2.4. KANALIZACIJSKE MREŽE

Kanalizacijsku ili kanalsku mrežu čini ukupnost glavnih i sporednih kanala ili kolektora, međusobno spojenih preko pojedinih objekata sustava odvodnje u funkcionalnu cjelinu, radi sakupljanja i odvodnje otpadnih voda.

Kanalizacijski kanal ili kolektor je kanal ili cijev određenog oblika koji služi za sakupljanje, odnosno odvodnju otpadnih voda.

Sporedni kolektori su odvodnici koji primaju na sebe niz priključaka.

Glavni kolektori su odvodnici koji primaju na sebe niz sporednih kolektora.

Glavni odvodni kolektor je kolektor koji sve sakupljene vode odvodi do uređaja za pročišćavanje ili do ispusta.

Kanalizacijska mreža je osnovni objekt sustava odvodnje i nerijetko čini preko 95 [%] ukupne izgradnje.

Osnovni zahtjevi koji se postavljaju kod kanalizacijske mreže istovjetni su onima kod vodovodne mreže, specificiranim u uvodnom dijelu točke 1.9, s razlikom što se kriterij glatkoće unutarnjih stijenki kanala postavlja radi smanjenja otpora tečenju i sprječavanja taloženja u kanalima.

Podjela kompletnih kanalizacijskih mreža ili njihovih dijelova najčešće se provodi prema:

(1) shemi mreže: poprečne, obuhvatne, uzdužne, radijalne, prstenaste, razgranate i zonirane,

(2) obliku kanala: otvorene i zatvorene,

(3) materijalu izvedbe: betonske, armiranobetonske, azbest cementne, plastične, čelične, keramičke (od kamenštine) i lijevano željezne,

(4) funkciji: sabirne i odvodne,

(5) pogonskom režimu: gravitacijske i kombinirane (gravitacijsko – potisne),

(6) načinu tečenja vode: sa slobodnim vodnim licem i kombinirane (sa slobodnim vodnim licem i pod tlakom).

Podjela kanalizacijskih mreža ili njihovih dijelova prema prva tri kriterija opisat će se odvojeno u narednim točkama, dok je o funkciji, pogonskom režimu i načinu tečenja bilo prethodno govora, a i dodatno će se zajedno obraditi u zasebnoj točki koja će se odnositi na hidraulički proračun mreže.

Ovdje će se također iznijeti ograničenja projektnih parametara kanalizacijskih mreža, način ugradnje i ispitivanja kanala, te prikazivanje kanalizacijske mreže u projektu.

2.4.1. SHEME KANALIZACIJSKIH MREŽA

Pod shemom kanalizacijske mreže podrazumijevamo situacijski oblik mreže (s pripadnim objektima) unutar kanaliziranog urbanog područja.

Shema kanalizacijske mreže se pravi prema tehnički – ekonomskom rješenju sistema odvodnje, uz uvažavanje relevantnih lokalnih činilaca (reljef, rješenje prometnica, uvjeti zemljišta, hidrogeološki uvjeti, položaj prijemnika u odnosu na područje koje se kanalizira) i perspektivnog razvoja kanalizacijske mreže.

S obzirom na izraženu raznovrsnost i međusobnu povezanost ovih faktora postoji nekoliko osnovnih shema kanalizacijskih mreža, slika 2.4::01, kao npr.:

(a) Shema poprečne (okomite, normalne) kanalizacijske mreže, slika 2.4::01(a), kod koje se pojedini dijelovi (zone) urbanih područja (naselja) kanaliziraju mrežom sekundarnih kolektora spojenih na glavne kolektore koji su položeni okomito na prijemnik, a otpadne vode se transportiraju ili do uređaja za pročišćavanje ili (ako se radi o uvjetno čistim vodama – npr. oborinskim) izravno ispuštaju u prijemnik.

Ova se shema svrsishodno koristi kod naselja smještenih uzduž obala prijemnika (rijeka, jezera i mora) s manje – više izraženim padom terena prema prijemniku. Karakterstično je da su ovom shemom pretežno rješavani stariji sustavi odvodnje, kada se nastojalo otpadne vode gravitacijski (što kraćim putim i bez pročišćavanja) dovesti do prijemnika. Danas je u pogonskom pogledu ova shema neprikladna, jer iziskuje nekoliko odvojenih uređaja za pročišćavanja (koji se najčešće nalaze u istom slivu), što znatno poskupljuje ovakvo rješenje.

(b) Shema obuhvatne kanalizacijske mreže, slika 2.4::01(b), karakterizirana je položajem glavnog kolektora paralelno s prijemnikom, a na njega okomito (u smjeru najvećeg pada terena) priključuju se sekundarni kanali ili kolektori.

Primjena ove sheme dolazi do izražaja u gotovo svim alternacijama kada je naselje formirano na relativno uskom pojasu paralelno s recipijentom,

Ako je urbano područje smješteno s obje strane prijemnika obično se izvode dva (paralelna) glavna kolektora, na svakoj strani po jedan. Tada se jedan od njih spaja s drugim (obično sifonom) da bi se pročišćavanje otpadnih voda obavilo na jednom uređaju.

(c) Shema uzdužne (paralelne) kanalizacijske mreže, slika 2.4::01(c), karakterizirana je međusobno paralelnim položajem glavnine sporednih kanala. Također, osnovna mreža kod ove sheme najčešće je paralelna i s prijemnikom. Sve otpadne vode prihvaćaju se glavnim kolektorom, a potom glavnim odvodnim kolektorom transportiraju do uređaja za pročišćavanje.

Ako je naselje smješteno samo na jednoj obali prijemnika, riječ je o jednostranoj uzdužnoj shemi. U protivnom, radi se o lepezastoj uzdužnoj shemi (kao u predočenom primjeru). Ukoliko pak kanalizaciju pojedinih dijelova naselja nije moguće riješiti gravitacijskom odvodnjom, nego se to ostvaruje pomoću crpnih stanica, tada se radi o (jednostranoj ili dvostranoj) uzdužnoj zonskoj shemi.

(d) Shema radijalne kanalizacijske mreže, slika 2.4::01(d), predočena je s nekoliko zasebnih sustava odvodnje pojedinih zona unutar jedinstvenog područja odvodnje s radijalnim položajem glavnih kolektora od centra prema periferiji.

Ova se shema primjenjuje u područjima kod kojih nije tehničko – ekonomski opravdano sve otpadne vode odvoditi prema jednom (središnjem) uređaju za pročišćavanje. Najčešće se koristi kod većih gradiva koji su se postepeno širili ili su zbog topografskih prilika decentralizirani po stambenim zonama sa zasebnim sustavima odvodnje.

U pogonskom pogledu nedostatak ove sheme istovjetan je onome kod sheme poprečne kanalizacijske mreže.

Slika 2.4::01 Sheme kanalizacijskih mreža(a) poprečna; (b) obuhvatna; (c) uzdužna; (d) radijalna; (e) prstenasta; (f) razgranata; (g) zonirana

1 – sporedni kolektori; 2 – glavni kolektor; 3 – glavni odvodni kolektor; 4 – uređaj za pročišćavanje; 5 – ispust; 6 – crpna stanica; 7 – potisni cjevovod; 8 – sifon; 9 – granica područja odvodnje; 10 – prijemnik

(e) Shema prstenaste kanalizacijske mreže, slika 2.4::01(e), primjenjuje se u slučajevima kada je naselje smješteno na izraženom reljefnom području (brežuljak, brdo i sl.), pri čemu vododjelnicarazgraničuje naselje na više lokalnih slivnih zona. Polaganjem dvaju (obodnih) glavnih kolektora u obliku prstena po najnižim (perifernim) dijelovima naselja obuhvaćaju se svi sekundarni kolektori, odnosno čitavo urbanizirano područje.

