Nuotekų šalinimas 2009-01-29 VGTU Vandentvarkos katedra doc. dr. Mindaugas Rimeika 1
Istorija Lietaus nuotakynas buvo pradėtas statyti ankščiau nei buitinių nuotekų ir vandentiekio tinklai; Pirmieji vandentvarkos statiniai iš Romos-Graikų imperijų; Supratus, kad epidemijos ir ligos plinta dėl higienos trūkumo, pradėta tiesti nuotakynus: Europoje: 1833 m. Anglijoje jau buvo 50 miestų turėjusių nuotekų šalinimo sistemas; 1842 Hamburgas, 1880 Paryžius; JAV: 1833 m. Bostonas, o 1902 m. 1000 miestų jau turi; Rusijoje: 1840 m. Feodosija; 1874 m. Odesa ir Tbilisis; Lietuvoje: 1898 m. - Klaipėdoje; 1912 Vilniuje; 1924 Kaune; 1935 m. Šiauliuose ir Ukmergėje. 2
Nuotekų valymas Anglijoje pirmasis įsakymas apie nuotekų valymą 1861 m; Nuotekų infiltracija Anglijoje 1868 m; Pirmasis septikas JAV 1876 m; Nuotekų aeracijos bandymai Anglijoje 1882 m; Pirmosios grotos 1884 m; Septiko dujų surinkimas ir panaudojimas apšvietimui (Angl.) 1895 m; Imhofo tankas Vokietijoje 1904 m; Išbandytas nuotekų biologinio valymo procesas 1914 m; Pirmieji nuotekų biologinio valymo įrenginiai JAV 1916 m; Lietuvoje buvo suprojektuoti Vilniuje (1915 m.) ir Kaune (1924 m.) Pirmieji pastatyti: Šiauliuose - 1937 m. (nusodintuvas), 1959 m. mechaninis valymas, o 1968 m. pirmieji Lietuvoje aerotankai. Panevėžyje ir Druskininkuose 1960 m. mechaninio val. įr. 3
Nuotekų šalinimo sistemos Mišrioji sistema nuotakynas, kurį sudaro viena nuotakų sistema komunalinėms nuotekoms kartu su paviršinėmis tekinti; Atskirtoji sistema nuotakynas kurį sudaro dvi nuotakų sistemos atskirai komunalinėms nuotekoms ir paviršinėms nuotekoms tekinti; Pusiau atskirtoji sistema nuotakynas, kurį sudaro dvi atskiros nuotakų sistemos ir bendras mišrus kolektorius. Viena nuotakų sistema šalinamos ūkio nuotekos, kita lietaus nuotekos, o bendru mišriu kolektoriumi į valymo įrenginius teka visos ūkio (buitinės ir pramoninės) nuotekos ir labiausiai užteršta lietaus nuotekų dalis 4
Mišrusis nuotakynas 5
Atskirtasis nuotakynas 6
Nuotekų šalinimo sistemos principinė schema 1 nuotėkio baseinas; 2 nuotekų šaltinis; 3 išvadas; 4 kiemo nuotakynas; 5 nuotakas; 6 kolektorius; 7 išleistuvas; 8 vietinė nuotekų siurblinė; 9 kvartalo nuotekų siurblinė; 10 baseino nuotekų siurblinė; 11 pagrindinė nuotekų siurblinė; 12 slėgvamzdis; 13 nuotekų valykla; 14 nuotekų priimtuvas. 7
Pagrindiniai kriterijai į kuriuos būtina atsižvelgti projektuojant naują ar renovuojant seną nuotakyną Buitinių, gamybinių ir verslo nuotekų debitas, susidarymo netolygumas ir užterštumas; Infiltracija ar eksfiltracija; Vietovės topografija; Geologinės sąlygos; Nuotekų valyklos vieta; Naujai prijungiamų rajonų įtaka esamoms siurblinėms ir tinklo pralaidumui; Eksploataciniai klausimai; Esama nuotekų šalinimo sistema, jos išvystymas bei charakteristikos; Požeminių ir antžeminių inžinerinių statinių išdėstymas; Numatomi vietovės infrastruktūriniai pasikeitimai; Galima neigiama įtaka paviršiniams vandens telkiniams; Vietinis nuotekų valymas; Projekto kaina; Kita papildoma informacija, priklausomai nuo vietos sąlygų. 8
Buitinių nuotekų debitas Šalis Debitas (l/gyv. d) Pastabos Austrija 200 400 Be infiltracijos. Danija 150 250 50% - 100% papildomai turi būti pridėta infiltracijai. Prancūzija 150 200 Vokietija 150 300 Priklausomai vandens suvartojimo. Be infiltracijos. Portugalija 120 350 Šveicarija 170 200 Didžioji Britanija 150 300 Šaltinis: LST EN 752-4:1997 9
