Post on 28-Oct-2019
LAPORAN AWALAN
PEMERIKSAAN KEBOCORAN PAIP AIR
BEKAL BAGI
SISTEM HYDRO PNEUMATIK PAM
DI BANGUNAN KOMPLEKS PENTADBIRAN
KERAJAAN PERSEKUTUAN SABAH
Disediakan oleh :
Unit Forensik,
Cawangan Kejuruteraan Mekanikal, Ibu Pejabat JKR Malaysia, Kuala
Lumpur.
Tarikh : 22 Jun 2009
Unit Forensik , Seksyen Pembangunan Kepakaran , Cawangan Kejuruteraan Mekanikal JKR Malaysia, Kuala Lumpur
Page 1
ISI KANDUNGAN
A. PENGENALAN...................................................................................... 2
B. LATARBELAKANG BANGUNAN ........................................................... 2
C. PASUKAN PENYIASAT ........................................................................ 2
D. OBJEKTIF ............................................................................................ 3
E. METHODOLOGI................................................................................... 3
F. DESKRIPSI SISTEM ............................................................................ 4
G. PENEMUAN & ULASAN ....................................................................... 5
a) Semakan dokumen berkaitan ..............................................................................5
b) Pemeriksaan Dokumen Pengujian.......................................................................6
c) Pemeriksaan Di Bilik Pam .....................................................................................6
d) Pemeriksaan tempat kebocoran..........................................................................8
e) Pemeriksaan Paip Pecah.......................................................................................9
f) Status bayaran Interim .......................................................................................10
H. ULASAN KESELURUHAN ....................................................................10
a) Status bayaran Interim .......................................................................................10
b) Lukisan terbina.....................................................................................................10
c) Dokumen kelulusan penerimaan bahan...........................................................11
d) Pemasangan paip ABS di ruang siling berdekatan atap keluli......................11
e) Perunding..............................................................................................................11
I. CADANGAN ........................................................................................11
J. KESIMPULAN .....................................................................................12
LAMPIRAN GAMBAR
LAMPIRAN 1 – PENGUJIAN
LAMPIRAN 2 - PENGESYORAN SOKONGAN PENGELUAR
LAMPIRAN 3 - TAWARAN TEKNIKAL DATA
LAMPIRAN 4 – PUMP CURVES
LAMPIRAN 5 - SKEMATIK
Unit Forensik , Seksyen Pembangunan Kepakaran , Cawangan Kejuruteraan Mekanikal JKR Malaysia, Kuala Lumpur
Page 2
A. PENGENALAN
Pada 11 Jun 2009, kejadian paip bocor telah berlaku di Blok A , Bangunan
Kompleks Pentadbiran Kerajaan Persekutuan (KPKPS) Sabah. Kejadian ini telah
mendapat liputan oleh media cetak dan elektronik Malaysia.
Pihak Cawangan Kejuruteraan Mekanikal , melalui Pengarah Kanan telah
mengarahkan unit forensik CKM untuk membuat siasatan dan mengenalpasti
punca kejadian tersebut.
Unit Forensik telah menjalankan siasatan pada 16 dan 17 Jun 2009 dengan
bantuan unit mekanikal Pasukan Projek Sabah (PPS).
B. LATARBELAKANG BANGUNAN
i. Kontraktor : Panji Keagungan Berhad, Sabah. Kelas A.
ii. Perunding C&S : Perunding Perkasa, Sabah.
iii. Perunding M&E : Pen Consult, Sabah.
iv. Perunding Arkitek : Halim Shariman & Associates, Sabah.
v. Pengarah Projek : Jabatan Pembangunan Persekutuan Sabah (JPPS).
vi. Tarikh Milik Tapak : 7.10.2002.
vii. Tarikh Siap Asal : 20.6.2005.
viii. Tarikh Siap Semasa : 1.7.2007 bersama dengan EOT #5.
ix. Kos Asal : RM288,018,173.30.
x. Kos Siap Semasa : RM324,043,173.30.
xi. Bayaran Semasa : 99.8 % (untuk kerja Mekanikal)
C. PASUKAN PENYIASAT
i. Wan Mohammad Bin Salleh Jurutera Mekanikal Kanan
Unit Kecekapan Tenaga
ii. Wan Shah Wan Senik Jurutera Mekanikal
Unit Forensik CKM
Unit Forensik , Seksyen Pembangunan Kepakaran , Cawangan Kejuruteraan Mekanikal JKR Malaysia, Kuala Lumpur
Page 3
D. OBJEKTIF
Objektif pemeriksaan ini adalah untuk menentukan punca masalah paip bocor
dan seterusnya mencadangkan langkah-langkah mengatasi.
