UNIVERZITET U TUZLI RUDARSKO-GEOLOŠKO-GRAĐEVINSKI FAKULTET
GRAVITACIONE BETONSKE BRANE
Prof. dr. sc. NEDIM SULI!" d#$%.#&'.'r().
•GBB
1
vlastitom težinom suprotstavlja se vanjskim optere ćenjima sva opterećenja (sa težinom brane) sprovode se u sredinu temelja
•Nasute brane su gravitacione brane •Uobičajno u praksi
gravitacione brane = GBB
2
1
•Poprečni presjek GBB približno oblik pravouglog trougla duža kateta oblik
uzvodno lice
uslov stabilnosti
•GBB obično uklještena u sredinu temelja
konzolno dejstvo dodatni otpor silama i M
prelivni dio = EO
•GBB
prelivno-neprelivne
•GBB
često služe kao EO nasutih brana
u nizvodno korito
povoljno hidrauličko oblikovanje kontrolisano prelivanje
3
•GBB
dobri uslovi prelivanja
masivna konstrukcija omogućava gradnju: temeljnih ispusta zahvata drugih objekata i opreme
•Najveća slabost GBB
veliko opterećenje koje prima temelj preko male površine
•Nedovoljna nosivost sredine temelja
čvrstoća na pritisak
gradnja brane na drugom profilu •Visoki troškovi betoniranja
velika količina betona smanjena uvođenjem tehnologije valjanog betona
4
2
•GBB projektujemo i gradimo u vidu lamela
odvojene razdjelnicama
svaka lamela nezavisna i stabilna za sebe širina lamela •Statički proračun
6 do 16 m
zadatak ravanski
za presjek sa max. H
L za 1m’
po potrebi i drugi osjetljivi presjeci u bokovima promjena uslova temeljenja
•Posebno računamo prelivne i posebno nepreliv. lamele
razlika u presjeku i opt.
5
OPTEREĆENJA KOJA DJELUJU NA GRAVITACIONU BRANU •Pri statičkom proračunu prvo odrediti sva optere ćenja koja djeluju na GBB analiza opterećenja •Najvažnija opterećenja GBB: 1) Hidrostatički pritisak
uzvodno i nizvodno lice brane
2) Uzgon
porni – unutarnji pritisak vode 3) Dinamički pritisak vode usljed vjetra i talasa 4) Pritisak leda 5) Pritisak nanosa 6) Seizmičke sile 7) Težina brane i opreme 6
3
•Klasifikacija opterećenja za HG: 1) OSNOVNA
sva navedena opterećenja izuzev seizmike
2) DOPUNSKA
uticaj T, bubrenje i skupljanje betona, deformacija temelja
3) IZUZETNA
osnovna opterećenja izuzetne jačine i seizmika
4) U TOKU GRAĐENJA 5) U TOKU REMONTA I POPRAVKI •GBB tokom gradnje i remonta
nema dodatnih opterećanja samo osnovna, dopunska i izuzetna
•Radi preglednosti
svaka sila (uticaj) rastaviti na horizontalnu i vertikalnu komp. dobijamo H i V komponente rezultante svih sila 7
1) HIDROSTATIČKI PRITISAK •Najznačajnije opterećenje na GBB
spoljni pritisak vode
•Poznavati osnovnu j-nu hidrostatike hidrostatički p u tački = ∆H Π i položajne kote te ta čke * γ vode •Voda u dodiru sa atmosferom
Π = kota slobodne površine
Π=ZGV
hidrostatički p = H vode u tački * γ (γ=ρ*g) hidrostatički p
uvijek upravan na opterećenu površinu
8
4
•Razmatramo tzv. relativni p
izostavlja se uticaj atmosferskog p
npr. apsolutni p uključuje i atmosferski p •U praksi radimo sa relativ. p •Pritisak na površinu
paps=p+patm
isti atmosf. p djeluje u svim ta čkama konstrukcije
sila hidrostatičkog p
hidrostatička sila Pv
Pv = proizvod površine i pritiska koji vlada u težištu površine Pv
upravna na opterećenu površinu
Pv
pogodno razložiti na H i V komponentu
kao i hidrostatički p Hv i Vv
9
Hidrostatičko opterećenje na neprelivni dio brane
•Ravanski zadatak
dovoljno odrediti silu na 1m’ površine
10
5
hU – ∆H od NV ispred brane do ta čke “U” od koje po činje filtracija u tem spojnici tačka “U” je po četak – uzvodna ivica filtracije •Sila Hv,u djeluje u težištu površine optere ćenja kojeg ta sila zamjenjuje •Horizontalna komponenta hidrostatičke sile na nizvodnom licu Hv,N:
F – površina opterećenja
11
•Hidrostatičke sile na prelivni dio ra čunamo drugačije nego kod neprelivnog dijela •Različit je proračun kada preliv radi sa ra čunskim Q od slučaja kada nema prelivanja •Prelivanje računskog Q preko zakrivljenog dijela preliva praktičnog profila (PPP) p na donjoj i gornjoj ivici prelivnog mlaza je atmosferski ( relativni p =0) mlaz ne naleže na zakrivljeni dio konture
ne pritiska branu
proračun vert. komponente usvaja se da prelivni mlaz ne djeluje na branu po cijeloj L nizvodnog lica •Ovo je na strani sigurnosti
stvarni p na pravolinijskom dijelu konture je “+” doprinosi stabilnosti brane 12
6
Hidrostatičko opterećenje na prelivni dio brane -Računski proticaj čtee preko preliva-
13
•Nizvodno lice
pretpostavljamo da nema hidrostat. sile u umirujućem bazenu
burni mlaz ispred hidraul. skoka odbacuje vodu iz uzvodnog dijela bazena •Pretpostavljamo
nema sile na spoju brane i ploče bazena
strana sigurnosti
sila se NE može prenijeti preko razdjelnice izme đu brane i plo če bazena zaptivne trake spriječavaju prodor vode unutar razdjeln. •Ispod tačke “N” (kraj filtrac. puta) donji dio opter.