Didžiausi skaičiuojamieji buitinių nuotekų debitai Šalis Didžiausias skaičiuojamasis debitas Pastabos Austrija 8 l/s 1000 gyventojų Įskaityta 3 l/s infiltracijai. Danija 4 6 l/s 1000 gyventojų Prancūzija Vokietija (1,5 4,0) x buitinių nuotekų debitas 5 l/s 1000 gyventojų Mažesniems kaip 500 mm skersmens vamzdžiams skaičiuotinis pripildymas yra pusė vamzdžio skersmens, o didesnio skersmens vamzdžiams - trys ketvirčiai. Šaltinis: LST EN 752-4:1997 Priklausomai nuo baseino ploto. Papildomai 50% - 100% reikia pridėti infiltracijai. Netolygumo koeficientai kinta nuo 1,5 iki 4,0 ir priklauso nuo projektuojamo nuotakyno ir miesto dydžio, nuolydžio ir kt. Nuotakyno projektavimui. Papildomai reikia įvertinti infiltraciją ir kitus galimus veiksnius. Portugalija 4 l/s 1000 gyventojų arba 200 l/gyv. d. (2,0 5,0) x buitinių nuotekų debitas Šveicarija 6 7 l/s 1000 gyventojų Didžioji Britanija Iki 6 x buitinių nuotekų debitas Nuotekų valyklų projektavimui. 8 10 l/s kiekvienam 1000 gyventojų, jei įskaitomos ir gamybinės nuotekos. Priklausomai nuo baseino ploto. Papildomai reikia įvertinti infiltraciją. 10
Nuotako hidraulinių parametrų apskaičiavimas Parinkto skersmens tinkamumas reikalingam debitui praleisti turimomis hidraulinio nuolydžio sąlygomis gali būti tikrinamas formulėmis. Savitakinio nuotakyno hidraulinis skaičiavimas atliekamas maksimaliam sekundiniam nuotėkų debitui. Taikomos formulės: Jungtinė Darsi-Veisbacho ir Kolbruko-Vaito formulė: Fiodorovo: Maningo: Pavlovskio: v = 2 2g d i log10 d a v = 4 2g R i log10 Re v = v K R 2 3 i 1 2 2,51 v 2d d i k + 13,68 R k + 3,71 d 1 1,5 n d=4r; R-hidraulinis = R R i spindulys-skerspločio ir n šlapio perimetro santykis. 11
Hidrauliniai nuostoliai Hidrauliniai nuostoliai būna: kelio nuostoliai trintis į vamzdžių sienutes ir skysčio vidinė trintis bei vamzdžių sandūros (apskaičiuojami iš formulių arba iš monogramų arba lentelių); vietiniai nuostoliai posūkiai, šuliniai, skersmens pokyčiai, šoniniai srautai, nuosėdos (apskaičiuojami iš formulės arba yra įvertintas nustatant kelio hidraulinius nuostolius). h vt = ζ n i 2 v 2g 12
Greičio ir debito priklausomybė nuo pripildymo 13
Hidraulinio skaičiavimo monogramos 14
Lauko nuotakyno dalių klasifikavimas Lauko nuotakynas gali būti: savitakinis nuotakynas: išvadai, kiemo nuotakyno, gatvės nuotakai ir kolektorių; slėginis nuotakynas: linijos nuo nuotekų siurblinių, diukeriai ir kiti vamzdynai kuriais nuotekos teka pilnu skerspjūviu. 15
Savitakinis nuotakynas Kiemo nuotakyno skersmuo 110 200 mm; Gatvių nuotakų skersmuo 200 300 mm; (paviršinių nuotekų 250 mm); Nuotekų kolektorių skersmuo > 300 mm. 16
Apžiūros šuliniai Nuotakų priežiūrai turi būti įrengiami šuliniai: krypties arba nuolydžio pasikeitimo vietose; kiekvieno nuotako pradžioje; nuotakų sujungimuose; skersmens pokyčio vietose; tiesiuose tinko vietose ir kitur. Apžiūros šulinių skersmenys nuo 200 iki 2000 mm. Visi prijungimai turi būti mažesniu kaip 90 kampu. 17
Didžiausi leistini atstumai tarp savitakinio nuotakyno šulinių Nuotako skersmuo, Didžiausi leistini atstumai tarp šulinių, kurių skersmuo, mm mm 200 315 425 600 1000 1500 2000 100 10 10 10 10 10 150 35 35 35 35 35 200 50 50 50 50 50 250 50 100 100 100 100 300 100 100 100 100 400 100 100 100 100 500 600 100 800 100 900 100 1000 1200 150 1500 200 >1500 >200 18
