25
1 II DIO ISTRAŽNI RADOVI – OPĆENITO BRANE Definicija brane Podjela brana prema veličini prema materijalu prema načinu prijenosa opterećenja Sile koje djeluju na branu Vanjske sile koje djeluju na brane . Unutarnje sile koje djeluju na brane. Provjera stabilnosti i elastičnih uvjeta kod betonske masivne gravitacijske brane. BETONSKE BRANE Podjela betonskih brana Osnovne karakteristike betonske masivne gravitacijske brane (opis, skica). Osnovne karakteristike raščlanjenih betonskih brane (opis, skica). Osnovne karakteristike rječnih pokretnih brana (opis i skica). Osnovne karakteristike prednapregnute brane Osnovne karakteristike lučne brane NASUTE BRANE Podjela nasutih brana. Zaštita od procjeđivanja kod nasutih brana. Zaštita od regresivne erozije. PRELJEVI I TEMELJNI ISPUSTI Preljevi Temeljni ispust Riblje staze Zapornice i zatvarači

Brane i ustave, II dio - skripta

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Brane i ustave, II dio - skripta

1

II DIO

ISTRAŽNI RADOVI – OPĆENITO

BRANE Definicija brane Podjela brana

• prema veličini • prema materijalu • prema načinu prijenosa opterećenja

Sile koje djeluju na branu • Vanjske sile koje djeluju na brane . • Unutarnje sile koje djeluju na brane.

Provjera stabilnosti i elastičnih uvjeta kod betonske masivne gravitacijske brane. BETONSKE BRANE Podjela betonskih brana Osnovne karakteristike betonske masivne gravitacijske brane (opis, skica). Osnovne karakteristike raščlanjenih betonskih brane (opis, skica). Osnovne karakteristike rječnih pokretnih brana (opis i skica). Osnovne karakteristike prednapregnute brane Osnovne karakteristike lučne brane NASUTE BRANE Podjela nasutih brana. Zaštita od procjeđivanja kod nasutih brana. Zaštita od regresivne erozije. PRELJEVI I TEMELJNI ISPUSTI Preljevi Temeljni ispust Riblje staze Zapornice i zatvarači

Page 2: Brane i ustave, II dio - skripta

2

ISTRAŽNI RADOVI – OPĆENITO VRSTE ISTRAŽIVANJA SU: TOPOGRAFSKA ISTRAŽIVANJA KLIMATOLOŠKA ISTRAŽIVANJA

• temperatura vode i zraka • vlažnost zraka • vjetar • ishlapljivanje s površine vode i tla • oborine

HIDROLOŠKA ISTRAŽIVANJA

• vodostaji • protoci • led • morfološka svojstva (presjeci korita, nanos..) • hidraulička svojstva (brzina , pad vodnog lica, vučne sile, koeficijent hrapavosti korita) • fizikalno kemijska svojstva vode (boja okus, miris, temperatura mutnoća// salinitet tvrdoća,

radioaktivnost...) • biološka svojstva vode ( organska tvar, bakterije...)

INŽENJERSKO GEOLOŠKA ISTRAŽIVANJA

• stratigrafski odnosi (vrsta i starost pojedinih slojeva) • litološka svojstva (vrste stijena) • tektonska svojstva (razlomljenost terena) • hidrogeološka svojstva (stanje vode u tlu – vododrživost, tokovi) • geotehnička svojstva (čvrstoća, stišljivost, vodopropusnost)

SEIZMIČKE KARAKTERISTIKE PODRUČJA

• makrorajonizacija • mikrorajonizacija

POSTUPCI ISTRAŽIVANJA SU:

• daljinska istraživanja (scaner, radar, satelit) • geofizika (geoelektrika, seizmika) • u prirodi (uzimanje uzoraka, mjerenje, bušenje) • u laboratorijiu

Page 3: Brane i ustave, II dio - skripta

3

BRANE

BRANE SU USPORNE GRAĐEVINE KOJIMA SE TRAJNO ILI POVREMENO NADVISUJE PRIRODNI VODOSTAJ VODNOG TOKA. Omogućuju:

• zahvat i skretanje vode do dovodnih organa, • ostvarenje pada i • ostvarenje akumulacije za spremanje vode

PODJELA PO VELIČINI:

• velike brane • male brane

Velike brane su brane čija je visina od najniže kote temeljne plohe do krune jednaka ili veća od 15m. Velike brane su i brane čija je visina od najniže kote temeljne plohe do krune jednaka ili veća od 5 m a manja od 15 m ako je volumen akumulacije jednak ili veći od 3,0 mil m3 PODJELA PO MATERIJALU:

