ISO/TR 9080:1992
(Main)Thermoplastics pipes for the transport of fluids — Methods of extrapolation of hydrostatic stress rupture data to determine the long-term hydrostatic strength of thermoplastics pipe materials
Thermoplastics pipes for the transport of fluids — Methods of extrapolation of hydrostatic stress rupture data to determine the long-term hydrostatic strength of thermoplastics pipe materials
The two methods described are applicable to all known types of thermoplastics and cross-linked thermoplastics pipes at any temperature and to any practicable test medium. They were developed on the basis of test data from pipes of relatively small sizes. The pipe sizes to be tested are specified in the relevant product standard.
Tubes thermoplastiques pour le transport des fluides — Méthode d'extrapolation des essais de rupture sous pression, en vue de la détermination de la résistance à long terme des matières thermoplastiques pour les tubes
Plastomerne cevi za transport tekočin - Metode ekstrapolacije podatkov o prelomih, nastalih zaradi hidrostatične obremenitve, za določitev dolgotrajne hidrostatične trdnosti plastomernih materialov za cevi
General Information
Relations
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Standards Content (Sample)
TECHNICAL
ISOITR
REPORT
9080
First edition
1992-07-15
Thermoplastics pipes for the transport of
fluids - Methods of extrapolation of hydrostatic
stress rupture data to determine the lang-term
hydrostatic strength of thermoplastics pipe
materials
Tubes thermoplastiques pour Ie transport des fluides - lWthodes d’extrapolation
des essais de rupture sous Pression, en vue de Ia determination de Ia r&istance A
long terme des matieres thermoplastiques pour les tubes
Reference number
ISO/TR 9080 : 1992 (E)
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ISO/TR 9080 : 1992 (E)
0 ISO 1992
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International Organization for Standardization
Case postale 56 l CH-121 1 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
2
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ISO/TR 9080 : 1992 (EI
Page
Contents
4
Foreword . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
5
0.1 General principles . . . . . . . . . .
7
0.2 Use of the methods . . . . . . .
10
1 Scope .
10
2 Normative references
.................................................
10
3 Definitions, Symbols and abbreviations .
12
4 Acquisition of test data .
4.1 Test conditions 12
.................................................
4.2 Distribution of pressure levels . 12
13
5 Procedure .
13
5.1 Selection of method for data gathering and analysis .
5.2 Methodl . 13
19
5.3 Methodll .
21
6 Testreport .
Annexes
23
A Flow sheet for method I
..............................................
28
B Calculation of linear regression.
........................................
37
C Test for lack-of-fit to validate linearity .
40
D Detection of the presence of a knee .
......... 43
E Estimation of the equation coefficients for method I by curve fitting
...... 55
F Estimation of the equation coefficients for method I by linear regression
Curve fitting to burst pressure data from thermoplastics materials . 56
G
3
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ISO/TR 9080 : 1992 (E)
ISO (the International Organization for Standardization) is a world-wide
federation of national Standards bedies (ISO member bodies). The work of
preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Esch member body interested in a subject for which a
technical committee has been established has the right to be represented on
that committee. International organizations, governmental and non-
governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO
collaborates closely with the International Electrotechnical Commission
(IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The main task of ISO technical committees is to prepare International
Standards. In exceptional circumstances a technical committee may propose
the publication of a Technical Report of one of the following types:
- type 1,
when the required support cannot be obtained for the
publication of an International Standard, despite repeated efforts;
- type 2, when the subject is still under technical development or
where for any other reason there is the future but not immediate
possibility of an agreement on an International Standard.
- type 3, when a technical committee has collected data of a different
kind from that which is normally published as an International Standard
.
("state of the art"), for example).
Technical Reports of types 1 and 2 are subject to review within three years
of publication, to decide whether they tan be transformed into
International Standards. Technical Reports of type 3 do not necessarily
have to be reviewed until the data they provide are considered to be no
longer valid or useful.
ISO/TR 9080, which is a Technical Report of type 2, was prepared by
Technical Committee ISWTC138 "Plastics pipes, fittings and valves for the
transport of fluids".
This Technical Report is the result of considerable discussion within task
group 10 of working group 5 of technical committee 138 of the International
Organization for Standardization (ISO) (referred to hereafter as
ISO/TC138/WGWTGlO) which-'was entrusted with generation of the Report and
is an agreed compromise which incorporates features of several accepted
National procedures.
Furthermore it is emphasized that these Standard extrapolation methods
(SEM) are not intended to be used to disqualify existing procedures to
arrive at design Stresses or allowable pressures for pipelines from
plastics materials nor to disqualify pipelines from materials proven by
such procedures which have shown to be satisfactory over long years of
experience. The SEM are generally meant to be used to qualify a material
for pipes by the introduction of such a material on the market.
At present the SEN are considered to be at a Stage where they need to be
tested with real data. Therefore the publication as a Technical Report,
was considered to be justified.
u??e 2,
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ISO/TR 9080 : 1992 (E)
The Committee wishes to have comments which will be based on analysis of
pipe stress rupture data using one or both of the procedures. By
generating constructive criticism the SEM tan be improved and, if
necessary, modif ied.
Comments of a general nature, for exaxnple, pertaining to the theoretical
basis for the concept of the SEM, are unlikely, at this Stage, to be
useful. Many such submissions have already been considered within the
study. The need is for pragrnatic appraisal of the proposals.
This document is beirigg issued in the type 2 Technical Report series of
publications (according to subclause G.6.2.2 of part 1 of the IEWISO
Directives) as a "prospective Standard for provisional application" in the
field of thennoplastics pipes for the transport of fluids because there is
an urgent need for guidance on how standards in this field should be used
to meet an identified need.
This document is not to be regarded as an "International Standard*'. It is
proposed for provisional application so that information and experience of
its use in practice may be gathered. Comments on the content of this
document should be sent to the ISO Central Secretariat.
A review of this type 2 Technical Report will be carried out not later than
two years after its publication with the Options of: extensions for
another two years; conversion into an International Standard; or
withdrawal.
Annexes A to F ferm an integral part of this Technical Report.
Annex G is
for information only.
Introduction
0.1 General principles
The suitability for use of a plastics pressure pipe is in the first
instance determined by the Performance under stress of its material of
construction taking into account the envisaged Service conditions (e.g.
temperature).
It is conventional to express this by means of the hoop stress to which a
plastics pipe made of the material under consideration is expected to be
able to withstand fifty years at an ambient temperature of 20 *C, using
water as the test environment.
In certain cases it is necessary to estimate the value for this hoop stress
at either shorter life times or higher temperatures, or on occasion both.
The methods given in this report are designed to meet the needs for both
estimations. The result obtained will generally indicate the average
expected value of hoop stress which tan Cause failure in the stated time at
a stated temperature (the ultimate hoop stress).
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ISO/TR 9080 : 1992 EI
In most cases it 1s necessary to obtaln a design value rather than the
ultimate value, therefore it is necessary to def ine an appropriate factor
taking into account other relevant material properties as weil as aspects
of the specific application envisaged.
This technical report provides a definitive procedure incorporating
extrapolation by using test data at different temperatures, analysed by
curve fitting techniques in conjunction with linear regression analysis.
Those curve fitting techniques are of mathematical Character, but the
formula used is based on the Eyring deviation of so-called rate processes
(see amex G).
In Order to assess the predictive value of the model used, it has been
considered necessary to make use of the estimated 97,5 % lower confidence
limit where the 97,s % lower confidence limit is equivalent with the lower
confidence limit of the 95 % confidence interval. This convention is used
in the mathematical calculations to be consistent with literature. This
aspect has necessitated the use of statistical techniques. It is
recognized that such procedures previously have not been specifically
quantified and it is presumed this will be accounted for within the
consideration of the choice of the value of the factor to be used to
convert the ultimate circumferential stress to a design stress.
The methods tan provide a systematic basis for the interpolation of stress
rupture characteristics at working life temperature conditions different
from the conventional 50 years at 20 OC.
These methods are not applicable if any Chemical attack or degradation
effect, such as Oxidation or consummation of additives such as stabilisers
or anti-oxidants, has been found to occur during the pipe testing
Programme.
It is essential that the medium used for pressurizing the pipe has no other
In general water is considered to be such a medium.
effect. The effect of
Chemical attack on plastics pressure pipes is a subject of study by
ISO/TC138/SC3.
The study necessary to prepare a 'Standard extrapolation method' (SEM) has
been undertaken by members of ISO/TC138/WG5/TGlO, which was first convened
as an ad hoc group of WG5 in March 1976.
Hembership included invited
individual experts from France, Germany, the Netherlands, Switzerland, the
United Kingdom and the United States of America.
In the course of the
deliberations it has studied the relevante of procedures identified by
Larson Eiiller and the Goldfein derivation for plastics, National Standards,
published technological Papers from different countries including the
United States of America, the United Kingdom, Canada, Germany, Sweden, the
Netherlands, France, and Switzerland. In addition specific statistical
tasks have been commissioned from experts in France, the Netherlands, the
United Kingdom, the United States of America and Finland. A total of over
200 working documents, the majority of which have been highly
technological, have been examined in the course of this study.
6
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ISO/TR 9080 : 1992 (EI
Lang consideration has been given to resolve which variable should be taken
to be the independent variable to calculate the lang-term hydrostatic
stress. The choice was between time and stress. The basic question to
which the method has to give an answer tan be formulated in two ways as
follows.
a) What is the maximum stress (or pressure) that a given pipe System
tan withstand at a given temperature for a defined time?
This question is answered if time is Chosen to be the independent
variable to calculate the long-term hydrostatic strength (%T&.
a pipe System last when subjected to a defined stress
b) How long will
(pressure) at a given temperature?
This question is answered if the stress (pressure) is Chosen as the
independent variable to calculate the lang-term hydrostatic strength
(?LTHS)*
Both Westions may be asked by users of existing pipe Systems and by
intending users, and of new Systems. Both questions have equal validity.
When the test data on the pipe under study do not show any scatter and when
the pipe material tan be described perfectly by the Chosen empirical model,
the regression with either time independent or stress independent will be
identical.
This is never so, because testing circumstances are never ideal
and the material will not be 100 'i; homogeneous, therefore ;Zhe observations
will show scatter. Moreover, the model is an idealisation. The calculated
regressions will not be identical and the differente between the calculated
values will increase as the scatter increases.
It tan be shown that the regression of log timo on log stress always gives
d lower,
more conservative, result than the regression of log stress on log
time, The choice between the two
caused by the scatter of the data.
methods of carrying out the regression analysis (time-independent or stress
independent) for the SEI4 should not allow a possibly unjustified optimistic
value.
Ir, Order
to achieve this all SEM calculations are made using stress as the
independent variable.
0.2 Use of the methods
0.2.1 These SEM methods are designed to meet basically two requirements.
These arc:
to estimate the mean hoop stress which a pipe made of the material
a)
under consideration is able to withstand for 50 years at an ambient
temperature of 20 OC using water as the test environment;
b) to estimate the value for the mean hoop stress at either shorter
iife times, or higher temperatures, or on occasion both.
7
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ISO/TR 9080 : 1992 (E)
0.2.2 There are several extrapolation models in existente, which have
different degrees of freedom or a different nuxnber of variables, as
indicated in figure 0.1. It was decided that the SEM will only consider
the models QI and QII, RI and RII as shown in figure 0.1.
In models RI and RII a fourth coefficient has been added. The addition of
this fourth coefficient inevitably leads to a better correlation
coefficient and lack-of-fit values, because of the additional degree of
freedom. It was necessary to add this fourth coefficient, because it has
been shown that for certain materials (PVC, PVC-C) this leads to better
fit.
For other materials (PE and PP) however, good fit is already reached with
the model with three coefficients. To add more coefficients will improve
the correlation, but leads to more uncertain extrapolation and has
therefore not adopted.
0.2.3 Method I of the SEM describes a method to estimate such a mean hoop
stress whether a knee is found or not, in accordance with models QI, QII,
RI and RII of figure 0.1.
This method is intended for new materials or for material5 not previously
evaluated for Pipe production.
0.2.4 Method II of the SEM describes a method for estimation of the hoop
stress at 50 years at a Chosen temperature for pipe materials and
variations thereof already widely used and under consideration in ISC/TU3&
for water and/or gas transport and for industrial pressure pipe
applications. This method tan only be used if model QI has shown to be
applicable.
0.2.5 The materials have to be tested in pipeform to enable the method to
be applied.
0.2.6 The end result of the SEM for a specific material is the value for
the lang-term hydrostatic strength (oLTHS) and lotrer confidewe Limit
(%CL)*
0.2.7 kiethods for use of the q,llHs
and/or %cL to arrive at allowable
design Stresses still have to be considered.
Service factors or safety factors have to be introduced.
A.n estimate for a safety factor taking into account the effects of testing
and estimating stress by extrapolation could be the ratio of the 97,5 &
lower confidence level (1.~1.) and the extrapolated mean hoop stress.