Nuotakyno įgilinimas Minimalus galimas nuotakyno vamzdžių įgilinimas 0,8 m nuo žemės paviršiaus iki vamzdžio viršaus. Maksimalus nuotakyno vamzdžių įgilinimas priklauso nuo vietos sąlygų, grunto sąlygų, vamzdžių medžiagos. Pagrindinis savitakinio nuotakyno trasavimo principas yra kiek įmanoma atkartoti vietos reljefą, siekiant sumažinti tinklo įgilinimą. Lietuvoje yra vamzdynų įgilintų iki 12 m., tačiau šiuo metu rekomenduojamas maksimalus įgilinimas 6 m. 19
Nuolydis Minimalus nuolydis turi būti ne mažesnis už atvirkštinį dydį vamzdžio skersmeniui 1/d. Pvz. DN 300, tai 1/300=0,0033; arba 3,3 metrai 1 km. Nuolydis susijęs su nuotekų tekėjimo greičiu ir vamzdžiųįgilinimu. 20
Nuotekų vamzdžių jungimo būdai a jungimas skliautais; b, c jungimas pagal vandens lygius; d, e, f netaikomi. 21
Nuotekų tekėjimo greitis Nuotekų tekėjimo greitis susijęs su nuotakyno valumu (savaiminiu išsivalymu). Nuotekų tinklo valumas pasiekiamas, kai kasdien jame susidaro tekėjimo greitis, ne mažesnis kaip 0,7 m/s, o vamzdžio nuolydis yra ne mažesnis kaip 1/DN. Diukeriuose ne mažiau kaip 1 m/s. Nuotekų greičiai nuotakyne turi neviršyti 4 m/s, pavieniuose ruožuose 7 m/s. Jei daugiau mažinti nuolydį arba įrengti kritimo šulinį. 22
Savitakinių nuotakų skaičiuojamieji pripildymai, minimalūs nuolydžiai ir greičiai Eil. Nr. Nuotako skersmuo, Nuolydis Minimalus nuotekų greitis, kai nuotako pripildymas H/D mm 0,60 0,70 0,75 0,80 1,00 1 100 0,020 0,70 0,70 2 150 0,010 0,70 0,70 3 200 0,007 0,70 0,70 4 250 0,005 0,75 0,75 5 300 0,004 0,80 0,80 6 400 0,003 0,85 0,85 7 500 0,002 0,90 0,90 8 600 800 0,0016 1,00 1,00 9 900 0,0012 1,10 1,10 10 1000 1200 0,0010 1,15 1,15 11 1500 0,0007 1,30 1,30 12 >1500 0,0006 1,50 1,50 23
Pavyzdys Parinkti vamzdžio skersmenį: gyventojų skaičius 2000 gyventojų (600 individualių namų). Sprendimas: Q vid. = Ngyv. x qsuv. =2000 x 0,16 = 320 m3/d arba 3,7 l/s Q max. = Qvid. x kmax = 3,7 x 2,8 = 10,4 l/s Pripildymas 50%; DN 200; i = 0,005 arba 5 m/1 km Pripildymas 50%; DN 160; i = 0,015 arba 15 m/1 km 24
Minimalaus įgilinimo skaičiavimas 1 nuotekų stovas pastato viduje; 2 nuotekų išvadas; 3 tinklas kvartalo viduje; 4 apžiūros šulinys; 5 kelias; 6 gatvės nuotakas; 7 gatvės šulinys; 8 kontroliniai šuliniai; 9 jungiamasis vamzdis; L atstumas nuo pirmojo šulinio prie namo iki gatvės šulinio; 1 l atstumas tarp kontrolinių šulinių; 2 l išvado ilgis; h mažiausias nuotakyno įgilinimas prie pastato; H kvartalo nuotekų tinklo įgilinimas; z 1 žemės paviršiaus altitudė prie namo šulinio; z 2 šulinio altitudė gatvėje; Δ vamzdžio dugno pažemėjimas tarp nuotekų išvado vamzdžio ir kvartalo vamzdžio 25
Slėginis nuotakynas Nuotekų siurblinės I, II ir III kategorija. Elektros tiekimo patikimumas kaip vandentiekio siurblinėse. I kategorija dvi slėginės linijos (100% pralaidumo kiekviena), II ir III kategorija viena slėginė linija. Slėginė linija Minimalus skersmuo 80 mm; Minimalus skaičiuotinis nuotekų tekėjimo greitis 1 m/s; Siurbliai I kategorija du darbinai + atsarginis (+ 1 sandėlyje); II kategorija vienas darbo + vienas atsarginis; III kategorija vienas darbinis. Siurbliai panardinami ir sausai statomi. 26