U ovoj su shemi sporedni kolektori obično kratki i manjih profila, dok se (obodni) glavni kolektori spajaju u glavni odvodni kolektor kojime se otpadne vode odvode na zajednički uređaj za pročišćavanje.

(f) Shema razgranate kanalizacijske mreže, slika 2.4::01(f), ne sadrži posebno izražen glavni (odvodni) kolektor, već niz sekundarnih kolektora kojima se otpadne vode odvode prema najnižoj lokaciji područja odvodnje. Pri tome je vrlo često da se na toj lokaciji, radi mogućnosti daljnjeg transporta otpadnih voda do uređaja za pročišćavanje, pojavljuje potreba za izvedbom crpne stanice.

Ova se shema obično primjenjuje na urbanim područjima s vrlo razvijenim reljefom ili u slučajevima etapne izgradnje (što joj je naročita pogodnost), pri čemu pojedine zone u topografskom pogledu gravitiraju nekoj najnižoj točki.

(g) Shema zonirane kanalizacijske mreže, slika 2.4::01(g), karakterizirana je dvjema (ili više) zonama s neovisnim kanalizacijskim mrežama. Međutim, usprkos podjele naselja na neovisne zone, sustav odvodnje je jedinstven, budući da se sve otpadne vode dovode (gravitacijski ili crpljenjem) do zajedničkog uređaja za pročišćavanje).

Ova se shema pretežno koristi ili kod proširenja starih naselja, odnosno formiranja novih prigradskih, ili kada topografske prilike uvjetuju proširenje urbanog područja na više zona.

2.4.2. KANALIZACIJSKE MREŽE PREMA OBLIKU KANALA

Ponajprije, kanali ili kolektori mogu biti:

(I) otvoreni,

(II) zatvoreni.

(I) Kod otvorenih kanala je vodno lice vidljivo, jer kanal nema pokrovnu konstrukciju. Pretežno su, kao i kod glavnih vodovodnih dovodnih kanala, trapeznog oblika, slika 1.9::11(a).

Ovi kanali se mogu koristiti isključivo za odvodnju relativno čistih voda (npr. oborinskih), odnosno voda koje u sanitarnom pogledu nisu opasne za okolinu.

(II) Pod zatvorenim kanalima podrazumijevaju se kanali kod kojih se cijeli profil nalazi u zatvorenoj konstrukciji, u pravilu potpuno ukopanoj ispod prometnih ili slobodnih površina.

Kanali zatvorenog tipa obavezno se primjenjuju na kanalskoj mreži unutar urbanog područja.

Osnovna podjela ovih kanala je moguća prema:

(1) obliku profila,

(2) veličini profila.

(1) Prema obliku profila uobičajeno je zatvorene kanale, slika 2.4::02, svrstati u tri osnovneskupine:

(a) kanali kružnog oblika, B = H = 2r = D,

(b) kanali izduženog (jajolikog, polukružnog i pravokutnog) oblika, H > B,

(c) kanali stlačenog (potkovičastog i kapastog) oblika, H < B,

gdje su:

B - širina kanala, [m],

H - visina kanala, [m],

r - radijus kanala, [m],

D - promjer kanala, [m].

Slika 2.4::02 Karakteristični oblici kanala(a) kanali kružnog oblika; (b) kanali izduženog oblika; (c) kanali stlačenog oblika

(a1) kružni oblik; (a2) kružni oblik s kinetom

(b1) jajoliki oblik; (b2) jajoliki okrenuti oblik; (b3) jajoliki okrenuti oblik s kinetom; (b4) polukružni oblik; (b5) pravokutni oblik zaobljenog dna; (b6) pravokutni oblik s kinetom

(c1) potkovičasti oblik; (c2) kapasti oblik

Suvremena praksa građenja sustava odvodnje u najvećoj mjeri koristi kanale kružnog oblika. Ovakav oblik kanala posjeduje izrazito povoljne hidrauličke osobine i jednostavan je za industrijski način proizvodnje i montažu.

Jajoliki i polukružni kanali izduženog oblika, zbog povoljnih preuzimanja statičkih i dinamičkih opterećenja, pretežno se koriste za plića ukapanja ispod intenzivno opterećenih prometnih površina. Po hidrauličkim osobinama ovi su kanali gotovo ekvivalentni kanalima kružnog oblika. Jedino su pravokutnih oblika kanala ove karakteristike nešto slabije.

Kanali stlačenog oblika uglavnom se koriste umjesto kanala kružnog oblika kod presijecanja trase kanala s trasama podzemnih komunikacija koje ograničavaju punu visinu kružnog profila.

(2) Prema veličini profila zatvorene kanale dijelimo na:

(a) prohodne,

(b) neprohodne.

Prohodni kanali su oni čije dimenzije omogućuju ulazak radnika u kanale radi njihove revizije, čišćenja i popravaka. U protivnom, kanali su neprohodni.

Smatra se da je visina kanala, H = 1000 [mm], granična veličina podjele kanala na prohodne i neprohodne.

2.4.3. KANALIZACIJSKE MREŽE PREMA MATERIJALU IZVEDBE

Osnovni parametri izbora materijala izvedbe kanalizacijskih mreža jesu:

(1) količina i svojstva otpadnih voda,

(2) uvjeti zemljišta: geomehanički i hidrogeološki,

(3) način izvedbe: kanali od tvornički izvedenih (montažnih ili polumontažnih) proizvoda i kanali

građeni na licu mjesta.

(4) kvaliteta materijala: čvrstoća, elastičnost, trajnost, vodonepropusnost i antikorozivnost,

(5) troškovi: nabave, transporta i montaže,

(6) hidraulička hrapavost unutarnjih stijenki,

(7) pogonska sigurnost.

S obzirom da se za izvedbu kanala ili kolektora kanalizacijskih mreža pretežno koriste materijali koji se primjenjuju i za izvedbu vodovodnih mreža, točka 1.9.1, ovdje će se donekle opširnije opisati one vrste kanala ili cijevi koje se ne susreću kod izvedbe vodovodnih mreža (npr. betonske cijevi). Za cijevi koje se koriste i kod vodovoda ukazat će se samo na određene posebnosti s obzirom na njihovu primjenu u kanalizaciji.

Pri tome, također kao i kod primjene vodovodnih cijevi, treba imati na umu da svaki proizvođačkanalizacijskih cijevi raspolaže s prospektima proizvodnog asortimana gdje se mogu naći svi potrebni podaci o proizvodnom tipu cijevi.

2.4.3 – 1. Betonski kanali

Primjenjuju se kod kanalizacijskih mreža s tečenjem sa slobodnim vodnim licem.

Ova vrsta kanala se može izgraditi od:

(a) tvornički izvedenih cijevi,

(b) kanala građenih na licu mjesta (u rovu).

