Gépészet | Gépgyártástechnológia » A csővezetékekről

A csővezetékekről A csővezetékek a folyékony vagy gőz-, ill. gáznemű közeg szállítására szolgáló berendezések, amelyek az adott technológiai rendszer (pl. ivóvízellátás) fontos alkotórészei A legtöbb szállító csővezetéket a közműhálózat alkalmazza, (az ezredfordulón Budapest lakossági ivóvízhálózatának a közterületen futó teljes hossza kb 4400 km, a komoly fejlesztésre szoruló kommunális szennyvízhálózaté kb 700 km, az egyesített csapadék- és szennyvíz-levezető hálózaté 2900 km volt, a gázvezetékek hossza kb 4300 km, a távfűtő hálózat vezetékeinek hossza 450 km volt), de nem elhanyagolható a szénhidrogéneket - kőolajat, kőolaj-származékokat és földgázt szállító távvezetékek hossza sem (Magyarországon a jelölt időpontban mintegy 8000 km). A csővezetékek a szállításon kívül egyéb funkciókat is betölthetnek (pl. hőcserélők, távközlési vezetékek védőcsövei, stb) A csővezetékek

részesedése a létesítmények beruházási költségeiben igen magas, az 5090%-ot is elérheti. A tervezésükre és építésükre fordítandó gondosságot emellett a magas költséghányad mellett meghatározza az, hogy a csővezeték által fenntartott összeköttetés megszakadása vagy elégtelenné válása a technológiai rendszer egészének akár katasztrofális következményű üzemzavarára vezethet. Az ókorig visszanyúló múlttal bíró ivó- és termálvíz-vezetékek falazott szerkezetek voltak, de ezeket nem tekinthetjük csővezetéknek. Maradtak fenn viszont olyan ókori romok is, amelyekben egyértelműen azonosítani lehet "valódi" csővezetékek maradványait is. A csővezetékek legrégebben használt anyaga a fa volt Különösen alkalmasnak bizonyult ilyen célra a vörösfenyő, ami föld alatt sem korhad, hanem a használat során megkövesedik. A körüregű facsöveket kerek fatörzsből készítették oly módon, hogy a fát ún. kanál-

fúróval kifúrták Gyakran használtak azonban négyszög keresztmetszetű facsöveket is, amelyeket keskeny deszkákból rótták össze Hogy az így készült csöveket a gyors tönkrejutástól óvják, kátránnyal vagy olajfestékkel befestették, kátrányolajjal vagy más impregnáló folyadékkal átitatták. A deszkákból rótt csövek réseit szurokkal, lenolajragasszal, (kittel), kóccal stb tömték el Problémát jelentett a fából készült csővezetékek csőszakaszainak szivárgásmentes illesztése, mert az egymáshoz kapcsolódó csővégek egyedi megmunkálású illesztése önmagában nem ad tartós szivárgásmentességet. A megoldásra számtalan csőkötési eljárást fejlesztettek ki. Ezek alapelve általában az volt, hogy a csővégeket karmantyú, kaloda, abroncs stb. alkalmazásával úgy fogták össze, hogy az összefogó elem és a csövek külső fala közt néhány mm-es körbefutó rést hagytak. Ezt az összefogó elem rögzítése után

tömítőanyag bedolgozásával zárták le A tömítés legtöbbször faggyúval vagy kátránnyal impregnált juta vagy kenderkóc volt, amit a rés szélességénél nagyobb átmérőjű sodrott kötélnek a résbe való beverésével tömöríttek és rögzítettek. Hasonlóan oldották meg a nagy átmérőjű vízvezetékcsövek ún. tokos kapcsolatainak szivárgás-mentesítését is, amikor a XIX században a fából készült csöveket öntöttvas csövek váltották fel A tok voltaképpen a csővég megnövelt átmérőjű szakasza, amelybe a csatlakozó cső sima vége becsúsztatható. Az öntöttvas csövek tokos csőkötésében alkalmazott tömítés vízzáróságát a légköri nyomás kb 5-7-szereséig fokozni lehetett azzal, hogy a sodrott kötél rögzítéshez ún ólom-szívű kötelet használtak A csőszakaszok állékonyságvizsgálatánál tekintetbe kell venni, hogy a tokos csőkötés nem alkalmas arra, hogy a csőszakaszok közt normálerőt vagy nyomatékot

közvetítsen. Ahhoz, hogy 1 ilyen átvitel szándékunk ellenére se történjék meg, nem szabad a sima csőszakaszt ütközésig a tokba tolni. A fában szegény területeken az ókori csővezetékeket égetett kerámiából készítették, a víz elszivárgása ellen a csőszakaszok belső felületére vízzáró mázat égettek. A kerámiából készült csőszakaszok egymáshoz illesztéséhez általában tokos csőkötést használtak, amelyet agyaggal vagy hidraulikus tulajdonságú habarccsal tömítettek. Ugyancsak hosszú időre tekint vissza az ólom csővezetékek alkalmazása, amit viszonylag jó korrózióállóságuk mellett elsősorban a fém könnyű formálhatósága magyaráz. Kezdetben az ólomcsöveket szalagokból készítették olyképpen, hogy a szalagot öszszegöngyölték, a szélét összeforrasztották, végül pedig tölcséreken áthúzva kisebb keresztmetszetűre nyújtották Később az ólomcsöveket olvadt ólomból, vagy megfelelő alakra

öntött tuskóból sajtolták. Az ivóvíz-hálózatban használt ólomcsövek belsejét egészségvédelmi célból ón bevonattal látták el. Az ólomcsövek egymáshoz illesztését helyszíni forrasztással (voltaképpen hegesztéssel) lehet elvégezni. Mára a fa is, a cserép is, az ólom is elvesztette a jelentőségét a csővezeték építésben, a legtöbb csővezeték öntöttvas, acél, ötvözött acél, beton, ill. műanyag, elsősorban kemény PVC és polietilén (KPE) felhasználásával készül. Az öntöttvas csövek anyaga magas széntartalmú fémvas-vaskarbid-grafit elegy, amelyben a grafit lemezes vagy gömbös szerkezetű vázat alkot. A csőöntés klasszikus módszere az ún. öntőgödrös eljárás Ebben a függőleges tengelyű cső üregét fix vagy az öntés-szilárdulás sebességével összehangolt mozgású öntőformával alakítják ki. Mindkét változatban az olvadékból felúszó szennyeződés és buborék az öntvény felső szakaszában

gyűlik össze, ezért a csövet ún. vendégfejjel öntik, amelyet az öntés befejezése után a csőről le kell vágni. Ennek az a következménye, hogy az öntőgödrös eljárással készült csöveknek csak az egyik végén alakítható ki a csatlakoztatást szolgáló tok vagy karima. Ugyancsak hátránya az öntőgödrös eljárásnak, hogy az így készült öntöttvas grafitváza lemezes szerkezetű, amely ugyan jelentős szilárdságot biztosít a szerkezetnek, de ez a szilárdság ridegséggel társul. Ezeknek a hiányosságoknak a kiküszöbölésére az öntés számos eltérő módszerét próbálták ki. A legjobb eredményt a forgó öntőformába öntés adja. Ennél a technológiánál belső öntőforma nincs, az üregképzés a vízszintes tengelyű öntőforma nagy sebességű pörgetésével történik. Az így készült öntvény grafitváza gömbös szerkezetű, ez a szerkezet a kellő szilárdság mellett számottevő szívósságot is ad az anyagnak.

További előny, hogy a vendégfej elmaradása miatt a cső mindkét vége a csatlakoztatás követelményeinek leginkább megfelelően alakítható ki A kommunális vízellátás hálózataiban jelentkező szilárdsági és használati követelményeknek jól eleget tevő, ugyanakkor az öntöttvasnál kevésbé sérülékeny és takarékosabb anyag-felhasználású csövek gyárthatók a hegeszthető szerkezeti acéloknak megfelelő minőségű folytacél lemezekből a meleg alakítás és hegesztés együttes alkalmazásával. Az egyenletes és az alapanyaggal szilárdságilag egyenértékű varratot produkáló hegesztési technológiák kifejlesztése előtt a csőgyártás ilyen módszere speciális technológia, az ún. csővonás kidolgozását igényelte A csővonás elve az, hogy a meleg alakíthatóság hőmérsékletére (kb. 1200o C) hevített széles acélszalagot speciális alakító szerszámon áthúzva az alkotók mentén egymásra lapolódó hengerpalásttá

hajlítják, majd az átlapolódó szakaszt a csőfallal azonos rés-profilú henger-párokon járatva a kovácshegesztéshez hasonló eljárással egyesítik. A csővonással készült csövek hátránya, hogy a kovácshegesztéssel történő egyesítés sohasem adhat a folytonos fallal egyenértékű szilárdságot, és 2 ez a gyengeség a éppen a legnagyobb húzófeszültségekre merőleges vonal mentén fut. Ezt a hátrányt a megbízható hegesztési technológiák kialakulása után úgy enyhítették, hogy a meghajlítandó lemezen az alkotók irányát a lemezsáv peremeivel szöget bezáró irányba vették fel, ennek eredményeként az illesztési vonal a csőpaláston futó csavarvonallá vált (spirálvarratú csövek.) A nagy belső nyomást elszenvedő acélcsövek készítésére a Mannesmann-féle varratnélküli csővonási technológiát, ill. annak továbbfejlesztett változatait alkalmazzák A Mannesmann-féle gyártástechnológia kiinduló terméke nem

lemez, hanem acéltömb, amelyet nem párhuzamosan egymás fölött fekvő, hanem egymást keresztező tengelyű forgási hiperboloid profilú, rovátkolt hengerek között járatnak át. A munkadarabnál nagyobb kerületi sebességgel forgó ún lyukasztó hengerek rovásai a tömb felszínén előre tolják az anyagot. Ferde állásuk miatt az acélt nemcsak előrehúzzák, hanem forgatják is, ily módon a tömb olyan vastag falú zárt csővé alakul át amelyben a fémrács rostszálai csavarodva helyezkednek el. A lyukasztó hengerről lekerülő nyers csövet további melegalakítási eljárásokkal alakítják a kívánt átmérőjű és falvastagságú végtermékké A hengerlési szálak csavarvonalas elhelyezkedése miatt a Mannesmann-eljárással készült acélcső anyaga az öntöttvasnál nagyságrenddel szilárdabbá és szívósabbá válik (Ezt az eljárást használják a XX sz kezdete óta a nagy lőerejű fegyverek - gépfegyverek, harckocsi lövegek stb. -

csöveinek a gyártására is, sőt, végső soron magát az eljárást is az ágyúcső gyártás céljára fejlesztették ki.) A földbe kerülő öntöttvas korrózióállósága ugyan jobb az ötvözetlen folytvasénál de mind az öntöttvas mind az acélcsöveket védeni kell a korrózióval szemben, mert a csövek korróziója igen jelentős anyagi és környezeti kárt okozhat. Földbe fektetett csővezetékeknél sajátos gondot jelenthet a kóboráramok szerkezetroncsoló hatása, ill a szulfátredukáló mikroorganizmusok közreműködésével zajló ún biokorrózió A korróziós hatásoknak jobban ellenálló, emiatt nagyobb élettartamú ötvözött acélcsövek alkalmazása meglehetősen drága, viszont a passzív és az aktív korrózióvédelem kombinált alkalmazásával az olcsóbb acélcsövek gyors korróziója is elkerülhető. A passzív korrózióvédelem megfelelő tapadás és felületzárás mellett kellően magas pH-jú környezetet biztosító bevonat

alkalmazása, az aktív védelem pedig az ún. katódos korrózióvédelem A beton anyagú csővezetékek túlnyomással üzemelő hálózatokban való alkalmazást erősen korlátozza a beton húzószilárdságának alacsony volta, ezeket ezért elsősorban a gravitációs vízszállítású csatornahálózatokban alkalmazzák. Megfelelő gyártási technológia (pl pörgetett csőgyártás), ill szálerősítés alkalmazásával ez a húzószilárdság jelentős mértékben fokozható. Magyarországon a ROCLA cég alkalmaz 1972 óta pörgetett-hengerelt gyártási technológiát 0.3 és 30 m közti belső átmérőjű, 20-35 m hosszúságú, 5-27 cm falvastagságú hengeres, tokos és sajtolható vasbeton csőszakaszok, ill ezekhez csatlakozó iránytörő és aknaelemek előállítására A sajtolható csőelemek kitakarás nélküli vezetéképítést, a vágóéllel ellátható aknaelemek süllyesztéses építést tesznek lehetővé. A csövek és idomok tokos-hengeres

kapcsolatának vízzáróságát gördülő gumigyűrűs tömítés biztosítja 2 bar túlnyomásig. A csövek teherbírása az alkalmazott ø8 vagy ø10 spirálvasalás 50-150 mm-es menetemelkedésének megfelelő felvételével a körülményekhez igazítható. A nagy átmérőt igénylő vízvezetéki főnyomócsövekben fellépő nyomások felvételére is alkalmas beton anyagú csőtípusokat is kifejlesztettek, amelyekben az alacsony húzószilárdságot gyűrűirányú feszítés alkalmazásával kompenzálták. Magyarországon a 70- 3 es években a SENTAB típusú, 1.0 belső átmérőjű feszítettbeton csövek alkalmazása terjedt el Ezekben a csövekben a gyűrűirányú előfeszítést a frissbeton ún hidraulikus vibrotömörítésével egyidejűleg hozzák létre A tapasztalatok azt mutatták, hogy - szemben a korábbi várakozásokkal -a feszítettbeton csövek is érzékenyek az elektrolitikus és a biokorrózióra, ezért katodikus korrózióvédelemre szorulnak.

