BRANE

Sklope, Lika- Kruica (1967)

Letaj, Boljunica (1970)

Varadin, Drava (1975)

BRANA (pregrada)

je graevina kojom se pregrauje rijena dolina ili korito rijeke radi zadravanja ili zahvaanja vode, zadravanja nanosa, odlaganja jalovine i drugo

Povijest 5000 g. p.n.e Eufrat, Tigris, Nil

potrebno zadrati vodu za potrebe navodnjavanja (kanali, kopani bazeni s nasipima,)

Egipat, Perzija, Jemen, Indija, Kina, - nasute ili zidane brane

Najstarija poznata brana (zidana) Saad el Kafara Egipat, 2700 g.p.n.e., visine 15 m, svrha: kontrola i zatita od poplava

Sjeverni Jemen brana Marib zidana od lave, vapna i pijeska VIII. st.p.n.e., svrha: navodnjavanje, ponovo izgraena 1986.

Najstarija nasuta brana Gukow u Kini visine 30 m, izgraena 240 g.p.n.e.

Najvei broj starih brana koje postoje i danas (cca. 60 brana) izgraeno je u periodu 500-1300 g.n.e.

Oblik brana se kroz povijest

mijenjao.

Primjeri:

brana Alicante (panjolska)

visine 43 m izgraena 1580 g. gravitacijska zidana

Brane (Italija):

Corongiu (1863-1886) (a)

Bunnari (1874-1879) (b)

Lago Lungo (1877-1901)(c)

a) b)

c)

BRANE SE DIJELE PREMA RAZLIITIM KRITERIJIMA U CILJU PROUAVANJA NJIHOVIH SVOJSTAVA

Podjela prema svrsi/namjeni: Akumulacijske (jednonamjenske, vienamjenske)

Retencijske (privremeno zadravanje vode)

Zahvat vode (vodoopskrba, navodnjavanje, )

Kanaliziranje rijeka (brane u nizu-vee dubine/plovnost)

Zadravanje nanosa - pragovi

Nasipi (obrana od poplava)

ULAZNI

HIDROGRAM

QUL(t)

t

Q

IZLAZNI HIDROGRAM

QIZ(t)

Podjela prema materijalu:

Nevezani materijal NASUTE BRANE

Vezani materijal BETONSKE BRANE

Podjela prema veliini: VELIKE BRANE: H 15 m 5 H 15 m ako je Vak= 3*10

6 m3

MALE BRANE: sve ostale

Za velike brane su stroi kriteriji projektiranja i koritenja u odnosu na male brane.

dolinska pregrada

brana

Podjela prema utjecaju na rijeku:

preljevne preljev na tijelu brane

nepreljevne preljev izvan tijela brane

Podjela prema poloaju preljeva - evakuaciji vode:

Podjela BETONSKIH BRANA prema

prijenosu optereenja i konstrukciji

GRAVITACIJSKE:

masivna

olakane:

vielune

raslanjene

(s kontraforima, ploama i sl.)

pokretne rijene

Prednapregnute

LUNE:

STATISTIKA U svijetu danas, prema ICOLD-ovom

registru, ima vie od 40.000 velikih brana, od ega se u Hrvatskoj nalazi 29.

50% brana izgraeno je u Kini.

75% ine brane do 30 m visine.

92% ine brane do 60 m visine.

Do 1950. 5300 brana, ostale (86%) su

izgraene u periodu od 1950. do danas.

Visina

(H)

Broj brana

(cca)

15-30 30 000

30-60 7 000

60-100 1 500

100-120 350

150-200 100

>200 30

visina [m]

Nurek,

Taikistan 300 nasuta

Xiaowan, Kina 292 luna

Grande

Dixence,

vicarska

285 gravitacijska

Svaka brana mora osigurati osnovnu namjenu te

omoguiti siguran prolaz voda kroz pregradni profil.

Tijelo brane

Evakuacijski organ (preljev)

Temeljni ispust (pranjenje vode i

ispiranje nanosa)

Osiguranje vododrivosti

(primjer betonske

gravitacijske masivne brane)

Evakuacijski organ

Preljevni dio

Nepreljevni dio

Akumulacijski

bazen

Injekcijska

zavjesa

Tijelo

brane

Osnovne dimenzije brane su:

Os brane

Visina brane (od temelja do krune)

Hidraulika visina brane (razlika kote maksimalnog uspora i kote dna

rijeke prije izgradnje)

Duljina brane u kruni

Faktori koji utjeu na izbor tipa brane

Topografija (oblik pregradnog profila)

Geologija i uvjeti temeljenja (jedra stijena, ljunak,prah, pijesak, glina, nejednolini uvjeti temeljenja)

Raspoloivi materijal

Veliina preljeva i njegova lokacija

Potres

TIP BRANE?