Siurblių montavimo būdai 27
Siurblio darbo ratas Panaudojimas Nevalytos nuotekos; Pūdytas dumblas Plaušinių medžiagų kiekis Naud. koef., % Kietų dalelių kiekis, % Laisvas praėjimas, mm didelis 50 6 150 Nuotekų siurblių darbo ratų charakteristikos Nevalytos nuotekos; pūdytas dumblas; aktyvusis dumblas; Nevalytos nuotekos; pūdytas dumblas; aktyvusis dumblas; Nuotekos po grotų; aktyvusis dumblas; plovimo vanduo Nevalytos nuotekos; pūdytas dumblas; aktyvusis dumblas; Nevalytos nuotekos; didelis 75 6 140 vidutinis 77 4 100 neturi būti 80 4 75 didelis 75 6 100 vidutinis 75 2 15 28
Siurblių darbo ratų laisvo teršalų praėjimo palyginimas 29
Laisvo praėjimo įtaka siurblio užsikimšimui 30
Siurblio darbo rato priklausomybė nuo debito ir slėgio aukščio 31
Pagrindiniai parametrai nuotekų siurblinių projektavimui Naudingas nuotekų priėmimo rezervuaro tūris apskaičiuojamas [m 3 ]: V n = 0, 9 Q S S leidžiamas siurblio įsijungimų skaičius per valandą; Q siurblio našumas, l/s. Tačiau rezervuarų talpa turi užtikrinti mažiausiai 5 min. vieno siurblio darbą. Nuotekų priėmimo rezervuaro gylis apskaičiuojamas (gylis kurio ribose kis nuotekų lygis rezervuare) [m]: V H = n n + 0,4 A V n - naudingas nuotekų priėmimo rezervuaro tūris,m 3 ; A nuotekų rezervuaro skerspjūvio plotas, m 2. 32
Minimalus teršalų dydis praeinantis per nuotekų siurblio darbo ratą turi būti 75 100 mm; Atsarginių siurblių skaičius turi būti toks, kad sugedus didžiausiam siurbliui, likę siurbliai būtų pajėgūs išsiurbti didžiausią valandinį nuotekų debitą; Turi būti numatyta nuotekų priėmimo rezervuaro ventiliacija, siurblių iškėlimo įranga, uždaromoji ir apsauginė armatūra, sumontuoti elektros ir nuotekų skaitikliai. Numatyta rezervuaro plovimo ir nuosėdų sudrumstimo įranga. Nuotekų surinkimo rezervuaro sienų pasvyrimo kampas turi būti ne mažiau 50. Gera inžinerine praktika yra reglamentuojamas siurbimo ir slėgimo vamzdynų išdėstymas ir pajungimas, armatūros montavimas bei kiti parametrai. 33
Lietaus nuotekų šalinimo ir valymo sistemų principinės schemos a) b) c) Lokalinė paviršinių nuotekų valykla Nuotėkio baseinas Nuotakynas Paviršinių nuotekų valykla Nuopyla Q lt = I ( T, p) F C vid. V lt = 10 H F Cvid ( p). 34
Paviršinės (lietaus) nuotekos Paviršinių (lietaus) nuotekų debitas apskaičiuojamas pagal formulę: Q = I F lt C vid. kai: I - lietaus intensyvumas (l/s ha); F -skaičiuotinis nuotėkio baseino plotas (ha); C vid - vidutinis svertinis nuotėkio koeficientas; Lietaus intensyvumą galima apskaičiuoti iš lygties arba prarinkti iš kartografinių schemų: A I = + c T + B kai: A, B, c lietaus parametrai, priklausantys nuo vietos geografinių klimatinių sąlygų ir leidžiamo nuotakyno ištvinimo pasikartojimo; T lietaus trukmė, min. Skaičiuotina lietaus trukmė: T = t konc. + t lat. [min] 35
Lietaus intensyvumo (l/s/ha) kartografinė schema Meteorologijos stotis 36
37
Lietaus intensyvumo formulės koeficientai A I = + c T + B Miestas Koefi Kartojimosi periodas cientai p = 5 % p = 10 % p = 20 % p = 39 % p = 63 % p =86 % p =95 % 20 m. 10 m. 5 m. 2 m. 1m. 2 m. -1 3 m. -1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A 6760 4195 5124 4288 2349 2249 1374 BIRŽAI B 15 11 19 15 10 15 9,6 c 32 42 8,8 19 4,1 7,5 1,7 A 21553 13125 7812 6305 3500 1668 1213 DOTNUVA B 66 50 29 26 15 7,4 8,2 c 47 18 13 24 11 2,5 0 A 39809 4594 7434 2629 2280 2115 1975 DŪKŠTAS B 116 26 32 12 12 15 18 c 114 38 18 5,5 2,6 1,7 5 38