(a) Tvornički izvedene cijevi su obično kružnog i jajolikog oblika, s podložnom stopom, slika 2.3::02, ili bez nje. Kružne cijevi izvode se unutarnjeg promjera, D = 100 do 1200 [mm], a jajolike najčešće dimenzija B/H = 300/450, 400/600, 500/750 i 600/900 [mm], duljina, L = 1.0 (iznimno 2.0 [m].

Betonske se cijevi pretežno koriste za odvodnju oborinskih voda, budući da kućanske i industrijske otpadne vode obično sadrže agresivne sastojke koji razgrađuju stijenke cijevi. Stoga je kod odvodnje ovih otpadnih voda potrebna zaštita unutarnjih stjenki antikorozivnim sredstvom (npr. bitumenom).

Naredna mana betonskih cijevi ogleda se u relativno velikom broju spojeva i njihovoj nedovoljnoj sigurnosti na vodonepropusnost. Radi toga je primjena betonskih cijevi upitna kod kanalizacijskih mreža položenih ispod razina podzemne vode (mogućnost procjeđivanja), kao i kod kanalizacijskih mreža iznad razine podzemne vode (mogućnost onečišćenja) koja se koristi u vodoopskrbi. Nadalje, ovu vrstu cijevi karakterizira i relativno velika hrapavost, što rezultira smanjenjem protoka i većom mogućnošću taloženja krutih otpadnih tvari.

Cijevi se proizvode s naglavkom i ravnim krajem, tako de se prema tipu cijevi kombiniraju i spojevi, slika 2.4::03.

Slika 2.4::03 Spajanje betonskih cijevi(a) spoj s naglavkom; (b) spoj s utorom i perom

1 – ravni kraj cijevi; 2 – naglavak; 3 – plastična brtvena traka; 4 – zaštitni cementni mort

Prikazani načini spajanja betonskih cijevi s plastičnim brtvenim trakama gotovo su u potpunosti potisnuli doskorašnju praksu kompletnog spajanja cementnim mortom.

(b) Kanali građeni na licu mjesta uglavnom se koriste kod izgradnje većih profila koji se ne proizvode tvornički. Dodatni razlozi mogu biti uvjetovani skupoćom prijevoza velikih profila na veće udaljenosti, složenošću njihove montaže i mogućnošću izvedbe najpovoljnijih oblika profila (kružnog, izduženog i stlačenog) kao rezultat hidrauličkog ili statičkog proračuna.

Mane su im istovjetne kao i tvornički izvedenim cijevima.

2.4.3 – 2. Armiranobetonski kanali

Ovi kanali mogu, kao i betonski, biti izgrađeni od:

(a) tvornički izvedenih cijevi,

(b) kanala građenih na licu mjesta.

(a) Tvornički izvedene cijevi su obično kružnog oblika, unutarnjeg promjera, D = 500 do 2000 [mm], duljine, L = 1.0 [m] (manji profili) i 2.0 [m] (veći profili), jednostrano ili dvostrano armirane. Primjena (s obzirom na vrste otpadnih voda), mane i načini spajanja istovjetni su betonskim cijevima.

(b) Kanali građeni na licu mjesta izvode se iz istih razloga kao i betonski kanali, s tim da dodatni razlog može biti uvjetovan izloženošću kanala znatnom vanjskom opterećenju (npr. prometnom u slučaju prolaska kanala ispod željezničke pruge).

2.4.3 – 3. Azbest cementne cijevi

Ove se cijevi proizvode tvornički, kružnog profila, na isti način kao i vodovodne cijevi, s tim da postoje dva osnovna tipa cijevi:

(a) laki tip, KC – L,

(b) teški tip, KC – T.

Primjena pojedinih tipova cijevi ovisi o veličini vanjskog opterećenja, dubini ugradnje cijevi i osobinama tla.

Tip KC – L se koristi kada se ne očekuju veća vanjska opterećenja, dok se tip KC – T upotrebljava u svim teškim uvjetima izvedbe i kod većih vanjskih opterećenja.

Azbest cementne kanalizacijske cijevi se proizvode unutarnjeg promjera, D = 50 do 1300 [mm], duljine, L = 5.0 [m]. Veća duljina azbest cementnih cijevi ukazuje da kanali izvedeni od ovih cijevi imaju relativno mali broj spojeva, a time i znatno smanjenu mogućnost procjeđivanja podzemnih voda.

Spajanje azbest cementnih cijevi provodi se na isti način kao i vodovodnih cijevi, slika 1.9::05.

Razlozi postupnog napuštanja primjene ove vrste cijevi isti su kao i kod njihove primjene u vodoopskrbi.

2.4.3 – 4. Plastične cijevi

Ove su cijevi po tvorničkom načinu proizvodnje, osobinama i načinu spajanja iste kao vodovodne (točka 1.9.1 – 5).

Zbog dobrih osobina i relativno povoljne cijene plastične su cijevi danas kod nas zacijelo u najvećoj primjeni.

2.4.3 – 5. Čelične cijevi

Mada se ove cijevi rijetko primjenjuju u sustavima odvodnje, ipak su u nekim specijalnim slučajevima nezamjenjive (npr. kod strmih terena, gdje bi zbog ograničenja brzine za cijevi iz ostalih materijala bilo potrebno izgraditi čitav niz prekidnih okana, u očekivanju znatnih dinamičkih opterećenja, kod podvodnih kolektora, sifona, potisnih dijelova odvodnih sustava, crpnih stanica i sl.).

Način proizvodnje ovih cijevi, njihove osobine i načini spajanja opisani su u točki 1.9.1 – 2, s napomenom da se od prikazanih načina spajanja, slika 1.9::04, zbog veličine profila najčešće koristi zavarivanje.

2.4.3 – 6. Keramičke cijevi

Ove se cijevi, makar imaju najdulju tradiciju primjene u kanalizacijskim mrežama, danas sve manje koriste zbog male mehaničke otpornosti (što zahtijeva brižljivo rukovanje i posebnu pripremu podloge kod polaganja).

Keramičke cijevi se proizvode tvornički. Materijal za njihovu izvedbu je glina, kvarcni pijesak i šamot. U procesu proizvodnje cijevi prolaze kroz tunelske peći s temperaturom do 1 400 [˚C], gdje im se zbog sadržaja natrijevog silikata formira caklina. Ova caklina čini keramičke cijevi izuzetno otpornim na kiseline, što pogoduje njihovoj primjeni za odvodnju industrijskih otpadnih voda, te kod kućnih instalacija, odnosno priključaka.

Proizvode se kružnog oblika i unutarnjeg promjera, D = 50 do 600 [mm] ( iznimno 1200 [mm]), i duljine, L = 1.0 do 2.0 [m].

Budući da se keramičke cijevi proizvode s naglavkom i ravnim krajem, njihovo spajanje se provodi na jedan od tri načina prikazana na slici 2.4::04.

Slika 2.4::04 Spajanje keramičkih cijevi pomoću naglavka1 – asfaltni mastiks; 2 – konpolja; 3 – konusni gumeni brtveni prsten; 4 – plastična brtvena masa

2.4.3 – 7. Lijevano željezne cijevi

Po tvorničkom načinu proizvodnje, osobinama i načinu spajanja ove su cijevi iste kao vodovodne (točka 1.9.1 – 1).