E. METHODOLOGI
Kaedah pemeriksaan yang telah dijalankan adalah seperti berikut:-
i. Temuduga dengan pihak Kontraktor Utama
ii. Temuduga dengan pihak Perunding M&E
iii. Semakan dokumen-dokumen yang berkaitan seperti Lukisan, Laporan
Pengujian dan Dokumen Tender.
iv. Pemeriksaan ditempat kejadian (Aras 7 Blok A) dan sistem pam
hydropneumatik .
v. Pemeriksaan keatas paip ABS yang bocor.
Peralatan yang digunakan:-
a) Angkup Vernier
b) Thermometer
Hasil daripada pemeriksaan dan maklumat yang diperolehi, penilaian secara
langsung masalah-masalah yang dilaporkan dibuat bagi mengenalpasti punca
masalah.
Unit Forensik , Seksyen Pembangunan Kepakaran , Cawangan Kejuruteraan Mekanikal JKR Malaysia, Kuala Lumpur
Page 4
F. DESKRIPSI SISTEM
Jenis sistem bekalan air sejuk yang dbekalkan untuk bangunan terdiri dari dua
(2) jenis iaitu :
a) Sistem pam hydropneumatik – untuk tingkat 6 dan 7 sahaja
b) Kadar alir secara graviti – untuk tingkat 1, 2, 3, 4 dan 5
Teknikal data bagi Sistem pam hydropneumatik adalah seperti berikut :
a) Pam :-
Model - MHI 805
Bilangan - 2 unit.
Jenama - Wilo
Jenis - Horizontal Multi stage
Kadar alir - 2 l/s ( 26.4 igpm )
Cut in / Cut out pressure - 35 m / 45 m
b) Tangki Hydro-Pneumatik:-
Bilangan - 1 unit
Jenama / Origin - MC / Italy
Kapasiti - 300 liter
Tekanan operasi - 100 psi ( 6.89 bar )
c) Paip Air :-
Jenis - ABS ( Acrylonitrile-Butadiene-Styrene )
Pengeluar - Euratech
Saiz - 90 mm Class 9 dan 50 mm
( Lukisan pembinaan )
(Sila rujuk lampiran untuk data seterusnya )
Unit Forensik , Seksyen Pembangunan Kepakaran , Cawangan Kejuruteraan Mekanikal JKR Malaysia, Kuala Lumpur
Page 5
G. PENEMUAN & ULASAN
a) Semakan dokumen berkaitan
Penemuan :
Pihak kontraktor gagal mengemukakan dokumen-dokumen asas berikut:-
1. Lukisan terbina
2. Kelulusan penerimaan bahan oleh Perunding (Clerk of Work)
3. Surat kelulusan pertukaran rekabentuk
4. Rekod selenggaraan dalam tempoh tanggungan kecacatan (DLP)
5. Dokumen manual & operasi
Walaubagaimanapun, pihak kontraktor mengemukakan lukisan kerja bagi
kerja-kerja forensik sebagai rujukan.
Ulasan :
Di sebabkan ketiadaan dokumen sokongan tersebut, perkara-perkara berikut
tidak dapat dipastikan :
1. Pemasangan bagi sistem tersebut dibandingkan rekabentuk dan
pemasangan sebenar.
2. Operasi dan prestasi sistem tersebut dibandingkan dengan rekabentuk
dan sebenar.
3. Selenggaraan semasa tempoh kecacatan.
Lukisan yang didakwa oleh kontraktor sebagai lukisan kerja adalah lukisan tender
walaupun ia dicop lukisan kerja dan tidak disahkan oleh jurutera professional
( construction drawing ). Data perincian teknikal tiada di dalam lukisan tersebut.
Berdasarkan lukisan yang dikemukakan bagi sistem tersebut, didapati saiz paip
ABS adalah tidak sama sepertimana yang dipasang di tapak. Saiz paip dalam
lukisan DN90 PN 10. Tetapi paip yang dipasang adalah DN80 PN9 ( 80 mm
diameter, class 9 )
Unit Forensik , Seksyen Pembangunan Kepakaran , Cawangan Kejuruteraan Mekanikal JKR Malaysia, Kuala Lumpur
Page 6
b) Pemeriksaan Dokumen Pengujian
Penemuan :
Berdasarkan dokumen pengujian bagi sistem tersebut, pihak perunding telah
menjalankan kerja pengujian dan disaksikan oleh pihak kontraktor. Perunding
telah mengesahkan tekanan air 102 psi ( 7.03 bar) adalah dalam had yang
dibenarkan.( Lampiran 1 – pengujian )
Ulasan :
Tekanan rekabentuk cut out adalah 4.5 bar, tekanan maksima yang diuji adalah
7.03 bar dan pihak perunding telah membuat pengesahan dan menerimanya.