Gyvenviečių nuotakyno ištvinimo tikimybė p (metais) Nuotakų tiesimo sąlygos Vietinės reikšmės gatvės Magistralinės gatvės Nuotakyno ištvinimo tikimybė p, metais Palankios ir vidutinės Palankios 0,5 1 Nepalankios Vidutinės 1 2 Ypač nepalankios Nepalankios 2 5 - Ypač nepalankios 3 10 39
Paviršinio nuotėkio koeficientai Paviršiaus tipas Paviršinio nuotėkio koeficientas C * Asfaltas ir betonas 0,70 0,95 Akmenų grindinys 0,70 0,85 Stogai 0,75 0,95 Suplanuoti grunto paviršiai (žaliosios vejos): kai vejos pagrindas priesmėlis ir: nuolydis iki 2 procentų nuolydis 2 7 procentai nuolydis didesnis kaip 7 procentai kai vejos pagrindas priemolis ir: nuolydis iki 2 procentų nuolydis 2 7 procentai nuolydis didesnis kaip 7 procentai 0,05 0,10 0,10 0,15 0,15 0,20 0,13 0,17 0,18 0,22 0,25 0,35 40
Buitinių nuotekų debitas: q = w. cons. P 100 150 Q d. ww. kinf. kloss = 1,20 1, 10 = 0,23 l/s/ha 24 3600 24 3600 q w. cons. vandens suvartojimas 100 l/d/gyv..; P gyventojų tankumas - 150 žm./ha W ww W Teršalų kiekis buitinėse nuotekose:. untreated. SS = Qd. ww. CSS = 0,23 350 = 80,5 mg/s/ha = 290 g/h/ha ww. treated. SS = Qd. ww. CSS = 0,23 25 = 5,75 mg/s/ha = 20,7 g/h/ha Lietaus nuotekų debitas (SW storm water, run-off): C I 10000 0,001 1000 0,5 0,35 10000 0,001 1000 Q SW = = = 29,2 l/s/ha 60 60 C nuotėkio koeficientas, priimam 0,5; I lietaus intensyvumas, priimam 0,35 mm/min (vidutinis 30 min. trukmės lietaus intensyvumas Lietuvoje); koeficientai: 10000 m 2 /ha; 0,001 mm/m; 1000 l/m 3. W W SW SW Teršalų kiekis lietaus nuotekose:. SS = QSW CSS = 29,2 200 = 5840 mg/s/ha = 21 kg/h/ha. Oil = QSW COil = 29,2 1,0 = 29,2 mg/s/ha = 105 g/h/ha 41
Nuotakyno tinklų medžiagos (savitakiniai ir slėginiai tinklai): Medis; Plytos; Akmenys; Keraminiai (degtas molis); Asbestcementas; Plienas; Ketus (kalusis ketus); Plastmasės: polietilenas (PE), polivinil-chloridas (PVC); Stiklo pluoštas (GRP glass reinforced plastic); Gelžbetoniniai; Pastatų viduje: polipropilenas, ketus, keramika. 42
Keraminiai (degto molio) vamzdžiai Naudoti dar Romos imperijos laikais; Lietuvos nuotakyne apie 5 %; Nuo 100 iki 1200 mm skersmens; Ilgis 1,5 2,0 m; Yra gaminama daug fasoninių detalių (trišakiai, posūkiai, perėjimai); Ankščiau tik moviniai, dabar gali būti ir lygiais galais (sujungiami plastikinėmis movomis); Gali būti naudojami renovuojant senus tinklus betranšėjiniu būdu; Plačiai naudoti tiek pastatų viduje (tik nuotakynui) ir lauko tinkluose; Vamzdžiai standūs ir sunkūs, tačiau sąlyginai pigūs; atsparūs cheminiam poveikiui ir korozijai; Svoris DN 150-24 kg/m; DN 300 100 kg/m; DN 500 230 kg/m; Sienelių storis: e=d/20+9 [mm]; Žiedinis standumas, didėja su skersmeniu, 34 200 kn/m; Vidinis paviršius padengiamas glazūra sumažėja hidrauliniai nuostoliai. 43
Gelžbetoniniai Betoniniai vamzdžiai yra dviejų rūšių: paprastai armuoti gelžbetoniniai ir įtempto armavimo gelžbetoniniai vamzdžiai. Naudojami nuo XX a. pradžios; Lietuvoje: 1 % vandentiekyje ir 5 % nuotakyne; Nuo 200 iki 4000 mm skersmens (SSRS - 500 1600 mm); Ilgis 1,0 2,0 6,0 m (SSRS tik 5,0 m); Moviniais arba lygiais galais; Atlaiko apkrovą iki 3000 kg; Sienelių storis: e=d/10+20 [mm]; Žiedinis standumas, didėja su skersmeniu, 75 220 kn/m; Vamzdžio stiprumas priklauso nuo armatūros kiekio ir rūšies; Guminio žiedo skersmuo apie 1,3 karto mažesnis už vamzdžio išorinį skersmenį, guminis žiedas yra apie 1,5 didesnis nei tarpas tarp movos ir įstumiamo vamzdžio. 44