Topografija (V,H,dispozicija)

Teren (temeljenje, vododrivost)

Preljev (veliina smjetaj

Utjecaj na okoli i krajobraz

Legislativa

Potresnost

Materijal za gradnju

Utjecaj na stanovnitvo

Ekonomija

Uvjeti: Prirodni Estetski

Financijski

Fiziki faktori pri izboru tipa brane

IZBOR TIPA BRANE NASUTE BRANE

PREDNOSTI:

Minimalni zahtjevi kod temeljenja i prilagodljivost skoro svim vrstama terena

Mogunost koritenja raznovrsnog i heterogenog materijala za nasip

Jeftino i brzo ugraivanje

MANE:

Osjetljivost na prelijevanje

Osjetljivost na procjeivanje i ispiranje materijala (unutranja i regresivna erozija)

Za evakuaciju velikih voda potrebni su posebni betonski objekti izvan brane

Veliki obim radova (zbog blagih kosina)

BETONSKE BRANE

PREDNOSTI:

Izdrljivost na prelijevanje i procjeivanje

Manje koliine materijala (strm nagib)

MANE:

Visoki zahtjevi za temeljenje

(visoka nosivost tla, niska

deformabilnost, nepovoljne u

izrazito potresnoj zoni)

Visoka jedinina cijena (spor rad i brojnija radna snaga)

Za lune brane s obzirom na veliko optereenje bokova doline potrebna jedra nosiva

stijena

U cilju kontrole stanja brane zbog pravovremenog uoavanja promjena na

brani i pravovremene provedbe eventualno potrebne sanacije provodi se

TEHNIKO PROMATRANJE (MONITORING, OSKULTACIJE) brane:

Vizualna kontrola (uoavanje svih vidljivih promjena, na pr. pukotina, oteenja i sl)

Praenje procjeivanja i pritiska vode

Mjerenje horizontalnih i vertikalnih pomaka (npr. slijegavanja brane) i sl.

Djelovanja na branu:

stalna

vlastita teina brane, tlak vode u porama, tlak vode, uzgon, tlo, sve

stalne mase (oprema) na brani,

promjenjiva

temperaturne promjene, stezanja

betona,smrzavanja vode u betonu,

optereenje ledom, valovi, povremena/pokretna optereenja (kranovi, strojevi i sl.)

izvanredna

potres

TLAK VODE

2

HP

2

G

WG

B2HH

U DG W

UZGON

PG

U

Uzgon u tijelu

brane

BETONSKE GRAVITACIJSKE

BRANE

Grande Dixence, vicarska, najvia masivna gravitacijska brana visine 285 m,

izgraena 1961.

Betonske gravitacijske brane suprotstavljaju se vanjskim silama vlastitom teinom.

Vano je da tlo na kojem se grade:

ima dovoljnu nosivost da primi teinu brane i optereenja koje brana prenosi na temelj,

jednoliko slijegavanje

malu vodopropusnost

monolitnu strukturu (bez pukotina)

Nisu pogodne za potresna podruja.

Betonska masivna gravitacijska brana

Osnovni popreni presjek

betonske gravitacijske masivne

brane je pravokutni trokut.

esto se grade kao niz vertikalnih

konzolnih nosaa - lamela (irine 6-16 m)

meusobno razdvojenih razdjelnicama,

svaka lamela je nezavisna i mora biti

stabilna.

Kontrola stabilnosti na najnepovoljnijem presjeku (presjek najvee visine) moe se raditi za 1 m duni brane s obzirom da je to prevladavajui presjek.

DV

GV Nizvodni nagib 1:0,8

Uzvodni nagib 1:00,05) 1

n

Poetni izbor dimenzije brane

Svi presjeci brane u pravilu trebaju biti

tlano naprezani. Bez obzira na to, zbog latentne topline kod betoniranja, betonske je brane potrebno konstruktivno armirati s oko 100 kg/m3 prostornom armaturom.

Ispod brane ne dozvoljavaju se vlana naprezanja u tlu, a tlana moraju biti manja od propisom dozvoljenih.

