Det spørsmålet stiller Joakim Sellevold i et pågående doktorgradsprosjekt ved NTNU der veiledere er Elena Pummer og andre veileder Oddbjørn Bruland. Joakim Sellevold ser på traktformede innløp, for å få større kapasitet på stikkrenner. Han er også ansatt ved Statens vegvesen og man ser at mange eksisterende stikkrenner er underdimensjonert. Ifølge Nasjonal vegdatabank har vi 560 000 registrerte stikkrenner i Norge. Med økende nedbørsmengder og ekstremvær er det et enormt behov for å bedre kapasiteten i stikkrennene.
For å sjekke ut sine teorier i praksis har Sellevold fått med seg sivilingeniør Madeley Paola Arriola Guerrero, fra Nicaragua, som forskningsassistent ved NTNU i Trondheim.
Masteren hennes ble ferdig høsten 2023 og omhandlet optimalisering av rørinntaket. Hun har utført eksperimentelle forsøk på en stikkrennemodell ved å se på ulike innløpsutforminger basert på utviklet design i doktorgraden.
Sellevold ønsker, i sin doktorgrad, å finne en løsning på hvordan man kan forbedre eksisterende stikkrenner uten å grave opp veien for å legge inn større rørdimensjoner. Traktformede inntak øker kapasiteten til stikkrenna, men de må være av en viss størrelse. En elliptisk bue på traktformen reduserer nødvendig størrelse på inntaket samtidig som det sikrer samme ytelse som tradisjonelle traktformede inntak. Eksperimentene indikerer også at kontroll-overflate-metoden er gyldig også for mer komplekse inntakskanter enn de som brukes i dagens Norge. Dette, sammen med eksisterende data, betyr at vi nå mer nøyaktig kan designe mange typer inntak for å forbedre hydraulisk ytelse i fremtiden.
VA-ingeniør Eirik Severin Bråten i Basal AS forteller at de har bidratt til forsøkene.
– Basal har utviklet en egen fres til sin Brilliantkum, med den samme fresen har vi laget de ulike traktformene til forsøkene ved NTNU. Med fresen kan vi standardisere nye inntak til stikkrenner for å øke kapasiteten, sier Bråten og legger til at Basal kan produsere traktene i stor skala om det skulle bli aktuelt.
Fungerte etter teorien
Guerrero har gjort fysiske forsøk mot teorien til Sellevold sin pågående doktorgradsoppgave. (Den kan man lese mer om i 4. utgaven av tidsskriftet VANN 2023). Teorien går ut på at man kan øke kapasiteten på en stikkrenne om man endrer geometrien på innløpet til en stikkrenne. De tradisjonelle innløpene har ofte en vinkelrett form.
John French gjorde eksperimenter på traktformede innløp tilbake i 1961, som viste at man vil øke kapasiteten på en stikkrenne om man endrer innløpsgeometrien til en trakt. For å gjøre trakten mer kompakt og effektiv er teorien at man legger til en elliptisk bue på traktformen.
Under arbeidet med masteroppgaven har Guerrero testet ut seks ulike typer trakter i løpet av åtte måneder. Til sammen er det utført rundt 500 forsøk.
– Jeg har kjørt fysiske forsøk og vurdert resultatene mot teorien som Joakim har kommet fram til. Det viktigste funnet er at innløpene fungerte etter teorien, der én variant kommer bedre ut enn de andre.
– Hva var forskjellen på de seks inntakene og ordinære innløp?
– De ordinære innløpene er ofte rette og har ikke traktform i det hele tatt. I forsøkene hadde tre av innløpene en lineær traktform, og de tre andre var formet som en trakt med en elliptisk bue inn mot røret. Både den lineære traktformen og traktform med elliptisk bue ble testet med vinkler på 10, 20 og 33,7 grader.
– Hvilken versjon fungerte best?
– Vi fant ut at ved innløpskontroll fungerte trakten med elliptisk bue og 20 graders innløpsvinkel best. Innløpene er veldig gode. De kan håndtere mer vann enn de konvensjonelle innløpene som brukes i dag.
Et komplisert felt
Madeley sier at kulverthydraulikk er et svært komplisert felt hvor man skiller mellom innløpskontroll og utløpskontroll.
Hun forteller at det var utfordrende å lage selve innløpene.
– Det er en komplisert teori som ligger bak. Det tok en og en halv måned med arbeid i laboratoriet for å finne den eksakte formen.
De fysiske forsøkene ble gjort på en testrigg i vannlabben på NTNU. Modellen er nedskalert og røret som er brukt har en diameter på 315 mm. Alle traktene er testet med innløpskontroll, utløpskontroll og delvis gjentettet innløp. Innløpskontroll ga gode resultater for traktene, mens det er vanskelig å konkludere med noe for utløpskontroll og delvis gjentetting.
Det var spesielt en av innløpene som ga gode resultater og det var trakt med elliptisk bue og 20 graders vinkel.
Med seg som støttespillere ved NTNU hadde hun i tillegg til Joakim Sellevold, associate professor Elena Pummer og professor Leif Lia.
– Det har vært utrolig moro å arbeide med dette. Mye «learning by doing», forteller Madeley Paola Arriola Guerrero.
Hun er utdannet bygningsingeniør fra USA og har så tatt en master i vannkraftutbygging ved NTNU. Nå har hun laget sin andre masteroppgave på de nye innløpene til Sellevold. Planen nå er å få seg en jobb i Norge.
– Alternativt vurderer jeg å skrive doktorgrad selv. Mulig at tema vil bygge på denne masteren, sier hun.