Primjena ovih cijevi u kanalizaciji je danas gotovo zastarjela, osim u potisnim dijelovima sustava odvodnje, posebno unutar crpnih stanica, kada se obično koriste duktilne cijevi.

Glavni razlozi napuštanja primjene lijevano željeznih cijevi su zbog značajnog smanjenja njihovog vijeka trajanja kod odvodnje otpadnih voda s agresivnim sastojcima i u agresivnom tlu, povećanja hrapavosti unutarnjih stijenki tokom eksploatacije i zbog neelastičnosti spojeva kod slijeganja tla.

2.4.4. OGRANIČENJA PROJEKTNIH PARAMETARA KANALIZACIJSKIH MREŽA

Radi ispravnog funkcioniranja kanalizacijskih mreža potrebno je prilikom njihovog projektiranja i izvođenja respektirati slijedeća ograničenja:

(1) ograničenje najmanjih profila,

(2) ograničenje brzina,

(3) ograničenje uzdužnih padova,

(4) ograničenje visine punjenja kanala,

(5) ograničenje dubine ugradnje kanala.

2.4.4 – 1. Ograničenje najmanjih profila

Iz razloga što otpadne vode često pronose i krupne otpadne predmete koji mogu uzrokovati začepljenje kanala, što se ponekad na dnu kanala zadrži talog pa se bitno smanji slobodan profil kanala, što na početku kanalskih dionica može doći do znatnog hidrauličkog opterećenja i da bi se olakšalo čišćenje kanala, ograničava se korištenje najmanjih profila kanala ili kolektora, neovisno o njihovom zadovoljenju minimalne brzine toka i ispunjenosti profila.

Tako su npr. višegodišnja istraživanja (Rusija, Njemačka) ukazala da prosječan godišnji broj začepljenja izravno ovisi o dimenzijama profila, slika 2.4::05.

Slika 2.4::05 Prosječan godišnji broj začepljenja kanala u funkciji njegovog profila

Iz dijagrama je vidljivo da je npr. prosječan godišnji broj začepljenja kanala kod profila 200 [mm] dvostruko manji nego kod profila 150 [mm], odnosno kod profila 300 [mm] preko tri puta manji nego kod profila 200 [mm].

S druge strane, praksa je pokazala da nema potrebe za posebnom štednjom u dimenzijama najmanjih profila, budući da kod izgradnje kanalizacijskih mreža (pogotovo ako se radi o manjim profilima do ≈ 300 [mm]) veći dio investicijskih troškova (70 do 80 [%]) otpada na prateće radove (raskopavanje, iskop rova, razupiranje, evakuacija podzemnih voda, izradu posteljice, zatrpavanje, odvoz suvišnog materijala i eventualni povrat prometne površine u prvobitno stanje), dok na sam cijevni materijal otpada mani dio (15 do 30 [%]), ovisno o veličini profila, dubini iskopa, kategoriji tla i sl.

Zato je kod javne odvodnje potrebno koristiti slijedeće minimalne profile, Φmin:

(1) za kanalizaciju kućanskih otpadnih voda, Φmin = 250 [mm] (bolje Φmin = 300 [mm]),

(2) za mješovitu i oborinsku kanalizaciju, Φmin = 300 [mm] (bolje Φmin = 400 [mm]).

2.4.4 – 2. Ograničenje brzina

Ograničenje brzine odnosi se s obzirom na njene minimalno i maksimalno dopuštene vrijednosti.

Naime, za osiguranje normalnih pogonskih uvjeta u kanalizacijskoj mreži s tečenjem sa slobodnim vodnim licem nisu poželjne ni male, a ni velike brzine. Male brzine prvenstveno zbog taloženja krutih otpadnih tvari i mogućnosti začepljenja, a velike zbog abrazije cijevi i spojeva, uzrokovane djelovanjem suspenzija u otpadnoj vodi.

Pri tome su od bitne važnosti pridnene brzine, jer prvenstveno od njih ovisi proces taloženja i abrazije. Međutim, zbog praktičnosti se ograničenje provodi za srednju brzinu.

(1) Najmanje brzine. Kao što je iz hidraulike poznato, kod (jednolikog) tečenja sa slobodnim vodnim licem brzina je u funkciji hrapavosti, uzdužnog pada i hidrauličkog radijusa (izraz 1.9-01). Za kanale izvedene od istog materijala i uz isti pad, brzina je jedino u funkciji hidrauličkog radijusa, tj. oblika i dimenzija kanala. Zato su kanali koji imaju veći hidraulički radijus povoljniji. To je razlog što je većina izraza za proračun minimalne brzine, vmin [m s-1], kod koje još neće doći do taloženja suspenzija, prikazana u funkciji hidrauličkog radijusa, R [m].

Tako se npr. u praksi učestalo koristi empirijska formula Fedrova (1968):

FkRv1

min 57.1= (2.4-01)

gdje je:

RkF 5.05.3 += (2.4-02)

Za okrugle profile dobiju se vrijednosti najmanje dozvoljenih brzina prema tablici 2.4::I.

Tablica 2.4::I Najmanje dopuštene brzine u okruglim kanalima za dubinu vode, H = D/2 (ili D)

1,2015000,97700

1,1814000,92600

1,1613000,88500

1,1312000,85450

1,1011000,82400

1,0710000,79350

1,049000,75300

1,008000,72250

NAJMANJA BRZINA

vmin[m s-1]

PROMJERD

[mm]

NAJMANJA BRZINA

vmin[m s-1]

PROMJERD

[mm]

Kako je u mnogim konkretnim slučajevima taško zadovoljiti ove najmanje brzine, dopuštaju se i njihove manje vrijednosti:

(a) za kanalizaciju kućanskih otpadnih voda, vmin = 0.5 [m s-1] (iznimno 0.3 [m s-1],

(b) za mješovitu kanalizaciju, vmin = 0.6 [m s-1] (uz pretpostavku ispunjenja kanalskig profila 50 [%]

ili više),

(c) za oborinsku kanalizaciju, vmin = 0.9 [m s-1].

Nešto veća vrijednost minimalne brzine kod oborinske kanalizacije uvjetovana je potrebom sprječavanja taloženja pijeska (i eventualno šljunka) kojega oborinske vode sadrže u znatnim količinama.

Praksa je pokazala da je kod ovih vrijednosti brzina još uvijek osigurano održavanje krutina u lebdećem stanju, odnosno samočišćenje kanala.

(2) Najveće brzine. Uz osobinu suspenzija u otpadnoj vodi, prevalentno značenja na razvoj procesa abrazije u kanalizacijskih cijevima imaju osobine (vrsta) cijevnog materijala i brzine tečenja, koje se onda ograničavaju do vrijednosti koje taj proces eliminiraju.

Smatra se da kod uobičajene izvedbe kanala najveće brzine ne bi trebale prelaziti vrijednost 2.5 do 3.0 [m s-1], s tim da se kod kraćih kanalskih dionica i kanala kod kojih se najveće brzine rijetko pojavljuju i kratko traju (npr. kanali mješovite vode, odnosno oborinska kanalizacija) mogu, većprema materijalu i izvedbi kanala, dopustiti maksimalne brzine prema tablici 2.4::II.