A szennyvízhálózatban elterjedten használják a 120-900 mm átmérővel, 5 m hosszban, szálerősített betonból gyártott ETERNIT csöveket, aknaelemeket. Ezeknek a csöveknek mechanikai szilárdsága - megfelelő beágyazással fektetve - 1,0 - 6,0 m közötti földtakarás és a Közúti Hídszabályzat szerinti "A" jelű felszíni terhelés terheinek a felvételét teszi lehetővé. 1,0 m-nél kisebb, vagy 6,0 m-nél nagyobb földtakarás esetén is használhatók a csövek, de megfelelően kialakított erősítő betonba ágyazással Az ETERNIT csatornacsöveket és az idomokat gumigyűrűkkel ellátott karmantyús kötõidommal (ETKA-kötõidom) szokták összekapcsolni. Ez a kötőidom a végeiken megmunkálatlan csövekhez készült. A többszörös tömítő profillal kialakított gumigyűrű megakadályozza a szennyvíz kijutását és a talajvíz infiltrációját, a kötés közepén elhelyezett hiperelasztikus ütközőprofil központosítja a csővégeket,

és kompenzálja a hőtágulást. A kötés helyén több milliméter eltérést kiegyenlít, így a csöveket nem kell a végeiken megmunkálni. A tömítő képesség kb. 2° tengelyeltéréséig marad meg (Az ETERNIT termékek az 1990-es évek előtt jellemzően azbeszt szállal erősített cementhabarcs kötőanyagú lemezek, hullámlemezek, csövek és idomok voltak. Amikor az azbeszt szálak erős rákkeltő hatása ismertté vált, azbeszt helyett megfelelő szilárdságú és tapadó képességű műanyag szálerősítésre tértek át) Műanyag csővezetékek sokféle alapanyagból, ill. köztes termékből, változatos gyártástechnológiával (fröccsöntés, porsajtolás, extruzió, pulltruzió, laminálás stb.), néhány cm-től akár az 1 m-t is meghaladó belső átmérővel készülhetnek Alapvető előnyük a könnyű alakíthatóság és megmunkálhatóság, a korrózióállóság, vízzáróság, az alapanyag és a termék ára nagyobb átmérők esetén is egyre

inkább versenyképessé teszi a műanyagokat a hagyományos szerkezeti anyagokkal szemben. Bár az extruzióval, ill pulltuzióval nagy hosszban gyártható műanyagcsövek végei kiegészítő munkafázisban tokos-hengeres kialakításúvá tehetők, a csővezetékek csőkötései mégis legtöbbször hengeres csővég-párok összekapcsolására alkalmas kialakításúak. A kötés történhet Szimplex, Gibaud stb típusú kötőidomokkal, karmantyúba beragasztással, hőre lágyuló műanyagok esetén forrólevegős hegesztéssel, kompozit anyagú csöveknél helyszíni laminálás alkalmazásával stb Néhány hátrányos tulajdonságukat is meg kell azonban említeni A műanyagok mechanikai tulajdonságai rövid idejű terhek esetén - az alacsony rugalmassági modulus kivételével - csábítóan kedvezőnek mutatkoznak, tartós teher esetén viszont nem. A hőre lágyuló műanyagok lassú alakváltozása igen jelentős ezért nagy nyomású csővezetékbe csak fém

erősítéssel építhetők be. Egyes műanyagok öregedésre hajlamosak, ami a szívósságuk elvesztésében nyilvánul meg A mechanikai tulajdonságok javíthatók szálerősítés alkalmazásával, de a szálerősítésre elterjedten használt üvegszál oldhatósága miatt sem vízszállító, sem földbe kerülő vezetékekben nem alkalmazható Ahhoz, hogy a gyártástechnológia, ill. a szállíthatóság által meghatározott hosszúságú csőszakaszokból csőhálózat állhasson össze, egy sereg különböző szerepű tartozékot, ún csőszerelvényeket is alkalmaznunk kell Ilyen csőszerelvények a csőkötések, az iránytörések, elágazások, kiágazások, keresztmetszet-váltások elemei, az elzáró és szabályzó szerelvények, mozgás-kiegyenlítő, ill. rögzítő elemek stb Ezeket minden csőtí- 4 pushoz a csőtípus sajátságainak figyelembevételével kellett kifejleszteni. Egy-egy csővezeték használhatóságát és terhelhetőségét is döntően

befolyásolhatják a csőszerelvények, ezek ára is jelentős tényezője a vezetéképítés költségeinek. A szakaszokból összetett csővezeték elemeit csőkötésekkel egyesítjük. A csőkötések feladata kettős Egyrészt szivárgásmentes kapcsolatot kell adniuk a csatlakozó csőszakaszok közt, másrészt mechanikai értelemben is összekapcsolják a csőszakaszokat A folytonos csőkeresztmetszettel mechanikailag egyenértékű csőkötést csak nagy nehézségek árán lehet létesíteni, de olyan csővezetékek (pl. földbe helyezett vezetékek) esetén, amelyek nem önhordóak, erre általában nincs is szükség. Sőt, olyan esetekben, amikor a cső hőmérsékleti mozgásaira lehet számítani, kifejezetten előnyös, ha a csőkötés megengedi, hogy a dilatációs mozgások egy-egy csőszakaszon önállóan lejátszódjanak. Átlagos szilárdságú acél csővezetékek gátolt hőmérsékleti mozgása 70~80 Co hőmérsékletingadozás esetén olyan nagyságú

feszültséget ébreszt, amely elérheti a szerkezeti anyag határfeszültségét. Egyes hegesztéssel vagy normálerő, ill nyomaték átvitelére alkalmas ún karimás csőkötéssel egyesített csővezetékekbe (pl távfűtési vezetékekbe) emiatt mozgáskiegyenlítő szakaszokat (kompenzátorokat, pl csőlírákat) kell beiktatni A csőkötések két csoportját alkotják az oldható és a nem oldható csőkötések. Állandó jellegű csővezetékekben a csőkötés oldhatóságának csak a csőszakaszok cseréjénél van jelentősége. A fémszerkezetű csövek csőszakaszai mechanikailag egyenértékűen csatlakoztathatók egymáshoz megfelelő minőségű varratot eredményező hegesztéssel. Mechanikai igénybevétel felvételére alkalmas kötés érhető el ún. keményforrasztással is Kisebb átmérőjű acélcsövek kötéséhez sok különböző megoldást dolgoztak ki közvetlenül a cső köpenyére, vagy a cső végén kialakított karimába vágott csavarmenet

alkalmazásával. Ilyenek pl. a karmantyús, ellenmenetes karmantyús, tokos-csavaros, hollandi stb csőkötések, amelyekben a szivárgásmentességet gyakran a csavarmenetbe bedolgozott tömítőanyag biztosítja Nagyobb átmérőjű acélcsövek csatlakoztatását általában karimás csőkötéssel oldják meg A beton és vasbeton csövek kapcsolatait – amint a fenti vázlatos termékismertetők is mutatják – általában nem a mechanikai egyenértékűség követelményeinek megfelelően alakítják ki. A csővezetéknek azokon a szakaszain, ahol valamilyen ok (pl önhordás) miatt a termékválasztékban szereplő hosszakat meghaladó hosszban szükség van igénybevétel átadására alkalmas kapcsolatra, a beton, ill vasbeton csőszakaszokat acél csőszakaszszal helyettesítik Az acélszerkezetű csővezetékek szerelvényeit kovácsolással és hegesztéssel állítják elő, a beton és vasbeton csővezetékekhez is acél szerelvényeket használnak. A műanyag

csővezetékek szerelvényeinek egy részét műanyagból készítik, az erős mechanikai igénybevételnek kitett szerelvényeket általában korrózióálló fémből készítik. A jelentős mechanikai igénybevételnek is kitett szerelvények elhasználódása lényegesen gyorsabb a csőszakaszokénál, ezért az elzáró, szabályzó stb. szerelvények kapcsolatait általában oldható kötésekkel alakítják ki A vízszállító csővezetékek többsége a terepszint alatt fut. A talajtakarás mélységét számos tényező befolyásolhatja. Ezek egyike a fagy. A vezetékben szállított víz általában csak akkor fagyhat be a nem megfelelő védelemmel ellátott vezetékbe, ha az tartósan üzemen kívül van. A csővezetékbe befagyott víz nemcsak a vezeték szállítóképességét szünteti meg, hanem jelentős 5 kárt tehet magában a vezetékben is, a megfagyást tehát mindenképpen el kell kerülni. Ennek érdekében a vízszállító vezetékeket olyan

mélységben kell futtatni, hogy a földtakarás kellő hőszigetelést biztosítson a szállított víz megfagyásával szemben. A csővezeték fölötti földtakarás nemcsak a fagyvédelmet szolgálja, hanem hatékonyan csökkenti a térszíni terheknek a vezetékre jutó hatását is. Erős térszíni teher (pl közúti forgalom) esetén a földtakarás szükséges vastagságát ez határozza meg. Azoknak a csöveknek a függőleges vonalvezetését, amelyekben gravitációs vízszállítás folyik, (átereszek, szennyvízvezetékek, stb.) elsősorban a vízszállításhoz szükséges lejtés, nem pedig a terep domborzati jellemzői határozzák meg. Emiatt a vezeték egyes szakaszai meglehetősen mélyre kerülhetnek. Csővezetékek erőtani vizsgálata A csővezetékek erőtani vizsgálata sok párhuzamot mutat a mélyépítési műtárgyak vizsgálatával, de lényeges különbségeket is találunk. Ezek közül a legjellemzőbb a szerkezet és a környező talaj

kölcsönhatásának a modellezése, ill. a többé-kevésbé elkülönülő kereszt- és a hosszirányú vizsgálat. A szerkezet és a talaj kölcsönhatásának modellezése A mérnöki szerkezetek erőtani méretezésénél megszoktuk, hogy a méretezendő szerkezetre háruló terhelő hatásokat koncentrált és megoszló erőkkel jellemezzük. Ritkán jut ilyenkor az eszünkbe, hogy voltaképpen fiktív objektumokkal foglalkozunk, nemcsak abban az értelemben, hogy a még meg sem valósult szerkezet feltételezett viselkedésének részleteit vizsgáljuk, hanem abban az értelemben is, hogy az elképzelt szerkezeten erőket veszünk fel, a szerkezetben feszültségek működését tételezzük fel, hiszen a nyilakkal ábrázolt erők és a feszültségdiagramokkal jellemzett feszültségek szemléletességük ellenére nem megfogható dolgok. Ezek a fogalmak erős absztrakció eredményeként alakultak ki, és csak a gyakorlat, a megszokás teszi őket számunkra szemléletessé.

