Apoxeteyseis Simeioseis 01

ΑΠΟΧΕΤΕΥΣΕΙΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΣΤΑ ΠΛΑΙΣΙΑ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΤΩΝ ΥΔΡΕΥΣΕΩΝ – ΑΠΟΧΕΤΕΥΣΕΩΝ ΤΟΥ Ε’ ΕΞΑΜΗΝΟΥ ΤΟΥ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΥ Α.Π.Θ.

Ιωσηφίδης Βασίλης Δρ Πολιτικός Μηχανικός Οκτώβριος 2010

ΜΕΡΟΣ ΠΡΩΤΟ Περιεχόμενα

σελ.

1. Παντορροϊκά και χωριστικά δίκτυα αποχέτευσης

2. Υπολογισμός παροχών στα δίκτυα αποχέτευσης ακαθάρτων

3–7

8 – 16

3. Βασικές αρχές υδραυλικής στα δίκτυα αποχέτευσης

17 – 49

4. Υπολογισμός ροής ελεύθερης από αποθέσεις

50 – 55

5. Κατασκευαστικά στοιχεία τεχνικών έργων στα δίκτυα αποχέτευσης

56 – 75

6. Αγωγοί αποχέτευσης – Υλικά – Κατασκευή

76 – 88

2


Ιωσηφίδης Βασίλης Δρ Πολιτικός Μηχανικός

1. Παντορροϊκά και χωριστικά δίκτυα αποχέτευσης Ανάλογα με τον τρόπο που σχεδιάζονται και κατασκευάζονται τα δίκτυα αποχέτευσης χωρίζονται σε παντορροϊκά και χωριστικά. Στα παντορροϊκά δίκτυα έχουμε διατομές αγωγών σχεδιασμένες για να παραλαμβάνουν τόσο τα ακάθαρτα όσο και τα όμβρια της περιοχής που εξυπηρετούν. Με παντορροϊκά δίκτυα εξυπηρετούνται περιοχές των οποίων τα δίκτυα κατασκευάστηκαν σε παλαιότερες εποχές τόσο στην Ελλάδα όσο και στο εξωτερικό. Ειδικά για τον ελληνικό χώρο με παντορροϊκό δίκτυο αποχετεύονται σήμερα μόνο τα κέντρα των μεγάλων πόλεων που κατασκευάστηκαν πριν από τη δεκαετία του 1970. Στα χωριστικά δίκτυα έχουμε δύο τουλάχιστον αγωγούς σε κάθε δρόμο, από τους οποίους ο ένας παραλαμβάνει τα ακάθαρτα και ο άλλος τα όμβρια. Συνήθης πρακτική για λόγους που θα αναφερθούν στη συνέχεια είναι πλέον τόσο στον ελληνικό χώρο όσο και στο εξωτερικό να κατασκευάζονται μόνο χωριστικά δίκτυα. Στα παντορροϊκά δίκτυα, τα οποία καταλήγουν σε εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων, σε περίοδο βροχής μεταφέρονται πολλαπλάσιες παροχές από αυτές που μεταφέρονται σε περίοδο ξηρού καιρού. Οι εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων σχεδιάζονται ώστε να εξυπηρετούν και να επεξεργάζονται μόνο ένα μικρό ποσοστό της παροχής βροχής, ενώ η πλεονάζουσα παροχή υπερχειλίζει προς τους παρακείμενους φυσικούς αποδέκτες χωρίς επεξεργασία. Αυτό αποτελεί και ένα από τα μειονεκτήματα της επιλογής της λύσης των παντορροϊκών δικτύων. Η πρόβλεψη επεξεργασίας μεγαλύτερων ποσοτήτων ομβρίων δεν συνιστάται για λόγους λειτουργικούς και οικονομικούς. Στα μειονεκτήματα του παντορροϊκού συστήματος πρέπει να προστεθούν και μερικά ακόμα, όπως οι κίνδυνοι πλημμυρίσματος υπογείων σε περιπτώσεις εξαιρετικών καταιγίδων, η έκπλυση οσμών κατά τις ξηρές περιόδους από τα ανοιχτά φρεάτια συλλογής ομβρίων στους δρόμους καθώς και το αυξημένο κόστος αντλήσεων σε περίπτωση που υπάρχουν αντλιοστάσια μέσα στο δίκτυο. Βεβαίως, το παντορροϊκό δίκτυο έχει και ορισμένα πλεονεκτήματα, όπως την απλότητα του (ένας αγωγός σε κάθε δρόμο) που προσφέρει καλύτερη εποπτεία, τη μικρότερη απασχόληση της

3



διατομής και κυρίως το μικρότερο αρχικό κόστος κατασκευής. Σε πολλές περιπτώσεις όμως και η οικονομικότητα του, σε σύγκριση με το χωριστικό σύστημα, μπορεί να αμφισβητηθεί, ιδιαίτερα σε πόλεις που ο τελικός αποδέκτης των λυμάτων βρίσκεται σε μακρινή απόσταση, ενώ υπάρχουν μέσα ή δίπλα στην πόλη επιφανειακοί υδροφορείς που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αποδέκτες ομβρίων. Ακόμη, εάν συνυπολογιστεί το αυξανόμενο κόστος κατασκευής της εγκατάστασης καθαρισμού, στην περίπτωση παντορροϊκού δικτύου και κυρίως οι αυξημένες δαπάνες συντήρησης και λειτουργίας, τότε μπορεί να αποδειχτεί ότι το παντορροϊκό δίκτυο δεν υπερέχει οικονομικά. Η επιλογή της λύσης του παντορροϊκού δικτύου δικαιολογείται μόνο (α) σε μικρές επεκτάσεις παλιών παντορροϊκών δικτύων (β) σε περιπτώσεις που, εξαιτίας της παρουσίας οργανικών υλικών στους δρόμους της πόλης, τα όμβρια απαιτούν επεξεργασία πριν τη διάθεση τους και (γ) σε οικισμούς με πολύ στενούς δρόμους που δεν επιτρέπουν την κατασκευή δύο παράλληλων αγωγών αποχέτευσης. Το χωριστικό σύστημα αποχέτευσης, που διεθνώς έχει επικρατήσει τα τελευταία χρόνια, εφαρμόζεται

σχεδόν

αποκλειστικά

πλέον

στην

Ελλάδα,

όπου

εξαιτίας

των

μεγάλων

καθυστερήσεων δεν είχαν κατασκευαστεί οργανωμένα δίκτυα αποχέτευσης πριν την επικράτησή του διεθνώς. Το χωριστικό σύστημα επιτρέπει την πλήρη ανεξαρτησία στο σχεδιασμό των δύο δικτύων. Έτσι το δίκτυο

ακαθάρτων

σχεδιάζεται

συγκεντρωτικά,

δηλαδή

τα

ακάθαρτα

όλης

της

πόλης,

συγκεντρώνονται τελικά σε έναν αγωγό, τον κύριο συλλεκτήρα, ο οποίος τα οδηγεί στην εγκατάσταση καθαρισμού, πριν καταλήξουν στον τελικό αποδέκτη. Αντίθετα, το δίκτυο ομβρίων σχεδιάζεται αποκεντρωτικά, δηλαδή επιδιώκεται η κατασκευή ανεξάρτητων αγωγών ομβρίων που καταλήγουν σε διαφορετικά σημεία του αποδέκτη, ή και σε διαφορετικούς αποδέκτες. Με τον αποκεντρωτικό σχεδιασμό μειώνονται οι διατομές και κατά συνέπεια το κόστος των αγωγών και κατά κανόνα αποφεύγονται οι αντλήσεις. Ένα άλλο πλεονέκτημα του χωριστικού συστήματος είναι το γεγονός ότι ευνοεί τη σταδιακή κατασκευή των έργων αποχέτευσης. Δεδομένου ότι η πιο βασική ανάγκη είναι η αποχέτευση των ακαθάρτων και ότι οι αγωγοί ακαθάρτων είναι μικρής διατομής και φθηνοί, συνήθως κατασκευάζεται πρώτα το δίκτυο ακαθάρτων, ενώ τα όμβρια αφήνονται για μερικά χρόνια να τρέχουν στους δρόμους και τα φυσικά υδατορεύματα της πόλης.

4



Ένα αξιοσημείωτο μειονέκτημα του χωριστικού συστήματος είναι το γεγονός ότι απαιτεί προσεκτική επιτήρηση, ώστε να αποφεύγονται εσφαλμένες ιδιωτικές συνδέσεις, που δημιουργούν προβλήματα στη λειτουργία και των δύο δικτύων. Η σύνδεση των υδρορροών των κτιρίων με τους αγωγούς ακαθάρτων προκαλεί υπερφόρτωση των τελευταίων, κατά τη διάρκεια καταιγίδων, ενώ η σύνδεση των ακαθάρτων των σπιτιών με τους αγωγούς ομβρίων προκαλεί ρύπανση του αποδέκτη ομβρίων και πηγή οσμών για τον οικισμό. Στα σχήματα που ακολουθούν φαίνεται η τυπική διατομή οδού με παντορροϊκό δίκτυο αποχέτευσης (σχήμα 1.1) και η τυπική διατομή οδού με χωριστικό δίκτυο αποχέτευσης (σχήμα 1.2) τόσο για οδούς μεγάλου όσο και για οδούς μικρού πλάτους.

5



Σχήμα 1.1 : Τυπική διατομή οδού με παντορροϊκό δίκτυο αποχέτευσης

6



Σχήμα 1.2 : Τυπική διατομή οδού με χωριστικό σύστημα αποχέτευσης

7



2. Υπολογισμός παροχών στα δίκτυα αποχέτευσης ακαθάρτων 2.1. Κατανάλωση ύδατος – Παροχές ακαθάρτων Οι παράγοντες που επηρεάζουν την κατανάλωση ύδατος ανά περιοχή μπορούν να συνοψιστούν ως εξής: -

το κλίμα

-

το επίπεδο ζωής

-

η ύπαρξη ή όχι δικτύου αποχέτευσης

-

ο τόπος των εμπορικών, βιομηχανικών και τουριστικών δραστηριοτήτων

-

η διαθεσιμότητα νερού για ύδρευση

-

οι πιέσεις του δικτύου ύδρευσης

-

η ποιότητα του νερού

-

το κόστος του νερού

-

η πολιτική διαχείρισης του συστήματος υδροδότησης

Η κατανάλωση ύδατος εκφράζεται συνήθως με το μέγεθος της μέσης ημερήσιας κατανάλωσης ανά κάτοικο (l/d.κατ). Στον ελλαδικό χώρο οι τυπικές τιμές οικιακής κατανάλωσης κυμαίνονται από 150 l/d.κατ ως 250 l/d.κατ με μέση τιμή τα 200 l/d.κατ. Οι μικρότερες μέσες ημερήσιες καταναλώσεις παρατηρούνται συνήθως σε μικρότερους οικισμούς. Σε μεγάλες πόλεις με ψηλό βιοτικό επίπεδο αντιστοιχούν οι μεγαλύτερες τιμές. Στις τιμές αυτές δεν περιλαμβάνονται οι απώλειες του δικτύου διανομής που παρουσιάζουν μεγάλη διακύμανση σε ποσοστό του ημερήσια ή ετήσια καταναλούμενου ύδατος. Ξεχωριστά υπολογίζονται οι βιομηχανικές καταναλώσεις που εξαρτώνται από το είδος της βιομηχανίας και την παραγωγή της κάθε μονάδας.

8



Κανονικά χωριστά υπολογίζονται και οι

δημόσιες και δημοτικές καταναλώσεις (σχολεία,

νοσοκομεία, άρδευση πάρκων, πλύσιμο δρόμων, κ.λπ.), συνήθως όμως οι καταναλώσεις αυτές ανάγονται σε ειδικές καταναλώσεις ανά κάτοικο και προστίθενται στην οικιακή κατανάλωση. 2.1.1 Διακύμανση των παροχών ακαθάρτων Οι παροχές ακαθάρτων παρουσιάζουν μεταβολές που μπορούν να συνοψιστούν στις εξής κατηγορίες: 1. Υπερετήσιες διακυμάνσεις: αυτές οφείλονται στην εξέλιξη του πληθυσμού, στις κοινωνικές και οικονομικές συνθήκες, στο επίπεδο διαβίωσης. Συνήθως αυτές είναι αυξητικές και έτσι οι μεγαλύτερες παροχές εμφανίζονται προς το τέλος της περιόδου σχεδιασμού των έργων. 2. Διακυμάνσεις στη διάρκεια του έτους: αυτές οφείλονται συνήθως στις μεταβολές κατανάλωσης που προκαλούνται από τις διαφορετικές κλιματικές συνθήκες. Το καλοκαίρι οι καταναλώσεις νερού και ως εκ τούτου και οι παροχές ακαθάρτων είναι γενικά μεγαλύτερες. Ιδιαίτερη προσοχή θα πρέπει να δοθεί στην περίπτωση των μεγαλουπόλεων που στη διάρκεια του καλοκαιριού μειώνεται σημαντικά ο πληθυσμός τους. Το αντίθετο συμβαίνει στα παραθεριστικά θέρετρα. 3. Διακυμάνσεις στη διάρκεια της ημέρας: οι ωριαίες μεταβολές στην κατανάλωση οφείλονται κατά κύριο λόγο στις καθημερινές συνήθειες ζωής, όπως και στις ώρες λειτουργίας των βιοτεχνιών και βιομηχανιών. Όσο μεγαλώνει το μέγεθος της περιοχής που εξετάζεται, τόσο ομαλοποιείται η καμπύλη διακύμανσης της ημερήσιας κατανάλωσης. Στην ίδια κατεύθυνση οδηγεί και η παροχή από υπόγειες εισροές η οποία κατά κανόνα είναι σταθερή κατά τη διάρκεια του εικοσιτετραώρου. 4. Διακυμάνσεις στη διάρκεια της εβδομάδας: ανάλογα με την εποχή αλλά και τις καθημερινές συνήθειες είναι εμφανής η διακύμανση της κατανάλωσης με αυξημένη την κατανάλωση κυρίως τις πρώτες εργάσιμες ημέρες της εβδομάδας και μειωμένη κυρίως τις Κυριακές και τις αργίες. Για τις μελέτες αποχέτευσης κατ’ αρχήν ενδιαφέρουν οι μέγιστες παροχές, που προβλέπονται στο τέλος της περιόδου σχεδιασμού, στις οποίες βασίζεται η διαστασιολόγηση και ο υδραυλικός έλεγχος επάρκειας των αγωγών.

9



Για το σχεδιασμό των αντλιοστασίων, τυχόν ειδικών έργων αλλά και για τις εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων ενδιαφέρουν διάφορες συνθήκες φόρτισης (π.χ. μέγιστες, μέσες, ελάχιστες παροχές για την αρχή και το τέλος της περιόδου σχεδιασμού). Οι ελάχιστες παροχές ενδιαφέρουν επίσης για τον υπολογισμό της δυνατότητας αποφυγής αποθέσεων στους αγωγούς. Τα κυριότερα μεγέθη παροχής που ενδιαφέρουν κωδικοποιούνται ως εξής: •

Μέση ημερήσια παροχή ακαθάρτων Qακ (ή ανά κάτοικο qακ) Πρόκειται για τον ετήσιο όγκο των ακαθάρτων, διηρημένο με τη διάρκεια ενός έτους. Προκύπτει από τον ετήσιο όγκο κατανάλωσης ύδατος πολλαπλασιασμένο με ένα συντελεστή που εκφράζει το ποσοστό του ύδατος που καταλήγει στην αποχέτευση και κατά κανόνα θεωρείται ίσο με 0,80 (δηλ. το 80% της κατανάλωσης νερού καταλήγει στο δίκτυο αποχέτευσης).

