ΤΥΠΙΚΑ Υ ΡΑΥΛΙΚΑ ΕΡΓΑ «Εσωτερικά ίκτυα Ύδρευσης» ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΕΞΑΜΕΝΩΝ ιδάσκουσα: ιονυσία Παναγούλια, Λέκτορας ΕΜΠ
εξαµενή ρυθµίσεως Ηδεξαµενή ρυθµίσεως αποτελεί το όριο µεταξύ εξωτερικού και εσωτερικού υδραγωγείου και εποµένως αποτελεί το τεχνικόέργοκεφαλήςτου εσωτερικού υδραγωγείου. Το εξωτερικό υδραγωγείο υπολογίζεται µε βάσητην µέγιστη ηµερήσια παροχή, που αντιστοιχεί στη µέση κατανάλωση της δυσµενέστερης ηµέρας. Η κατανάλωση, όµως παρουσιάζει διακυµάνσεις κατά την διάρκεια του 24ώρου. Η δεξαµενή ρυθµίσεως του οικισµού αποσκοπεί ακριβώς στην εξισορρόπηση της διαφοράς µεταξύ της (περίπου) σταθερής παροχής του εξωτερικού υδραγωγείου και της κυµαινόµενης κατανάλωσης του δικτύου διανοµής (εσωτερικού υδραγωγείου).
ιαστασιολόγηση δεξαµενής ρυθµίσεως
Η διαστασιολόγηση της δεξαµενής γίνεται µε βάσητηναθροιστική καµπύλη εισροών-εκροών, σε 24ωρη βάση. Στην καµπύλη αυτή η τετµηµένη αντιπροσωπεύει αθροιστικά τον χρόνο από την αρχή του 24ώρου (σε ώρες) και η τεταγµένη το αθροιστικό ποσοστό % του ηµερήσιου όγκου Vηµ. Εφόσον η τροφοδοσία του οικισµού γίνεται µε αγωγό βαρύτητας, η καµπύλη εισροής παρουσιάζεται ως ευθεία γραµµή (δηλ. σταθερή κλίση=σταθερή παροχή Q = V / t). Αντίθετα η κατανάλωση, που αντιπροσωπεύεται από την καµπύλη εκροής, παρουσιάζει διακυµάνσεις. Κάποιες ώρες του 24ώρου οι τεταγµένες της καµπύλης εισροής υπερβαίνουν τις τεταγµένες της καµπύλης εισροής, οπότε παρουσιάζεται περίσσεια νερού στην δεξαµενή. Στην αντίθετη περίπτωση, που οι τεταγµένες της καµπύλης εκροής υπερβαίνουν εκείνες της καµπύλης εισροής, παρουσιάζεται έλλειµµα νερού στην δεξαµενή. Ο λόγος της δυσµενέστερης (µεγαλύτερης) κλίσης της καµπύλης εκροής, προς την κλίση της καµπύλης εισροής, εκφράζει τον συντελεστή λ2 υπολογισµού της µέγιστης ωριαίας παροχής Qmaxωρ = λ2*qmaxηµ
Ο απαιτούµενος όγκος ρύθµισης της δεξαµενής προκύπτει ως ποσοστό του ηµερήσιου όγκου, που αντιπροσωπεύει το άθροισµα της µέγιστης περίσσειας και του µέγιστου ελλείµµατος του 24ώρου εδοµένου, δε ότι ο µέγιστος ηµερήσιος όγκος εµφανίζεται την ηµέρα της µεγαλύτερης κατανάλωσης και αντιστοιχεί στον µέγιστο ηµερήσιο όγκο του οικισµού, για τον απαιτούµενο ρυθµιστικό όγκο της δεξαµενής Vρυθµίσεως προκύπτει: V ρύθµισης = [(Μέγιστο έλλειµµα %) + (Μέγιστη περίσσεια %)] V max, ηµ (1)