Tablica 2.4::II Najveće dopuštene brzine u kanalima

2.4.4 – 3. Ograničenje uzdužnih padova

Budući da su uzdužni padovi i brzine u izravnoj funkcionalnoj ovisnosti, kada se govori o najmanjim i najvećim brzinama može se govoriti i o najmanjim i najvećim padovima. Međutim, padovi su u funkciji hidrauličkog radijusa i hrapavosti, te ako ovi podaci nisu poznati, ne može se govoriti o stvarnim padovima.

Zato se ograničenja vezana uz uzdužne padove mogu koristiti samo kao preliminarne, odnosno orijentacijske veličine, dok se usvojena vrijednost uzdužnog pada mora uvijek provjeriti preko brzine.

8,0Čelične cijevi

5,0Plastične cijevi

4,5Azbest cementne cijevi

4,0Armiranobetonske cijevi

3,0Betonske cijevi

NAJVEĆA BRZINAvmax

[m s-1]

VRSTA CIJEVI

(1) Najmanji uzdužni padovi. U praksi projektiranja kanalizacijskih mreža uobičajeno je najmanji uzdužni pad okruglog kanala odrediti korištenjem jednostavne empirijske formule:

DI 1

min = (2.4-03)

gdje su:

Imin - najmanji uzdužni pad kanala, [1],

D - unutarnji promjer kanalizacijske cijevi, [mm].

U svakom konkretnom slučaju ovako dobiven najmanji pad treba provjeriti na temelju najmanje dopuštene brzine i hidrauličkih karakteristika cjevovoda.

(2) Najveći uzdužni padovi. Za orijentaciju se također može koristiti empirijska formula:

DI 1

max = (2.4-04)

gdje su:

Imax - najveći uzdužni pad kanala, [1],D - unutarnji promjer kanalizacijske cijevi, [dm].

I ovdje je potrebno u svakom konkretnom slučaju ovako dobivenu vrijednost najvećeg pada provjeriti na temelju najveće dopuštene brzine i hidrauličkih karakteristika cjevovoda.

2.4.4 – 4. Ograničenje visine punjenja kanala

Gravitacijsko tečenje sa slobodnim vodnim licem je u kanalima neophodno kako bi se osiguralo ispravno izvođenje kućnih priključaka, odnošenje plivajućih tvari, prozračivanje kanala ili kolektora, osigurao prostor za nepredviđeni dotok procjednih voda i sl.

Zato se ovisno o veličini kanala provodi ograničenje visine punjenja kanala.

U tablici 2.4::III prikazane su preporučene vrijednosti visine punjenja, hvp [mm], za okrugle profile.

Kod drugih oblika profila kanala također se mogu koristiti vrijednosti prema tablici 2.4::III, s tim da se umjesto promjera, D, koristi visina kanala, H.

U skladu s ovim, računska visina punjenja kanala (punjenje kod računskog protoka) treba biti jednaka ili manja od dopuštene (preporučane) vrijednosti.

Kako u kanalima mješovite i oborinske odvodnje protok otpadne vode traje relativno kratko, to su u sušnom razdoblju kanali oborinske vode prazni, a u kanalima mješovite odvodnje protječu samo kućanske (i eventualno industrijske) otpadne vode, tako da je visina punjenja vrlo mala. Zato je kod kanala oborinske i mješovite odvodnje dopušteno potpuno punjenje, tj. hvp = D (ili H).

Tablica 2.4::III Preporučane vrijednosti visine punjenja okruglih kanala

2.4.4 – 5. Ograničenje dubine ugradnje kanala

Dubina ugradnje kanala ovisi o nizu činilaca: klimatskim uvjetima (mogućnost smrzavanja), geomehaničkim osobinama tla, razini (dubini) podzemne vode, iznosu vanjskog opterećenja, dubini priključaka, položaju ostalih instalacija, veličini profila kanala, materijalu i načinu izvedbe kanala i sl.

0,80 Dviše od 900

0,75 D500-900

0,70 D350-450

0,60 D250-300

VISINA PUNJENJA hvp

[mm]

PROMJER KANALA D

[mm]

Zato u svakom konkretnom slučaju treba sagledati ove faktore i njihovom analizom odrediti optimalnu dubinu ugradnje.

(1) Najmanja dubina ugradnje kanala. Općenito je kod projektiranja kanalizacijske mreže potrebno najprije definirati najniža mjesta koja onda diktiraju daljnje uvjete za najmanjom dubinom ugradnje kanalizacijske mreže. Ako lokalne prilike dozvoljavaju, najmanja dubina ugradnje kanala ne bi smjela biti manja od 1.5 [m], mjereno od dna rova, odnosno najmanje 1.0 [m], mjereno od tjemena kanala.

Povećanjem profila kanala ova veličina ima tendenciju porasta.

(2) Najveća dubina ugradnje kanala. Ova dubina je isključivo stvar ekonomskih proračuna. Općenito se smatra da je dubina do 6 (iznimno 7) [m] prihvatljiva.

Ako se radi o kraćim dionicama ili posebnim situacijama ponekad su prihvatljive i veće dubine. Tada se koristi tunelski način izvođena (probijanja) rova.

2.4.5. UGRADNJA I ISPITIVANJE KANALA

(1) Ugradnja kanala. Respektirajući prethodno razmatrana ograničenja dubine ugradnje kanala i sagledavajući naročito osobine terena i materijala izvedbe kanala, pristupa se ugradnji kanala te njihovom ispitivanju na vodonepropusnost.

Kod toga uglavnom prevladavaju sličnosti s ugradnjom vodovodne mreže, točka 1.9.5, ali ima i određenih razlika.

(a) Sličnosti su pretežno sadržane u slijedećem:

(i) potrebna širina rova za standardne prilike i neobložene kanale primarno je u funkciji promjera kanala, tako da se mogu koristiti podaci iz tablice 1.9::IV. Za kanale naknadno obložene betonom, najmanja širina rova jednaka je najvećoj vanjskoj širini obloge, uvećana za 0.6 [m],

(ii) izrada posteljice, zasipavanje kanala do tjemena i izvedba nadsloja obavlja se u standardnim uvjetima (ili ako proizvođač cijevnog materijala ne zahtjeva drukčije) prema postupku opisanom kod ugradnje vodovodnih cijevi, slika 1.9::20,

(iii) nakon izvedbe kanala, a prije potpunog zatrpavanja rova, provodi se ispitivanje na vodonepropusnost.

(b) Razlike su uglavnom uvjetovane slijedećim razlozima:

(i) s obzirom na veću dubinu u kojoj se izvode kanali od one na koju se ugrađuju vodovodne cijevi, iskop rova se u mekšim tlima u načelu izvodi s kosim stijenkama iskopa. Zakošenje je ovisno o geomehaničkim osobinama materijala, a funkciji sprječavanja klizanja bočnih strana rova.

Međutim, ako se iskop rova obavlja u gusto izgrađenom naselju, ovakav način izvođenja je najčešće nemoguć, jer rov i deponija iskopanog materijala ili zauzimaju prekomjerno prostora ili sam iskop rova može ugroziti stabilnost temeljnih zidova okolnih objekata. Tada se kopaju rovovi s vertikalnim ili blago nagnutim stijenkama, tj. s kutom nagiba znatno strmijim od kuta prirodnog nagiba (unutarnjeg trenja) za konkretno tlo. Takve rovove je onda potrebno izvoditi s podgrađivanjem (razupiranjem), kako ne bi došlo do urušavanja bočnih strana rova.