•

max max Μέγιστη ημερήσια παροχή ακαθάρτων Qημ (ή ανά κάτοικο qημ )

Πρόκειται για τη μέση παροχή της ημέρας με τη μεγαλύτερη κατανάλωση. Προκύπτει από τη μέση ημερήσια παροχή ακαθάρτων πολλαπλασιασμένη με το συντελεστή ημερήσιας αιχμής fd. max Qημ = Qακ ⋅ f d

(1)

Στις περισσότερες των περιπτώσεων η μέγιστη ημερήσια παροχή ακαθάρτων προκύπτει το καλοκαίρι και ονομάζεται και θερινή παροχή ακαθάρτων. •

Μέγιστη ωριαία παροχή ακαθάρτων (ή παροχή αιχμής) Αποτελεί την παροχή υπολογισμού και υπολογίζεται στη βάση της μέγιστης ημερήσιας, ως η παροχή της ώρας με τη μεγαλύτερη κατανάλωση. Σύμφωνα με τις ελληνικές προδιαγραφές (Π.Δ. 696/74) υπολογίζεται από τη σχέση:

Qαιχμής = Q max ημ ⋅ f h

(2)

όπου fh ο συντελεστής ωριαίας αιχμής. Σύμφωνα με τις ελληνικές προδιαγραφές ο συντελεστής αυτός για τα δίκτυα αποχέτευσης υπολογίζεται από τον τύπο:

f h = 1,5 +

2,5 Qημmax

≤3

(3)

10



max είναι εκφρασμένο σε l/s. όπου το Qημ

Στον πίνακα 2.1 είναι καταχωρημένοι οι προτεινόμενοι συντελεστές για τον υπολογισμό των παροχών αιχμής και των ελάχιστων παροχών διαστασιολόγησης από τη γερμανική βιβλιογραφία.

Μέγεθος οικισμού (κάτοικοι)

ημερήσια παροχή λυμάτων ( l /κατ.d)

1

Συντελεστής υπολογισμού παροχής Συντελεστής αιχμής fmax

ημέρα

νύκτα

fμέσο

fmin

2

3

4

5

ως 5 000

150

1/8 (3.0)

1/12

1/84

5 000 – 10 000

180

1/10 (2.4)

1/12 – 1/14

1/84 – 1/48

10 000 – 50 000

220

1/12 (2.0)

1/14 – 1/18

1/48 – 1/37

50 000 – 250 000

250

1/14 (1.71)

1/18 – 1/20

1/37 – 1/30

> 250 000

300

1/16 (1.5)

1/20 – 1/22

1/30 – 1/27

Πίνακας 2.1 : Συντελεστές υπολογισμού παροχών αιχμής και ελάχιστων παροχών για τη διαστασιολόγηση των δικτύων αποχέτευσης ακαθάρτων σύμφωνα με τη γερμανική βιβλιογραφία. 2.2 Υπόγειες εισροές Οι παροχές υπολογισμού των αγωγών ακαθάρτων πρέπει να προσαυξάνονται κατά την παροχή που αντιστοιχεί στις παρασιτικές εισροές υπόγειου νερού και ομβρίων. Υπόγεια νερά εισέρχονται στο δίκτυο από μη στεγανές συνδέσεις των αγωγών μεταξύ τους, ενώ παράνομες συνδέσεις αγωγών αποχέτευσης ομβρίων ιδιοκτησιών οδηγούν όμβρια με παρασιτικό τρόπο στα δίκτυα ακαθάρτων. Οι διηθήσεις υπόγειων νερών εξαρτώνται από τη στάθμη του υπόγειου ορίζοντα σε σχέση με το βάθος τοποθέτησης του αγωγού ακαθάρτων, από το υλικό και την ποιότητα κατασκευής των αγωγών του δικτύου και από την διαπερατότητα του εδάφους. Το ύψος των παρασιτικών εισροών ομβρίων εξαρτάται από την αποτελεσματικότητα επιτήρησης του δικτύου.

11



Τυπικές τιμές υπόγειων εισροών που χρησιμοποιούνται διεθνώς έχουν ως εξής: 1. Με αναγωγή στη μονάδα επιφάνειας: 2,5 ως 50 m3/ημ/ha (0,03 ως 0,58 l/s/ha) 2. Με αναγωγή στη μονάδα μήκους του δικτύου: 5 ως 200 m3/ημ/km 3. Με αναγωγή στη μονάδα μήκους και τη μονάδα διαμέτρου του αγωγού: 0,5 ως 5,0

m3/ημ/km/cm (0,006 ως 0,058 l/s/km/cm) 4. Με ενιαία ποσοστιαία έκφραση επί της παροχής ακαθάρτων: από 15% ως 100% της

παροχής ακαθάρτων Γενικά οι μικρότερες τιμές αφορούν σύγχρονα δίκτυα καλής κατασκευής και οι μεγαλύτερες παλαιότερα και προβληματικά δίκτυα. Η αύξηση των παροχών για συνυπολογισμό των παρασιτικών εισροών ομβρίων γίνεται συνήθως κατά την κρίση του μελετητή. 2.3 Υπολογισμός συνολικής παροχής αστικών λυμάτων δικτύων ακαθάρτων Για την εκτίμηση της παροχής δικτύων ακαθάρτων Qt συνυπολογίζονται: •

η παροχή ακαθάρτων Qακ

•

η παροχή από βιομηχανίες ή βιοτεχνικούς χώρους Qg

•

εισρ η παροχή από υπόγειες εισροές Qυπ

οπότε εισρ Qt = Qακ + Q g + Qυπ

(4)

Η διαδικασία περιλαμβάνει τα εξής βήματα: 1. Καθορίζεται η περίοδος σχεδιασμού, για την οποία θα πρέπει να επαρκούν οι αγωγοί.

Συνήθης τιμή για το δίκτυο είναι τα 40 χρόνια. 2. Γίνεται πρόβλεψη του πληθυσμού στο τέλος της περιόδου σχεδιασμού. 3. Γίνεται

διαχωρισμός της περιοχής μελέτης σε ζώνες και τομείς, ανάλογα με τις

δραστηριότητες και εκτιμάται η κατανομή του πληθυσμού στους διάφορους τομείς. 4. Προσδιορίζεται η μέση ημερήσια οικιακή κατανάλωση νερού ανά κάτοικο και οι αντίστοιχες

καταναλώσεις για βιομηχανική και δημόσια χρήση.

12



5. Εκτιμάται το ποσοστό της κατανάλωσης που οδηγείται στο δίκτυο ακαθάρτων. Συνήθης τιμή

σχεδιασμού 80%. 6. Υπολογίζεται

η

μέγιστη

ημερήσια

και

η

μέγιστη

ωριαία

παροχή

ακαθάρτων.

Χρησιμοποιούνται οι εξισώσεις 1 και 2. 7. Εκτιμώνται οι πρόσθετες εισροές, δηλαδή ποσότητες υπόγειου νερού που διηθούνται στο

δίκτυο και επιφανειακής απορροής ομβρίων που εισρέουν σε αυτό. 8. Το άθροισμα της μέγιστης ωριαίας παροχής ακαθάρτων και της παροχής πρόσθετων

εισροών δίνει την παροχή σχεδιασμού των αγωγών. Σημαντικό ρόλο στην επιλογή των σωστών παραδοχών και μεγεθών παίζει η εμπειρία του μηχανικού και η ύπαρξη των κατάλληλων πληροφοριών. Η παροχή των βιομηχανικών περιοχών υπολογίζεται στη βάση της εκτιμώμενης παροχής ανά μονάδα επιφάνειας και της συνολικής επιφάνειας που εξυπηρετείται από το δίκτυο. Για τη διαστασιολόγηση των διατομών προτείνεται για τους κλειστούς αγωγούς η χρήση της εξίσωσης των Prandtl – Colebrook με λειτουργική τραχύτητα Kb μεταξύ 0,25 και 1,50 mm ανάλογα με το υλικό των αγωγών, και για τους ανοικτούς αγωγούς η εξίσωση Manning – Strickler με συντελεστές τραχύτητας KSt μεταξύ 30 και 95 (m1/3/s). Ο υπολογισμός στηρίζεται στην κλίση της γραμμής ενέργειας. Για μερικά πληρωμένους αγωγούς με μόνιμη ροή χωρίς ανάσχεσή της, συμπίπτει η κλίση της γραμμής ενέργειας με την κλίση του πυθμένα του αγωγού. Για πλήρεις αγωγούς ή αγωγούς υπό πίεση πρέπει να λαμβάνεται υπ’ όψη στον υπολογισμό η κλίση της γραμμής ενέργειας. Για ταχύτητες μεγαλύτερες από 3,5m/s είναι πιθανή η παράσυρση αέρα λόγω της τύρβης στη ροή, που οδηγεί σε αύξηση του όγκου που ρέει. Στις περιπτώσεις αυτές είναι επιθυμητή η εξασφάλιση ενός ποσοστού ασφάλειας στη διαστασιολόγηση. Κατά το σχεδιασμό των δικτύων θεωρείται σαν επιτρεπτό ποσοστό πλήρωσης των αγωγών που για τους ελληνικούς κανονισμούς εξαρτάται από τη διάμετρο του αγωγού για τα δίκτυα ακαθάρτων (Πίνακας 2.2), ενώ προσδιορίζεται στο 70% για σχεδιασμό νέων δικτύων ομβρίων. Για έλεγχο ροής σε υφιστάμενα δίκτυα τόσο ακαθάρτων όσο και ομβρίων είναι αποδεκτά ποσοστά πληρότητας 80% και σε ειδικές περιπτώσεις ως 90%.

13



Διάμετρος

Επιτρεπόμενο ποσοστό πλήρωσης

ως 400 mm

50%

500 και 600 mm

60%

> 600 mm

70%

Πίνακας 2.2 : Επιτρεπόμενο ποσοστό πλήρωσης ανάλογα με το μέγεθος του αγωγού σύμφωνα με τους ελληνικούς κανονισμούς (δίκτυα ακαθάρτων). Για λειτουργικούς λόγους οι ελληνικοί κανονισμοί συνιστούν ελάχιστη διάμετρο στα δίκτυα ακαθάρτων 200mm, οι γερμανικοί κανονισμοί και η ΕΥΑΘ υιοθετούν ελάχιστη διάμετρο 250mm. Στα δίκτυα ομβρίων οι ελληνικοί κανονισμοί δέχονται ελάχιστη διάμετρο 400mm. Αναφορικά με τις επιθυμητές ταχύτητες έχει παρατηρηθεί ότι ανεξάρτητα από το βάθος ροής και το ποσοστό πλήρωσης του αγωγού για ταχύτητες ≤ 0,5 m/s παρατηρούνται αποθέσεις, οι οποίες είναι γενικά ανεπιθύμητες. Οι ταχύτητες ροής που αναπτύσσονται για μέγιστη παροχή στη διάρκεια της ημέρας πρέπει να είναι οπωσδήποτε μεγαλύτερες από την τιμή 0,5 m/s. Τιμές ταχύτητας μεγαλύτερες από 6 ως 8 m/s πρέπει επίσης να αποφεύγονται γιατί οδηγούν σε φθορά του υλικού των σωλήνων. Σε άλλο σημείο γίνεται αναφορά στις ελάχιστες επιτρεπόμενες ταχύτητες για τις νυκτερινές ελάχιστες παροχές προκειμένου να αποφεύγονται οι αποθέσεις. 2.4. Βιοτεχνικά και βιομηχανικά λύματα Μεγάλο μέρος της κατανάλωσης νερού και κατά συνέπεια της παροχής των λυμάτων στα δίκτυα αποχέτευσης ακαθάρτων οφείλεται στις βιοτεχνίες και βιομηχανίες της χώρας. Η ποιότητα των λυμάτων αυτών παρουσιάζει μεγάλες διαφοροποιήσεις ανάλογα με το είδος της βιοτεχνίας ή βιομηχανίας.

14



Ανάλογα με την ποιότητα τους τα βιομηχανικά και βιοτεχνικά λύματα μπορούν να χωριστούν στις παρακάτω κατηγορίες: α) Λύματα με ισχυρή οργανική ρύπανση, όπως για παράδειγμα τα λύματα της βιομηχανίας τροφίμων, των βυρσοδεψίων, της υφαντουργίας, της βιομηχανίας επεξεργασίας ξύλου και χαρτιού, όπως και κάποια από τα λύματα της χημικής βιομηχανίας. β) Λύματα που έχουν κυρίως ανόργανη ρύπανση, όπως η βιομηχανία ορυκτών, κάποια από τα λύματα της χημικής βιομηχανίας και της βιομηχανίας πρώτων υλών. γ) Λύματα των οποίων η ρύπανση είναι δύσκολα αποδομήσιμη και επικίνδυνη για την υγεία, όπως τα λύματα μερικών βιομηχανιών της χημικής βιομηχανίας, λύματα της επεξεργασίας δερμάτων και υφασμάτων και ορισμένων από τις βιομηχανίες ορυκτών και πρώτων υλών. Ο όγκος και η ποιότητα των βιομηχανικών λυμάτων εξαρτάται από τη διαδικασία παραγωγής και από τις χρησιμοποιούμενες μεθόδους παραγωγής. Κάθε μέτρο που βοηθά στη μείωση τόσο του όγκου όσο και του ρυπαντικού φορτίου των βιομηχανικών λυμάτων θα πρέπει να εφαρμόζεται, ιδίως στην περίπτωση που το κόστος επεξεργασίας είναι σημαντικό. Στη διεθνή βιβλιογραφία απαντώνται πίνακες που περιέχουν στοιχεία για τα ποσοτικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά των βιοτεχνικών και βιομηχανικών λυμάτων. Η αποχέτευση των βιομηχανικών λυμάτων στο ίδιο αποχετευτικό δίκτυο με τα αστικά λύματα και η επεξεργασία τους σε κοινή εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων είναι ενδεδειγμένη μόνο όταν η ποσότητα και η ποιότητα των βιομηχανικών λυμάτων το επιτρέπουν. Πιο συγκεκριμένα για να είναι δυνατή η ταυτόχρονη αποχέτευση και συνεπεξεργασία των βιομηχανικών λυμάτων με τα αστικά θα πρέπει : α) να μην επηρεάζονται δυσμενώς οι εγκαταστάσεις τόσο αποχέτευσης όσο και επεξεργασίας β) να μη δημιουργούνται προβλήματα υγιεινής για το απασχολούμενο προσωπικό γ) να μην επηρεάζεται δυσμενώς η ποιότητα του αποδέκτη στον οποίο καταλήγουν μετά από συνεπεξεργασία τα λύματα. Σε αντίθετη περίπτωση είναι επιβεβλημένη η συλλογή των βιομηχανικών λυμάτων από ανεξάρτητο δίκτυο και η επεξεργασία σε ανεξάρτητη εγκατάσταση.

15



2.5 Σύνοψη και κωδικοποίηση μεγεθών περιγραφής των καταναλώσεων ύδατος και των παροχών αποχέτευσης ακαθάρτων. Στον πίνακα 2.3 έχουν καταχωρηθεί με τη μονάδα και το σχετικό σύμβολο όλα τα μεγέθη που χρησιμοποιούνται για την περιγραφή της κατανάλωσης νερού και των διακυμάνσεών της.

Σύμβολο

Μονάδες

Q

l/s, l/h, l/d m3/h, m3/d, m3/a

1

Κατανάλωση ύδατος

2

Μέγιστη ημερήσια κατανάλωση ύδατος που καταλήγει στο δίκτυο

max Qημ

m3/d

3

Μέση ημερήσια κατανάλωση ύδατος που καταλήγει στο δίκτυο

Qακ

m3/d

4

Παροχή

Q

l/s, m3/h

5

Παροχή αιχμής

Qαιχμής

l/s

6

Συντελεστής ωριαίας αιχμής

fh

-

7

Συντελεστής ημερήσιας αιχμής

fd

-

8

Μέση ημερήσια κατανάλωση ανά κάτοικο που καταλήγει στο δίκτυο

qdm

m3/d.κατ l/d.κατ

Παρατηρήσεις Απαιτούμενος όγκος νερού για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα Μέγιστη ημερήσια παροχή για συγκεκριμένη περιοχή για την περίοδο διαστασιολόγησης Μέση ημερήσια παροχή για συγκεκριμένη περιοχή για την περίοδο διαστασιολόγησης Μέγιστη παροχή για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα Από τη σύγκριση της μέγιστης ωριαίας κατανάλωσης που αντιστοιχεί στη μέγιστη κατανάλωση και της μέσης ωριαίας κατανάλωσης για την περίοδο διαστασιολόγησης Από τη σύγκριση της μέγιστης με τη μέση ημερήσια κατανάλωση για την περίοδο διαστασιολόγησης π.χ. για ένα έτος

qdm =

Qακ 365ημ .κ άτοικοι

Πίνακας 2.3 : Σημαντικά μεγέθη για την κωδικοποίηση τω καταναλώσεων ύδατος και των παροχών αποχέτευσης ακαθάρτων

16

3. ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΣΤΑ ΔΙΚΤΥΑ ΑΠΟΧΕΤΕΥΣΗΣ


3. ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΣΤΑ ΔΙΚΤΥΑ ΑΠΟΧΕΤΕΥΣΗΣ 3.1. Γενικά – Συνθήκες ροής Η περιγραφή της απορροής σε αγωγούς δικτύων αποχέτευσης χαρακτηρίζεται από μία σειρά συνθηκών ροής που έχουν καταχωρηθεί στον πίνακα 3.1. Η παράλειψη κάποιων από τους παράγοντες περιγραφής των πλήρων διαφορικών εξισώσεων οδηγεί σταδιακά σε απλούστευση του τρόπου υπολογισμού και οι εξισώσεις που προκύπτουν έχουν περιληφθεί στον πίνακα 3.2. Η πρώτη από τις εξισώσεις του πίνακα 3.2 περιγράφει με λεπτομέρεια το φαινόμενο της ροής στους αγωγούς αποχέτευσης. Η εξίσωση (2) του πίνακα 3.2 περιγράφει τη ροή σε αγωγούς μεταφοράς χωρίς πλευρική εισροή ή εκροή κατά μήκος του αγωγού. Οι περαιτέρω απλουστεύσεις από την εξίσωση (3) ως την (7) προκύπτουν με αυθαίρετη παράλειψη μεμονωμένων παραγόντων της εξίσωσης. Με παράλειψη των παραγόντων

1 δU ⋅ g δt

ή

U δU ⋅ g δx

προκύπτουν λάθη που είναι δυνατόν να

αλληλοαναιρούνται.

