Hydraulické síly a jejich jištění

Hydraulické tahové síly vznikají v místech změny směru nebo v místech zmenšení průměru (kolena, odbočky, redukce atd.) a na koncích potrubí dopravujících kapalinu pod tlakem. Hydraulické síly mohou být značné a musí být zachyceny použitím vhodných jištěných spojů nebo betonových opěrných bloků.  

Tahové síly vznikají v tlakovém hlavním zařízení:

  • při každé změně směru (kolena, odbočky),
  • při jakékoliv změně průměru (redukce),
  • na každém konci (zaslepovací příruby).

Tyto lokalizované tahy musí být vyloučeny, aby se zabránilo oddělování spojů:

  • buď pomocí spojů jištěných proti rozpojení,
  • nebo konstrukcí betonových opěrných bloků.

V tabulce jsou uvedeny hydraulické síly při tlaku 1 bar. (Pro jiné tlaky tyto hodnoty vynásobte hodnotou zkušebního tlaku na stavbě v barech). 

DN

Hydraulická síla F (daN) pro 1 bar
  Odbočky a zaslepovací příruby Kolena 90°   Kolena 45°  Kolena 22 1/2°   Kolena 11 1/4° 
60

47

66

36

18

9
80

75

107

58

29

15
100

109

155

84

43

21
125

163

230

125

63

32
150

227

321

174

89

44
200

387

547

296

151

76
250

590

834

451

230

116
300

835

1.180

639

326

164
350

1.122

1.587

859

438

220
400

1.445

2.044

1.106

564

283
450

1.809

2.559

1.385

706

355
500

2.223

3.144

1.701

867

436
600

3.167

4.479

2.424

1.236

621
700

4.278

 

3.274

1.669

839
800

5.568

 

4.262

2.173

1.092
900

7.014

 

5.368

2.737

1.375
1000

8.626

 

6.602

3.366

1.691
1100

10.405

 

7.964

4.060

2.040
1200

12.370

 

9.468

4.827

2.425
1400

16.787

 

12.848

6.550

3.291
1500

19.236

 

14.723

7.506

3.771
1600

21.851

 

16.724

8.526

4.284
1800

27.612

 

21.133

10.773

5.413
2000

34.045

 

26.057

13.284

6.674

 

Proč trubky jistit?

Hydraulické tahové síly vznikají v místech změny směru nebo v místech zmenšení průměru (kolena, odbočky, redukce atd.) a na koncích potrubí dopravujících kapalinu pod tlakem. Tyto síly mohou vést k rozpojení spoje na potrubí, nejsou-li přijata protiopatření v podobě betonových opěrných bloků nebo spojů jištěných proti rozpojení.
Hydraulické síly mohou být značné a musí být zachyceny použitím vhodných jištěných spojů nebo betonových opěrných bloků. 

Hodnota koeficientu K podle typu tvarovky
Tvarovka

K
Zaslepovací příruba 1.000
Koleno 90° 1.414
Koleno 45° 0.765
Koleno 22 1/2° 0.390
Koleno 11 1/4° 0.196
Redukce 1 S’/S
(S’ nejmenší průřez)
Odbočka 1.000

 

Větší svoboda při navrhování sítí 

Ústup od betonových opěrných bloků

Stále více se využívají technologie  jištěných (zámkových) spojů namísto betonových opěrných bloků, které mají své nevýhody vzhledem ke své hmotnosti a rozměrům:

  • Prostorové nároky na stavbě

Čím je větší průměr potrubí a tlak, tím větší jsou rozměry opěrných bloků. To může vést k praktickým problémům, neboť omezený prostor pod zemí je nutno sdílet s mnoha dalšími sítěmi (např. plynové, kanalizační, telekomunikační a kabelové sítě).

  • Doba otevření výkopu

Zásady nejlepší praxe pro betonování stanovují dobu zrání 28 dnů, než je možno aplikovat zatížení. I když lze tuto dobu zkrátit, představuje to výrazné omezení, které již není v městském prostředí akceptovatelné.

  • Dlouhodobá rizika destabilizace

Tato rizika mohou být způsobena přírodními příčinami, jako je nehomogenní zemina nebo nepravidelný terén a blízké výkopy pro jiné sítě, zejména v městských oblastech. Tyto faktory ovlivňují stabilitu a následně i životnost betonových konstrukcí a vyvolávají obavy z prasknutí spojů.