8
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ISO/TR 9080 : 1992 (E)
1. Models with Madels with
11.
constant dope discontinuous
Change of
PI
constant slope
PII :
L
jog t -
(1) log f = -Al -Br loga
log f =
-A-8 logo
(2) log t = 4, 8, logo
aI
aII
log k-A-; log 04;
(1) logt=-A --logst 5
' 7 r
82 C?
(2)logt=-A2-~10ga*~
RI
Rli
IT
1
7-2
1
T3
(21 7;
d
4
Cl
bgf=-A-f iog+Obgo (1) ~KJ f.-A,-+go+ T’D, log
(2) l@=-A,- ,81-1ogo+ [++o* log c
Figure 0.1: Scheme of material khaviour models
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TECHNICAL REPORT ISO/TR 9080 : 1992 (EI
Thermoplastics pipes for the transport of fluids -
Methods of extrapolation of hydrostatic stress rupture
data to determine the lang-term hydrostatic strength of
thermoplastics pipe materials
1 scope
This Technical Report describes methods for estimation of the lang-term
hydrostatic strength of thermoplastics materials.
The methods are applicable to all known types of thermoplastics cUld cross-
linked thermoplastics pipes at any temperature and to any practicable test
medium.
The methods were developed on the basis of test data from pipes of
relatively small sizes. The pipe sizes to be tested are specified in the
relevant product Standard.
These methods do not cover effects tiich are caused by Oxidation,
hydrolysis, or exhaustion of additives such as anti-oxidants within or
outside the testing times. If such effects occur, then other test methods
may be appropriate.
2 Normative references
The following Standards contain provisions which, through reference in this
text, constitute provisions of ISO/TR 9080. At the time of 'publication,
the editions indicated were valid. All Standards arc subject ts revision,
and Parties to agreements based on ISO/TR 9080 are encouraged to
investigate the possibility of applying the most recent editions of the
Standards listed below. Members of IEC and ISO maintain registers of
currentl;l valid international Standards.
ISO 1167 - 1973: Plastics pipes for the transport of fluids -
Determination of the resistance to intemal pressure
ISO 3126 - 1974: Plastics pipes - Measurement of dimensions
3 Definitions, symbols and abbreviations
E'or the purposes of this Technical Report, the following definitions apply:
3.1 intemal pressure (P): Forte per unit area exerted by the medium in
the Pipe.
3.2 stress (cr): Forte per unit area in the wall of the pipe in the hoop
The stress is denoted as D and derived
direction due to intemal pressure.
from the intemal pressure using the following equation:
p (%,max. - e,
*Sin.
10
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ISO/TR 9080 : 1992 (E)
where
is the maximum wean outside diameter;
4n ,REU.
wall thickness.
is the minimum
Sin.
3.3 test temperature ( T) : The temperature at which stress rupture data
have been determined.
The temperature at which the pipe will be
3.4 Service temperature (T,):
used.
3.5 fai1ur-e: Physical breakdown of pipe as manifested by ductile
splitting or weeping (Seepage of liquid through
bursting, brittle cracking,
the pipe krall) during testing.
3.6 time-temperature dependent hydrostatic strength (otTHS): A quantity
trith the dimensions of stress which tan be considered as a a property of
the material under consideration. It Ps denoted as:
%THS = O(T, log t, a)
where
7' is a temperature, in kelvins;
t is a time, in hours;
CT is a factor related to the Chance that a Pipe, made from the material
under study, will survive without failure during a time t when
submitted to a stress O, at a constant temperature.
NOTE - The atms is derived from the available test data by using one
of the methocis 1 or 11 in accordance with clause 5.
3.7 lang-texm hydrostatic strength (qTHS): A quantity with the
lower confidence limit (LCL)
dimensions of stress which represents the 50 %
for the lang-term hydrostatic strength and tan be considered as a property
of the material under consideration. It equals the mean (average) strength
or predicted (average) mean strength at a temperature T and a time t when
It is denoted as:
the factor ahas a value of 0,5 (see 3.6).
9n-E = O(T, log t, 0,s)
11
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3.8 luuer confidence limit long-tem hydrostatic strength (wL): A
quantity with the dimensions of stress which represents the 97,5 % lower
confidence limit of the lang-term hydrostatic strength and tan be
It equals
considered as a property of the material under consideration.
the mean (average) strength or predicted mean (average) strength at a
temperature Tand a time t when the factor LT has a value of 0,975 (see
3.6). It is denoted as:
%L = *(T, log t, 0,975)
3.9 knee: The transition Point between two probably different modes of
failure represented by a Change of slope on a log stress versus log time
plot of hydrostatic stress rupture data.
4 Acquisition of test data
4.1 Test conditions
The pipe stress rupture data shall be detemined using the procedure
described in ISO 1167 - 1973 except that in the case of conflict between
that Standard and the provisions of this SEM, the provisions of this SR-1
shall apply.
The pressure medium inside the pipe shall be water or any other liquid.
The
The outside environment shall be air, water or any other liquid.
inside medium and the outside environment shall be mentioned in the test
report. The inside and the outside environment shall be maintained within
2 1 OC, but preferably within -)- 0,5 OC of the test temperature during a
conditioning period, extending from 15 min before the beginning of the
test, and during the test period.
The mean outside diameter and minimum wall thickness of each pipe test
piece shall be determined in accordance with ISO 3126.
4.2 Distribution of pressure levels
For each selected temperature a minimum of 25 failure stress-time Points
above 10 h shall be obtained, spread over at least 5 pressure levels and
such that at each pressure level at least one failure Point is recorded.
(For statistical reasons it is recommended that more failure Points are
recorded at each pressure level.)
If possible, the pressure levels shall
be selected so that at least eight failures will occur between 10 h and
100 h, at least eight failures between 100 h and 1000 h and at least nine
failures above 1000 h; however, one shall have at least four of these
Points above 7000 h and at least one of these Points above 9000 h.
Test pieces which have not failed at the lowest pressure levels shall be
used in the calculations as failure Points if they increase the value of
if not then they shall be deleted.
%rHs '
NOTE -
To be aMe to take advantage of advanced statistical methods it is
recommended that the differentes between successive pressure levels is
arranged to follow the relationship :
(delta) log (stress) is constant.
12
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5 Procedure
5.1 Selection of method for data gathering and analysis
Select and perform a method of determination of a long-term hydrostatic
strength in the light of the following information.
TWO methods for obtaining the long-term hydrostatic strength, %THS, are
presented. They are designated as method 1, detailed in 5.2 and for which
a flow Chart is given in annex A, and method 11, detailed in 5.3.
Both methods are based on linear regression and supported as applicable by
reference to appropriate calculation details given in annex B and a
Validation test for linearity given in annex C. The choice of method may
be specified by a relevant product Standard in reference to this Technical
Report, and depends on the indication of a knee in the data Pattern, for
which a statistical test is provided in annex D,
and/or on the purpose of
the evaluation, as follows.
- Hethod 1 is the most complete and decisive method for determining burst
pressure characteristics. It requires observations at several temperatures
and times over one year or longer and is applicable whether or not
indications are found in the test data of the presence of a knee. The
consequent procedural alternatives are selected as indicated in annex h.
The risk that in the extrapolation range the real behaviour will deviate
from the predicted behaviour, e.g. because of another Change of slope in
the burst pressure characteristics, is considered to be minimal, althouyh
not Zero.
Method 1 is the appropriate method for detennining the burst
pressure characteristics of new materials.
- Hethod 11 is a method in which the required range of experiments is more
restricted in the number of temperature levels than in Method 1 and the
observations shall not show any sign of a knee. This method is more
suitable for testing new varieties of weil-known materials where the
polymer itself has not changed.
5.2 Hethod X
(See also annex A.)
5.2.1 Required test data
Qbtain test data in accordance with clause 4 and using at least three
temperatures TI, Tz, T3, . . . . where TI < T2 < T3 < . . . and the following
conditions also apply:
each pair of adjacent temperatures shall be separated by at least
a)
10 K;
b) the highest test temperature, Tm,,-, shall not exceed the glass
transition temperature minus 20 K in amorphous or predominantly
amorphous Polymers,
or the melting temperature minus 15 K in
crystalline or semi-crystalline Polymers;
the number of observations and the distribution of pressure levels
c)
per temperature shall comply with 4.2;
13
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ISO/TR 9080 : 1992 (E)
shall be selected taking into
d) the maximum test temperature, Tmax ,
account for each material the maximum temperature at which the material
tan be used and the highest possible test temperature;
e) the nurnber of observations of class 2 n2, as given in BA.2 of
annex B,
shall at least be 20.
NOTE -
TO obtain an optimal estimation of a %THS value, it is
recommended that the range in test temperatures is selected in such a
way that it covers the Service temperature or range in Service
temperatures.
5.2.2 Detection of a knee; Validation of data and model
5.2,2.1 Apply linear regression to the observations at eveq test
temperature separately and determine at every test temperature the slope of
the regression line and the stress at which 50 % and 2,5 % failure is
predicted after 50 years.
For the procedure to calculate these values, see B.3 of annex E.
5.2.2.2 If at one or more temperatures the slope of the regression line 3
is positive, consider the test data at that temperature or at those
temperatures unsuitable.
5.2.2.3 Apply the test fcr a knee in accordance with annex D.
If the
presence of a knee is confirmed, apply 5.2.4.
Otherwise apply 5.2.2.4.
5.2.2.4 If the ratlo of the slope of the regression line at the lowest
temperature, 4 and the slope of the regression line at the highest
min.
test temperature, 4 max , exceeds the value of three, i.e.:
.
er min.
>3
4 max.
consider this as the possible indication of a knee within the experimental
range and apply 5.2.4.
5.2.2.5 If the ratio of the 97,5 “0
lower confidence limit lang-term
hydrostatic strength, g(T log t 0 g75 at a time, tl, of one increment
in
log time, in hours, beyona the lbng&st
L
esting time and the lang-term
hydrostatic strength, o(T l. t o 5 at that time, both at the highest
temperature, to 0;
has a value &ua 9 iie low 0,85 i.e.:
14
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ISOITR 9080 : 1992 (E)
log t, 0,975)
dT*a.x . f
5 0,85
log t, OS)
dTmax . ’
consider this as a possible indication of a knee within the experimental
range of the highest test temperature data and apply 5.2.4.
5.2.2.6 Inspect, visually the time-to-failure/stress data Points when
plotted on a log (time)-log (stress) basir. If a knee appears to be
present, apply 5.2.4.
5.2.2.7 If the conditions given in 5.2.2.4, 5.2.2.5 and 5.2.2.6 were not
fulfilled, assume that there is no indication of the presence of a knee
r.:ithin the experimental range and apply 5.2.3.
5.2.3 Calculation of log %THs when no knee is found
5.2.3.1 In accordance with the relevant referring product specification or
otherwise based on the information given in 5.1 and armer: E, apply multiple
linear regression to find the coefficients A, B, C and D in one of the
following equations PJhere the procedure tc calculate these values fcr
equation (1) is outlined in E.4 and comparable calculations tan be made by
applying appropriate msthematicr to fcrmula (Ia).
log t = 4 - B log @WS + c . . .
- (1)
Ad A
.-
1 1
log t = -A - B log THS + c + D log <7LTHS
. . .
W)
T
r
If the values of A, E and C are not positive,
conrider the data unsuitabk
5.2.3.2 Calculate the mean strength, qT
log t,, C,5)l and the 97s “u
r
lotrer confidence limit (LCL) of the mean strength, o(T log t ,o g75), at a
life time te and a temperature 7'; and as outlined in B14, ande e&uatlon la
providing that extrapolation time limits given in 5.2.5 are complied with.
5.2.3.3 Apply the lack-of-fit test in accordance with annex C.
If the
hypothesis of linearity is rejected, reject the model used.
Reject a model if F > 20,
where F is the coefficient of lack-of-fit of the
model to the data.
If the linear model (models) is (are) not rejected, apply 5.2.3.4.
5.2.3.4 Choose the model with the lowest value for F (lack-of-fit) to
describe the experimental data.
With this model calculate the values for the qdms and %cL at vario
...
SLOVENSKI STANDARD
SIST ISO/TR 9080:1995
01-maj-1995
3ODVWRPHUQHFHYL]DWUDQVSRUWWHNRþLQ0HWRGHHNVWUDSRODFLMHSRGDWNRYR
SUHORPLKQDVWDOLK]DUDGLKLGURVWDWLþQHREUHPHQLWYH]DGRORþLWHYGROJRWUDMQH
KLGURVWDWLþQHWUGQRVWLSODVWRPHUQLKPDWHULDORY]DFHYL
Thermoplastics pipes for the transport of fluids -- Methods of extrapolation of hydrostatic
stress rupture data to determine the long-term hydrostatic strength of thermoplastics pipe
materials
Tubes thermoplastiques pour le transport des fluides -- Méthode d'extrapolation des
essais de rupture sous pression, en vue de la détermination de la résistance à long
terme des matières thermoplastiques pour les tubes
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO/TR 9080:1992
ICS:
23.040.20 Cevi iz polimernih materialov Plastics pipes
SIST ISO/TR 9080:1995 en
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
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SIST ISO/TR 9080:1995
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SIST ISO/TR 9080:1995
TECHNICAL
ISOITR
REPORT
9080
First edition
1992-07-15
Thermoplastics pipes for the transport of
fluids - Methods of extrapolation of hydrostatic
stress rupture data to determine the lang-term
hydrostatic strength of thermoplastics pipe
materials
Tubes thermoplastiques pour Ie transport des fluides - lWthodes d’extrapolation
des essais de rupture sous Pression, en vue de Ia determination de Ia r&istance A
long terme des matieres thermoplastiques pour les tubes
Reference number
ISO/TR 9080 : 1992 (E)
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ISO/TR 9080 : 1992 (E)
0 ISO 1992
All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any
means, electronie or mechanical, including photocopying and microfilm, without Permission in
writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case postale 56 l CH-121 1 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
2
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ISO/TR 9080 : 1992 (EI
Page
Contents
4
Foreword . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
5
0.1 General principles . . . . . . . . . .
7
0.2 Use of the methods . . . . . . .
10
1 Scope .
10
2 Normative references
.................................................