Plienas Savitakiniam nuotakynui nenaudojamas, dėl blogo atsparumo korozijai, tačiau naudojamas slėginiuose tinkluose; t.p. vandentiekyje; Lietuvoje: 17 % vandentiekyje ir 10 % nuotakyne; Naudojami nuo XX a. pradžios; Plieniniai vamzdžiai gaminami iš plieno lakštų: būna su spiraline suvirinimo siūle, išilgine suvirinimo siūle ( U-O metodas); Nuo 25 iki 2000 mm skersmens; Ilgis 4,0 12,0 m; Vamzdžiai tik lygiais galais. Jungimas: (a) suvirinami (užleidimo ilgis ne mažiau kaip keturios vamzdžio sienelės); (b) jungiami flanšais arba (c) spec. jungtys; Plieniniai vamzdžiai lengvesni už ketinius, stiprūs, lankstūs, paprasta montuoti, bet jie neatsparūs korozijai; Sienutės storis nuo 3 iki 40 mm, priklausomai nuo slėgio ir skersmens; Būtinas vidinis ir išorinis padengimas; 45
Pieninių vamzdžių apsauginiai padengimai Išorinis padengimas: Bitumu; naudojama kartu su spec. popieriumi arba kita inertine medžiaga; 6 mm storio didesniems nei 350 mm, mažesniems 3 mm storio; Dažymas dažai būna cinko mišinių, epoksidinių dervų, poliuretano; Išlydomas epoksidinis padengimas - ant įkaitinto vamzdžio užberiami milteliai, kurie chemiškai reaguoja su plienu ir suformuoja 400-600 mikronų storio apsauginį sluoksnį; Padengimas polietilenu - ant įkaitinto besisukančio vamzdžio vyniojama polietileninė juostelė. Mažo skersmens vamzdžiai dažnai gaminami cinkuoti; Vidinis paviršius padengiamas cemento skiediniu; storis nuo 6 iki 12 mm; Prieš pradedant bet kokį išorinį arba vidinį padengimą vamzdžio paviršius turi būti nuvalytas smėlio srautu ir paprastai nuvalomas fosfato arba chromo tirpalu; 46
Ketus Pirmieji vamzdžiai prieš 500 metų, karšta metalo masė supilama į specialią formą; nuo 1930 m. išcentriniu būdu; Dažniausiai naudojama medžiaga vandentiekyje: Lietuvoje: 75 % vandentiekyje ir 10 % nuotakyne; Nuo 100 iki 1600 mm skersmens; Ilgis 2,0-6,0-12,0 m; Dažniausiai moviniais galais; Pažeidžiami korozijos (kelis kartus mažiau nei plienas), tačiau trapūs ir sunkūs; 47
Kalusis ketus Europoje ir JAV nuo 1955 m. gaminami tik kaliojo ketaus vamzdžiai; Pagrindinis skirtumas yra anglies priemaišų struktūra: paprastame ketuje anglis yra pailgoje formoje, todėl vamzdžiai trapūs ir skyla, pridėjus mangano anglis pakeičia savo struktūrą ir tampa apvalios formos, tuo pačiu padidėja jo stiprumas, jis tampa tąsus, kalųjį ketų galima virinti, atlaiko didesnes apkrovas; Gali būti naudojami vandentiekyje ir nuotakyne (savit. + slėg.); Apsaugai nuo korozijos: išorinis padengimas cinko danga + bitumas (gali būti PE futliare), vidinė danga cemento sluoksnis; Nuo 50 iki 2000 mm skersmens; Ilgis 6,0 arba 8,0 m; Sujungimas dažniausiai movomis arba flanšais, rečiau suvirinami; Gali būti naudojami betranšėjiniuose metoduose, ilgis 2,0 arba 3,0 m; Vamzdžių svoris DN 150 26 kg/m; DN 500 105 kg/m; DN 1000 350 kg/m. Sienelės storis: e=k (0,5+0,001 DN) [mm], K nuo 9 iki 14; Žiedinis standumas 420 N/mm 2. 48