  • Problémy související se staršími sítěmi

V případě, že potrubí vyžaduje údržbu a také později při dosažení konce životnosti potrubí jsou zapotřebí rozsáhlé demontážní práce.

Spoje jištěné proti rozpojení (zámkové spoje): moderní přístup k vodárenským sítím

Řešení pomocí jištěných spojů získávají na popularitě ve většině zemí celého světa. Tato řešení nabízejí značné výhody:

  • Malé prostorové nároky pod zemí 

Potrubí vybavená jištěnými spoji nezabírají více místa než potrubí bez jištěných spojů spojů. Zůstává proto dostatek místa pro jiné sítě a snižuje se objem vytěžené zeminy.

  • Méně logistických omezení

Z důvodů, jako je dostupnost a náklady, není vždy snadné dovézt několik kubických metrů betonu k vytvoření opěrných bloků. Rychlost instalace potrubí je často omezena obrátkou nákladních vozidel dovážejících beton. Jištěné spoje jsou lehké a snadno se přepravují na stavbu, ať už ve městě, na venkově nebo ve vzdálených horských či pouštních oblastech.

  • Rychlá instalace a zprovoznění 

Instalace jištěných spojů je mimořádně rychlá, zejména u systémů STANDARD Vi a EXPRESS Vi. Navíc je možno je podrobovat hydraulickému zkoušení ihned po instalaci.

  • Ověřená stabilita a odolnost 

Funkce jištěných spojů se opírá o kombinaci své vlastní odolnosti proti rozpojení a faktoru tření se zeminou. Doporučení společnosti PAM pro délku jištěného úseku (zamčený úsek) berou v úvahu typ zeminy a rizika prací prováděných v blízkosti potrubí. Jištěné spoje jsou opatřeny stejnou úrovní ochrany proti korozi jako potrubí a tvarovky.

  •  Možnost demontáže

Potrubí lze vždy demontovat pomocí nástrojů dodávaných společností PAM, bez nutnosti provádět dlouhé a rozsáhlé inženýrské práce.

Větší flexibilita pro procedury přejímky sítě

Procedury pokládky potrubí a přejímky stavby jsou díky jištěným spojům výrazně zrychleny a dosahují bezprecedentní úrovně spolehlivosti.

  • Není nutno čekat na vytvrzení betonu

Trubky jsou připraveny pro tlakové zkoušky ihned po osazení jištěných spojů.

  • Alternativa ke opěrným blokům pro zajištění koncové zaslepovací příruby při tlakové zkoušce

Díky použití tvarovek s hrdlem a vybaveným jištěným spojem již není nutné vytvářet zkušební opěrné bloky pro zkoušení jednotlivých segmentů potrubí.

  • Možnost zkoušení kratších úseků

Nyní lze zkoušet kratší délky potrubí, což znamená, že je snadnější lokalizovat a řešit případné problémy a výkopy lze rychleji zasypat.
Jištěné spoje PAM lze během přejímacích zkoušek zkoušet až do jejich přípustného zkušebního tlaku (PEA).

Řešení s jištěnými spoji splňují stále přísnější požadavky na instalaci

Různá řešení jištěných spojů lze přizpůsobit i těm nejnáročnějším situacím při pokládce potrubí:

Jištěné spoje a udržitelný rozvoj

- Úspora materiálu: spoje o hmotnosti jen několika kilogramů mohou nahradit několik tun betonu.
- Prostorově úsporná projektová řešení díky jejich malým prostorovým nárokům.
- Nižší přepravní náklady (na vytěženou zeminu a beton).
- Časové úspory.
- Snížená spotřeba dřeva, neboť  již není zapotřebí bednění pro betonové opěrné bloky.

Jaká délka potrubí by měla být zajištěna (zámkový úsek)?

Technické řešení spočívá v zajištění spojů na dostatečně dlouhém úseku po obou stranách oblasti působení hydraulické síly, jako např. koleno, aby se využily třecí síly mezi zeminou a trubkou k zachycení hydraulické síly.
Výpočet délky jištěného úseku nezávisí na použitém typu zámkového spoje. Závisí na zkušebním tlaku, průměru trubky a parametrech uvedených obrázcích C a D.


