Sistem za odvodnjavanje - hikom.grf.bg.ac.rshikom.grf.bg.ac.rs/stari-sajt/web_stranice/KatZaHidr/Predmeti/... · 2 Sistem za odvodnjavanje se gradi za potrebe kontrolisanog prikupljanja

1

DRENAŽNI SISTEMIŠKOLSKA 2012/2013

Predmetni profesor:Doc. Dr Miloš Stanić, dipl. građ. inž.Predmetni asistent:Željko Vasilić, dipl. građ. inž.

Beograd, 2013

SISTEMI ZA ODVODNJAVANJE

PUTEVA

UNIVERZITET U BEOGRADU

GRAĐEVINSKI FAKULTET

SADRŽAJ

� Uvod

� Kriterijumi za projektovanje

� Prikupljanje kišnog oticaja

� Odvođenje kišnog oticaja

� Infiltracioni sistemi

Sistemi za odvodnjavanje puteva

2

� Sistem za odvodnjavanje se gradi za potrebekontrolisanog prikupljanja i odvođenja kišnog oticaja sa

kolovoza, pri pojavi merodavnih padavina.

� Osnovni problem je formiranje sloja vode na kolovozu štodovodi do smanjena vidljivost, pojave hidroplaninga ...

� Faktori koji utiču na zadržavanje vode na kolovozu su:- poprečni i podužni pad kolovoza- rastojanje između slivnika- intenzitet kiše - hrapavost kolovozne površine

Uvod

� Ciljevi:Povećanje bezbednosti saobraćajaOčuvanje životne sredine

� Sistem za odvodnjavanje: Deo za prikupljanje kišnog oticajaDeo za odvođenje prikupljenog oticaja do izliva

Uvod

3

0.01

0.1

1

10

1 10 100 1000

Trajanje kiše (min)

Inte

nzite

t kiš

e (m

m/m

in)

T = 2 god

T = 5 god

T = 10 god

T = 20 god

T = 50 god

T = 100 god

� Propisuje se dozvoljena širina plavljenja kolovoza (b), pri padavinama zahtevanog povratnog perioda (T)

� Izbor kriterijuma zavisi od:- projektovane računske brzine- očekivanog obima saobraćaja- potrebnog ulaganja u sistem

� Autoput i putevi sa računskom brzinom većom od 75 km/h –dozvoljeno plavljenje samo zaustavne trake i T=10 g

� Putevi nižeg ranga – dozvoljeno plavljenje polovine vozne trake i T=5g

Kriterijumi za projektovanje

Elementi geometrije trase od interesa zaodvodnjavanje

� Podužni pad (Sp) – min 0.5%, na kratkim deonicama 0.3%

� Poprečni pad (Sx) – min 1.5%, max 2.5%; za put sa više traka u jednom smeru, za svaku narednu traku pad se povećava za 0.5do1% do max 4%.

� Orijentacija poprečnog pada: prema razdelnom pojasu ili prema zaustavnim trakama

� Širina kolovoza (B)


4

Tečenje uz ivičnjak

� Tri tipa kanaleta (rigol):a) Trougaoni poprečni presekb) Produbljeni poprečni presekc) Kanalete sa obostranim nagibom

• Uobičajene vrednosti za produbljeni poprečni presek su:

30 60

8 12%

w cm

a w

= −

= −

Proračun propusne sposobnosti kanalete (Q):

Prikupljanje kišnog oticaja

Tečenje uz ivičnjak

Proračun propusne sposobnosti složenog preseka - tip b):

0

0

3/8

1

315.0

E

EQQ

ShSn

Q

QQQ

sw

ps

x

s

sw

−=

⋅=

+=

1

3/80

1)1/

/1(

/1

/−

−−

+

+=

+=

wb

SS

SSE

waSS

xw

xw

xw

QEQQEQ sw ⋅−=⋅= )1(; 00


5

Tečenje uz ivičnjakProračun propusne sposobnosti složenog preseka - tip b):