Tekanan ujian yang di sarankan oleh pihak pengeluar adalah sebanyak 1.5 kali
daripada tekanan rekabentuk untuk tempoh maksimum selama 1 jam, dalam
kes ini tekanan ujian yang dicadangkan adalah sebanyak 6.75 bar. Tiada kesan
kebocoran berlaku dan keretakan pada masa pengujian.
c) Pemeriksaan Di Bilik Pam
Penemuan :
• Tekanan
- Tekanan cut in yang dilaraskan pada meter pelaras tekanan adalah
1 bar (10 m ) manakalan tekanan cut out yang ditetapkan ialah 3.8
bar (38m). Pam ini beroperasi seperti yang ditetapkan pada pelaras.
(Rujuk gambar 1). Bacaan diambil pada 16 Jun 2009 iaitu empat
hari selepas kejadian.
- Manakala bacaan tekanan cut out yang diambil pada 12 Jun 2009
yang diambil oleh unit mekanikal PPS ialah 4.2 bar.
(Rujuk gambar 2)
• Pemasangan paip
- Terdapat empat (4) unit elbow di paip bekalan utama ( main pipe ).
Paip yang digunakan jenis ABS bersaiz 80 mm class 9 dan dicop
oleh SIRIM Malaysia.
- Tiada gegaran yang luar biasa semasa operasi.
Unit Forensik , Seksyen Pembangunan Kepakaran , Cawangan Kejuruteraan Mekanikal JKR Malaysia, Kuala Lumpur
Page 7
- Penyokong paip yang digunakan adalah dengan menggunakan bata
dinding dan tiada penyokong di setiap elbow. ( Rujuk gambar 3)
• Pemasangan pam
- Pam yang dipasang adalah model MHI 804 dan total head 50 m.
• Pemasangan tangki Hydro Pneumatik
- Model MT 300 dan tekanan operasi 100 psi ( 6.9 bar ).
Ulasan :
• Tekanan
Berdasarkan penemuan tersebut, dapat dipastikan bahawa tekanan cut out
sebelum kejadian kebocoran adalah 4.2 bar iaitu menepati spesifikasi
teknikal data yang dicadangkan oleh perunding. Walaubagaimanapun,
tekanan cut out ini telah diubah kepada 3.8 bar semasa pemeriksaan dibuat
oleh unit forensik.
Mengikut katalog pengeluar paip ini , paip saiz 80 mm class 9 sepatutnya
dapat menampung tekanan operasi sebanyak 9 bar. Oleh itu paip tersebut
masih boleh menanggung tekanan operasi 4.2 bar.
• Pemasangan Paip
Pemasangan paip ini adalah tidak mengikut pengesyoran pengeluar.
Sepatutnya Pipe clip dan support pad digunakan sebagai penyokong kepada
paip tersebut.( Rujuk lampiran 2 – Pengesyoran Pengeluar )
Mengikut amalan kejuruteraan, setiap elbow untuk paip bertekanan tinggi
dicadangkan dipasang penyokong untuk menyokong pada elbow sekiranya
terdapat water hammer di dalam paip air.
• Pemasangan Pam
Pam yang dipasang berbeza dengan yang ditawarkan iaitu dari MHI 805
( saiz 2.5 hp ) dan diturunkan kepada model MHI 804 saiz 2.0 hp Tiada
bukti dari pihak kontraktor atau perunding bagi pertukaran model tersebut.
(Rujuk gambar 4 dan Lampiran 3 - tawaran teknikal data , lampiran 4 –
Pump curves)
Walaupun terdapat ketidakpatuhan spesifikasi, ia bukanlan punca
kepada kebocoran paip air tersebut.
Unit Forensik , Seksyen Pembangunan Kepakaran , Cawangan Kejuruteraan Mekanikal JKR Malaysia, Kuala Lumpur
Page 8
d) Pemeriksaan tempat kebocoran.
Penemuan :
• Lokasi
Tempat kebocoran adalah di bilik pegawai , Pejabat Unit Pemodenan
Tadbiran dan Perancangan Pengurusan Malaysia, Cawangan Sabah.
Kesan dari kebocoran ini telah merosakkan peralatan-peralatan termasuk
pejabat Suruhanjaya Pencegahan Rasuah Malaysia, aras 7. Antara
kerosakan tersebut ialah perabut, karpet, dan fail-fail kerajaan.
( Rujuk Lampiran 5 : Lukisan Pelan Lantai )
• Laluan Paip
Paip air yang terlibat melalui ruang atas siling dan berdekatan dengan
atap keluli ( metal roof ) (rujuk gambar 5 dan 6 ).
• Kaedah Pemasangan
Lubang paip dari luar bangunan ke dalam bangunan ditutup dengan
simen ( rujuk gambar 7 ). Paip tersebut disokong dengan menggunakan
dawai. ( rujuk gambar 8 )
• Suhu
Suhu dalam ruang siling yang diambil jam 11.00 pagi adalah 33OC.
Ulasan :
• Laluan Paip
Paip ABS merupakan paip plastik. Kedudukannya yang terlalu dekat dengan
atap keluli dan tertutup menyumbang kepada prestasi bahan paip tersebut.
