GRAEVINSKI FAKULTET SVEUILITA U MOSTARU

REGULACIJSKE GRAEVINESEMINARSKI RAD

KOLEGIJ: REGULACIJA RIJEKA

Mostar, svibanj 2015. Josip Klari; Indeks: 265/D

UVOD

Regulacija vodotoka jeskup zahvata na prirodnom vodotoku, kojima se omoguuje njegova svrhovita uporaba (natapanje poljoprivrednih povrina, plovidba, energetsko iskoritavanje vodenih snaga, opskrba vodom, odvoenje otpadnih voda, urbanistiko oblikovanje naselja), sprjeavanje njegova zagaivanja, ili zatita od tetnoga djelovanja voda koje njime protjeu. Regulacijom mogu biti obuhvaeni dijelovi vodotoka, ili sav vodotok, od izvora do ua. ine ga bujice, potoci i rijeke koji, kada su neregulirani, rijetko ispunjavaju zahtjeve suvremenoga gospodarenja vodama. Bujice, s malim i strmim slivnim podrujem, naglim nailaskom ugroavaju ivote ljudi i materijalna dobra, a doline ispunjavaju muljem i kamenjem (nanosima). Potoci vijuganjem uzrokuju nastanak movara u dolinama, a pri smanjenoj mogunosti protjecanja taloe pijesak i mulj. Rijeke ponekad mijenjaju korito te, rascjepkane u rukavce, u otrim zavojima protjeu irokim dolinama bez izrazita lijeba. Na vodotok nepovoljno djeluju zapreke koje ga s vremenom odmiu od smjera prirodnoga pada, a nepovoljan utjecaj ima i vodena struja koja u zavoju vodotoka erodira vanjsku obalu, a odlae nanos uz unutranju. Time zavoji postaju sve izrazitiji, rijeka zmijoliko vijuga (tzv. meandri) i mijenja poloaj zavoja. Nastala produbljenja i pjeani prudovi takoer mijenjaju poloaj i veliinu, to su obiljeja nereguliranoga vodotoka. Pri nadolasku vodenoga vala velike vode, prirodno korito ne moe primiti svu vodu, pa se dio vode prelijeva u ire, poplavno podruje i nastaju poplave. Uspjeno izvrenje zadatka regulacije sastoji se u tome, da se ralanjeni vodotok postupno skupi u jedno korito i to korito pomalo izgradi, uvrsti i ustali. Kod toga vrijedi pravilo da se radna sposobnost vode zgodnim upravljanjem to vie iskoristi, da voda sebi s jedne strane iskopa novo korito, a s druge strane da sama zaplavi nepotrebne depresije starog korita. Stoga regulacije veih vodotoka traju dugo, godinama i vie.Osnovu regulacije ine razliite vodograevine. Vodograevine za regulaciju rijeka dijele se prema :- materijalu od kojeg su napravljene,- mjestu gdje se ugrauju- poloaju u odnosu na matricu rijenog toka.Kombinirana podjela objekata prema mjestu gdje se vodograevine izgrauju i premapoloaju u odnosu na maticu rijenog toka daje :- vodograevine koje se izgrauju u rijenom koritu i- vodograevine koje se izgrauju izvan rijenog korita.Vodograevine u rijenom koritu mogu biti: obaloutvrde, paralelne graevine ipoprene graevine.

Vodograevine izvan rijenog korita ine: prosjeci (prokopi) i nasipi.

1. OBALOUTVRDE

Obaloutvrda je paralelna regulacijska graevina u koritu vodotoka kojom se obala titi od erozije. Gradi se najee na konkavnoj obali vodotoka, rijetko na obje obale du pravolinijske dionice ili u naseljima u okviru regulacije gradskog tipa. Kruna obaloutvrde je najee na nivou obale (nivo srednje velike vode ili punog korita vodotoka).Na kraim potezima kroz naselja se, zbog nedovoljno prostora ili urbanistikih zahtijeva, zatita od poplava umjesto nasipima osigurava kejskim zidovima razliitih tipova. Kejski zidovi imaju i funkciju zatite obala od erozije, a koriste se i za rekreaciju. Izbor tipa obaloutvrde ovisi o mnogo parametara: - geometrijskih karakteristika obale i trase rijenog toka, - geomehanikih svojstava materijala obale, - hidroloko-hidraulikih karakteristika toka (reim vodostaja, intenzitet i uestalost oscilacija nivoa, raspored, intenzitet i smjer brzine toka u zoni obaloutvrde), - karakteristika reima rijenog nanosa, - djelovanja valova, - djelovanja leda, - ambijenta u kojem se gradi (klasina ili naturalna regulacija), - raspoloivog materijala i radne snage, - cijene. Osnovna podjela obaloutvrda je na vertikalne i kose.