10
3 Definitions, Symbols and abbreviations .
12
4 Acquisition of test data .
4.1 Test conditions 12
.................................................
4.2 Distribution of pressure levels . 12
13
5 Procedure .
13
5.1 Selection of method for data gathering and analysis .
5.2 Methodl . 13
19
5.3 Methodll .
21
6 Testreport .
Annexes
23
A Flow sheet for method I
..............................................
28
B Calculation of linear regression.
........................................
37
C Test for lack-of-fit to validate linearity .
40
D Detection of the presence of a knee .
......... 43
E Estimation of the equation coefficients for method I by curve fitting
...... 55
F Estimation of the equation coefficients for method I by linear regression
Curve fitting to burst pressure data from thermoplastics materials . 56
G
3
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SIST ISO/TR 9080:1995
ISO/TR 9080 : 1992 (E)
ISO (the International Organization for Standardization) is a world-wide
federation of national Standards bedies (ISO member bodies). The work of
preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Esch member body interested in a subject for which a
technical committee has been established has the right to be represented on
that committee. International organizations, governmental and non-
governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO
collaborates closely with the International Electrotechnical Commission
(IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The main task of ISO technical committees is to prepare International
Standards. In exceptional circumstances a technical committee may propose
the publication of a Technical Report of one of the following types:
- type 1,
when the required support cannot be obtained for the
publication of an International Standard, despite repeated efforts;
- type 2, when the subject is still under technical development or
where for any other reason there is the future but not immediate
possibility of an agreement on an International Standard.
- type 3, when a technical committee has collected data of a different
kind from that which is normally published as an International Standard
.
("state of the art"), for example).
Technical Reports of types 1 and 2 are subject to review within three years
of publication, to decide whether they tan be transformed into
International Standards. Technical Reports of type 3 do not necessarily
have to be reviewed until the data they provide are considered to be no
longer valid or useful.
ISO/TR 9080, which is a Technical Report of type 2, was prepared by
Technical Committee ISWTC138 "Plastics pipes, fittings and valves for the
transport of fluids".
This Technical Report is the result of considerable discussion within task
group 10 of working group 5 of technical committee 138 of the International
Organization for Standardization (ISO) (referred to hereafter as
ISO/TC138/WGWTGlO) which-'was entrusted with generation of the Report and
is an agreed compromise which incorporates features of several accepted
National procedures.
Furthermore it is emphasized that these Standard extrapolation methods
(SEM) are not intended to be used to disqualify existing procedures to
arrive at design Stresses or allowable pressures for pipelines from
plastics materials nor to disqualify pipelines from materials proven by
such procedures which have shown to be satisfactory over long years of
experience. The SEM are generally meant to be used to qualify a material
for pipes by the introduction of such a material on the market.
At present the SEN are considered to be at a Stage where they need to be
tested with real data. Therefore the publication as a Technical Report,
was considered to be justified.
u??e 2,
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SIST ISO/TR 9080:1995
ISO/TR 9080 : 1992 (E)
The Committee wishes to have comments which will be based on analysis of
pipe stress rupture data using one or both of the procedures. By
generating constructive criticism the SEM tan be improved and, if
necessary, modif ied.
Comments of a general nature, for exaxnple, pertaining to the theoretical
basis for the concept of the SEM, are unlikely, at this Stage, to be
useful. Many such submissions have already been considered within the
study. The need is for pragrnatic appraisal of the proposals.
This document is beirigg issued in the type 2 Technical Report series of
publications (according to subclause G.6.2.2 of part 1 of the IEWISO
Directives) as a "prospective Standard for provisional application" in the
field of thennoplastics pipes for the transport of fluids because there is
an urgent need for guidance on how standards in this field should be used
to meet an identified need.
This document is not to be regarded as an "International Standard*'. It is
proposed for provisional application so that information and experience of
its use in practice may be gathered. Comments on the content of this
document should be sent to the ISO Central Secretariat.
A review of this type 2 Technical Report will be carried out not later than
two years after its publication with the Options of: extensions for
another two years; conversion into an International Standard; or
withdrawal.
Annexes A to F ferm an integral part of this Technical Report.
Annex G is
for information only.
Introduction
0.1 General principles
The suitability for use of a plastics pressure pipe is in the first
instance determined by the Performance under stress of its material of
construction taking into account the envisaged Service conditions (e.g.
temperature).
It is conventional to express this by means of the hoop stress to which a
plastics pipe made of the material under consideration is expected to be
able to withstand fifty years at an ambient temperature of 20 *C, using
water as the test environment.
In certain cases it is necessary to estimate the value for this hoop stress
at either shorter life times or higher temperatures, or on occasion both.
The methods given in this report are designed to meet the needs for both
estimations. The result obtained will generally indicate the average
expected value of hoop stress which tan Cause failure in the stated time at
a stated temperature (the ultimate hoop stress).
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SIST ISO/TR 9080:1995
ISO/TR 9080 : 1992 EI
In most cases it 1s necessary to obtaln a design value rather than the
ultimate value, therefore it is necessary to def ine an appropriate factor
taking into account other relevant material properties as weil as aspects
of the specific application envisaged.
This technical report provides a definitive procedure incorporating
extrapolation by using test data at different temperatures, analysed by
curve fitting techniques in conjunction with linear regression analysis.
Those curve fitting techniques are of mathematical Character, but the
formula used is based on the Eyring deviation of so-called rate processes
(see amex G).
In Order to assess the predictive value of the model used, it has been
considered necessary to make use of the estimated 97,5 % lower confidence
limit where the 97,s % lower confidence limit is equivalent with the lower
confidence limit of the 95 % confidence interval. This convention is used
in the mathematical calculations to be consistent with literature. This
aspect has necessitated the use of statistical techniques. It is
recognized that such procedures previously have not been specifically
quantified and it is presumed this will be accounted for within the
consideration of the choice of the value of the factor to be used to
convert the ultimate circumferential stress to a design stress.
The methods tan provide a systematic basis for the interpolation of stress
rupture characteristics at working life temperature conditions different
from the conventional 50 years at 20 OC.
These methods are not applicable if any Chemical attack or degradation
effect, such as Oxidation or consummation of additives such as stabilisers
or anti-oxidants, has been found to occur during the pipe testing
Programme.
It is essential that the medium used for pressurizing the pipe has no other
In general water is considered to be such a medium.
effect. The effect of
Chemical attack on plastics pressure pipes is a subject of study by
ISO/TC138/SC3.
The study necessary to prepare a 'Standard extrapolation method' (SEM) has
been undertaken by members of ISO/TC138/WG5/TGlO, which was first convened
as an ad hoc group of WG5 in March 1976.
Hembership included invited
individual experts from France, Germany, the Netherlands, Switzerland, the
United Kingdom and the United States of America.
In the course of the
deliberations it has studied the relevante of procedures identified by
Larson Eiiller and the Goldfein derivation for plastics, National Standards,
published technological Papers from different countries including the
United States of America, the United Kingdom, Canada, Germany, Sweden, the
Netherlands, France, and Switzerland. In addition specific statistical
tasks have been commissioned from experts in France, the Netherlands, the
United Kingdom, the United States of America and Finland. A total of over
200 working documents, the majority of which have been highly
technological, have been examined in the course of this study.
6
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SIST ISO/TR 9080:1995
ISO/TR 9080 : 1992 (EI
Lang consideration has been given to resolve which variable should be taken
to be the independent variable to calculate the lang-term hydrostatic
stress. The choice was between time and stress. The basic question to
which the method has to give an answer tan be formulated in two ways as
follows.
a) What is the maximum stress (or pressure) that a given pipe System
tan withstand at a given temperature for a defined time?
This question is answered if time is Chosen to be the independent
variable to calculate the long-term hydrostatic strength (%T&.
a pipe System last when subjected to a defined stress
b) How long will
(pressure) at a given temperature?
This question is answered if the stress (pressure) is Chosen as the
independent variable to calculate the lang-term hydrostatic strength
(?LTHS)*
Both Westions may be asked by users of existing pipe Systems and by
intending users, and of new Systems. Both questions have equal validity.
When the test data on the pipe under study do not show any scatter and when
the pipe material tan be described perfectly by the Chosen empirical model,
the regression with either time independent or stress independent will be
identical.
This is never so, because testing circumstances are never ideal
and the material will not be 100 'i; homogeneous, therefore ;Zhe observations
will show scatter. Moreover, the model is an idealisation. The calculated
regressions will not be identical and the differente between the calculated
values will increase as the scatter increases.
It tan be shown that the regression of log timo on log stress always gives
d lower,
more conservative, result than the regression of log stress on log
time, The choice between the two
caused by the scatter of the data.
methods of carrying out the regression analysis (time-independent or stress
independent) for the SEI4 should not allow a possibly unjustified optimistic
value.
Ir, Order
to achieve this all SEM calculations are made using stress as the
independent variable.
0.2 Use of the methods
0.2.1 These SEM methods are designed to meet basically two requirements.
These arc:
to estimate the mean hoop stress which a pipe made of the material
a)
under consideration is able to withstand for 50 years at an ambient
temperature of 20 OC using water as the test environment;
b) to estimate the value for the mean hoop stress at either shorter
iife times, or higher temperatures, or on occasion both.
7
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ISO/TR 9080 : 1992 (E)
0.2.2 There are several extrapolation models in existente, which have
different degrees of freedom or a different nuxnber of variables, as
indicated in figure 0.1. It was decided that the SEM will only consider
the models QI and QII, RI and RII as shown in figure 0.1.
In models RI and RII a fourth coefficient has been added. The addition of
this fourth coefficient inevitably leads to a better correlation
coefficient and lack-of-fit values, because of the additional degree of
freedom. It was necessary to add this fourth coefficient, because it has
been shown that for certain materials (PVC, PVC-C) this leads to better
fit.
For other materials (PE and PP) however, good fit is already reached with
the model with three coefficients. To add more coefficients will improve
the correlation, but leads to more uncertain extrapolation and has
therefore not adopted.
0.2.3 Method I of the SEM describes a method to estimate such a mean hoop
stress whether a knee is found or not, in accordance with models QI, QII,
RI and RII of figure 0.1.
This method is intended for new materials or for material5 not previously
evaluated for Pipe production.
0.2.4 Method II of the SEM describes a method for estimation of the hoop
stress at 50 years at a Chosen temperature for pipe materials and
variations thereof already widely used and under consideration in ISC/TU3&
for water and/or gas transport and for industrial pressure pipe
applications. This method tan only be used if model QI has shown to be
applicable.
0.2.5 The materials have to be tested in pipeform to enable the method to
be applied.
0.2.6 The end result of the SEM for a specific material is the value for
the lang-term hydrostatic strength (oLTHS) and lotrer confidewe Limit
(%CL)*
0.2.7 kiethods for use of the q,llHs
and/or %cL to arrive at allowable
design Stresses still have to be considered.
Service factors or safety factors have to be introduced.
A.n estimate for a safety factor taking into account the effects of testing
and estimating stress by extrapolation could be the ratio of the 97,5 &
lower confidence level (1.~1.) and the extrapolated mean hoop stress.
8
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ISO/TR 9080 : 1992 (E)
1. Models with Madels with
11.
constant dope discontinuous
Change of
PI
constant slope
PII :
L
jog t -
(1) log f = -Al -Br loga
log f =
-A-8 logo
(2) log t = 4, 8, logo
aI
aII
log k-A-; log 04;
(1) logt=-A --logst 5
' 7 r
82 C?
(2)logt=-A2-~10ga*~
RI
Rli
IT
1
7-2
1
T3
(21 7;
d
4
Cl
bgf=-A-f iog+Obgo (1) ~KJ f.-A,-+go+ T’D, log
(2) l@=-A,- ,81-1ogo+ [++o* log c
Figure 0.1: Scheme of material khaviour models
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SIST ISO/TR 9080:1995
TECHNICAL REPORT ISO/TR 9080 : 1992 (EI
Thermoplastics pipes for the transport of fluids -
Methods of extrapolation of hydrostatic stress rupture
data to determine the lang-term hydrostatic strength of
thermoplastics pipe materials
1 scope
This Technical Report describes methods for estimation of the lang-term
hydrostatic strength of thermoplastics materials.
The methods are applicable to all known types of thermoplastics cUld cross-
linked thermoplastics pipes at any temperature and to any practicable test
medium.
The methods were developed on the basis of test data from pipes of
relatively small sizes. The pipe sizes to be tested are specified in the
relevant product Standard.
These methods do not cover effects tiich are caused by Oxidation,
hydrolysis, or exhaustion of additives such as anti-oxidants within or
outside the testing times. If such effects occur, then other test methods
may be appropriate.