Merujuk kepada katalog pengeluar, suhu memainkan peranan terhadap
ketahanan paip ( stiffness ). Oleh itu sepatutnya bilangan penyokong perlu
ditambah dengan kaedah yang disyorkan. Suhu yang disukat adalah 33 OC
dan suhu ini adalah bukan merupakan suhu yang paling tinggi dalam ruang
siling tersebut.
Kenyataan dalam katalog Eurapipe Materials, mukasurat 6 : “With increased
temperature, pipe rigidity decreases thus necessating more frequent
support. At 80oC, continues support is required on the horizontal.”
Unit Forensik , Seksyen Pembangunan Kepakaran , Cawangan Kejuruteraan Mekanikal JKR Malaysia, Kuala Lumpur
Page 9
• Kaedah Pemasangan
Penyokong yang digunakan adalah tidak menepati pengesyoran pengeluar
iaitu yang mengunakan dawai dan menutup dengan simen. Penggunaan
dawai ini akan menggalakkan pergerakan lateral pada paip. Manakala paip
ditutup dengan simen ini akan menyebabkan pergerakan axial paip akibat
pengembangan (expansion) terbatas. Ini merupakan salah satu
penyumbang kepada keretakan pada paip tersebut. Pihak pengeluar
mengesyorkan pemasangan paip tersebut mempunyai penyokong yang
hendaklah membenarkan pengembangan (expansion) bagi mengelakkan
kerosakan pada paip.
Bagaimanapun, kerosakan paip telah dibaiki oleh pihak kontraktor
dan telah beroperasi seperti sediakala.
e) Pemeriksaan Paip Pecah.
Penemuan :
• Pemeriksaan visual
Pemeriksaan visual dibuat pada paip ABS tersebut. Paip tersebut
mempunyai warna yang berlainan iaitu warna asal (kelabu) dan warna
keperangan. Bahagian warna keperangan ini merupakan permukaan paip
yang terdedah terus ke atap. Keretakan berlaku di tempat yang keperangan
tersebut. ( rujuk gambar 9 )
• Keratan rentas
Keratan rentas pertama dibuat di tempat keretakan paip ABS yang terlibat
dan ketebalan dinding paip diukur dengan menggunakan angkup vernier.
Ketebalan yang diukur adalah tidak sekata. Bacaan empat (4) tempat yang
berlainan telah diukur pada suhu 24oC. Bacaan adalah seperti berikut :
5.34 mm , 5.58 mm , 5.60 mm 5.40 mm ( rujuk gambar 9 ). Keretakan
berlaku pada dinding yang tebalnya 5.34 mm.
Keratan rentas yang kedua dibuat iaitu di tempat yang tidak berlaku
keretakan. Bacaan ketebalan dinding pada garisan yang selari dengan
Unit Forensik , Seksyen Pembangunan Kepakaran , Cawangan Kejuruteraan Mekanikal JKR Malaysia, Kuala Lumpur
Page 10
tempat keretakan diukur. Bacaannya adalah 5.36 mm. Bacaan selebihnya
adalah melebihi 5.4 mm.
Ulasan :
Permukaan yang warna keperangan disebabkan oleh haba dari atap. Haba ini
menyumbang kepada sifat ketahanan pada paip tersebut. Keretakan telah
berlaku pada ketebalan dinding yang paling kurang iaitu pada bahagian
ketebalan 5.34 mm.
Merujuk kepada katalog pengeluar Euratech , ketebalan dinding bagi paip yang
bersaiz 80 mm Class 9 ialah 5.4 mm. Ini menunjukkan ketebalan paip tersebut
tidak menepati katalog asal pengeluar. Punca ketebalan dinding yang berlainan
tidak dapat dipastikan.
Oleh itu, berdasarkan penemuan diatas, keretakan paip berlaku pada
tempat ketebalan dinding 5.34 mm. Ketebalan dinding ini adalah
kurang daripada ketebalan yang sepatutnya iaitu 5.40 mm seperti
yang dinyatakan dalam katalog pengeluar.
f) Status bayaran Interim
Berdasarkan perunding M&E, bayaran interim telah dibuat sebanyak 99.8%
kepada kontraktor setakat ini.
H. ULASAN KESELURUHAN
a) Status bayaran Interim
Apabila status pembayaran interim telah dibuat sebanyak 99.8% oleh
perunding sepatutnya semua dokumen asas telah diserahkan oleh kontraktor
kepada pelanggan dan kerajaan. Ini menunjukkan berlakunya ketidakpatuhan
pada kontrak asal.
b) Lukisan terbina
Kegagalan mengemukakan lukisan terbina yang sah oleh perunding
menunjukkan perunding tidak memenuhi kehendak kontrak asal.