Délky jištěných úseků (v m) vypočtené s výše uvedenými předpoklady.

Délky jištěných úseků v tabulce (v metrech) jsou uvedeny pro běžné zeminy a zkušební tlak 10 bar. Pro orientační výpočet ve vašem projektu můžete využít naši aplikace PAM TOOLS, nebo konzultujte s našim technickým oddělením.

DN

 Koleno 90° Koleno 45° Koleno 22 1/2° Koleno 11 1/4° Zaslepovací příruba nebo T kus

Výška krytí

1 m

1.5 m

2 m

1 m

1.5 m

2m

1 m

1.5 m

2m

1 m

1.5 m

2m

1 m

1.5 m

2m
80 4.5 3.1 2.3 2.8 1.9 1.5 1.6 1.1 0.8 0.8 0.6 0.5 5.7 3.9 3
100 5.4 3.7 2.8 3.4 2.3 1.8 1.9 1.3 1 1 0.7 0.5 6.9 4.7 3.6
125 6.6 4.5 3.4 4.1 2.8 2.1 2.3 1.6 1.2 1.2 0.8 0.6 8.4 5.7 4.4
150 7.7 5.3 4 4.8 3.3 2.5 2.7 1.8 1.4 1.4 1 0.7 9.8 6.7 5.1
200 9.9 6.8 5.2 6.1 4.2 3.2 3.4 2.4 1.8 1.8 1.3 1 12.6 8.7 6.6
250 12 8.3 6.4 7.5 5.2 4 4.2 2.9 2.2 2.2 1.5 1.2 15.3 10.6 8.1
300 14.1 9.8 7.5 8.7 6.1 4.7 4.9 3.4 2.6 2.6 1.8 1.4 17.9 12.5 9.6
350 16 11.2 8.6 9.9 7 5.4 5.6 3.9 3 2.9 2.1 1.6 20.3 14.3 11
400 17.9 12.6 9.7 11.1 7.8 6 6.2 4.4 3.4 3.3 2.3 1.8 22.8 16 12.4
450 19.7 14 10.8 12.3 8.7 6.7 6.9 4.9 3.8 3.6 2.6 2 25.1 17.8 13.8
500 21.5 15.3 11.9 13.4 9.5 7.4 7.5 5.3 4.1 4 2.8 2.2 27.4 19.5 15.1
600 25 17.9 14 15.5 11.1 8.7 8.7 6.2 4.9 4.6 3.3 2.6 31.8 22.8 17.8
700 28.2 20.4 16 17.5 12.7 9.9 9.8 7.1 5.6 5.2 3.8 2.9 35.8 25.9 20.3
800 31.2 22.8 17.9 19.4 14.1 11.1 10.9 7.9 6.2 5.8 4.2 3.3 39.8 29 22.8
900 34.1 25 19.8 21.2 15.6 12.3 11.9 8.7 6.9 6.3 4.6 3.7 43.4 31.9 25.2
1000 36.9 27.2 21.6 22.9 16.9 13.4 12.8 9.5 7.5 6.8 5 4 46.9 34.7 27.5
1100 39.4 29.4 23.4 24.5 18.2 14.5 13.7 10.2 8.1 7.3 5.4 4.3 50.2 37.4 29.8
1200 41.9 31.4 25.1 26 19.5 15.6 14.6 10.9 8.7 7.7 5.8 4.6 53.4 40 32
1400 46.2 35.1 28.3 28.7 21.8 17.6 16.1 12.2 9.8 8.5 6.5 5.2 58.9 44.7 36
1500 48.4 36.9 29.9 30 22.9 18.6 16.8 12.9 10.4 8.9 6.8 5.5 61.6 47 38
1600 50.4 38.7 31.4 31.3 24 19.5 17.5 13.5 10.9 9.3 7.1 5.8 64.2 49.3 40
1800 54.2 42.2 34.3 33.7 26.1 21.3 18.9 14.6 11.9 10 7.8 6.3 69 53.5 43.7

 

Jištěná délka může být upravena bezpečnostním koeficientem, který je zvolen podle:

  • podmínek pokládky,
  • kvality hutnění zásypu,
  • nejistoty vzhledem k fyzikálním vlastnostem použitého zásypu.