nema hidr. sile
ima hor. sila od uzgona HUN
djeluje neposredno na nizvodno lice
14
7
Hidrostatičko opterećenje na prelivni dio brane -Preliv ne radi-
•Preliv ne radi
na uzvodnom licu voda djeluje kao kod neprelivne lamele
•Razlika na nizvodnom licu
kod prelivne lamele izostaje dio sile duž razdjelnice (između brane i ploče bazena)
•Postoji hidrost sila od vode u bazenu
iznad razdjelnice
nema hidraul. skoka 15
2) UZGON •Porozni
sredina gdje branu temeljimo i beton od koga gradimo branu povezane mikro i makro šupljine u stijeni ili tlu
pore, prsline, pukotine
u šupljine ulazi voda i struji kroz njih •Uzgon = porni (unutarnji) pritisak vode •Uzgon
•Sila uzgona
hidromehaničko opterećenje kojim voda u šupljinama temeljne sredine i betona pritiska konstrukciju ili njen dio vertikalna komponeneta (ka gore) i horizontalna komponenta
•U praksi uobičajno
SILA UZ GONA
vertikalna ko mponenta p ornog p horiz. kompon.=hor. sila od uzgona
16
8
Uzgon
17
U
= γ wB
HG
+ HD
2
U =UBAZ +UDIF = γ wBHD + γ wB
Uzgon
∆H
2 18
9
•Uzgon djeluje pri hidrostatičkom i pri hidrodinamičkom stanju •Pri hidrostatičkom stanju
sila uzgona kao svaka vertikalna hidrostatička sila U=težini vode izme đu npr kontakta brane i tla i horizontalne projekcije razmatrane površine u ravni Π kote
•U praksi
ta površina tj. dijagram opterećenja crtati ispod linije kontakta i u smjeru opterećenja
19
•Filtraciona “homogena i izotropna” sredina: -brzina proviranja duž dodirne linije brane i temelja približno const -naprijed nije u oblasti promjene pravca strujanja (blizina uzvodne i nizvodne ivice) •U približnom proračunu
Π linija opada linearno (p opada linearno)
provjera stabilnosti brane ovo je na strani sigurnosti sila uzgona računata po “linearnom zakonu” (ULIN) veći M prevrtanja oko nizvodne ivice od sile uzgona ra čunate po teoriji potencijalnog strujanja (UPOT) primjenom linearne pretpostavke dejstvo U potiskujemo na nizvodni kraj provirnog puta
ploča umirujućeg bazena 20
10
Poređenje potencijalne teorije sa linearnim zakonom
21
•Proračun filtracije u stjenovitoj sredini nije prikladna potencijalna teorija voda teče kroz sistem prslina i pukotina, a ne kroz uniformnu sredinu •Teorija linearne promjene Π duž svake manje-više homogene i izotropne dionice filtracionog puta
U = površina višeugaonika * specifična težina vode, tj:
U
= γ wB
HG
+ HD
2
22
11
M prevrtanja kod “li nearnog” i “potencij alnog” uzgona
23
SLUČAJ 1
Potisak i filtracioni dio uzgona za filtracionu homogenu i izotropnu sredinu, činje na najnižoj koti temelja na uzvodnom licu, a za slučaj kada filtracija po
završava na najnižoj koti temelja na nizvodnom licu
24
12
Sila uzgona se obično “razdvaja” na dva dijela: U
UP – Potisak (bazni uzgon)
= U P + U F = γFP + γFF
odgovara hidrostat. p DV
UF – Filtracioni (diferencijalni) uzgon
odgovara Π razlici između GV i DV
∆Π = ∆Z = Z GV − Z DV = ∆hF 25
Pretpostavka: -filtracija počinje na najnižoj koti temelja na uzvodnom licu (tačka U) -filtracija završava na najnižoj tački temelja nizvodnog lica (tačka N)
•Navedene pretpostavke vrijede
ne ostvari se veza između brane i tem. sredine duž vertik. i strmih linija dod ira nastaju široke pukotine u kojima je otpor strujanju zanemarljiv
•Smatramo da voda uzvodno od ta čke “U” i nizvodno od ta čke “N” miruje (hidrostat.) 26
filtracija je između tač aka “U” i “N”
13
SLUČAJ 2
Sila uzgona za filtraciono homogenu i izotropnu sredinu,čaj zakada slu postoji 27 dobra veza izme đu brane i temeljne sredine po cijeloj dužini dodira
Dobra veza brane i temelja duž cijele linije dodira duži filtracioni put drugačija slika U od preth.
•Filtracija počinje i završava u ta čkama na višim kotama od najnižeg nivoa temelja V i H sila od uzgona •Filtracija počinje u tački U=1 •Pretpostavka
na svim vertikalnim i kosim konturama brane završava u tački N=4
sredina izotropna i homogena
filtracija po jedinici površ. koef. filtracije Ko=const.
28
14
Π linija ravnomjerno opada
duž filtr. puta (linija dodira) 1-2-3-4
∆Π ∆hF u = =− = const. ∆l ∆l Ko
Ordinate filtracionog (diferencijalnog) dijela uzgona hF srazmjerne L filtrac. puta računamo ih preko proporcije: hF 2
= hF 1
− l2 l4 − l1
l4
hF 3
= hF 1
− l3 l4 − l1
l4
29
H i V komponenta uzgona računaju se sa istim vrijednostima ordinata potiska i filtrac. uzgona
Slika
homogena i izotropna filtracija
pretpostavimo da filtrac. put kra ći
optereć. od uzgona nepovoljnije ako
filtrac. između tačaka “2” i “3”
projektant. praksa ovo ne koristi pri analizi optere ć. pretpostavi se filtraciona slika
ta čkasta linija
iako je to strana sigurn.
bez tačkaste linije
30
15
SLUČAJ 3
Slika uzgona na filtraciono nehomogenu ili anizotropnu sredinu
31
Zbog pomjeranja brane u nizvodnom smjeru djelimično ispucao kontakt na uzvodnom licu proširenje pukotina i povećanje koef. filtracije i smanjenje gubitka energije Nizvodno lice brane pritisnuto sužene pukotine i manji koef. filtacije i rastu gubici energije •Zbog nehomogenosti sredine pad Π linije nije const. ipak prethodni postupak sa const. padom Π linije i ovdje primjenjujemo uz određene neznatne izmjene
32
16
Pretpostavljamo: Koef filtrac., a time i pad Π linije i otpor filtraciji različit za svaku dionicu filtr. puta (1-2 ; 2-3 ; 3-4) i da je const. za svaku dionicu
•Filtracioni protic. (u) const. duž cijelog filtracionog puta
jer je ustaljeno strujanje
ravnomjeran pad Π linije možemo “postići” samo ako se srazmjerno odnosu otpora ili obrnuto srazmjerno koef. filtracije “uskladi” L filtracije za svaku dionicu
33
34
17
Dobijamo “fiktivne” dužine (li*) pad (nagib) Π linije duž cijelog filtrac puta je linearan kao kod izotropne i homogene filtracije
35
•Uporedba optereć. sa homogenom (slu čaj 2) i heterogenom (slu čaj 3) filtracijom •Veći otpori i gubici Π kote na nizvodnom kraju filtrac. puta nepovoljna preraspodjela uzgona
koja je moguća u praksi
utvrditi njen uticaj na stabilnost HG ili brane
•Predvidjeti antifiltracione mjere
drenaža i injekciona zavjesa
onemogućavanje nepovoljne slike uzgona •Nema ekonomičnog načina da eliminišemo potisak
bazni uzgon UP
postoji više načina da smanjimo filtracioni (diferencijalni) uzgon UF ANTIFILTRACIONE MJERE
36
18
ANTIFILTRACIONE MJERE: 1) Dreniranje vode iz prslina i pora -smanjujemo filtracioni proticaj opada i gubitak energije -drenaža obara Π nivo -stjenovito tlo
time i filtraciona v nizvodno od drenaže
opada Π razlika od drenaže do nizvod. lica brane smanjuje se p provirne vode (filtracioni uzgon)
dreniranje “mrežom” vertikalnih ili kosih drenažnih bušotina
-drenažne bušotine što bliže uzvodnom licu brane dio površine temeljne spojnice na kome je p umanjen učinio što većim
37
38
19
-Tem. spojnica uzvodno od drenaže pad ili nagib (gradijent) Π linije > nego da drenaža ne postoji povećava se provirni proticaj od uzvodnog lica do drenaže u odnosu na slu čaj bez drenaže
•Provirna voda iz drenažnih bušotina
odvesti u DV
kanalima ili cijevima u drenažnoj galeriji pumpanjem ili gravitacijom 39
•Dreniranje brane
podužnim drenažnim galerijama
sakupljaju provirnu vodu ispod konstrukcije •Voda se odvodi u DV kroz podužnu galeriju •Kombinacija bušotina sa podužnim galerijama
Rumunski dio brane HE Đerdap I
40
20
2) Horizontalni i/ili vertikalni zastor kada je L proviranja duža
-manji uzgon
uzvodno od tem spojnice
horizontalni i/ili vertikalni zastor
-u zastoru ne smiju biti pukotine
manji učinak zastora ili izostaje
Smanjivanje uzgona uzvodnim horizontalnim zastorom
41
•Ispod slapišta (umiruju ći bazen)
neželjeni efekat “nizvodnog” zastora povećani uzgon
•Dreniranje slapišta rizično
pojava opasnih pulzacionih hidrodinam. opter. slapišnu ploču osiguravamo ankerima od isplivavanja
Uzgon kod prelivnog dijela brane i slapišta
42
21
•Dosadašnja razmatranja
sredina kroz koju voda provire homogena vododrživost = const duž cijelog puta filtr acije
•Šta ako je sredina heterogena u prirodnom stanju ili homogenost “vještački” narušimo ???
