Gradske vodovodne mreže

Gradske vodovodne mreže dio su svakog vodoopskrbnog sustava i one omogućavaju vodi da stigne do svake kupaonice. Vodovodnu mrežu čine cijevi, fazonski komadi i armatura. Osim opskrbne mreže u naselju, u vodovodnu mrežu se još ubraja i glavni dovodni cjevovod od vodozahvata do vodospreme ili do potrošača u sustavima bez vodospreme. Najvažniji dio vodovodne mreže su cijevi.

Sirova, tj. prirodna voda bez provedenih postupaka obrade gotovo uvijek, osim atoma kisika i vodika, sadrži niz drugih tvari koje su u njoj otopljene ili suspedirane. Osnovna zadaća komunalnih tvrtki je potrošačima dopremiti zdravstveno ispravnu vodu, kakvoće propisane Pravilnikom o zdravstvenoj ispravnosti vode za piće (NN 47/2008). Podzemne vode na većem dijelu Hrvatske, posebice u istočnom dijelu Slavonije, sadrže veće količine željeza i mangana nego što je to propisano. Na il. 1 prikazana je cijev kojom se zahvaća sirova voda iz bunara crpilišta Bikana u Virovitici, čija je unutrašnjost obložena stvrdnutom naslagom željeznog oksida. Slično izgledaju i cijevi u gradskim vodovodnim mrežama u kojima su vode povećane tvrdoće (inače, vrijednost tvrdoće vode nije propisana Pravilnikom). Inkrustacija kamenca u cijevima u tom je slučaju posljedica taloženja kalcijevog oksida i također može ispuniti veći dio poprečnog presjeka cijevi u javnom vodovodu ili u kućnoj vodovodnoj instalaciji. Nekada se ta pojava može spriječiti ili ublažiti odabirom cijevi koje su manje podložne stvaranju unutarnjeg taloga ili dobrim hidrauličkim pokazateljima (s brzinama strujanja koje su veće od minimalnih).

Danas se vodovodne mreže grade uz primjenu raznih materijala i njihovih kombinacija. Vodovodna mreža u pravilu je cjevovod, odnosno sustav povezanih cijevi, fazonskih elemenata, armatura i uređaja koji služe za provođenje vode. Cjevovodi mogu biti dovodni, odvodni i zahvatni, ovisno o položaju u vodoopskrbnom sustavu. Cijevi se međusobno spajaju cijevnim spojevima, a proizvode se, kako je već spomenuto, od raznih materijala: lijevanog željeza, čelika, azbest-cementa, polimernih materijala i dr. Pri tome se postavljaju određeni zahtjevi koje cijevi trebaju ispunjavati u pogledu trajnosti, čvrstoće, otpornosti na unutarnji ili vanjsku koroziju i, što je najvažnije, ne smiju utjecati na kakvoću vode koja se njima provodi.

Gradske mreže u naselju, tj. na opskrbnom području se u pravilu dijele na dva tipa prema obliku, ali i prema funkciji (il. 2).
U slučaju granastog oblika voda se potrošačima dovodi jednim glavnim cjevovodom iz kojega se postepeno dijeli (grana) prema daljnjim dovodnim cijevima sve do pojedinačnih priključaka potrošača. Pojedine grane, odnosno ogranci završavaju hidrantima. Nedostatak tog tipa mreže je što kod kvara na glavnim dovodnim cijevima velik dio naselja ostaje bez vode. Osim puknuća cijevi, što je vidljivo, česta su i propuštanja na vodovodnim armaturama zbog dotrajalosti i istrošenosti materijala ili lomova vretena zatvarača pri nasilnom rukovanju zahrđalim zatvaračima, zbog pijeska ili mulja koji ostanu u spoju za vrijeme ispiranja cijevi, zbog zamrzavanja kape uličnog zatvarača ili hidranta te zbog lošeg odvođenja vode. Zamjenom starih i neispravnih vodovodnih armatura mogu se značajno smanjiti gubici (il. 3).

U slučaju prstenastog oblika, u mreži se postiže da se svakom potrošaču voda može dopremiti s dvije strane, uz istodobno postizanje povoljnijeg tlaka. Iako je takav sustav u gospodarskom (investicijskom) pogledu zahtjevniji, glavna prednost je mogućnost da u slučaju kvarova postoji nesmetana opskrba potrošača vodom. To je danas i obveza prema propisima o zaštiti od požara. Na il. 4 je prikazan nadzemni hidrant koji je obvezan dio na krajevima granaste vodovodne mreže.

Gradske vodovodne mreže moraju se projektirati i izvoditi tako da potrošačima dopremaju zahtjevane količine vode u zahtjevano vrijeme. To se zove režim potrošnje vode koji je različit u satu, danu, tjednu, mjesecu i godini. Kod hidrauličkog proračuna gradske vodovodne mreže moraju se primijeniti koeficijenti maksimalne satne potrošnje, što znači poštivanje režima trošenja vode u najopterećenijim satima u nekom naselju (il. 5). Za većinu drugih objekata vodoopskrbnog sustava (vodozahvat, vodospremu, glavni dovodni cjevovod, uređaj za popravljanje kakvoće vode itd) mjerodavni su koeficijenti maksimalne dnevne potrošnje vode u naselju (tablica 1).