 

V případě terénu s průměrnou mechanickou odolností, složeného ze štěrku nebo hlinitopísčitého písku, s úhlem vnitřního tření 30°, pro potrubí s povlakem ze zinku nebo zinkovo-hliníkové slitiny, opatřené porézním krycím nátěrem, s bezpečnostním koeficientem 1,2 a zkušebním tlakem 10 bar, jsou délky úseků, které je nutné vybavit jištěnými spoji, uvedeny v tabulce výše.

Je-li to namístě, je nutno aplikovat oprávku na přítomnost, i částečnou, podzemní vody, a to úpravou hmotnosti naplněného potrubí aplikací příslušné hodnoty dle Archimédova zákona.

Opěrné bloky 

Použití opěrných betonových bloků je nejběžnější způsob pro zachycení hydraulických sil vznikajících v tlakovém potrubí. Nyní se používají v prudkých svazích.

Princip

Lze navrhnout různé typy opěrných betonových bloků v závislosti na konfiguraci sítě, mechanické odolnosti a typu zeminy a přítomnosti či absenci významného množství podzemní vody. Opěrný blok zachycuje hydraulické síly:

  • buď třením o zeminu,
  • nebo tlakem na okolní terén.

Prakticky to znamená, že se opěrné bloky navrhují s ohledem na třecí síly a reakci zeminy na jejich opěrné plochy. V místech, kde překážky nebo nedostatečná únosnost terénu nedovolí zřídit opěrný betonový blok, je možné použít technologie zámkových spojů vyvinuté společností PAM.

Navrhování bloků (běžné případy)

Objemy betonu bloků v následujících tabulkách byly počítány s ohledem na tření zeminy a opírání o terén pro běžně se vyskytující zeminy. Budou-li v bezprostřední blízkosti opěrných bloků prováděny další výkopy, je vhodné během těchto prací snížit tlak v potrubí. Předpoklady výpočtu jsou uvedeny níže.

Pro orientační výpočet ve vašem projektu můžete využít naši aplikace PAM TOOLS, nebo konzultujte s našim technickým oddělením.

Všechny ostatní případy konzultujte s techniky SAINT-GOBAIN PAM

Vysoce pevné půdy

DN

Zkušební tlak

 Koleno 11 1/4°
l x h/V		 Koleno 22 1/2°
l x h/V		 Koleno 45°
l x h/V		 Koleno 90°
l x h/V		 Zaslepovací příruba a T kus
l x h/V
 