PRIMER

mw

cma

mb

S

smn

S

p

x

6.0

5

6.1

014.0

015.0

022.03/1

=

=

=

=

=

=

−

smE

QQ

E

waSS

smQ

mh

mwbb

s

xw

s

s

s

/0366.01

883.0

11.0/

/0043.0

022.0022.01

0.1

3

0

0

3

=−

=

=

=+=

=

=⋅=

=−=

Za slučaj da je Sw=Sx:

13

0

015.0

714.0−

=

=

smQ

E

Rešenje


SlivniciTri tipa slivnika:

1) Slivnici uz ivičnjak:

Sa paralelnim otvorima

Sa normalnim otvorima

2) Slivnici sa otvorima u ivičnjaku

3) Kombinovani


6

Efikasnost slivnika

Q

QE i=

Efikanost zavisi od:

� elemenata geometrije trase

(podužni Sp i poprečni pad Sx)

� Tipa slivnika i geometrije

(širine w i dužine L)

� Dotoka Q


Proračun efikasnosti slivnika

Q

QE i=

� Dotok Q se deli na čeoni Qw i bočni Qs :

� Deo protoka koji prihvata slivnik (Qi) zavisi od efikasnosti prijema čeonog (Rw) i bočnog dotoka (Rs):

QEQ

QEQ

s

w

⋅−=

⋅=

)1( 0

0

)1( 00 ERERE

QRQRQ

sw

sswwi

−⋅+⋅=

⋅+⋅=


7

Proračun efikasnosti slivnika

� Koeficijent efikasnosti prijema čeonog dotoka (Rw)

<

≥−⋅−=

0

00

1

)(295.01

vv

vvvvRw

• v - brzina toka Q koji stiže do slivnika• vo - maksimalna brzina, čijim se prevazilaženjem smanjuje efikasnost slivnika


Proračun efikasnosti slivnika� Koeficijent efikasnosti prijema

bočnog dotoka (Rs)

3.2

8.10828.01

1

LS

vR

x

s⋅

+

=

PRIMER

mL

mw

cma

mb

S

smn

S

p

x

6.0

6.0

5

6.1

014.0

015.0

022.03/1

=

=

=

=

=

=

=

−

smQEQ

ERERE

R

R

smv

mwaSb

A

smQ

E

i

sw

s

w

x

/033.0

89.0)1(

10.0

0.1

/85.0

043.022

/0366.0

883.0

3

00

22

3

0

=⋅=

=−+=

=

=

=

=⋅

+=

=

=

Za slučaj da je Sw=Sx:

smQEQ

E

smQ

E

i /012.0

77.0

/015.0

714.0

3

3

0

=⋅=

=

=

=

Rešenje


8

� Efikasnost slivnika se može sračunati na sledeći način:

� Deo protoka koji prihvata slivnik:

iQ E Q= ⋅

3b iQ Q Q Q= − <

� Deo protoka koji slivnik ne može da prihvati:

� Rastojanje između slivnika:

is

k

QL

B i C=

⋅ ⋅

Koraci u proračunu efikasnosti slivnika

),,();,(

)1(

0

00

LSvRRvvRR

ERERE

xssww

sw

==

−⋅+⋅=


Proračun rastojanja izmedju slivnika

� Protok koji se prikuplja između dva slivnika (Racionalna teorija):

i k sQ i C B L= ⋅ ⋅ ⋅

� Maksimalna vrednost protoka za to= tk: 1 2o o ot t t= +

� Proračun se sprovodi iterativno:Iteracija tk ... to

1 tk1=2 min to

1

2 tk2=to1 to

2

...

n

3.04.0

6.06.0

1 36.1Si

nBt

e

so =

2

xps

2

p

2

x

SS1BB

SSS

)/(+=

+=

a

s

v

Lt =02

t01 - vreme putovanja do ivičnjaka: t02 - vreme putovanja duž ivičnjaka:


9


1/3

11.5

2%

3%

0.012

0.9

x

p

B m

S

S

n m s

C

−

=

=

=

=

=

Karakteristike kolovoza Karakteristike slivnika Zavisnost ik (tk, Tp=10 god)