1.1. VERTIKALNE OBALOUTVRDE

Imaju zadatak da horizontalna optereenja prenesu na tlo i mogu biti gravitacijske konstrukcije (grade se od betona i armiranog betona, gabiona, armirane zemlje) ili razni zidovi, ipovi i dijafragme od armiranog betona ili elika. Znatno su skuplje nego kose obaloutvrde i primjenjuju se uglavnom u specijalnim sluajevima (luke, pristanita, marine, kanali) ili kada prostorna ogranienja ne dozvoljavaju izvoenje kose obaloutvrde.

Slika 1. Vertikalna obaloutvrda od gabiona (lijevo) i od elinih talpi (desno)Konstruktivno gledano, vertikalne obaloutvrde spadaju u grupu potpornih konstrukcija. Za dimenzioniranje vertikalnih obaloutvrda se primjenjuju standardni postupci iz mehanike tla i fundiranja.

1.2. KOSE OBALOUTVRDE

Kose obaloutvrde su iskljuivo regulacijske graevine, koje odlikuje jednostavna konstrukcija i nia cijena izvoenja. U ovu grupu spada velika lepeza objekata, od jednostavne zatite obale biljnim materijalom (slika 10.18) do kejskog zida sa platoom za rekreaciju (slika 10.19), ali svaki ima tri osnovna elementa (slika 10.20).- Noica je oslonac konstrukcije, koji se nalazi u samom rijenom koritu i u svim uvjetima je izloena djelovanju vode.- Posteljica ima viestruku ulogu, a to je filtracija, dreniranje, zatita od ispiranja tokom paralelnim sa kosinom, izravnavanje temeljnog tla (slui kao temelj za ugradnju obloge), odvajanje konstrukcije od temeljnog tla, sekundarna zatita u sluaju gubitka dijela obloge i disipacija energije unutranjeg toka vode.

Slika 2. Obaloutvrda sa "ivom" oblogom kosine

Slika 3. Kejski zid

Ispod noice se postavlja podloga noice, da bi prenijela optereenje od konstrukcije na slabo nosivo rijeno dno. Podloga moe biti: - fainski madrac, - sloj krupnijeg ljunka, tucanika ili sitnijeg kamenog nabaaja ili - ojaani geotekstil. Obvezno je predvidjeti prepust u rijeni tok, pri emu je duina prepusta dovoljna da noica moe da podnese lokalnu dubinsku eroziju, a da ne doe do deformacije noice. Ukoliko se podloga gradi od ljunka, tucanika ili kamena, formiraju se dva sloja: sitniji materijal se polae na rijeno dno, a krupniji preko njega (da bi se sprijeila migracija estica dna kroz podlogu). Noica je oslonac cijele konstrukcije, koji se radi od kamenog nabaaja, gabiona itd. Gradi se pod vodom (direktnim istovarom kamena), osim krune koja se gradi iznad nivoa radne vode (trajanja 2-3 mjeseca godinje). Kruna se oblikuje runo ili strojno (roliranje kosine), radi definiranja pravilnog geometrijskog oblika. Dimenzije noice se odreuju iz uvjeta stabilnosti na klizanje. Filtar se postavlja izmeu obloge i posteljice, da bi se sprijeilo ispiranje sitnih estica iz posteljice. Radi se od: - granuliranog ljunka ili - geotekstila. Filtar od ljunka se formira se od prirodnog materijala u slojevima, pri emu je osnovni kriterij da estice iz donjeg sloja ne prodiru kroz sljedei sloj. Filtar mora ispuniti vie uvjeta: - da bude vodopropustljiviji od materijala u posteljici, - da ima takav granulometrijski sastav da estice iz zalea ne prodiru u filtar i da zrna filtra ne prolaze kroz spojnice u oblozi, - da ima dovoljnu debljinu, koja osigurava:da je u samom filtru mogue formiranje skeleta estica koji e optereenje od obloge prenijeti na zalee bez deformacije filtra;normalno ugraivanje i postizanje uniformnog kvaliteta. Najee je filtar debljine 15 do 25 cm ili debljine obloge.