2 Normative references
The following Standards contain provisions which, through reference in this
text, constitute provisions of ISO/TR 9080. At the time of 'publication,
the editions indicated were valid. All Standards arc subject ts revision,
and Parties to agreements based on ISO/TR 9080 are encouraged to
investigate the possibility of applying the most recent editions of the
Standards listed below. Members of IEC and ISO maintain registers of
currentl;l valid international Standards.
ISO 1167 - 1973: Plastics pipes for the transport of fluids -
Determination of the resistance to intemal pressure
ISO 3126 - 1974: Plastics pipes - Measurement of dimensions
3 Definitions, symbols and abbreviations
E'or the purposes of this Technical Report, the following definitions apply:
3.1 intemal pressure (P): Forte per unit area exerted by the medium in
the Pipe.
3.2 stress (cr): Forte per unit area in the wall of the pipe in the hoop
The stress is denoted as D and derived
direction due to intemal pressure.
from the intemal pressure using the following equation:
p (%,max. - e,
*Sin.
10
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SIST ISO/TR 9080:1995
ISO/TR 9080 : 1992 (E)
where
is the maximum wean outside diameter;
4n ,REU.
wall thickness.
is the minimum
Sin.
3.3 test temperature ( T) : The temperature at which stress rupture data
have been determined.
The temperature at which the pipe will be
3.4 Service temperature (T,):
used.
3.5 fai1ur-e: Physical breakdown of pipe as manifested by ductile
splitting or weeping (Seepage of liquid through
bursting, brittle cracking,
the pipe krall) during testing.
3.6 time-temperature dependent hydrostatic strength (otTHS): A quantity
trith the dimensions of stress which tan be considered as a a property of
the material under consideration. It Ps denoted as:
%THS = O(T, log t, a)
where
7' is a temperature, in kelvins;
t is a time, in hours;
CT is a factor related to the Chance that a Pipe, made from the material
under study, will survive without failure during a time t when
submitted to a stress O, at a constant temperature.
NOTE - The atms is derived from the available test data by using one
of the methocis 1 or 11 in accordance with clause 5.
3.7 lang-texm hydrostatic strength (qTHS): A quantity with the
lower confidence limit (LCL)
dimensions of stress which represents the 50 %
for the lang-term hydrostatic strength and tan be considered as a property
of the material under consideration. It equals the mean (average) strength
or predicted (average) mean strength at a temperature T and a time t when
It is denoted as:
the factor ahas a value of 0,5 (see 3.6).
9n-E = O(T, log t, 0,s)
11
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ISO/TR 9080 : 1992 (EI
3.8 luuer confidence limit long-tem hydrostatic strength (wL): A
quantity with the dimensions of stress which represents the 97,5 % lower
confidence limit of the lang-term hydrostatic strength and tan be
It equals
considered as a property of the material under consideration.
the mean (average) strength or predicted mean (average) strength at a
temperature Tand a time t when the factor LT has a value of 0,975 (see
3.6). It is denoted as:
%L = *(T, log t, 0,975)
3.9 knee: The transition Point between two probably different modes of
failure represented by a Change of slope on a log stress versus log time
plot of hydrostatic stress rupture data.
4 Acquisition of test data
4.1 Test conditions
The pipe stress rupture data shall be detemined using the procedure
described in ISO 1167 - 1973 except that in the case of conflict between
that Standard and the provisions of this SEM, the provisions of this SR-1
shall apply.
The pressure medium inside the pipe shall be water or any other liquid.
The
The outside environment shall be air, water or any other liquid.
inside medium and the outside environment shall be mentioned in the test
report. The inside and the outside environment shall be maintained within
2 1 OC, but preferably within -)- 0,5 OC of the test temperature during a
conditioning period, extending from 15 min before the beginning of the
test, and during the test period.
The mean outside diameter and minimum wall thickness of each pipe test
piece shall be determined in accordance with ISO 3126.
4.2 Distribution of pressure levels
For each selected temperature a minimum of 25 failure stress-time Points
above 10 h shall be obtained, spread over at least 5 pressure levels and
such that at each pressure level at least one failure Point is recorded.
(For statistical reasons it is recommended that more failure Points are
recorded at each pressure level.)
If possible, the pressure levels shall
be selected so that at least eight failures will occur between 10 h and
100 h, at least eight failures between 100 h and 1000 h and at least nine
failures above 1000 h; however, one shall have at least four of these
Points above 7000 h and at least one of these Points above 9000 h.
Test pieces which have not failed at the lowest pressure levels shall be
used in the calculations as failure Points if they increase the value of
if not then they shall be deleted.
%rHs '
NOTE -
To be aMe to take advantage of advanced statistical methods it is
recommended that the differentes between successive pressure levels is
arranged to follow the relationship :
(delta) log (stress) is constant.
12
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SIST ISO/TR 9080:1995
ISO/TR 9080 : 1992 (E)
5 Procedure
5.1 Selection of method for data gathering and analysis
Select and perform a method of determination of a long-term hydrostatic
strength in the light of the following information.
TWO methods for obtaining the long-term hydrostatic strength, %THS, are
presented. They are designated as method 1, detailed in 5.2 and for which
a flow Chart is given in annex A, and method 11, detailed in 5.3.
Both methods are based on linear regression and supported as applicable by
reference to appropriate calculation details given in annex B and a
Validation test for linearity given in annex C. The choice of method may
be specified by a relevant product Standard in reference to this Technical
Report, and depends on the indication of a knee in the data Pattern, for
which a statistical test is provided in annex D,
and/or on the purpose of
the evaluation, as follows.
- Hethod 1 is the most complete and decisive method for determining burst
pressure characteristics. It requires observations at several temperatures
and times over one year or longer and is applicable whether or not
indications are found in the test data of the presence of a knee. The
consequent procedural alternatives are selected as indicated in annex h.
The risk that in the extrapolation range the real behaviour will deviate
from the predicted behaviour, e.g. because of another Change of slope in
the burst pressure characteristics, is considered to be minimal, althouyh
not Zero.
Method 1 is the appropriate method for detennining the burst
pressure characteristics of new materials.
- Hethod 11 is a method in which the required range of experiments is more
restricted in the number of temperature levels than in Method 1 and the
observations shall not show any sign of a knee. This method is more
suitable for testing new varieties of weil-known materials where the
polymer itself has not changed.
5.2 Hethod X
(See also annex A.)
5.2.1 Required test data
Qbtain test data in accordance with clause 4 and using at least three
temperatures TI, Tz, T3, . . . . where TI < T2 < T3 < . . . and the following
conditions also apply:
each pair of adjacent temperatures shall be separated by at least
a)
10 K;
b) the highest test temperature, Tm,,-, shall not exceed the glass
transition temperature minus 20 K in amorphous or predominantly
amorphous Polymers,
or the melting temperature minus 15 K in
crystalline or semi-crystalline Polymers;
the number of observations and the distribution of pressure levels
c)
per temperature shall comply with 4.2;
13
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SIST ISO/TR 9080:1995
ISO/TR 9080 : 1992 (E)
shall be selected taking into
d) the maximum test temperature, Tmax ,
account for each material the maximum temperature at which the material
tan be used and the highest possible test temperature;
e) the nurnber of observations of class 2 n2, as given in BA.2 of
annex B,
shall at least be 20.
NOTE -
TO obtain an optimal estimation of a %THS value, it is
recommended that the range in test temperatures is selected in such a
way that it covers the Service temperature or range in Service
temperatures.
5.2.2 Detection of a knee; Validation of data and model
5.2,2.1 Apply linear regression to the observations at eveq test
temperature separately and determine at every test temperature the slope of
the regression line and the stress at which 50 % and 2,5 % failure is
predicted after 50 years.
For the procedure to calculate these values, see B.3 of annex E.
5.2.2.2 If at one or more temperatures the slope of the regression line 3
is positive, consider the test data at that temperature or at those
temperatures unsuitable.
5.2.2.3 Apply the test fcr a knee in accordance with annex D.
If the
presence of a knee is confirmed, apply 5.2.4.
Otherwise apply 5.2.2.4.
5.2.2.4 If the ratlo of the slope of the regression line at the lowest
temperature, 4 and the slope of the regression line at the highest
min.
test temperature, 4 max , exceeds the value of three, i.e.:
.
er min.
>3
4 max.
consider this as the possible indication of a knee within the experimental
range and apply 5.2.4.
5.2.2.5 If the ratio of the 97,5 “0
lower confidence limit lang-term
hydrostatic strength, g(T log t 0 g75 at a time, tl, of one increment
in
log time, in hours, beyona the lbng&st
L
esting time and the lang-term
hydrostatic strength, o(T l. t o 5 at that time, both at the highest
temperature, to 0;
has a value &ua 9 iie low 0,85 i.e.:
14
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SIST ISO/TR 9080:1995
ISOITR 9080 : 1992 (E)
log t, 0,975)
dT*a.x . f
5 0,85
log t, OS)
dTmax . ’
consider this as a possible indication of a knee within the experimental
range of the highest test temperature data and apply 5.2.4.
5.2.2.6 Inspect, visually the time-to-failure/stress data Points when
plotted on a log (time)-log (stress) basir. If a knee appears to be
present, apply 5.2.4.
5.2.2.7 If the conditions given in 5.2.2.4, 5.2.2.5 and 5.2.2.6 were not
fulfilled, assume that there is no indication of the presence of a knee
r.:ithin the experimental range and apply 5.2.3.
5.2.3 Calculatio
...
ISOITR
. RAPPORT
9080
TECkiNIQUE
Première édition
1992-07-l 5
Tubes thermoplastiques pour le transport des
- Méthodes d’extrapolation des essais
fluides
de rupture sous pression, en vue de la
détermination de la résistance à long terme des
matières thermoplastiques pour les tubes
Thermoplastics pipes for the transport of fluids - Methods of extrapolation of
hydrostatic stress rupture data to determine the long-term hydrostatic strength of
thermoplastics pipe ma terials
Numéro de référence
ISO/TR 9080 : 1992 (F)
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ISO/TR 9080 : 1992 (F)
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Sommaire
3
Avant-propos .
............................................................
6
Introduction
.................................................
6
0.1 Principes généraux
............................................
9
0.2 Utilisation des méthodes.
................................................
12
Domaine d’application
................................................
12
Références normatives
...................................
13
Définitions, symboles et abréviations.
............................................... 15
Obtention des données
...............................................
15
4.1 Conditions d’essai
................................. 15
4.2 Répartition des paliers de pression
................................................... 16
Modeopératoire.
..... 16
5.1 Choix de la méthode pour la série de résultats considérée et analyse
17
5.2 Méthode1 .
25
5.3 Méthode11 .
28
Rapportd’essai .
Annexes
29
A Déroulement des opérations de la méthode I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
B Calculs de la régression linéaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42
C Essai de défaut d’ajustement pour valider la linéarité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
D Détection d’un genou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
E Estimation des coefficients de l’équation de la méthode I à l’aide d’une
49
modélisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
F
Estimation des coefficients de l’équation de la méthode I à l’aide d’une
61
régression linéaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
G Ajustement à une courbe des résultats des essais d’éclatement sous pression
63
des matiéres thermoplastiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
0 ISO 1992
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni
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y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-121 1 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
2
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ISO/TR 9080 : 1992 (FI
Avant-propos
L'ISO (Organisation Internationale de
Normalisation) est une fédération mondiale
d'organismes nationaux de normalisation (Comités
membres de 1'ISO). L'élaboration des normes
internationales est en général confiée aux comités
techniques de 1'ISO. Chaque comité membre intéressé
par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations
internationales gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'IS0, participent
L'ISO collabore étroitement
également aux travaux.
avec la Commission Electrotechnique Internationale
(CEI) en ce qui concerne la normalistion
électrotechnique.
La tâche principale des comités techniques ISO est
d'élaborer des normes internationales. Dans des
circonstances exceptionnelles, un comité technique
peut proposer la publication d'un rapport technique
parmi les types suivants :
- type 1, quand l'accord nécessaire pour
publication comme norme internationale en dépit
d'efforts répétés ne peut être obtenu ;
- type 2, quand le sujet en question est encore en
cours de développement technique ou lorsque, pour
toute autre raison, il y a possibilité dans le
futur mais pas dans l'immédiat d'un accord sur une
norme internationale ;
lorsqu'un comité technique a réuni des
- type 3,
données de nature différente de celles qui sont
normalement publiées comme norme internationale
("état de l'art" par exemple).
Les rapports techniques des types 1 et 2 font l'objet
d'un nouvel examen, trois ans au plus tard après leur
publication, pour décider s'ils peuvent être
trànsformés en normes internationales. Les rapports
techniques du type 3 ne doivent pas être
nécessairement reconsidérés avant que les données
fournies ne soient jugées valables ou utiles.
Le rapport technique ISO/TR 9080 type 2 fut préparé
par le comité technique ISO/TC 138 "Tubes, raccords
et robinetterie en matières plastiques pour le
transport des fluides".