Χαρακτηρισμός

Κριτήριο

ροής

Χαρακτηρισμός

Κριτήριο

ροής

μόνιμη

δ( ) =0 δt

μη μόνιμη

δ( ) ≠0 δt

ομοιόμορφη

δ( ) =0 δx

ανομοιόμορφη

δ( ) ≠0 δx

χωρικά μη μεταβαλλόμενη

q=0

χωρικά μεταβαλλόμενη

q≠0

υποκρίσιμη

Fr < 1

υπερκρίσιμη

Fr > 1

στρωτή

Re < 2320

τυρβώδης

Re > 2320

μονοφασική

λύματα

πολυφασική

λύματα + αέρας

Πίνακας 3.1 : Είδη ροής στα δίκτυα αποχέτευσης

17



Τρόπος υπολογισμού μη μόνιμη, 1

ανομοιόμορφη, μη συνεχής

2

μη μόνιμη, ανομοιόμορφη μη μόνιμη,

3

απλουστευτικά ανομοιόμορφη

Εξίσωση κίνησης

1 δU U δU U δh ⋅ + ⋅ + ⋅q + = J So − J R g δt g δ x g ⋅ A δx

δQ δΑ + =q δx δt

1 δU U δ v ⋅ + ⋅ g δt g δ x

+

δQ δΑ + =0 δx δt

1 δU ⋅ g δt

+

απλουστευτικά 4

Εξίσωση συνέχειας

μη μόνιμη, ανομοιόμορφη

U δU ⋅ g δx

δh = J So − J R δx





+

απλουστευτικά 5


μη μόνιμη, απλουστευτικά


ανομοιόμορφη 6

μόνιμη, ανομοιόμορφη

U δU ⋅ g δx

μόνιμη, 7

απλουστευτικά


δQ δx

=0


δQ δx

=0

δh = J So − J R =0 δx

δQ δx

=0

+

ανομοιόμορφη μόνιμη, 8

ομοιόμορφη, ροή

Πίνακας 3.2 : Τρόποι υπολογισμού της ροής σε δίκτυα και αγωγούς αποχέτευσης όπου Q:

παροχή

q:

πλευρική εισροή ανά μέτρο μήκους στην

t: h:

κατεύθυνση της ροής

χρόνος βάθος ροής ή πιεζομετρικό φορτίο σε ροή υπό πίεση στον πυθμένα του αγωγού

A:

η διατομή του αγωγού

U:

JSo :

κλίση του πυθμένα των αγωγών

g:

JR :

η κλίση της γραμμής ενέργειας

x:

απόσταση στην κατεύθυνση της ροής

μέση ταχύτητα ροής στην διατομή επιτάχυνση βαρύτητας

18



Για το λόγο αυτό οι εξισώσεις μετά την εξίσωση 4 είναι προτιμητέες για αγωγούς μεταφοράς από τις εξισώσεις 3 και 4 του πίνακα 3.1. Για επίλυση των πλήρων εξισώσεων 1 και 2 πρέπει να τηρούνται οι απαραίτητες προϋποθέσεις (ευστάθεια υπολογισμού για τα βήματα Δx και Δt). Η απλουστευτική εξίσωση 8 χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό αγωγών με μερική πλήρωση, περιγράφει όμως περίπτωση ροής που δεν απαντάται σε αγωγούς δικτύων αποχέτευσης (εκτός ίσως από αγωγούς μεταφοράς μεγάλου μήκους χωρίς πλευρικές εισροές). Η χρήση της σχέσης αυτής επιτρέπει μία χρήσιμη εκτίμηση, χωρίς ιδιαίτερες απαιτήσεις ακρίβειας, των συνθηκών ροής.

3.2. Εξισώσεις Η εξίσωση που περιγράφει τη μέση ταχύτητα ροής έχει ως εξής:

U=

Q A

(1)

όπου: U: η μέση ταχύτητα ροής Q: η παροχή Α: η βρεχόμενη επιφάνεια κατά τη ροή, στην περίπτωση κυκλικού αγωγού σε ροή υπό πίεση είναι :

A=π ⋅

d2 4

όπου d η εσωτερική διάμετρος του αγωγού. Η εξίσωση που περιγράφει τις απώλειες τριβής για ομοιόμορφη κατανομή των απωλειών κατά μήκος του αγωγού είναι γνωστή και σαν εξίσωση Darcy - Weissbach:

hf = λ ⋅

L U2 ⋅ 4R 2 g

(2)

19



όπου: hf : οι απώλειες τριβής λ : ο αδιάστατος συντελεστής τριβής L : το μήκος του αγωγού R : υδραυλική ακτίνα Τροποποιημένη η εξίσωση (2) έχει ως εξής:

JE =

hf 1 U2 =λ⋅ ⋅ 4R 2 g L

(3)

όπου JE είναι η κλίση της γραμμής ενέργειας. Στην περίπτωση της μόνιμης ομοιόμορφης ροής (εξίσωση 8 του πίνακα 3.1) η κλίση της γραμμής ενέργειας ταυτίζεται με την κλίση του πυθμένα του αγωγού JS. Κατά τη διαδικασία υδραυλικού υπολογισμού των αγωγών στα δίκτυα αποχέτευσης δεν λαμβάνονται υπ’ όψη μόνο μόνιμα φαινόμενα, όπως η τριβή στα τοιχώματα των αγωγών, αλλά και η επίδραση των μεμονωμένων απωλειών που εμφανίζονται τοπικά. Η γενική εξίσωση που περιλαμβάνει και τις τοπικές απώλειες είναι η:

L U2 + Σζ ) ⋅ hf = (λ ⋅ 4R 2g

(4a)

και για κυκλικούς αγωγούς:

hf = (λ ⋅

L U2 + Σζ ) ⋅ 2g d

Ο αδιάστατος συντελεστής ζ σε συνδυασμό με τον παράγοντα της ταχύτητας

(4b)

U2 2g

δίνει τις

μεμονωμένες απώλειες.

hτοπ = ζ ⋅

U2 2g

(4c)

20



Ο συνδυασμός της εξίσωσης (1) με τις (4a) και (4b) οδηγεί στη γενική εξίσωση ροής:

1 ⋅ A ⋅ R ⋅ J E ⋅ 8g 4R ⋅ Σζ λ+ L

Q = A ⋅U =

(5a)

που για κυκλικούς αγωγούς είναι:

Q = A ⋅U =

1 πd2 ⋅ ⋅ d ⋅ J E ⋅ 2g 4 d λ + ⋅ Σζ L

(5b)

Για απλοποίηση προτείνεται η χρήση ενός συντελεστή τριβής που περιλαμβάνει τους επιμέρους συντελεστές και ορίζεται ως :

λb = λ +

4R ⋅ Σζ L

(6)

και έτσι οι εξισώσεις (5a) και (5b) μετατρέπονται στις

Q = A⋅

1

λb

⋅ R ⋅ J E ⋅ 8g

(7a)

και αντίστοιχα :

Q=

πd2 4

⋅

1

λb

⋅ d ⋅ J E ⋅ 2g

(7b)

21



3.3. Συντελεστής τριβής Αναφορικά με το συντελεστή τριβής στην τυρβώδη ροή γίνεται διαχωρισμός στις εξής περιοχές: 1) Υδραυλικά λεία ροή σύμφωνα με τον Prandtl:

1

λ

= 2,0 ⋅ log( Re ⋅ λ ) − 0,8 = −2,0 ⋅ log(

2,51 Re ⋅ λ

) (8)

2) Υδραυλικά τραχεία ροή σύμφωνα με τον Prandtl:

1

λ

= 2, 0 ⋅ log(

4R 1 k ⋅ ) ) + 1,14 = −2, 0 ⋅ log( K 3, 71 4 R

(9)

3) Μεταβατική περιοχή προς την τραχεία ροή σύμφωνα με τον Colebrook:

1

λ

= 2, 0 ⋅ log[

2,51 1 k + ⋅ ] Re ⋅ λ 3, 71 4 R

(10)

Εφαρμογή πρακτική σε αγωγούς αποχέτευσης έχει μόνο η εξίσωση 10 που χαρακτηρίζεται και σαν εξίσωση των Prandtl – Colebrook. Στην εξίσωση αυτή είναι: λ : η αντίσταση τριβής Re : ο αριθμός Reynolds (=

U ⋅4⋅ R ) ν

k : η υδραυλική τραχύτητα των τοιχωμάτων του αγωγού ή ύψος ανωμαλίας της επιφάνειας, έτσι όπως ορίζεται από την εξίσωση Prandtl – Colebrook, που μπορεί να προσδιοριστεί με ακρίβεια μόνο στο εργαστήριο R : η υδραυλική ακτίνα υπολογισμένη από τις εσωτερικές διαστάσεις της διατομής ροής και που στην περίπτωση κυκλικού αγωγού 4R=d

22



Στο διάγραμμα Moody (δες σχήμα 3.1) έχουν αποτυπωθεί γραφικά οι εξισώσεις 8 ως 10. Η εφαρμογή των σχέσεων 8,9,10 είναι επιτρεπτή όχι μόνο σε κυκλικούς αλλά και σε μη κυκλικούς αγωγούς και μάλιστα τόσο σε κλειστούς όσο και σε ανοικτούς αγωγούς. Μόνο για την περίπτωση διατομών που διαφέρουν ιδιαίτερα σαν προφίλ από τους κυκλικούς αγωγούς πρέπει να εξεταστεί αν απαιτείται η χρήση διορθωτικού συντελεστή. Το κινηματικό ιξώδες ν ορίζεται ως:

ν=

μ δυναμικ ό ιξ ώδες = ρ πυκν ότητα

(11)

και η μεταβολή της με τη θερμοκρασία φαίνεται στον πίνακα 3.3. T (oC) 2

ν ⋅106 [m s ]

5

10

15

20

25

30

1,52

1,31

1,15

1,01

0,90

0,80

Πίνακας 3.3 : Τιμές του κινηματικού ιξώδους για διάφορες τιμές θερμοκρασίας (για καθαρό νερό) Για τους αγωγούς αποχέτευσης χρησιμοποιείται 2

ν = 1,31⋅10−6 [m s ] Με την τιμή αυτή έχει συνυπολογιστεί τόσο το γεγονός ότι τα λύματα συνήθως έχουν μεγαλύτερη θερμοκρασία όσο και το γεγονός ότι δεν πρόκειται για καθαρό νερό.

23



Σχήμα 3.1 : Διάγραμμα του Moody για κυκλικούς αγωγούς και ροή υπό πίεση

24



3.4. Τρόποι υπολογισμού στην πράξη 3.4.1. Κλειστοί αγωγοί Στη διαδικασία διαστασιολόγησης νέων αγωγών αποχέτευσης επιδιώκεται η ροή στους αγωγούς να έχει ελεύθερη επιφάνεια και να μη γίνεται υπό πίεση. Ανάλογα με τη διάμετρο το ποσοστό πλήρωσης των αγωγών είναι επιθυμητό να κυμαίνεται από 50% ως 80%. Πλήρωση των αγωγών αντίθετα μπορεί να γίνει ανεκτή μόνο στην περίπτωση ελέγχου υφιστάμενων αγωγών. 3.4.1.1. Ροή υπό πίεση Για τους κυκλικούς αγωγούς χρησιμοποιείται η εξίσωση 12

Q=

πd2 4

⋅ (−2, 0 lg[

2,51 ⋅ν k + ]⋅ 2g ⋅ d ⋅ J E ) d ⋅ 2 g ⋅ d ⋅ J E 3, 71 ⋅ d

(12)

για μη κυκλικούς αγωγούς η εξίσωση 13

Q = A ⋅ (−2, 0 lg[

2,51⋅ν k + ] ⋅ 8g ⋅ R ⋅ J E ) 4 R ⋅ 8 g ⋅ R ⋅ J E 14,84 ⋅ R

(13)

Η εξίσωση (13) αφορά κυρίως την ωοειδή και την πεταλοειδή διατομή που χρησιμοποιούνται εναλλακτικά στην κυκλική διατομή για αγωγούς αποχέτευσης. Στην περίπτωση της μόνιμης ομοιόμορφης ροής αντικαθίσταται στις εξισώσεις 12 και 13 η κλίση της γραμμής ενέργειας JE με την κλίση του πυθμένα του αγωγού JS. Τέλος, ο συντελεστής τραχύτητας των τοιχωμάτων του αγωγού Κ μπορεί να αντικατασταθεί από την λειτουργική τραχύτητα Κb που όπως θα δούμε στην συνέχεια περιλαμβάνει και τις τοπικές απώλειες.

25



3.4.1.2. Ροή με ελεύθερη επιφάνεια Ο ακριβής υπολογισμός των μεγεθών που υπεισέρχονται σε ροή με ελεύθερη επιφάνεια, σε αντίθεση με τη ροή σε κλειστό αγωγό υπό πίεση, είναι ιδιαίτερα σύνθετος. Για το λόγο αυτό γίνονται απλοποιητικές παραδοχές στον υπολογισμό. Για τη μόνιμη ομοιόμορφη ροή η γραμμή ενέργειας και η γραμμή της ελεύθερης επιφάνειας του νερού είναι παράλληλες με τον πυθμένα του αγωγού (Σχ. 3.2) κι έτσι μπορούν για τη ροή με ελεύθερη επιφάνεια να χρησιμοποιηθούν καμπύλες μερικής πλήρωσης που συσχετίζονται με τις καμπύλες πλήρων αγωγών. Αντίθετα, στην ανομοιόμορφη ροή είναι απαραίτητος ο υπολογισμός της ελεύθερης επιφάνειας του νερού σε κάθε σημείο του αγωγού. Ο βαθμός πλήρωσης του αγωγού εκφράζεται με το αδιάστατο μέγεθος h/H όπου για κυκλικό αγωγό H=d.

Σχήμα 3.2 : Κανονική ροή σε αγωγό αποχέτευσης με ελεύθερη επιφάνεια Οι καμπύλες μεταβολής της ταχύτητας σε μερική πλήρωση του αγωγού σε σχέση με την ταχύτητα πλήρους αγωγού δίνονται από τη σχέση

26



U μερ U πλ

=(

Rμερ Rπλ

)0.625

(14)

και για τις παροχές

Qμερ Qπλ

=

Α μερ Α πλ

⋅(

Rμερ Rπλ

) 0, 625

(15)

Λόγω της ύπαρξης του προβληματισμού που έχει αναπτυχθεί γύρω από τον εγκλεισμό θυλάκων αέρα στους αγωγούς αποχέτευσης και του συνεπακόλουθου κινδύνου που αυτοί συνεπάγονται για την ομαλή ροή μέσα στους αγωγούς, οι καμπύλες μερικής πλήρωσης διακόπτονται για τιμή

Qμερ Qπλ

= 1,0

και σε μια στιγμή που ο αγωγός δεν είναι ακόμη πλήρης. Στο Σχήμα 3.3 υπάρχουν οι καμπύλες πλήρωσης τόσο για κυκλικό αγωγό όσο και για αγωγούς ωοειδούς και πεταλοειδούς διατομής.