1.2.1. OBLOGA OD KAMENA

Nagib kosine na koju se polae kamena obloga je od 1:1.25 do 1:2. Debljina obloge je 1.5 do 2 srednjeg promjera kamena. Krupnoa kamena ili dimenzije betonskih elemenata u oblozi se odreuju na osnovu sljedeih utjecaja: - brzine vode (vie obrazaca, nomogrami) - djelovanje valova (vie obrazaca, nomogrami) - djelovanje leda - udari plovilaMoe biti: - kameni nabaaj (nema nikakvog naknadnog dotjerivanja istovarenog kamena slika 4.) - rolani kamen (poloaj pojedinih blokova se dotjeruje runo ili akijama)- runo slagani kamen - sa otvorenim spojnicama (slika 5.) ili zatvorenim spojnicama (zalivenim cementom ili asfaltom slika 6.) - od ploa od tesanog kamena (slika 7.)

Slika 4. Kameni nabaaj Slika 5. Runo slagan kamen

Slika 6. Kamen zaliven malterom Slika 7. Ploe od tesanog kamena

1.2.2. OBLOGA OD BETONSKIH PLOA

Moe se izvesti od: - montanih betonskih blokova (slobodno poloenih na kosinu slike 8. i 9.), - uklijetenih betonskih blokova, - uadi povezanih betonskih blokova, koji se postavljaju u vidu kompletnih madraca.

Slika 8. Slaganje betonskih blokova Slika 9 . Izgled zavrene obloge od na filtar od geotekstila betonskih blokova2. PARALELNE GRAEVINE

Paralelna regulacijska graevina se izvodi kada je potrebno suenje rijenog korita (slika 10.). Ova graevina ne remeti uvjete protjecanja vode pa je pogodna za regulacijske radove za potrebe plovidbe. Prave paralelne graevine se grade na konkavnim obalama ili na obje obale na pravolinijskim dionicama, sa krunom na koti srednje vode. U tijelu graevine se na nivou male vode ostavljaju otvori duine 2 10 m, koji omoguavaju ulaz nanosa u prostor izmeu graevine i obale. Taloenjem ovog nanosa formira se projektirana obala. Paralelna graevina se sa obalom povezuje traverzama, koje sprjeavaju formiranje sekundarnog toka izmeu graevine i obale. Na uzvodnom i nizvodnom kraju se graevina ukorjenjuje u obalu. Dijelovi prave paralelne graevine su podloga, tijelo i traverze. Podloga prenosi optereenje od konstrukcije na slabo nosivo rijeno dno. Moe se izvesti kao fainski madrac, sloj krupnijeg ljunka, tucanika ili sitnijeg kamenog nabaaja, ojaani geotekstil. Tijelo paralelne graevine ima trapezni presjek, sa nagibom kosina prema obali 1:1 do 1:2, a prema rijeci 1:1,5 do 1:4. irina objekta u kruni je 1 - 4 m. Izvodi se od najrazliitijih materijala (kamen, punjene faine, gabioni). Traverze se postavljaju na meusobnom razmaku koji je jednak irini vodnog ogledala pri srednjoj vodi i obavezno se ukorjenjuju u obalu. U zoni ukorjenjenja, obala se titi obaloutvrdom (bar 5 m uzvodno i 10 m nizvodno), jer je toka ukorjenjenja najugroenija erozijom.

Slika 10. Paralelne graevine

Graenje prave paralelne graevine poinje polaganjem podloge na rijeno dno, a zatim se gradi tijelo graevine, od uzvodnog ka nizvodnom kraju (da bi se radovi to vie obavljali u mirnoj vodi). Radi se ukorjenjenje u prirodnu obalu na uzvodnom i nizvodnom kraju, zatim izgradnja traverzi i ukorjenjenje u obalu, a na kraju zatita mjesta ukorjenjenja obaloutvrdama.

3. POPRENE GRAEVINE

Naperi su poprene regulacijske graevine kojima se vri suenje rijenog korita do projektirane irine (slika 11.). Izgradnjom napera se postie odbacivanje rijene struje ka sredini toka, dok se u meunaperskom polju stvara cirkulatorno strujanje i istaloivanje rijenog nanosa (slika 12). Grade se na konveksnim obalama ili na obje obale na pravolinijskim dionicama rijeke, uvijek u vidu sustava - nikad pojedinano (slike 13. i 14.). Prema poloaju u odnosu na rijeni tok mogu biti uzvodni, upravni i nizvodni. Naperi sa krilima (duina uzvodnog krila: 10 - 30 m, duina nizvodnog krila: 20 - 100 m) se esto koriste na plovnim rijekama, jer manje remete strujnu sliku.