3
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ISO/TR 9080 : 1992 (FI
Ce rapport technique est le résultat d'importantes
discussions au sein du groupe réduit 10 du groupe de
travail 5 du comité technique 138 de l'Organisation
Internationale de Normalisation (ISO) (appelé
ci-après : ISO/TC 138/GT 5/GR lO), chargé de
l'élaboration du rapport technique qui servit de
base. C'est un compromis qui incorpore des élements
de plusieurs méthodes adoptées au niveau national.
il est bien entendu que la méthode
De plus,
normalisée d'extrapolation (MNE) ne doit pas servir à
rejeter les méthodes actuelles de détermination des
contraintes de calcul ou des pressions admissibles
des canalisations en matières plastiques, ni à
rejeter des canalisations à base de matières qui,
contrôlées suivant ces méthodes, donnent satisfaction
depuis de nombreuses années. La méthode normalisée
d'extrapolation (MNE) est, en général, destinée à
être utilisée en vue de la qualification d'une
matière pour tubes lors de son introduction sur le
marché.
la MNE est à un stade où elle doit être
A ce jour,
utilisée avec de véritables données. Ainsi, la
publication en tant que rapport technique type 2 est
considérée comme justifiée.
Le comité souhaite avoir des commentaires basés sur
l'analyse des résultats d'essais d'éclatement de
tubes sous contrainte, à l'aide de l'une ou des deux
méthodes. La méthode normalisée d'extrapolation peut
être améliorée et, si nécessaire, modifiée grâce à
des critiques constructives.
Les commentaires d'ordre général, par exemple,
concernant les bases théoriques de la méthode
normalisée d'extrapolation ne sont pas utiles à ce
stade. Au cours de l'étude, de nombreuses
propositions de ce genre furent déjà examinées. C'est
une évaluation pratique du projet qui est
nécessaire.
Le présent document est publié dans la série des
rapports techniques de type 2 (conformément au
paragraphe G.6.2.2. de la partie 1 des directives
ISO/CEI) comme "norme prospective d'application
provisoire"
dans le domaine des tubes en matières
thermoplastiques pour le transport des fluides en
raison de l'urgence d'avoir une indication quant à la
manière dont il convient d'utiliser les normes dans
ce domaine pour répondre à un besoin déterminé.
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Ce document ne doit pas être considéré comme une
"norme internationale". Il est proposé pour une mise
en oeuvre provisoire, dans le but de recueillir des
informations et d'acquérir de l'expérience quant à
Il est de règle
son application dans la pratique.
d'envoyer les observations éventuelles relatives au
contenu de ce document au Secrétariat Central de
1'ISO.
Il sera procédé à un nouvel examen de ce rapport
technique de type 2 deux ans au plus tard après sa
publication avec la faculté d'en prolonger la
validité pendant deux autres années,de le transformer
en norme internationale ou de l'annuler.
Les annexes de A à F font partie intégrante de ce
L'Annexe G est seulement
rapport technique.
informative.
5
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ISO/TR 9080 : 1992 (F)
Introduction
0.1 Principes généraux
L'aptitude à l'emploi des tubes plastiques soumis à
la pression, est, en premier lieu, définie par la
tenue sous contrainte de leur matière constitutive,
en tenant compte des conditions de service envisagées
(par exemple, la température).
Par convention, cela est exprimé à l'aide de la
contrainte circonférencielle à laquelle un tube, à
base de la matière considérée, est estimé pouvoir
résister pendant 50 ans à la température de 20 "C,
avec de l'eau comme milieu d'essai.
Dans certains cas, il est nécessaire de faire une
estimation de cette contrainte à des durées plus
courtes ou à une température plus élevée, ou aux deux
éventuellement.
Les méthodes données dans cette norme sont conçues de
manière à rassembler les exigences relatives aux deux
estimations. Le résultat obtenu indique, en général,
la valeur moyenne estimée de la contrainte
circonférencielle qui peut provoquer la rupture en un
temps et à une température donnés (contrainte
circonférencielle de rupture).
il est nécessaire d'obtenir
Dans la plupart des cas,
une valeur pour le calcul des tubes, plutôt qu'une
valeur de rupture ; par conséquent, il faut définir
un facteur convenable qui tienne compte des autres
propriétés de la matière ainsi que des différents
aspects de l'application particulière considérée.
Ce rapport technique donne une méthode
d'extrapolation des résultats d'essais à différentes
températures à l'aide d'une modélisation (ajustement
à une courbe), et, simultanément à l'aide d'une
régression linéaire.
Ces méthodes d'ajustement ont un caractère *
mathématique, mais les formules utilisées sont basées
sur la théorie de Eyring relative aux vitesses de
réaction (annexe G).
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Pour évaluer la valeur des prévisions du modèle
il est considéré comme nécessaire d'utiliser
utilisé,
la limite inférieure de confiance à 97,5 % ; cette
limite inférieure de confiance à 97,5 % est
équivalente à la limite inférieure de l'intervalle de
confiance a 95 %. Cette convention est adoptée dans
les calculs, afin d'être en accord avec la
littérature. Cela nécessite l'utilisation des
techniques statistiques. Il est reconnu qu'auparavant
ces méthodes ne furent pas précisées d'une manière
quantitative et il est supposé que ce point sera pris
en considération lors du choix de la valeur du
facteur à utiliser pour convertir la contrainte
circonférentielle de rupture en contrainte de
calcul. '
Les méthodes peuvent constituer une base pour
l'interpolation des caractéristiques de contraintes
de rupture à des conditions de température et de
durées de service, différentes des valeurs
conventionnelles = 50 ans a 20 OC.
Ces méthodes ne sont pas applicables si, en cours du
programme d'essais des tubes, il se produit une
attaque ou une dégradation, telle qu'une oxydation ou
une consommation des additifs comme les stabilisants
ou les antioxidants.
11 est essentiel que le liquide utilisé pour la mise
sous pression des tubes n'ait pas d'autre influence.
L'eau est, en général, considérée comme étant un
milieu de cette sorte. L'influence d'une attaque
chimique sur les tubes en matières plastiques pour la
pression est un sujet d'étude de l'ISO/TC 138/SC 3.
Les études nécessaires pour élaborer la méthode
normalisée d'extrapolation (MNE) furent effectuées
par les membres de l'ISO/TC 138/GT 5/GR 10, qui se
réunit pour la première fois en mars 1976, en tant
que groupe ad hoc du GT 5. Les membres sont des
invités à titre personnel, de France,
experts,
d'Allemagne, des Pays-Bas, de Suisse, du Royaume-Uni
et des Etats-Unis d'Amérique. Au cours des débats, la
possibilité d'appliquer les méthodes de Larson Miller
et de Goldfein aux matières plastiques, ainsi que les
normes nationales, les documents techniques publiés ,
dans différents pays (Etats-Unis, Royaume-Uni,
Allemagne, Suède, Pays-Bas, France etsuisse)
Canada,
fut étudiée. De plus, des experts de France, des
Pays-Bas, du Royaume-Uni, des Etats-Unis et de
Finlande furent chargés de travaux statistiques
spécifiques. En tout, plus de 200 documents de
travail, la plupart d'un haut niveau technologique,
furent examinés au cours de cette étude.
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ISO/TR 9080 : 1992 (FI
Xl fallut de longues réflexions pour déterminer
quelle variable devait être prise comme variable
indépendante pour calculer la contrainte à long
terme. Le choix est entre le temps et la contrainte.
la méthode doit
La question de base à laquelle
répondre, peut se poser de deux manières, comme
suit :
.
la
quelle est la contrainte maximale
’ a) (OU
pression) qu'une canalisation peut supporter à une
température donnée pendant une durée fixée ?
On répond à cette question en choisissant le temps
comme variable indépendante pour calculer la
résistance à la pression à long terme (rLTHS).
b) Combien de temps peut tenir une canalisation
soumise à une contrainte fixée (ou à une
pression), à une température donnée ?
On répond à cette question en choisisant la
contrainte (pression) comme variable indépendante
pour calculer la résistance à la pression à long
Les utilisateurs et les futurs utilisateurs des
canalisations actuelles et des nouvelles
canalisations peuvent se poser ces deux questions.
Ces dernières sont justifiées toutes les deux:
Si les résultats des essais des tubes considérés ne
sont pas dispersés et si la matière constitutive de
ces tubes peut être parfaitement décrite par le
modèle empirique retenu, la régression est identique
que le temps ou la contrainte soit la variable
indépendante. Il n'en est jamais ainsi, car les
conditions d'essai ne sont jamais parfaites et la
matière n'est pas homogène à 100 %, par suite, les
observations sont dispersées. Le modèle est
Les régressions ne sont donc pas
d'ailleurs un idéal.
identiques et la différence entre les valeurs
calculées augmente avec la dispersion.
Il est possible de montrer que la régression de
lg temps sur lg contrainte donne toujours des
résultats plus défavorables que la régression
à cause de la dispersion
lg contrainte sur lg temps,
Dans le cas de la MNE, le choix entre
des résultats.
les deux méthodes d'analyse de la régresion (temps
indépendant ou contrainte indépendante) ne doit pas
permettre d'obtenir une valeur d'un optimisme-
injustifié.
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ISO/TR 9080 : 1992 (FI
C'est pour cette raison que tous les calculs de la
MNE sont effectues en prenant la contrainte comme
variable indépendante.
0.2 Utilisation des methodes
0.2.1 Ces méthodes MNE sont conçues de manière à
rassembler deux exigences fondamentales. Ce sont :
a) estimer la contrainte circonférencielle moyenne
à laquelle un tube, fabriqué à partir de la
matière considérée, peut résister pendant 50 ans,
à la température de 20 "C, avec de l'eau comme
milieu d'essai.
b) estimer la contrainte circonférencielle moyenne
à d'autres durées plus courtes, ou à des
températures plus élevées, ou, a l'occasion aux
deux.
0.2.2 Il existe plusieurs modèles
d'extrapolation qui ont différents degrés de liberté
ou un nombre différent de variables, comme cela est
indiqué à la figure 0.1. Il fut décidé que la MNE
.prendra seulement en considération les modèles QI et
QII., RI et RI1 de la figure 0.1.
Un quatrième coefficient fut ajouté dans le cas des
L'addition de ce quatrième
modèles RI et RII.
coefficient donne un meilleur coefficient de
corrélation et un meilleur ajustement des valeurs, à
cause du degré de liberte supplémentaire. Il est
nécessaire d'ajouter ce quatrième coefficient, car il
a été montré que pour certaines matières (PVC,
PVC-C), cela donnait un meilleur ajustement.
Par contre, pour d'autres matières (PE, PP),
l'ajustement est déjà satisfaisant avec le modèle à
trois coefficients. L'addition d'autres coefficients
améliorerait la corrélation, mais elle donnerait lieu
& une extrapolation plus douteuse, et, par suite, ne
fut pas retenue.
O-2.3 La méthode 1 de la MNE décrit la méthode
d'estimation de la contrainte circonférencielle
moyenne s'il y a un genou ou non, suivant les modèles
QI, QII, RI et RI1 de la figure 0.1.
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ISO/TR 9080 : 1992
(FI
Cette méthode convient dans le cas des nouvelles
matières et des matières qui n'ont pas encore été
examinées en vue de la fabrication de tubes.
0.2.4 La méthode II de la MNE décrit la méthode
d'estimation de la contrainte circonférencielle à
à une température choisie pour la matrice de
50 ans,
base du tube et ses variations, si elle est déjà
beaucoup utilisée et prise en considération à
l'ISO/TC 138 pour le transport de l'eau et/ou du gaz
ainsi que pour les applications industrielles avec
pression. Cette méthode ne peut être utilisée que si
le modèle QI s'avère applicable.
0.2.5 La matière à essayer doit être sous forme
de tube pour que la méthode soit applicable.
0.2.6 Le résultat final, fourni par la MNE, pour
est la valeur de la résistance à
une matière donnée,
long terme sous pression (cLTHs) et
celle de la limite inférieure de confiance (Qicl).
0.2.7 Il faut encore considérer des méthodes
pour passer de QLTHS et/ou $1 aux
contraintes de calcul admissibles.
Des facteurs de service ou facteurs de sécurité
doivent être appliqués.
la limite inférieure de confiance à
Le rapport de
97,5 % sur la contrainte circonférencielle moyenne
extrapolée pourrait être une estimation d'un facteur
de sécurité, tenant compte de l'influence des essais
et de la contrainte estimée par extrapolation,
10
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ISO/TR 9080 : 1992 (FI
1. Modèle à II. Modèle à une
discontinuité
pente constante
brusque de pente
PI!
PI
r 0 1 2
0
1
1 g t = -A, - 0, 19 u
0 1
@ bg t = ‘A, - 83 fg u
QII
QI
Tl
0 1 T1
H
73 12
0 2
12 =% Y
f3
6
RI!
=+
1
0
ri
2
-Y
0
f3
: modèles de comportement de la matière
Figure 0.1
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ISO/TR 9080: 1992 (F)
RAPPORTTECHNIQUE
Tubes thermoplastiques pour le transport des fluides
Méthodes d’extrapolation des essais de rupture sous
\
a
pression, en vue de la détermination de la résistance
long terme des matières thermoplastiques pour les tubes
1 Domaine d‘application
Le présent rapport technique décrit des méthodes
d'estimation de la résistance à long terme des
matières thermoplastiques.
Ces méthodes sont applicables à tous les types connus
de tubes thermoplastiques, et thermoplastiques
à une température quelconque et dans un
réticulés,
Elles sont basées sur des
milieu d'essai usuel donné.
résultats d'essais obtenus avec des tubes de
relativement faible dimension. Les normes de produit
concernées doivent spécifier les dimensions des tubes
à essayer.