Materijali za cijevi za vodovodne mreže

Materijali za izradu cijevi za vodovodne mreže moraju zadovoljiti opće uvijete kao što su, na primjer, glatkoća stijenki i spojeva, mala pogonska hrapavost, čvrste stijenke otporne na unutarnje i vanjske tlakove, postojanost na koroziju i agresivne vode u podzemlju, otpornost na lutajuće struje, vodonepropusnost prema unutra i van, mogućnost industrijske proizvodnje, povoljan transport i dobava i dr.

Prema materijalu od kojeg su proizvedene, cijevi koje se najčešće koriste u vodoopskrbi mogu biti: lijevanoželjezne, od nodularnog lijeva, čelične, azbestcementne, armiranobetonske i od raznih polimernih materijala (polivinilklorida, polietilena visoke gustoće i sl).

Lijevanoželjezne cijevi su najrasprostranjenije u vodovodnoj tehnici, a prvi puta su primjenjene 1664. godine. U njihovoj se proizvodnji razlikuju se dva postupka i to stariji - lijevanje u pješčane kalupe u uspravnom položaju i noviji (iz 1926. godine!) - centrifugalno lijevanje. Centrifugalni lijev je gušće strukture i veće čvrstoće za 50 - 80% pa cijevi mogu izdržati veći unutarnji tlak. Cijevi se proizvode s naglavkom (kolčakom ili ‘mufom’), odnosno proširenjem na jednoj strani, dok je drugi kraj ravan. Drugi tip je s prirubnicama na jednoj ili obje strane. Prema tipu cijevi kombiniraju se i njihovi spojevi.

U želji za postizanjem veće otpornosti prema raznim vanjskim utjecajima (udarcima, pritisku, koroziji) i duljeg vijeka trajanja razvila se nova tehnologija dobivanja lijeva. U proizvodnji cijevi od nodularnog lijeva dodaju se male količine magnezija, čime se listići grafita koje sadrži sivi lijev pretvaraju u male kuglice što povećava čvrstoću na vlak (vlačna čvrstoća minimalno 420 N/mm2) i lijev postaje kovaduktilan. Cijevi se štite od korozije tla i/ili vode na različite načine vanjskom i unutarnjom zaštitom.

Glavna prednost čeličnih cijevi u usporedbi s lijevanoželjeznima je mnogo veća čvrstoća materijala, visoka elastičnost i otpornost na lom. Primjena čeličnih cijevi je tehnički i ekonomski opravdana za izgradnju dugih cjevovoda. Čelik je podložan agresivnom utjecaju vode i zemljišta pa cijevi treba zaštititi iznutra i izvana. Unutarnja zaštita mora biti od materijala koji ne utječe na kakvoću vode. Najčešće se koriste premazi od bitumena ojačani cementnim mortom debljine 4 - 15 mm ili polimernih materijala (plastificiranje). Vanjska izolacija se izvodi od nekoliko premaza vrućim bitumenom između slojeva od bitumenizirane jute i staklene vune. Na kraju se cijevi premazuju vapnenom emulzijom kako bi se zaštitile od utjecaja Sunca.

Iako se azbestcementne cijevi već niz godina (više od 50) koriste u vodovodnim instalacijama, najnovija ispitivanja svrstavaju azbest u potencijalan izvor kancerogenih oboljenja pa je u mnogim zemljama već donijet zakon o zabrani korištenja takvih cijevi (il. 6). Zbog toga se one više ne koriste u vodovodnim instalacijama. Međutim obzirom na bogat proizvodni program (nekadašnje) tvornice Salonit u Vranjicu pokraj Solina i laku dostupnost, velik broj posebice magistralnih, ali i opskrbnih cjevovoda na području Dalmacije izveden je baš od azbestcementnih cijevi. Spajanje cijevi obavlja se patentiranom spojnicom tipa ‘Dalma-reka’.
Armiranobetonske cijevi imaju niz prednosti u odnosu na lijevanoželjezne i čelične. To su u prvom redu postojanost na koroziju, mala električna vodljivost i sposobnost očuvanja glatkoće unutarnje stijenke u uvjetima eksploatacije. Koriste se uglavnom za veće dionice i veće poprečne presjeke. Primjena cijevi od polimernih materijala za izradu cjevovoda novijeg je datuma pa su one suvremeni vodovodni materijali. S obzirom na sirovinu od koje se izrađuju, najčešće se koriste polivinilkloridne (PVC) i cijevi od polietilena visoke gustoće (PE-HD).