• od vezanog materijala (betonske, armirano betonske, zidane) • nasuti materijal

PODJELA PREMA NAČINU SUPROSTAVLJANJA PRITISKU VODE:

• gravitacijske – odupiru se svojom težinom • lučne – odupiru se na svojim osloncima

SILE KOJE DJELUJU NA BRANU VANJSKE AKTIVNE

• tlak vode i zemlje • uzgon • pritisak leda • sile potresa • valovi

VANJSKE PASIVNE • reakcija tla • trenje između temeljne plohe i tla • prionljivost između temeljne plohe i tla

UNUTARNJE AKTIVNE • vlastita težina • tlak vode u porama brane • sile nastale od promjene temperature, • stezanja betona • smrzavanja vode u betonu

UNUTARNJE PASIVNE • naprezanja izazvana svim spomenutim

silama

Page 4: Brane i ustave, II dio - skripta

4

VLASTITA TEŽINA BRANE G=ρgV ρ...... gustoća materijala od kojega je brana izgrađena V......volumen brane PRITISAK VODE I UZGON

SKICA 1

LED Sila kojom led djeluje na branu ovisi o debljini, promjeni temperature i sunčevoj radijaciji

bez radijacije s radijacijom debljina leda porast temp 3oC/h porast temp 8,5oC/h

m kN/m kN/m 1,0 100 200 0,3 30 120

POTRES 1) Utjecaj inercijalne sile

SKICA 2

α koeficijent seizmičnosti iz tablica ovisno o stupnju potresnosti

Page 5: Brane i ustave, II dio - skripta

5

2) hidrodinamički pritisak - povećanje pritiska vode – dodaje se na hidrostatski po Westergrad Karman (po elipsi) -statički α koeficijent seizmičnosti (0,1 za 7-8 stupanj MCS) p0=0,7*h*ρ*g*α= 7hα (kN/m2)

[ ]mkNhphHB /**5,54

** 20 απ

==

sila Hs djeluje na udaljenosti 0,425h od dna brane

SKICA 3

OSNOVNO OPTEREĆENJE

• vlastita težina • hidrostatski pritisak • uzgon • led • nanos

DOPUNSKO OPTEREĆENJE

a) seizmička sila po spektralnoj analizi b) hidrodinamički seizmički pritisak c) Z1 najjači očekivani potres u periodu trajanja (200 g) d) Z2 najjači očekivani potres uopće (1000-10000 g)

Osnovno +a)+b) – naponi dozvoljeni 50% veći nego za osnovno opterećenje; Fs(klizanje)>1,15 Osnovno +b)+c) – naponi tlaka ne veći od 0,7 MB, a vlaka ne veći od0,1 MB; Fs(klizanje)>1,0 Osnovno +b)+d) – naponi tlaka ne veći od MB, a vlaka ne veći od 0,15 MB; Fs(klizanje)<1,0 osim za lučne brane

Page 6: Brane i ustave, II dio - skripta

6

PROVJERA STABILNOSTI KOD BETONSKE MASIVNE GRAVITACIJSKE BRANE

1. ni na jednom dijelu spoja tla i konstrukcije ne smiju se prijeći dopuštena naprezanja s time da vlačna naprezanja nisu dopuštena

2. sigurnost protiv prevrtanja 3. sigurnost protiv klizanja

NAPONI

SKICA 4

PREVRTANJE

SKICA 5

Page 7: Brane i ustave, II dio - skripta

7

KLIZANJE

SKICA 6

f koeficijent trenja betona i stijene - obično 0,65 – 0,75

Page 8: Brane i ustave, II dio - skripta

8

BETONSKE BRANE Podjela betonskih brana

• masivne gravitacijske • raščlanjene - olakšane • pokretne riječne brane • prednapregnute • lučne

BETONSKE MASIVNE GRAVITACIJSKE BRANE Osnovne karakteristike betonske masivne gravitacijske brane :

• visina brane (kota krune brane) - H • širina stope – B • širina krune - b • dužina u kruni - L • volume brane - V • volumen akumulacije koja se ostvaruje izgradnjom brane - A

Osnovni oblik je trokut - modifikacija u konačno oblikovanje brane

SKICA 7

Betonske gravitacijske brane ne ovise o mehaničkoj otpornosti bokova doline i u pravilu se temelje na stijeni.

