ISO 13760:1998

Plastics pipes for the conveyance of fluids under pressure - Miner's rule - Calculation method for cumulative damage

Tubes en matières plastiques pour le transport des fluides sous pression — Règle de Miner — Méthode de calcul du cumul des dommages

La présente Norme internationale prescrit une méthode de calcul de la contrainte maximale admissible applicable à des tubes soumis à des variations de pression et/ou de température au cours de leur durée de vie escomptée. Cette méthode est généralement connue sous l'appellation: «règle de Miner». Il est nécessaire d'appliquer la règle de Miner séparément à chaque mécanisme de rupture, autrement dit, dans le cas d'une rupture mécanique due à la pression interne. Les autres mécanismes de rupture, résultant d'une dégradation par oxydation ou déshydrochloruration, sont à négliger (si l'on suppose, bien sûr, l'absence de toute interaction). Une matière ne peut être utilisée que s'il est prouvé qu'elle est conforme à tous les critères des mécanismes de rupture. NOTE -- La règle de Miner est une méthode empirique qui constitue seulement une première approximation de la réalité.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 13-May-1998
• ICS: 23.040.20 - Plastics pipes
• Technical Committee: ISO/TC 138/SC 5 - General properties of pipes, fittings and valves of plastic materials and their accessories -- Test methods and basic specifications
• Drafting Committee: ISO/TC 138/SC 5 - General properties of pipes, fittings and valves of plastic materials and their accessories -- Test methods and basic specifications
• Current Stage: 9092 - International Standard to be revised
• Start Date: 24-Oct-2024
• Completion Date: 13-Dec-2025

Relations

• Consolidates: ISO 1607-2:1989 - Positive-displacement vacuum pumps - Measurement of performance characteristics - Part 2: Measurement of ultimate pressure
• Effective Date: 06-Jun-2022

Overview

ISO 13760:1998 provides an empirically based method (Miner's rule) to calculate the cumulative damage that plastics pressure pipes can accumulate under varying internal pressures and temperatures over their service life. The standard is used to determine the maximum allowable hoop stress for a given temperature/pressure profile and expected lifetime. It emphasizes that Miner's rule is a first approximation and that each failure mechanism must be assessed separately (e.g., mechanical rupture vs. oxidative degradation).

Key Topics

• Miner's rule principle: damage is proportional to exposure time at a given set of conditions and damages from successive conditions are additive.
• Total Yearly Damage (TYD): sum of the fractional yearly damage contributions from each condition in the profile.
• Maximum permissible time: calculated from TYD to establish the allowable service life under the combined profile.
• Separate failure mechanisms: the method is applied independently for each distinct failure mode (mechanical, oxidative, etc.).
• Informative annexes: examples and guidance are provided, including temperature profiles and oxidative-extrapolation considerations.

Key practical terms and formulas from the standard are presented conceptually: for each condition i, the contribution is the fraction of the year exposed multiplied by the inverse of the lifetime at that condition. The TYD is the sum of these contributions; the allowable service time is derived from the TYD.

Applications

ISO 13760:1998 is intended for engineers, material scientists, and designers who need to:

• Predict service life of thermoplastic pressure pipes subject to variable operating regimes.
• Derive design hoop stress and determine required wall thickness or SDR for pipeline systems.
• Evaluate combined profiles that include normal operation, short-term excursions, and malfunction temperatures.

Practical example (from the standard): a hot-water class profile comprising 49 years at 70 °C, 1 year at 80 °C and 100 h at 95 °C is used to illustrate how to compute TYD and adjust design stress. The standard also discusses oxidative lifetime extrapolation (Annex B) and recommends an activation energy around 110 kJ/mol for conservative extrapolation between temperatures.

Benefits:

• Enables consistent lifetime prediction and conservative design margins.
• Facilitates comparison of materials and schedules by using a common cumulative-damage framework.
• Can be implemented efficiently in spreadsheets or design software using life–stress–temperature models.

Related Standards

ISO 13760:1998 references and aligns with several standards useful for implementation:

• ISO 10508 (thermoplastic pipes for hot/cold water systems)
• ISO/TR 9080 (extrapolation of hydrostatic stress rupture data)
• ISO 1167 (resistance to internal pressure - test method)
• ISO 12230 (polybutene time/temperature strength effects)

For design work, apply Miner's rule separately to each failure mechanism and consult the referenced standards and annexes for procedures and example calculations.