27



Σχήμα 3.3 : Καμπύλες μερικής πλήρωσης για κυκλικούς, ωοειδείς και πεταλοειδείς ή στοματοειδείς αγωγούς Οι αντίστοιχες καμπύλες υπολογισμού των ταχυτήτων για μερική πλήρωση διακόπτονται επίσης στην περιοχή όπου

Qμερ Qπλ

= 1,0 .

3.4.2. Ανοικτοί αγωγοί Οι ανοικτοί αγωγοί αποχέτευσης παρουσιάζουν ως προς τη διαστασιολόγηση τους διαφορές σε σχέση με τους κλειστούς αγωγούς. Στις συνήθεις περιπτώσεις λειτουργίας ανοικτών αγωγών ο αριθμός Reynolds (Re) είναι τόσο μεγάλος, ώστε σύμφωνα με την εξίσωση 9 η ροή είναι πάντα στην περιοχή των τραχέων σωλήνων. Ως εκ τούτου υπάρχουν και άλλες σχέσεις για τον υπολογισμό της κλίσης της γραμμής ενέργειας. Εναλλακτικά στη σχέση Prandtl – Colebrook χρησιμοποιείται η σχέση των Manning – Strickler. Σύμφωνα με αυτήν ισχύει:

28



1 2 / 3 1/ 2 ⋅ R ⋅ JE n

(16)

1 ⋅ A ⋅ R 2 / 3 ⋅ J E1/ 2 n

(17)

v=

και για την παροχή

Q=

όπου ο συντελεστής

1 [m1/3/s] είναι γνωστός και σαν συντελεστής Manning – Strickler, εξαρτάται n

μόνο από την τραχύτητα των τοιχωμάτων του αγωγού και έχει σταθερή τιμή μόνο για την περιοχή των τραχέων αγωγών.

3.4.2.1. Υπολογισμός βάθους ροής 3.4.2.1.1. Ομοιόμορφο βάθος ροής hn Ομοιόμορφο βάθος ροής έχουμε στην περίπτωση αγωγού μεγάλου μήκους, αδιατάρακτης ροής. Στην περίπτωση αυτή οι κλίσεις της γραμμής ενέργειας, της στάθμης ύδατος, του πυθμένα του αγωγού και των απωλειών ταυτίζονται και ισχύει: JR=JE=Jυδ=JS

(18)

Το βάθος ροής στην περίπτωση αυτή ονομάζεται ομοιόμορφο βάθος ροής και υπολογίζεται με τη βοήθεια των εξισώσεων (13) και (18) ή (17) και (18). Αν στην εξίσωση (13) δοθούν τα μεγέθη Q, JS, d, Kb και ν μπορεί να υπολογιστεί το ομοιόμορφο βάθος ροής με τη μέθοδο των διαδοχικών προσεγγίσεων. Ο αριθμός Froude προσδιορίζει εξάλλου αν η ροή είναι υποκρίσιμη (Fr < 1), υπερκρίσιμη (Fr > 1) ή κρίσιμη (Fr = 1).

29



3.4.2.1.2. Κρίσιμο βάθος Κρίσιμη ροή έχουμε στην περίπτωση κατά την οποία ισχύει :

Fr 2 =

Q2 ⋅b =1 g ⋅ A3

(19)

στην περίπτωση ομοιόμορφης ταχύτητας στη διατομή. Στην εξίσωση (19) είναι b: πλάτος της ελεύθερης επιφάνειας του ύδατος. Το κρίσιμο βάθος εμφανίζεται πάντοτε κατά την μετάβαση από υπερκρίσιμη ροή σε υποκρίσιμη ροή, πράγμα που συμβαίνει στους αγωγούς αποχέτευσης σε απότομη αλλαγή της κλίσης τους. 3.4.2.1.3. Υπολογισμός βάθους ροής Κατά κανόνα η απορροή σε ανοικτούς πρισματοειδείς αγωγούς είναι ανομοιόμορφη, δηλ. το βάθος ροής αυξάνεται ή μειώνεται κατά τη διεύθυνση της ροής με συνέπεια ούτε η κλίση της γραμμής ενέργειας, ούτε αυτής των απωλειών τριβής και κατά συνέπεια η κλίση της επιφάνειας του νερού να είναι εκ των προτέρων γνωστή. Ως εκ τούτου το ζητούμενο βάθος ροής h διαφέρει από θέση σε θέση δηλ. ισχύει h=f(x) και μπορεί να υπολογιστεί με την ολοκλήρωση της διαφορικής εξίσωσης που περιγράφει τη γραμμή στάθμης ύδατος. Σύμφωνα με την εξίσωση της γραμμής 5 του πίνακα 3.2 αυτή υπολογίζεται από την εξίσωση:

dh J S − J R = dx 1 − Fr 2

(20)

η επίλυση της οποίας οδηγεί στο επιθυμητό αποτέλεσμα

h( x ) = ∫ x

Js − JR ⋅ d x + ha 1 − Fr 2

(21)

30



Με δεδομένο ότι και το JR αλλά και το Fr2 είναι συναρτήσεις του h, η επίλυση γίνεται πάλι με την μέθοδο των διαδοχικών προσεγγίσεων. Το μέγεθος του αρχικού βάθους ροής ha ή είναι δεδομένο ή αποτελεί το βάθος ροής σε συγκεκριμένα σημεία ελέγχου. Αν η ροή είναι υπερκρίσιμη (Fr > 1) η ολοκλήρωση γίνεται προς τα κατάντη, αν αντίθετα η ροή είναι υποκρίσιμη (Fr < 1) η ολοκλήρωση γίνεται κατά κανόνα προς τα ανάντη (αντίθετα προς τη ροή). Ο υπολογισμός των απωλειών μπορεί να γίνει είτε κατά Prandtl – Colebrook, είτε κατά Manning – Strickler.

3.4.2.2. Υπολογισμός παροχών 3.4.2.2.1. Ομοιόμορφη παροχή Qn Παροχή ομοιόμορφης ροής είναι η παροχή που διέρχεται από ανοικτό αγωγό με ομοιόμορφο βάθος ροής. Στην περίπτωση της ομοιόμορφης ροής είναι JR=JE=Jυδ=Js και η παροχή υπολογίζεται με γνωστά τα μεγέθη Js, Kb, g, ν (με χρήση της εξίσωσης Prandtl – Colebrook) ή με εφαρμογή των μεγεθών Js,

1 n

(με χρήση της εξίσωσης Manning – Strickler) και με τη βοήθεια των σχέσεων A=f(h) και R=f(h) από τις εξισώσεις (13) ή (17) απ’ ευθείας. 3.4.2.2.2. Κρίσιμη παροχή Qcr Σαν κρίσιμη παροχή ορίζεται αυτή η παροχή που διέρχεται από ανοικτό αγωγό με τιμή Fr = 1 ή Fr2=1. Η επίλυση της εξίσωσης

Fr 2 =

Q2 ⋅b =1 g ⋅ A3

(22)

31



ως προς την παροχή Q, δίνει την κρίσιμη παροχή σε ανοικτό αγωγό

Qκρ =

g ⋅ A3 b

(23)

3.4.2.2.3. Καμπύλη παροχής – βάθους ροής Q=f(h) Σαν καμπύλη παροχής – βάθους ροής ορίζεται ο προσδιορισμός βάθους ροής για διάφορες παροχές Q σε συγκεκριμένα σημεία ανοικτών αγωγών. Στην εξαιρετική περίπτωση της κανονικής ροής επαρκεί η χρήση των εξισώσεων (13) ή (17). Αντίθετα, στη συνηθισμένη περίπτωση της ανομοιόμορφης ροής, απαιτείται κατ’ αρχήν ο προσδιορισμός της γραμμής ελεύθερης στάθμης ύδατος, ο οποίος για διαφορετικά JR και Fr και αρχικό βάθος ροής hA οδηγεί σε διαφορετικά αποτελέσματα. Αν αντίθετα υπάρχουν μετρήσεις για βάθη ροής και κλίσεις ελεύθερης επιφάνειας ύδατος από επί τόπου μετρήσεις είναι δυνατός ο προσδιορισμός της καμπύλης παροχής – βάθους ροής. Οι σχετικές εξισώσεις για τους ανοικτούς αγωγούς έχουν ως εξής: α) Σύμφωνα με την εξίσωση Prandtl – Colebrook

Q = A ⋅ (−2, 0 lg[

2,51⋅ν k + ] ⋅ 8g ⋅ R ⋅ J E ) 4 R ⋅ 8 g ⋅ R ⋅ J E 14,84 R (13)

β) Σύμφωνα με την εξίσωση Manning – Strickler

1− Q = A⋅

1 K ⋅ R1/ 3 2 St

dh / dx JS ⋅ R 1 / 2 ⋅ J R1 / 2 dh / dx ⋅ b ⋅ R − g⋅A (24)

32



JR = JS −

με

dh Q2 ⋅b ) ⋅ (1 − dx g ⋅ A3 (25)

με τα h και

dh να εξασφαλίζονται πειραματικά. Η παροχή Q πρέπει να υπολογιστεί με τη μέθοδο dx

των διαδοχικών προσεγγίσεων. 3.5 Υπολογισμός τυπικών απωλειών, ή έννοια της λειτουργικής τραχύτητας Kb Για τον συνυπολογισμό των πάσης φύσεως απωλειών ενέργειας που δημιουργούνται κατά τη ροή στο δίκτυο αποχέτευσης χρησιμοποιείται ο συντελεστής λειτουργικής τραχύτητας Kb με τιμές μεγαλύτερες από αυτές που περιγράφουν τη φυσική τραχύτητα Κ και εξαρτώνται κυρίως από τον τύπο του αγωγού, την ποιότητα κατασκευής και λιγότερο από το υλικό των αγωγών. Η τραχύτητα αυτή Kb έχει για τα δίκτυα αποχέτευσης τιμή Kb=1,0 mm ως Kb=1,5 mm και περιλαμβάνει όλες τις απώλειες που σχετίζονται με: -

τραχύτητα επιφάνειας αγωγού

-

αλλαγές διαμέτρου αγωγών

-

συναρμογές αγωγών

-

φρεάτια επίσκεψης

-

συνδέσεις άλλων αγωγών (εισροές κατά μήκος του αγωγού)

Προτεινόμενες τιμές για τη λειτουργική τραχύτητα Kb περιλαμβάνονται στον πίνακα 3.4. Kb (mm)

Χρήση

0,25

Αγωγοί υπό πίεση, σίφωνες, αγωγοί που δεν έχουν φρεάτια

0,50

Αγωγοί μεταφοράς με φρεάτια επίσκεψης

0,75

Αγωγοί συλλεκτήριοι με φρεάτια επίσκεψης που δεν αλλοιώνουν τη μορφή των αγωγών

1,50

Αγωγοί συλλεκτήριοι με συνήθη φρεάτια

Πίνακας 3.4: Τιμές για τη λειτουργική τραχύτητα Kb (mm)

Στην περίπτωση που είναι επιθυμητός αναλυτικός προσδιορισμός των τοπικών απωλειών χρησιμοποιείται η εξίσωση:

33



hE = ζ ⋅

U2 2g

(26)

με την τιμή για το ζ να υπολογίζεται χωριστά για την κάθε περίπτωση.

3.5.1. Απώλειες από αλλαγή θέσης οριζοντιογραφικά ή υψομετρικά Ο πίνακας 1.5 δίνει τις τιμές του ζ για κάθε ένωση αγωγού στην οποία συνήθως προκαλείται μικρή οριζοντιογραφική ή υψομετρική μετάθεση της θέσης του αγωγού.

DN

ζL

100

0,023

125

0,022

150

0,020

200

0,017

250

0,015

300

0,014

400

0,012

500

0,010

600

0,0095

700

0,0085

800

0,0080

900

0,0075

1000

0,0065

1200

0,0055

1500

0,0040

≥2000

0,0020

Πίνακας 3.5 : Συντελεστής απωλειών ζL

3.5.2. Απώλειες από συνδέσεις αγωγών Ο συντελεστής απωλειών ζ μεταβάλλεται ανάλογα με το μέγεθος του αγωγού και έχει τις τιμές του πίνακα 3.6 για κάθε σύνδεση τεμαχίων αγωγών.

34



DN 100 125 150 200 250 300 400 500 1000 1500

ζSt 0,020 0,016 0,012 0,009 0,007 0,006 0,004 0,003 0,0015 0,0010

Πίνακας 3.6 : Συντελεστής απωλειών ζ στα σημεία σύνδεσης αγωγών 3.5.3. Απώλειες από πλευρική εισροή αγωγού Στην περίπτωση των ιδιωτικών συνδέσεων αποχέτευσης κατά μήκος του αγωγού, για κάθε μία από αυτές τις εισροές οι απώλειες εκφράζονται με τη βοήθεια του συντελεστή ζ από τον πίνακα 3.7 και εξαρτάται από το λόγο των διαμέτρων του αγωγού πλευρικής εισροής προς τη διάμετρο του αγωγού του δικτύου.

dZ H

ζZ

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

0,000 0,002 0,004 0,007 0,011 0,016 0,022 0,029 0,036 0,045

Πίνακας 3.7 : Συντελεστής απωλειών ζ από πλευρική εισροή 3.5.4. Απώλειες από φρεάτιο επίσκεψης Στα φρεάτια αυτά η ροή δεν διακόπτεται από συμβάλλοντα αγωγό και στο εσωτερικό του φρεατίου υπάρχει πλήρης διαμόρφωση του πυθμένα. Ισχύει και για αλλαγή κατεύθυνσης του αγωγού ως 45ο. Για αλλαγή κατεύθυνσης του αγωγού 90ο προτείνεται ζ=0,5.

35



h d

ζR-Sch

≤0,5

0,00

0,6

0,03

0,7

0,05

0,8

0,07

0,9

0,09

1,0

0,10

1,1

0,16

1,5

0,16

2,0

0,16

ροή

μερικής πλήρωσης

ολικής πλήρωσης

υπό πίεση

Πίνακας 3.8 : Τιμές συντελεστή απωλειών σε φρεάτια επίσκεψης 3.5.5. Απώλειες από φρεάτια συμβολής Οι απώλειες αυτές δεν συμπεριλαμβάνονται στην τιμή της λειτουργικής τραχύτητας Κb (mm) και γι’ αυτό πρέπει κατά περίπτωση να υπολογίζονται.

Σχήμα 3.4 : Ορισμός μεγεθών σε φρεάτιο συμβολής Για τις τιμές του ζ χρησιμοποιούνται οι εξισώσεις 27 και 28 με τα βοηθητικά μεγέθη που περιέχει ο πίνακας 3.9 ενώ για τον υπολογισμό του Ζ χρησιμοποιείται η εξίσωση 29.

