Nuotekų sistemą veikianti išstūmimo jėga

Marcel Roelfsema, „Wavin“ techninis konsultantas Olandijoje.
Jo specializacija – vamzdynų (vamzdžių, surenkamųjų ir apžiūros šulinių kanalizacijos sistemose), pagamintų iš termoplastikų (PP, PE ir PVC-U), savybės žemėje ir jų įrengimo metodai.

Ar dėl aukšto požeminio vandens lygio gali kilti pavojus, kad iš plastikų pagamintas nuotekų tinklas gali būti išstumtas iš žemės? Nors ir atrodo tikėtina, tai neįvyksta. Toliau pateikiame paaiškinimą, grindžiamą jėgų, įveikiančių išstūmimo jėgas, kurios veikia nuotekų vamzdynus drėgnoje žemėje, analize ir su tuo susijusiais skaičiavimais.

Mūsų savivaldybėje netrukus reikės pakeisti gana didelę nuotekų infrastruktūros dalį. Galėtume naudoti plastikines sistemas, bet nesame visiškai tikri, ar dėl mažo elementų svorio jos nebus išstumtos į viršų požeminio vandens? Ar esant aukštam požeminio vandens lygiui vamzdžiai ir kanalizacijos šuliniai turi būti apsaugoti nuo išstūmimo jėgos poveikio?

Užduodant tokį klausimą išsakomos abejonės, su kuriomis dažnai susiduriame kalbėdami su investuotojais apie naujus kanalizacijos tinklus. „Wavin“ techninis konsultantas Marcel Roelfsema paaiškina, kodėl nereikėtų jaudintis dėl plastikinių vamzdžių sistemų išstūmimo. „Projektuodami lietaus nuvedimo ir kanalizacijos sistemas, kurios daugiausiai susideda iš vamzdžių, surenkamųjų ir apžiūros šulinių, taip pat vandens kaupimo ar infiltravimo rezervuarų bei separatorių, visada atsižvelgiame į galimybę, kad jie bus išstumti požeminių vandenų. Verta įsidėmėti, kad lietaus nuvedimo ir kanalizacijos sistemų elementai žemėje nėra įrengiami palaidai. Visi vamzdynai, surenkamieji ir apžiūros šuliniai, kameros bei rezervuarai yra sujungti į vientisą sistemą. Tai yra vienas iš veiksnių, dėl kurių vandens išstumiami elementai laikosi žemėje. 
Taip pat nepamirškime, kad žemėje sumontuotos sistemos atveju išstūmimo jėga, t. y. į viršų nukreipta jėga, turi įveikti pasipriešinimą, kurį sudaro sumontuotų elementų svoris, virš vamzdžių esančios žemės svoris ir viršutinės kelio dangos arba šaligatvio svoris.“
Taip pat reikia atsižvelgti į grunto vidinę trinties jėgą.

1 pav. Vamzdį žemėje laikančios jėgos (jėgos, kurios priešinasi išstūmimo jėgai) priklauso nuo skirtingų veiksnių, taip pat grunto vidinės trinties kampo.
 
Nors kanalizacijos tinklą dengiančios žemės svoris, įskaitant viršutinį, pagrindinį ir pirminį sluoksnį, yra labai svarbus požeminės kanalizacijos sistemos įtvirtinimui ir stabilumui užtikrinti, esminis veiksnys, ypač kalbant apie ilgalaikę apsaugą nuo išstūmimo jėgos, yra grunto vidinės trinties kampas (α).
Grunto vidinės trinties kampas (α) lemia, kad į viršų nukreiptą išstūmimo jėgą atsveria didesnio tūrio grunto svoris vadinamojoje grunto slinkimo zonoje. Taip išstūmimo jėga yra eliminuojama ne tik dėl žemės svorio tiesiai virš vamzdžio, bet ir dėl didesnio pločio žemės sluoksnio svorio, o vamzdžiams negresia iškilimas iš žemės. Nors vidinės trinties kampas (α) dažniausiai yra nuo 30ᵒ iki 35ᵒ, norėdamas atsižvelgti į visus neaiškumus ir gauti didelį saugumo koeficientą, išstūmimo jėgos ir jų atsvaros skaičiavimuose taikau 20ᵒ vertę.

Prevencija geriau už taisymą

„Wavin“ specialistai suvokia, kad klimato kaita gali sukelti pokyčių žemėje, lemiančių itin sudėtingas grunto ir vandens sąlygas, kuriomis gali būti sutrikdytas kanalizacijos tinklų funkcionavimas.
Dėl vis dažnesnių liūčių galimi žemės ir joje esančio vandens pokyčiai, pvz., gali sparčiai padidėti požeminio vandens lygis, galima dirvožemio erozija, nusėdimas ir pan. Mes stengiamės tai numatyti iš anksto, kurdami patikimus lietaus vandens tvarkymo sprendimus, kad net ir didžiausi vandens kiekiai nutekėtų patikimiausiu būdu.“