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 13760
First edition
1998-05-15
Plastics pipes for the conveyance of fluids
under pressure — Miner's rule —
Calculation method for cumulative damage
Tubes en matières plastiques pour le transport des fluides sous pression —
Règle de Miner — Méthode de calcul du cumul des dommages
A
Reference number
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide
federation of national standards bodies (ISO member bodies). The work of
preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each 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.
Draft International Standards adopted by the technical committees are
circulated to the member bodies for voting. Publication as an International
Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting
a vote.
International Standard ISO 13760 was prepared by Technical Committee
ISO/TC 138, Plastics pipes, fittings and valves for the transport of fluids,
Subcommittee SC 5, General properties of pipes, fittings and valves of
plastic materials and their accessories — Test methods and basic
specifications.
Annexes A, B and C of this International Standard are for information only.
©  ISO 1998
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced
or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and
microfilm, without permission in writing from the publisher.
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Printed in Switzerland
ii
©
INTERNATIONAL STANDARD  ISO ISO 13760:1998(E)
Plastics pipes for the conveyance of fluids under pressure —
Miner's rule — Calculation method for cumulative damage
1 Scope
This International Standard specifies a method for calculating the maximum allowable hoop stress applicable to
pipes exposed to varying internal pressures and/or temperatures during their expected lifetime. This method is
generally known as Miner's rule.
It is necessary to apply Miner's rule to each failure mechanism separately. Thus, for mechanical failure due to
internal pressure, other failure mechanisms, such as oxidative or dehydrochlorinative degradative failure
mechanisms, are to be neglected (assuming, of course, no interaction). A material may be used only when it is
proven to conform to all failure mechanism criteria.
NOTE — Miner's rule is an empirically based procedure, and is only a first approximation to reality.
2 Normative reference
The following standard contains provisions which, through reference in this text, constitute provisions of this
International Standard. At the time of the publication, the edition indicated was valid. All standards are subject to
revision, and parties to agreements based on this International Standard are encouraged to investigate the
possibility of applying the most recent edition of the standard indicated below. Members of IEC and ISO maintain
registers of currently valid International Standards.
ISO 10508:1995, Thermoplastics pipes and fittings for hot and cold water systems.
3 Symbols and abbreviated terms
For the purposes of this International Standard, the following symbols and abbreviations apply:
a fraction of a year, expressed as a percentage, when referring to set of conditions “i”;
i
t lifetime under a specified set of conditions “i” (i = 1, 2, 3, etc.) expressed in years;
i
t lifetime at malfunction temperature T as defined in ISO 10508;
m
m
t lifetime at maximum operating temperature T as defined in ISO 10508;
max max
t lifetime at operating temperature T as defined in ISO 10508;
o o
t maximum permissible time of use under varying conditions, expressed in years;
x
TYD total yearly damage, expressed as a percentage.
©
ISO
4 Principle
Miner's rule is based on the following assumptions:
a) The total damage a material or product is allowed to suffer from a certain type of attack is constant (100 %).
b) Under constant conditions, the damage done is proportional to the duration of the attack. The material or product
will last till the 100 % damage level has been reached. The time needed for this is called t , in this context expressed
i
in years. Per year, the amount of damage done is % .
t
i
This is the proportionality rule.
NOTE — The amount of damage is not necessarily visible or measurable; it may, e.g., also be the passing of an induction time.
c) If a material is exposed to attack for only part of a year (say a % of the year, instead of 100 % of the year), the
i
100 a
yearly damage is not % but %. This follows from the proportionality rule.
t t
i i
d) In the case of damage of the same type but under varyious sets of conditions (differing severity, temperature,
pressure, stress, etc.), one after the other, the total damage per year will be the combined effect of the various sets
of conditions. The additivity rule states that the separate amounts of damage may be added. The result is the
cumulative damage under varying conditions.
5 Procedure
Calculate the total yearly damage (TYD) using the following equation:
a
i
TYD = (1)
�
t
i
expressed as a percentage of the total permissible damage.
Calculate the maximum permissible time of use t , in years, using the following equation:
x
t = (2)
x
TYD
NOTE — See annex A for example calculations and annex B for the assessment of oxidative stability.
©
ISO
Annex A
(informative)
Examples of the use of Miner's rule
A.1 Example of varying conditions
An illustrative example is provided by the calculation of the expected service life of hot-water pipes, viz: class 2 as
defined in ISO 10508.
This International Standard specifies, during a 50-year service life, a temperature profile consisting of 49 years at
the standard operating temperature T of 70 °C, 1 year at the maximum operating temperature T of 80 °C and
o max
100 h at the malfunction temperature T of 95 °C to allow for heater control faults.
m
To derive the proper wall thickness (or rather the ratio SDR, i.e. the diameter/wall thickness ratio), it is necessary to
know the maximum permissible hoop stress in the pipe wall that will withstand the given conditions. However, the
proposed class specifications state that, in the case of polybutylene fo
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 13760
Première édition
1998-05-15
Tubes en matières plastiques pour
le transport des fluides sous pression —
Règle de Miner — Méthode de calcul du
cumul des dommages
Plastics pipes for the conveyance of fluids under pressure — Miner's
rule — Calculation method for cumulative damage
A
Numéro de référence
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l'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'ISO, participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour
vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
La Norme internationale ISO 13760 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 138, Tubes, raccords et
robinetterie en matières plastiques pour le transport des fluides, sous-comité SC 5, Propriétés générales des tubes,
raccords et robinetteries en matières plastiques et leurs accessoires — Méthodes d’essais et spécifications de
base.
Les annexes A, B et C de la présente Norme internationale sont données uniquement à titre d’information.
©  ISO 1998
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque
forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit de l'éditeur.
Organisation internationale de normalisation
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Imprimé en Suisse
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NORME INTERNATIONALE  © ISO ISO 13760:1998(F)
Tubes en matières plastiques pour le transport des fluides sous
pression — Règle de Miner — Méthode de calcul du cumul des
dommages
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale prescrit une méthode de calcul de la contrainte maximale admissible applicable à
des tubes soumis à des variations de pression et/ou de température au cours de leur durée de vie escomptée.
Cette méthode est généralement connue sous l'appellation: «règle de Miner».
Il est nécessaire d'appliquer la règle de Miner séparément à chaque mécanisme de rupture, autrement dit, dans le
cas d'une rupture mécanique due à la pression interne. Les autres mécanismes de rupture, résultant d'une
dégradation par oxydation ou déshydrochloruration, sont à négliger (si l'on suppose, bien sûr, l'absence de toute
interaction). Une matière ne peut être utilisée que s'il est prouvé qu'elle est conforme à tous les critères des
mécanismes de rupture.
NOTE — La règle de Miner est une méthode empirique qui constitue seulement une première approximation de la réalité.
2 Référence normative
La norme suivante contient 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 publication, l’édition indiquée était en
vigueur. Toute norme est sujette à révision et les parties prenantes des accords fondés sur la présente Norme
internationale sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer l’édition la plus récente de la norme indiquée ci-
après. Les membres de la CEI et de l'ISO possèdent le registre des Normes internationales en vigueur à un
moment donné.
ISO 10508:1995, Tubes et raccords en matières thermoplastiques destinés aux systèmes d'eaux chaude et froide.
3 Symboles et termes abrégés
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les abréviations et symboles suivants s'appliquent.
a = fraction d'une année, exprimée en pourcentage, rapportée aux conditions «i»;