Slika uzgona na filtraciono nehomogenu ili anizotropnu sredinu
43
Uticaj heterogenosti sredine na uzgon
•Površina prslina i pora kroz koje voda provire mala
oblast velike vododrživosti
gubici E > i nagib Π linije strmiji nego kod male vododrživosti poželjno
sredina u blizini uzvodne ivice temelja
obaramo Π liniju na početku provirnog puta
što vododrživija
manji filtrac. uzgon (pod c) 44
22
3) Injektiranje •Za stijenovite sredine
povećanje vododrživosti
•Injekciona masa pod p ubacujemo u bušotinu
stvaranje pregrade visoke vododrživosti
injektiranjem
prodire u pukotine koje popunjava
INJEKCIONA ZAVJESA
•Nekoherentne sredine (npr. aluvion)
primjena dijafragme i priboja
•Nestijenovite sredine (sa c ili bez c)
povećanje vododrživosti zbijanjem
45 Injekciona zavjesa GBB
•Injektiranje na uzvodnom dijelu presjeka
smanjenje otpora nizvodno od IZ
povoljna heterogenost temeljne sredine (slika)
•Postižemo max. smanjenje uzgona •Ako je drenaža uzvodno od IZ
nepovoljna heterogen.
povećani U nizvodno
46
23
•Uticaj antifiltracionih mjera (dreniranje i injektiranje) prema uzgonu kvantifikovati na više načina prema Smith-u (1995)
jednostavan izraz
ne figurišu položaji drenažnih i injekcionih bušotina figuriše denivelacija GV i DV
∆Z
47
δ-koef. koji kvantifikuje zajedničko
dejstvo dreniranja i injektiranja na smanjenje filtracionog uzgona 0<δ<1 Idealan slučaj max. efikasna drenaža i injekc. zavjesa nema filtrac. uzgona
δ=0
Slučaj bez drenaže i injekc. zavjese pun filtrac. uzgon
δ=1
48
24
U praksi δ=0,33
0,33 < δ < 1,00 zdrava stijena i predviđeno i dreniranje i injektiranje
Oštećena stijena
samo injektir. ili samo dreniranje
Smith preporučuje
0,5 < δ < 0,67
49
•Prema iskustvima svjetskih projektantskih institucija
dobijen dijagram uzgona:
Mjesto injekcione zavjese: ordinata uzgona = proizvod ∆Z i koef. δ1 Mjesto drenažne bušotine: ordinata uzgona = proizvod ∆Z i koef. δD
Koef. δ1 i δD
f-ja značaja HG f-ja kombinacije opt.
γ – specifična težina vode
50
25
δ=1/3
Kod nas
samo u tački drenaže ili IZ
Ova redukcija U za sve kombinacije opter. osim izuzetna opt. od vode KM U
III kombinac. opter.
antifiltracione mjere ne djeluju pun filtracioni uzgon
51
•Kontura temelja nije prava linija kako definisati položaj Π linije
često u praksi
vrijednost filtrac. dijela uzgona ?
a) usvojiti da Π linija linearno opada duž stvarne konture spojnice temelja puna linija na slici b) zanemariti manje neravnine kod temeljne spojnice
preliminarni prorač.
isprekidana linija na slici
PoložajΠ linije kod temeljne spojnice sa uzvodnim zubom
52
26
•Uzgon u porama i prslinama u tijelu brane: smanjiti uzvodnim injektiranjem i / ili vertikalnom drenažom
računati isto kao U u temeljnoj spojnici efekat injektiranja ili drenaže izraziti koeficijentom δ=0,3 •Uzgon veoma bitno optere ćenje
mnogi HG
posebna pažnja
stanje U pratiti tokom probnog punjenja akum. i tokom eksploat.
•Visoke brane
neodgovarajući učinak antifiltracionuh mjera naknadno injektiranje
53
3) DINAMIČKI PRITISAK VODE USLJED TALASA I VJETRA •Talasi
oscilatorno periodično ketanje djelići vode opisuju cca zatvorene putanje
•Uzročnici talasa •Brane
vjetar, zemljotres, plovila itd
najbitniji talasi izazvani vjetrom važni za dimenzioniranje brane
bitni u hidrotehničkoj praksi dinamičko opter i odre đivanje KKB
na KMU dodati H mjerodavnog talasa koji se penje uz uzvodno lice brane na to dodati i propisanu rezervu u visini
54
27
•Mjerodavna H za proračun
tzv. “značajna” H talasa
oznaka hT
visina talasa koji je viši od 87% talasa pri određenoj “talasnoj slici” koji izaziva vjetar
vjetar mjerodavne jačine (v) i pravca na akumulaciji •Visina talasa u akumul (hT) srazmjerna v vjetra (VV) i L vodene površine (Lo) u pravcu vektora v vjetra na kojoj nastaje talas
Veličine koje odre đuju visinu talasa
55
•Značajna H talasa
iskustveni podaci:
•Dužina talasa LT: hT i LT (m) VV (km/h) Lo (km) K – koeficijent f-ja srednje širine akumul. na promatranom pravcu i L pravca
K = Wo / Lo Izrazi za hT i LT
vrijede uz uslov da je voda uzvodno od brane dovoljno duboka hGV > ¼ LT 56
28
K = Wo / Lo
•Mjerodavna v i pravac vjetra
sa ruže vjetrova
•Talase stvaraju srednje ja čine vjetra
ne izrazito jaki udari
pri proračunu uzeti srednju v vjetra
NE max. v vjetra
•Osnovno opter od talasa
vjetar PP od 5 do 20 godina
•Izuzetno opter od talasa
vjetar PP od 50 do 100 godina
57
•Talas
nailazak na prepreku
“penje” iznad H koju on ima u vodi daleko od prepr.