Időnként azonban a feladatok arra kényszerítenek, hogy pontosabb értelmezést adjunk a méretezés addig legköznapibb fogalmaiként használt terheknek, erőknek. A magasépítési szerkezetekre, hidakra ható erők nagyobb részét teherként, egy részét pedig reakcióként értelmezzük. Indokolt-e az erőknek ez a megkülönböztetése? Természetesen igen, mert a teherként értelmezett erők azok, amelyeknek a helyét és a nagyságát ismertnek feltételezzük, a reakcióknak viszont csak a helyét és esetleg az irányát, a nagyságuk pedig a terhek függvényében alakul. Statikailag határozott megtámasztású szerkezeteknél úgy, hogy a szerkezetre ható erők egyensúlya fennálljon, statikailag határozatlan megtámasztásúaknál pedig úgy, hogy emellett az alakváltozások összeférhetősége is teljesüljön. Vannak azonban olyan feladatok, amelyeknél voltaképpen nem lehet eldönteni, hogy mit tekintsünk tehernek, mit reakciónak. Tipikusan ilyenek egyes

földben fekvő, a talajjal kölcsönhatásban lévő szerkezetek. Ezek vizsgálatát úgy lehet visszavezetni a szerkezetek hagyományos számításában használt eljárásra, hogy a talaj és a szerkezet közti kölcsönhatás egy részét – bizonyos mértékig önkényesen – aktív tehernek, másik részét reaktív tehernek tekintjük. Az aktív 6 terheket a szerkezetek hagyományos számításában használt terhekhez, a reaktív terheket pedig a reakciókhoz hasonlóan kezeljük. Aktív teher tehát az, amelynek a nagyságát és eloszlását a hagyományos értelemben vett terhekhez hasonlóan ismertnek és a szerkezet alakváltozásaitól függetlennek vehetjük, reaktív teher pedig az, amelynek nagyságát és eloszlását a hagyományos értelemben vett reakciókhoz hasonlóan az egyensúlyi feltételek és az alakváltozások összeférhetőségének feltételei alapján határozzuk meg. aktív teher reaktív teher A talajfeszültségek felbontása aktív és

reaktív terhekre Viszonylag könnyű helyzetben vagyunk az aktív és a reaktív terhek elkülönítésekor egy földbe süllyesztett medence esetén: kézenfekvően aktív tehernek tekinthetjük (az önsúly és a folyadékterhek mellett) az oldalfalakon működő földnyomást, reaktív tehernek pedig azokat a feszültségeket, amelyek a fenéklemez alsó felületén ébrednek. Ezt a választást az indokolhatja, hogy a függőleges falra ható földnyomás eloszlása és nagysága jóval kevésbé függ a szerkezet jellemzőitől, mint a talpreakció, ezért azt a hagyományos számítások terheihez hasonlóan a szerkezet mechanikai jellemzőitől (pl. a merevségétől) függetlennek is tekinthetjük, amit a talpreakciókkal kapcsolatban nem tehetünk meg. Érvelhetünk azzal is, hogy a medence kerülhet olyan állapotba, hogy az oldalfalán nem működik földnyomás, olyanba viszont nem, hogy a fenéklemez alatt ne keletkeznék nyomás Sokkal nehezebb helyzetben vagyunk viszont

egy földbe fektetett cső hossz- és keresztirányú igénybevételeinek vizsgálatánál. Lehet-e a gyűrűirányú normálerő és nyomaték kiszámításánál – a cső keresztirányú vizsgálatánál - a keresztmetszet egyes részein aktív, más részein reaktív terhet feltételezni? Lehet-e az alkotóirányú feszültségek vizsgálatánál – a cső hosszirányú vizsgálatánál - az egyik csőszakaszon aktív, a másikon reaktív rúdterhet értelmezni a csőre ható nyomásból? 7 Az alábbiakban ezzel a kérdéssel foglalkozunk, a rövidség kedvéért csak egyedül futó kör keresztmetszetű csövek vizsgálatával kapcsolatban. Azt, hogy a csővezeték egyedül futó vezeték, azért kötjük ki, hogy ne kelljen foglalkoznunk a csoportosan vezetett csövek egymásra hatásának problémáival. (Arra, hogy ezek a problémák miből állnak, az egyedül futó csővezetékek vizsgálatának eredményeiből következtetni lehet) A csővezeték terheiről ugyancsak

kikötjük, hogy a térszíni terhelés csak statikus tehertöbbletként kelt igénybevételeket. Ezt azért fontos előre bocsátanunk, mert a nagy forgalmú közutak burkolata alatt vezetett, ill ilyen utakat és vasútvonalakat keresztező nyomvonalú csővezetékek terheit a térszíni járműteher nemcsak tehertöbblet formájában módosítja, hanem azáltal is, hogy a mozgó teher dinamikus hatása megváltoztatja a földtakarás mechanikai állapotát. Ez lényegesen nagyobb befolyással lehet a földterhek alakulására, mint azok a körülmények, amelyeket az alábbiakban figyelembe kívánunk venni A járműteher említett módosító hatása többrétű. Az időben gyors váltakozású teher a vibrálással történő tömörítéshez hasonló mechanizmus mozgósításával változó tömörségű zónákat hoz létre a terepszint és a vezeték közti földtömegben, ami általában lényegesen kedvezőtlenebb nyomáseloszlás kialakulásához vezet, mint amilyet a

csövek körül e hatás nélkül feltételezhetünk. A gyors feszültségváltozások az ún semleges feszültségekben is jelentkeznek, és olyan lökésszerűen pulzáló áramlást indukálnak a pórusvízben, amely egyre növekvő tartományban képes elsodorni a talaj finom szemcséit, megbontani a talajváz struktúráját. Ezt a mechanizmust pumpáló-hatásnak nevezik Mind a tömörítő, mind a pumpáló hatásnak az az első következménye, hogy az eredetileg sima térszíni járófelület egyenetlenné válik. Ez „pozitív visszacsatolású” folyamat, egyrészt azért, mert a felszíni egyenetlenségek növekvő nagyságú dinamikus hatást keltenek, másrészt azért is, mert az egyenetlen burkolati mozgásból károk alakulnak ki, amelyeken egyre erősödő helyi vízbeszivárgás alakul ki, ez egyre erősebbé teszi a semleges feszültség pumpálóhatását. Ez a hatás, nem pedig a statikus többletteherként modellezhető dinamikus hatás az oka annak, hogy a

nehéz járművekkel terhelt városi főútvonalak környezetében olyan gyakran meghibásodnak azok az öntöttvas vagy előregyártott feszítettbeton elemekből készített csővezetékek, amelyek más helyeken évtizedeken át kifogástalanul működnek. Ez a jelenség nemcsak a nagykeresztmetszetű ivóvízszállító csővezetékeknél okoz gyakori problémát, hanem a viszonylag alacsony töltésen futó autópályák csőátereszeinél is. A gyakori meghibásodás elkerülése komplex tervezői és üzemeltetői feladat. A gyakorlatban ezeknek a hatásoknak a vizsgálatától csak igen nagy (kb. 3 m-t meghaladó vastagságú) földtakarás esetén tekinthetünk el. Kézenfekvő dolog, hogy lehetőség szerint kerülni kell a nagy közúti terhelésű útvonalak és a csővezetékek kereszteződését, ugyanígy kézenfekvő, hogy a kereszteződések helyén fokozott gondot kell fordítani az útpálya egyenletességére és a burkolat épségére. Megfontolandó az is, hogy a

kereszteződés helyén a vezetékbe a környezeti mozgások hatásának jobban ellenálló szakaszt iktatnak be, ill. a csővezetéket közműalagútban vezetik át a keresztezés alatt A csővezetékekre ható talajfeszültségek nagysága és eloszlása erősen függ attól, hogy milyen technológiával készül a vezeték. A csőfektetés két alapvetően különböző lehetősége: a föld-kitakarással, ill. a föld-kitakarás nélkül végzett építés 8 A föld-kitakarással végzett eljárás a térszín és a cső tervezett helye közti föld eltávolításával kezdődik. Ennek két változata a széles munkaárok és a keskeny munkaárok alkalmazása. Széles munkaárok esetén az árok állékonyságát megfelelő emelkedésű rézsű biztosítja, függőleges falú keskeny munkaároknál pedig egymáshoz dúcolt szádfalazás. Mind a széles, mind a keskeny munkaárok esetén alkalmazható a monolit építési technológia, de ezt manapság csak különleges

igények indokolhatják. Az előregyártott csőszakaszok fektetését a keskeny munkaárok alkalmazásánál körülményessé teszi, de nem teszi lehetetlenné az árokfalak biztosító dúcolata. A csőszakaszokat a keresztirányú erőtani vizsgálat során meghatározott követelményeknek megfelelő, homokréteg vagy soványbeton-réteg alkalmazásával kialakított ágyazatba fektetik, a föld visszatöltésekor a cső környezetét fokozott gondossággal tömörítik. Az ágyazó réteg alkalmazására azért van szükség, mert a visszatöltött földet a fölfekvési vonal környezetében kialakuló zugban sosem lehet kielégítő mértékben tömöríteni, ha pedig a föld itt tömörítetlen marad, a cső támaszreakciója szinte élteherként hat a csőre, ami nagyon kedvezőtlen keresztirányú igénybevétel-eloszlást eredményez. Árokbiztosítás vízszintes és függőleges pallózattal A föld-kitakarás nélkül végzett eljárások alkalmazása akkor kerül

előtérbe, ha a felszíni forgalom miatt nem lehetséges munkaárok nyitása, ill. ha az árok mélysége, a kedvezőtlen geotechnikai adottságok vagy a talajvíz jelenléte miatt a munkaárok falának állékonysága csak aránytalanul nagy költséggel lenne biztosítható. Ilyen esetekben nagy keresztmetszetű csővezetékek építésére a bányászati, alagútépítési módszerek, kisebb keresztmetszetű csővezetékek építésére az átsajtolás módszere alkalmazható. 9 Csőfektetés keskeny munkaárokban fémtáblás oldalfal-védelemmel A keresztirányú vizsgálat A csővezetékre ható feszültségek elsősorban az alábbi három tehertípus hatásaiból tevődnek össze: a csövet körülvevő földtömeg súlyából keletkező feszültségek, a térszínt, ill. a vezeték fölötti réteget terhelő építmények járművek stb terheiből keletkező feszültségek és a talajvíz nyomása A csövek hossz- és keresztirányú igénybevételeinek alakulásában

lényegesen csekélyebb a csővezeték önsúlyának, ill a vezetékben szállított közeg súlyának a szerepe, elsőrendűen fontos viszont a belső túlnyomásból, ill. a közeg mozgásának dinamikus hatásaiból származó terhek figyelembevétele A terhelő földréteg önsúlyából származó teher kiindulási értéke a geosztatikus vagy nyugalmi földnyomásnak nevezett érték. Ez olyan jellegű nyomáseloszlás, amely a talajjal azonos sűrűségű nyugvó folyadékban alakulna ki. A nyugvó földtömegben a belső súrlódás és a kohézió miatt lehetőség van a hidrosztatikustól különböző nyomáseloszlás kialakulására is, de a térszíni hatások és a földkéregben mindig jelenlevő mikro-rezgések a hidrosztatikus nyomáseloszlástól való eltérést képviselő ún. deviátor-feszültségek folyamatos leépülését okozzák, így a geológiai időskálán nyugalomban lévőnek tekintett földtömeg zavartalan állapotában nagy megbízhatósággal

feltételezhető a hidrosztatikus feszültségeloszlás Ha a föld-kitakarás nélküli építés technológiáját úgy tudnánk alkalmazni, hogy a környező földtömeg állapota zavartalan maradjon, földtömeg súlyából származó nyomáseloszlásnak a hidrosztatikus nyomáseloszlást tekinthetnénk. Ennek azonban több rendbeli akadálya van. Az egyik akadály az, hogy az így feltételezett talajfeszültségek nem alkotnak egyegy csőszakaszon egyensúlyi erőrendszert, hanem a felhajtóerővel analóg fölfelé mutató erő az eredőjük, amely nincsen közvetlen kapcsolatban a cső, ill. a csőben szállított közeg súlyával, hiszen annál nagyobb is, kisebb is lehet. A egyensúly követelménye miatt mindkét esetben módosulnia kell a feszültségeloszlásnak. pgeostat.= ztalaj terepszint z Felhajtó erő a talajban? Ennél is nyomósabb ok a feszültségek módosulására az, hogy a csőfalban a rá jutó terhekből igénybevételek lépnek fel, ezek hatására

a cső alakváltozást szenved, és ez az alakváltozás visszahat a földnyomásra. Egyenletes eloszlású radiális felületi teher működtekor a csőfal összenyomhatósága a t falvastagság és az E rugalmassági modulus növelésével csökken, az R sugár növeke- 10 désével nő. A talaj összenyomhatósága az M összenyomódási modulussal fordítottan arányos, ezért egy egyenes tengelyű csőszakasz és a talaj együttes deformálhatóságára – a csőfalban csak gyűrűirányú normálerőket feltételezve - hasznos információt ad az E t CN  M R jelzőszám nagysága. Ha ez a jelzőszám nagy, a cső a talajban a környezeténél merevebb zárványhoz hasonlóan, ha kicsiny, akkor pedig a környezeténél lágyabb zárványhoz hasonlóan módosítja a zavartalan állapot feszültségeloszlását. A cső falának összenyomódásához köthető deformálhatóságot akkor ítélhetjük a környezetével azonosnak, ha C N -re 1 körüli érték adódik. A C N

jelzőszám azonban csak akkor tükrözi megfelelően a deformálhatóságok arányát, ha a csőfal deformációját elsősorban gyűrűirányú normálerő okozza. Ha viszont a deformációit elsősorban a gyűrűirányú nyomatékok alakítják, a C N jelzőszám értéke erősen félrevezető. Sokkal reálisabb képet ad ekkor a deformálhatóság mérlegeléséhez a 3 E t    M R jelzőszám értékének alakulása, amely viszont a csőfalnak a nyomatéki alakváltozásait tükrözi. A cső deformálhatóságát akkor tekinthetjük a környezeténél nagyobbnak, ha C M értéke az 1 érték alatt marad. Látható, hogy a két mérőszám között akár több nagyságrend eltérés is lehet. Ha mindkét igénybevétel hatását egyetlen CM  C NM E  M t    R  hányados alkalmazásával akarjuk figyelembe venni, akkor a t/R hányados kitevőjét 1 és 3 közt kell felvennünk. Nagy mélységben fekvő cső esetén (h takarás 

