concrete corrosion

Dla oceny warunków samooczyszczania kanałów lub tworzenia osadów niezmiernie ważną rzeczą jest wysokość napełnienia. Na rysunku 1 przedstawiono w funkcji η= h/D iloraz naprężenia ścinającego przy pełnym napełnieniu kanału τo do naprężeń ścinających przy częściowym napełnieniu. Przez h oznaczono wysokość napełnienia kanału ściekami, a przez D jego wysokość, a więc dla kanału kołowego wprost średnicę. Przez KK oznaczono kanał kołowy, KJ – kanał jajowy, KJP – kanał jajowy podwyższony, KGR – kanał gruszkowy, KDZ – kanał dzwonowy. Z rysunku 1 jednoznacznie wynika, że w kanale kołowym zaprojektowanym tak, aby nie tworzyły się osady przy pełnym napełnieniu warunki transportu osadu nie ulegną pogorszeniu tak długo, jak napełnienie tego kanału nie spadnie wyraźnie poniżej połowy wysokości przekroju. Następnie, czym mniejsze napełnienie tym gorsze warunki transportu osadu. Dlatego w dużych kanałach ogólnospławnych buduje się kinety na przepływy w czasie pogody ogólnospławnej.

Jeżeli nie dysponuje się odpowiednim oprogramowaniem, to dobór spadków minimalnych kanałów ściekowych można uprościć, stosując następujące spostrzeżenia praktyczne, które wynikają z przeprowadzonych symulacji numerycznych [6], [9]. Podane tutaj praktyczne zasady doboru spadków minimalnych odnoszą się wyłącznie do kanałów ściekowych dobranych tak aby dla aktualnych największych rocznych przepływów napełnienie wynosiło 0,7-0,8 wysokości przekroju. Jeżeli kanał jest projektowany z dużą rezerwą na zwiększone przepływy w przyszłości, to zasady te również odnoszą się wyłącznie do tego przewidywanego stanu w przyszłości. Dla chwili obecnej w takim przypadku należy przeprowadzić obliczenia, lub prościej, posłużyć się rysunkiem 1:

• dobór spadku minimalnego kanału sanitarnego o przekroju kołowym zapewniającego przekroczenie raz w dobie wartości naprężeń ścinających 1,8-2,2 N/m2 można prowadzić tak aby przy pełnym napełnieniu kanałów dla średnic KK200mm – 250 mm naprężenie ścinające τo przekroczyło 2,5 N/m2, dla KK 300mm-500mm wartość τo równą 2,2 N/m2, a dla KK 600mm-700 mm τo 2,0 N/m2, 
• w kanałach jajowych o wymiarze przekraczającym KJ 0,60m-0,90m, ułożonych w spadkach minimalnych dobranych tak, aby naprężenie ścinające przy pełnym napełnieniu przekroju το = τ(η=1) było równe 1,8N/m2, wartości naprężeń ścinających co najmniej raz w przeciętnej dobie przekraczają tę wartość, począwszy od kanału KJ 0,70m-1,05m przy spadku dobranym tak aby dla pełnego napełnienia przekroju το = τ(η=1) = 2,2 N/ m2 również wartość tego naprężenia co najmniej raz w przeciętnej dobie przekracza το. Tak więc aby zaprojektować kanał jajowy KJ 0,70m-1,06m lub większy, tak aby raz w dobie przekroczona była zadana wartość τ, wystarczy, aby obliczyć spadek kanału w sposób gwarantujący wystąpienie tej wartości naprężenia przy pełnym napełnieniu kanału. Takie zadanie projektant może wykonać bez dostępu do programu numerycznego. Oczywiście w kanałach bytowo-gospodarczych nie dopuszcza się eksploatacji przy pełnym napełnieniu kanału a jedynie jest to sposób pozwalający bez specjalistycznego oprogramowania na dobranie spadku minimalnego kanału, w którym co najmniej raz na przeciętną dobę przekroczone zostaną wartości wymaganych naprężeń ścinających a w czasie największego rocznego przepływu wysokości napełnień nie przekroczą 0,8 wysokości przekroju, zapewniając możliwość przewietrzania kanału.

Drugim sposobem doboru spadków minimalnych może być zastosowanie prędkości granicznej vc, zdefiniowanej jako: prędkość średnia arytmetyczna w przekroju poprzecznym kanału, przy której rozpoczyna się erozja odłożonego wcześniej osadu. Najprostszym chyba wzorem na taką prędkość graniczną vc jest równanie (2) autorstwa Novak-Nalluri [12].

W równaniu tym g jest przyspieszeniem ziemskim, d średnicą ziaren pisaku, s gęstością względną kwarcu w stosunku do wody, a oraz b współczynnikami empirycznymi zależnymi od kształtu przekroju kanału, Rh promieniem hydraulicznym przekroju poprzecznego kanału. Jednostki w równaniu (2) dobiera się zgodnie z systemem miar SI. Z równania (2) wynika w sposób oczywisty, że nie istnieje jedna wartość prędkości granicznej w kanalizacji i że jest ona uzależniona w dużym stopniu od promienia hydraulicznego, a więc zarówno od wielkości i kształtu kanału, jak i od wysokości jego napełnienia. Analiza aplikacji równania (2) do doboru spadku minimalnego kanałów ściekowych prowadzi do wyników analogicznych jak obliczenia oparte na średniej wartości naprężeń ścinających na granicy ściana kanału – przepływające ścieki.

W literaturze można znaleźć wiele równań służących do oceny warunków transportu osadów ściekowych. Jednakże dobór spadków minimalnych w kanalizacji w oparciu o równanie (1) jest prosty i równocześnie oparty na przesłankach teoretycznych. Ponadto można na podstawie tego równania uzasadnić zasadę Imhoffa doboru spadków minimalnych, a ta zasada sprawdzała się przez całe ostatnie stulecie.