Plastmasė - Polietileniniai vamzdžiai (PE) PE 80 ir PE 100, parodo sienelės projektinius įtempimus, po 50 metų, esant 20 C; pvz. PE80 8,0 MPa; (80 bar=8 N/mm 2 ); Standartinis matmenų santykis (išorinio skersmens ir sienelės storio santykis) SDR - 11; 17,6; 26; Nominalus slėgis, PN 6; 10; 16 (barais); Skersmuo nuo 16 iki 1400 mm (realiai konkuruoja iki DN 400); Ilgis 6,0 arba 12,0 m; iki DN 100 (iki DN 75) gali būti suvynioti ritėse; Privalumai: kaina, lengvumas, lankstumas, atsparumas korozijai ir cheminiam poveikiui, maži hidrauliniai nuostoliai, lengva nupjauti; Trūkumai: mažas vamzdžių stiprumas, sensta, bijo ultravioleto, savybės blogėja didėjant temperatūrai, papildomos išlaidos tankinimui, negalima kloti grunte užterštame naftos produktais; Didelis plėtimosi koeficientas, pvz. PE 80 1,5 x 10-4, arba dešimt kartų didesnis nei plieno; kiekvienam 10 C, 6 m ilgio vamzdis pailgėja 9 mm. 49
PE vamzdžių sujungimas Mechaniniu būdu; Flanšais; Sandūriniu būdu, sulydant galus; Moviniu, panaudojant elektrinę movą; (1) (2) Kaitinimo plokštelė (2) (1) (2) (3) (3) Elektrinė mova Elektrinės apvijos Lydymo įtampa (3) (4) (5) (5) (6) (6) (4) 50
Plastmasė - Polivinilchlorido vamzdžiai (PVC) PVC sienelės projektinis įtempimas yra 25 MPa, tačiau naudojant atsargos koeficientą 2,0, po 50 metų, esant 20 C; projektiniai įtempimai bus 12,5 MPa; Nominalus slėgis, PN 6; 10; 12,5 (barais); Skersmuo nuo 50 iki 630 mm; Ilgis 6,0 m; Sujungimas: movomis arba papildomai (vietoje) montuojamais flanšais; Privalumai: kaina, lengvumas, lankstumas, atsparumas korozijai ir cheminiam poveikiui, maži hidrauliniai nuostoliai, lengva nupjauti; Trūkumai: mažas vamzdžių stiprumas, sensta, bijo ultravioleto, savybės blogėja didėjant temperatūrai, papildomos išlaidos tankinimui, negalima kloti grunte užterštame naftos produktais; Plėtimosi koeficientas 6 x 10-4, arba penkis kartus didesnis nei plieno. 51
Polivinilchlorido vamzdžiai (PVC) - nuotekoms Savitakinių nuotekų vamzdžiai klasifikuojami pagal žiedinį standumą: 2; 4 (Wavin N, Uponor M); 8 (atit. S ir T); 16 kn/m 2 ; Nuo klasės priklauso leidžiamas įgilinimas; Skersmenys nuo 110 iki 630 mm (vienasluoksnių), iki 3500 mm daugiasluoksnių; Vamzdžiai gali būti vienasluoksniai arba daugiasluoksniai; Ilgis nuo 0,5 m iki 6,0 m; Sujungimas tik movinis; Privalumai ir trūkumai analogiški visiems plastmasiniams vamzdžiams. 52
Vamzdžiai skirstomi į tris rūšis: Standūs vamzdžiai turi patys atlaikyti visas apkrovas. Beveik negalimas joks vamzdžių įlinkis, o grunto sutankinimas apie vamzdį neturi beveik jokios įtakos vamzdžio stiprumui. Visi reikalavimai tranšėjai tai geras dugno paruošimas: išlyginimas ir atskirais atvejais 10cm sutankintas sluoksnio smėlis. Nes įtempimai vamzdžio sienelėse labai priklauso nuo tranšėjos grunto paruošimo. Pusiau lankstūs vamzdžiaigali išlinkti ir dalį veikiančios apkrovos gali būti perduota aplinkiniam gruntui, jei jis tinkamai paruoštas. Vamzdis yra pats savaime pakankamai stiprus, bet esant didelėms transporto apkrovoms ar dideliam įgilinimui gali neatlaikyti apkrovimų. Šiems vamzdžiams taip pat labai svarbus tranšėjos pagrindo paruošimas, rekomenduojamas 10 cm sutankintas smėlio arba smulkaus žvyro sluoksnis. Lankstūs vamzdžiai veikiami apkrovų išlinksta ir didžiąją dalį apkrovų perduoda gruntui. Todėl šių vamzdžių ilgaamžiškumui ir darbo kokybei didžiausiąįtaką turi vamzdžių klojimo kokybė. 53