(ii) također s obzirom na relativno veću dubinu ugradnje kanala moguće je (kod viših razina podzemne vode) procjeđivanje znatnih količina vode u rov. Zato je potrebno pored rova izvesti zdence iz kojih će se crpsti voda. Ovi zdenci se izvode i hidraulički proračunavaju istom metodologijom kao i u svrhu vodoopskrbe, točka 1.5.3 – 2. Za nesmetano kopanje rova potrebno je da razina podzemne vode bude snižena ispod dna rova za najmanje 0.5 [m], i to na mjestu gdje je ona najviša, tj. na sredini između dva posljednja i susjedna zdenca u nizu.

(iii) za kanale koji se izvode u tvrdim tlima i ispod nivoa podzemne vode u mekim tlima, treba posebnu pažnju posvetiti njihovoj mehaničkoj otpornosti i stabilnosti. Takvi kanali moraju biti obavezno položeni na betonsku posteljicu, ili (ako je riječ o kanalima na tvrdom tlu) na betonski ležaj, slika 2.4::06.

Slika 2.4::06 Polaganje kanala na posebne podloge(a) u mekim tlima; (b) u tvrdim tlima

1 – betonska posteljica; 2 – betonski ležaj; 3 – kanalizacijska cijev

Ako je razina podzemne vode u odnosu na kanal tako visoka da kod male ispunjenosti kanala otpadnom vodom djelovanje uzgona može narušiti njegovu stabilnosti, ili se radi o znatnom iznosu vanjskog opterećenja, potrebno je provesti potpuno ili djelomično oblaganje kanala betonom, slika 2.4::07(a), u prvom slučaju zbog povećanja težine, a u drugom radi povećanja otpornosti na vanjsko opterećenje.

Jedan od načina zaštite kanala je i primjena montažnih armiranobetonskih sanduka, slika 2.4::07(b).

Slika 2.4::07 Zaštita kanala(a) betonskom oblogom; (b) armiranobetonskim sandukom

1 – kanalizacijska cijev; 2 – betonska obloga; 3 – materijal od iskopa; 4 – armiranobetonski poklopac; 5 – armiranobetonski sanduk; 6 – pješčana posteljica; 7 – pješčani zasip

Općenito je kod svakog konkretnog slučaja ugradnje kanal potrebno statičkim proračunom provjeriti veličinu naprezanja, odakle onda može uslijediti i potreba za dodatnom zaštitom kanala.

Parametre i metodologiju ovakvog proračuna, s obzirom na osobine cijevnog materijala, geomehaničke osobine tla, te vrstu i iznos opterećenja daju proizvođači cijevi.

(2) Ispitivanje kanala. Kod potisnih dionica kanalske mreže metodologija ispitivanja na vodonepropusnost identična je kao kod vodovodne mreže.

Ispitivanje spojeva i mogućih pukotina na vodonepropusnost kod novoizvedenih kanalizacijskih mreža u uvjetima tečenja sa slobodnim vodnim licem provodi se s daleko manjim ispitnim tlakom nego kod vodovodnih mreža. Ispitivanje se provodi po dionicama između dva ulazna (revizijska) okna, tako da se kanal napuni vodom čija razina osigurava hidrostatički tlak od 0.3 do 0.5 [bara], slika 2.4::08. Nakon određenog vremena (obično 2 do 3 [h]) konstatira se eventualan gubitak vode na ispitivanoj dionici koji ne bi smio biti veći od dopuštenog (propisanog) s obzirom na vrstu kanalizacijskih cijevi.

Slika 2.4::08 Shema ispitivanja kanala na vodonepropusnost1 – vodosprema; 2 – cijev za ispuštanje zraka; 3 – brtve; 4 – ventil za ispuštanje vode

Jedan od bitnih parametara ugradbe kanala ili kolektora je i njihov prostorni položaj ispod površine terena i prometnica.

Ne postoje neka posebna pravila pomoću kojih se sigurno dolazi do optimalnog rješenja. No, očito je da kod toga treba poći od urbanističkih karakteristika kanaliziranog područje, odnosno planova, respektirajući pritom potrebu usklađenosti s ostalim instalacijama (vodovod, toplovod, plinovod, električni i telefonski kablovi), ali i s javnim zelenilom, stupovima javne rasvjete, temeljima drugih objekata i sl.

Ispod užih prometnica (širine do ≈ 10 [m]), kanali se najčešće postavljaju sredinom prometnice, slike 2.2::03 i 2.2::08. Kad su prometne površine šire, moguće je rješenje s kanalom samo s jedne strane prometnice, slika 1.9::23, ali u načelu uvijek treba razmatrati mogućnost izvedbe kanala s obje strane prometnice.

Dakako, položaj i broj kanala u poprečnom presjeku prometnice treba odrediti na temelju usporedbe troškova gradnje priključaka, sporednih i glavnih kolektora.

Također, pri trasiranju kanalizacijske mreže treba nastojati da se izbjegnu presijecanja s vodotocima, željezničkim prugama, podzemnim objektima i drugim infrastrukturnim mrežama, jer su u tehničkom smislu rješenja ovakvih presijecanja često vrlo složena, što uvjetuje veće troškove izgradnje, a kasnije su na tim mjestima i izraženije poteškoće u eksploataciji kanalizacijske mreže.

Isto tako, prilikom kanaliziranja stambenih zona i pri rekonstrukciji gradske infrastrukture, te u glavnim ulicama, radi racionalnije gradnje i efikasnije eksploatacije preporučljivo je izvoditi specijalne podzemne objekte tunelskog tipa, slike 1.9::24, gdje je smješten veći broj infrastrukturnih mreža, uključivo i kanalizacijska.

2.4.6. HIDRAULIČKI PRORAČUN KANALIZACIJSKE MREŽE

Shodno mjerodavnim količinama otpadnih voda (točka 2.3.4) i projektiranim osobinama kanalizacijske mreže (materijal izvedbe, položaj i režim rada objekta na mreži, topografski uvjeti) uvijek je potrebno hidraulički dimenzionirati kanalizacijsku mrežu, tako da ona svojom propusnošću u svakom trenutku omogućava nesmetanu odvodnju otpadnih voda.

Hidrauličko dimenzioniranje kanalizacijske mreže provodi se na najveću satnu količinu otpadnih voda po pripadajućim dionicama mreže.

S obzirom na režim tečenja u kanalizacijskoj mreži, odnosno njezinom dijelu, generalno su moguće dvije vrste proračuna:

(I) hidraulički proračun tečenja sa slobodnim vodnim licem,

(II) hidraulički proračun tečenja pod tlakom.

(I) Hidraulički proračun tečenja sa slobodnim vodnim licem se najčešće odnosi na kompletnu kanalizacijsku mrežu ili na njezin pretežni dio.

U prirodi se tečenje otpadnih voda sa slobodnim vodnim licem odvija u kanalizacijskoj mreži u uvjetima turbulentnog i neustaljenog režima. Neustaljenost režima posljedica je karaktera funkcioniranja kanalizacijske mreže u promatranom presjeku kanala ili kolektora, gdje tokom vremena varira dubina vode i brzina, odnosno protok.

Međutim, u praksi se hidraulički proračun kanalizacijske mreže gotovo redovito provodi pod pretpostavkom turbulentno jednolikog (dakle, ustaljenog) režima.

