לכבוד גמר היורו, נזכרנו בסיפור שקשור לסופרבול דווקא.
דמיינו שאתם מתארחים אצל דוד באמריקה. ביום חגם של האמריקאים, ה"סופר-סאנדיי", אתם יושבים מול הטלוויזיה וצופים במשחק הסופרבול. בהפסקה אתם רצים לשירותים להוריד את הבירה, וכשאתם מורידים את המים, קורה דבר מזעזע: במקום שהמים ישטפו את האסלה, היא עולה על גדותיה, והמים מציפים את השירותים. נורא עוד יותר – דבר דומה קורה באותו רגע באלפי בתים נוספים.

האם דמיון הוא זה, או שמא תרחיש מציאותי? לפי הפולקלור האמריקאי זה קורה באמת, תוצאה של מה שקרוי  "ביג פלאש" (Big Flush) [1, 2].  זה הסיפור: מכיוון שמיליוני אמריקאים הולכים לשירותים באותו זמן, בבתים רבי קומות עלולה מערכת הביוב לקרוס תחת העומס הרגעי, ולגרום להצפות ואף לפיצוץ בצנרת. אפשר שהסיפור נוצר בעקבות פיצוץ של צינור גדול שהתרחש בסולט לייק סיטי בזמן הסופרבול של 1984 [1]. הסיפור התפשט אף שלא נמצא קשר בין האירוע לבין ההפסקה בסופרבול.

מהי האמת? מתברר שהסיפור הוא אגדה אורבנית שיש לה בסיס עובדתי: מדידות שונות הראו שבזמן ההפסקה ובסיום הסופרבול אכן יש קפיצה רגעית בשימוש במים בשירותים [1], [2], אך צנרת הביוב בבניינים רבי קומות מתוכננת לעמוד גם במקרים של עומס קיצוני, ולא תועדו קטסטרופות. אז איך מונעים תוצאות הרסניות של ה"ביג פלאש"?

כדי שהביוב יזרום מהשירותים שבתוך הבית החוצה, מתקינים את צינורות הביוב בשיפוע ומחברים אותם לצינור אנכי. הצינור רחב דיו, ולכן אין חשש שהוא יוצף [3]. האתגר הוא בשלב ההגעה לקרקע: מלימודי פיזיקה בסיסית אנו יודעים שגוף שנופל נפילה חופשית מגובה רב, מגיע לקרקע במהירות גבוהה. מה עושים כדי שהזרם העז לא ימחץ את הצינור בתחתית הבניין? לפי המומחים הבעיה פתירה [4, 5]. ראשית, זרם הביוב לא נופל נפילה חופשית ממש, אלא נצמד בדרך כלל לדופן הצינור, והחיכוך והתנגדות האוויר מאיטים אותו. בנוסף, לאורך הצינור האנכי מותקנות  מערכות לוויסות לחץ  אשר שומרות על לחץ אוויר קבוע בצנרת [6].

אולם האפקט המעניין הוא בשלב ההגעה לקרקע. הנוזל היורד בצינור במהירות רבה, אינו מגיע לקרקע, אלא פוגש נוזל הזורם לאיטו בצינור הביוב האופקי. בעת המפגש מתרחשת תופעה מיוחדת הנקראת "זנק הידראולי" [7].

דמיינו תעלה ארוכה, ובתוכה זורם כלשהו הנע במהירות קבועה. נכניס משוט, ונתחיל ליצור גלים. אם מהירות הזורם גבוהה ממהירות הגלים, הזרימה נקראת "זרימה על-קריטית"; אחרת – "זרימה תת-קריטית". כאשר יש מעבר פתאומי מזרימה מהירה מאוד (על-קריטית) לזרימה איטית (תת-קריטית), הזורם צריך לשחרר את כל האנרגיה הקינטית שהוא צבר, ומתרחשת תופעת הזנק ההידראולי: במקרה שלנו, במקום למחוץ את הצינור, הנוזל מזנק מעלה, פניו עולים, וחלק מהאנרגיה הקינטית שלו הופכת לאנרגיה פוטנציאלית. בנוסף, חלק מהאנרגיה הקינטית הופכת לחום. זוהי אחת התופעות המרתקות בתורת הזרימה. (ראו סרטון [8]).

הניקוז בתחתית הצינור מתוכנן להתמודד עם התופעה: חלקו התחתון של הצינור האנכי הוא רחב, , ויש בו עיקול, שבו מתרחשת הקפיצה. ליתר ביטחון, לקומות הנמוכות יש מערכת ביוב נפרדת, שמונעת אי-נעימויות.

ראינו שבניינים רבי-קומות מתוכננים לעמוד במקרים קיצוניים, כולל "ביג פלאש", וכנראה יכילו גם אירועים כמו גמר היורו. חשוב אם כן שמהנדסים יזכרו את הסיפור בבואם לתכנן מערכות שבהן ייתכנו מצבי קיצון, לדוגמה – חוצצי זיכרון בתקשורת מחשבים… וגם מערכות ניקוז גדולות, כמו זו של נתיבי איילון.

עריכה: סמדר רבן

מקורות והרחבות:

[1] תיאור תופעת ה"ביג פלאש"

[2] גרף שמראה קפיצות בשימוש במים בשירותים בזמן הסופרבול ב-2018

[3] תשובות מומחים באתר ישראלי - ביוב בבית

[4] כיצד נפטרים מהיציאות בבניינים רבי-קומות

[5] שיחות מומחים שמרגיעים ב- quora

[7] על זנק הידראולי

[8] סרטון הסבר  על זנק הידראולי