( )( )

0.862

25.08

8.65k k

k

i tt

=+


1. Širina plavljenja manja od širine zaustavne trake

koja iznosi 2.75 m

2. Efikasnost slivnika ne sme biti manja od 2/3

PRIMERUlazni podaci:

mL

mw

mLs

5.0

5.0

25

=

=

=



PRIMER

� Postupak iterativnog proračuna:(Za početak proračuna se pretpostave to i E)

1. Merodavni intezitet kiše ik(tk=to)

2. Primenom Racionalne teorije Qi a zatim i Qb i Q

3. Proračun novog vremena koncentracije to=to1+to2

4. Proračun efikasnosti slivnika E(Rw, Rs)

� Rezultati:

1. to = 1.54 min

2. bmax = 1.56 m < 2.75 m

3. E = 0.66 = 2/3


10

Mreža kolektora i/ili otvorenih kanala, ima ulogu da prikupljeni kišni oticaj sa kolovoza odvede do mesta izliva.

Odvođenje vode može biti zasnovano na: � otvorenim kanalima� zatvorenim kolektorima � kombinovan sistem.

Odvođenje kišnog oticaja

VQ

FiQ

ttiCi

e

ckke

⇒

⋅=

=⋅= )(

Merodavan protok (Q) se računa za potrebe određivanja hidrauličkog opterećenja sistema, radi projektovanja osnovnih geometriskih elemenata objekata: nagib dna, geometrije poprečnog preseka, vrste obloge.

Proračun merodavnih protoka Q

Primena Racionalne teorije:

∑ ++=i i

ioc

v

L

v

Ltt )(

Proračun Q je iterativan:


11

Kriterijumi za dimenzionisanje � Dovoljan kapacitet da propusti merodavan protok (Q)

� Dodatni uslovi: brzine toka (vmin i vmax) i ispunjenost proticajnog profila

� Geometrijska ograničenja: minimalna i maksimalna dubinu ukopavanja, visinski položaj izliva, ograničenja koja se odnose na ukrštanje sa postojećom infrastrukturom (saobraćajnom infrastrukturom, vodotocima i kanalima, kanalizacionim i vodovodnim cevima)

� Ograničenja iz projektantske prakse


Dimenzionisanje kolektora kružnog poprečnog preseka

Protok punog profila uz pretpostavku jednolikog tečenja:

SDn

Qpp

3/8312.0=

n - Maningov koeficijent (0.011 - 0.014 m-1/3s)

Usvajaju se D i S tako da budu ispunjeni uslovi:

� Q < Qpp

� vmin < v < vmax

� dubine ukopavanja kolektora između min. i maks.

� D > Dmin


12

Dimenzionisanje otvorenih kanala

Bo

hm

1

Proračun:

Usvaja se S (S=Sp) i računa se normalna dubina h=h(Q)

3/220

3/50

3/8

)12/(

)/()(

)(1

mhB

mhBhF

ShFhn

Q

++

+=

=

B0 - početna širina kanala 30 do 50 cm

m - nagib kosina zavisi od karakteristika zemljišta (1 – 3)

n - Maningov koeficijent zavisi od: održavanja kanala, oblaganja kanala


Tangecijalni napon po okvašenom obimu kanala:

Provera erozione stabilnosti kanala

Bo

hm

1

gRSρτ =

20

0

12/

/

mhB

mhBhR

++

+=Hidraulički radijus:

Kategorija Opis N/m2

Koheziono zemljište

(indeks plastičnosti PI=10)

(Preuzeto od USDA)

Peskovita glina 1.8-4.5

Neorganska prašina 1.1-4.0

Prašinast pesak 1.1-3.4

Koheziono zemljište

(indeks plastičnosti PI≥20)

(Preuzeto od USDA)

Peskovita glina 4.5

Neorganska prašina 4.0

Prašinast pesak 3.5

Neorganska glina 6.6

Nevezana zemljišta2

(indeks plastičnosti PI<10)