36



Είναι: ζvB13

Ο συντελεστής απωλειών για την εισροή του αγωγού 1 στον αγωγό 3

ζvB23

Ο συντελεστής απωλειών για την εισροή του αγωγού 2 στον αγωγό 3

h1,3

Οι απώλειες από την εισροή του αγωγού 1 στον αγωγό 3 =

ζ vB13 ⋅ ν 32 / 2 g Οι απώλειες από την εισροή του αγωγού 2 στον αγωγό 3 =

h2,3

ζ vB 23 ⋅ ν 32 / 2 g

και επίσης: Χ,Υ,Ζ,α1,α2

: βοηθητικές παράμετροι από πίνακα 3.9

β1,β2

: οι γωνίες συμβολής

Qi

: η παροχή στον αγωγό i

Ai

: η βρεχόμενη διατομή στον αγωγό i

Ui

: μέση ταχύτητα στον αγωγό i

ζ vB13 = 1 + x ⋅ (

Q1 ⋅ A3 2 ) −Z Q3 ⋅ A1 (27)

ζ vB 23 = 1 + x ⋅ (

Q2 ⋅ A3 2 ) −Z Q3 ⋅ A2 (28)

Z = 2 ⋅ [a1 ⋅ (

A Q1 2 A3 Q ) ⋅ + a2 ⋅ ( 2 ) 2 ⋅ 3 ] Q3 A1 Q3 A2 (29)

β1 [0]

β2[0]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Χ (β1)

Υ (β2)

0,95

0,95

0,95

0,94

0,94

0,93

0,90

0,82

0,73

0,63

a 2 (β2)

1,00

0,97

0,90

0,80

0,68

0,56

0,45

0,35

0,26

0,19

β1 [0]

β2[0]

100

110

120

130

140

150

160

170

180

Χ (β1)

Υ (β2)

0,58

0,55

0,53

0,53

0,52

0,51

0,51

0,50

0,50

a 2 (β2)

0,15

0,12

0,11

0,12

0,16

0,21

0,28

0,37

0,48

a1 (β1)

a1 (β1)

Πίνακας 3.9 : Τιμές βοηθητικών παραμέτρων για τον υπολογισμό των απωλειών σε φρεάτια συμβολής

37



3.5.6. Επίδραση πλευρικών εισροών Ανάλογα με τον αριθμό και το μέγεθος των πλευρικών εισροών αλλά και την κλίση εισόδου του αγωγού πλευρικής εισροής ως προς τον κύριο αγωγό είναι δυνατόν οι απώλειες από πλευρικές εισροές να είναι ιδιαίτερα σημαντικές. Για την υπολογισμό των απωλειών αυτών επιλέγεται συνήθως η χρησιμοποίηση μιας σταθερής τιμής για την παροχή που συνήθως κυμαίνεται μεταξύ της μέσης παροχής (μέση τιμή παροχής στην αρχή και το πέρας του αγωγού) και της παροχής στο πέρας του αγωγού Qe. Ούτε η μια ούτε η άλλη επιλογή είναι απόλυτα ακριβής, εν τούτοις και με τους περιορισμούς του πίνακα 3.10 χρησιμοποιείται η παροχή στο πέρας του αγωγού για τον υπολογισμό των απωλειών.

Σχετική πλευρική εισροή Περιοχή διαμέτρων

ΔQ/Qe

DN 200 ως DN 500

Χωρίς περιορισμό

DN 600 ως DN 1000

≤0,30

DN 1000 ως DN 2000

≤0,10

DN >2000

≤0,05 ΔQ=Qe- Qα

Πίνακας 3.10 : Περιορισμοί ισχύος υπολογισμού απωλειών με την παροχή στο πέρας του αγωγού Qe 3.6.

Καμπύλες παροχής και ταχύτητας για μερική πλήρωση αγωγών και διάφορα προφίλ

Για την περίπτωση της μόνιμης ομοιόμορφης ροής, και μόνο γι’ αυτήν, οι γραμμές ενέργειας, ελεύθερης επιφάνειας ύδατος και πυθμένα αγωγού κατά μήκος του αγωγού είναι παράλληλες. Στην περίπτωση αυτή τα μεγέθη της μερικής πλήρωσης είναι σε συσχετισμό με αυτά του πλήρους αγωγού. Για ποσοστό πλήρωσης h/d > 0,8 ως 1,0 δεν είναι πρακτικά δυνατή η μόνιμη, ομοιόμορφη ροή γι’ αυτό και οι καμπύλες δεν ισχύουν για την περιοχή αυτή. Στην ανομοιόμορφη ροή είναι απαραίτητος ο υπολογισμός του προφίλ της ροής, αφού δεν πρόκειται πια για κανονικό βάθος ροής.

38



Στα σχ. 3.5 ως 3.7 αλλά και στους πίνακες 3.11 ως 3.16 υπάρχουν οι καμπύλες και οι τιμές αντίστοιχα για την μεταβολή ταχυτήτων και παροχών για διάφορα ποσοστά πλήρωσης για αγωγούς κυκλικούς, ωοειδείς και αγωγούς πεταλοειδούς διατομής.

Σχήμα 3.5 : Καμπύλες μερικής πλήρωσης για αγωγούς κυκλικούς

39



Σχήμα 3.6 : Καμπύλες μερικής πλήρωσης για ωοειδείς αγωγούς

Σχήμα 3.7 : Καμπύλες μερικής πλήρωσης για πεταλοειδείς αγωγούς

40



Πίνακας 3.11 : Τιμές για ταχύτητες και στάθμες σε συνάρτηση με την σχέση QT/Qπλ για μερικά πληρωμένους κυκλικούς αγωγούς

41



Πίνακας 3.12 : Τιμές για παροχές και ταχύτητες σε συνάρτηση με τη σχέση h/d για μερικά πληρωμένους κυκλικούς αγωγούς

42



Πίνακας 3.13 : Τιμές για ταχύτητες και στάθμες σε συνάρτηση με τη σχέση QT/Qπλ για μερικά πληρωμένους ωοειδείς αγωγούς

43



Πίνακας 3.14 : Τιμές για παροχές και ταχύτητες σε συνάρτηση με τη σχέση h/H για μερικά πληρωμένους ωοειδείς αγωγούς

44



Πίνακας 3.15 : Τιμές για ταχύτητες και στάθμες σε συνάρτηση με τη σχέση QT/Qπλ για μερικά πληρωμένους πεταλοειδείς / στοματοειδείς αγωγούς

45



Πίνακας 3.16 : Τιμές για παροχές και ταχύτητες σε συνάρτηση με τη σχέση h/H για μερικά πληρωμένους πεταλοειδείς / στοματοειδείς αγωγούς

46



3.6.1. Παραδείγματα χρήσης των πινάκων Σαν παράδειγμα χρήσης των πινάκων και των σχημάτων δίνεται η εξής εφαρμογή : Δίνεται : Παροχή ακαθάρτων:

Qτ = 38 l/s

Παροχή παντορροικού δικτύου για απορροή βροχής:

Qm = 1500 l/s

Κλίση αγωγού:

Js = 2,5‰

Λειτουργική τραχύτητα:

Kb = 1,5 mm

Διάμετρος αγωγού:

κυκλικός αγωγός DN 1200

Να υπολογιστούν βάθη ροής και ταχύτητες για τις δύο παραπάνω παροχές.

Σύμφωνα με τις εξισώσεις 12 και 18 είναι για πλήρη αγωγό :

Qπλ = 1898 l/s και Uπλ = 1,68 m/s (Appendix 3, σελ. Α 3.8)

Για την παροχή ακαθάρτων (ξηρού καιρού) : (πίνακας 3.11)

QT 38 = = 0,02 Qπλ 1898

UT = 0, 413 ~> U πλ

~>

hT = 0,095 και hτ=0,095 X 1,20=0,12m d

Uτ=0,413 X 1,68 = 0,69 m/s

Για την παροχή παντορροϊκού (απορροή βροχής) : (πίνακας 3.11)

Qm 1500 Q = = 0,79 = T Qπλ 1898 Qπλ hT = 0,674 ~> hΤ = 0,674 X 1,20 = 0,81 m d και

UT = 1,103 ~> UT = 1,103 X 1,68 = 1,85 m/s U Πλ

47



Για τύπους των διατομών που ακολουθούν στα σχήματα 3.5 και 3.6 προτείνεται η χρήση των καμπυλών πλήρωσης ως εξής: •

Καμπύλες κυκλικών αγωγών για τις διατομές:

1,4,5

•

Καμπύλες ωοειδούς διατομής για τις διατομές:

2,6,7,8 και 15

•

Καμπύλες πεταλοειδούς διατομής για τις διατομές:

3,9,10,11,12,13 και 14

Σχήμα 3.5 : Κανονικές τυποποιημένες διατομές

48



Σχήμα 3.6 : Μη κανονικές διατομές

Στο παράρτημα έχουν συμπεριληφθεί μεταξύ άλλων νομογραφήματα υπολογισμού πλήρων αγωγών διαφόρων διατομών με τις αντίστοιχες καμπύλες μερικής πλήρωσής τους και νομογραφήματα υπολογισμού ανοικτών ορθογωνικών και τριγωνικών τάφρων με παραδείγματα υπολογισμο

49



4. Υπολογισμός ροής ελεύθερης από αποθέσεις 4.1. Γενικά Σχετικές έρευνες εχουν καταλήξει στο συμπέρασμα οτι σε μόνιμη ροή επιτυγχάνονται συνθήκες ροής χωρίς αποθέσεις όταν: - για δίκτυα ακαθάρτων

Q = Uc·A = 22,89·R3·J3

- για δίκτυα ομβρίων ή παντορροϊκά :

Q = Uc·A = 13,73·R3·J3

όπου vc η κρίσιμη ταχύτητα για ροή χωρίς αποθέσεις. Αν για μια συγκεκριμένη διατομή αγωγού οι ταχύτητες ροής σε συνθήκες μερικής πλήρωσης από τις παραπάνω εξισώσεις ταυτίζονται με αυτές που προκύπτουν από τον υπολογισμό της γενικής εξίσωσης ροής, τότε η συγκεκριμένη κλίση του αγωγού ονομάζεται και κρίσιμη κλίση. Η συρτική τάση υπολογίζεται από την εξίσωση: το = ρ·g·R·J Σύμφωνα με τις σχετικές έρευνες, η τάση αυτή πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 1,0 N/m2 για να αποφεύγονται αποθέσεις στους αγωγούς. Στα σχήματα 4.1 και 4.2 δίνονται οι κρίσιμες κλίσεις αγωγών για δίκτυα ομβρίων ή παντορροϊκά και δίκτυα ακαθάρτων αντίστοιχα για λειτουργική τραχύτητα Kb =1,5 mm και για διάφορες διαμέτρους κυκλικών αγωγών.

50



Σχήμα 4.1 : Κρίσιμη κλίση αγωγού Jc για παντορροϊκά δίκτυα αποχέτευσης και δίκτυα αποχέτευσης ομβρίων για Κb=1,5mm

Σχήμα 4.2 : Κρίσιμη κλίση αγωγού Jc για δίκτυα αποχέτευσης ακαθάρτων για kb=1,50mm

51



Για άλλες τιμές της λειτουργικής τραχύτητας Kb διορθώνεται η κρίσιμη κλίση των αγωγών με πολλαπλασιασμό με το συντελεστή διόρθωσης ck : Jck = ck · Jc Στον πίνακα 4.1 φαίνονται οι τιμές του συντελεστή διόρθωσης για διάφορες τιμές της λειτουργικής τραχύτητας (Kb = 0,1 ως 3,0). Λειτουργική τραχύτητα Κb [mm] Συντελεστής διόρθωσης ck [-]

0,10

0,25

0,40

0,50

0,75

1,00

1,50

3,00

1,103

1,074

1,057

1,048

1,031

1,017

1,000

0,963

Πίνακας 4.1 : Συντελεστής διόρθωσης ck για κρίσιμη κλίση πυθμένα Jc και για διαφορετικές τιμές της λειτουργικής τραχύτητας Kb (mm) 4.2. Αποθέσεις σε αγωγούς αποχέτευσης Οι αποθέσεις σε αγωγούς αποχέτευσης είναι δυνατόν να αποφευχθούν όταν τηρηθούν οι ελάχιστες απαιτούμενες κλίσεις και κατά συνέπεια οι ελάχιστες ταχύτητες. Αν υποτεθεί συντελεστής λειτουργικής τραχύτητας Κb = 1,0 mm και μια συγκέντρωση σε καθιζάνοντα στερεά CΤ=0,05‰, οι κρίσιμες ταχύτητες για διάφορες διαμέτρους δίνονται στον πίνακα 4.2 (ATV, A110, Αύγουστος 2006). Οι τιμές αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν με ακρίβεια ± 5% για όλες τις τιμές Κb από 0,25 mm ως 1,5 mm. Οι τιμές του πίνακα 4.2 ισχύουν για μερική πλήρωση της τάξης του 50%, αλλά ισχύουν με καλή ακρίβεια και για πληρότητες h/d ≥ 0.3. Για την περιοχή 0.3 ≥ h/d ≥ 0,1 ισχύουν οι τιμές του πίνακα 4.2 προσαυξημένες κατά 10%. Λεπτομερή αποτελέσματα δίνει η χρήση του διορθωτικού συντελεστή Ck όπως αναφέρθηκε στην παράγραφο 4.1. Οι τιμές του πίνακα 4.2 ισχύουν για δίκτυα ακαθάρτων, ομβρίων και παντορροϊκά.

52



150

Κρίσιμη ταχύτητα Uκρ [m/s] 0,48

Κρίσιμη κλίση Jκρ [‰] 2,72

200

0,50

2,04

250

0,52

1,63

300

0,56

1,51

350

0,62

1,48

400

0,67

1,45

450

0,72

1,42

500

0,76

1,40

600

0,84

1,37

700

0,91

1,33

800

0,98

1,31

900

1,05

1,29

1000

1,12

1,26

1100

1,18

1,25

1200

1,24

1,24

1300

1,.28

1,22

1400

1,34

1,20

1500

1,39

1,19

1600

1,44

1,18

1800

1,54

1,16

2000

1,62

1,14

2200

1,72

1,12

2400

1,79

1,10

2600

1,87

1,10

2800

1,96

1,09

3000

2,03

1,08

Διάμετρος (mm)

Πίνακας 4.2: Κρίσιμα μεγέθη για ροή χωρίς αποθέσεις (ATV, Α110, Αύγουστος 2006) Σύμφωνα με τους ισχύοντες ελληνικούς κανονισμούς οι μελετητές πρέπει να αποδεικνύουν ότι οι αγωγοί αποχέτευσης με πληρότητα ίση με 10% της διαμέτρου του αγωγού (hT/d =0,10) πρέπει να εμφανίζουν ταχύτητες ροής UT>0,30 m/s. Επίσης σύμφωνα με τους ίδιους κανονισμούς ισχύει η γενική πρόβλεψη για ελάχιστη επιτρεπόμενη κλίση ίση με 2%ο ανεξαρτήτως διαμέτρου.

53



Σύμφωνα με τον πίνακα 3.12 του προηγούμενου κεφαλαίου είναι για

h/d=0,10

UT/Uπλ=0,4247

οπότε και εφ’ όσον προδιαγράφεται vT≥0,30m/s σημαίνει ότι η U πλ ≥

0,30 = 0, 70 m / s . 0, 4247

Από τη σελίδα Α3.3 του Appendix 3 προκύπτει για κυκλικούς αγωγούς (Κb=1,50mm) ότι η ταχύτητα αυτή επιτυγχάνεται για πλήρη αγωγό διαμέτρου D=200mm με κλίση περίπου JS=4,5‰, για αγωγό διαμέτρου D=400mm με κλίση περίπου Js=1,8‰ και για αγωγό διαμέτρου D=1000mm με κλίση περίπου JS=0,56‰. Τα αποτελέσματα αυτά δεν είναι σε συμφωνία με τα στοιχεία των σχημάτων 4.1 και 4.2 και του πίνακα 4.2. Μια από τις διαφορές είναι ότι σύμφωνα με τους ελληνικούς κανονισμούς η συνθήκη για την ταχύτητα UT≥0,30m/s για h/d=0,10 πρέπει να εκπληρώνεται ανεξαρτήτως διαμέτρου αγωγού, γεγονός που έρχεται σε αντίθεση επί της αρχής με τα δεδομένα του πίνακα 4.2 σύμφωνα με τον οποίο με αύξηση της διαμέτρου του αγωγού αυξάνεται η απαιτούμενη ταχύτητα για ροή ελεύθερη από αποθέσεις. Να σημειωθεί επίσης ότι για τις πολύ μικρές κλίσεις υπάρχει δυσκολία υλοποίησης τοποθετήσεων αγωγών. Η δυνατότητα υλοποίησης της υψομετρικά ζητούμενης ακρίβειας τοποθέτησης ενός αγωγού εξαρτάται και από την ποιότητα του εδάφους και το ύψος του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα. Τέλος παρατίθεται ο πίνακας 4.3 στον οποίο περιλαμβάνονται τιμές για τις εφαρμοστέες ελάχιστες κλίσεις για αγωγούς ακαθάρτων και ομβρίων.

54



Διάμετρος

Αγωγοί ακαθάρτων

Αγωγοί ομβρίων

Ελάχιστη

κλίση

αγωγών ομβρ. & Ελάχιστη

Επιτρεπόμενη

Αντίστοιχη

Ελάχιστη

Επιτρεπό

Αντίστοιχη

κλίση

πλήρωση

παροχή

κλίση

μενη

παροχή

πλήρωση (m/km)

(h/D)

(l/s)

(m/km)

(h/D)

(l/s)

ακαθ.