•Talas
udar u vert prepreku
dostiže H od hP=1,5hT iznad nivoa mirne vode
prema toj H (hP) odrediti KKB •Dno talasa za 0,5hT ispod nivoa mirne vode
ukupna H kojom talas udara o vert. prepreku
npr. uzvodno lice GBB (prema slici)
Visina talasa i sila od talasa na GBB
58
29
Ukupna H kojom talas udara o vertikalnu prepreku: Ako pretpostavimo hidrostatički raspored p u talasu
sila od talasa na 1m’ brane:
Obično se uzima da sila PT djeluje na koti nivoa mirne vode postoje i precizniji načini određivanja sile od talasa 59
•Ako pravac vjetra zaklapa ugao αo sa pravcem ose brane
sila od talasa PT:
60
30
•Slučaj kosog uzvodnog lica brane ili nasipa: -penjanje talasa uz konturu može biti znatno više nego kod vertikalnog lica -odnos H penjanja (hP) prema H talasa (hT) f-ja: nagiba kosine “m” ; hrapavosti podloge ; odnos H talasa i L talasa (hT/LT)
Penjanje talasa uz kosinu
61
•Neki projektanti u analizi opter ne uzimaju silu od talasa na branu
razlog:
-mala u odnosu na “glavne” sile -talasi se ne javljaju istovremeno na cijeloj L brane •Sila od talasa
obično dodati je na KMU
talas nastaje nakon nepogoda
poplave i podizanje NV u akumulaciji ne dodaju se max talasi
talasi male vjerovatnoće pojave
•Možemo koristiti i neke druge iskustvene izraze
Vv (m/s)
obrazac Andrijanova (1954)
Lo (km)
hT i LT (m) 62
31
•Moguće (ponekad) na KMU dodati i uspor površine akumul usljed sile trenja između vode i zraka
uspor od vjetra tzv (set-up)
nastaje prilikom jakog i dugotrajnog vjetra
Smith (1995)
S – uspor od vjetra (m) Vv – brzina vjetra (km/h) Lo – max rastojanje na površini akumul. u pravcu dejstva mjerodavnog vjetra (km) αo – ugao između pravca vjetra i pravca ose brane
h – prosječna dubina akumulacije (m) •Uspor od vjetra
bitno niži od H talasa
ne uzima se kao ozbiljno opter.
izuzetak veoma dugačke akumul. sa veoma snažnim vjetrovima
63
4) PRITISAK LEDA • Dejstvo leda na branu: a) pritiskom čvrstog pokrivača
statički p leda
b) silom koju izaziva udar ledene sante
dinamički p leda
a) Statički pritisak leda - zbog širenja ledenog pokriva ča pri naglom otopljenju
Statički pritisak leda
64
32
•Led
ponašanje kao sva čvrsta tijela pri sniženju T skuplja se prodor vode naglo otopljenje
otvaranje pukotina u pokrivaču nastaje novi i gušći led
led se širi
pritiska branu (pritješnjen obalama)
65
•Statički p leda •Literatura
proporcionalan prirastu T i d leda iskustvene formule i nomogrami
određivanje statičkog p leda
vezano za neku geografsku oblast •Procjena statičke sile leda Psl
pri najnepovoljnijim T uslovima
f-ja L prostiranja leda između brane i “oslonca” na suprotnoj strani ( LL) f-ja d leda (δ)
Statički pritisak leda u osnovi
66
33
•Područje bivše SFRJ d leda
najoštriji klimatski uslovi:
δ=0,4 do 0,6 m (izuzetak Dunav)
max. statička sila leda kojom treba računati
Psl=150 kN/m
Psl ne može djelovati istovremeno sa silom od talasa !!!
Zavisnost stati čke sile leda od debljine i dužine pokriva ča
67
•Statički p leda
nastati i usljed podizanja ili spuštanja NV ispod već formiranog pokrivača
nastati i zbog nagomilavanja ledenih santi ispred brane •Led ispred ustava
razbijanje i propuštanje u DV podizanjem ustava
rasterećenje brane od statičkog p leda
68
34
b) Dinamički pritisak leda -sila leda PDL
usljed udara santi leda u branu
tokom topljenja i kretanja leda -proračun PDL
iskustveni izrazi
obrazac Kuznjecova
PDL – dinamička sila leda (kN) VL – v kretanja leda (m/s) δ – debljina leda (m)
AL – površina osnove karakteristične sante leda (m2) K – koeficijent f-ja granične čvrstoće leda pri drobljenju
69
5) PRITISAK NANOSA (MULJA) •Ispred brane
uzvodno lice brane
pritisak na branu
Sila od nanosa na branu
•Pritisak nanosa u nekoj tački (npr. tačka A) aktivni pritisak tla
računati od gornje ivice nanosa
osnove geomehanike
70
35
γNAN – zapr. težina nanosa u zasićenom stanju ϕ – ugao unutr trenja nanosa pod vodom
•Hor sila od nanosa
na 1m’ brane
0 < ϕ < 30o
obično ϕ=20o do 30o
kao u klasi čnoj geomehanici
površina dijagrama pritiska nanosa po njegovoj visini
71
•Sila od nanosa NE umanjuje veličine hidrostatičke sile HV,U voda prodire kroz pore u nanosu i naliježe na površinu uzvodnog lica brane •Zakošeno uzvodno lice brane: razložiti sila od nanosa na H i V komponentu
često V silu ne razmatrati
na strani sigurnosti
prevrtanje
72
36
6) SEIZMIČKE SILE (SILE OD ZEMLJOTRESA) •Zemljotres
snažno oscilatorno pomjeranje Zemljine kore značajno ugroziti stabilnost brane pomjeranja se preko temelja prenose na branu
brana prima seizmičko ubrzanje (a) seizmička sila (S)
daje inercijalnu seizmičku silu (S)
srazmjerna ubrzanju i masi dijela brane koji osciluje (M)
73
•Pretpostavka proračun
brana kruto uklještena u sredinu temelja osciluju samo dijelovi brane iznad ravni uklještenja
Mogući pravci djelovanja zemljotresa
74
37
•Seizmička sila ako branu promatramo kao kruto tijelo:
g – ubrzanje Zemljine teže (gravitaciono ubrzanje) G – težina dijela brane koji osciluje a* = a / g koef. ubrzanja = odnos seizm. ubrzanja i ubrzanja Zemljine teže Pretpostavka o brani kao krutom tijelu
preveliko uproštenje
uvodimo koeficijent µ aproksimira uticaj duktilnosti (“razvlačljivost”) značajno prigušuje seizmičko dejstvo 75
GBB
približan proračun
µ=4
Ks – koeficijent seizmičnosti
76
38
•Vrijednost Ks
f-ja moguće seizmičke aktivnosti područja
•Vrijednost Ks
mjera seizmičkog ubrzanja
Tabela
Ks u f-ji stepena seizmi čnosti prema MCS skali (Merkali-Kankani-Ziberg)
Tabela
podaci za početnu fazu projektovanja Idejni i Glavni projekat
imati dodatne seizmičke podloge područja
primjena statističkih metoda
odrediti “projektne zemljotrese”
slično kod određivanja poplavnih valova pri analizi VV projektanti računaju na zemljotres vjerovatnoće pojave 0,5% i 0,1%
J-na gore
seizmička sila
svi djelići brane dobiju jednako ubrzanje
ne odgovara prirodi pojave dodatni koef.