Taj je uvjet zadovoljen ako rezultanta (R) svih sila prolazi jezgrom presjeka noice brane. Granino je stanje kada rezultanta prolazi nizvodnim rubom jezgre i tome odgovara najmanji presjek brane odnosno najmanja irina noice brane (b).

Brana je kruto tijelo koje u principu nije izloeno savijanju. Izuzetak ine oslabljenja u tijelu brane (galerije, drenana okna i sl), koja se posebno proraunavaju i odgovarajue se armiraju.

H

1

U

C

G

GV

h1

b

h1/3

b/3 b/3 b/3

R

Rubni sluaj

Naponi 1=0 2

3

bU-G

3

hH

Uvjet:

Koeficijent redukcije uzgona (m):

m=1, uzgon u punoj vrijednosti; b=0,85h

m=2/3; b=0,76h

m=0, nema uzgona; b=0,65h

0MC

VBVB mg2

hb

2

hbgm

2

hbgUG

2,4 uz hm

bV

B

VB

V

m2,4

hb

H

U

G

GV

h

b

h/3

b/3

mVgh

C

U okviru kontrole graninog stanja nosivosti provodi se provjera:

stabilnost na prevrtanje

stabilnost na klizanje.

H1

U

H2H

H2V

A

G

GV

DV H2

h1

h2

b

h1/3

b/3

H1

U

H2H

H2V

G

GV

DV H2

h1

h2

b

h1/3 T

b/3 Koeficijent trenja (f) u rasponu od 0,3 (ljunak) do 0,8 (stijena):

f=tg ; =17-35

Ako se uzima u obzir i prianjanje (adhezija, A-koef. prianjanja) na temeljnoj plohi onda je:

T=fV+Ab

Ako stabilnost na klizanje ne zadovoljava radi se zakoenje temeljne spojnice.

Tako se poveava sila trenja, a smanjuje smiua sila.

GV

H

V

h1

b

N=Vcos+ Hsin

tg=0.05-0.15

T=f N+A b/cos

Ako je teren stijena (manji iskop).

Ako je teren ljunak (nevezani materijal).

Smanjenje uzgona

Izvoenjem injekcijske zavjese

Dreniranjem

Produljenjem puta vode vodonepropusnim

zastorom

1.) Izvoenjem injekcijske zavjese Injektira se smjesa za poveanje vododrivosti.

Primjena kod stjenovitih tala.

Za nevezana tla koriste se dijafragme.

Injektiranje moe biti:

Za poveanje vododrivosti

KONSOLIDACIJSKO za poveanje nosivosti stjenovitog tla (dubine 5 m)

VEZNO (kontaktno) za

povezivanje konstrukcije s

okolnim stjenovitim terenom i

sprjeavanje ispiranja materijala na kontaktu brana-tlo

GV

DV h1

h2

sa injekcijskom zavjesom

bez injekcijske zavjese

injekcijska zavjesa

Obilazni tunel

Kontaktno injektiranje rozeta

Injekcijska buotina

Injekcijska zavjesa

2.) Dreniranjem iza injekcijske zavjese

Uzgon se najee ukupno reducira na 1/3

GV

DV h1

h2

sa drenaom

bez drenae

drenana buotina (1/4 1/2)H

drenana

galerija

Galerije slue za kontrolu stanja brane (procjeivanje,...) i omoguuju dodatno injektiranje i dreniranje.

Dimenzije galerija: uobiajeno 2x2 m ako treba prolaziti mehanizacija H=2,5-3

m

za injektiranje H=4-5 m

Za vie brane moe se izvesti nekoliko galerija /H=20-30m.

Kroz galerije moe se drenirati voda iz tijela brane-smanjenje pornog tlaka (horizontalni i vertikalni drenovi, promjera d=10-20 cm, na udaljenosti od 3-5 m).

Smanjenje procjeivanja kroz tijelo betonske gravitacijske brane ostvaruje se koritenjem:

kvalitetnijeg betona (vee vododrivosti) na uzvodnoj strani te njegom betona da se ne pojave pukotine

izvoenjem bitumenskog sloja ili postavljanjem vodonepropusne folije na uzvodno lice

3.) Produljenje puta vode izvodi se izvoenjem horizontalnog slabo vodopropusnog zastora

GV

DV h1

h2

sa zastorom

bez zastora

Slabo vodopropusan zastor (glina)

Izgradnja brane - latentna toplina

U brane se ugrauju velike koliine betona, te se pojavljuju problemi koji nastaju tijekom sazrijevanja betona javljanjem visokih hidratacijskih temperatura i irenja betona u prvoj fazi te stezanjem betona u zavrnoj fazi