Page 9: Brane i ustave, II dio - skripta

9

GRADNJA U BLOKOVIMA Za betonske gravitacijske brane potrebne su velike količine betona što uzrokuje velike temperature u betonu usljied hidratacije. Vrlo je važna njega betona. Ovisno o prilikama potrebno je hlađenje betona - hlađenje agregata i hlađenje vode Izvedba se provodi u naizmjeničnim blokovima širine 7-8 m (15-20 m) ovisno o temperaturi okoline koja je bitna za hlađenje betona i odvođenje hidratacijske topline te o karakteristikama betona.

SKICA 8

Page 10: Brane i ustave, II dio - skripta

10

RAŠČLANJENE, OLAKŠANE ILI BRANE SA STUPOVIMA

Vrste

• Marcello s dva rebra • Noetzli s jednim rebrom • Ambursen s rebrima i ravnom pločom • višelučne

SKICA 9

Page 11: Brane i ustave, II dio - skripta

11

višelučna brana

Page 12: Brane i ustave, II dio - skripta

12

UTJECAJ NA UZGON

SKICA 10 Osnovne karakteristike raščlanjene betonske brane. PREDNOSTI: • manja količina betona • bolje iskorišten materijal • smanjen utjecaj uzgona • smanjen iskop za temelje • povoljnije za diferencijalno slijeganje

MANE: • velika količina oplate • armirani beton – veća cijena • poteškoće kod izrade preljeva, temeljnog ispusta , mosta – vezani za relativno tanke

elemente na koje se trebaju vezati ili kroz njih probijati.

Page 13: Brane i ustave, II dio - skripta

13

RIJEČNE POKRETNE BRANE Riječne pokretne brane su brane koja imaju pokretne dijelove – zapornice , kojima se postiže najveći dio uspora i služe za regulaciju uzvodnog vodostaja.

SKICA 11

Osnovno svojstvo riječne pokretne brane je da:

• usporavaju male vode a • za vrijeme velikih voda stvaraju mali uspor

Zapornice na riječnoj pokretnoj brani mogu biti:

• pločaste • segmentne • sektorske

Page 14: Brane i ustave, II dio - skripta

14

PREDNAPREGNUTE BRANE Prednapregnute brane su brane kod kojih se sidrenjem u tlo aktivira sila koja povećava težinu brane i njenu stabilnost

SKICA 12 Primjenjuje se uglavnom kod potrebe nadvišenja brana

Page 15: Brane i ustave, II dio - skripta

15

LUČNE BRANE

Lučne brane su brane kod kojih se sila hidrostatskog pritiska ne prenosi na tlo u temelju (podnožju) brane već se svodnim djelovanjem prenosi na bokove doline. Profil doline za lučnu branu treba biti :

• oblikovno povoljan i • mehaničke karakteristike stijene moraju biti pogodne

Page 16: Brane i ustave, II dio - skripta

16

SKICA 13 Statički orjentacijski račun – kotlovska formula

SKICA 14

OPTEREĆENJA -uobičajena kombinacija opterećenja - temperaturne promjene imaju veliki značaj, uzgon u temelju ima mali značaj

DIMENZIONIRANJE Lučna brana je 3D elastična ljuska i neno dimenzioniranje predstavlja složen matematički problem.

1) Niz horizontalnih lukova – kotlovska formula 2) Niz lukova i vertikalnih konzola – rešetka – uvjeti jednakih pomaka u čvorovima 3) Niz lukova i vertikalnih konzola – rešetka – uvjeti jednakih zaokreta u čvorovima 4) Metode koje se zasnivaju na teoriji ljuske (matematički modeli konačnih elemenata i

diferencija) 5) Fizikalni modeli

Page 17: Brane i ustave, II dio - skripta

17

NASUTE BRANE Osnovne karakteristike betonske masivne gravitacijske brane :

• visina brane (kota krune brane) - H • širina temelja – B • širina krune – b • dužina u kruni - L • volume brane - V • volumen akumulacije koja se ostvaruje izgradnjom brane - A

Osnovni oblik nasute brane je trapez. Širina krune određuje se da je branu moguće izgraditi (prolaz strojeva za nasipavanje i nabijanje) ; empirijski izraz - b=1,65*H1/2 Nagib uzvodnog i nizvodnog pokosa određuje se iz uvjeta stabilnosti kliznih ploha. Kotu krune brane posebno je važno dobro odrediti da ne bi došlo do preljevanja vode iz akumulacije što bi uzrokovalo rušenje brane.