Όγκος ασφαλείας, έκτακτες ανάγκες Εκτός από τη ρυθµιστική λειτουργία, η δεξαµενή πρέπει να έχει αποθέµατα νερού για να καλύψει και έκτακτες ανάγκες. Αυτός ο επιπλέον όγκος ονοµάζεται όγκος ασφαλείας. Οι έκτακτες ανάγκες που καλύπτει όγκος ασφαλείας είναι: (α) Πυρκαγιά (β) Βλάβη εξωτερικού υδραγωγείου Ο όγκος πυρκαγιάς είναι: Vπυρκαγιάς = Ν k x Q k x t k (m 3 ) (2) όπου: Ν k το πλήθος των συγχρόνως λειτουργούντων κρουνών q k ηονοµαστική παροχή κάθε κρουνού σε m 3 /s t k η κατά παραδοχή διάρκεια πυρκαγιάς σε s
Οαπαιτούµενος όγκος ασφαλείας για βλάβη εξωτερικού υδραγωγείου Vβλάβης αναφέρεται σε ενδεχόµενη βλάβη στο εξωτερικό υδραγωγείο του οικισµού. Στηνπερίπτωσηαυτήηδεξαµενή πρέπει να διαθέτει ικανό όγκο, ώστε να καλύψει τις ανάγκες, έως ότου επισκευαστεί η βλάβη. Ο όγκος της βλάβης εποµένως είναι: Vβλάβης = Qmaxηµ * tβ (m3) (3) όπου: Qmaxηµ: η µέγιστη ηµερήσια παροχή υπολογισµού του εξωτερικού υδραγωγείου σε m 3 /s tβ: η διάρκεια της βλάβης σε s (hr x 3600) Ισχύει: Vασφαλείας = max {Vβλάβης, Vπυρκαγιάς} (4)
Τελικός όγκος νερού στην δεξαµενή Vδεξαµενής = Vρύθµισης + Vασφαλείας ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Υ ΡΑΥΛΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ ΕΞΑΜΕΝΩΝ:
Υδραυλικά, ο υπολογισµός των δεξαµενών αποσκοπεί στον καθορισµό της Α.Σ.Υ. και Κ.Σ.Υ. της δεξαµενής, που είναι βασικά µεγέθη για όλους τους περαιτέρω υπολογισµούς. Προφανώς ο απαιτούµενος όγκος της δεξαµενής αντιστοιχεί στο ωφέλιµο ύψοςηωφ. Όταν η δεξαµενή είναι πλήρης, τότε η στάθµη ύδατος βρίσκεται στο ανώτερο σηµείο, που είναι η Α.Σ.Υ. Όταν η δεξαµενή είναι άδεια, τότε η στάθµη ύδατος βρίσκεται στο κατώτερο σηµείο Κ.Σ.Υ. Θεωρητικά, µόνο την ηµέρα των µεγίστων καταναλώσεων και εφόσον εξαντληθεί και ο όγκος ασφαλείας, ηδεξαµενή θα είναι κενή. Όλες τις υπόλοιπες ηµέρες του χρόνου, ηστάθµη τηςδεξαµενής θα είναι πάντα ανώτερη από την Κ.Σ.Υ. Τις ηµέρες αυτές η πλήρωση της δεξαµενής θα γίνεται σε λιγότερο από 24 ώρες. Όταν η ροή γίνεται προς τη δεξαµενή, αυτή λαµβάνεται ως πλήρης (Α.Σ.Υ.) (π.χ. υπολογισµοί εξωτερικού υδραγωγείου) Όταν η ροή γίνεται από τη δεξαµενή, αυτή λαµβάνεται ως κενή (Κ.Σ.Υ.) (π.χ. υπολογισµοί εσωτερικού υδραγωγείου) Εξαίρεση αποτελεί ο έλεγχος µεγίστων πιέσεων, οπότε η µεν δεξαµενή λαµβάνεται ως πλήρης (Α.Σ.Υ.), ηδεπαροχήως µηδενική (πιεζοµετρική γραµµή οριζόντια)