Problem se rjeava tehnologijom ugradnje i odravanjem svjeeg betona Koriste se posebni cementi (s manjom hidratacijskom toplinom i s

odgovarajuim dodacima) Koristi se beton s manjom koliinom cementa (ali da se s time ne

ugrozi nosivost i vododrivost betona) Koriste se posebni recepti za spremanje betona (kombiniranje

razliitih granulacija i koritenje krupnijih frakcija) Omoguuje se hlaenje betona nakon ugradnje ili se snizuje

temperatura betonske mjeavine koritenjem hladne vode (dodavanje leda u vodu) i agregata koji nije izloen suncu

Betoniranje ne smije biti kontinuirano betonira se u blokovima (12-15m)

Betoniranje ne smije biti kontinuirano jer se u velikoj masi betona vanjski slojevi hlade

bre od unutranjih, to uzrokuje stvaranje napona i pojavu pukotina.

Stoga se rade prekidi betoniranja radne razdjelnice kako bi se beton ravnomjerno hladio i skupljao bez veih pukotina. irina bloka je jednaka irini lamele.

Beton treba biti:

Dovoljne vrstoe

Otporan na smrzavanje

Dovoljno vododriv

Niske hidratacijske temperature

Niske cijene kotanja

Zoniranje: na viim kotama beton slabije vrstoe nego na niim kotama, beton vee vrstoe na uzvodnom i nizvodnom (habanje) dijelu brane, preljevima i sl.

stupasti

blokovi

radne

razdjelnice

Radne razdjelnice (spojnice) izmeu blokova (mjesta na kojima se nastavlja betoniranje) treba pripremiti za nanoenje novoga sloja- da bi se ostvarilo dobro prianjanje novog i starog bloka (pjeskarenje te premazivanje cementnim mortom u

debljini 2 cm).

Radne razdjelnice se mogu injektirati dok konstruktivne dilatacijske razdjelnice

izmeu lamela ostaju fleksibilne.

Otvori konstruktivnih dilatacijskih razdjelnica omoguavaju da se:

Rasterete termiki naponi i sprijei pojava pukotina uslijed tih napona,

Sprijei pojava pukotina uslijed nejednolikog slijeganja.

Vododrivost na dilatacijama

osigurava se trakama za brtvljenje

(bakreni lim, guma, PVC i sl.).

konstruktivne dilatacijske

razdjelnice

Trake za brtvljenje

Prednosti olakanih brana nad gravitacijskim:

20-40% manji volumen betona u tijelu brane (manji trokovi 15-35% jer je beton, zbog sloenosti izgradnje, skuplji 5-10%)

Manji utjecaj temperature hidratacije i skupljanja

Bolje iskoritene fiziko-mehanike karakteristike materijala

Mogu se graditi na loijem tlu

OLAKANE BRANE

Ralanjene Vielune

Ralanjene brane - kontraforne

Uz vlastitu teinu kod olakanih brana prevrtanju i klizanju se suprotstavlja vertikalna komponenta hidrostatike sile (teina vode iznad uzvodnog lica).

Gravitacijska brana (a)

Brana s kontraforima T-oblik (b)

Vrste:

S kontraforima s masivnom glavom

S ploama i kontraforima

(a) (b)

Horizontalni presjek kontrafora s masivnom glavom

Kontrafori sa zaobljenjima se rade da bi se izbjegla

koncentracija naprezanja na lomovima, da bi se

izbjegao moment savijanja na glavi kontrafora koja

djeluje kao konzola, te da bi se rezultanta

hidrostatikog pritiska na glavi usmjerila prema osi kontrafora.

Iz T oblika kontrafora razvile su se:

brane s masivnom betonskom ploom i kontraforima

brane s tankom armiranobetonskom ploom i vitkim kontraforima:

- bez razupornih AB greda

- s razupornim AB gredama

Tip brane Marcello

Tip brane Ambursen s:

a) masivnom betonskom ploom

b) tankom ploom

a)

b)

Vielune brane Danas se grade visoke vielune brane od armiranog betona.

Luna brana koristi efekt luka te optereenja prenosi preko bokova na oslone (na bokove doline). Vieluna se nastoji od vie lukova, a optereenja se sa lukova prenose na kontrafore i preko kontrafora na temeljno tlo.

Lukovi se grade pod kutem u odnosu na vertikalu.