Ces méthodes ne tiennent pas compte de l'influence de
l'oxydation, de l'hydrolyse des antioxydants ou de
l'épuisement d'additifs, tels que les stabilisants,
au cours ou en dehors des essais. S'il se produit de
tels phénomènes, il existe d'autres méthodes d'essai
.
plus appropriées.
2 Références normatives
Les normes suivantes contiennent des dispositions
qui, par suite de la référence qui en est faite,
constituent des dispositions valables pour la
présente norme internationale. Au moment de la
les éditions indiquées étaient en
publication,
Toute norme est sujette à révision et les
vigueur.
parties prenantes des accords fondés sur la présente
norme internationale sont invitées à rechercher la
possibilité d'appliquer les éditions les plus
récentes des normes indiquées ci-après. Les membres
de la CE1 et de 1'ISO possèdent le,registre de normes
internationales en vigueur à un moment donné.
ISO 1167-1973 Tubes en matières plastiques pour le
transport des fluides - Détermination
de la résistance à la pression
intérieure.
ISO 3126-1974 Tubes en matières plastiques -
Mesurage des dimensions.
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ISO/TR 9080: 1992 (FI
3 Definitions, symboles et abréviations
Pour les besoins de la présente norme
internationale, les définitions suivantes
s'appliquent :
3.1 Pression interne (P) : Force par unité de
surface exercée dans le tube par le fluide. -
3.2 Contrainte (~JI) : Force par unité de surface
exercée dans la paroi du tube, dans le sens
circonférenciel, et, due à la pression interne.
La contrainte a pour symbole cLSet est calculée à
partir de la pression, à l'aide de l'équation
suivante :
P(D - e)
m,max
--li----------
=
Q
2e
min
où
D est de diamètre extérieur moyen maximal ;
m,max
e est l'épaisseur minimale de la paroi.
min
3.3 Tempbrature d'essai (T) : Température à
laquelle les résultats des essais de rupture furent
obtenus.
3.4 Température de service (Ts) : Température
' à laquelle le tube est utilisé.
3.5 DAfaillance : Rupture physique au cours de
l'essai qui se présente sous forme d'un éclatement
ductile, d'une fissure fragile, d'une fente ou d'un
fleurage (suintement du liquide à travers la paroi).
3.6 Rhistance à la pression liée au temps et à la *
température ( rtTHs) : Quantité ayant la dimension
d'une contrainte et qui peut être considérée comme
une propriété de la matière examinéeo Elle est
exprimée par :
w
tTHS =
5, lgt,& )
13
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ISO/TR 9080 : 1992 (FI
OU
T est la température en Kelvin ;
t est le temps, en heures ;
CA
est un facteur relatif à la probabilité qu'a le
fabriqué à partir de la matière considérée,
tube,
de tenir sans défaillance pendant une durée t,
lorsqu'il est soumis à une contrainte (f, à une
<
température constante.
doit être calculée à l'aide des
NOTE : QtTHs
résultats d'essai, suivant l'une des méthodes I
ou II décrites à l'article 5.
3.7 Résistance A long terme (rLTHs) : Quantité
ayant la dimension d'une contrainte qui peut être
considérée comme une propriété de la matière
Elle représente la limite inférieure de
examinée.
confiance à 50 % (1~1) de la résistance à la pression
de longue durée et est égale à la résistance moyenne
ou à la résistance moyenne prévue à une température T
Le facteur ti étant égal à 0,5
pendant une durée t.
(voir 3.6). Elle est désignée par :
Q-
LTHS =
%,lgt, o,w
3.8 Limite inférieure de confiance de la
résistance à long terme (rlcl) : Quantité ayant la
dimension d'une contrainte qui peut être considérée
comme une propriété de la matière examinée. Elle
représente la limite inférieure de confiance (1~1) à
97,5 % de la résistance à la pression de longue
durée et est égale à la résistance moyenne ou à la
résistance moyenne prévue à une température T,'
pendant une durée t, le facteur6 étant égal à 0,975
Elle est désignée par :
(voir 3.6).
cr
lcl = QiT,lgt, 0,975)
Point de transition entre les
3.9 Genou :
deux modes différents de rupture envisagés qui se
manifeste par un changement de pente du diagramme des
de rupture sous pression des
résultats d'essais,
tubes, en coordonnées lg contrainte - lg temps.
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4 Obtention des donnkes
4.1 Conditions d'essai
Les résultats des essais de rupture sous contrainte
des tubes doivent être obtenus en utilisant le mode
opératoire décrit dans 1'ISO 1167-1973. Cependant en
cas de désaccord entre cette norme et les
dispositions de la MNE, ces dernières doivent alors
s'appliquer.
' La pression à l'intérieur du tube doit être transmise
par un fluide comme l'eau ou un autre liquide. La
nature des milieux interne et externe doit être
mentionnée dans le rapport d'essai. Ces milieux
doivent être maintenus à la température d'essai à
+l OC, ou mieux à + 0,5
"C, pendant la durée du
conditionnement, sort 15 min avant le commencement,
et, pendant l'essai.
Le diamètre extérieur moyen et l'épaisseur minimale
de paroi de chacune des éprouvettes, doivent être
déterminés suivant 1'ISO 3126.
4.2 Répartition des paliers de pression
A chaque température choisie, il faut obtenir au
moins 25 points de défaillance, contrainte-temps,
supérieurs à 10 h, répartis sur un minimum de 5
paliers de pression, et, de telle sorte qu'a chaque
palier, il y ait au moins une défaillance (pour des
raisons dtordre statistique, il est recommandé qu'à
chaque palier de pression il y ait plusieurs
défaillances). Si possible, les paliers de pression
doivent être choisis de telle sorte qu'il se produise
au moins :
- 8 défaillances entre 10 et 100 h ;
- 8 défaillances entre 100 et 1 000 h ;
- et 9 défaillances au-dessus de 1 000 h ;
cependant il faut qu'au moins un de ceux-ci soit
supérieur à 9 000 h.
Les éprouvettes non rompues aux pressions les plus
faibles doivent être utilisées comme points de
I
défaillance dans les calculs stils augmentent la
valeur de GLTHS, dans le cas contraire, ils doivent
être rejetés.
NOTE : pour faciliter l'emploi des méthodes
statistiques retenues,
il est recommandé que la
différence entre deux paliers de pression
successifs satisfassent à la relation :
Alg (contrainte) = constante
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ISO/TR 9080 : 1992 (F)
5 Mode opératoire
5.1 Choix de la méthode pour la série de résultats
considérée et analyse
Choisir et utiliser une méthode de détermination
de la résistance à la pression interne de longue
durée à la lumière des renseignements ci-après.
Deux méthodes pour obtenir la résistance à la
pression interne de longue durée, CLTBs, sont
présentées.
Elles sont dénommées, méthode 1, détaillée en 5.2,
Yannexe A indiquant la suite des opérations, et,
méthode II, détaillée en 5.3.
Les deux méthodes sont basées sur une régression
leurs possiblités d'application sont
linéaire ;
justifiées en se référant aux détails de calcul
fournis dans ltannexe B, et à Pessai de validation
donné dans 1'annexe C. Le choix de la méthode peut
.
être spécifié par la norme de produit concerné, en
faisant référence au présent rapport technique. Il
dépend de la présence dtun genou dans la série de
résultats et pour laquelle un essai statique est
annexe D, et/ou de Pobjet de l%valuation,
prévu en
comme suit.
- La méthode 1 est la plus complète et la plus
précise pour déterminer les caractéristiques de
pression d%clatement. Elle nécessite des
résultats à plusieurs températures et des durées
de Perdre de un an ou plus. Elle est applicable
si les données mettent ou non un genou en
dans le domaine de
évidence. Le risque que,
Yextrapolation, le comportement réel s'écarte de
celui prévu, par exemple, à cause d'un autre
changement de pente, est considéré comme très
faible, mais non nul. La méthode 1 est la méthode
qui convient pour déterminer les caractéristiques
de tenue à la pression des nouvelles matières.
- La méthode II exige une quantité dtessais plus
réduite que la méthode 1 en ce qui concerne le
nombre des températures. De plus, les résultats ne
doivent présenter aucun signe de la présence dtun
genou. Cette méthode convient mieux pour essayer
de nouvelles variétés de matières bien connues où
le polymère lui-même reste inchangé.
16
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ISO/TR 9080 : 1992 (FI
5.2 Méthode 1
(Voir aussi annexe A).
5.2.1 Résultats d'essais exigés
Obtenir les résultats d'essai suivant Particle 4,
en utilisant au moins trois températures T,,
et,
A
T T avec T < T < T et
;
3
r&kp&é;'aussi les1cond3tions suivantes :
a) Yécart entre deux températures successives
doit être au moins de 10 K.
b) la température d'essai la plus élevée, Tmax, ne
doit pas être supérieure à :
la température de transition vitreuse
diminuée de 20 K dans le cas des polymères
amorphes ou à prédominance amorphe ;
la température de fusion diminuée de 15 K
dans le cas des polymères cristallins ou
semi-cristallins.
c) le nombre des observations et la distribution
des paliers de pression pour chaque température
doivent être conformes au paragraphe 4.2.
d) la température maximale d'essai, Tmax, doit
être choisie en tenant compte de la température
maximale 8 laquelle la matière peut être utilisée
et de la température d'essai la plus élevée
possible.
e) le nombre des observations de la classe 2,
définie en B.5.2 de Pannexe B, doit être au
n,
mbins de 20.
NOTE : pour avoir une estimation optimale de la
valeur de QLTBS, il est recommandé de choisir
les températures d'essai de telle sorte
quelles englobent la température de service ou
la zone des températures de service.
5.2.2 Mise en hidence d'un genou : validatiqn des
donnees et du modèle
séparément à chaque température
5.2.2-l Effectuer,
d'essai, la régression linéaire et déterminer, à
chacune d'elles, la pente de la droite de régression
ainsi que la contrainte prévue correspondant à 50 %
et à 2,5 % de défaillance à 50 ans.
17
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ISO/TR 9080 : 1992 (FI
Le mode de calcul de ces valeurs est indiqué en B.3
de Yannexe B.
5.2.2.2 Si à une ou plusieurs températures la
pente b de la droite de régression est positive,
considérer que les résultats à cette ou à ces
températures ne sont pas convenables.
5.2.2.3 Effectuer Yessai relatif à un genou
suivant ltannexe D. Si la présence d'un genou est
confirmée, appliquer 5.2.4. Dans le cas contraire,
appliquer 5.2.2.4.
5.2.2.4 Si le rappor
...
I l
RAPPORT
ISO/TR
TECHNIQUE
Premiere edition
1 992-07- 1 5
Tubes thermoplastiques pour le transport des
fluides - Methodes d'extrapolation des essais
de rupture sous pression, en vue de la
determination de la resistance A long terme des
matieres thermoplastiques pour les tubes
Thermoplastics pipes for the transport of fluids - Methods of extrapolation of
hydrostatic stress rupture data to determine the long-term hydrostatic strength of
thermoplastics pipe materials
Numero de reference
ISO/TR 9080 : 1992 (FI
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TR 9080 : 1992 (FI
Sommaire Page
Avant.propos . 3
Introduction . 6
0.1 Principes g6neraux . 6
0.2 Utilisation des methodes . 9
1 Domaine d'application . 12
2 References normatives . 12
3 Definitions. symboles et abreviations . 13
4 Obtention des donnees . 15
4.1 Conditions d'essai . 15
4.2 Repartition des paliers de pression . 15
5 Modeoperatoire . 16
5.1
Choix de la methode pour la serie de resultats considbree et analyse . 16
5.2 Methodel . 17
5.3 MethodeII . 25
6 Rapportd'essai . 28
Annexes
A Deroulement des operations de la methode I . 29
B Calculs de la regression lineaire . 33
C Essai de defaut d'ajustement pour valider la linearit6 . 42
D Dbtectiond'ungenou . 46
E Estimation des coefficients de I'bquation de la methode I a l'aide d'une
modelisation . 49
F Estimation des coefficients de 1'6quation de la methode I a l'aide d'une
regression lineaire .
61
G Ajustement a une courbe des resultats des essais d'eclatement sous pression
des matieres thermoplastiques . 63
O IS0 1992
Droits de reproduction rBserv6s . Aucune partie de cette publication ne peut &re reproduite ni
utilige sous quelque forme que ce soit et par aucun procBd6. Blectronique ou mBcanique.
y compris la photocopie et les microfilms. sans l'accord Bcrit de 1'6diteur .
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 O CH-1211 Genhve 20 Suisse
Imprime en Suisse
2
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ISO/TR 9080 : 1992 (FI
Avant-propos
L'ISO (Organisation Internationale de
Normalisation) est une federation mondiale
d'organismes nationaux de normalisation (ComitQs
membres de 1'ISO). L'Qlaboration des normes
internationales est en gQnQral confiee aux comites
techniques de 1'ISO. Chaque comitQ membre intQress6
par une Qtude a le droit de faire partie du cornit&
technique crQQ B cet effet. Les organisations
internationales gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'IS0, participent
Qgalement aux travaux. L'ISO collabore etroitement
avec la Commission Electrotechnique Internationale
(CEI) en ce qui concerne la normalistion
Blectrotechnique.