Takav način tečenja, slika 2.4::09, odvija se sa stalnom dubinom vode, h [m], i s istim uzdužnim padovima dna kanala, I [1], vodnog lica, Io, [m] i linije energije (hidrauličkim padom), IE [1].

Slika 2.4::09 Grafički prikaz jednolikog tečenja u okrugloj kanalizacijskoj cijevi

Kao što je iz hidraulike poznato, osnovna jednadžba za proračun jednolikog tečenja je Chezyjevaformula za brzinu, v [m s-1], koja uz supstituciju Manningovog koeficijenta hrapavosti, n [m-1/3 s], poprima oblik (izraz 1.9-01):

213221322/132 111 IRn

IRn

IRn

v oE === (2.4-05)

gdje je R [m] hidraulički radijus.

Koeficijent hrapavosti se kod proračuna tečenja u kanalizacijskoj mreži obično uzima s vrijednošću, n = 0.013 (0.014) [m-1/3 s], neovisno od materijala izvedbe mreže, jer je praksa pokazala da je hrapavost stijenki poslije izvjesnog vremena upotrebe sasvim slična za sve vrste kanala. Ova konstatacija posebno vrijedi za kanalizacijsku mrežu izvedenu od montažnih cijevnih elemenata, sa spojevima koji nisu posebno pažljivo izvedeni, gdje ima dosta priključaka, ulaznih okana i sl.

Međutim, danas je u praksi sve prisutnija pojava da se hidraulički proračun kanalizacijske mreže provodi upotrebom Darcy – Weisbachove i Colebrook – Whiteove jednadžbe, jer se pokazalo da su rezultati dobiveni primjernom ovih jednadžbi bliži stvarnosti, budući da tečenje u kanalizacijskoj mreži zalazi u turbulentno prijelazni režim.

Analiza ovakvog hidrauličkog proračuna započinje promatranjem tečenja u okrugloj kanalizacijskoj cijevi ispunjenoj do vrha.

Na osnovi Darcy – Weisbachove jednadžbe za proračun pada energijske linije zbog trenja po duljini cijevi možemo pisati (izraz 1.9-08):

gv

DLH

LHIII tr

E 2

2

0λ

=Δ

=Δ

===(2.4-06)

gdje su, podsjetimo:

ΔHtr - hidraulički gubici zbog otpora trenja, [m],L - duljina cijevi, [m],λ - koeficijent otpora trenja, [1],D - unutarnji promjer cijevi, [m],v - (srednja) brzina, [m s-1],g - ubrzanje polja sile teže, [m s-2].

Vrijednost koeficijenta λ je u općem slučaju dana Colebrook – Whiteovom jednadžbom, izraz 1.9-06, koja obuhvaća turbulentno prijelazni režim i asimptotski zadovoljava turbulentno hrapavi i turbulentno glatki režim:

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ +−=λ

ελ Re

51.271.3

log21 D (2.4-07)

gdje su:

ε - apsolutna hidraulička hrapavost, [mm],

Re - Reynoldsov broj, [1], definiran izrazom:

νvD

=Re (2.4-08)

gdje je ν [m2 s-1] kinematički koeficijent viskoznosti vode.

Kombinirajući jednadžbe 2.4-06 do 2.4-08 dobije se izraz za brzinu:

DgIDDgID

v EE

271.32

51.2log2 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−=

εν (2.4-09)

a pomoću jednadžbe neprekidnosti i za protok:

DgIDDDgID

AvQ EE

2271.32

51.2log2πεν

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−== (2.4-10)

Za određivanje brzine u cijevima koje nisu kružnog profila potrebno je u izraz 2.4-09 unositi četverostruku vrijednost kružnog radijusa, R, jer je kod okruglih cijevi:

RDDD

DOAR 4

442

=⇒===ππ (2.4-11)

gdje su:

A - protjecajna površina, [m2],

Q - omočeni obod, [m],

tako da imamo:

RgIRRgIR

v EE

284.142

314.0log4 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−=

εν (2.4-12)

Protok se, naravno, opet određuje iz jednadžbe kontinuiteta:

vAQ = (2.4-13)

Da bi se u praksi izbjeglo učestalo računanje po prethodnim izrazima i na taj način olakšao hidraulički proračun, postoje tablice koje su izrađene u funkciji: (i) profila cijevi, Φ [mm], (ii) protoka, Q [l s-1], (iii) brzine, v [m s-1], (iv) hidrauličkog gradijenta, IE = Io = I [1] i (v) apsolutne pogonske hrapavosti, εk [mm], s vrijednošću kinematičkog koeficijenta viskoznosti, ν = 1.308·10-6

[m2 s-1], što odgovara temperaturi vode, T = 10 [˚C].

Primjer jednog takvog tabelarnog prikaza hidrauličkih parametara dan je u tablici 2.4::IV za cijevi okruglog i jajolikog oblika profila.

Naravno, hidrauličke je parametre moguće prikazati i u nomogramskog obliku, slika 2.4::10.

Slika 2.4::10 Nomogram hidrauličkih parametara potpuno ispunjenih kanalizacijskih cijevi okruglog oblika profila prema formuli Colebrook – Whitea

Tablica 2.4::IV Tabelarni prikaz hidrauličkih parametara potpuno ispunjenih kanalizacijskih cijevi okruglog i jajolikog profila prema formuli Colebrook – Whitea

Primijetimo da su tablica i nomogram načinjeni (između ostalog) i u funkciji tzv. apsolutne pogonske hrapavosti.

Naime, kao što je istaknuto, u praksi se pokazalo da je početna hrapavost, koju proizvođači kanalizacijskih cijevi analiziraju i određuju u laboratoriju na novim cijevima (a u skladu s tom hrapavošću prilažu tablice i nomograme), potpuno neadekvatna za hidraulički proračun, jer zanemaruje montažni karakter kanalizacijske mreže i sve njene prethodno spomenute pogonske osobine.

Zato je stvarna pogonska hrapavost kanalizacijskih cijevi osjetno veća od tvornički deklarirane i utvrđene laboratorijskim ispitivanjima.

Međutim, kako potrebne dimenzije profila i funkcioniranje projektirane kanalizacijske mreže izravno ovisi o veličini pretpostavljene hrapavosti (manja hrapavost uvjetuje veću propusnu moćkanala), kod projektanata je prisutna težnja da se odabire što manja hrapavost.

Stoga je preporučljivo, pošto je stvarnu hrapavost vrlo teško odrediti, za veličinu pogonske hrapavosti odabrati srednje vrijednosti, dobivene na temelju dosada provedenih mjerenja i iskustva projektanata.

Smatra se da kao najmanja vrijednost apsolutne pogonske hrapavosti za uobičajene slučajeve kanala u mreži ne bi trebalo uzimati hrapavost manju od εk = 0.4 [mm]. Kao gornja vrijednost preporuča se εk = 1.5 [mm], a iznimno εk = 3.0 [mm], ako se radi o starim i izrazito hrapavim kanalima.

Napomenimo također da je za tlačne vodove uobičajeno uzimati, εk = 0.25 do 0.1 [mm], već prema materijalu izvedbe vodova i kanala.

Istaknimo kako su se dosadašnja razmatranja odnosila na određivanje hidrauličkih parametara potpuno ispunjenih kanala.