10R) esetén inkább a C N hányados, kicsiny (h takarás  2R ) földtakarás esetén inkább a C M hányados ad reális lehetőséget a talaj és a cső deformálhatóságának összevetésére ezért  értékét voltaképpen a takarás függvényében kellene felvenni. Tekintettel azonban arra, hogy a hányadost inkább csak nagyságrendi tájékozódás célját szolgálja, az egyszerűség kedvéért a mélységtől független,  = 2 és  = 3 közé eső értékkel szokták a C NM kombinált jelzőszámot képezni. A szerkezetet merev keresztmetszetű csőként méretezhetjük, ha a C NM értéke lényegesen nagyobb egy elméleti levezetés, ill. kísérletek alapján meghatározott értéknél, keresztirányban számottevő ellenállás nélkül deformálódónak tekinthetjük, ha lényegesen kisebb annál. Ezt a határt az irányelvek  értékétől függően 01 ~ 1 között javasolják felvenni Az ivóvízhálózatban elterjedten alkalmazott feszítettbeton

csővezetékeknél és a vastag falú öntöttvas csöveknél átlagos fektetési körülmények mellett C NM általában 20nál nagyobbra adódik, ezért ezeket a csöveket szinte mindig merev keresztmetszetűnek tekinthetjük. A varratnélküli, ill spirálvarratos acélcsövek és a műanyagcsövek esetén viszont C NM általában 1-nél kisebb értékű, ezért ezek deformálható keresztmetszetű csövekként kezelhetők. (A C N , C M és értékhatáraira vonatkozóan is számos, részben egymásnak ellentmondó javaslatot dolgoztak ki, készültek olyan irányelvek is, amelyek a deformálhatóság vizsgálatára több jelzőszám együttes alkalmazását javasolják. A keresztirányú méretezés elvégzéséhez hazánkban leggyakrabban használt segédletek C NM C M 11 feltételezésével  = 3 kitevő használatát javasolják, és határértékként a C NM = .1 értéket jelölik meg.) A földterhekből származó igénybevételek számításának első lépése a

földnyomás függőleges irányú p függ értékének a felvétele. Ezt az értéket a fektetési technológia figyelembevételével a geosztatikus nyomás értékénél kisebbre vagy nagyobbra kell választanunk A széles árokban fektetett vagy töltés alatt, annak megépülése előtt átvezetett merev keresztmetszetű cső földterheinek alakulásánál azt kell figyelembe vennünk, hogy a visszatöltött föld tömörödési mozgását merev cső fölött a cső jelenléte akadályozza, vagyis ez a földtömeg mintegy lemarad a szomszédos földtömeghez képest, így akadályozza annak a mozgását. Ebből az következik, hogy a csőre – elsősorban függőleges irányban - a. b. A töltésállapotra (a), ill. az árokállapotra (b) jellemző földmozgás nagyobb földteher fog hárulni, mint amekkora a geosztatikus teher esetében hárulna rá. A cső fölötti földnek ezt az állapotát töltésállapotnak nevezzük (a. ábra) Keskeny árokba fektetett merev

keresztmetszetű csőnél a helyzet megfordul. Mivel az árkot határoló földtömeg tömörödöttnek tekinthető, az árok visszatöltése során a végleges tömörséget még el nem érő föld további tömörödéséből származó függőleges mozgást az árok falai gátolják. Emiatt a csőre – elsősorban függőleges irányban – kisebb földteher fog hárulni, mint amekkora a geosztatikus nyomáseloszlás esetében hárulna A viszszatöltésnek ezt az állapotát árokállapotnak nevezzük (b ábra) A szemcsés és a kötött talajok feszültségeinek hosszú idő alatt bekövetkező változásaiból egyaránt az következik, hogy mind a töltésállapot, mind az árokállapot szerinti nyomáseloszlás az idő múlásával a geosztatikus nyomáseloszlás irányában módosul. A p függ felvételét a csőre jutó földteher felvétele követi. A gyakorlatban használatos módszerek egységesek abban, hogy a C NM hányados tükrében merevnek, ill. deformálható

keresztmetszetűnek minősülő csövek esetén eltérő eljárást alkalmaznak a földterhek felvételére. Merev keresztmetszetű csöveknél elfogadható az a közelítő feltételezés, hogy a keresztmetszet alakváltozásai nem befolyásolják a kialakuló földnyomás nagyságát és el- 12 oszlását. Ennek köszönhetően a cső földterhei aktív és reaktív terhekre bonthatók Aktív teher a visszatöltött föld árok- vagy töltésállapotának feltételezésével számított nyomás függőleges és vízszintes összetevője a cső „fölső” és „oldalsó” felületén. Ezeket az egyszerűség kedvéért lefelé mutató, alaprajzban egyenletesen megoszló p függ teherként veszik fel a cső felső felén, ill a vízszintes irányú vetületben egyenletesen vagy trapézdiagram szerint megoszló p vízsz teherként a feltételezett ágyazási szektor fölött A p vízsz teher nagyságát a földvisszatöltés és a tömörítés módszerének

figyelembevételével kell megállapítani, a gyűrűirányú nyomatékok szempontjából a legkedvezőtlenebb tehereloszlás általában akkor adódik, ha p vízsz értékét az aktív Rankine-állapot feltételezésével k a p függ értékűnek tételezzük fel. A reaktív teher a csőkeresztmetszet alsó 2 szögnyílású szektorában egyenletesen megoszló radiális teher, amelynek nagyságát úgy kell felvenni, hogy a csövön figyelembe vett teljes teherre vonatkozóan az egyensúly fennálljon. A 2 szög nagyságát a cső fektetési technológiájának figyelembevételével általában 60 és 90 fok között szokták felvenni. Az igénybevétel-számításra legtöbbször a zárt körgyűrűkre az ú.n -ponti módszerrel levezetett képleteket alkalmazzák p függ p p vízsz vízsz 2 preaktív A tehereloszlás felvétele merev keresztmetszetű cső vizsgálatában Fontos tudnunk, hogy a kör keresztmetszetű csőben a keresztirányú igénybevételek

alakulása annál kedvezőbb, minél szélesebb felfekvést tudunk biztosítani a csőnek, ill. minél közelebb tudjuk hozni egymáshoz a a p függ és a p vízsz terhek nagyságát. Ha a csővezeték fektetésére nyitott széles árok fenékszintje a termett talajon van, a keresztirányú nyomatékok szempontjából legkedvezőtlenebb nyomáseloszlás általában a földvisszatöltést közvetlenül követő időszakban alakul ki, idővel ez a nyomáseloszlás a nyomatékok szempontjából kedvezőbbé válik. Deformálódó keresztmetszetű csöveknél azzal a feltételezéssel szokták a földterhek hatását vizsgálni, hogy a csőfal elegendően hajlékony ahhoz, hogy a nagy keresztirányú hajlítást okozó terhek elől kitérjen, összenyomódási merevsége viszont elegendően nagy ahhoz, hogy a környező talajhoz a kerület lényeges megváltozása nélkül hozzá tudjon feszülni. Ebből a két feltételezésből az következik, hogy a csőre ható földnyomás nem 13

különíthető el aktív és reaktív terhekre, mert az árok- vagy töltésállapot feltételezésével számított függőleges és vízszintes nyomások a keresztmetszet alakváltozásai miatt lényegesen módosulnak. A nyomások eloszlása úgy változik meg, hogy a cső a rájutó teljes terhelést gyűrűirányú normálerőkkel tudja fölvenni. (Ehhez természetesen az szükséges, hogy a csövet körülvevő földtömeg vízszintes irányban is kellő ellenállást tudjon kifejteni, azaz a cső és az árok függőleges fala közti rést kitöltő földtömeg is megfelelően tömörített legyen.) A cső ilyenkor sem teljesen nyomaték- és nyíróerő mentes, mert az alakváltozásokhoz görbületváltozások is tartoznak, de ezeknek az igénybevételeknek a szerepe a csőre ható földnyomás-eloszlás alakításában csekély. b= Rr A nyomatékok nagyságrendjét úgy szokták megállapítani, hogy a fölfektetés és a földvisszatöltés módszerének analízisével

becslő értéket adnak a csőkeresztmetszet függőleges és vízszintes átmérőjének 2r hosszváltozására. a= R+ r A megváltozott keresztmetszetet az egyszerűség kedvéért a = R + r nagy-, ill. b= R - r kistengelyű ellipszisnek tekintve, a maximális görbületváltozások az ellipszis ismert R a =b2/a ill. R b =a2/b tengelyponti görbület-képleteinek felhasználásával a következők: (R+r)/( R-r)2 –1/R=[(R+r)R-( R-r)2]/ R( R-r)2  +3r/R2. ill. (R-r)/( R+r)2 –1/R=[(R-r)R-( R+r)2]/ R( R+r)2  -3r/R2, A maximális görbületváltozások alapján a maximális nyomatékok a csőfal hajlítási merevségének ismeretében kiszámíthatók. Ugyancsak kiszámítható annak a kerület mentén p M cos(2) szerinti megoszlást mutató teherkomponensnek a nagysága, amely a csőkeresztmetszet feltételezett mértékű ellapulását okozza Nem szabad szem elől téveszteni, hogy a vékony falú csőkeresztmetszetek

nagy deformálhatósága abból adódik, hogy a henger alakú héjak (a vékony falú csövek voltaképpen ilyen szerkezetek) az alkotóik meggörbülése nélkül képesek nyúlásmentes alakváltozásokra. (Nyúlásmentesnek azokat az alakváltozásokat nevezzük, amelyekkel szemben 14 csak a héjkeresztmetszet lemez-szerű hajlítási merevsége „dolgozik”, a sokkal jelentősebb ellenállást képviselő összenyomódási merevség pedig nem.) a A csőtengely irányváltozásának elvi megoldásai A görbe tengelyű csőszakaszok nem henger-, hanem tórusz alakú (a. ábra) vagy hengerszegmensekből álló összetett héjak (b. ábra), amelyekre nem jellemző a nyúlásmentes alakváltozás Az irányváltozások környezetében a csövek keresztmetszetének deformálhatósága ezért nagyságrenddel kisebb az egyenes tengelyű csövekénél Szintén csökkenti a csőkeresztmetszet deformálhatóságát, ha a csövet nagy hajlítási merevségű csőszakaszok, ill.

gyűrűk merevítik Az egymásba tolható végekkel kialakított, tokos előregyártott csőelemekből álló csővezeték méretezésénél nem hagyhatjuk figyelmen kívül egyrészt azt, hogy a kiszélesedő csővégek jelentős keresztirányú merevítést adnak a csőnek, másrészt azt, hogy ezek a szakaszok jelentős nagyságú keresztirányú igénybevételt „vonzanak” magukhoz. A hosszú csőszakaszok mentén változó talajviszonyok, takarási mélység és térszíni terhek hatásának többé-kevésbé reális modellek alkalmazásával történő meghatározása természetesen nem azonos a cső méretezésével. Azt is végig kell gondolnunk, hogy voltaképpen mit is kezdhetünk egy-egy igénybevétel-számítás eredményeivel Ez leginkább az előregyártott csőelemekből gyártott vezetékek méretezésénél jelent gondot, hiszen a gyártás során nem lehetünk tekintettel a végleges hely speciális terhelési viszonyaira, viszont azt sem tehetjük meg, hogy az