κατά

τα

πρότυπα των ΗΠΑ

(m/km)

200

3.8

0.5

7.0

-

-

-

4.4

250

2.8

0.5

10.9

-

-

-

3.3

300

2.2

0.5

15.7

-

-

-

2.6

350

1.8

0.5

21.5

-

-

-

2.0

400

1.5

0.5

28.0

6.0

0.7

99.0

1.8

500

1.1

0.6

59.8

4.4

0.7

155

1.3

600

0.89 (1.0)

0.6

87.9 (93)

3.5

0.7

225

1.0

700

0.72 (1.0)

0.7

153 (180)

2.8

0.7

Ω303

0.83

800

0.60 (1.0)

0.7

200 (257)

2.4

0.7

396

0.69

900

0.52 (1.0)

0.7

253 (352)

2.0

0.7

501

0.59

1000

0.45 (1.0)

0.7

312 (467)

1.8

0.7

0.7619

0.51

1100

0.39 (1.0)

0.7

378 (602)

1.6

0.7

749

0.45

1200

0.35 (1.0)

0.7

450 (759)

1.4

0.7

891

0.40

1300

0.32 (1.0)

0.7

528 (939)

1.2

0.7

1046

0.36

1400

0.29 (1.0)

0.7

612 (1144)

1.1

0.7

1213

0.33

1500

0.26 (1.0)

0.7

703 (1376)

1.0

0.7

1393

0.30

1600

0.24 (1.0)

0.7

799 (1634)

0.94 (1.0)

0.7

1584 (1624)

0.27

1800

0.20 (1.0)

0.7

1012 (2237)

0.80 (1.0)

0.7

2005 (2237)

0.23

2000

0.18 (1.0)

0.7

1249 (2962)

0.70 (1.0)

0.7

2476 (2962)

0.20

Πίνακας 4.3 : Εφαρμοστέες ελάχιστες κλίσεις για αγωγούς ακαθάρτων και ομβρίων προκειμένου να αποφευχθούν οι αποθέσεις [Κουτσογιάννης Δ., Σχεδιασμός αστικών δικτύων αποχέτευσης Ε.Μ.Π., 1999]

55



5. Κατασκευαστικά στοιχεία τεχνικών έργων στα δίκτυα αποχέτευσης Στο κεφάλαιο 5 περιγράφονται τεχνικά έργα που απαντώνται σε δίκτυα αποχέτευσης. Η παρουσίασή τους γίνεται με τρόπο σχηματικό χωρίς ακριβείς διαστάσεις αλλά με αναλογική παρουσίαση της κάθε διάταξης. Στο τέλος του κεφαλαίου παρατίθενται και τυπικά σχέδια των πλέον συνηθισμένων τεχνικών έργων στα δίκτυα αποχέτευσης 5.1. Φρεάτια επίσκεψης Τα φρεάτια επίσκεψης χρησιμεύουν για αερισμό και εξαερισμό του δικτύου, για παρακολούθηση της ροής και για καθαρισμό των αγωγών. Τοποθετούνται στις θέσεις αλλαγής κατεύθυνσης, αλλαγής της διαμέτρου των αγωγών και της κλίσης τους. Σε μεγάλα μήκη αγωγών χωρίς κάποιον από τους παραπάνω λόγους τοποθετούνται ανά διαστήματα για καθαρισμό των αγωγών. Φρεάτια συμβολής κατασκευάζονται στο σημείο συνάντησης περισσότερων αγωγών. Σχηματικά παρουσιάζεται ένα τυπικό φρεάτιο επίσκεψης στο σχήμα 5.1 και ένα φρεάτιο συμβολής στο σχήμα 5.2.

Σχήμα 5.1 : Φρεάτιο επίσκεψης

56



Σχήμα 5.2 : Φρεάτιο συμβολής

5.1.1. Φρεάτια επίσκεψης για αγωγούς βαρύτητας Η απόσταση στην οποία τοποθετούνται φρεάτια επίσκεψης εξαρτάται από τις τοπικές συνθήκες, αλλά για κανένα λόγο δεν πρέπει να ξεπερνά τα 100m. Συνήθως χρησιμοποιούνται αποστάσεις μεταξύ 70 και 80m.

5.1.2. Φρεάτια για καταθλιπτικούς αγωγούς Φρεάτιο προβλέπεται σε όλες τις περιπτώσεις στο τέλος του καταθλιπτικού αγωγού,

υπό την

προϋπόθεση, ότι ο καταθλιπτικός αγωγός εκτονώνει σε αγωγό βαρύτητας του δικτύου αποχέτευσης. Επίσης φρεάτια τοποθετούνται στα χαμηλά σημεία και χρησιμεύουν για την εκκένωση του αγωγού και στα υψηλά σημεία για εισαγωγή και εξαγωγή αέρα ή σε σημεία όπου απαιτείται η τοποθέτηση ειδικών τεμαχίων και εξοπλισμού (π.χ. δικλείδες, μετρητές παροχής κλπ). Τα φρεάτια πρέπει να έχουν στον πυθμένα κλίση προς ένα βαθύ σημείο όπου πρέπει να προβλέπεται φρεάτιο εκκένωσης με χρήση φορητής αντλίας σε περιπτώσεις βλάβης, αναγκαστικής εκκένωσης κλπ.

57



Το σχήμα 5.3 παρουσιάζει σχηματικά το φρεάτιο στο σημείο τερματισμού του καταθλιπτικού αγωγού. Η προτεινόμενη κατασκευή εξασφαλίζει, ότι ο αγωγός διατηρείται μετά το πέρας λειτουργίας της αντλίας εντός του υγρού, ώστε να αποφεύγεται κατά το δυνατόν η έκλυση οσμών.

Σχήμα 5.3 : Φρεάτιο εξόδου καταθλιπτικού αγωγού

5.1.3. Τμήματα του φρεατίου

5.1.3.1. Πυθμένας του φρεατίου Οι διαστάσεις του πυθμένα καθορίζονται από το μέγεθος και τον αριθμό των εισερχομένων και εξερχομένων αγωγών. Συνήθως τα φρεάτια είναι κυκλικής διατομής με ελάχιστη διάμετρο 1.0m Για φρεάτια με μεγάλο βάθος θα πρέπει να γίνει πρόβλεψη για ενδιάμεσο επίπεδο ανάπαυσης και για όποιο άλλο εξοπλισμό ασφάλειας προβλέπεται. Ο πυθμένας θα πρέπει να έχει κατάλληλα διαμορφωμένες ρύσεις, ώστε να υπάρχει συνέχεια της ροής στο εσωτερικό του φρεατίου. Εκατέρωθεν των ρύσεων διαμορφώνονται οι απομένουσες επιφάνειες με κλίση όχι μεγαλύτερη από 1:20 προς την κατεύθυνση των ρύσεων, που επιτρέπουν την στάση με ασφάλεια του εργαζόμενου, στο εσωτερικό του φρεατίου.

58



Η σύνδεση των εισερχόμενων αγωγών γίνεται στην κατεύθυνση της ροής για αποφυγή υδραυλικών διαταραχών. Αλλαγές κατεύθυνσης γωνίας 90Ο με υψηλές παροχές δεν συνιστάται να πραγματοποιούνται σε ένα φρεάτιο. Η ακτίνα του εισερχόμενου αγωγόυ εντός του φρεατίου, πρέπει να είναι κατ’ ελάχιστο 2 ως 3 φορές η διάμετρος του αγωγού. Για λόγους καθαρισμού (με μηχανήματα καθαρισμού) για διατομές αγωγών μεγαλύτερες από DN 1200 η ακτίνα πρέπει να είναι R≥15m. Συνιστάται επίσης η χρήση τσιμεντοκονίας ή γενικώς επαλειφόμενων υλικών για την επίστρωση των ρύσεων και του πυθμένα των φρεατίων.

Σχήμα 5.4 : Φρεάτιο με μεγάλο βάθος

59



Σχήμα 5.5 : Θυρίδα επίσκεψης φρεατίου, χώρος κίνησης προσωπικού

Σχήμα 5.6 : Κατασκευές συνάντησης δύο εισερχόμενων αγωγών

Σχήμα 5.7 : Κατασκευή αλλαγής κατεύθυνσης ροής

60



5.1.3.2. Τα υπόλοιπα τμήματα του φρεατίου Τα φρεάτια κατασκευάζονται πλέον από προκατασκευασμένους δακτυλίους, οι οποίοι ανάλογα με το βάθος του φρεατίου τοποθετούνται ο ένας πάνω από τον άλλο. Το τελευταίο τμήμα έχει κολουροκωνική μορφή και υποδοχή για την τοποθέτηση του χυτοσιδηρού κλύμματος του φρεατίου. Χυτοσιδηρές βαθμίδες τοποθετούνται με τρόπο που να επιτρέπουν την άνετη κάθοδο του εργαζόμενου. 5.1.4. Κατασκευές για αντιμετώπιση υψομετρικών διαφορών Οι διαφορές ύψους μεταξύ των αγωγών σε ένα φρεάτιο επισκέψιμο μπορούν να αντιμετωπιστούν με περισσότερους από έναν τρόπους.

5.1.4.1. Φρεάτια πτώσης Στα φρεάτια αυτά, που κατασκευάζονται όταν πρέπει να περάσει ο αγωγός κάτω από συγκεκριμένο εμπόδιο (κατασκευή ή άλλο αγωγό) ή όταν υπάρχουν σημαντικές υψομετρικές διαφορές μηκοτομικά, είναι δυνατόν να έχουμε σχεδιασμό με εσωτερικό ή εξωτερικό bypass, φρέατιο πτώσης με πλάκα ανάκλασης, φρεάτιο με υπερχειλιστή για τον διαχωρισμό των παροχών, φρεάτιο πτώσης με κατασκευή βαθμίδων, φρεάτιο πτώσης με εγκατάσταση Vortex.

Σχήμα 5.8 : Φρεάτιο πτώσης με εσωτερικό bypass

61



Σχήμα 5.9 : Φρεάτιο πτώσης με εξωτερικό bypass

Σχήμα 5.10 : Φρεάτιο με ράμπα και υπερχειλιστή

Σχήμα 5.11 : Φρεάτιο πτώσης με πλάκα ανάκλασης

62



Σχήμα 5.12 : Φρεάτιο πτώσης με κλίμακες (πλάκες) καταστροφής ενέργειας

Σχήμα 5.13 : Φρεάτιο πτώσης με κλιμακωτή ράμπα και ανοικτό αγωγό

63



Σχήμα 5.14 : Φρεάτιο πτώσης με Vortex 5.1.5. Κατασκευές διασταύρωσης με εμπόδια Η διασταύρωση αγωγών αποχέτευσης με ένα ρέμα ή ποταμό, με εγκατάσταση μεταφορικού μέσου (υπόγειος, υπόγειο γκαράζ κλπ), με άλλο αγωγό δικτύου ύδρευσης ή αποχέτευσης απαιτεί ειδικές κατασκευές των οποίων το είδος εξαρτάται από τα σχετικά υψόμετρα των αγωγών και των κατασκευών. Στις κατασκευές αυτές εντάσσονται επιλογές όπως: •

Κατασκευή bypass

•

Αλλαγή διατομής αγωγού

•

Ανεστραμμένος σίφων

•

Κατασκευή αντλιοστασίου

•

Μερικά ανεστραμμένος σίφων

•

Διέλευση αγωγού στο πλευρό γέφυρας

Στα σχήματα 5.15 ως 5.18 εμφανίζονται οι διάφορες λύσεις που μπορούν κατά περίπτωση να εφαρμοσθούν.

64



Σχήμα 5.15 : Ανεστραμμένος σίφων με εγκατάσταση άντλησης στο ανάντη φρεάτιο

Σχήμα 5.16 : Ανεστραμμένος σίφων με φρεάτιο ελέγχου και αποχέτευσης με χρήση φορητής ή σταθερής αντλίας

Σχήμα 5.17 : Διέλευση από την κάτω πλευρά του εμποδίου με τη βοήθεια αντλιοστασίου και ωθητικού αγωγού

65



Σχήμα 5.18 : Διέλευση με αγωγό ελεύθερης ροής και αντλητικό συγκρότημα στο φρεάτιο κατάντη

Στις περιπτώσεις της διάβασης κατάντη εμποδίων χρησιμοποιείται ευρύτατα πλέον διεθνώς αλλά και στη χώρα μας η μέθοδος της διάτρησης στην οποία γίνεται αναφορά στο επόμενο κεφάλαιο. 5.1.6. Υπερχειλιστής ομβρίων Ειδικό φρεάτιο αποτελεί και η πρόβλεψη δυνατότητας διαχωρισμού της παροχής, σε παντορροϊκά δίκτυα, στην παροχή που οδηγείται στην εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων και στην πλεονάζουσα που μέσω υπερχειλιστή οδηγείται για προσωρινή αποθήκευση ή απ’ ευθείας στον αποδέκτη. Λεπτομέρειες για την υδραυλική συμπεριφορά και διαστασιολόγηση του υπερχειλιστή δίνονται σε άλλο σημείο των σημειώσεων. Στα σχήματα 5.19, 5.20 και 5.21 που ακολουθούν εμφανίζονται φρεάτια υπερχειλιστών μονής ή διπλής στέψης, και φρεάτιο οπής πυθμένα.

66



Σχήμα 5.19 : Υπερχειλιστής απορροής ομβρίων με υπερχείλιση μιας πλευράς

Σχήμα 5.20 : Υπερχειλιστής απορροής ομβρίων διπλής υπερχείλισης

67



Σχήμα 5.21 : Υπερχειλιστής απορροής ομβρίων με οπή στον πυθμένα

5.1.7. Διατάξεις εισόδου Οι διατάξεις εισόδου προβλέπονται στις θέσεις υποδοχής επιφανειακής απορροής και αφορούν ως εκ τούτου είσοδο παροχής ομβρίων σε παντορροϊκά δίκτυα ή δίκτυα ομβρίων. Για την αποφυγή μεταφοράς στο δίκτυο φερτών υλικών λεπτόκοκκων ή χονδρόκοκκων προβλέπονται διατάξεις κατακράτησης χαλίκων ή άμμου. Στο σχήμα 5.22 φαίνεται σε σχηματική απεικόνιση μία διάταξη εισόδου με πρόβλεψη κατακράτησης χαλίκων και άμμου.

68



Σχήμα 5.22 : Διάταξη εισόδου με κατακράτηση χαλικιών και άμμου

5.1.8. Πύργος εξόδου Η διάταξη πύργου εξόδου επιτρέπει την πρόσδοση συγκεκριμένου μανομετρικού πριν από την έξοδο της παροχής. Στο σχήμα 5.23 φαίνεται ο τρόπος ρύθμισης της στάθμης στον πύργο εξόδου.

Σχήμα 5.23 : Πύργος εξόδου

69



5.1.9. Έργα εξόδου Σαν έργα εξόδου χαρακτηρίζονται έργα εκροής των δικτύων αποχέτευσης σε φυσικούς αποδέκτες δηλ. σε επιφανειακά ύδατα. Ο σχεδιασμός των έργων αυτών πρέπει να ανταποκρίνεται στις ανάγκες των τοπικών συνθηκών. Συνιστάται η χρήση φυσικών υλών (λίθοι, συρματόπλεγμα, κιβώτια κλπ). Επιθυμητή είναι η πρόβλεψη φρεατίου πριν από την έξοδο. Η ταχύτητα ροής στην έξοδο καλό είναι να μην είναι ιδιαίτερα μεγάλη. Προκειμένου να τηρηθεί αυτός ο όρος επιβάλλεται σε μερικές περιπτώσεις η διαπλάτυνση του προφίλ του αγωγού εξόδου. Η διάταξη προστατευτικής σχάρας πρέπει να αποτρέπει την ανεπιθύμητη επισκεψιμότητα του αγωγού από τα κατάντη. Στο σχήμα 5.24 φαίνεται σχηματικά η διάταξη των κατασκευών σε ένα τυπικό έργο εξόδου.