77
uvodi se dodatni koeficijent
kompenzuje donekle taj nedostatak
aproksimira dinamičnost zemljotresa Seizmičku silu računamo:
78
39
Metoda koeficijenata
hi – L težišta proizvoljno izabranog dijela brane (tamna površina na slici) do Zukl ho – L težišta cijele brane (brana iznad Zukl) Tražimo silu na cijelu branu
hi = ho
α=1,5
aproksimacija poznata kao metoda koeficijenata
79
Tektonski pokret od zemljotresa proizvoljan pravac djelovanja
Pokret u pravcu y-ose (pravac ose brane)
slika
nema puno uticaja na stabilnost GBB
lamele se po potrebi mogu “nasloniti” jedna na drugu bokovi brane poduprti stijenskom masom doline
Kontraforne i neke olakšane brane
voditi računa o ovom pravcu dejstva
mala krutost tih brana u bo čnom pravcu 80
40
Pokret u z-pravcu
vertikalan pravac “smanjuje” G brane
nastaje uzlazna sila
smanjuje time i stabilnost GBB Ubrzanje u vertikalnom pravcu (av) Koeficijent seizmičnosti Vertikalna sila
obično manje od horiz. ubrzanja (a)
Ksv=0,5Ks do 0,75Ks
koja “smanjuje” G brane:
81
Najopasniji x-pravac
horiz. pravac
nastaje S (inercijalna seizm sila)
S=α*Ks*G
nastaje i dodatna dinamička (inercijalna) sila sila od oscilov. vode u akum. uzvodno od brane Opterećenje u x-pravcu
UVIJEK UZIMATI U ANALIZU OPTEREĆENJA
Seizmička sila od vode (Psv): računati primjenom Zangarove ili Vestergardove metode vrijedi samo za vertikalnu konturu uzvodnog lica brane
82
41
Prema Vestergardu: B vodene mase “x” koja na “ hA” osciluje skupa sa branom
aproksimacija j-nom parabole: Seizmička sila vode prema Vestergardu
Pritisak vode od zemljotresa: ρ – gustina vode γ – specifična težina vode α=g*4Ks
puno seizmičko ubrzanje
voda nema duktilnost 83
Dno akumulacije
seizmički pritisak:
Ukupna seizmička sila od vode = površina parabole:
Sezmička sila
na 0,425hGV od dna akumulacije 84
42
Pretpostavka: -zemljotres od 7o MCS
Ks=0,025
-odnos seizm. hidrodinamičke sile na branu i hor. komponente hidrost. sile:
Iznosi oko 12%
Manji objekti
početna faza projekta
Visoke brane
opasnost od rezonance brane i temeljne sredine
završne faze projekta
koristiti “metodu koeficijenata”
primjena tačne i složene metode prora čuna
metoda spektralne analize ili direktna dinami čka simulacija 85
7) TEŽINA BRANE I TEMELJA •G brane
najbitnija stabilizirajuća sila
povoljno opterećenje kod GBB
A – površina popr. presjeka brane γB – zaprem. težina betona
•G djeluje u težištu presjeka •Brana projektovana sa hidromehaničkom opremom
računati je u težinu GBB
•G dijela temelja i sredine (tla) ispod ili oko brane ( GT) uzeti u proračun pri analizi stabilnosti •Slapište, kanali, površinski zahvati
proračun protiv klizanja
veza ankerima za sredinu temelja (tlo)
postižemo željenu stabilnost
86
43
Sile težine
87
KOMBINACIJE OPTEREĆENJA •Sva opterećenje ne djeluju istovremeno •Ne može istovremeno •Ne treba o čekivati
pritisak leda i udar talasa pri max. nivou vode u akum da se javi vjetar max. jačine
•Mjerodavne kombinacije opterećenja: -najnepovoljnije kombinacije opterećenja koje se mogu o čekivati tokom gradnje i tokom korištenja brane -kod nas (i u regionu) ne postoje propisi za izbor mjerodavnih optere ćenja uputstva koju preporučuju uvaženi projektanti četiri kombinacije optere ćenja
u praksi 88
44
I kombinacija opterećenja: prazna akumulacija neposredno po završetku građenja prije punjenja akumulacije
samo G brane i opreme
II kombinacija opterećenja: normalno (pogonsko) opterećenje -nivo u akumul. na KNU (ZNU) -DV sa max. ili min. nivoom koji se tada može javiti koji nivo daje nepovoljnije optere ćenje -pun pritisak nanosa i leda (ili talasa) -antifiltracione mjere u pogonu -injekcioni radovi završeni
radi drenažni sistem (ako je predviđen) ako su predviđeni 89
III kombinacija opterećenja: izuzetno opterećenje od vode (vanredno opterećenje) -nivo u akum. na KMU (ZMU) -DV max. ili min.
zavisno šta je nepovoljnije
-pun pritisak nanosa i talasa -antifiltracione mjere NE rade
IV kombinacija opterećenja: izuzetna opterećenja od seizmike (II kombinacija + seizmika) -nivo u akum. na KNU -DV kao pri normalnom opterećenju -pun pritisak nanosa i leda -antifiltracione mjere u pogonu -djeluju seizm. uticaji za to područje
vjerovatnoće pojave 0,5% i 0,1% 90
45
• Projektant po po trebi provjeriti i druge ko mbinacije optere ćenja “projektantova mjerodavna kombinacija”
a) Prazna akumulacija + seiz mika b) Normalno optere ćenje (II kombinacija) ali bez uzgona c) Izuzetno optere ćenje od seizmike i drenažni sistem ne radi . . .
GBB Bajin a Bašta na Drini – R Srbija
91
STABILNOST GRAVITACIONE BETONSKE BRANE •GBB stabilna •Provjera •GBB
mogućnost odupiranja opterećenjima stabilnost na klizanje, prevrtanje i isplivavanje
stabilnost protiv isplivavanja gotovo uvijek ispunjen
•Potrebno da naponi u GBB i temelju budu u dopuštenim granicama odsustvo napona zatez. (NZ) na uzvodnom licu GBB često mjerodavan uslov za dimenzioniranje •Uslovi stabilnosti zadovoljeni
za sve razmatrane kombinacije opterećenja
•Uslovi zadovoljeni sa zahtjevanim koeficijentima sigurnosti protiv klizanja, prevrtanja, isplivavanja izuzetna opterećenja
f-ja kombinacije opterećenja
niže vrijednosti Fs nego pri normalnim opt. 92
46
•Početna faza projektovanja (idejni projekat)
kontrola “opšte stabilnosti” GBB
određivanje koefic. sigurnosti protiv klizanja, prevrtanja i isplivavanja proračun napona i pomjeranja u temeljnoj spojnici •Glavni projekat