összes elemet a legkedvezőtlenebb körülmények feltételezésével számítható hossz- és keresztirányú igénybevételekre méretezzünk. Ennek a problémának a „mérnöki szemléletű” megoldása az, hogy nem a csövek teherbírását módosítjuk a fellépő terhek és igénybevételek figyelembevételével, hanem a fellépő terhek és igénybevételek nagyságát a csövek teherbírásának a figyelembevételével. Ez az elv egyáltalán nem olyan „fából vaskarika”, mint első hallásra gondolnánk, hiszen miért ne fordítanánk a hasznunkra, éppen a helyi körülményektől való erős függést, ha lehetséges Magát a föld súlyát ugyan nem tudjuk megváltoztatni, viszonylag csekély ráhatásunk lehet a térszínt terhelő terhek nagyságának az alakulására is, de azt lényegesen tudjuk befolyásolni, hogy ezekből a terhekből milyen nagyságú igénybevételek alakulnak ki a csővezetékben. A keresztirányú igénybevételek nagysága adott aktív

teher esetén érzékenyen függ a cső 2 ágyazási szögének nagyságától. Minél nagyobbra választjuk ezt a szöget, annál kisebb keresztirányú hajlító nyomaték ébred a csőben. Természetesen az ágyazási szög növelése – a homokágy vastagságának növelése, soványbeton fektető réteg alkalmazása többletmunkával és többletköltséggel jár. Azokon a helyeken tehát, ahol az átlagosnál nagyobb terhek fellépte nem várható, nem célszerű az átlagosnak tekintett ágyazási vi- 15 szonyokat minimális ráfordítással biztosító fektetési módtól eltérni. Ahol viszont a talajviszonyok, a takarási mélység megváltozása vagy a térszíni teher nagyobb volta miatt nagyobb terhek és igénybevételek léphetnek fel, módosítjuk a csőfektetési technológia paramétereit. Hosszirányú vizsgálat Az állandó mélységben futó, állandó keresztmetszetű csővezetékek keresztirányú méretezése során minden keresztmetszetben egyensúlyi

erőrendszert alkotó aktív ill. reaktív terheket vehetünk figyelembe Ha ugyanezt a feltételezést alkalmaznánk a hosszirányú méretezés során is, ebből az adódna, hogy a földterhek semmiféle hosszirányú igénybevételt nem keltenek. Ez azonban ellentétes a tapasztalattal A hosszirányú méretezést ezért azzal a feltételezéssel kell végeznünk, hogy a csővezeték fektetési technológiája által előírt módszer legpontosabb alkalmazásakor sem lehet kizárni azt, hogy a cső felfekvése egyenetlenné váljon, egyes szakaszokon a földterhek a számítottnál nagyobb vagy kisebb értékűek ne legyenek. Ezek az eltérések végső soron azt eredményezik, hogy a csőben „hosszirányú igénybevételek”, - azaz a hosszirányú vizsgálat tárgykörébe eső igénybevételek - is fellépnek. Előregyártott elemekből álló csővezeték A „hosszirányú igénybevételek” vizsgálata során a csöveket általában körgyűrű keresztmetszetű rudaknak

szokták tekinteni. Az előregyártott csőelemekből álló csövekről általában felteszik, hogy a kapcsolat csak a csőtengelyre merőleges irányokban gátolja a csatlakozó végek relatív eltolódást, azaz a csőszakaszok tengelyirányú relatív elmozdulásai létre jöhetnek, és elegendő játéka van a kapcsolatnak ahhoz is, hogy a csővégek a csatlakozási keresztmetszet síkjában fekvő tetszőleges irányú relatív forgástengely körül nem túl nagy szögben el tudjanak fordulni. A feszítettbeton csöveknél ezt a mozgási lehetőséget a csővég és a tok közti gördülő gumigyűrű alkalmazásával biztosítják Az ilyen illesztésű csöveket ezért csuklós kapcsolatú gerendaelemekből álló láncolatnak modellezzük, amelyben egy-egy gerendaelemnek egy-egy csőelem felel meg. A gerendákat folytonosan alátámasztottnak tekintjük, de az előző bekezdésben mondottak miatt feltesszük, hogy bizonyos helyeken, valamilyen hosszúságban az alátámasztás

nem teljes értékű. Ugyanígy, a gerendaterheket is bizonyos helyeken az átlagostól eltérő nagyságúnak tekinthetjük. A „bizonyos helyeken,” a „valamilyen hosszúságban,” a „nem teljes értékű,” ill. az „átlagostól eltérő” itt sajnos nem óvatoskodó fogalmazás vagy mellébeszélés jele, hanem azt mutatja, hogy olyan adatokról van szó, amelyek nagyságára nehéz általánosságban bármit mondani. Valóban, ezek az adatok nagyon erősen függnek nemcsak a szerkezeti kialakítástól, hanem a telepítés adottságaitól, a csőfektetés módszerétől, szakszerűségétől is. Szembe kell tehát néznünk azzal a ténnyel, hogy nincs olyan vizsgálati modell felvéte- 16 lére lehetőség, amelynek alkalmazásával az adott helyen fekvő csőszakasz igénybevételeit a mérnöki szerkezetek vizsgálatánál megszokott pontossággal meg tudnánk állapítani. A méretezési eljárások többsége a rugalmas ágyazású gerendák vizsgálati

módszereit alkalmazza. Ezek az eljárások csövet olyan gerendának tekintik, amelynek a tengelyére merőleges irányú elmozdulásait – hasonlóan a térszínre fektetett gerendákéhoz – az elmozdulással arányos ágyazási reakció gátolja. A C ágyazási tényezőt a talaj M összenyomódási modulusa és a cső D átmérője alapján a M D képlettel szokták felvenni. A cső hajlításának differenciálegyenletét az ágyazási reakció figyelembevételével az alábbi: C = (2~3) d 4w  CDw  p , dx 4 ahol EI a csőkeresztmetszet hajlítási merevsége, D a cső átmérője, w a lehajlásfüggvény, p pedig a csőre ható aktív függőleges teher, rúdteher formájában figyelembe véve. A rugalmas ágyazású gerendák elméletéből ismert, hogy a módosított hajlítási differenciálegyenlet megoldásában központi szerepet játszik a CD , k 4 4EI csillapítási tényező ill. az l 0 karakterisztikus hossz, amelyet k reciprokaként definiálunk A csövet

a további vizsgálatok során merev szakaszokból összetevődőnek lehet tekinteni, ha a csőszakaszok hossza nem haladja meg (1~2)l 0 értékét, egyik, ill. mindkét irányban végtelen hosszúnak, ha a csőszakaszok hossza meghaladja a (6~8)l 0 értéket. A merevnek tekintett csőszakaszokból álló csövek vizsgálatára olyan rugalmas ágyazású csuklós rúd-láncolatot szoktak alkalmazni, amelyről felteszik, hogy a csőre jutó aktív terhek a csuklópontokban működő koncentrált erők formájában adódnak a szerkezetre, a rugalmas ágyazás reaktív terheinek diagramja pedig szakaszok merevtest-szerű elmozdulásának megfelelően egyenes vonalakból tevődik össze. Ha a csőszakaszok „rövidek”, azaz az L csőhossz nem haladja meg az l 0 karakterisztikus hossz néhányszorosát, eltekinthetünk a reakcióintenzitás alakulásában a csőszakasz meggörbülésével járó alakváltozások hatásától. Ebben az esetben a reakció-eloszlás diagramja jellemzően

egyenes vonalú. Ez a sajátság egy viszonylag egyszerű vizsgálati modell felépítését teszi lehetővé. EI F w L A vizsgálati modell alapösszefüggése az egyik végpontjában F erővel terhelt merev rúdszakasz két végponti lehajlásának képlete. 17 A terhelt végpont lehajlása: w 4F , CDL az átellenes végponté w 2F . CDL Ennek a megoldásnak a felhasználásával F1 F2 w2 w1 L a mindkét végén terhelt csőszakasz végponti lehajlásai: w1  4 F1 2 F2  , CDL CDL w2   2 F1 4 F2  , CDL CDL amelyből F1  CDL 2 w1  w2  , 6 F2  CDL w1  2w2  . 6 Ha figyelembe vesszük, hogy az egymáshoz csatlakozó szakaszvégek lehajlásai egyenlők, a külső terheket pedig a csatlakozó szakaszvégeken működő erők összegeként értelmezzük, a fenti egyenletek felhasználásával minden külső erőt fel tudunk írni a láncolat két végpontján és a belső csuklóknál fellépő lehajlásokat tartalmazó

kifejezés formájában. Ezek a kifejezések éppen az ismeretlen lehajlások számával egyező számú lineáris egyenletet alkotnak, amelyek mindegyike legfeljebb 3 szomszédos csuklóponti lehajlást tartalmaz ismeretlenként Az i-edik csuklópontra vonatkozó egyenlet: Fi  CDL wi 1  4wi  wi 1  . 6 Ezeket az egyenleteket a csuklópontok sorrendjében felírva az egyenletrendszer együtthatómátrixa ún. kontinuáns mátrix lesz, amelynek csak a főátlójában és az ezzel szomszédos két mellékátlóban vannak zérustól különböző elemei. Ezt a modellt könnyen módosíthatjuk úgy, hogy alkalmassá váljon olyan láncolat vizsgálatra, amelyben nem nyomatékmentes csuklók, hanem rugalmas kapcsolat van a szakaszok közt feltételezve. Vezessük be a C M merevséget a csuklók rugalmas kapcsolatának jellemzésére: 18 Mi = CM i ahol M i és  i az i sorszámú csuklóponton fellépő nyomatékot és relatív elfordulást jelöli. (Ennek a C

M -nek semmi köze nincs ahhoz a hasonlóan jelölt mérőszámhoz, amellyel korábban a cső és a talaj együttes deformálhatóságát jellemeztük!) Az elfordulások és a csuklóponti elmozdulások kapcsolata a következő:  i = ( 2 w i – w i-1 – w i+1 ) / h, FI-2 WI-2 FI-1 FI FI+ 1 FI+ 2 WI-1 WI WI+ 1 MI-1 MI MI+ 1 WI+ 2 ahol w i az i sorszámú csuklóponton fellépő lehajlást, h pedig a szakaszok hosszát jelöli. Az előző megoldás szerint az i sorszámú csuklóponton működő F i külső teher a kapcsolati nyomatékok figyelembevétele nélkül a következőképp fejezhető ki a csuklóponti lehajlásokkal: Fi  CDh 4wi  wi 1  wi 1  , 6 A csuklóponti nyomatékok hatásának a figyelembevétele céljából ezt a képletet a nyomatékokból számítható csuklóponti erőkkel kell kiegészítenünk. Ennek megfelelően a képlet a következőképp módosul: Fi  CDh wi 1  4 wi  wi 1   1  M i 1 