Masivni kontrafori se grade na udaljenosti 10-20 m.

Vielune brane se grade na dobrom temeljnom tlu-stijena.

Lukovi mogu biti:

od betona ili armiranog betona

s konstantnom ili s promjenjivom debljinom

s centralnim kutem od 160 do 180 stupnjeva

Preljevi, temeljni ispusti i zahvati vode

smjetaju se u kontrafore i na kontrafore.

Izmeu kontrafora

se moe smjestiti i

HE.

Brana Daniel Johnson - Kanada

BRANA

visina 214 m

duljina 1,314 m

iriona krune 3 m

irina stope 22.5 m

AKUMULACIJA

Volumen 142 km3

Povrina1,950 km2

HE

Instalirana snaga

1,592 MW + 1,064 MW

Brana Roselend - Francuska

BRANA

visina 150 m

duljina 804 m

irina krune 3 m

irina stope 22 m

AKUMULACIJA

Volumen 187x106 m3

Povrina 3.2 km2

HE

Pad 1,250 m

Instalirana snaga 6 x 91 MW =546 MW (Pelton turbine)

Linach visina 30.40 m

duljina 143.90 m

vol. akumulacije 1.1x106m3

irina u kruni 0.4 m

irina u temelju 0.6 m

LUNE BRANE

Lunim branama nazivaju se brane iji je horizontalni presjek krivolinijskog oblika, u obliku luka. Optereenje prenose uglavnom na bokove doline.

Sigurnost i stabilnost konstrukcije ovisi o fizikalno-mehanikim karakteristikama materijala u konstrukciji i nosivosti temelja.

Lune brane su u pravilu nearmirane (betoni sa 230-300 kg cementa po m3). Armiranje se koristi samo kod otvora i u kruni brane.

Prednosti:

40-60% su ekonominije od gravitacijskih

bre se grade

Nedostaci:

zahtijevaju dobre uvjete temeljenja

zahtijevaju visokorazvijenu tehnologiju pripreme i ugradnje betona

zahtijevaju savjestan i iskusan nadzor i strogu kontrolu tijekom graenja i eksploatacije

Brana Letaj (Boljunica)

35m, 1970.g.

Inguri, Gruzija

272 m, izgraena 1984.

Hoover, Colorado,

Arizona-Nevada, SAD,

luna visine 223 m, izgraena 1936.

Glanja, Makedonija

Glen Canyon, SAD

Brana Gordon, Australija

To je statiki viestruko neodreena konstrukcija, koja se radi lake analize dijeli na elemente jednostavnih oblika.

Graenje lukova je vrlo stara vjetina (Rimljani).

Vrste lunih brana:

s konstantnim radijusom

s promjenjivim radijusom i

konstantnim centralnim kutom

s promjenjivim radijusom i

promjenjivim centralnim kutom

Zbog temperaturnih promjena rade se vertikalne dilatacije i koriste cementi s niskom

hidratacijskom temperaturom.

Da se izbjegne neravnomjerno rasprostiranje napona brana bi trebala biti simetrina to nije uvijek mogue pa se brane dotjeravaju da budu to vie simetrine.

Temeljenje:

uklanjanje rahlog materijala

temeljenje brane na kompaktnoj stijeni

po potrebi izvriti ojaanje tla (injektiranje)

posebnu panju posvetiti dobrom izvoenju kontakta sa materijalom na kojem lei temelj (perimetralna reka-fuga)

Tampon u lijebu korita

Gravitacioni upornjak

Boni krilni zid

RIJENE POKRETNE BRANE

Grade se u nizinskim dijelovima rijeka, gdje su korita iroka i preteno se temelje na nekoherentnim materijalima. Najee se nalaze na plovnim putovima (brodske prevodnice) ili grade u cilju energetskog iskoritavanja vodotoka.

Sastoje se od:

stabilnog (vrstog) betonskog dijela: bokova, stabilnog preljevnog dijela sa slapitem, stupova, mostova (za komunikaciju lijeve i desne obale) i

pokretnog dijela kojim se regulira razina vode: vei broj protonih polja s ustavama (zapornicama), koje preuzimaju hidrostatiko optereenje i prenose ga na stupove

Brana na Dravi izgraena za

potrebe HE Varadin

Brana na Dravi izgraena za potrebe

HE Varadin

Brana na Dravi izgraena za potrebe

HE Dubrava

Spajaju se na dilatacijama i ovisno o smjetaju dilatacije ovisi statika shema.