opšta stabilnost, naponska stanja, pomjeranja u GBB i temelju
kod visokih brana koristimo MKE brana i temeljna sredina podijele se na elemente pogodnog oblika zatim iz uslova ravnoteže sila i veze napona i deform. odredimo pomjeranja i odredimo napone za svaki element brane i temelja kod manjih brana
koristimo metodu horizontalnih presjeka 93
tretira GBB
svaku njenu lamelu sa temeljom
uklještena konzola
STABILNOST PROTIV KLIZANJA (SMICANJA) •Veoma osjetljiv uslov opšte stabilnosti GBB •GBB stabilna protiv klizanja ako sa zahtjevanim KS se može oduprijeti silama sile nastoje da GBB pomjere po kliznoj ravni •Klizanje GBB može nastati: a) u temeljnoj spojnici b) u temeljnom tlu (temeljna sredina) c) u tijelu GBB na mjestu horizontalnih spojnica •Provjeriti sve potencijalno opasne ravni klizanja u temelji i GBB •Uslovi klizanja različiti kod brana temeljenih na stijeni i na nevezanom tlu 94
47
USLOVI KLIZANJA NA NEVEZANOM TLU •Nevezano tlo
nema otpora smicanju usljed c unutar materijala jedino trenje se protivi pomjeranju
•Do klizanja neće doći ako je smičuća sila H za hor. kliznu ravan < od sile trenja T
T > H
f*V > H
V – vertikalna komponenta R sile f – koeficijent trenja •Uslov ravnoteže izražavamo preko Fs ili KS protiv klizanja (Kk) Fs ili KS
odnos stabilizirajućih i destabilizirajućih sila
Kk f-ja kombinacije opterećenja
K l i z an je u s r e d i ni b e z “ c”
•Koeficijent trenja (f)
Kk=1,05 do 1,30
K l i z an je u s re d i ni s a “ c ”
f-ja ϕ materijala
95
P r e vr t a n j e i i s p l i v a v a n j e
f=tgϕ
ϕ− ugao unutarnjeg trenja ϕ=20 do 35o
materijali pogodni za fundiranje GBB 96
48
USLOVI KLIZANJA U VEZANOM TLU •Tlo sa c
pored trenja klizanju se suprotstavlja i c
Tc=c*b
•Sila kohezije (po m’ GBB)
•Uslov stabilnosti protiv klizanja u presjeku U-N: •Koefic. sigurnosti protiv klizanja = odnos stabilizirajućih i smičućih sila:
Kk,min
f-ja kombinacije opterećenja
97
SREDINA
KOHEZIJA c (MPa)
KOEFICIJENT TRENJA f
Beton
0,50 – 3,50
0,70 – 1,50
Neerodirana stijena čvrstoće na pritisak od 40 MPa
0,40
0,95
Slabo erodirana stijena, srednje ispucala, čvrstoće na pritisak od 40 MPa
0,30
0,85
Veoma ispucala stijena čvrstoće na pritisak od 2,5 do 20 MPa
0,10
0,60 – 0,70
Šljunak - aluvioni
0,00
0,20 – 0,30
Orijentacione vrijednosti kohezije i koeficijenta trenja
•Tačne vrijednosti za c i f •Koefic. trenja f = 0,7
preko istražnih radova kontakt beton-beton i kontakt beton-stijena
niski f (f=0,7) daje određeni stepen sigurnosti kontaktne površine u prirodi su u pravilu hrapave
f > 0,7 98
49
Postupak provjere stabilnosti protiv klizanja za koherentan materijal: 1) Provjera stabilnosti bez c sa malom vrijednosti zahtjevanog Kk (Kk,min=1,05-1,30) zadovoljena stabilnost
nema potrebe za daljim proračunom
2) Ako uslov stabilnosti nije ostvaren
uvodimo u račun i c
Kk je puno veći
Kk,min=3,0 za normalno opterećenje Kk,min=1,4 za izuzetno opterećenje (seizmika) 3) Ako opet nije ostvarena stabilnost protiv klizanja
npr. povećati širinu temelja
99
KOEFICIJENT SIGURNOSTI
KOMBINACIJA OPTERE ĆENJA I
II
III
IV
Kk,min bez kohezije
-
1,30
1,10
1,05
Kk,min sa kohezijom
-
3,00
2,20
1,40
Kp,mim
-
1,50
1,30
1,10
KI,min
-
1.50
1.10
1.30
Kσ ,min
3,50
3,50
2,50
1,50
Minimalne (zahtjevane) vrijednosti koeficijenta sigurnosti za čunprora opšte stabilnosti
•Način povećanja stabilnosti protiv klizanja
zakošenje temeljne spojnice
povećavamo stabilizirajuću silu trenja smanjujemo destabilizirajuću silu •Uslov stabilnosti u ovom slučaju izgleda: 100
50
•Povećanje stabilnosti protiv klizanja
gradnja “zuba” (grede) na uzvodnom dijelu
veće uštede u odnosu na rješenje sa kosom temeljnom spojnicom •Rješenje sa “zubom” na uzvodnoj stran i sigurnost protiv klizanja obavezno provjeriti po kosoj kliznoj ravni sigurnost protiv klizanja obavezno provjeriti i po horizontalnim ravnima na nivou donje ivice i na nivou gornje ivice “zuba”
101
•Proračun koeficijenta sigurnosti protiv klizanja: ne uzimamo u obzir uklještenje GBB
strana sigurnosti
•Proračun za kosu kliznu ravan: usljed deformacije gubi se kontakt i c po horiz. dijelu spojnice c se ostvaruje samo duž kosine (dužina b / cosα)
102
51
STABILNOST PROTIV PREVRTANJA I ISPLIVAVANJA •GBB stabilna na prevrtanje ako stabilizirajući M vraćanja (Mv) oko svake tačke GBB premašuje destabilizirajući M prevrtanje (Mp) sa potrebnim KS
Kp – koeficijent sigurnosti protiv prevrtanja •Najnepovoljniji slučaj
najniža tačka nizvodne ivice (tačka N na slici)
•Minimalne vrijednosti Ks f-ja kombinacije opterećenja •Fs
1,5 za normalno opterećenje (II komb.opt.) do 1,1 za seizmiku (IV komb.opt.)
Prevrtanje oko čtake N
103
104
52
•KS protiv isplivavanja (KI): odnos stabilizirajućih vert sila (Vv)
djeluju na dole (“spuštaju” HG)
prema destabilizirajućim vert silama (Vp)
djeluju na gore (“dižu” HG)
105
PRORAČUN NAPONSKOG STANJA METODOM HORIZONTALNIH PRESJEKA •Metoda horizontalnih presjeka = gravitaciona metoda približno određivanje naponskog stanja u temelju i tijelu GBB Pretpostavke ove metode: 1) Brana sastavljena od međusobno odvojenih lamela (konzola), kruto uklještenih u sredinu (tlo) koje “rade” zasebno bez prenošenja opterećenja sa jedne lamele na drugu. 2) Brana i temelj od idealno elastičnog, homogenog i izotropnog materijala 3) Veza napona i deformacija je linearna. 4) Za svaku horiz. presje čnu ravan u brani i temelju vlada linearan 106 raspored normalnih napona i paraboličan raspored smičućih napona.