2M i  M i 1  . 6 h A csuklóponti nyomatékokat a relatív elfordulásokkal, azokat pedig a lehajlásokkal kifejezve, a cső belső csuklópontjain működő erők egyensúlyára az alábbi egyenlet adódik: CDh wi 1  4wi  wi 1   C M2 wi 2  4wi 1  6wi  4wi 1  wi  2  Fi  6 h A cső két végén, ill. a végpontok szomszédságában fekvő csuklópontokon ez az egyensúlyi egyenlet értelemszerűen aszerint módosul, hogy milyen mozgáskorlátozást tételezünk fel a csővégeken. A módosítás végeredménye olyan egyenletrendszer lesz, amelynek együtthatómátrixában 2-ről 4-re növekszik a nemzérus elemeket tartalmazó mellékátlók száma. 19 Ez az általánosítás azt is lehetővé teszi, hogy a csőszakaszok hajlékonyságát ezekbe a rugalmas csuklókba koncentrálva a folytonos rugalmas ágyazású gerenda diszkretizált helyettesítő modelljét vegyük fel. Ilyenkor a csőszakaszok hossza helyét

egyszerűen a diszkretizáláshoz használt osztásköz veszi át, C M értékét a C M = EI cső / h képlettel vesszük fel, és a csővégek mozgáskényszereiként a differenciálegyenlet peremfeltételeivel analóg feltételeket adunk meg. (Ezt joggal mondhatjuk "kifordított gondolkodásnak" is, hiszen a differenciálegyenlet peremfeltételeit voltaképpen azok a mozgáskényszerek határozzák meg, amelyekkel most ezeket a peremfeltételeket helyettesítjük) A diszkretizált modell megoldása mindig számítógépet igényel, mégis, sok szempontból könnyebben kezelhető, mint az analitikus megoldások, mert lehetőséget ad arra, hogy bizonyos helyeken eltérő merevséget, eltérő ágyazási tényezőt vegyünk figyelembe, azaz bővül a vizsgálat kiinduló adataiban lévő bizonytalanságok figyelembevételének a lehetősége. A modell felvételéhez hozzátartozik a terhek felvétele is. Ehhez a keresztirányú méretezésben aktív teherként kezelt terheket

szokták rúdteherré átszámítani, azt feltételezve, hogy a reaktív terhek felvételét a modellben használt rugalmas ágyazás biztosítja. Azt, hogy a cső felfekvése bizonyos szakaszokon nem teljes értékű, az ágyazási tényező ennek megfelelő lecsökkentésével lehetne a számítási modellben figyelembe venni. Ennek körülményes volta miatt általában úgy egyszerűsítik a vizsgálatot, - bár ez semmiképp sem tekinthető a hiányos ágyazású modell korrekt megoldásának, - hogy a keresztirányú vizsgálatban aktív teherként kezelt teherrészt a feltételezett kiüregelődés hosszán – többletteherként - még egyszer a szerkezetre teszik. A térszíni terhek hatását a teher által keltett feszültségekre vonatkozó egyszerűsítő feltételezések (pl. 45o-os "erőterjedés") alkalmazásával veszik figyelembe Ahol a térszín terheletlen, az állandó mélységben, teljes értékű felfekvéssel futó cső rúdterhe egyenletesen

megoszló teher. A rugalmas ágyazású gerenda teherviselésének ismert sajátossága, hogy az egyenletesen megoszló teher csak akkor kelt igénybevételeket a szerkezetben, ha a megtámasztások gátolják az ágyazatra felfekvő szerkezet merevtestszerű elmozdulását. Ugyancsak jól ismert sajátossága a teherviselésnek, hogy ezeknek az eltéréseknek a hatása csak a többlet-megtámasztás környezetében jelentkezik. Ennek kiterjedéséről a hajlítási merevség és az ágyazási tényező alapján számított k csillapodási tényező, ill. ennek reciproka, az l 0 karakterisztikus hossz ad tájékoztatást Emiatt az átszámított rúdterhek egyenletesen megoszló részével csak ott kell foglalkoznunk, ahol a cső alátámasztása – pl. az aknákhoz csatlakozás helyén vagy a cső végein – eltér attól, amit az ágyazás felvételénél feltételeztünk Az igénybevételek vizsgálatához elegendő a többlet-megtámasztás (3~6)l 0 hosszúságú környezetét

leképező számítási modell alkalmazása Hasonló a csillapítás szerepe a koncentrált terhek, ill. a teherintenzitás ugrásszerű változásainak környezetében. Ezért a kiüregelődés, ill a térszíni terhek által keltett igénybevételek vizsgálatához is elegendő a változó teherrel terhelt szakaszt és annak (3~6)l 0 hosszúságú meghosszabbításait leképező számítási modell alkalmazása. Iránytörés a csővezetéken 20 A csővezetékek méretezése során a fontosságukhoz képest csekély figyelmet szoktunk szentelni a "rúdszerű" nyíróerő és normálerő vizsgálatának. A "rúdszerű" nyíróerő szerepét elsősorban az elemekből álló csővezeték csatlakozásainak viselkedésével kapcsolatban szükséges tisztázni, a "rúdszerű" normálerő szerepe elsősorban az iránytörések helyén igényel gondos vizsgálatot. Foglalkozzunk most röviden a "rúdszerű normálerő" vizsgálattal. Az a. ábrán

egy víznyomás alatt álló csővezeték könyök-erőjátékának a vázlata látható, azzal a feltételezéssel, hogy (az egyenes csőszakaszon is) "rúdszerű" normálerőt felvenni képes csővezetékről van szó. Az ilyen csővezeték statikailag lehetséges - és többé-kevésbé meg is valósuló - erőjátéka az, hogy minden "teljes keresztmetszetben" - ezen azt értve, hogy a keresztmetszethez tartozónak tekintjük az átvágott csőfal-keresztmetszet mellett az átvágott víz-keresztmetszetet is, - zérus a keresztmetszeti normálfeszültségek eredőjének értéke. Ez azt jelenti, hogy a csőfalban működő húzófeszültségek eredője éppen az ellentettje a vízkeresztmetszeten működő nyomófeszültségek eredőjének Ha egy olyan szakasz statikai egyensúlyát vizsgáljuk, amelyet két "teljes keresztmetszet" vág ki a csővezetékből, azt látjuk, hogy a szakasz egyensúlya külső megtámasztás nélkül is automatikusan

fennáll, azaz a csőkönyök sem igényel külső megtámasztást. Megtámasztást nem igénylő, ill. megtámasztandó csőkönyök Az egymásba tolt végű elemekből álló csővezeték kapcsolataiban (b. ábra) nem tételezhetünk fel normálerő-átadódást a kapcsolódó elemek közt, az egyenes csőelemekben működő "rúdszerű" normálerő értékét ezért zérusnak tekinthetjük. Ugyancsak zérus a normálerő a csőkönyök és az egyenes szakaszok csatlakozási keresztmetszeteiben. Az előbbi értelemben vett "teljes keresztmetszeten" működő normálfeszültségek eredője azonban nem zérus, így a két "teljes keresztmetszettel" kivágott csőszakasz statikai egyensúlya csak egyenes szakasz esetén állhat fenn külső megtámasztás nélkül. Iránytörés, pl a b ábrán látható csőkönyök esetén a statikai egyensúly csak megfelelő irányú külső megtámasztás esetén állhat fenn. Az elemekből álló csővezetékek

iránytöréseinél feltétlenül biztosítanunk kell a fentieknek megfelelő megtámasztást ahhoz, hogy a csővezeték szét ne csúszhasson. A megtámasztásra ható erő a törésszög külső szögfelezőjének irányába mutat, nagysága pedig  F  2 pt A sin , 2 21 ahol p t a túlnyomást, A a cső belső keresztmetszeti területét,  pedig a törésszöget jelöli. A figyelembe veendő túlnyomás nem a csőben szállított közeg legnagyobb üzemi nyomása, hanem annál lényegesen nagyobb, az ún. zárási nyomásugrással megnövelt érték (Ezt a nyomásugrást - a hatásaira is jól utaló szóval - kosütésnek nevezik.) A hidrosztatikai nyomás alapján számított irányváltozási erőhöz áramló folyadék esetén hozzá kell adni a közeg impulzusának megváltozásából adódó erőt is, amely arányos a vezeték egy keresztmetszetén egységnyi idő alatt átáramló közeg sebességének (v) és tömegének (Q = Av) és szorzatával, ill. az

iránytörés félszögének szinuszával:   Fdin  2Qv sin  2 Av 2 sin . 2 2 A túlnyomás hatása a csövek állékonyságára Vizsgáljuk meg, milyen szerepe van a csőben esetleg fellépő túlnyomásnak a cső állékonyságára. A szemlélet azt sugallja, hogy a belső nyomás bizonyos értelemben stabilizáló hatású, mert a túlnyomásból a csőfalban alkotó- és gyűrűirányú húzás keletkezik, amely kiegyenesíteni igyekszik a nyomaték hatására meggörbülő csövet, ill. csökkenti az adott nagyságú ellapító teherhez tartozó ellapulás mértékét. Mégis, veszélyes tévedés az a megállapítás, hogy a túlnyomás általában stabilizáló hatású. Ha a túlnyomás olyan csőben jön létre, amely alkotóirányú erők felvételére alkalmatlan kapcsolattal csatlakozó szakaszokból tevődik össze, a túlnyomás a cső stabilitásvesztését okozhatja. Erről a következő érdekes vizsgálat győzhet meg. Tételezzük fel, hogy egy cső

két végébe egy-egy fix csuklóhoz csatlakozó dugattyú van bedugva, amelyek a csőfallal zárt üreget képeznek, de a csőben súrlódásmentesen mozoghatnak. Ezek a dugattyúk a csövet csuklós kéttámaszú tartóként megtámasztják, és a csőben úgy hozhatunk létre túlnyomást, hogy az nem okoz alkotóirányú húzást a falban. Ha az egyszerűség kedvéért eltekintünk az ellapulás hatásától, azaz a csövet konstans hajlítási merevségű kör keresztmetszetű rúdként vizsgáljuk, e rúd tengelyére merőleges irányú, hosszirányban szinuszos megoszlású  y  q  y   q 0 sin    l  teherhez tartozó lehajlás szintén szinusz alakú lesz:  y  w y   w0 sin  ,  l  ahol q 0 és w 0 kapcsolata az elemi hajlításelmélet szerint: q0  w0 E R 3 t 5 . l4 A q 0 amplitúdójú, szinuszos megoszlású teherfüggvényhez a támaszokon V 22 q0 l  nagyságú függőleges reakciók tartoznak,

a w 0 amplitúdójú szinusz alakú lehajláshoz a cső végkeresztmetszeteinek és az itt elhelyezkedő dugattyúk homlokfelületeinek   w0  l nagyságú elfordulása tartozik. 2R w0 N N 2V Túlnyomás hatására kivetődő cső Ha a cső belsejében p nagyságú túlnyomás működik, akkor a csővégek nagyságú elfordulása következtében a dugattyúk homlokfelületére ható nyomás N = pR2 eredője is elfordul, és a dugattyúk átellenes homlokfelületein működő két erő nem egymás ellentettje lesz, hanem mindkettőnek az eredeti tartótengelyre merőleges w0 p R 2  2 ~ w0  V  N l l kiegyensúlyozatlan komponense támad. Mivel a túlnyomást kiváltó közeget határoló felületen ható nyomások egyensúlyi erőrendszert alkotnak, a homlokfelületekre jutó nyo~ másból származó 2V nagyságú erő ellentettje a többletteherként a csőre hárul. A hajlítás során húzottá, ill. nyomottá váló felületrészekre jutó belső

nyomás részletes vizsgálatával meg lehet mutatni, hogy ez a többletteher ugyancsak szinuszos megoszlású, azaz a túlnyomás hatása olyan, mintha a csövet a q(y) terhen kívül egy ~ 2 3 V   y  w0 p R   y  ~ q y  sin  sin    2 l l  l   l  hajlító teher is terhelné. A teher- és a lehajlás-függvényben szereplő együtthatók kapcsolata a q hajlító teher és a p túlnyomás együttes hatása esetén ezért a következőképp módosul: q0  w0 p R 2  3 w0 E R 3 t 5  l2 l4 Ezt az egyenletet 23 q0 l 4 w0  E R 3 t 5 1 pl 2 1 2  E Rt formára rendezve azt állapíthatjuk meg, hogy a túlnyomás megnöveli a lehajlást, sőt, ha a második tényező nevezője zérushoz tart, tetszőlegesen kicsiny q 0 teherhez is végtelenhez tartó lehajlás tartozik. Azaz a cső kihajlik, tehát a túlnyomás destabilizáló hatású! A kritikus belső nyomás értékére második tényező

végtelenné válása alapján az alábbi képletet vezethetjük le: pkr   2 E Rt l2 . Ha p kr kritikus nyomás értékét megszorozzuk R2 -vel – azaz gyakorlatilag a cső belvilágának keresztmetszeti területével, – az l kihajlási hosszú, R sugarú és t falvastagságú körgyűrű keresztmetszetű rúd Euler-féle kritikus erejével azonos nagyságú erőt kapunk: p kr R 2   2 E R 3t   2 EI l2  l2  PE . Az eredmény úgy is értelmezhető, hogy a cső hajlító merevségével stabilizálja a nyomóerővel terhelt, hajlító merevség nélküli levegő- vagy folyadékoszlopot, mindaddig, amíg az abban működő nyomóerő el nem éri a levegő- vagy folyadékoszlop és a stabilizáló cső együttes kihajlásához elegendő nyomóerő nagyságát. A túlnyomás alatt álló csővezetékek rögzítéseinek megtervezésénél ezért ugyanúgy figyelembe kell vennünk a szerkezet karcsúságát, a vétlen külpontosság hatását, a