Unit Forensik , Seksyen Pembangunan Kepakaran , Cawangan Kejuruteraan Mekanikal JKR Malaysia, Kuala Lumpur
Page 11
c) Dokumen kelulusan penerimaan bahan
Kegagalan mengemukakan dokumen tersebut oleh perunding menyebabkan
kualiti bahan terutama paip bagi sistem tersebut diragui.
d) Pemasangan paip ABS di ruang siling berdekatan atap keluli
Berdasarkan pemeriksaan visual , disebabkan berlaku perubahan warna pada
permukaan paip yang terdedah pada suhu dari atap keluli tersebut ,
menunjukkan haba telah memberi kesan kepada kualiti bahan tersebut.
Pemasangan di laluan ini yang terdedah kepada haba perlu dikaji semula untuk
mengelakkan kejadian yang sama berulang.
Siasatan terperinci kepada keratakan pada paip ABS tersebut sedang dibuat
oleh pihak SIRIM.
e) Perunding
Pihak perunding sebagai badan professional sepatutnya menjalankan kerja
dengan professional. Segala rekod dan dokumen sepatutnya disediakan dengan
kemas . Keutuhan dan ketelusan sepatutnya ditekankan bagi segala kerja
dalam melaksanakan sesuatu projek.
I. CADANGAN
a) Tindakan Pembetulan
i. Dokumen yang tiada perlu dilengkapkan oleh perunding dan kontraktor
dengan jelas sebagaimana di dalam kontrak. Antaranya ialah :
a) Semua lukisan terbina yang sah
b) Kelulusan penerimaan bahan oleh Perunding (Clerk of Work)
c) Surat kelulusan pertukaran rekabentuk
d) Rekod selenggaraan dalam tempoh tanggungan kecacatan (DLP)
e) Dokumen manual & operasi yang lengkap.
ii. Disebabkan oleh kedudukan laluan paip dan pemasangan yang tidak
mengikut pengesyoran pengeluar dicadangkan perkara-perkara berikut
dijalankan :
Unit Forensik , Seksyen Pembangunan Kepakaran , Cawangan Kejuruteraan Mekanikal JKR Malaysia, Kuala Lumpur
Page 12
Bilangan penyokong perlu ditambah mengikut pengesyoran
pengeluar.
Semua paip ABS yang dipasang dalam ruang siling dan berdekatan
dengan atap keluli perlu ditebat untuk mengelakkan haba terkena
terus ke permukaan paip.
Paip ABS yang berubah warna kepada keperangan disebabkan oleh
haba perlu ditukar semula dengan yang baru dan dipasang mengikut
kaedah yang disyorkan.
Paip yang disimen mati seperti yang ditunjukkan dalam gambar 7
perlu dibuat ‘pipe sleeve’ untuk membenarkan pengembangan
(expansion) pada paip.
b) Tindakan Pencegahan
i. Penggunaan paip plastik di dalam ruang haba yang tinggi seperti ruang siling
beratap keluli perlu dikaji kerana ianya akan memendekkan jangka hayat paip
tersebut serta mengakibatkan kerosakan seperti keretakan.
ii. Penyokong paip juga perlu dititikberatkan terhadap penggunaanya di ruang
haba yang tinggi terutama di ruang siling.
J. KESIMPULAN
Pematuhan prosedur dalam perlaksanaan sesuatu projek sepatutnya ditekankan
secara terperinci oleh pihak ketiga. Pemilihan bahan dan pematuhan
pemasangan bagi sesuatu projek perlu dititikberatkan untuk mengelakkan
kejadian yang tidak diingini berlaku.
Laporan kedua akan dikeluarkan selepas laporan terperinci oleh pihak ketiga iaitu
Sirim Berhad diterima.
Unit Forensik , Seksyen Pembangunan Kepakaran , Cawangan Kejuruteraan Mekanikal JKR Malaysia, Kuala Lumpur
Page 13
Disediakan oleh :
...................................................
(JM Wan Shah Wan Senik )
Unit Forensik,
Seksyen Pembangunan Kepakaran,
Cawangan Kejuruteraan Mekanikal,
Ibu Pejabat JKR Malaysia, Kuala Lumpur
Disemak oleh :
...................................................
(JMPK Ir.Aziah Bte Wan Abdullah )
Jurutera Mekanikal Penguasa Kanan,
Seksyen Pembangunan Kepakaran,
Cawangan Kejuruteraan Mekanikal,
Ibu Pejabat JKR Malaysia, Kuala Lumpur
Disahkan oleh :
...................................................