Međutim, budući da kanali najčešće nisu ispunjeni do vrha, potrebno je raspolagati postupkom za proračun hidrauličkih parametara (prvenstveno brzine i protoka) u djelomično ispunjenim kanalima.

U tom se slučaju spomenuti hidraulički parametri računaju prema funkcijama:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

p

d

p

d

hhf

vv

1 2.4-14

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

p

d

p

d

hhf

QQ

2 2.4-15

gdje su:

vd - brzina vode kod djelomičnog ispunjenja, [m s-1],vp - brzina vode kod potpunog ispunjenja, [m s-1],Qd - protok kod djelomičnog ispunjenja, [m3 s-1],Qp - protok kod potpunog ispunjenja, [m3 s-1],Hd = h - dubina vode kod djelomičnog ispunjenja, [m],Hp = D (= H) - dubina vode kod potpunog ispunjenja, [m].

Kao približna aproksimacija dviju posljednjih relacija dobiju se izrazi za brzinu:

i za protok:

8/5

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

p

d

p

d

RR

vv

2.4-16

8/5

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

p

d

p

d

p

d

RR

AA

QQ

gdje su:

Rd – hidraulički radijus kod djelomičnog ispunjenja, [m],Rp – hidraulički radijus kod potpunog ispunjenja, [m],Ad – protjecajna površina kod djelomičnog ispunjenja, [m2],Ap – protjecajna površina kod potpunog ispunjenja, [m2].

Iako su ovi izrazi izvedeni za cijevi kružnog oblika, mogu se sa zadovoljavajućom točnošću koristiti i za proračun drugih oblika profila.

Pošto izrazi 2.4-16 i 2.4-17 nisu izravno rješivi, u praksi se koristimo tablicama koje su izrađene u funkciji oblika profila cijevi i odnosa Qd/Qp, h/D (ili h/H), vd/vp, A/D2 (ili A/H2), b/D (ili b/H), R/D (ili R/H) i O/D (ili O/H), tablica 2.4::V.

2.4-17

Tablica 2.4::V Tabelarni prikaz hidrauličkih parametara kanalizacijskih cijevi kružnog oblika profila pri djelomičnom ispunjenu

Odnos spomenutih parametara moguće je prikazati i grafički, što je za okrugli i jajoliki oblik profila cijevi prikazano na slici 2.4::11.

Slika 2.4::11 Hidraulički parametri kanalizacijskih cijevi za proračun djelomično ispunjenih profila(a) okrugli oblik; (b) jajoliki oblik

Dijagrami Qd/Qp i vd/vp u zavisnosti od h/H za druge oblika profila kanala imaju načelno isti oblik.

Na kraju istaknimo da se rezultati hidrauličkog proračuna kanalizacijske mreže primjenom Chezyjeveformule s Manningovim koeficijentom hrapavosti i primjenom Colebrook – Whiteove formule približno poklapaju ako se u prvome slučaju odabere, n = 0.013 do 0.014 [m-1/3 s], a u drugom εk = 1.5 [mm].

Isto tako, lokalni hidraulički gubici u kanalizacijskoj mreži se ne računaju, budući da su uključeni u pogonsku hrapavost.

2.4.7. PRIKAZIVANJE KANALIZACIJSKE MREŽE U PROJEKTU

Kanalizacijska mreža se u projektu, kao i vodovodna mreža, prikazuje:

(1) situacijskim planovima,(2) uzdužnim profilima kanala ili kolektora,(3) karakterističnim normalnim presjecima kanala ili kolektora (za glavne i izvedbene projekte).

(1) Situacijski plan kanalizacijske mreže crta se na kotiranom situacijskom planu područja odvodnje.U njega se unose:

(a) granica područja odvodnje,(b) trase kanala ili kolektora s oznakom smjera odvodnje i potisnih cjevovoda,(c) pripadne (planimetriranjem ili analitički izračunate) slivne površine u [ha] s koeficijentima otjecanja (kod

mješovite i oborinske odvodnje) za svaki kanal ili kolektor,(d) oznake i brojevi pojedinih grupa građevina (stalnih točaka) kanalizacijske mreže (npr. revizijskih okana

– RO 1, RO 2, …, crpnih stanica – CS 1, CS 2, …),

(II) Hidraulički proračun tečenja pod tlakom odnosi se na proračun tečenja u dijelu kanalizacijske mrežegdje vlada tlačni režim, što je npr. slučaj za potisne cjevovode crpnih stanica kod kombiniranih sustava odvodnje.

Tada se hidraulički proračun svodi na proračun strujanja pod tlakom prema postupku iznijetom u točki 1.6.

U okviru ovog hidrauličkog proračuna načelno se provodi i analiza vodnog udara kod crpnih stanica, o čemu su uvodne informacije također dane u točki 1.6.

(e) posebni objekti na mreži (npr. prijelazi ispod rijeka i željezničkih pruga, zaštita kanala i sl.),(f) dimenzije profila i vrste cijevi za svaku dionicu između objekata (npr. revizijskih okana, prekidnih

okana i sl.),(g) stacionaža,(h) lokacija uređaja za pročišćavanje otpadnih voda,(i) trasa ispusta i lokacija ispuštanja pročišćene vode u prijemnik.

Situacijski plan se obično crta na kartama mjerila 1:2 500 do 1:5 000 za studije i idejne projekte, a 1:500 do 1:1 000 za glavne i izvedbene projekte.

(2) Uzdužni profili se crtaju za svaki kanal ili kolektor i potisni cjevovod na posebno snimljenim uzdužnim profilima po trasi ugradnje cijevi. U njima treba biti ucrtano i upisano:

(a) oznaka i brojevi svih objekata (stalnih točaka) kanalizacijske mreže iz situacijskog plana,(b) dimenzije profila i vrste cijevi po dionicama iz situacijskog plana,(c) padovi dna kanala u [‰] i duljine dionica za te padove u [m],(d) raskrižja ulica koje se križaju s ulicom čiji se profil crta i visinski položaj kanala u bočnim ulicama,(e) kote dna kanala (nivelete) u [m n. m.], na prijelomima dna kanala,(f) kote terena u [m n. m.], na prijelomima terena,(g) kote dna rova u [m n. m.], na prijelomima dna kanala,(h) dubine iskopa u [m], na prijelomima dna rova,(i) razmak profila u [m], na prijelomima (d) do (g),(j) stacionaža.

Ukoliko se radi o potpuno razdjenom i polurazdjelnom sustavu odvodnje, tada se kod crtanja uzdužnih profila kanalizacijskih mreža prikazuju međusobni visinski položaji obiju mreža.

Kod crtanja uzdužnih profila obično se uzima isto mjerilo za duljine u kojem je izrađen i situacijski plan, a za visine se najčešće odabire mjerilo 1:100.

(3) Karakteristični normalni presjeci obično se crtaju u mjerilu 1:5 do 1:50 (1:100), ovisno o dimenzijama profila i dubini iskopa. U njih se unosi:

(a) geometrija rova (širina, dubina i nagib stijenki),(b) dimenzija i vrsta cijevi, odnosno kanala,(c) dimenzije i struktura posteljice, zasipa do 30 [cm] iznad tjemena cijevi, odnosno kanala (ili njihove

zaštite) i nadsloja.