számított külpontosságok megnövekedését stb., mint a nyomott oszlopok tervezésénél A nagynyomású vízvezetékek feszítettbeton csődarabjait gumigyűrű vízzáró elem alkalmazásával úgy illesztik egymáshoz, hogy gyakorlatilag nem keletkezhet a csőben hosszirányú normálerő. A rugalmas csuklóként viselkedő gumigyűrűs illesztések töredékére csökkentik a több darabból álló csőszakaszok átlagos hajlító merevségét A fenti vizsgálatból arra következtethetünk, hogy amennyiben az ilyen csővezetéket nem rögzítik az illesztések helyén a csőtengelyre merőleges irányú elmozdulással szemben, a jelentős merevségcsökkenés miatt fennáll a veszélye annak, hogy a cső a nyomáspróba alkalmával rugalmas kapcsolatú merev rudak láncolatához hasonló módon is kivetődhet. Valóban, számos építési baleset következett be szakaszokból épített csővezetékek nyomáspróbája alkalmával, amelyek oka a túlnyomás okozta, két-három

csődarabot érintő kivetődés volt. 24 MSZ-10-310–86 Vízügyi Ágazati Szabvány VÍZÜGYI LÉTESÍTMÉNYEK. ÉPÜLETEN KÍVÜLI NYOMÁS ALATTI VÍZSZÁLLÍTÓ CSÕVEZETÉKEK (Kivonat) E szabvány tárgya az épületen kívüli, földben, vagy bármilyen más módon a térszín alatt és felett vezetett, legfeljebb 1,6 MPa üzemnyomásra igénybevett, ivóvizet, ipari vizet, csapadék – vagy szennyvizet szállító csõvezetékek építési elõírásai és minõségi követelményei. Nem tárgya a szabványnak: – a távhőellátás és a termálvízellátás csõvezetékei, – az oldatokat szállító csõvezetékek, – a csõvezetékbe beépített szerelvények, valamint azok működtetését, irányítását és a jelátvitelt szolgáló berendezések, – a csõvezeték térelhatároló-, tartó- és alapozási szerkezetei, szerelvényaknái, – a csõvezetékek hõszigetelése, – az árvízvédelmi gátkeresztezõdések és kitorkolló művek, – a nem

szokványos keresztezési műtárgyak és csõhidak tartó és kihorgonyzó szerkezetei, – az infrastrukturális létesítmények együttes kialakításával kapcsolatos különleges létesítési módok, (közműalagutak stb.), – az aktív korrózióvédelmi berendezések. Tartalom 1. A rendeltetéssel kapcsolatos általános követelmények 2. Építési és szerelési elõírások 3. Minõségi követelmények 4. A minõség ellenõrzése 5. Minõsítés 6. A csõvezeték üzembe helyezése elõtti műveletek 1. A RENDELTETÉSSEL KAPCSOLATOS ÁLTALÁNOS KÖVETELMÉNYEK 1.1 Csõvezetéket létesíteni csak a vonatkozó műszaki irányelvek alapján készített, az illetékes hatóság által engedélyezett tervdokumentációnak és a tervezõ művezetési elõírásainak megfelelõen szabad. 1.2 A jóváhagyott kiviteli tervtõl eltérni csak a megbízó elõzetes engedélye vagy utasítása alapján lehet Ha az eltérés a hatósági létesítési engedély elõírásaiban

foglaltakra is kiterjed, a hatósági hozzájárulás megszerzése is szükséges. 1.3 Csõvezetéket csak jogosult kivitelezõ építhet 1.4 Az eltakarásra kerülő létesítmények előírt vizsgálatát az eltakarás előtt kell végrehajtani Ettõl eltérni csak hatósági intézkedésre lehet 1.5 Meglévõ közművek keresztezését az általános érvényű elõírások szerint, valamint a közművet üzemeltetõ szervezet egyedi elõírásai szerint és felügyelete mellett kell megépíteni. A csõvezetéket keresztezõ létesítmények pontos helyzetét az építés kezdete elõtt kell meghatározni. A csõvezeték építése érdekében bármely keresztezett létesítményt csak 25 terv vagy tervezõi utasítás és a keresztezett létesítmény üzemeltetõi állásfoglalása alapján lehet kivitelezni. 1.6 A tervben nem szereplõ, de az építés során ténylegesen feltárt létesítmények pontos helyzetét, rendeltetését és a keresztezés műszaki feltételeit a

feltárásukat követõen kell meghatározni. A használaton kívüli létesítmények átvágásait mindkét oldalon le kell zárni 1.7 Az elkészült csõvezetékrõl a kivitelezõnek a hatósági elõírások szerinti megvalósulási dokumentációt kell készíteni 1.8 A csõvezeték üzembe helyezésének feltételei: – az érvényes tervdokumentációval és tervezõi művezetési utasítással megegyezõ minõség igazolása, – a tervben, vagy a hatósági engedélyben elõírt, üzembe helyezés elõtti műveletek (tisztítás, fertõtlenítés)végrehajtása, – a műszaki átadás-átvételi eljárás sikeres lefolytatása. 1.9 A csõvezeték létesítésével összefüggõ minden minõségi vizsgálatnál a leendõ üzemeltetõ részvételét lehetõvé kell tenni. 2. ÉPÍTÉSI ÉS SZERELÉSI ELŐÍRÁSOK 2.1 Általános elõírások 2.11 A létesítéshez felhasznált anyagok, szerelvények és tartozékok szállítását, raktározását, tárolását, munkahelyi

mozgatását, elhelyezését és szerelését a gyári elõírások, gyártmányismertetõk, valamint az anyagmozgatással és tárolással kapcsolatos állagvédelmi és biztonságtechnikai elõírások szerint kell végezni. 2.12 A csõvezetékek fektetését megelõzõ és követõ munkálatokat (elõkészítõ munkákat, földmunkákat, dúcolási és víztelenítési munkákat, ágyazat készítését, beton és vasbeton munkákat stb.) a vonatkozó szakmai kivitelezési és biztonságtechnikai elõírások szerint kell végrehajtani. 2.13 Csõvezetéket létesíteni csak az elõírásnak megfelelõ – ivóvízvezeték esetében pedig ezen túlmenõen egészségügyi-vízügyi alkalmazási engedéllyel rendelkezõ – anyagokból, termékekbõl szabad 2.14 A csõvezetéket csak vízmentes munkaárokba szabad fektetni 2.15 A csõvezetéket köves, sziklás, valamint fagyott talajra és fagyott ágyazatra nem szabad fektetni. 2.16 A csõvezeték a munkaárok fenékszintjén vagy a

tömörített ágyazaton a gyártómű utasítása szerint, ennek hiányában kerületének legalább egyhatod részéig beágyazva, folyamatosan feküdjön fel. Az ágyazat anyaga homokos kavics (gyári elõírás hiányában d max = 20 mm), homok, vagy a munkaárokból kiemelt tömöríthetõ föld, melynek iszaptartalma 10%-nál kisebb legyen. Az ágyazat legalább 10 cm + 0,1 D i,nom vastagságú és legalább 90% tömörségi fokú legyen, ahol D i,nom a csõ belsõ átmérõje. A csõvezeték záradéka fölött 30 cm magasságig a visszatöltött föld tömörségi foka legalább 85% legyen 2.17 Szerelési külön elõírás hiányában + 20 o C értéket kell számításba venni a tervezésnél 2.18 A szerelvényaknákat, védõcsatornákat, ideiglenes vagy végleges rögzítõ- és kitámasztó szerkezeteket úgy kell készíteni, hogy a csõvezetékben és a szerelvényekben káros igénybevételek és elmozdulások ne keletkezzenek 26 2.19 Hibás, szennyezett csövet

és idomot beépíteni tilos! A külsõ vagy belsõ felületkezelés esetleges sérülését a beépítés elõtt ki kell javítani. A csõvezeték felületkezelésének, szigetelésének javításához csak olyan anyagok és eljárások alkalmazhatók, melyek a szigetelés folytonosságát az eredetivel egyenértékű módon biztosítják. 2.110 A kivitelezés során átmenetileg szabadon maradó csõvégeket ideiglenes módon le kell zárni. A lezárásokat csak a csõvezeték folytonossá tétele esetén szabad eltávolítani 2.111 Minden olyan csõvezeték-építésnél, mely közlekedési pálya közelében van, az űrszelvény szabadon hagyásáról az építés ideje alatt folyamatosan gondoskodni kell. Ha ez nem lehetséges, – elõzetes hatósági állásfoglalás alapján – az építés idõtartamára a közlekedést kell korlátozni (forgalomkorlátozás vagy elterelés, vágányzár stb.) 2.112 Tartószerkezetre szerelt csõvezetéknél az alátámasztásnak a

hõtágulást biztosítania kell Mozgó támaszokat és hõtágulási kiegyenlítõket a szerelési hõmérsékletnek megfelelõen kell beállítani. 2.113 A csõtartó szerkezetek villám- és érintésvédelmérõl már építés közben gondoskodni kell 2.114 A csõvezetékbe idegen anyag, szennyezés nem kerülhet 2.2 A csõvezeték anyagától függõ építési és szerelési elõírások 2.21 A különféle anyagú és fajtájú csövekbõl és idomokból történõ vezetéképítés az érvényes gyári alkalmazási elõírásoknak, gyártmányismertetõknek, valamint a szakmai technológiai utasításoknak feleljen meg. A csõkötési módok alkalmazása és a kötõelemek felhasználása az érvényes gyártmányismertetõknek és technológiai utasításoknak feleljen meg. 2.22 Csõvezeték-építésre általánosan alkalmazott csõfajták – acélcsövek hegesztett kötéssel, valamint bontható – karimás vagy menetes - kötéssel, – lemezgrafitos öntöttvas csövek,

– gömbgrafitos öntöttvas csövek, – azbesztcement csövek, – műanyag csövek = KM – PVC (kemény polivinilklorid) anyagúak, – = KPE (kemény polierilén) anyagúak, – vasbeton csövek, – feszített beton csövek. 2.23 Acél csõvezeték helyszínen hegesztett kötéseinél – külön elõírás hiányában – a varratok minõsége az MSZ 6442 szerint – Di,nom 500 mm esetén a III. osztály minõségi követelményeinek (R4 hibafokozat), és – Di,nom 500 mm esetén a II. osztály minõségi követelményeinek (R3 hibafokozat) feleljen meg. – 2.3 A passzív korrózióvédelemmel kapcsolatos elõírások 2.31 A csõvezeték külsõ vagy belsõ felületén jelentkezõ, kémiai agresszivitás okozta károsító hatást a megfelelõen ellenálló csõanyag vagy bevonatrendszer megválasztásával, esetleg a kettõ együttes alkalmazásával kell kiküszöbölni. 27 Ivóvízvezeték belsõ felületeinek kezelésére csak közegészségügyi alkalmazási

engedélylyel rendelkezõ anyagot szabad használni. 2.32 Az acél csõvezetékek és tartozékukat képezõ bármely acélszerkezetek külsõ felületének passzív korrózióvédelmét bevonatrendszerrel kell megoldani A hegesztési varratokat a csõvezeték bevonatrendszerével azonos minõségben, a bevonat folytonosságát biztosító átfedéssel kell utólag szigetelni. 2.33 Az acél csõvezetékek korrózióvédelmi felület-előkészítésének követelményeit az MSZ 1891/1 tartalmazza. Aknában vagy közműalagútban szerelt acél csõvezetékek korrózióvédelmét szolgáló bevonatok minőségi előírásait az MI 18100 tartalmazza. Aktív (katódos) korrózióvédelem esetén az acél csõvezetéket minden fémszerkezettõl (pl. acél védõcsõtõl) villamos szigetelõ anyaggal el kell választani. Csõanyagok, idomok, szerelvények átmeneti korrózióvédelme legyen összhangban a kiviteli tervben elõírt korrózióvédelemmel (műanyag fóliás szigetelõburkolat

esetén átmeneti korrózióvédelem céljára olajkenés nem használható stb.) Acél csõvezetékek műanyag fóliás külsõ korrózióvédelmi szigetelõ rétegénél a villamos átütési szilárdság megengedett felsõ értéke: U  6.3 s ahol U feszültség, kV-ban, s burkolat vastagság, mm-ben. A csõvezeték külsõ korrózióvédelmi rétege megfelelõ, ha a feltépési próba után a ragasztóanyagtól elvált és feltépett felület aránya 5% alatt marad. A csõvezeték külsõ korrózióvédelmi szigetelõ rétegének megengedett átlagos vezetõképessége 50 S/m2 . 3. MINÕSÉGI KÖVETELMÉNYEK 3.1 A csõvezeték geometriai méreteivel szembeni követelmények A csõvezeték egy-egy minõsítési szakaszán belül a kiviteli tervben meghatározott geometriai méretektõl való megengedett eltéréseket az 1. táblázat tartalmazza Minõsítési szakasznak a csővezeték töréspontjai, elágazási csomópontjai közötti szakaszok vagy a nyomáspróba szakaszok

jelölhetõk ki. A méreteltérés ellenesést nem okozhat. 1. táblázat Megengedett eltérés Csõfektetés módja magasság alaprajzi lejtés ‰ értékek cm értékek cm Munkaárokba fektetett csõvezetéknél, ha a lejtés< 2‰-nél 2,0 – 4,0‰ közötti > 4,0‰-nél 0,5 1,0 2,0 5 15 Feltárás nélkül épített csõ vezetéknél, ha a lejtés 10‰ > 10‰ 5 0 30 28 3.2 A csõvezeték nyomási igénybevételével szembeni követelmények 3.21 Acél, lemez- és gömbgrafitos öntöttvas, műanyag vezetékek esetén a próbanyomás során nyomásesés nem megengedett. 3.22 1,6 MPa próbanyomás értékig a szükséges vízpótlás óránkénti megengedett legnagyobb értéke a csõvezetékszakasz belsõ felületéhez viszonyítva: – azbesztcement és feszített beton nyomóvezetéknél 0,05 dm3 /m2 , de a 4. táblázatban elõírt idõtartamon belül a vízpótlás nem haladhatja meg a 0,02 dm3 /m2 óránkénti