Σχήμα 5.24 : Έργο εξόδου δικτύου αποχέτευσης στον αποδέκτη

70



Στη συνέχεια δίνονται ενδεικτικά κατασκευαστικά σχέδια από τυπικά φρεάτια που βρίσκουν συχνή εφαρμογή στην πράξη. ΚΑΤΟΨΗ B A

A

<= DN 500

B TOMH A-A <= 0.50

Κάλυμμα Δακτύλιος Λαιμός

0.25

Δακτύλιος

Στεγάνωση Πλευρικό τοίχωμα <= DN 500

0.25 <= h <= 0.50

Βάση έδρασης δακτυλίου Δακτύλιος σύνδεσης

Τεμάχιο παραλαβής καθιζήσεων

Τεμάχιο παραλαβής διαφορ. καθιζήσεων Στρώση καθαριότητας

Αρμός Σκυρόδεμα ρύσεων Πλάκα σκυροδέματος

TOMH B-B Βοήθεια καθόδου

0.25 <= h <= 0.50

0.25

Βαθμίδες

Χώρος στάσης Αγωγός

Σχέδιο 5.25 : Τυπικό φρεάτιο επίσκεψης / διέλευσης για αγωγούς διαμέτρου ως DN 500

71



ΚΑΤΟΨΗ

A

A

0.25

TOMH A-A

Βαθμίδες

Χώρος στάσης

0.25 <= h <= 0.50

Δακτύλιος

Κάτω τμήμα φρεατίου

Ελαστική μούφα διέλευσης Τεμάχιο παραλαβής καθιζήσεων Πρόσθετο σκυρόδεμα Στρώση καθαριότητας

Σχέδιο 5.26 : Κυκλικό φρεάτιο στο τέλος ωθητικού αγωγού

72



ΚΑΤΟΨΗ A

A

TOMH A-A

Βαθμίδες

Χώρος στάσης

0.25 <= h <= 0.50

0.25

Τοίχωμα

Στεγάνωση Μούφα διέλευσης

Τεμάχιο παραλαβής καθιζήσεων

Τεμάχιο παραλαβής καθιζήσεω Αρμός Σκυρόδεμα διαμόρφωσης Πλάκα σκυροδέματος Στρώση καθαριότητας

Σχέδιο 5.27 : Διαμόρφωση φρεατίου σε αλλαγή διαμέτρου αγωγού

73



ΚΑΤΟΨΗ

A

A >= DN 500

<= 0.50

TOMH A-A Κάλυμμα Δακτύλιος Λαιμός Βοήθημα καθόδου

0.25

Δακτύλιος

Βαθμίδες

Βάση έδρασης δακτυλίου Οροφή Δακτύλιος στεγάνωσης

Δακτύλιος στεγάνωσης 1:20

>= DN 500

Τεμάχιο παραλαβής διαφορ. καθιζήσεων Αρμός Στρώση καθαριότητας

0.25 <= h <= 0.50

Τοίχωμα

Χώρος στάσης Ελαστική μούφα

Τεμάχιο παραλαβής διαφορ. καθιζήσεων Σκυρόδεμα διαμόρφωσης Πλάκα σκυροδέματος

Σχέδιο 5.28 : Διαμόρφωση φρεατίου συμβολής αγωγού για διάμετρο D >500mm με συμβάλλοντα αγωγό σε γωνία 90ο

74



ΚΑΤΟΨΗ

A

A

TOMH A-A <= 0.50

Κάλυμμα Δακτύλιος Λαιμός

0.25

Δακτύλιος

Βάση έδρασης δακτυλίου

Στεγανωτικό προφίλ

Πλευρικό τοίχωμα

2 Γωνίες 45°

Αρμός Στρώση καθαριότητας

0.25 <= h <= 0.50

Τεμάχιο παραλαβής διαφορ. καθιζήσεων

2.00

Βαθμίδες

Χώρος στάσης Ελαστική μούφα

Τεμάχιο παραλαβής διαφορ. καθιζήσεων Σκυρόδεμα διαμόρφωσης Πλάκα σκυροδέματος

Σχέδιο 5.29 : Φρεάτιο κατάπτωσης με πτώση διαμορφωμένη εντός του φρεατίου

75



6. Αγωγοί αποχέτευσης – Υλικά – Κατασκευή 6.1. Γενικά Οι αγωγοί αποχέτευσης είναι σχεδόν πάντα υπόγειοι αγωγοί. Ο πιο συνηθισμένος τρόπος κατασκευής του δικτύου είναι η εκσκαφή, η τοποθέτηση των αγωγών και η επανεπίχωση του σκάμματος. Τα τελευταία χρόνια στα κέντρα των μεγάλων πόλεων, αλλά κυρίως σε περιπτώσεις που η τομή των επιφανειών (δρόμοι, διέλευση από σιδηροδρομικές γραμμές, ρέματα, ποτάμια, κ.λπ.) είναι δύσκολη ή αδύνατη χρησιμοποιούνται τεχνολογίες τοποθέτησης αγωγών χωρίς τομή της επιφάνειας (trenchless piping). Κατασκευάζονται δύο φρεάτια, ένα στην αρχή και ένα στο τέλος και με τη μέθοδο της σταδιακής προώθησης προκατασκευασμένων τμημάτων αγωγών με παράλληλη διάτρηση τοποθετείται χωρίς επιφανειακή τομή ο αγωγός. Στο σχήμα 6.1 φαίνεται η εφαρμογή της μεθόδου αυτής.

Σχήμα 6.1: Εφαρμογή μεθόδου διέλευσης αγωγού χωρίς τομή της επιφάνειας (trenchless piping) Το κόστος εφαρμογής των μεθόδων αυτών είναι μεγάλο λόγω της μεγάλης αξίας του τεχνολογικού εξοπλισμού που απαιτείται.

76



Όσον αφορά τα υλικά και τη διατομή των αγωγών που χρησιμοποιούνται αυτά διαφέρουν ανάλογα με το είδος του δικτύου αποχέτευσης. Τα τοιχώματα των αγωγών των δικτύων ακαθάρτων πρέπει να είναι χημικά απρόσβλητα. Αντίθετα, οι αγωγοί των δικτύων ομβρίων κατά κανόνα δεν κινδυνεύουν από χημική διάβρωση. Στα δίκτυα αποχέτευσης ομβρίων το πιο σύνηθες υλικό είναι το οπλισμένο ή άοπλο σκυρόδεμα. Για πιο μεγάλες διατομές εξετάζεται ακόμη και η περίπτωση των χυτών επί τόπου κατασκευών. 6.2. Υλικά προκατασκευασμένων αγωγών – Κριτήρια επιλογής Τα κριτήρια για την επιλογή του υλικού των αγωγών είναι : 1. Διάρκεια ζωής και εμπειρία από τα χρήση του συγκεκριμένου υλιοκού. 2. Αντοχή σε μηχανική διάβρωση 3. Αντοχή σε χημική διάβρωση (από οξέα, βάσεις, αέρια, κ.λπ.) 4. Φυσική αντοχή 5. Κόστος υλικών και τοποθέτησης 6. Ευκολία χειρισμού και τοποθέτησης 7. Τύπος και συχνότητα αρμών, στεγανότητα και ευκολία επίτευξης τους 8. Διαθεσιμότητα των διατομών που απαιτούνται 9. Διαθεσιμότητα και ευκολία τοποθέτησης ειδικών τεμαχίων 10. Υδραυλικά χαρακτηριστικά (τραχύτητα)

Τα τελευταία χρόνια έχουν εμφανιστεί πολλά νέα υλικά που διαρκώς εξελίσσονται. Στη

συνέχεια

γίνεται

μία

προσπάθεια

παρουσίασης

των

σωλήνων

που

κατά

κανόνα

χρησιμοποιούνται στη χώρα μας.

77



6.2.1. Σωλήνες από σκυρόδεμα Οι σωλήνες από σκυρόδεμα, σαν προκατασκευασμένοι σωλήνες, είναι το πλέον συνηθισμένο υλικό κατασκευής αγωγών ομβρίων. Τα τελευταία χρόνια η βελτίωση των μεθόδων παραγωγής τσιμέντου και σκυροδέματος αλλά και η εμφάνιση νέων υλικών για την επένδυσή τους, έδωσε ώθηση και στη χρήση των σωλήνων σκυροδέματος και στα δίκτυα αποχέτευσης ακαθάρτων. Άοπλοι για τις μικρότερες διαμέτρους και οπλισμένοι για τις μεγαλύτερες οι αγωγοί προσφέρονται τυποποιημένοι με διάμετρο από 400mm ως 1200mm. Οι συνδέσεις γίνονται με κώδωνα και η στεγανότητα εξασφαλίζεται με παρεμβολή ελαστικού δακτυλίου. Παλαιότερα η τοποθέτηση των άοπλων σωλήνων από σκυρόδεμα ακολουθούνταν από τον εγκιβωτισμό τους με χυτό επί τόπου σκυρόδεμα, για εξασφάλιση μεγαλύτερης αντοχής. Η μέθοδος αυτή είχε το μειονέκτημα της δημιουργίας ενός άκαμπτου αγωγού, που δεν μπορούσε να αναλάβει παραμορφώσεις σε περιπτώσεις διαφορικών καθιζήσεων, με επακόλουθο τη δημιουργία ρωγμών. Σήμερα με την κατασκευή σωλήνων μεγαλύτερης αντοχής και την εισαγωγή των ελαστικών δακτυλίων στεγάνωσης εδράζονται άμεσα σε υπόστρωμα άμμου με αποτέλεσμα τη δημιουργία εύκαμπτων σωληνώσεων, με δυνατότητα σχετικών αποκλίσεων από την ευθυγραμμία και ανάληψης παραμορφώσεων. Τα πλεονεκτήματα των αγωγών από σκυρόδεμα είναι η ευκολία κατασκευής τους, η οικονομία στην προμήθεια υλικού, αλλά και στο συνολικό κόστος, ιδίως στις μεγάλες διαμέτρους, η δυνατότητα επίτευξης οποιασδήποτε επιθυμητής αντοχής και η μεγάλη ποικιλία διαμέτρων. Στα μειονεκτήματα τους συγκαταλέγονται το μεγάλο βάρος των σωλήνων, το μεγάλο πλήθος αρμών και το περιορισμένο εύρος χημικών χαρακτηριστικών λυμάτων, στα οποία μπορούν να αντισταθούν χωρίς προστατευτική επένδυση. 6.2.2. Σωλήνες από αμιαντοτσιμέντο Το αμιαντοτσιμέντο, παράγεται με ανάμειξη τσιμέντου και ινών αμιάντου, οι οποίες προσδίδουν εφελκυστική αντοχή στο υλικό. Έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στην παραγωγή σωλήνων για κάθε χρήση και ειδικότερα οι σωλήνες για υπονόμους χρησιμοποιούνται διεθνώς για πενήντα και πλέον χρόνια.

78



Στην Ελλάδα χρησιμοποιήθηκαν ιδιαίτερα τις δεκαετίες του ’70 και του ’80 σε τυποποιημένα μήκη των 5.0m και σε διαμέτρους από 200mm ως 1000mm. Τα πλεονεκτήματα τους είναι το μικρό βάρος, σε σύγκριση με αυτό των σωλήνων από σκυρόδεμα, με συνέπεια τον εύκολο χειρισμό και τοποθέτηση τους, η στεγανότητα των συνδέσεων, το μικρό πλήθος αρμών, η διαθεσιμότητα μεγάλου εύρους διαμέτρων και κλάσεων αντοχής, καθώς και η οικονομικότητα τους, ιδιαίτερα στις μικρές διαμέτρους. Μειονέκτημα των σωλήνων από αμιαντοτσιμέντο, όπως και αυτών από σκυρόδεμα, είναι η χημική διαβρωσιμότητα του υλικού. Η χρήση των ινών αμιάντου στους σωλήνες, που, όπως έχει διαπιστωθεί, είναι επικίνδυνες για την υγεία, αναμφίβολα πρέπει να συνυπολογιστεί στα μειονεκτήματα των σωλήνων αμιαντοτσιμέντου. Βεβαίως δεν υπάρχει κανένα επιβαρυντικό για τη δημόσια υγεία δεδομένο σε ότι αφορά τη χρήση αυτών καθαυτών των σωλήνων για αποχέτευση λυμάτων, αλλά είναι πολύ πιθανό ότι το προσωπικό που απασχολείται σε όλα τα στάδια από την παραγωγή του αμιάντου μέχρι την εγκατάσταση των σωλήνων διατρέχει κινδύνους, εφόσον δεν λαμβάνονται κατάλληλα μέτρα. 6.2.3. Πλαστικοί σωλήνες Στη χώρα μας κατασκευάζονται πλαστικοί σωλήνες από το 1970. Για δίκτυα ακαθάρτων μέχρι σήμερα χρησιμοποιούνται κατά κύριο λόγο σωλήνες από σκληρό πολυβινυλοχλωρίδιο (uPVC) σε διάφορες κλάσεις αντοχής (σειρά 41,51,81) και με τυποποιημένες διαμέτρους από 200 mm ως 630 mm. Μεγαλύτερες διάμετροι ως 1200 mm είναι επίσης πλέον μέσα στις δυνατότητες παραγωγής. Οι ονομαστικές διάμετροι στην περίπτωση των πλαστικών αγωγών είναι οι εξωτερικές. Οι σωλήνες συνδέονται με μούφα διαμορφωμένη στο ένα άκρο κάθε σωλήνα και στεγανοποιούνται με παρεμβολή ελαστικού δακτυλίου. Εγκιβωτίζονται συνήθως με άμμο (σειρές 41 και 51) ή σπανιότερα με σκυρόδεμα (σειρά 81). Τα πλεονεκτήματα των πλαστικών σωλήνων είναι το πολύ μικρό τους βάρος (πυκνότητα σκληρού PVC 1400 kg/m3, μικρό πάχος τοιχωμάτων), το μικρό πλήθος και η ικανοποιητική στεγανότητα των αρμών και η πολύ καλή αντοχή τους σε χημική διάβρωση. Στα μειονεκτήματα τους περιλαμβάνονται τα λεπτά τους τοιχώματα και η ευαισθησία του υλικού τους σε μηχανική καταπόνηση και στην ηλιακή ακτινοβολία (υπεριώδεις ακτίνες), με αποτέλεσμα

79



την παραμορφωσιμότητα των αγωγών και τη δημιουργία κινδύνων για τη στεγανότητα των αρμών τους. 6.2.4. Σωλήνες από PEHD Ειδική κατηγορία πλαστικών σωλήνων αποτελούν οι αγωγοί από σκληρό πολυαιθυλένιο (PEHD), οι οποίοι χρησιμοποιούνται σήμερα σχεδόν αποκλειστικά για την κατασκευή των καταθλιπτικών αγωγών των δικτύων αποχέτευσης ακαθάρτων. Επίσης, όλο και περισσότερο χρησιμοποιούνται προκατασκευασμένα φρεάτια από PEHD. Η σύνδεση των αγωγών μεταξύ τους γίνεται με ηλεκτροκόλληση που είναι ιδιαίτερα ασφαλής και στεγανή σύνδεση. Στα πλεονεκτήματά τους συγκαταλέγεται η καλύτερη μηχανική συμπεριφορά τους σε καταπονήσεις μηχανικές εξωτερικές αλλά και εσωτερικές (πλήγματα κριού, κ.λπ.). Είναι κατά τι ακριβότεροι από τους αγωγούς PVC. 6.2.5. Σωλήνες από GFK Τα τελευταία χρόνια κερδίζουν έδαφος οι πολυεστερικοί ενισχυμένοι αγωγοί (GFK), οι οποίοι χρησιμοποιούνται σε μεγάλες διαμέτρους σωλήνων αποχέτευσης ομβρίων. Όπως και οι σωλήνες από σκυρόδεμα κατασκευάζονται και σε άλλες διατομές (π.χ. ωοειδείς). Είναι εύκολοι στην τοποθέτηση, δεν είναι όμως ακόμη πλήρως ελεγμένοι στη συμπεριφορά τους σε μηχανικές καταπονήσεις. 6.2.6. Αργιλοπυριτικοί σωλήνες Με μεγάλη εφαρμογή παλαιότερα οι αργιλοπυριτικοί σωλήνες, τείνουν να εξαφανιστούν πλέον από την αγορά σε όφελος άλλων υλικών. Το σοβαρότερο πλεονεκτήμά τους είναι η εξαιρετική τους αντοχή σε χημική διάβρωση από οξέα ή βάσεις αλλά και από διαβρωτικά εδάφη. Επίσης, η διαπιστωμένη μακροχρόνια φυσική αντοχή τους.