bar

m x m/m3

m x m/m3

m x m/m3

m x m/m3

m x m/m3
80

10

0.10 x 0.18/0.01

0.17 x 0.18/0.02

0.21 x 0.28/0.04

0.38 x 0.28/0.06

0.28 x 0.28/0.05

16

0.13 x 0.18/0.01

0.18 x 0.28/0.03

0.33 x 0.28/0.05

0.59 x 0.28/0.11

0.43 x 0.28/0.07

25

0.14 x 0.28/0.02

0.27 x 0.28/0.05

0.51 x 0.28/0.09

0.87 x 0.28/0.24

0.64 x 0.28/0.13
100

10

0.11 x 0.20/0.01

0.21 x 0.20/0.02

0.29 x 0.30/0.06

0.51 x 0.30/0.10

0.37 x 0.30/0.07

16

0.17 x 0.20/0.02

0.24 x 0.30/0.04

0.45 x 0.30/0.08

0.77 x 0.30/0.20

0.57 x 0.30/0.11

25

0.19 x 0.30/0.03

0.36 x 0.30/0.06

0.67 x 0.30/0.15

1.14 x 0.30/0.43

0.85 x 0.30/0.24
125

10

0.14 x 0.22/0.02

0.20 x 0.32/0.04

0.38 x 0.32/0.08

0.67 x 0.32/0.17

0.49 x 0.32/0.11

16

0.23 x 0.22/0.03

0.32 x 0.32/0.07

0.59 x 0.32/0.14

1.01 x 0.32/0.37

0.75 x 0.32/0.20

25

0.25 x 0.32/0.05

0.48 x 0.32/0.11

0.87 x 0.32/0.28

1.21 x 0.42/0.69

1.10 x 0.32/0.44
150

10

0.18 x 0.25/0.03

0.26 x 0.35/0.06

0.48 x 0.35/0.12

0.83 x 0.35/0.27

0.61 x 0.35/0.16

16

0.28 x 0.25/0.04

0.40 x 0.35/0.09

0.73 x 0.35/0.21

1.04 x 0.45/0.54

0.93 x 0.35/0.34

25

0.32 x 0.35/0.08

0.60 x 0.35/0.16

1.08 x 0.35/0.46

1.50 x 0.45/1.12

1.13 x 0.45/0.63
200

10

0.24 x 0.30/0.05

0.37 x 0.40/0. 12

0.68 x 0.40/0.24

0.98 x 0.50/0.54

0.86 x 0.40/0.33

16

0.30 x 0.40/0.09

0.56 x 0.40/0.19

0.87 x 0.50/0.42

1.46 x 0.50/1.17

1.09 x 0.50/0.66

25

0.45 x 0.40/0.14

0.84 x 0.40/0.32

1.27 x 0.50/0.89

1.84 x 0.60/2.24

1.58 x 0.50/1.37
250

10

0.31 x 0.35/0.08

0.48 x 0.45/0.20

0.75 x 0.55/0.35

1.28 x 0.55/0.99

0.95 x 0.55/0.55

16

0.39 x 0.45/0.16

0.73 x 0.45/0.32

1.13 x 0.55/0.78

1.67 x 0.65/2.00

1.41 x 0.55/1.21

25

0.59 x 0.45/0.24

0.93 x 0.55/0.53

1.63 x 0.55/1.61

2.36 x 0.65/3.98

1.81 x 0.65/2.34
300

10

0.37 x 0.40/0.12

0.59 x 0.50/0.28

0.93 x 0.60/0.58

1.41 x 0.70/1.53

1.17 x 0.60/0.91

16

0.48 x 0.50/0.24

0.78 x 0.60/0.41

1.39 x 0.60/1.27

2.04 x 0.70/3.22

1.56 x 0.70/1.87

25

0.63 x 0.60/0.27

1.15 x 0.60/0.87

1.79 x 0.70/2.48

2.64 x 0.80/6.14

2.04 x 0.80/3.65
350

10

0.43 x 0.45/0.18

0.61 x 0.65/0.27

1.11 x 0.65/0.88

1.67 x 0.75/2.30

1.26 x 0.75/1.31

16

0.57 x 0.55/0.35

0.93 x 0.65/0.62

1.49 x 0.75/1.83

2.23 x 0.85/4.66

1.84 x 0.75/2.80

25

0.75 x 0.65/0.41

1.23 x 0.75/1.26

1.96 x 0.85/3.61

2.76 x 1.05/8.83

2.26 x 0.95/5.34
400

10

0.49 x 0.50/0.25

0.71 x 0.70/0.39

1.17 x 0.80/1.20

1.79 x 0.90/3.18

1.46 x 0.80/1.87

16

0.65 x 0.60/0.49

1.07 x 0.70/0.89

1.60 x 0.90/2.54

2.42 x 1.00/6.45

1.97 x 0.90/3.86

25

0.87 x 0.70/0.59

1.43 x 0.80/1.80

2.13 x 1.00/5.02

2.94 x 1.30/12.33

2.48 x 1.10/7.44

 

Please consult PAM for any other cases.