átlagértéket, – a vasbeton csõvezetéknél 0,15 dm3 /m2. 1,6 MPa-nál nagyobb próbanyomás érték esetén a megengedett vízpótlás legfeljebb a nyomás fokozásának arányában növelhetõ (pl. 1,6 MPa-nál 20%-kal nagyobb próbanyomás értékhez 20%-kal növelt vízpótlási határérték tartozik). – 4. A MINÕSÉG ELLENÕRZÉSE 4.1 Általános szabályok Az értékelés általános szabályait az MSZ-04-800 tartalmazza. 4.2 A csõvezeték vízzáróságának és nyomásállóságának ellenõrzése A vízzáróságot és nyomásállóságot a csõvezeték teljes hosszán nyomáspróbával kell ellenõrizni. Nyomáspróbához az ivóvízvezetéket ivóvíz-minõségű, az egyéb vezetéket hordalékmentes, a csõ anyagára nem káros és a tervezett célú használatot nem gátló vízzel kell feltölteni. 4.21 Szakaszos nyomáspróba A nyomáspróba elõvizsgálatból és vizsgálatból áll, melyeket egymást követõen kell elvégezni. A próbanyomás értékeit a

vizsgált vezetékszakasz legmélyebb pontjára vonatkoztatva, az üzemi nyomás függvényében a 2 táblázat tartalmazza Ivóvízvezetékek esetén, a vasbeton vezeték kivételével azonban a szakaszos nyomáspróba értéke 1 MPa-nál kisebb nem lehet. Az elõvizsgálat idõtartamát a 3. táblázat, a vizsgálat idõtartamát a 4 táblázat tartalmazza A vizsgálathoz a csõszakaszokat úgy kell kijelölni, hogy a csõvezeték legmagasabb pontján mérhetõ nyomás a legmélyebb pont próbanyomás értékének 85%-ánál kisebb ne legyen. Megjegyzés: Az üzemi nyomáson a maximális vízszállítás és legkedvezõtlenebb hidraulikai viszonyok mellett, folytonos üzemben, tartósan kialakuló nyomásértéket kell érteni. A nyomáspróbánál 0,01 MPa pontosságú nyomásmérõt kell használni. A nyomáspróba során szemrevételezéssel ellenõrizni kell a kötéseket, a szerelvényeket és a kitámasztásokat. 4.211 2. táblázat Próbanyomás értékei [az üzemi nyomáshoz

(p) viszonyítva], MPa-ban Csõfajták Vasbeton csõvezetéknél a névleges nyomás 29 0,25 MPa 0,25 MPa Feszített beton csõvezetéknél a névleges nyomás 1,0 MPa 1,0 MPa Acél, lemez- és gömbgrafitos öntöttvas, azbesztcement és műanyag csõvezetéknél a névleges nyomás 1,4 p 1,0 p + 0,1 1,5 p + 0,1 1,0 p + 0,6 1,5 p + 0,1 4.212 A csõ anyaga 3. táblázat Elõvizsgálati idõ, h Acél, lemez- és gömbgrafitos öntöttvas - D i, nom 400 mm - Di, nom 400 mm Azbesztcement Műanyag Vasbeton és feszített beton 6 12 24 * 12 24 - 72 Az elõvizsgálat alatt a nyomást fokozatosan kell növelni a 2. táblázatban elõírt értékig *A névleges nyomást az utolsó 6 óra elejére, a próbanyomást az utolsó 6 óra alatt kell elõállítani. 4.213 4. táblázat Elõvizsgálati idõ, h A csõ anyaga Acél, lemez- és gömbgrafitos öntöttvas* - D i, nom 500 - D i, nom = 501 – 700 - D i, nom 701 Azbesztcement* - D i, nom 250 - D i,

nom = 251 - 500 - D i, nom = 501 - 700 - D i, nom 701 Vasbeton és feszített beton* - D i, nom 700 - D i, nom 701 Műanyag* 30 3,0 12,0 24,0 3,0 6,0 18,0 24,0 12,0 18,0 - D i, nom - D i, nom 150 151 3,0 6,0 * A vizsgálat idõtartama alatt vízutánpótlást végezni nem szabad. * A próbanyomást a 3.22 szerinti, maximált vízutánpótlással kell biztosítani. 4.22 Hálózati nyomáspróba A csõvezetékrendszert a szakaszos nyomáspróbák, a csõvezeték folytonosságának elõállítása és minden szerelvény elhelyezése után hálózati (integrált) nyomáspróbának kell alávetni. A hálózati próbanyomás értéke az üzemi nyomás értékével megegyezõ. 4.23 A csõvezeték elõkészítése nyomáspróbához A próbanyomással nem terhelhetõ szerelvényeket (pl. vízmennyiségmérõt) el kell távolítani és ideiglenes áthidaló csõelemekkel pótolni Nyomáspróbára kijelölt csõszakasz lezárására végleges szerelvényt csak a terv

elõírása szerint szabad felhasználni. Azt a csõszakaszt, mely a próbanyomásból adódó terhelés felvételére nem alkalmas (pl. a csõkötések tengelyirányú erõ felvételét nem teszik lehetõvé) ideiglenesen meg kell támasztani. A földbe fektetett csõvezetéket nyomáspróba elõtt részlegesen – a csõkötések szabadon hagyásával – le kell terhelni. A nyomáspróba elõtt ellenõrizni kell: – a csõkötéseket, – a tartószerkezeteket, – a csatlakozások és a csõszakasz végeinek zárását, – a vezeték lejtését, – a vezeték hõtágulási lehetõségét, – a vezeték légtelenített állapotát, – a vezeték sűrítési lehetõségét, – a csõfal hõmérsékletét. A vízfeltöltés alatt a csõszakasz összes légtelenítõjének nyitva kell lenni mindaddig, míg a kiömlõ víz levegõmentessé válik. 12 óra alatt legfeljebb 1000 m csövet szabad feltölteni vízzel. A feltöltéshez használt víz hõmérséklete azonos legyen a

csõvezeték hõmérsékletével. A feltöltés sebességét 5 – 10 o C közötti eltérés esetén felére, 10 o C-nál nagyobb eltérés esetén pedig a negyedére kell csökkenteni. Fagyveszély esetén a nyomáspróbát megkezdeni nem szabad, a csõvezetéket le kell üríteni. 4.24 Ellenõrzés folyamatos fektetésű csõvezetéknél A folyamatos beépíthetõ, visszanyerhetõ dúcoló szerkezettel kitámasztott munkaárokban, folyamatos fektetéssel épülõ, legfeljebb 1,6 MPa üzemi nyomású csõvezeték esetében a vízzárósági és nyomásállósági próbát, a kivitelezõ saját kockázatára, a szakaszos nyomáspróba elõírásaitól eltérõ módon is végrehajthatja, a tervben elõírt próbanyomás értékek betartásával. A nyomásállósági vizsgálat megbízhatósága a 4.21-ben elõírtakkal legyen egyenértékű, a csõvezeték a 3.2-ben elõírt minõségi követelményeknek feleljen meg 31 4.3 A csõvezeték szerkezetének és korrózióvédelmi

bevonatának ellenõrzése Az acél csõvezetékek hegesztett kötéseinek vizsgálatát az MSZ 6442 tartalmazza. Műanyag fóliás szigetelõ burkolatot az átütési szilárdság mérésével, tapadását feltépési próbával kell vizsgálni. Acélcsövek felületének elõkészítését, alap- és fedõmázolását szemrevételezéssel, a védõbevonat vastagságát mérõsablonnal vagy mérõtűvel kell ellenõrizni. 5. MINÕSÍTÉS 5.1 I osztályú az a csõvezeték, melynél a 21, 22, 23, 31 és 32 szerinti követelményeket minden vizsgálati eredmény kielégíti 5.2 II osztályú az a csõvezeték, melynél – a 2.1, 22, 23 és a 32 szerinti követelményeket minden vizsgálati eredmény kielégíti, – 3.1-ben megadott értéktõl (geometriai jellemzõk) a vizsgálati eredmények legfeljebb 50%-kal térnek el. 5.3 III osztályú az a csõvezeték, melynél – a 2.1, 22, 23 és a 32 szerinti követelményeket minden vizsgálati eredmény kielégíti, – a 3.1-ben

megadott értéktõl (geometriai jellemzõk) a vizsgálati eredmények legfeljebb 100%-kal térnek el 6. A CSÕVEZETÉK ÜZEMBE HELYEZÉSE ELÕTTI MŰVELETEK 6.1 A csõvezeték tisztítása A csõvezeték tisztítását a kivitelezés teljes befejezése és a szakaszos nyomáspróbák elvégzése után, a hálózati nyomáspróba lefolytatása elõtt - kell végrehajtani. A tisztítástól csak az üzemeltetõ felelõsségére lehet eltekinteni. A tisztítás módját a tervezõ, az üzemeltetõ és a beruházó együttesen határozza meg. A tisztítás módja függ a csõvezeték méretétõl, a folyamatosan rendelkezésre álló vízmennyiségtõl, a szükséges víznyomást biztosító gépi berendezéstõl, az öblítõvíz elvezetési lehetõségétõl stb. Ivóvízvezeték tisztításához csak ivóvíz minőségű víz használható. A tisztító öblítésnél elõállított vízsebesség a tervezett üzemi vízsebességet legalább 0,5 m/s értékkel haladja meg, de ne legyen

kisebb, mint 1,0 m/s. A csõvezetéket a tisztító öblítést megelõzõen legalább 12 órával vízzel teljesen fel kell tölteni. A tisztításhoz szükséges vízmennyiség, vagy egyéb feltétel hiányában a vezeték tisztítása – műanyag tisztítóelemmel, vagy – mászható szelvényben kézi takarítással, gumitömlõs felületmosással stb. lehetséges 6.2 A csõvezeték fertõtlenítése A fertõtlenítés módját a tervezett használati cél alapulvételével kell megválasztani. Nem ivóvíz ellátási célú vezeték (ipari) esetén fertõtleníteni csak az esetben kell, ha ez a tervezett használat szempontjából szükséges. Fertõtlenítést csak tiszta vezetékben szabad végezni. Az ivóvízvezetéket klórmeszes oldattal (30 g/m 3 szabad klórtartalom, 3 órás hatásidõ mellett), illetve ezzel azonos hatékonyságú fertõtlenítõ szerrel kell fertõtleníteni. 32 Ivóvízvezeték fertõtlenítésére csak az egészségügyi és vízügyi szervek

által engedélyezett szer használható. Fertõtlenítés után a csõvezetéket mindaddig öblíteni kell, amíg a csõben lévõ víz szabad klórtartalma 0,2 g/m 3 értékre csökken. A csõvezeték üzembe helyezését, vízminta vizsgálat alapján, az egészségügyi hatóság engedélyezi. A klórtartalmú öblítővíz befogadóba való vezetéséhez a hatósági vagy üzemeltetõi hozzájárulást meg kell szerezni. 33