(Hamdan Bin Abd Malek )
Pengarah,
Seksyen Pembangunan Kepakaran,
Cawangan Kejuruteraan Mekanikal,
Ibu Pejabat JKR Malaysia, Kuala Lumpur
LAMPIRAN - GAMBAR
Gambar : 1
Bacaan Tekanan Cut off di bilik pam
Gambar : 2
Bacaan yang diambil sejurus selepas kebocoran
Gambar : 3
Penyokong Paip bekal dengan menggunakan bata
Gambar : 4
Model Pam MHI 804
Gambar : 5
Sebelum paip dipotong Bilik Pegawai Pejabat Unit Pemodenan Tadbiran. – Aras 7
Gambar : 6
Selepas paip dipotong Bilik Pegawai Pejabat Unit Pemodenan Tadbiran – Aras 7
Gambar : 7
Paip yang disimen mati untuk menutup lubang
Gambar : 8
Paip yang disokong dengan menggunakan dawai
Gambar : 9
Paip retak Longitudinal
Gambar : 10
Ketebalan paip yang tidak seragam diukur dengan menggunakan Vernier Caliper
LAMPIRAN 1 - PENGUJIAN
PTC/CTR09/211 – Page 1 of 14
Plastics Technology Group Advanced Polymer & Composites Programme SIRIM Berhad (Company No. 367474-V) Tel : (603) 55446030/40 Fax: (603) 55446039 ____________________________________________________________________________
CONFIDENTIAL
CONSULTANCY TECHNICAL REPORT
Title: Failure Analysis on ‘ABS Pipe’ Sample
Report No.: PTC/CTR09/211
Date: 24 August 2009
Project No.: P09412
Company Name: Kementerian Kerja Raya, Cawangan Kejuruteraan Mekanikal
Address: Ibu Pejabat JKR Tingkat 21 Centre Point North The Boulevard Mid Valley City 59200 Kuala Lumpur Evaluated by: ................................... Zarina Rasmin Checked by: Approved by: .................................... ............................................ Dr Norzalia Sulaiman Dr Ahmad Fuad Md. Yusuf Head of Programme Plastics Technology Group
PTC/CTR09/211 – Page 2 of 14
Failure Analysis on ‘ABS Pipe’ Sample
1. Introduction
A sample indicated as ‘ABS Pipe’ with crack problem was received on 23 June 2009.
The location of the crack on the sample is shown in Figure 1. In this report, the ‘ABS
Pipe’ sample will be referred to as Sample A.
Figure 1. Photographs of Sample A with the crack location
It was indicated by the client that the sample failed (cracked) after 2 years in service.
According to the client, the sample is made from acrylonitrile butadiene styrene (ABS)
material with nominal wall thickness and inner diameter of 5.4 mm and 80 mm
respectively. It was indicated that the pipe was classified as Class 9 (able to withstand
pressure of up to 9 bar at 20°C) with ultimate tensile strength of 30 MPa (taken from the
product specification). However, according to the client, at the event of incidence, it
failed at water pressure of only approximately 4.2 bar.
Sides with original colour
Sides brownish in colour
Crack location on Part #1
Crack location on Part #2
Part #1
Part #2
(a) (b)
(c)
PTC/CTR09/211 – Page 3 of 14
It was also stated that the temperature when the failure happened was approximately
33°C. It was observed, upon received, that half of the pipe surface was brownish in
colour and according to the client, this surface was exposed to metal roof. The request
was to investigate the possible causes of failure (cracking) on the sample.
2. Analysis
The sample was analysed using the following techniques:
2.1 Stress Analysis
The hoop stress on the inner pipe wall was calculated using a standard formula as
follow:
σ = P x {(R2 + r2)/(R2 – r2)} (1)
Where:
P is the water pressure
R is the outer radius of the pipe
r is the inner radius of the pipe
The calculated hoop stress value will then be compared with the ultimate tensile strength
of the product.
2.2 Fractography Analysis
The analysis was conducted using Carl Zeiss Stereo Microscope with Axio Vision
software at 30 times magnification factor both cross-sectionally across the crack region*
and along the crack surface** in order to investigate the mode of failure and the crack
origin.
Notes: *1) Sample was cut along the rectangular marking on Part #2 (See Figure 1 (c)). The
cross-sectional area was polished until mirror finish before examination. **2) Sample was cut along the rectangular marking on Part #1 (See Figure 1 (b)).
Examination was carried out on one side of the crack surface.
PTC/CTR09/211 – Page 4 of 14
2.3 EDX Analysis
The analysis was conducted using Rontec Energy Dispersive X-ray (EDX)
Spectrophotometer. This analysis is used to investigate for any presence of inorganic
elements along the fracture surface. Prior to the analysis the area under investigation
was coated with gold (Au).
2.4 Fourier Transform Infra Red (FT-IR) Analysis
Small specimen cut from each inner wall surface (S1) and brownish surface (S2)
adjacent to the crack was directly placed onto a Golden Gate Diamond Attenuated Total
Reflectance (ATR) accessory. The specimens were scanned in reflectance mode for 16
times from 4000 cm-1 to 600 cm-1 using the Perkin Elmer SPECTRUM 2000 Fourier
Transform Infrared (FT-IR) spectrometer to obtain the infrared spectrum.