Zapornice su:

glavne za rad

pomone za remont, nalaze se ispred glavnih

Zapornice su najee metalne i relativno lagane, s mehanikim ili hidraulikim pogonom.

Za rijene pokretne brane proraunava se:

Stabilnost na klizanje (vidi betonske gravitacijske

brane)

Stabilnost na smicanje

Stabilnost na isplivavanje

Sigurnost od hidraulikog sloma u temeljnom tlu (ispiranje estica iz temeljnog tla, pogotovo kod nekoherentnog tla-pijesak, ljunak):

(Sigurnost od hidraulikog loma ostvaruje se produenjem puta procjeivanja:

- zastorom od betona ili gline na uzvodnoj strani pregrade,

- injekcijskom zavjesom kod stjenovitog tla,

- izvoenje filtra i drenae iza nizvodne noice)

NASUTE BRANE PODJELA:

Zemljane brane od prirodnih

materijala:

Homogenog presjeka

Heterogenog presjeka

s nepropusnom glinenom

vertikalnom ili kosom jezgrom,

s jezgrom nekog drugog

nepropusnog ili slabo propusnog

materijala,

s uzvodnim vodonepropusnim

ekranom

od kamenog nabaaja:

S vertikalnom ili kosom nepropusnom

jezgrom od prirodnih materijala

S vertikalnom dijafragmom od

umjetnih ili pripremljenih materijala

S uzvodnim vodonepropusnim

ekranom (AB, asfalt-betonski, lijevani

asfalt, geomembrane,)

MJEOVITE

(kameni nabaaj i zemlja)

Razvoj nasutih brana zapoeo je u suhim predjelima (Egipat, Srednji istok, Indija,...) gdje je sezonske padaline

trebalo sauvati za sune periode.

Nasute brane se sastoje od:

potpornog tijela i

sustava za ostvarenje vododrivosti

Mogu se graditi na bilo kojem tlu (zemljane) kao i u

potresnim podrujima.

Grade se od prirunog materijala (prahovi, glina, prainasti pijesci, pijesak, ljunak, drobljeni kamen/stijena,..).

Evakuacija velikih voda

Nasute brane su NEPRELJEVNE to znai da se koriste preljevi na boku doline i slobodnostojei preljevi

Prelijevanje preko nasute brane, pogotovo ukoliko je ono dugotrajno uzrokuje erodiranje nizvodnog pokosa to moe rezultirati ruenjem brane.

Da se sprijei prelijevanje potrebno je dobro:

odrediti visinu krune brane

odrediti mjerodavni vodni val (velike vode)

dimenzionirati, izvesti i odravati evakuacijske organe

Ako je nizvodno podruje naseljeno evakuacijski organi se dimenzioniraju na maksimalnu veliku vodu.

Ako je nizvodno podruje nenaseljeno te pri poplavljivanju ne moe doi do ugroavanja ljudskih ivota evakuacijski organi se dimenzioniraju na 1000-godinju veliku vodu.

Hidraulika stabilnost brane

Uz sve mjere i rjeenja vododrivosti voda se procjeuje kroz tijelo brane, temeljno tlo ili stijenu, i uzdu kontakata temelja brane s tlom ili stijenom. Procjeivanje vode ukoliko nije u projektiranim granicama i nije kontrolirano moe biti uzrok proboja vode i ruenja nasutih brana (piping ili tunnelling efekt).

Ispiranje estica se javlja kada se one ne mogu (svojom teinom ili oslanjanjem na druge estice) oduprijeti hidrodinamikoj sili procjedne vode.

Treba osigurati:

Vodonepropusnost tijela brane

Vodonepropusnost temeljnog tla

Treba osigurati hidrauliku stabilnost brane:

zatitu od UNUTRANJE EROZIJE

zatitu od REGRESIVNE EROZIJE

UNUTRANJA EROZIJA

Unutranja erozija je ispiranje estica sitnijeg materijala kroz upljine veih estica.

Bolja zbijenost materijala manja mogunost ispiranja estica.

Do unutranje erozije dolazi na kontaktu razliitih materijala. Za sprjeavanje unutranje erozije izvode se zatitni prijelazni slojevi (filtarski slojevi). Mogue je izvesti jedan ili vie prijelaznih slojeva.