53
•GBB izdjeljene na lamele pomoću vertikalnih spojnica uglavnom zadovoljavaju navedene uslove
izuzetak pretpostavka o krutom uklještenju lamela je elastično uklještena u temeljnu sredinu vrijednosti napona u tem. spojnici odstupaju od stvarnog stanja (od tačnijeg rješenja dobijenog MKE) •Vrijednosti po metodi horizontalnih presjeka su na strani sigurnosti primjena pri proračuna naponskog stanja u temelju (opšta stabilnost) •Glavni projekat
dimenzioniranje poprečnog presjeka GBB
M KE
107
•Metoda horizontalnih presjeka: -proračun naponskog stanja duž nekoliko horizon. presjeka lamele GBB -za svaki od izabranih horiz. presjeka
odrediti sile u presjeku
-računati vertikalni normalni napon -računati horizontalni normalni napon i napon smicanja -dobiti vrijednosti i pravce (trajektorije) glavnih napona
108
54
•Proračun opšte stabilnosti
kontrola samo vertik. normalnih napona u tem.spoj
za hor. ravan koja prolazi kroz najnižu kotu temelja (tačkasta linija na slici)
•Pri hidrostat opter
deformacije
odvajanje brane od temelja (pretpostavka)
odvajanje po zakošenoj uzvodnoj ivici zuba (dionica 1-2) opterećenje se prenosi u temeljnu sredinu duž linije 2-3-4 (dužina b) •Prazna akumulacija (I komb.opt)
nema horiz deformacije
nema hidrostat
109
VERTIKALNI NORMALNI NAPONI I ODSUSTVO NAPONA ZATEZANJA Određivanje vertikalnih normalnih napona u presje ku brane
•Određivanje VNN za horizontalni presjek U – N sa središnom tačkom O •Presjek
kroz tijelo brane ili na kontaktu brane i temeljne sredine
•Sve sile u presjeku U – N slažemo u rezultantu R •Veličina “e” je ekscentricitet
djeluje u tački C na “e” udalj. 110
55
•Rezultanta R razlažemo na horiz. konponentu H i vertikalnu komponentu V •H i V oko središta O daju M=V*e
H komponenta leži u ravni U – N
•V komponenta sa svojim M daje vertikalne normalne napone (VNN) u presjeku •H komponenta izaziva smičuće napone •VNN na rastojanju “x” od središta presjeka
pretpostavka linearne raspodjele NN:
111
A – površina poprečnog presjeka
A=b*1,0 m
I – M inercije oko težišta presjeka
I=(b3/12)*1,0 m
Odavde možemo napisati: ViM
sila i moment po m’ GBB
112
56
•Max. i minimalna vrijednost napona tu imamo
na ivicama presjeka U i N te je: za uzvodno lice U (1)
za nizvodno lice N (2) 113
Naponi zatezanja i jezgro presjeka •Normalni naponi (NN) dati u j-na činama 1 i 2 pozitivni su dok: ili dok R se nalazi u okviru srednje tre ćine presjeka
(3)
unutar JEZGRA PRESJEKA
114
57
•Izraz (3) nepravilno nazivaju uslovom stabilnosti na prevrtanje •Za mogućnost prevrtanja GBB već je bilo ranije napomena
M prevrtanja
da R sila izađe van presjeka GBB, a ne samo izvan jezgra presjeka •Pri znatno manjim vrijednostima obrtnog M od preturajućeg M na uzvodnom licu GBB nastaju naponi zatezanja
pojava prslina
voda u prslinama pove ćava silu uzgona na uzvodnom kraju presjeka dodatno povećavanje napona zatezanja širi se prslina na nizvodnom licu 115
ako se prslina dovoljno proširi
odvajanje temelja od brane
•Očigledna je potreba sprije čavanja napona zatezanja naročito u uzvodnom licu GBB •Projektanti dopuštaju neznatne NZ u tijelu brane
ne i u temeljnoj spojnici
isključivo pri seizmičkim uticajima (IV komb.opt.) kratko trajanje seizmičkih uticaja
neće doći do povećanja uzgona u prslinama
prsline bi se mogle “otvoriti” usljed zatezanja NZ da budu manji od dopuštenih vrijednosti za projektovanu MB •Širina presjeka U – N
odrediti da R padne u najnizvodniju ta čku jezgra (“n”)
postižemo najmanju površinu presjeka za koje se javlja zatezanje na uzv. licu
116
58
SMIČUĆI NAPONI I HORIZONTALNI NORMALNI NAPONI •Potrebno je ispuniti uslov odsustva napona zatezanja •Osigurati da naponi u betonu i temelju budu < od dopuštenih •Potrebno izračunati glavne napone u odabranim horiz presjecima
za sve komb.
•Treba odrediti: - vertikalne normalne napone σV, - horiz. normalne napone σH, - smičuće napone τ. •O σV već rečeno tokom predavanja.
117
•HNN (σH)
račun po pretpostavci o linearnoj promjeni NN
linearna promjena NN između uzvodnog i nizvodnog lica GBB σσH,U i σH,N ττU i τN
HNN na uzvodnom i nizvodnom licu GBB smičući naponi na uzvodnom i nizvodnom licu GBB
računanje iz uslova ravnoteže H i V sila na infinitezimalnu prizmu na licu GBB
Određivanje komponentalnih napona na granici
118
59
Na nizvodnoj granici “N” imamo:
Napon smicanja na nizvodnoj konturi:
Horizontalni normalni napon (HNN) na nizvodnoj konturi:
Za NDV ispod promatranog presjeka
nema hidrostatičkog pritiska p
Sličan proračun je i za napone na uzvodnom licu: - veličina p je hidrostatički pritisak i ostali uticaji na uzvodnoj konturi
119
(nanos, seizmika . . . )
•Dijagrama napona smicanja τ(x)
iz uslova ravnoteže H sila
pretpostavka paraboličnog rasporeda τ-napona
Raspodjela napona smicanja u presjeku
Rezultanta H sila u presjeku = integralu smi čućih napona duž presjeka:
τs – strijela paraboličnog dijela dijagrama
120
60
Raspored τ-napona opisujemo kao:
x = određena L
121
GLAVNI NORMALNI NAPONI I DOPUŠTENI NAPONI •Glavni naponi
proračun za ravno stanje napona
poznat postupak
prethodno izračunati normalni i smičući naponi
•Obično su kritični glavni normalni naponi (KGNN) na uzvodnom i nizvodnom licu gruba analiza •Ravni GNN
provjeriti samo ove napone
ravan konture (lice brane) i ravan upravna na lice brane
GNNmeđusobno su upravni
kao i njihove ravni 122
61
Glavni normalni naponi na nizvodnom licu brane
Slika gore: -ravni GNN i naponi za slučaj nizvodnog lica -GNN za ravan konture je hidrostatički pritisak
σ2,N=p
uslov ravnoteže V sila na infinitezimalnu prizmu
drugi glavni napon σ1
sila težine se zanemaruje
beskonačno mala veličina
na površinama gdje djeluju GNN
a) Kota NV ispod promatranog presjeka
b) Slu čaj vertikalnog lica
nema smičućih napona
123
nema hidrostatičkog pritiska (p=0):
α=0o:
124
62
Dopušteni naponi: •Potrebni za beton i temeljnu sredinu (sredina fundiranja) određivanje prema graničnim čvrstoćama na pritisak •Dopušteni naponi za beton
određeni Pravilnikom
procjena dop. napona pritiska pri normalnom optere ćenju: 20% čvrstoće betona na pritisak (3 do 6 MPa)
f-ja MB
procjena dop. napona pri izuzetnom optere ćenju: možemo dopustiti i veće napone
naročito na ivicama
125
•Dopušteni naponi za stijenu: -5 do 10% čvrstoće monolita na pritisak podjeljeno sa Fs od 1,5 do 3,5 f-ja kombinacije opterećenja VRSTA TEMELJNE SREDINE
DOPUŠTENI NAPON PRITISKA (MPa)
Granit zdrav
4 –6
Krečnjak - zdrav
3–4
Pješčar - zdrav
2–3
Drobina stijena
1 – 1,5
Šljunak
0,3 – 0,6
Pijesak
0,2 – 0,4
Glina tvrda
0,2 – 0,4
Glina - meka
0,05 – 0,1
Orijentacione vrijednosti dopuštenih napona pritiska
126
63
VRSTA TEMELJNE SREDINE
•Vrijednosti iz tabele tačna vrijednost
DOPUŠTENI NAPON PRITISKA (MPa)
Granit zdrav
4 –6
Krečnjak - zdrav
3–4
Pješčar - zdrav
2–3
Drobina stijena
1 – 1,5
Šljunak
0,3 – 0,6
Pijesak Glina tvrda
0,2 – 0,4 0,2 – 0,4
Glina - meka
0,05 – 0,1
za niže faze projektovanja istražni radovi na terenu
•Vrijednosti glavnih napona provjeriti za sve komb.opt.