2.5 Differential Scanning Calorimetry (DSC) Analysis
Approximately 10 mg of test specimen cut from each brownish surface (S1) and inner
wall surface (S2) adjacent to the crack was analysed using the Perkin Elmer Diamond
DSC. The analysis was conducted in accordance to ASTM D 3418-1999: Standard Test
Method for Transition Temperatures of Polymers by Differential Scanning Calorimetry.
Throughout the experiment, the heating and cooling rates were set at 20°C per minute.
Nitrogen was used as the purge gas and the flow rate was maintained at 20 ml per
minute.
PTC/CTR09/211 – Page 5 of 14
3. Results and Discussion
3.1 Stress Analysis
The measured outer and inner diameter of Sample A is shown in Table 1.
Table 1. Outer and Inner Diameter of Sample A
Reading No. Diameter (mm)
Outer Inner
1 88.32 76.67
2 88.17 76.36
3 87.97 76.48
4 87.95 76.83
5 87.97 76.53
6 87.96 76.62
Average 88.06 76.58
From Table 1, the calculated outer radius (R) and inner radius (r) of Sample A is
approximately 44 mm and 38 mm respectively.
The following parameters were then used for the hoop stress calculation:
R = 44 mm
r = 38 mm
Pf = 4.2 bar (0.42 MPa) – water pressure during failure incident
Pmax = 9 bar (0.9 MPa) – maximum allowable water pressure
Note: 10 bar equal to 1 MPa
Inserting these parameters into equation (1) gives:
σf ~ 3 MPa (hoop stress during failure incident)
σmax ~ 6 MPa (maximum hoop stress)
PTC/CTR09/211 – Page 6 of 14
Comparing these values with that of the ultimate tensile strength of the product (30
MPa), it can be seen that the strength of the product is approximately 10 times and 5
times more than the hoop stress experienced by the sample during failure incident and
the maximum hoop stress value design for the sample. Therefore, in normal
circumstances, the pipe shall be well capable of resisting the hoop stress imposed by
the water pressure.
3.2 Fractography Analysis
Cross-section view of the sample at the crack location near to the crack end region on
Part #2 is shown in Figure 2.
Figure 2. Cross-section view of Sample A at the crack location - Magnification: 30 times - the blue arrows indicate the crack propagation direction
Surfa
ce fl
aws
Void
Outer brownish surface
Inner surface
Stress whitening
PTC/CTR09/211 – Page 7 of 14
From Figure 2 several findings as follow were gathered:
i) Crack started from both the inner and outer wall surface
ii) The crack propagated and met in the inner wall section.
iii) The whitened surface near to the inner wall section indicates that the fracture
initiated from the inner wall surface is most probably ductile in nature.
iv) The absence of whitened surface near to the outer wall section indicates that
the fracture initiated from the outer wall surface is most probably brittle in
nature
v) The existence of surface flaws on the outer and inner wall surface of the
sample.
vi) The existence of void inside the pipe wall.
Photomicrographs taken along the crack surface on Part #1 are shown in Figures 3 (a)
to (e). The photomicrographs show two different morphologies on the crack surface viz.
i) a very smooth morphology at the outer wall section indicating brittle fracture and ii) a
rather rough and whitened surface at the inner wall section indicating ductile fracture.
The photomicrographs also show that the crack surface contain surface imperfections
such as surface flaws and voids. These surface imperfections reduce the functional
cross-section of the pipe wall and weaken the overall strength of the sample.
It is known that the most frequent cause of void formation in ABS part is failure to
properly dry the resin prior to processing. In many cases, the moisture will be converted
to steam during processing and formation of void due excessive steam can cause
brittleness in the finished product.
PTC/CTR09/211 – Page 8 of 14
Figure 3. Photomicrographs taken along the crack surface in chronological order from (a) to (e) - Magnification: 30 times - the surface imperfection and the voids are shown inside the red circles and the blue arrows indicate the crack propagation directions
(a) (b) (c)
(d) (e)
Outer wall section
Inner wall section
PTC
/CTR
09/211 – Page 8 of 14
PTC/CTR09/211 – Page 9 of 14
3.3 EDX Analysis
Typical EDX spectrum taken along the fracture surface is shown in Figure 4.
Figure 4. EDX Spectrum along the fracture surface
The EDX spectrum shown in Figure 4, indicates that besides carbon (C) and oxygen (O),
which are most probably from the polymeric material, the fracture surface also contains
traces of inorganic elements such as silicone (Si), aluminium (Al) and calcium (Ca).
These inorganic elements are most probably originates from the minerals in the water.
3.4 FT-IR Analysis
FT-IR spectrum of the inner wall surface (S1) and brownish surface (S2) adjacent to the
crack are shown in Figure 5 and Figure 6 respectively, while the overlaid FT-IR spectra
of S1 and S2 are given in Figure 7.