Vodovodne cijevi s utičnim naglavkom (kolčakom) izrađuju se postupkom ekstrudiranja od PVC-a bez omekšivača i punila. Tako proizvedene cijevi imaju dobra fizikalna i kemijska svojstva (mala specifična masa, otpornost na koroziju i dr). Proizvode se za radni tlak 6 bar s nazivnim promjerom (vanjskim promjerom) DN 63 - 400 mm, odnosno za radni tlak 10 bara s DN 63 - 400 i 500 mm pojedinačne duljine 6,0 m (il. 7).
Cijevi od PE-HD-a izrađuju se od posebne vrste polietilena s dodatkom fino dispergirane čađi i stabilizatora protiv starenja i utjecaja Sunčevog (ultraljubičastog) zračenja. Proizvode se postupkom ekstrudiranja. Kod određene temperature polietilen postaje tjestasta masa koju puž prerađivačkog stroja (ekstrudera) potiskuje kroz mlaznicu čime se formiraju cijevi različitih dimenzija i za razne tlakove. To su danas najviše primjenjivane cijevi. Kod cijevi od PE-HD-a razlikuju se dvije vrste spojeva: rastavljivi i nerastavljivi. Na il. 8 su prikazani rastavljiv spoj sa zupčastom spojnicom i slobodnom prirubnicom te postupak strojnog (nerastavljivog) spajanja cijevi od PE-HD-a.

Spojni elementi

Vodovodne se cijevi kao sastavni dio mreže na odvojcima, raskrižjima i skretanjima spajaju posebnim oblikovnim djelovima, tzv. fazonskim komadima. To su elementi vodoopskrbne mreže koji se koriste za prevladavanje čestih promjena pravaca, profila i vrsta spojeva. Vrsta, veličina, sheme i oznake fazonskih komada su standardizirane. Na il. 9 prikazani su neki fazonski komadi.

Međusobno spajanje cijevi obavlja se raznim patentiranim tipovima spojeva, ovisno o vrsti cijevnog materijala i proizvođaču, iznosu tlaka u mreži, mjestu ugradnje i dr. Najčešći su sljedeći tipovi spojeva:
- spoj na naglavak (kolčak)
- spoj s prirubnicom
- zavareni spoj.

Također se na vodovodnoj mreži zbog upravljanja, isključivanja zbog kvarova, popravaka i sl. postavlja vodovodna armatura koja obuhvaća ventile, zasune, vodomjere, armaturu za gašenje požara itd.

Ventili se razlikuju prema namjeni i obliku, a služe za zatvaranje vode, ispuštanje zraka, smanjivanje tlaka itd. Također se razlikuju redukcijski, nepovratni, zračni, protočni, leptirasti, ispusni ventili. Zračni ventili imaju važnu ulogu u sprječavanju kavitacije u cijevima, a dijeluju tako da ispuštaju velike količine zraka tijekom punjenja i povremeno male količine zraka tijekom rada cjevovoda te omogućuju ulaz zraka u slučajevima pražnjenja cjevovoda kod lomova i kvarova. Njihova se ugradnja preporučuje na izdignutim dionicama cjevovoda. Kod upotrebe ventila može doći do problema s cijevima zbog pojave hidrauličkog udara.

Zasuni služe za povremeno zatvaranje protoka vode. Protok se zatvara pomoću klina koji se spušta okomito na smjer strujanja vode. Klin se spušta i podiže okretanjem vretena koji potiskuje ploče na bočne brtvene površine i time postiže nepropusnost. Zasun se otvara i zatvara polagano tako da ne može doći do hidrauličkog udara.

Vodomjeri služe za mjerenje potrošene količine vode. Trebaju biti propisno ugrađeni (posavljeni vodoravno) i osigurani od smrzavanja. Ugrađuju se uz regulacijsku liniju, bliže objektu. Svaki objekt mora imati svoj zatvoreni prostor vodomjera, koji mora biti izveden prema tehničkim propisima.
Armatura za gašenje požara obuhvaća vanjsku i unutarnju hidrantsku mrežu.

Izvođenje vodoopskrbnih cjevovoda

Polaganje vodoopskrbnih cjevovoda također ovisi o nizu vanjskih utjecaja od kojih je najvažnija dubina ukopavanja koja ovisi o dubini smrzavanja tla i prometnom opterećenju iznad cjevovoda (il. 10). U hladnijim predjelima dubina ukopavanja iznosi 1,2 - 1,5 m, a u toplijim nije manja od 0,5 m. Dubinu ukopavanja uobičajeno propisuju lokalni pravilnici.
Na temelju lokalnih uvjeta i dimenzija cijevi, projektom se određuje širina (minimalno 0,80 m) i dubina rova, eventualan razupor stijenki rova u slučaju nekoherentnog materijala tla, posteljica ovisno o odabranom matrijalu cijevi (pijesak, zemlja, beton itd), način zatrpavanja itd. Uz to, za položeni cjevovod obavzno se provodi tlačna proba te dezinfekcija i ispiranje zbog dokazivanja zdravstvene ispravnosti vode iz novoizgrađenog cjevovoda. Atest o zdravstvenoj ispravnosti treba dobiti od nadležnog zavoda za javno zdravstvo.

(prof. dr. sc. Božena TUŠAR, dipl. ing.)

email