ΙΑΤΑΞΕΙΣ ΕΞΑΜΕΝΩΝ Υπάρχουν δύο είδη δεξαµενών: Επίγειες δεξαµενές (συνήθως εν µέρει υπόγειες) Υπέργειες δεξαµενές (Υδατόπυργοι) Υπολογιστικά, σε ό,τι αφορά τον όγκο των δεξαµενών δεν υπάρχει διάκριση µεταξύ υπέργειων και επίγειων δεξαµενών. Επειδή, όµως οι υδατόπυργοι είναι πολύ δαπανηρότερες κατασκευές, είναι σκόπιµο ναδίνεταιµεγάλη προσοχή στις παραδοχές που υιοθετούνται από τους µηχανικούς στην περίπτωση αυτή, ώστε να αποφεύγονται κίνδυνοι υπερδιαστασιολογήσεων. Οι επίγειες δεξαµενές κατασκευάζονται από σκυρόδεµα, ενώ οι υδατόπυργοι είναι δυνατό να κατασκευαστούν είτε από σκυρόδεµα είτε να είναι µεταλλικοί. Γενικά οι υδατόπυργοι έχουν κυκλική κάτοψη (κυλινδρικοί) ή είναι σφαιρικοί (µεταλλικοί). Οι επίγειες µεγάλες δεξαµενές (>2000 m 3 ) έχουν συνήθως κυκλική κάτοψη, ενώ οι µικρότερες δεξαµενές είναι δυνατό να είναι ορθογωνικές.
ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΕΞΑΜΕΝΩΝ Όλες οι δεξαµενές πόσιµου νερού είναι καλυµµένες. Για τη διαστασιολόγηση του ολικού ύψους των τοιχωµάτων της δεξαµενής λαµβάνεται ελεύθερο ύψος υπεράνω της Α.Σ.Υ. της τάξεως των 0.3-0.5 m. και πρόσθετο βάθος, κατάντη της Κ.Σ.Υ. της τάξεως των 0.20 m. Οπυθµένας των δεξαµενών κατασκευάζεται µε ρύσεις της τάξεως των 2-8%, ώστε να συγκεντρώνονται οι τυχόν αποθέσεις στερεών σε ένα σηµείο και να είναι δυνατός ο καθαρισµός του πυθµένα. Σκόπιµο είναι κάθε δεξαµενή να έχει τουλάχιστον δύο ίσους θαλάµους, ώστε να είναι δυνατή η συντήρηση και ο καθαρισµός τους, χωρίς να διακόπτεται η υδροδότηση του οικισµού. Σε περίπτωση n θαλάµων, η συνιστώµενη αναλογία µεταξύ των πλευρών, ώστε να εξασφαλίζεται η ελάχιστη περίµετρος, είναι: y / x = 2n / (n + 1)
ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΕΞΑΜΕΝΩΝ Επιλέγεται καταρχήν ένα ωφέλιµο ύψοςηωφ(συνήθης τάξη από 3.0-5.0 µέτρα). Σε µεγάλες δεξαµενές είναι δυνατό να υιοθετηθεί ωφέλιµο ύψοςµεγαλύτερο (6.0-7.0 µέτρα), εφόσον το εµβαδόν που προκύπτει είναι πολύ µεγάλο. Στην επιλογή του Ηωφ ο µηχανικός οδηγείται µε βάση κριτήρια στατικής (όσο µεγαλύτερο το ύψος των τοιχίων, τόσο µεγαλύτερο το αναγκαίο πάχος και οπλισµός) και τοπογραφίας (οι διαστάσεις και η µορφή του διατιθέµενου χώρου / οικοπέδου προδικάζουν τις τελικές δυνατές διαστάσεις της δεξαµενής). Από στατική άποψη, τα τοιχώµατα και ο πυθµένας υπολογίζονται ως πλαίσιο, ενώ η πλάκα οροφής συνηθίζεται να εδράζεται απλώς επί των τοιχωµάτων. Τα πλαϊνά τοιχώµατα φορτίζονται µε βάση ωθήσεις γαιών, ενώ για τον στατικό υπολογισµό αυτό η δεξαµενή θεωρείται κενή. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στη στεγανότητα της κατασκευής, καθώς και στην θέση τοποθέτησης τυχόν απαιτούµενων αρµών διαστολής, που πρέπει πάντα να τοποθετούνται µεταξύ θαλάµων, µε κατασκευή διπλού τοιχίου στο σηµείο αυτό.