Slika 11. Plovni vodotok reguliran Slika 12. Cirkulatorno strujanje u poprenim graevinama meupregradnim poljima

Slika 13. Sustav poprenih graevina Slika 14. Zasuta meupregradna polja

4. PROSJECI ( ISKOPI )

Prosjecanje rijenih krivina ima za cilj da se skraenjem trase povea propusna mo korita za protok vode, pronos leda i nanosa. Meutim, ukoliko elementi prosjeka nisu dobro odabrani javljaju se negativni efekti: velika dubinska erozija, ruenje graevina, ugroavanje mostovskih stubova, vodozahvata itd.U naturalnom ureenju vodotoka se prosjecanje kao regulacijska mjera ne koristi, jer se ovom mjerom pogoravaju hidroloki uvjeti nizvodno, to je protivno konceptu integralnog ureenja sliva. esto se u okviru rehabilitacije rijenih korita "ispravljeno" korito vraa u prirodno stanje tako to se projektira nova meandrirajua trasa. Postoje dva naina izvoenja prosjeka:- iskopom kinete (malog korita) koje se djelovanjem rijeke razrauje do projektiranih dimenzija (slika 15.) ili - iskopom novog korita u punom profilu (slika 16. )

Slika 15. Prosjek rijenog korita Slika 16. Iskop novog korita

Formiranje prosjeka iskopom kinete je mogue ukoliko je stupanj skraenja toka veliki (vei od 1:3) i ukoliko se kopa u nevezanom materijalu. Dimenzije kinete ovise o rezultatu hidraulikog prorauna, nainu iskopa i karakteristika materijala u kojem se vri iskop. Orjentacijske dimenzije kinete su:- irina: 1/10 do 1/20 irine budueg korita - dubina: do nivoa podzemne vode ili neto ispod - nagib kosina: od 5:1 do 10:1 (u sluaju runog iskopa, 1:2).

5. NASIPI

Nasipi su najznaajnije regulacijske graevine. To su veliki zemljani objekti koji se grade izvan osnovnog korita. Njima se korito za veliku vodu suava i tako sprjeava plavljenje ireg priobalja u kojem su izgraena naselja, industrija ili je ureeno poljoprivredno zemljite.Pri projektiranju nasipa potrebno je definirati:- trasu nasipa,- dimenzije (visina krune, irina krune, nagib kosina, poloaj i irina bankina i berme)- karakteristike konstrukcije (materijali, slojevi, debljina slojeva)- materijal za izgradnju nasipa (pijesak, ljunak, glina, humus), koji se uzima iz pozajmita u neposrednoj blizini nasipa, kako bi se smanjili transportni trokovi.Nasipi se po visini dimenzioniraju tako da sprijee izlijevanje mjerodavne velike vode, iji se povratni period (odnosno vjerojatnost pojave) bira u ovisnosti od vrijednosti branjenog podruja odnosno teta koje bi nastale pri plavljenju. Za to se u projektu koristi tehno-ekonomska analiza. Naime, zatita od izlijevanja velikih voda koje se rijetko javljaju zahtijeva vee investicije i vie trokove odravanja (vee su dimenzije nasipa), ali su tete od plavljenja manje.

5.1. PODJELA NASIPA

- Glavni nasip ine objekti vee duine, koji brane veliko podruje u zaleu od izabrane mjerodavne velike vode koja se karakterizira vjerojatnou pojave p(%) ili povratnim periodom javljanja T (godina). Primjer: T=100 p=0,01=1% Izgradnja nasipa dovodi do izmjena reima velikih voda na duem potezu vodotoka, uzvodno i nizvodno od objekta. Uzvodno se povisuje nivo velike vode (uspor), jer je na potezu nasipa smanjen protjecajni profil izgradnjom nasipa. Nizvodno se poplavni val ubrzava usljed koncentracije toka u manjem prostoru, to znai da se pik poplavnog vala javlja za krae vrijeme. - Ljetni nasip se gradi izmeu rijenog korita i glavnog nasipa, ukoliko je u inundacijama poljoprivredno zemljite. Ovaj nasip titi dio inundacije sa poljoprivrednim zemljitem od velike vode koja se moe javiti tijekom vegetacijskog perioda. Ima znatno manje dimenzije nego glavni nasip. Nivo mjerodavne velike vode, koja se obino javlja u izvanvegetacijskom periodu, vii je od krune ljetnog nasipa. Stoga se tada nasip prelijeva i rui, ukoliko nema ureene zone za uputanje i isputanje vode u prostor izmeu ljetnog i glavnog nasipa.- Obodni nasip titi manje naselje, industriju ili sline vrijedne sadraje. Gradi se po obodu podruja. To je jeftinije reenje od glavnog nasipa, koji uvijek ima veliku duinu. Takoer, obodni nasip ne izaziva znaajne promjene reima velikih voda. - Usporni nasip je nasip uz pritoku u zoni uspora glavnog toka. Ovaj nasip ima iste karakteristike poprenog profila kao glavni nasip uz recipijent. Ukoliko velike vode pritoke iz glavnog toka ne koincidiraju jer su veliine sliva bitno razliite, ne grade se usporni nasipi, ve se pritoka uvodi u glavni tok kroz propust sa nepovratnim (abljim) poklopcem, koji se automatski zatvara kada se u glavnom toku javi velika voda. - Prikljuni nasip spaja glavni nasip sa visokim terenom.- Transverzalni (popreni) nasipi se grade da bi podijelili branjeno podruje na manje kasete. Podjelom se poveava sigurnost zatite od poplava, jer ako popusti glavni nasip tete od poplava e biti nanijete samo u tom dijelu.- Sekundarni (lokalizacijski) nasip je druga linija obrane, ukoliko popusti glavni nasip.