Svrha prijelaznih slojeva je da sprijee unutranju eroziju brane i pronoenje sitnih estica u smjeru toka vode,

Filtarski slojevi trebaju ispunjavati slijedee uvjete:

Propusnost filtra treba biti znatno vea od propusnosti materijala iz kojeg voda dotjee,

Granulacija filtarskih slojeva mora biti takva da sprijei dalje prenoenje sitnih estica kroz filtar,

Granulacija materijala filtra ne smije dozvoliti unutranju eroziju filtra.

Granulacija filtarskih slojeva odreena je FILTARSKIM PRAVILOM.

FILTERSKO PRAVILO (definirano normom HRN...):

(F-filterski materijal, O-bazni materijal: tlo, jezgra, prethodni filterski sloj)

priblino:

1.) D15F:D15

O > 5 - onemoguava se zaepljenje filtra

2.) D15F:D85

O 5 - onemoguava se ispiranje

3.) D85O:otvor2 promjer zrna dva puta vei od otvora na

drenanoj cijevi

4.) to ujednaeniji granulometrijski sastav (da bi se ostvarila eljena vodopropusnost i izbjegla segregacija pri uvanju, transportu i ugraivanju)

Primjer: Glina ima D85O=0,015 mm, u filtru D15

F 15 % mora biti manje od

0,075 mm.

Granulometrijska krivulja materijala koji se titi Granulometrijska

krivulja filtarskog materijala

Materijal koji se titi

Materijal otporan na eroziju

Princip filtarske zatite

Minimalna debljina horizontalnog filtra iznosi 30 cm ili 50 promjera zrna

D15 (izabire se vea vrijednost), dok vertikalni ili kosi filtar ne bi smio iznositi manje od 2-3 m.

Problem unutranje erozije (ali i regresivne) javlja se i pri pranjenju akumulacije kada do izraaja dolazi funkcija uzvodnih filtarskih slojeva uz jezgru brane.

REGRESIVNA EROZIJA tunnelling efekt

Regresivna erozija nastaje na nizvodnoj zranoj plohi na kojoj se pojavljuje teenje vode (vrelna ploha) i tamo gdje su izlazni gradijenti vei od kritinih, te dolazi do ispiranja estica nasipa.

Ako je izlazni gradijent i vei od kritinog gradijenta iKR dolazi do regresivne erozije:

n mjera upljikavosti

i i ;n1-i ;L

hi KR

V

VMATERIJALAKR

Linija procjeivanja za

zaguen filtar

Linija

procjeivanja za

isti filtar

VRELNA PLOHA

Ispiranje estica na nizvodnoj kosini moe se prijeiti ugradnjom drenanog sustava. Drenovi slue za kontroliranu odvodnju procjedne vode pri emu materijal drena ima vei kritini gradijent od osnovnog materijala brane (poveane ikr).

Druga je mjera zatite od regresivne erozije produljenje puta procjeivanja (L), te time smanjenje izlaznog gradijenta.

Zatita nizvodnog pokosa i stabilnosti noice - primjeri drenanog sustava.

Danas se za drenau koriste i drenovi od geotekstila.

Brana Roquebrune - Nizozemska

Nasip u Gusi polju

SPRJEAVANJE/SMANJENJE PROCJEIVANJA

(VODODRIVOST)

VODODRIVOST TIJELA BRANE

Osiguranje vododrivosti brana

Homogene zemljane brane su

dobro vododrive (potporno tijelo je vododrivo).

Heterogene brane imaju

potporno tijelo koje nije

dovoljno vododrivo pa se treba osigurati vododrivost brane izvoenjem vododrive jezgre ili ekrana

(zemljani/glineni, betonski,

asfalt-betonski, elini, geomembrane,...).

Asfalt-betonska obloga:

Kada se izvode uzvodni vodonepropusni ekrani/obloge vanjski slojevi su

vodonepropusni (1,2,4), predzadnji (3) slui kao drenaa.

Zbog skupoe esto se izvode samo jedan ili dva sloja.

Asfalt-betonski ekrani:

Pogodan s aspekta slijegavanja materijala

Dobra vododrivost

Lako se oteuju

Ne mogu se uvijek ugraivati (nesmije biti vlage, niti temp.

UZVODNI POKOS nasute brane mora biti zatien od djelovanja valova i atmosferilija (posebno leda) pa se oblae kamenim nabaajem ili ako se koristi asfalt-betonski, cement-betonski ili AB ekran tada on ima i zatitnu funkciju.