La tache principale des comites techniques IS0 est
d'elaborer des normes internationales. Dans des
circonstances exceptionnelles, un comitQ technique
peut proposer la publication d'un rapport technique
parmi les types suivants :
- type 1, quand l'accord nkessaire pour
publication comme norme internationale en dQpit
d'efforts repQt6s ne peut Qtre obtenu ;
- type 2, quand le sujet en question est encore en
çours de developpement technique ou lorsque, pour
toute autre raison, il y a possibilitb dans le
futur mais pas dans l'immediat d'un accord sur une
norme internationale ;
- type 3, lorsqu'un comite technique a rQuni des
donnQes de nature diffQrente de celles qui sont
normalement publiQes comme norme internationale
("Qtat de l'art" par exemple).
Les rapports techniques des types 1 et 2 font l'objet
d'un nouvel examen, trois ans au plus tard aprbs leur
publication, pour decider s'ils peuvent Qtre
trànsformQs en normes internationales. Les rapports
techniques du type 3 ne doivent pas Qtre
necessairement reconsidQrQs avant que les donnees
fournies ne soient jugQes valables ou utiles.
Le rapport technique ISO/TR 9080 type 2 fut prepare
par le comite technique ISO/TC 138 "Tubes, raccords
et robinetterie en matibres plastiques pour le
transport des fluides".
3
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ISO/TR 9080 : 1992 (FI
Ce rapport technique est le resultat d'importantes
discussions au sein du groupe réduit 10 du groupe de
travail 5 du comitQ technique 138 de l'organisation
Internationale de Normalisation (ISO) (appel6
ci-aprds : ISO/TC 138/GT 5/GR lo), charge de
l'elaboration du rapport technique qui servit de
base. C'est un compromis qui incorpore des elements
de plusieurs méthodes adoptées au niveau national.
De plus, il est bien entendu que la méthode
normalisée d'extrapolation (MNE) ne doit pas servir h
rejeter les methodes actuelles de determination des
contraintes de calcul ou des pressions admissibles
des canalisations en matières plastiques, ni h
rejeter des canalisations h base de matières qui,
contr6lQes suivant ces methodes, donnent satisfaction
depuis de nombreuses années. La méthode normalisbe
d'extrapolation (MNE) est, en general, destinee
Qtre utilisée en vue de la qualification d'une
matiere pour tubes lors de son introduction sur le
marche.
A ce jour, la MNE est h un stade OÙ elle doit Qtre
utilisee avec de vkritables données. Ainsi, la
publication en tant que rapport technique type 2 est
considéree comme justifiee.
Le comitQ souhaite avoir des commentaires basés sur
l'analyse des résultats d'essais d'éclatement de
tubes sous contrainte, h l'aide de l'une ou des deux
methodes. La methode normalisee d'extrapolation peut
Qtre amelioree et, si nécessaire, modifiee grâce h
des critiques constructives.
Les commentaires d'ordre general, par exemple,
concernant les bases thboriques de la methode
normaliske d'extrapolation ne sont pas utiles h ce
stade. Au cours de l'étude, de nombreuses
propositions de ce genre furent deja examinees. C'est
une évaluation pratique du projet qui est
necessaire.
Le present document est publie dans la serie des
(conformement au
rapports techniques de type 2
paragraphe G.6.2.2. de la partie 1 des directives
ISO/CEI) comme "norme prospective d'application
provisoire" dans le domaine des tubes en matidres
thermoplastiques pour le transport des fluides en
raison de l'urgence d'avoir une indication quant h la
manière dont il convient d'utiliser les normes dans
ce domaine pour repondre h un besoin determine.
4
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ISO/TR 9080 : 1992 (FI
Ce document ne doit pas être consider4 comme une
"norme internationale". I1 est propos4 pour une mise
en oeuvre provisoire, dans le but de recueillir des
informations et d'acquerir de l'experience quant B
son application dans la pratique. I1 est de regle
d'envoyer les observations eventuelles relatives au
contenu de ce document au Secretariat Central de
1'ISO.
I1 sera procede h un nouvel examen de ce rapport
technique de type 2 deux ans au plus tard aprQs sa
publication avec la faculte d'en prolonger la
validite pendant deux autres ann6es)de le transformer
en norme internationale ou de l'annuler.
Les annexes de A h F font partie integrante de ce
rapport technique. L'Annexe G est seulement
informative.
5
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO/TR 9080 : 1992 (FI
Introduction
0.1 Principes gh6raux
L'aptitude b l'emploi des tubes plastiques soumis b
la pression, est, en premier lieu, definie par la
tenue sous contrainte de leur matiQre constitutive,
en tenant compte des conditions de
service envisagees
(par exemple, la temperature).
Par convention, cela est exprime l'aide de la
contrainte circonferencielle b laquelle un tube, b
base de la matiQre consideree, est estime pouvoir
resisser pendant 50 ans h la temperature de 20 OC,
avec de l'eau comme milieu d'essai.
Dans certains cas, il est necessaire de faire une
efstimation de cette contrainte b des durees plus
coyrtes ou b une temperature plus élevee, ou aux deux
eventuellement.
Les methodes donnees dans cette norme sont conçues de
maniQre h rassembler les exigences relatives aux deux
estimations. Le resultat obtenu indique, en general,
la valeur moyenne estimee de la contrainte
circonferencielle qui peut provoquer la rupture en un
temps et h une temperature donnes (contrainte
circonferencielle de rupture).
Dans la plupart des cas, il est necessaire d'obtenir
une valeur pour le calcul des tubes, plut& qu'une
valeur de rupture : par consequent, il faut definir
un facteur convenable qui tienne compte des autres
proprietes de la matiQre ainsi que des differents
aspects de l'application particuliQre consideree.
Ce rapport technique donne une methode
d'extrapolation des resultats d'essais .b differentes
temperatures h l'aide d'une modelisation (ajustement
8 une courbe), et, sirnultanement b l'aide d'une
regression linkaire.
Ces methodes d'ajustement ont un caractke
mathematique, mais les formules utilisQes sont basees
sur la theorie de Eyring relative aux vitesses de
reaction (annexe G).
I
6
,
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO/TR 9080 : 1992 (FI
Pour &valuer la valeur des previsions du modele
utilise, il est consider6 comme necessaire d'utiliser
la limite infbrieure de confiance h 97,5 % : cette
limite inferieure de confiance h 97,5 % est
Bquivalente h la limite inferieure de l'intervalle de
confiance h 95 %. Cette convention est adoptée dans
les calculs, afin d'gtre en accord avec la
litterature. Cela necessite l'utilisation des
techniques statistiques. I1 est reconnu qu'auparavant
ces methodes ne furent pas precisees d'une maniere
quantitative et il est suppose que ce point sera pris
en considération lors du choix de la valeur du
facteur h utiliser pour convertir la contrainte
circonferentielle de rupture en contrainte de
calcul.
Les methodes peuvent constituer une base pour
l'interpolation des caracteristiques de contraintes
de rupture h des conditions de temperature et de
durees de service, differentes des valeurs
conventionnelles = 50 ans h 20 OC.
Ces methodes ne sont pas applicables si, en cours du
programme d'essais des tubes, il se produit une
attaque ou une degradation, telle qu'une oxydation ou
une consommation des additifs comme les stabilisants
ou les antioxidants.
I1 est essentiel que le liquide utilise pour la mise
sous pression des tubes n'ait pas d'autre influence.
L'eau est, en géneral, consideree comme &tant un
milieu de cette sorte. L'influence d'une attaque
chimique sur les tubes en matigres plastiques pour la
pression est un sujet d'etude de l'ISO/TC 138/SC 3.
Les etudes necessaires pour blaborer la methode
normalisee d'extrapolation (MNE) furent effectuees
par les membres de l'ISO/TC 138/GT 5/GR 10, qui se
reunit pour la premiere fois en mars 1976, en tant
que groupe ad hoc du GT 5. Les membres sont des
experts, invites B titre personnel, de France,
d'Allemagne, des Pays-Bas, de Suisse, du Royaume-Uni
et des Etats-Unis d'AmQrique. Au cours des dbbats, la
possibilite d'appliquer les methodes de Larson Miller
et de Goldfein aux matiQres plastiques, ainsi que les
normes nationales, les documents techniques publies .
dans differents pays (Etats-Unis, Royaume-Uni,.
Canada, Allemagne, Suede, Pays-Bas, France et Suisse)
fut 6tudiQe. De plus, des experts de France, des
Pays-Bas, du Royaume-Uni, des Etats-Unis et de
Finlande furent charges de travaux statistiques
200 documents de
specifiques. En tout, plus de
travail, la plupart d'un haut niveau technologique,
furent examines au cours de cette etude.
7
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO/TR 9080 : 1992 (FI
I1 fallut de longues reflexions pour determiner
quelle variable devait etre prise comme variable
independante pour calculer la contrainte 8 long
terme. Le choix est entre le temps et la contrainte.
La question de base h laquelle la methode doit
repondre, peut se poser de deux maniQres, comme
suit :
% a) quelle est la contrainte maximale (ou la
pression) qu'une canalisation peut supporter 8 une
temperature donde pendant une durke fixee ?
On repond 8 cette question en choisissant le temps
comme variable independante pour calculer la
resistance 8 la pression h long terme (rLTHs).
b) Combien de temps peut tenir une canalisation
h une contrainte fixbe (ou 8 une
soumise
pression), & une temperature donnQe ?
On repond h cette question en choisisant la
contrainte (pression) comme variable independante
pour calculer la resistance h la pression 8 long
terme WLTHS 1.
Les utilisateurs et les futurs utilisateurs des
canalisations actuelles et des nouvelles
canalisations peuvent se poser ces deux questions.
Ces derniares sont justifiees toutes les deux.'
Si les resultats des essais des tubes consideres ne
sont pas disperses et si la matibre constitutive de
ces tubes peut Qtre parfaitement decrite par le
modale empirique retenu, la regression est identique
que le temps ou la contrainte soit la variable
independante. I1 n'en est jamais ainsi, car les
conditions d'essai ne sont jamais parfaites et la
matiQre n'est pas homog&ne h 100 %, par suite, les
observations sont dispersees. Le modèle est
d'ailleurs un ideal. Les regressions ne sont donc pas
identiques et la difference entre les valeurs
calculees augmente avec la dispersion.
I1 est possible de montrer que la regression de
lg temps sur lg contrainte donne toujours des
resultats plus defavorables que la regression
8 cause de la dispersion
lg contrainte sur lg temps,
des resultats. Dans le cas de la MNE, le choix entre
les deux methodes d'analyse de la regresion (temps
independant ou contrainte independante) ne doit pas
permettre d'obtenir une valeur d'un optimisme
injustif ie.
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ISO/TR 9080 : 1992 (FI
C'est pour cette raison que tous les calculs de la
MNE sont effectues en prenant la contrainte comme
variable independante.
0.2 Utilisation des &thodes
0.2.1 Ces methodes MNE sont conçues de maniare h
rassembler deux exigences fondamentales. Ce sont :
a) estimer la contrainte circonferencielle moyenne
h laquelle un tube, fabrique h partir de la
matiQre consideree, peut resister pendant 50 ans,
h la temperature de 20 OC, avec de l'eau comme
milieu d'essai.
b) estimer la contrainte circonferencielle moyenne
h d'autres durees plus courtes,
ou h des
temperatures plus &levees, ou, h l'occasion aux
deux.
0.2.2 I1 existe plusieurs modeles
d'extrapolation qui ont différents degres de liberte
ou un nombre different de variables, comme cela est
indique h la figure 0.1. I1 fut decide que la MNE
prendra seulement en consideration les modeles QI et
QII, RI et RI1 de la figure 0.1.
Un quatriQme coefficient fut ajout6 dans le cas des
modgles RI et RII. L'addition de ce quatrieme
coefficient donne un meilleur coefficient de
correlation et un meilleur ajustement des valeurs,
h
cause du degr6 de liberte supplementaire. I1 est
necessaire d'ajouter ce quatrieme coefficient,
car il
a et6 montre que pour certaines matiQres (PVC,
PVC-C), cela donnait un meilleur ajustement.
Par contre, pour d'autres matiares (PE, PP),
l'ajustement est dejh satisfaisant avec le modQle h
trois coefficients. L'addition d'autres coefficients
ameliorerait la correlation, mais elle donnerait lieu
h une extrapolation plus douteuse, et, par suite, ne
fut pas retenue.
0.2.3 La methode I de la MNE decrit la methode
d'estimation de la contrainte circonferencielle
moyenne s'il y a un genou ou non, suivant les modèles
QI, QII, RI et RI1 de la figure 0.1.
9
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ISO/TR 9080 : 1992 (FI
Cette methode convient dans le cas des nouvelles
matigres et des matigres qui
n'ont pas encore &tg
examinees en vue de la fabrication de tubes.
0.2.4 La methode II de la MNE decrit la methode
d'estimation de la contrainte circonferencielle h
50 ans, 8 une temperature choisie pour la matrice de
base du tube et ses variations, si elle est deja
beaucoup utilisee et prise en consideration h
l'ISO/TC 138 pour le transport de l'eau et/ou du gaz
ainsi que pour les applications industrielles avec
pression. Cette methode ne peut être utilisee que si
le modQle QI slavere applicable.