PREDNOSTI NASUTIH BRANA: Može se izvoditi na svakom tlu zbog prenosa sila na veliku površinu MANE NASUTIH BRANA: Velike količine materijala Osjetljive na preljevanje preko krune Skuplji preljev i temeljni ispust

Page 18: Brane i ustave, II dio - skripta

18

Podjela nasutih brana. • homogene – iz jednoličnog materijala koji je vododrživ • zonirane – više vrsta materijala (jedan je vododrživ, a ostali imaju statičku ulogu)

Podjela nasutih brana prema materijalu. • zemljane • kamene

SKICA 15 HOMOGENE NASUTE BRANE

- izrađene iz jedne vrste materijala koji je nepropusni - mora imati drenove jer nije trajno stabilna (horizontalni ili vertikalni). To je zaštita od

erozije nizvodnog pokosa.

SKICA 16 ZONIRANE NASUTE BRANE

- odijeljena funkcija brtvljenja i statička funkcija - obavezna je zona malopropusnog materijala - jezgra - na granici različitih materijala, struja može iznositi čestice i uzrokovati eroziju -

FILTARSKI SLOJEVI

Page 19: Brane i ustave, II dio - skripta

19

ISPITIVANJE STABILNOSTI NASUTIH BRANA: • Statička sigurnost – ispitivanje kliznih ploha i slijeganja • Hidraulička stabilnost – unutarnja erozija i regresivan erozija

Regresivna erozija – pojava iznošenja materijala iz temeljnog tla uslijed pojave izlaznog gradijenata većeg od kritičnog. Mjere za sprečavanje regresivne erozije su produžetak puta toka vode ili premještanje toka procjeđivanja na mjesto gdje su dozvoljeni veći gradijenti:

• izvedba tepiha • injekcijska zavjesa • glinena jezgra - membrana • odteretni bunari • drenaža

SKICA 17

Unutrašnja erozija – ako je strujni tlak veliki tada na granici različitih materijala, struja može iznositi čestice i uzrokovati eroziju - FILTARSKI SLOJEVI

Page 20: Brane i ustave, II dio - skripta

20

FUNKCIJSKI ELEMENTI BRANE - PRELJEVI I TEMELJNI ISPUSTI PRELJEV Preljev služi za propuštanje velikih voda. Sastoji se od krune, protočnog dijela i bučnice. Postavljaju se na :

• brani • boku doline • unutar jezera

Page 21: Brane i ustave, II dio - skripta

21

SKICA 18 Preljev može biti:

• fiksni (nema zapornica) • s pokretnim uređajem, zapornicom

SKICA 19

Page 22: Brane i ustave, II dio - skripta

22

Osnovni izraz za račun protoka kod preljeva praktičnog profila:

2/3*2** HgbmQ = gdje je: Q (m3/s) - protok preko preljeva b (m) - širina preljeva g =9,81 m/s2 m =f(p/H) - koeficijent preljevanja m=0,48 za preljev praktičnog profila i p/H>1,5 p (m) - visina od dna korita do kote krune preljeva

Princip sploštenja vodnog vala prilikom nailaska na akumulaciju (retenciju) kod koje je evakuacija velikih voda rješena fiksnim preljevom (bez zapornica).

SKICA 20

Page 23: Brane i ustave, II dio - skripta

23

TEMELJNI ISPUST služi za • pražnjenje akumulacije. Akumulaciju treba moći isprazniti dovoljno brzo , obično se

uzima da treba isprazniti 1/3 akumulacije. • doziranje vode nizvodno • ispuštanje nanosa

SKICA 21

RIBLJE STAZE SU GRAĐEVINE KOJE OMOGUĆAVAJU PROLAZ RIBAMA UZVODNO I NIZVODNO PREKO IZGRAĐENIH PREPREKA - BRANA

Page 24: Brane i ustave, II dio - skripta

24

ZAPORNICE Zapornice služe za kontrolu rada protočnih dijelova (preljeva, temeljnog ispusta, zahvata) Po režimu rada mogu biti regulacijske ili neregulacijske (siguronosne-pomoćne). Po funkciji mogu biti:

• osnovni – za kontrolu protoka vode • remontni – za zatvaranje u mirnoj vodi zbog radova • havarijski – brzo reagiraju kod pojave kritičnih stanja (automatika)

Neki tipovi na površinskim tokovima:

• gredne zapornice • pločasti – klizni • segmentni • sektorski

Page 25: Brane i ustave, II dio - skripta

25

Neki tipovi na cijevima pod tlakom • tablasti • segmentni • leptirasti • kuglasti • konični • iglasti tablasti zatvarač konični zatvarač Howell-Bunger