Moderate Strength Soil

DN

Test
pressure

11 1/4°
Bend
l x h/V

22 1/2°
Bend
l x h/V

45°
Bend
l x h/V

90°
Bend
l x h/V

Blank
flange
and Tee
l x h/V
 

bar

m x m/m3

m x m/m3

m x m/m3

m x m/m3

m x m/m3
80

10

0.13 x 0.18/0.01

0.17 x 0.28/0.02

0.32 x 0.28/0.04

0.56 x 0.28/0.10

0.41 x 0.28/0.06

16

0.14 x 0.28/0.02

0.26 x 0.28/0.04

0.49 x 0.28/0.08

0.85 x 0.28/0.23

0.63 x 0.28/0.13

25

0.21 x 0.28/0.03

0.40 x 0.28/0.05

0.74 x 0.28/0.17

1.24 x 0.28/0.48

0.93 x 0.28/0.27
100

10

0.17 x 0.20/0.02

0.23 x 0.30/0.04

0.43 x 0.30/0.07

0.74 x 0.30/0.19

0.54 x 0.30/0.10

16

0.18 x 0.30/0.03

0.35 x 0.30/0.05

0.65 x 0.30/0.15

1.11 x 0.30/0.41

0.83 x 0.30/0.23

25

0.28 x 0.30/0.05

0.53 x 0.30/0.10

0.96 x 0.30/0.31

1.30 x 0.40/0.75

1.21 x 0.30/0.48
125

10

0.22 x 0.22/0.03

0.30 x 0.32/0.06

0.56 x 0.32/0.12

0.97 x 0.32/0.34

0.72 x 0.32/0.19

16

0.25 x 0.32/0.04

0.47 x 0.32/0.08

0.85 x 0.32/0.27

1.18 x 0.42/0.65

1.07 x 0.32/0.42

25

0.37 x 0.32/0.06

0.70 x 0.32/0.18

1.25 x 0.32/0.56

1.69 x 0.42/1.33

1.28 x 0.42/0.77
150

10

0.26 x 0.25 /0.04

0.38 x 0.35/0.08

0.70 x 0.35/0.19

0.99 x 0.45/0.49

0.89 x 0.35/0.31

16

0.31 x 0.35/0.06

0.59 x 0.35/0.14

1.06 x 0.35/0.43

1.46 x 0.45/1.06

1.10 x 0.45/0.60

25

0.47 x 0.35/0.10

0.87 x 0.35/0.30

1.27 x 0.45/0.81

2.28 x 0.45/2.12

1.58 x 0.45/1.24
200

10

0.29 x 0.40/0.07

0.54 x 0.40/0.14

0.83 x 0.50/0.38

1.39 x 0.50/1.07

1.05 x 0.50/0.61

16

0.44 x 0.40/0.12

0.82 x 0.40/0.30

1.24 x 0.50/0.85

1.79 x 0.60/2.12

1.54 x 0.50/1.30

25

0.66 x 0.40/0.20

1.02 x 0.50/0.58

1.77 x 0.50/1.73

2.51 x 0.60/4.15

1.93 x 0.60/2.47
250

10

0.37 x 0.45/0.12

0.70 x 0.45/0.25

1.08 x 0.55/0.71

1.60 x 0.65/1.83

1.35 x 0.55/1.11

16

0.57 x 0.45/0.19

0.91 x 0.55/0.50

1.42 x 0.65/1.45

2.10 x 0.75/3.66

1.76 x 0.65/2.22

25

0.74 x 0.55/0.33

1.32 x 0.55/1.06

2.02 x 0.65/2.92

2.72 x 0.85/6.91

2.27 x 0.75/4.24
300

10

0.46 x 0.50/0.19

0.75 x 0.60/0.37

1.32 x 0.60/1.16

1.95 x 0.70/2.94

1.49 x 0.70/1.71

16

0.61 x 0.60/0.25

1.12 x 0.60/0.83

1.75 x 0.70/2.36

2.40 x 0.90/5.71

1.98 x 0.80/3.46

25

0.91 x 0.60/0.55

1.46 x 0.70/1.64

2.27 x 0.80/4.53

3.12 x 1.00/10.73

2.58 x 0.90/6.61
350

10

0.54 x 0.55/0.27

0.89 x 0.65/0.57

1.42 x 0.75/1.67

2.13 x 0.85/4.25

1.76 x 0.75/2.56

16

0.73 x 0.65/0.39

1.20 x 0.75/1.20

1.91 x 0.85/3.42

2.69 x 1.05/8.33

2.20 x 0.95/5.05

25

1.08 x 0.65/0.84

1.73 x 0.75/2.46

2.51 x 0.95/6.58

3.25 x 1.35/15.73

2.88 x 1.05/9.61
400

10

0.62 x 0.60/0.38

0.94 x 0.80/0.78

1.53 x 0.90/2.32

2.31 x 1.00/5.89

1.89 x 0.90/3.53

16

0.85 x 0.70/0.56

1.39 x 0.80/1.71

2.08 x 1.00/4.75

2.85 x 1.30/11.63

2.41 x 1.10/7.03

25

1.14 x 0.80/1.15

1.85 x 0.90/3.39

2.63 x 1.20/9.12

3.63 x 1.50/21.79

2.96 x 1.40/13.49