از تئوری افت بزرگ روش جدیدی ارائه داد. در این روش فرض شده است که خطوط لوله به شکل یک کابل نرم رفتار می‌کند که با توجه به سازگاری تغییر شکل لوه به صورت یک منحنی با انحنا ثابت تغییر شکل می‌دهد. برای اعمال تعادل فقط از یک نیروی محوری کششی در نقطه انحنا استفاده کرده و از مقاومت نرمی لوله صرف نظر گردید.
توجه به این نکته الزامی است که حذف صلبیت خمشی فرض شده در این مدل شرایط تعادل را ارضا نکرده و باعث ایجاد فشار در خطوط لوله می‌شود. فرض دیگر کندی این است که نقاط دور از محدوده انحنادار به صورت مماسی به خطوط تغییر شکل نیافته لوله متصل می‌شوند که مشابه رفتار یک تیر روی بستر الاستیک می‌باشد.
* نیمان آزمایشات متعددی در موضوع مقاومت خاک در برابر حرکت افقی لوله‌ها انجام داده است. نتایج آزمایشات نشانگر این نکته است که، مقاومت پاسیو خاک حول محیط لوله یکنواخت نیست و بسیار بیشتر از فشار استاتیکی زمین می‌باشد. و نیز نشان دادند که رابطه بین فشار خاک و تغییر مکان غیرخطی است و در مقادیر بیشتر فشار زمین، افزایش بیشتری از تغییر مکان دیده می‌شود.
* وانگ ویه یک مدل تحلیل ارائه داده است که در آن تاثیر حرکت بزرگ گسل بر روی خطوط لوله مدفون بصورت آنالیز استاتیکی و بر پایه تئوری تغییر شکل‌های بزرگ استوار شده است. بر خلاف مدل‌های قبلی که شکست لوله را به صورت شکست کششی محوری در نقطه تماس گسل با خط لوله در نظر می‌گرفتند در این مدل شکست به صورت اندرکنش نیروی محوری و گشتاور خمشی منظور شده است. آنها همچنین انحنا خط لوله را با شعاع ثابت در نظر گرفته‌اند. نتایج نشان می‌دهد که اغلب موارد شکست در حالت اندرکنش نیروی محوری ولنگر خمشی است.
با این حال مطالعات اوله نشان داد هر چه حرکت گسل بزرگتر باشد، طول قسمت تغییر شکل یافته لوله نیز بلندتر خواهد بود. لذا باید ناحیه تغییر شکل پذیر را بزرگتر در نظر گرفتو در صورت استفاده از اتصالات انعطاف‌پذیر یا ریل در طول خطوط باید مقدار تغییر مکان را بیشتر در نظر گرفت.
در این مدل تغییر شکل لوله در تقاطع با گسل با عنایت به تاثیر نیوری زلزله بر روی خط لوله مورد توجه قرار می‌گیرد. این نیرو به صورت جابجایی زمین، ناشی از حرکت گسل ظاهر می‌شود و باعث ایجاد تغییر شکل در خط لوله می گردد. این تغییر شکل، نیروی گشتاور خمشی در طول خط لوله ایجاد می‌کند.
برای یک لوله مدفون در ارتباط با حرکت بزرگ ناشی از گسل، در نظر گرفتن فشار مقاوم خاک اطراف لوله به عنوان فشار طولی مقاومت کننده در برابر حرکت لوله معقول به نظر می‌رسد.
راهکارهایی که برای شناخت هرچه بیشتر نقاط بحرانی پیشنهاد می‌گردد، عبارتند از:
به طور کلی خسارت های وارده به شبکه های لوله‌کشی ناشی از زلزله را می توان به سه دسته کلی تقسیم نمود که عبارتند از:
رفتار صحیح و قابل قبول سیستمخای لوله کشی به هنگام زلزله بستگی به سلامت و کیفیت عوامل اساسی و کلیدی زیر دارد:
چرا عایق رطوبتی دیوار مهم است؟ نکاتی برای جلوگیری از نفوذ رطوبت اهمیت استفاده از…
عایق ساختمانی چیست و چرا اهمیت دارد؟ عایق ساختمانی مجموعه‌ای از مواد و روش‌هاست که…
تعرفه عایق‌سازی ساختمان: هزینه‌ها را بشناسید و صرفه‌جویی کنید! عایق کاری ساختمان به‌عنوان راهکاری برای…
چگونه از نفوذ آب در شرایط فشار بالا جلوگیری کنیم؟ فشارهای وارده به ساختمان که…
آب بندی فشار مثبت بتن چیست؟ آب‌بندی بتن به مجموعه اقداماتی اطلاق می‌شود که با…
وال مش چیست و چرا به صنعت ساخت و ساز معرفی شد؟ اولین دلیل روی…