Slika 17. Nasipi razliitih namjena

5.2. DIMENZIONIRANJE NASIPA

Dimenzioniranje nasipa znai definiranje njegove vanjske konture, odnosno visine (kota krune), irine krune, nagiba kosina, poloaja i irine bermi. Na slici 18. su objanjeni dijelovi nasipa. Razmak nasipa i kota krune se odreuju na osnovu hidrolokih, hidraulikih i tehno-ekonomskih analiza. Ostale dimenzije (irina krune, nagibi kosina itd.) se biraju iskustveno, a onda se provjeravaju na hidrostatike, hidrodinamike, dinamike i seizmike utjecaje.

Slika 18. Popreni profil nasipa

5.3. DJELOVANJE VODE NA NASIP

Materijal za izvoenje nasipa se najee kopa na inundacijama, iz "materijalnih rovova neposredno ispred trase nasipa. Tu se najee nalazi samo rijeni nanos pijesak i ljunak, koji je propustljiv za vodu kada se ugradi u tijelo nasipa. Ako je potrebno da se smanji vodopropusnost, glineni materijal se mora dovoziti sa daljeg pozajmita.Nasipi su zemljane, nasute konstrukcije, osjetljive na mnotvo nepovoljnih utjecaja poplavnih voda (slika 19). Djelovanje vode na nasip, koje dovodi do oteenja i ak ruenja objekta, moe biti:- Pod utjecajem rijenog toka. U ovu grupu spadaju oteenja fluvijalnom erozijom (ukoliko je nasip nepovoljno trasiran), oteenje kosine valovima i udarima santi leda, kao i oteenje usljed prelijevanja.- Pod utjecajem razlike. Usljed proviranja vode kroz tijelo nasipa i tlo na kojem je nasip fundiran nastaju klizne ravnine, slijeganje nasipa, ispiranje sitnih estica iz tijela nasipa, uzdizanje i pucanje nasipa ako je fundiran na tlu koje mijenja zapreminu sa promjenom vlanosti.Djelovanje vode na nasip traje razliito, od nekoliko sati (na malim vodotocima bujinog karaktera) do vie dana pa i mjeseci (na velikim rijekama) i od njegove duine i karaktera ovisi koja e se rjeenja primijeniti. Najkompliciraniji inenjerski problem predstavljaju nasipi koji su stalno pod djelovanjem vode (naprimjer nasipi akumulacija) i oni se projektiraju po istim principima kao nasute brane.

Slika 19. Uzroci oteenja i ruenja nasipa6. PRAG

Prag je poprena regulacijska graevina. Pragovi se grade na rijekama koje imaju vei poduni pad, u cilju stabilizacije uzdunog profila rijenog korita odnosno sprjeavanja erozije dna i obala koja moe dovesti do ruenja prirodnih obala i objekata u koritu. Pragovi mogu biti izvedeni od najrazliitijih materijala, a postoji bezbroj konstruktivnih rjeenja. Izbor konstrukcije ovisi o morfolokim i ekolokim uvjetima u vodotoku. Primjer praga zidanog od kamena u cementnom malteru je dan na slici 20, a na slici 21 je betonski prag, koji je izveden nizvodno od mosta kako bi se zaustavila erozija korita.Pragovi imaju tijelo trapeznog presjeka (nagibi kosina: uzvodna 1:1; nizvodna 1:2), irina u kruni 1.5-2 m. Kruna praga se izvodi u nagibu (od 1:2 do 1:50) od obala ka sredini toka, radi koncentracije protoka u periodu malih voda. Grade se u periodu malih voda. Obvezno se ukorjenjuju u rijene obale i dno.

Slika 20. Prag od kamena

Slika 21. Betonski prag

ZAKLJUAK16