Standus Pusiau standus Lankstus Apkrovų atlaikymas Vamzdžio medžiagos stiprumas Vamzdžio medžiagos stiprumas + grunto stiprumas Vamzdžio medžiagos stiprumas + grunto stiprumas Charakteristikos Vamzdis turi atlaikyti visas apkrovas Vamzdis kartu su gruntu atlaiko apkrovas Vamzdis kartu su gruntu atlaiko apkrovas Medžiaga Gelžbetonis, keramika, ketus Kalusis ketus Plienas, stiklopuoštas, PE, PVC, PP Vamzdžių projektavimo kriterijai Maksimalūs gniuždantys įtempimai Įtempimai ir deformacija Įlinkis ir stabilumas 54
Tranšėjų paruošimo būdai T1 T2 T3 T4 T5 Tranšėjos dugnas Plokščias dugnas Plokščias dugnas >10 cm netankintas sluoksnis >10 cm tankintas smėlio ar žvyro sluoksnis >10 cm tankintas sluoksnis Grunto užpildas aplink vamzdį Netankintas Lengvai tankintas iki vamzdžio vidurio Lengvai tankintas iki vamzdžio viršaus Sutankintas, 80% pagal Proctor Sutankintas, 90% pagal Proctor E (bar) 11 21 28 35 49 α ( ) 30 45 60 90 150 E pasyvus grunto tamprumo modulis; α - lenkimo kampas. 55
Kas veikia vamzdį? Hidrostatinis slėgis iš vidaus; Grunto slėgis iš išorės; Transporto apkrovos iš išorės; Gruntiniai vandenys iš išorės (ir chemiškai ir apkrovos); Geriamasis vanduo iš vidaus. Visos šios apkrovos sudedamos: q = q g + q t + q v, kn/m 2. 56
Grunto apkrova: q = H g q gr. Apkrovų skaičiavimas kn/m 2 H vamzdžio klojimo gylis, m; ρ gr grunto tankis, kn/m 3. Jei grunto sąlygos nežinomos, tai priimti 18 20 kn/m 3. Transporto apkrova: P kn/m 2 q tr. = C 6,28 H P autotransporto apkrova, kn. Priimti 260 kn. C atsargos koeficientas. Pagrindinėms gatvėms 1,3; kitoms gatvėms 1,1. H vamzdžio klojimo gylis, m. Apytikriai transporto apkrovą galima priimti iš grafiko. Gruntinio vandens apkrova: q g. v. =10 h kn/m 2 ; h atstumas nuo gruntinio vandens lygio iki vamzdžio, m. 57
Polietileninių vamzdžiųįlinkiai apskaičiuojami Δ 0,083 q = 16 S + 0,122 E R s 100 % q apkrova, kn/m 2 ; S R vamzdžio žiedinis standumas, kpa; E s grunto elastingumo modulis, kpa. Vamzdžio žiedinis standumas apskaičiuojamas 3 E e 12 n dvid. S R =, kpa E vamzdžio tamprumo modulis, kpa; e n vamzdžio sienelės storis, m; d vid. vidutinis vamzdžio skersmuo, m. 58
59
Vamzdžių klojimo gylis PVC ir PE vamzdžiai kurių žiedinis standumas 8 kpa galima kloti nuo 0,8 m iki 6,0 m gylyje, o vamzdžiai kurių žiedinis standumas 16 kpa iki 10 metrų. Tačiau tranšėjos pagrindas ir gruntas apie vamzdį turi būti paruoštas ir sutankintas pagal T4 arba T5 klasių reikalavimus. Maksimalus PE ir PVC vamzdžių skersmuo yra 630 mm. 60
Maksimalus kaliojo ketaus vamzdžiųįgilinimas priklausomai nuo tranšėjos pagrindo paruošimo ir grunto aplink vamzdį sutankinimo Tranšėjos Skersmuo (mm) paruošimas 150 250 400 600 900 T1 Įgilinimas (m) T2 T3 T4 T5 7,3 3,8 2,8 2,3-8,9 5,2 4,2 3,8 3,3 10,2 6,5 5,6 5,1 4,8 13,4 9,3 8,2 7,3 5,9 18,5 14,1 12,8 9,7 8,2 61
Savitakinių nuotekų vamzdynų bandymas Parengtinis bandymas- dar neužpylus vamzdyno. Vamzdynas pripilamas vandeniu ir 30 min. stebima ar yra vizualinių nesandarumų. Pagrindinis bandymas sukeliamas slėgis iki 4 m ir 30 min. palaikant šį slėgį stebime kiek vandens pažemėja. Leistinos nutekėjimų ribos nurodytos spec. literatūroje. 62
Nuotakyno pabaiga. MINDAUGAS RIMEIKA Vilniaus Gedimino technikos universitetas Vandentvarkos katedra Tel.: 861619973 El. paštas: mindaugas@rimeika.lt 63