(Preuzeto od USDA)

Sitnozrni pesak

D75<1.3 mm

1.0

Sitan šljunak

D75=7.5 mm

5.6

Šljunak D75=15 mm 11

Šljunak Krupan šljunak

D50=25 mm

19

Veoma krupan šljunak

D50=50 mm

38

Kameni nabačaj D50=0.15 m 113

D50=0.30 m 227

)/( 2mNdτDozvoljeni napon:

Proračun erozione stabilnosti se može formulisati i preko maksimalne brzine (Vmax):

gR

n

1v d61

ρ

τ/max =

)

Oblaganje kanala: dττ >


13

Infiltracioni bazeni se najčešće predviđaju na mestima izlivanja na kojima postoji potreba za ublaženjem kišnog oticaja i/ili popravljanjem kvaliteta oticaja. Takođe se predviđa na mestima gde nema mogućnosti izlivanja u recipijent.

Metodologija proračuna

)

Pojednostavljenjem jednačine upijanja dobija se:

fKR

tHtq +=

)()(

dttqFdtQtdHF ⋅⋅−⋅=⋅ )()(

Rešava se bilansna jednačina:

R je otpor upijanju (dan): R = z / Kf

Infiltracioni sistemi


)

>

−−−

−

≤

−−−

−−

=

if

if

ttR

tRK

R

tH

ttR

tRK

R

tR

F

Q

tH

,exp1exp

,exp1exp1

)(

0

Dinamika promene nivoa H(t), može se podeliti na prvi period u kome ima doticaja (t<ti) i period u kojem se infiltracioni bazen prazni (t>ti).

� pretpostavka je da je dotok Q konstantan (tk >> tc)� pretpostavlja se da punjenje počinje sa ispražnjenim bazenom: H(t=0)=0

Pražnjenje počinje sa početnim nivoom H0=H(t=ti).


14


)

Potrebno vreme pražnjenja tpse može dobiti iz uslova:H (t=tp)=0:

+=

RK

RKHRt

f

f

p

0ln

Sračunata maksimlna dubina Ho i potrebno vreme pražnjenja tp , zavise od karakteristika zemljišta i površine F.

Proračun treba sprovesti za različita trajanja kiše.

Treba predvideti taložnik, kako bi se smanjio efekat kolmiranja i smanjenja infiltracione sposobnosti zemljišta.


Zbog urbanizacije, količina kišnog oticaja se povećava dok se kvalitet pogoršava.


15

Uticaj urbanizacije na kvantitet kišnog oticaja

Frekvencija maksimalnih oticaja pre i posle urbanizacijeM

aksi

mal

ni o

tica

ji [m

3/s]

Povratni period [godine]

Pre urbanizacije

20% nepropusno

40% nepropusno

60% nepropusno


SedimentiSedimenti

OrganskematerijeOrganskematerijeNutrientiNutrienti

Toksična ulja imastiToksična ulja imasti

Teški metali(Zn, Pb, Cu , ...)Teški metali(Zn, Pb, Cu , ...)

Mikro-organizmiMikro-organizmi

DjubreDjubreUticaj urbanizacije na kvalitet kišnog oticaja

� Zagadjen oticaj je toksičan po živi svet

� Nutrienti mogu da dovedu do pojave cevtanja algi u stajaćim vodama

Uticaj zagađenog kišnog oticaja na

vodoprijemnik:


16

Infiltracioni bazeni

Infiltracioni kanali

Porozne površine

Infiltracioni sistemi za smanjenje i “popravljanje” kvalitetakišnog oticaja


Zatravnjeni kanali (swales)



17

Bio-retenzije (Bio-retensions)



Documents

Sistem za odvodnjavanje - hikom.grf.bg.ac.rshikom.grf.bg.ac.rs/stari-sajt/web_stranice/KatZaHidr/Predmeti/... · 2 Sistem za odvodnjavanje se gradi za potrebe kontrolisanog prikupljanja