Φρεάτιο απόδοσης/πιεζοθραύσεως εν είναι σκόπιµο οι καταθλιπτικοί αγωγοί να έχουν µεγάλο µήκος επειδή διαστασιολογούνται µε µεγαλύτερη παροχή από εκείνη των αγωγών βαρύτητας (συνεπώς απαιτούν µεγαλύτερη διάµετρο), ενώ µεγάλο µήκος καταθλιπτικών αγωγών σηµαίνει αυξηµένο µανοµετρικό ύψος των αντλιών, και εποµένως αυξηµένο κόστος αντλιών-αντλήσεως. Επιπλέον, ο όγκος της δεξαµενής ρύθµισης είναι αυξηµένος όταν ο καταθλιπτικός αγωγός καταλήγει απευθείας σε αυτήν. Το φρεάτιο απόδοσης (ή πιεζοθραύσεως) είναι µικρή δεξαµενή που κατασκευάζεται στο πέρας του καταθλιπτικού αγωγού, σε σηµείο µε υψόµετρο µεγαλύτερο από εκείνο της δεξαµενής του οικισµού, ώστε η ροή κατάντη του φρεατίου αποδόσεως να είναι δυνατό να γίνει µε βαρύτητα προς τη δεξαµενή.
Φρεάτιο απόδοσης/πιεζοθραύσεως Οαπαιτούµενος όγκος του φρεατίου αποδόσεως υπολογίζεται κατά τρόπο αντίστοιχο µε εκείνοτηςδεξαµενής ρυθµίσεως του οικισµού. Για το φρεάτιο αποδόσεως η καµπύλη εισροής αντιστοιχεί στον καταθλιπτικό αγωγό και η καµπύλη εκροής στον αγωγό βαρύτητας. Αν η άντληση διαρκεί ta ώρες ανά 24ωρο, τότε: Vφρεατίου = Vmax ηµερήσια * (24 ta) / 24 Το φρεάτιο απόδοσης δεν απαιτεί επί πλέον όγκο για λόγους ασφαλείας
ΑΣΚΗΣΕΙΣ Άσκηση (1): Υπολογισµός όγκου ρύθµισης δεξαµενής µε τροφοδοτικό αγωγό βαρύτητας Οικισµός µε µέγιστη ηµερήσια παροχή υπολογισµού Qmaxηµ = 35 L/s τροφοδοτείται µε αγωγό βαρύτητας υπό πίεση. Ηηµερήσια διακύµανση της κατανάλωσης έχει ως εξής: Ώρα 0-4 4-8 8-12 12-16 16-20 20-24 % Vηµερήσιο -5 13 21 17 28 16 Ζητείται να υπολογιστεί ο όγκος της δεξαµενής του οικισµού Άσκηση (2): Υπολογισµός όγκου ρύθµισης δεξαµενής µε καταθλιπτικό αγωγό Έστω ότι ο ίδιος οικισµός µε πριν, τροφοδοτείται από αντλιοστάσιο 12ωρης λειτουργίας και καταθλιπτικό αγωγό. Ισχύει, όπως και πριν Qmaxηµ = 35 L/s. Έστω ότι το αντλιοστάσιο λειτουργεί από τις 8:00 π.µ. έως 20:00 µµ. Η ηµερήσια διακύµανση της κατανάλωσης δεν έχει µεταβληθεί σε σχέση µε το προηγούµενο παράδειγµα. Ζητείται να υπολογιστεί ο όγκος της δεξαµενής του οικισµού.