0.2.5 La matigre 8 essayer doit &re sous forme
de tube pour que la methode soit applicable.
0.2.6 Le resultat final, fourni par la MNE, pour
une matidre donnee, est la valeur de la resistance h
long terme sous pression (rLTHs) et
celle de la limite inferieure de confiance (Tlcl).
0.2.7 I1 faut encore considerer des methodes
pour passer de QLTHs et/ou 6.1cl aux
contraintes de calcul admissibles.
Des facteurs de service ou facteurs de securitk
doivent être appliques.
Le rapport de la limite inferieure de confiance h
97,5 % sur la contrainte circonfQrencielle moyenne
extrapolee pourrait Qtre une estimation d'un facteur
de sbcurite, tenant compte de l'influence des essais
et de la contrainte estimee par extrapolation.'
10
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ISO/TR 9080 : 1992 (FI
I. ModQle h
II. Modèle une
pente constante
discontinuitk
brusque de pente
PI
P II
Q II
I
I
-:; 13
13
RI a II
I I
Figure 0.1 : modQles de comportement de la matidre
---------------------- Page: 11 ----------------------
RAPPORT TECHNIQUE
ISO/TR 9080 : 1992 (FI
Tubes thermoplastiques pour le transport des fluides -
Méthodes d'extrapolation des essais de rupture sous
pression, en vue de la détermination de la résistance à
long terme des Watieres thermoplastiques pour les tubes
1 Domaine d'application
Le present rapport technique décrit des méthodes
d'estimation de la resistance h long terme des
matières thermoplasttques.
Ces methodes sont applicables à tous les types connus
de tubes thermoplastYques, et thermoplastiques
reticules, h une température quelconque et dans un
milieu d'essai usuel donne. Elles sont basees sur des
rQsultats d'essais obtenus avec des tubes de
relativement faible dimension. Les normes de produit
concernees doivent specifier les dimensions des tubes
essayer.
Ces methodes ne tiennent pas compte de l'influence de
l'oxydation, de l'hyhrolyse des antioxydants ou de
l'epuisement d'additLfs, tels que les stabilisants,
au cours ou en dehors des essais. S'il se produit de
tels phbomdnes, il existe d'autres methodes d'essai
plus appropriees.
2 RQferences normatfves
Les normes suivantes contiennent des dispositions
qui, par suite de la, reference qui en est faite,
constituent des disppsitions valables pour la
presente norme internationale. Au moment de la
publication, les editions indiquees etaient en
vigueur. Toute norm$ est sujette h revision et les
parties prenantes dqs accords fondés sur la presente
norme internationale sont invitees h rechercher la
possibilite d'appliduer les &ditions les plus
recentes des normes indiquees ci-aprgs. Les membres
de la CE1 et de 1'IslO possèdent le registre de normes
internationales en vigueur h un moment donné.
IS0 1167-1973 Tubeq en matières plastiques pour le
tran$port des fluides - Determination
de 18 resistance h la pression
intezieure.
IS0 3126-1974 Tubes en matières plastiques -
Mesurage des dimensions.
12
---------------------- Page: 12 ----------------------
~
ISO/TR 9080 : 1992 (FI
3 Definitions, symboles et abrbviations
Pour les besoink de la presente norme
internationale, les definitions suivantes
: 1
s'appliquent
3.1 Pression ihterne (P) : Force par unite de
surface exerce4 dans le tube par le fluide. .
3.2 Contraintg! (r) : Force par unit6 de surface
exercee dans 1 paroi du tube, dans le sens
circon f gr enciel , et, due h la pression interne.
La contrainte pour symbole Qet est calculee h
partir de la plession , h l'aide de l'equation
suivante :
est~de diamdtre extQrieur moyen maximal ;
Dm, max
est l'epaisseur minimale de la paroi.
emin
3.3 Tempdratu e d'essai (T) : Temperature h
laquelle les r f sultats des essais de rupture furent
obtenus.
Tempdratuke de service (Ts) : Temperature
3.4
h laquelle le kube est utilise.
3.5 Ddfaillanbe : Rupture physique au cours de
l'essai qui se( presente sous forme d'un eclatement
ductile, d'une fissure fragile, d'une fente ou d'un
fleurage (suin ement du liquide h travers la paroi).
3.6 Rdsistan 'e la pression li6e au temps et a la
temperature (itTHS) : Quantite ayant la dimension
d'une contrai te et qui peut etre considQr6e comme
une propribte Ide la matidre examinee. Elle est
exprim4e par :
rtTHS = Qi$, lgt,d
13
---------------------- Page: 13 ----------------------
ISO/TR 9080 : 1992 (FI
où
T est la temperature en Kelvin :
t est le temps, en heures :
d
est un facteur relatif h la probabilite qu'a le
tube, fabrique B partir de la matiere considérée,
de tenir sans defaillance pendant une duree t,
lorsqu'il est soumis h une contrainte 6, 8 une
% temperature constante.
NOTE : rtTHs doit &re calculee 8 l'aide des
I
résultats d'essai, suivant l'une des méthodes
ou II decrites h l'article 5.
3.7 R6sistance B long terme (QLTHs ) : Quantité
ayant la dimension d'une contrainte qui peut Qtre
considéree comme une propriete de la matière
examinee. Elle represente la limite inferieure de
confiance h 50 % (lcl) de la r6sistance h la pression
de longue duree et est 6gale h la resistance moyenne
ou h la resistance moyenne prévue h une temperature T
pendant une dude t. Le facteur d etant &gal h 0,5
(voir 3.6). Elle est designee par :
3.8 Limite inf6rieure de confiance de la
resistance B long terme (TlCl) : Quantité ayant la
dimension d'une contrainte qui peut Qtre considérée
comme une proprietb de la matidre examinee. Elle
represente la limite inferieure de confiance (lcl) b
97,5 % de la resistance h la pression de longue
duree et est &gale h la resistance moyenne ou h la
resistance moyenne prévue h une température T,
pendant une duree t, le facteur6 étant égal 0,975
(voir 3.6). Elle est designee par :
3.9 Genou : Point de transition entre les
deux modes differents de rupture envisages qui se
manifeste par un changement de pente du diagramme des
de rupture sous pression des
resultats d'essais,
tubes, en coordonnees lg contrainte - lg temps.
---------------------- Page: 14 ----------------------
ISO/TR 9080 : 1992 (F)
4 Obtention des donnees
4.1 Conditions d'essai
Les resultats des essais de rupture sous contrainte
des tubes doivent &re obtenus en utilisant le mode
operatoire decrit dans 1'ISO 1167-1973. Cependant en
cas de desaccord entre cette norme et les
dispositions de la MNE, ces derniQres doivent alors
s'appliquer.
* La pression h l'interieur du tube doit être transmise
par un fluide comme l'eau ou un autre liquide. La
nature des milieux interne et externe doit être
mentionnee dans le rapport d'essai. Ces milieux
doivent Qtre maintenus h la temperature d'essai 8
- + 1 OC, ou mieux h + 0,5 OC, pendant la durde du
conditionnement, soit 15 min avant le commencement,
et, pendant l'essai.
Le diametre exterieur moyen et l'epaisseur minimale
de paroi de chacune des eprouvettes, doivent &re
détermines suivant 1'ISO 3126.
4.2 R6partition des paliers de pression
A chaque temperature choisie, il faut obtenir au
moins 25 points de defaillance, contrainte-temps,
supQrieurs h 10 h, &partis sur un minimum de 5
paliers de pression, et, de telle sorte qu'h chaque
palier, il y ait au moins une defaillance (pour des
raisons d'ordre statistique, il est recommande qu'a
chaque palier de pression il y ait plusieurs
defaillances). Si possible, les paliers de pression
doivent &re choisis de telle sorte qu'il se produise
au moins :
- 8 defaillances entre 10 et 100 h ;
- 8 defaillances entre 100 et 1 O00 h ;
- et 9 defaillances au-dessus de 1 O00 h ;
cependant il faut qu'au moins un de ceux-ci soit
superieur 8 9 O00 h.
Les eprouvettes non rompues aux pressions les plus ,
faibles doivent Qtre utilisees comme points de
defaillance dans les calculs s'ils augmentent la
valeur de GLTHs, dans le cas contraire, ils doivent
être rejetes.
NOTE : pour faciliter l'emploi des methodes
statistiques retenues, il est recommande que la
difference entre deux paliers de pression
successifs satisfassent 8 la relation :
blg (contrainte) = constante
---------------------- Page: 15 ----------------------
ISO/TR 90 : 1992 (F)
5 Mode operatoire
5.1 Choix de la m6t.iode pour la skie de rbsultats
consideree et analyse
Choisir et utiliser une méthode de détermination
de la resistance a la pression interne de longue
durQe a la lumière des renseignements ci-après.
Deux methodes pour obtenir la résistance B la
pression interne de longue duree, dLTHs, sont
présentées.
Elles sont denommees, méthode I, détaillée en 5.2,
l'annexe A indiquant la suite des opérations, et,
méthode II, detaillee en 5.3.
Les deux methodes sont basées sur une régression
linéaire ; leurs possiblites d'application sont
justifiees en se referant aux détails de calcul
fournis dans l'annexe B, et h l'essai de validation
donne dans l'annexe C. Le choix de la methode peut
Qtre specifié par la norme de produit concerné, en
faisant reference au present rapport technique. I1
depend de la presence d'un genou dans la serie de
resultats et pour laquelle un essai statique est
prévu en annexe D, et/ou de l'objet de l'évaluation,
comme suit.
- La methode I est la plus complQte et la plus
precise pour determiner les caracteristiques de
pression d'eclatement. Elle nécessite des
résultats h plusieurs températures et des durées
de l'ordre de un an ou plus. Elle est applicable
si les donnees mettent ou non un genou en
evidence. Le risque que, dans le domaine de
l'extrapolation, le comportement réel s'&carte de
celui prevu, par exemple, B cause d'un autre
changement de pente, est considéré comme très
faible, mais non nul. La m6thode I est la méthode
qui convient pour determiner les caracteristiques
de tenue h la pression des nouvelles matiQres.
- La méthode II exige une quantite d'essais plus
reduite que la mkthode I en ce qui concerne le
nombre des temperatures. De plus, les resultats ne
doivent presenter aucun signe de la presence d'un
genou. Cette methode convient mieux pour essayer
de nouvelles varietés de matiQres bien connues OÙ
le polymère lui-mQme reste inchange.
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5.2 M6thode I
(Voir aussi annexe A).
5.2.1 Resultats d'essais exiges
Obtenir les resultats d'essai suivant l'article 4,
et, en utilisant au moins trois temperatures T1,
T , TS, . : avec T1 < T < T ., et
rkspecter aussi les conditiods suivantes :
a) l'&art entre deux tempQratures successives
doit être au moins de 10 K.
b) la temperature d'essai la plus elevee, Tmax, ne
doit pas Qtre superieure h :
. la temperature de transition vitreuse
diminuee de 20 K dans le cas des polymQres
amorphes ou 8 prQdominance amorphe
:
. la temperature de fusion diminuee de 15 K
dans le cas des polymdres cristallins ou
semi-cristallins.
c) le nombre des observations et la distribution
des paliers de pression pour chaque temperature
doivent être conformes au paragraphe 4.2.
d) la temperature maximale d'essai, Tmax, doit
être choisie en tenant compte de la temperature
maximale h laquelle la matiQre peut être utilisQe
et de la temperature d'essai la plus &levee
possible.
2,
e) le nombre des observations de la classe
n, definie en B.5.2 de l'annexe B, doit être au
mbins de 20.
NOTE : pour avoir une estimation optimale de la
valeur de eLTHs, il est recommand6 de choisir
les temperatures d'essai de telle sorte
qu'elles englobent la temperature de service ou
la zone des temperatures de service.
5.2.2 Mise en evidence d'un genou : validation des
donnees et du modele
5.2.2.1 Effectuer, separement h chaque temperature
d'essai, la regression lineaire et determiner, h
chacune d'elles, la pente de la droite de regression
ainsi que la contrainte pr6vue correspondant 8 50 %
et h 2,5 % de d6faillance 8 50 ans.
17
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ISO/TR 9080 : 1992 (FI
Le mode de calcul de ces valeurs est indiqué en B.3
de l'annexe B.
5.2.2.2 Si h une ou plusieurs temperatures la
pente b de la droite de regression est positive,
considerer que les rQsultats h cette ou h ces
températures ne sont pas convenables.
5.2.2.3 Effectuer l'essai relatif h un genou
suivant l'annexe D. Si la présence d'un genou est
confirmbe, appliquer 5.2.4. Dans le cas contraire,
appliquer 5.2.2.4.
5.2.2.4 Si le rapport de la pente de la droite
de regression h la température la plus basse,
b , sur la droite de regression 8 la température
Tmin
d'essai la plus &levée, bT , est supérieur h 3
max
c'est-h-dire :
b
Tmin
------
)3
bT
max
considQrer qu'il s'agit d'une indication de la
présence Qventuelle d'un genou dans la zone
expérimentale et appliquer 5.2.4.
5.2.2.5 Si, h la température la plus &levee, le
rapport de la limite inferieure de confiance h
97,5 %, de la resistance h la pre
...
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