NIZVODNI POKOS zemljane nasute brane najee se zatravljuje (nanoenje nanosa). Ako je brana kamena ne treba zatravljivati, iako se ponekad

zatravljuje iz estetskih razloga (uklapanje u okoli, npr. brana na Lokvarskom jezeru).

VODODRIVOST TEMELJNOG TLA (produljenje procjednog puta)

Djelomina ili potpuna zamjena tla produenje jezgre/temeljnog klina

Uzvodni glineni zastor

Dijafragma

Injektiranjem

Osnovno pravilo:

Treba teiti da se porni tlakovi u jezgri i procjedna linija u nizvodnom potpornom tijelu snize na minimum, a procjedne vode treba skupiti

na dnu i preko drenanog sustava izvesti izvan brane.

Nosivost i stabilnost brana

- mehanika stabilnost brana

Brana preuzima hidrostatiko optereenje i sa svojom vlastitom teinom prenosi da na temeljno tlo.

MEHANIKA STABILNOST brana podrazumijeva:

Stabilnost kosina

Stabilnost temeljnog tla

PRI PROJEKTIRANJU NASUTIH BRANA TREBA ANALIZIRATI

SLIJEDEE SLUAJEVE:

Analizu stabilnosti izgraenog objekta (kraj graenja)

Analizu optereenog objekta (puna akumulacija)

Analizu naglog pranjenja akumulacije

Deformacije brane i temelja - stiljivost

Stiljivost slijeganje brane deformacije tijela brane

Kod odreivanja konstruktivnih dimenzija nasutih brana treba analizirati slijeganje brane i njene podloge, da bi se moglo odrediti potrebno

nadvienje krune brane.

Potrebno je poznavati modul stiljivosti sloja koji se slijee i rasprostiranje naprezanja.

Na osnovi koeficijenata konsolidacije i vremena trajanja konsolidacije

odreuje se vremenski tijek slijeganja.

Kod slijeganja brane i tla dolazi do vertikalnih (0,01H) i horizontalnih

pomaka (0,005H).

Slijeganje je vie izraeno kod nasutih zemljanih brana nego kod brana od kamenog nabaaja.

Tijekom eksploatacije potrebno je mjeriti pomake i sljegavanje brane.

Najvei horizontalni pomaci javljaju se pri prvom punjenju akumulacije-

Problemi:

Neravnomjerno slijeganje:

Nastaje uslijed asimetrije profila, strmih bokova,

naglih lomova u temeljnoj spojnici, slijeganjem

temelja i sl. stvaranje pukotina

Potrebno je koristiti visokoplastinu glinu za jezgru

Posebno su osjetljive nasute brane s vododrivim ekranom

Vea stiljivost jezgre od susjednih zona vjeanje jezgre o susjedne zone.

Razlike u slijeganju susjednih zona.

Os brana je veinom u pravcu, mada suvremena rjeenja usvajaju konveksno zakrivljenu os brane.

IRINA KRUNE BRANE ovisi o radnom prostoru koji je potreban u izvedbi i koritenju prometnica, te o visini brane.

Minimalna irina iznosi 3 m, a za brane due od 500 m irina iznosi barem 6 m.

Geometrijske i konstruktivne karakteristike

(m) 1H1,1bK

Kod nasutih brana se takoer mogu izvoditi kontrolne galerije.

One se izvode u temeljima jezgre.

VISINA VALA se odreuje na temelju:

Usvojene brzine, pravca i trajanja

vjetra koji djeluje okomito na os brane

Vrijednosti efektivne duine privjetrita vjetra za pravac 45 od pravca djelovanja mjerodavnog vjetra

NADVIENJE KRUNE BRANE ovisi o visini valova (hV) i visini penjanja valova (hPV; ovisi o nagibu pokosa i obradi

povrine), te sigurnosnoj visini (hs= 0,5-0,7 m):

SPVVNAD hhhh

Za brane H15 m visine minimalno nadvienje iznosi 1,5 m.

Za brane H>15 m visine

minimalno nadvienje iznosi 2 m.

DIMENZIJE JEZGRE

2-3 m

0,25H

H

Sklope brana i HE, rijeka Lika, jezero Kruica

Akumulacijsko jezero, nasipi,

pokretna brana za HE Dubrava

(Drava)

NASIPI

TIJELO NASIPA

POSTELJICA

Primjeri dreniranja nasipa

a) Pomou obratnog filtera i kamene obloge

b) Pomou drenane cijevi

c) Pomou horizontalnog drenanog sloja

d) Pomou drenanog nasipa od kamenog nabaaja