i
t = durée de vie dans des conditions spécifiées «i» (i = 1, 2, 3, etc.), exprimée en années;
i
t = durée de vie à une température accidentelle, T , telle que définie dans l'ISO 10508 ;
a a
t = durée de vie à une température maximale de service, T , telle que définie dans l'ISO 10508;
max max
©
ISO
t = durée de vie à la température de service, T , telle que définie dans l'ISO 10508;
s s
t = durée maximale admissible d'utilisation dans des conditions variables, exprimée en années;
x
TYD = total des dommages par an, exprimé en pourcentage.
4 Principe
La règle de Miner est fondée sur les hypothèses suivantes:
a) La totalité des dommages, qu'un type donné d'attaque peut faire subir à une matière ou à un produit, est
constante (100 %).
b) Dans des conditions constantes, le dommage subi est proportionnel à la durée de l'attaque. La matière ou le
produit résiste jusqu'à ce que le niveau de 100 % soit atteint. Le temps nécessaire pour y parvenir est appelé t ,
i
exprimé en années dans ce contexte. Chaque année, la quantité de dommages est %.
t
i
C'est la règle de la proportionnalité.
NOTE — La quantité des dommages n'est pas nécessairement visible ou mesurable; il peut aussi s'agir, par exemple, d'une
période d'induction.
c) Si une matière n'est exposée à une attaque qu'une partie de l'année (à savoir, a % de l'année, au lieu de 100 %
i
a
i
de l'année), le dommage annuel n'est pas de % mais de % étant donné la règle de la proportionnalité.
t t
i i
d) Dans le cas de dommages du même type, mais dans diverses conditions (sévérité différente, température,
pression, contrainte, etc.) réalisées l'une après l'autre, la quantité annuelle de dommages est la combinaison des
effets des différentres conditions. La règle d'additivité montre que ces quantités de dommages peuvent s'ajouter.
Le résultat est le dommage cummulé dans les diverses conditions.
5 Mode opératoire
Calculer le total des dommages par an (TYD), à l'aide de l'équation suivante:
a
i
TYD = (1)
�
t
i
exprimé en pourcentage du total des dommages admissibles.
Calculer la durée maximale admissible d'utilisation, t , en années, à l'aide de l'équation suivante:
x
t = (2)
x
TYD
NOTE — Voir l'annexe A pour les exemples de calcul, et l'annexe B dans le cas de l'estimation de la stabilité à l'oxydation.
© ISO
Annexe A
(informative)
Exemples d'application de la règle de Miner
A.1  Exemple relatif à des conditions variables
Le calcul de la durée de service espérée des tubes d'eau chaude de la classe 2 de l'ISO 10508 est un exemple qui
illustre cette règle.
La présente Norme internationale spécifie que, pendant une durée de service de 50 ans, la courbe de la
température comporte 49 ans à la température de service normalisée, , de 70 °C, 1 an à la température
T
s
maximale de service, T , de 80 °C, et 100 h à la température accidentelle T de 95 °C, afin de tenir compte de la
max a
défaillance du contrôle des températures.
Pour calculer l'épaisseur de paroi (ou plutôt le rapport SDR, c'est-à-dire le rapport diamètre/épaisseur de paroi), il
est nécessaire de connaître la contrainte maximale admissible dans la paroi que le tube peut supporter dans d
...