80



Τα μειονεκτήματά τους είναι κυρίως το υψηλό τους κόστος και το εύθραυστο κατά τη μεταφορά και τη τοποθέτηση τους. Επίσης το μεγάλο πλήθος αρμών (ένας ανά m) που σε συνδυασμό με τη μικρή στεγανότητα των συνδέσεων οδηγεί σε αυξημένη ποσότητα διηθήσεων. Εξαιτίας αυτών των μειονεκτημάτων, οι αργιλοπυριτικοί σωλήνες τείνουν να εγκαταλειφθούν σε όφελος άλλων υλικών. Οι σωλήνες εγκιβωτίζονται με σκυρόδεμα. 6.2.7. Σωλήνες από άλλα υλικά Σε ειδικές περιπτώσεις η επιλογή σωλήνων από χυτοσίδηρο και ιδίως από χάλυβα είναι συχνά η αποτελεσματικότερη λύση. Τέτοιες περιπτώσεις αναφέρονται γενικά σε ασυνήθιστες απαιτήσεις φόρτισης και στεγανότητας και ειδικότερα σε αυτές περιλαμβάνονται οι καταθλιπτικοί αγωγοί λυμάτων, οι αγωγοί διάβασης κάτω από ποταμούς και ιδίως οι εμφανείς σωληνώσεις, όπως για παράδειγμα σωληνώσεις αναρτημένες κάτω από γέφυρες. Το ειδικό πλεονέκτημα του χάλυβα έναντι των άλλων αγωγών στην περίπτωση των εμφανών σωληνώσεων είναι ότι δεν παθαίνει εύκολα φθορές από τυχαίες προσκρούσεις (σε αντίθεση με τους σωλήνες από αμιαντοτσιμέντο ή πλαστικά υλικά) και δεν υπόκειται σε αλλοιώσεις από την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας και των καιρικών μεταβολών (σε αντίθεση με τους πλαστικούς σωλήνες). Οι χαλύβδινοι σωλήνες διατίθενται σε ποικιλία μεγέθους, πάχους τοιχωμάτων, αντοχής και μήκους. Στη χώρα μας ο συνήθης τύπος είναι ο σωλήνας ελικοειδούς ραφής που κατασκευάζεται εύκολα για οποιοδήποτε συνδυασμό γεωμετρικών και τεχνικών χαρακτηριστικών. Η ένωση των σωλήνων γίνεται κυρίως με συγκόλληση. Το κυριότερο πρόβλημα των χαλύβδινων σωληνώσεων είναι η χημική διαβρωσιμότητα τους εσωτερικά από τα λύματα και εξωτερικά από το έδαφος. Για το λόγο αυτό απαιτούν κατάλληλη εσωτερική προστασία από αντιδιαβρωτικό υλικό και όταν θάβονται σε διαβρωτικό έδαφος, κατάλληλη καθοδική προστασία. Μειονέκτημά τους επίσης είναι το υψηλό τους κόστος, εξαιτίας του οποίου οι χαλύβδινοι σωλήνες δεν χρησιμοποιούνται σε συνήθεις σωληνώσεις αποχετεύσεων. 6.2.8. Αγωγοί χυτοί επί τόπου Οι χυτοί αγωγοί επί τόπου είναι λύση συχνότερη στους αγωγούς ομβρίων, που οι παροχές είναι αρκετά μεγάλες και σπάνια στους αγωγούς ακαθάρτων.

81



Οι αγωγοί κατασκευάζονται από σκυρόδεμα, άοπλο για τις πιο μικρές διατομές (μικρότερες από 1,0m) και ολπισμένο για τις πιο μεγάλες. Η συγκεκριμένη επιλογή είναι θέμα στατικού υπολογισμού σε συνδυασμό με ανάλυση κόστους. Οι άοπλοι αγωγοί κατασκευάζονται για προφανείς στατικούς λόγους με σχήμα κυκλικό ή που προσεγγίζει το κυκλικό. Η σκυροδέτησή τους γίνεται σε ένα στάδιο (χωρίς αρμούς διακοπής). Συνήθως εφαρμόζονται ολισθαίνοντες ξυλότυποι. Μετά την απομάκρυνση του ξυλότυπου σφραγίζονται κατάλληλα όλες οι οπές που τυχόν υπάρχουν στο σκυρόδεμα. Οι οπλισμένοι αγωγοί μπορούν να κατασκευαστούν με οποιοδήποτε σχήμα. Από άποψη ευκολίας κατασκευής υπερέχουν πρωτίστως οι ορθογωνικές διατομές και δευτερευόντως οι αγωγοί με πεπλατυσμένο πυθμένα και με οροφή σχετικά μικρής καμπυλότητας. Η υπεροχή αυτών των διατομών προκύπτει από το γεγονός ότι δεν χρειάζεται εξωτερικός ξυλότυπος για τη σκυροδέτηση τους. Από υδραυλική άποψη υπερέχουν οι διατομές που ο πυθμένας τους πλησιάζει το σχήμα V, π.χ. οι ωοειδείς. Πιο συχνή πάντως είναι η εφαρμογή κυκλικών διατομών. Στην περίπτωση των οπλισμένων αγωγών η κατασκευή της διατομής γίνεται σε δύο στάδια, πρώτα ο πυθμένας και μετά η οροφή. Στις πιο μεγάλες διατομές εφαρμόζονται τρία στάδια: πυθμένας, τοιχώματα, οροφή. Ειδική μέριμνα λαμβάνεται ώστε να προκύψει λεία εσωτερική επιφάνεια, με χαμηλό συντελεστή τριβών. Επίσης οι εσωτερικοί ξυλότυποι των τοιχωμάτων και της οροφής πρέπει να είναι λείοι και καθαροί, ώστε να προκύπτει λεία επιφάνεια σκυροδέματος. Τονίζεται ότι στους αγωγούς αποχέτευσης απαιτείται μεγάλη προσοχή και αυστηρότητα ως προς την ποιότητα του σκυροδέματος, δεδομένου ότι η διατομή του αγωγού αναλαμβάνει το πλήρες φορτίο της λίγες μόνο μέρες μετά τη σκυροδέτηση της (η επίχωση ακολουθεί τη σκυροδέτηση με διαφορά ολίγων ημερών), σε αντίθεση με τα κτιριακά έργα όπου μεταξύ της σκυροδέτησης και της πλήρους φόρτισης μεσολαβεί ένα μεγάλο χρονικό διάστημα ικανό για τη σκλήρυνση του σκυροδέματος. Εφόσον οι χυτοί επί τόπου αγωγοί χρησιμοποιούνται για μεταφορά ακαθάρτων θα πρέπει να προβλέπεται κατάλληλη αντιδιαβρωτική προστασία τους. 6.3. Κατασκευαστικές λεπτομέρειες τοποθέτησης των αγωγών Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται αναφορά στα στοιχεία και δεδομένα που υπεισέρχονται στις επιλογές της τεχνικής τοποθέτησης των αγωγών αποχέτευσης.

82



Στο σχήμα 6.2 συνοψίζεται η ονοματολογία που χρησιμοποιείται στη συνέχεια του κεφαλαίου με τη βοήθεια μιας τυπικής τομής σκάμματος τοποθέτησης αγωγού δικτύου αποχέτευσης. Πρόκειται για εκσκαφές σκαμμάτων των οποίων το βάθος κυμαίνεται συνήθως από 2 ως 4 m και συνήθως απαιτούν αντιστήριξη, ιδίως σε αστικές περιοχές. 1. Επιφάνεια εδάφους 2. Κατώτερη στάθμη ασφαλτοτάπητα 3. Πλευρικά πρανή εκσκαφής 4. Κύριο τμήμα επίχωσης 5. Επίχωση πάνω από την άντυγα του αγωγού 6. Πλευρική επίχωση αγωγού 7. Ανώτερη στρώση υποστρώματος άμμου 8. Υπόστρωμα άμμου 9. Πυθμένας εκσκαφής 10. Ύψος επίχωσης 11. Πάχος υποστρώματος άμμου 12. Πάχος ζώνης αγωγού 13. Βάθος εκσκαφής 14. Αντιστήριξη πρανών Σχήμα 6.2 : Σκάμμα τοποθέτησης αγωγού αποχέτευσης 6.3.1. Βασικές τεχνικές αρχές Η ποιότητα λειτουργίας και ο χρόνος ζωής του αγωγού αποχέτευσης εξαρτάται σε πολύ μεγάλο βαθμό από την ποιότητα εργασιών εκσκαφής της τάφρου, τοποθέτησης και εγκιβωτισμού του αγωγού, επανεπίχωσης και συμπύκνωσης του επιχώματος, αφαίρεσης των αντιστηρίξεων, κ.λπ. Το όλο σύστημα μετά την τοποθέτηση του αγωγού πρέπει να είναι σε θέση να παραλάβει τα όποια φορτία εμφανισθούν κατά τρόπο ικανοποιητικό, χωρίς κίνδυνο έντονων παραμορφώσεων, θραύσεων, κ.λπ.

83



Μια σειρά από τεχνικές προδιαγραφές πρέπει να ακολουθηθούν με προσοχή προκειμένου το αποτέλεσμα να είναι το επιθυμητό. 6.3.2. Έλεγχος στατικής επάρκειας του αγωγού Για αγωγούς κυρίως μεγάλης διαμέτρου πρέπει να γίνεται λεπτομερής έλεγχος της στατικής επάρκειάς τους στις καταπονήσεις που θα δεχθούν. Παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν την αντοχή των αγωγών είναι: - η στάθμη του υπόγειου υδροφορέα - οι αλλαγές των εδαφικών συνθηκών - οι αλλαγές στην κλίση (με μετακίνηση εδαφικού υλικού) - υπερβολική συμπύκνωση πάνω από τον αγωγό - αλλαγές που προκύπτουν από την αφαίρεση της αντιστήριξης των παρειών του σκάμματος - υπερβολικό κινητό φορτίο στην επιφάνεια του εδάφους Τόσο οι εταιρείες κατασκευής των αγωγών όσο και τεχνικές οδηγίες επιστημονικών ενώσεων ανά τον κόσμο δίνουν αναλυτικά προγράμματα υπολογισμού της στατικής επάρκειας των αγωγών σε σχέση με τα αναμενόμενα φορτία και τις εκάστοτε συνθήκες τοποθέτησης.

6.3.3. Υλικά υποστήριξης, εγκιβωτισμού και επίχωσης του σκάμματος των αγωγών Απαιτείται μεγάλη επιμέλεια στην επιλογή των εδαφικών υλικών με τα οποία οι αγωγοί υποστηρίζονται, εγκιβωτίζονται και τέλος επιχώνονται. Χαρακτηριστικά του υλικού επίχωσης που αξίζουν ιδιαίτερη προσοχή είναι: - προέλευση - σκληρότητα του υλικού - κοκκομετρική διαβάθμιση του υλικού - σχήμα των κόκκων του υλικού - συμπυκνωσιμότητα - καθαρότητα

84



6.3.4. Σκάμμα τοποθέτησης του αγωγού Σημαντική απόφαση εξαρτώμενη από την ποιότητα του εκσκαπτόμενου εδάφους είναι η δυνατότητα επανάχρησης ή μη του προϊόντος εκσκαφής. Η συνήθης πρακτική σε αστικές ζώνες είναι η χρήση θραυστού υλικού για την επίχωση του σκάμματος (κύριο τμήμα επίχωσης). Οι πίνακες 6.1 και 6.2 περιέχουν οδηγίες για το απαιτούμενο πλάτος εκσκαφής τόσο για την περίπτωση αντιστηριζόμενης εκσκαφής με κάθετες παρειές, όσο και για την περίπτωση κεκλιμένων παρειών ανάλογα με την διάμετρο του αγωγού και επίσης το ελάχιστο απαιτούμενο πλάτος σκάμματος ανάλογα με το βάθος της εκσκαφής. Ελάχιστο πλάτος εκσκαφής (D + x) [m] Διάμετρος DN

Αντιστηριζόμενο σκάμμα

Μη αντιστηριζόμενο σκάμμα β > 60ο

β ≤ 60ο

≤ 225

D + 0.40

D + 0.40

> 225 to ≤ 350

D + 0.50

D + 0.50

D + 0.40

> 350 to ≤ 700

D + 0.70

D + 0.70

D + 0.40

> 700 to ≤ 1200

D + 0.85

D + 0.85

D + 0.40

> 1200

D + 1.00

D + 1.0

D + 0.40

D: Εξωτερική διάμετρος του αγωγού (m) β: γωνία κλίσης πρανών μετρημένη ως προς την οριζόντια Πίνακας 6.1: Ελάχιστο πλάτος εκσκαφής τάφρου τοποθέτησης αγωγού DN Βάθος σκάμματος [m]

Ελάχιστο πλάτος σκάμματος [m]

< 1.00

-

≥ 1.00 to ≤ 1.75

0.80

> 1.75 to ≤ 4.00

0.90

> 4.00

1.00

Πίνακας 6.2: Ελάχιστο πλάτος τάφρου ανάλογα με το βάθος της εκσκαφής 6.3.5. Αντιστήριξη των πρανών του σκάμματος Εδαφοτεχνική μελέτη πρέπει να αποδεικνύει το αν και τι είδους αντιστήριξη απαιτείται για τα πρανή του σκάμματος.

85



6.3.6. Πυθμένας εκσκαφής Κατά τη διάρκεια τοποθέτησης του αγωγού ο πυθμένας της εκσκαφής πρέπει να είναι ελεύθερος από υπόγεια ύδατα. 6.3.7. Επίχωση και εγκιβωτισμός των αγωγών Για τον εγκιβωτισμό των αγωγών επιλέγονται τα παρακάτω υλικά: - άμμος - αμμοχάλικο με μέγιστο κόκκο 22mm, ποσοστό άμμου >15% και συντελεστή ομοιομορφίας U ≥ 10 - ομοιόμορφο χαλίκι - ανακυκλωμένα υλικά Η στήριξη των αγωγών στον πυθμένα πρέπει να γίνει με επιμελημένο τρόπο, ώστε να υπάρξει ομοιόμορφη μεταφορά των φορτίων μέσω της συνολικής επιφάνειας στήριξης του αγωγού. Στο σχήμα 6.3 φαίνεται ο συνηθέστερος τρόπος τοποθέτησης του αγωγού στο υπόστρωμα άμμου εντός του σκάμματος. Το πάχος a = 100 m είναι το ελάχιστο πάχος του υποστρώματος άμμου.

86



Σχήμα 6.3 : Συνήθης τρόπος τοποθέτησης αγωγού σε σκάμμα Συνήθης κανόνας για το πάχος του υποστρώματος είναι a = 100 mm + 1/10 DN (όπου DN η διάμετρος του αγωγού σε mm). Το πάχος της στρώσης b εξαρτάται από τη γωνία στήριξης του αγωγού και είναι: - για γωνία στήριξης 90ο - για γωνία στήριξης 120

b = 0.15 X DN ο

b = 0.25 X DN

Για περιοχές ύποπτες για καθιζήσεις ενδείκνυται η στήριξη του αγωγού σε υπόστρωμα σκυροδέματος το οποίο ανάλογα με το είδος του αγωγού και κυρίως από το αν έχει ή όχι «ποδαρικό» στήριξης έχει τη μορφή των υποστηρικτικών βάσεων των σχημάτων 6.4 και 6.5.

Σχήμα 6.4 : Στήριξη αγωγού χωρίς

Σχήμα 6.5 : Στήριξη αγωγού με

ποδαρικό σε υπόβαση και βάση

ποδαρικό σε υπόβαση σκυροδέματος

σκυροδέματος

και στρώση κονιάματος

Σε εύκαμπτους αγωγούς (π.χ. από PEHD) συνιστάται η κατασκευή υπόβασης από σκυρόδεμα και η μεσολάβηση βάσης στήριξης από άμμο μεταξύ της υπόβασης και του αγωγού. Στα σχήματα 6.6 και 6.7 φαίνονται και εφαρμογές υποστρώματος και εγκιβωτισμού του αγωγού με σκυρόδεμα. Ο εγκιβωτισμός με σκυρόδεμα συνιστάται στους συμπαγείς αγωγούς π.χ. από σκυρόδεμα.

87



Σχήμα 6.6 : Εγκιβωτισμός αγωγού με σκυρόδεμα, a = ¼ DN και min a = 100 mm

Σχήμα 6.7 : Πλήρης εγκιβωτισμός αγωγού με σκυρόδεμα, a= ¼ DN και min a= 100mm

88

89

Apoxeteyseis Simeioseis 01

Recommend Documents