Coating element (Au)
PTC/CTR09/211 – Page 10 of 14
4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600.0-5.0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105.0
cm-1
%T
3301
3061
3027
2919
2850
2238
1742 1637 1603
1584
1494
1452
1364
1248
1183
1070
1029
966
910
844
759
699
3385
Figure 5. FT-IR Spectrum of S1
4034.5 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 515.5-5.0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105.0
cm-1
%T
3421
3062
3028
2922
2852
2650
2238
1717
1603
1494
1453
1370
1182
1028
912
846
759
699
Figure 6. FT-IR Spectrum of S2
Acrylonitrile
Carbonyl (C=O)
Hydroxyl (OH)
Styrene
Butadiene
Acrylonitrile Styrene
Carbonyl (C=O)
Hydroxyl (OH)
Broadening effect and disappearance of the 966 cm-1 band (butadiene)
PTC/CTR09/211 – Page 11 of 14
4000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 550.0-5.0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105.0
cm-1
%T
Figure 7. Overlaid FT-IR Spectra of S1 and S2
FT-IR spectrum shown in Figure 5 shows typical spectrum of an ABS material with main
absorption bands at 2238 cm-1 (acrylonitrile functional group), 966 cm-1 (butadiene
functional group) and 1603 cm-1 (stryrene functional group). It was also observed in
Figure 5 that S1 also contains hydroxyl (OH) functional group and carbonyl (C=O)
functional group at approximately 3385 cm-1 and 1742 cm-1 absorption bands
respectively. The presence of these two functional groups in the pipe sample indicates
that most probably the inner surface has most probably undergone some stages of
degradation process.
FT-IR spectrum of S2 (See Figure 6 and Figure 7), on the other hand, shows a relatively
longer absorption bands of the OH and C=O functional groups. The spectrum also
showed a broadening effect at the absorption bands between 1300 cm-1 to 900 cm-1 and
the disappearance of the 966 cm-1 band (butadiene functional group).
S2
S1
Hydroxyl (OH) region
Carbonyl (C=O) region Butadiene
region
PTC/CTR09/211 – Page 12 of 14
The relatively longer OH and C=O functional groups indicates that the brownish outer
surface of the pipe sample may possibly has undergone further degree of degradation
process, while the disappearance of the 966 cm-1 band indicates that the butadiene
phase has been eliminated from the brownish outer pipe surface, possibly as a result of
weathering. The disappearance of the butadiene phase has produced a brittle surface
layer which has most probably initiated the cracks into the bulk of the material.
It is also known that the degradation of the unsaturated butadiene component in ABS
usually leads to formation of voids and flaws on the surface of a product. These
imperfections may have acted as stress concentrator in the sample and can also
propagated the crack into the bulk of the material. The presence of voids and surface
flaws were shown clearly by the microscopic examination along the crack surface and
the crack cross-sectional area (See Figure 2 and Figure 3).
Note: It is known that the colour change in ABS has been attributed to unsaturated carbonyl compounds.
3.5 DSC Analysis
The overlaid DSC curves of specimens taken at the inner wall surface (S1) and brownish
surface (S2) adjacent to the crack are shown in Figure 8.
PTC/CTR09/211 – Page 13 of 14
Figure 8. DSC curves of S1 and S2
The glass transition temperatures detected on the inner and outer wall surface of the
pipe adjacent to the crack (106°C and 108°C respectively) show typical glass transition
temperature of an ABS material. However, it can be observed from Figure 8 that the
change in the specific heat capacity detected at the outer wall section is comparatively
lower (approximately by 30%) than that detected at the inner wall section. This
observation can also be used as an indicative measure that the outer wall section has
undergone higher degree of degradation (most probably as a result of weathering) than
the inner wall section.
S1
S2
PTC/CTR09/211 – Page 14 of 14
4. Conclusions
The most probable causes of failure (cracking) on the ‘ABS Pipe’ sample are mainly due
to:
i) Embrittlement of the exposed surface of the pipe via. the elimination of the
butadiene phase in the ABS as a result of degradation.
ii) The presence of surface imperfections such as surface flaws at the inner and outer
surface of the pipe, and voids inside the pipe wall that have reduced the overall
strength of the sample.
Notes:
1) Surface flaws and voids may be originated from improper processing technique
during the production of the pipe sample.
2) Although the inner wall section is not exposed to weathering, evident of degradation
was also observed. Improper processing technique may also initiate surface
degradation.
3) Possibility of pipe failure arising from sudden impact loading, e.g. due to water
hammer or pressure surged cannot be dismissed too.
This Consultancy Technical Report by Advanced Polymer & Composites Programme, SIRIM Berhad is a written documentation of the results and technical inference drawn, to the best of our knowledge, from the analyses performed. This report covers only samples submitted by the clients. Any user of this report agrees that SIRIM Berhad shall not be liable for any loss or damage, regardless of cause, resulting from the use of such information, data and recommendations reported herein.