I do IV
127
Uporedba različitih geometrijskih oblika poprečnog presjeka GBB: •Razmatramo četiri presjeka GBB uporedit ćemo:
isti uslovi opterećenja
hidr.pritis. i uzgon
a) Napone zatezanja na uzvodnom licu b) Stabilnost protiv klizanja
Opterećenje presjeka GBB
128
64
-širina temeljne spojnice b: proračun iz uslova da na uzvodnom licu σV,U=0
nema zatezanja
R djeluje u nizvodnoj ivici jezgra “n” (slika) M obrtanja oko “n” za dobijenu b
Mo=0
računati A
cijena GBB
A – površina poprečnog presjeka
•Presjek određen iz prvog uslova
računamo odnos V i H sila
pokazatelj stabilnosti protiv klizanja
V/H
129
čnog presjeka Razmatrani oblici popre
Pretpostavka: -odnos zapreminske težine betona i specifi čne težine vode -sve sile izražene po jedinici težine i na m’
130
65
Pravougaoni poprečni presjek:
Pravougli trougao sa vertikalnim uzvodnim licem:
131
Jednakokraki trougao sa kosim uzvodnim i niz vodnim licem:
Pravougli trougao sa vertikalnim nizvodnim licem:
132
66
Zaključci: -pravougaoni presjek (pod a) najnepovoljniji za uslov napona zatezanja ovaj presjek ima najveću površinu
najskuplji
-malo jeftiniji je trougaoni presjek sa vertikalnim nizvodnim licem (pod d) ima i najpovoljniji odnos V/H=4,10 najbolje suprotstavljanje klizanju
133
Zaključci: -najpovoljniji presjek sa gledišta napona zatezanja trougao sa vertikalnim uzvodnim licem (pod b) najčešća primjena kod GBB odnos V/H=1,38
mali
stabilnost protiv klizanja
dodatne mjere kod temeljenja za pove ćanje stabilnosti
134
67
Zaključci: -trougaoni presjek sa vertikalnim nizvodnim licem (pod d) sila težine GBB ne daje M oko ivice jezgra “n” možemo napraviti tzv. olakšanu GBB (sa šupljinama) primjena kod olakšanih GBB i kontrafornih brana
135
DIMENZIONIRANJE I ODREĐIVANJE POPREČNOG PRESJEKA GRAVITACIONE BRANE •Postupak projektovanja brana •Faza studije
•Faza generalnog projekta •Idejni projekat
složen i radi se u fazama
nema proračuna
rješenja prema iskustvu
proračun opšte stabilnosti
rad u dvije etape
odabir najpovoljnijeg profila ; odabir tipa brane ; odabir optimalne H brane usvojeno rješenje
proračun opšte stabilnosti
dimen. popr. presjeka
nagib uzv. i nizv. lica brane, oblik krune, crteži, predmjer i predra čun •Glavni projekat
proračun opšte stabilnosti
dimenzioniranje
teh.uslovi 136
68
DIMENZIONIRANJE POPREČNOG PRESJEKA BRANE •Obradit ćemo dva načina dimenzioniranja popr. presjeka GBB •Određivanje nagiba lica GBB
određivanje B presjeka u f-ji visinskog položaja
a) Postepeno dimenzioniranje b) Direktno (jednostepeno) dimenzioniranje
137
a) Postepeno dimenzioniranje •Nagib nizvod. lica (po potrebi i uzvod.) •Od krune GBB prema temelju
f-ja visinskog položaja iznad temelja
dimenzioniranje
računamo B presjeka
B presjeka na međusobnom L od 1/3 do 1/10 H GBB
138
69
b) Direktno (jednostepeno) dimenzioniranje •Usvaja se const nagib nizvodnog lica GBB •B brane u osnovi (bs)
po cijeloj H GBB
račun iz uslova stabilnosti osnovnog trougla (AUN)
za određenu komb.opter.
najčešće III komb.opter.
139
•Tražimo B sa kojom nema napona zatezanja u tem. spojnici ostvarivanje potrebne sigurnosti protiv klizanja •Tjeme trougla (tačka A) •Osnovni trougao AUN
obično pri koti max.uspora (ZMU) dopunimo u kompletan profil GBB
za mjerodvane komb. opter.
kruna, galerije ...
provjera opšte stabilnosti
računamo naponsko stanje u odabranim horiz. presjecima
140
70
•Površina presjeka postepenim dimenzion. prednost direktnog dimenz.
manja
veća ušteda materijala
jednostavnije izvođenje konstrukcije GBB
češća primjena direktnog postupka dimenzioniranja
•Slučaj
stabilnost ne možemo efikasno postići zakošenjem nizv. lica blago zakošenje uzvodnog lica uzvodni nagibi obično mali
stabilizirajuća sila vert.komp.hidr.sile 10:1 ili 20:1
u donjoj zoni GBB
141
USLOVI DIMENZIONIRANJA •Nisu posebno utvrđeni propisima •Projektantske ustanove •Tijelo GBB
uslovi na osnovu dugogodišnjih svjetskih iskustava
potrebni uslovi:
1) Pri II i III komb.opt. ne smiju biti naponi zatezanja ( NZ) na uzvodnom licu 2) Pri I komb.opt. ne smije biti zatezanje na nizvodnom licu 3) Pri bilo kojoj komb.opt. NZ < dop. NZ 4) Pri IV komb.opt. NZ < dop. NZ 5) Naponi smicanja moraju biti manji od dopuštenih napona smicanja
142
71
•Temeljna spojnica GBB
potrebni uslovi:
1) Pri III komb.opt. ne smiju biti NZ na uzvodnom licu u presjeku neposredno iznad tem.spojnice 2) VNN duž cijelog presjeka tem.spojn ice < dop. VNN 3) VNN < od vrijednosti pri kojoj bi nastale nedozvoljene deform. temelja 4) Smičući naponi < vrijednosti koja bi sa NN izazvala smičuća pomjeranja (obrtanja, hor.pomjeranja) > od dopuštenih vrijednosti 5) Pri IV komb.opt. NZ u presjeku neposredno iznad tem.spojnice < dop. 6) KS protiv klizanja, prevrtanja i isplivavanja > od dop. za svaku komb.opt.
143
•Bitno je i slijedeće, pored pravilnog proračuna GBB: -uklopiti GBB u teren
topografski uslovi, geološke osobine
-GBB pravilno postaviti po osovini -tem.spojnicu
dobiti HG min. dimenzija
ukopati do stijene dobrih osobina (po mogućnosti)
-pravilno postaviti prelivni dio GBB
nadovezuje se slapište (nizvodno)
potrebno veliko iskustvo i strpljenje pri projektovanju saradnja stručnjaka raznih profila i specijalnosti
144
72
KRUNA BRANE saobraćaj duž GBB
•Pravougaona (sandučasta) kruna •B krune obično 5% do 20% od H GBB
dodatna B može se osigurati konzolama
•Pravougaona kruna i trougaono tijelo GBB povezani kružnom prelaznicom kružna prelaznica na nizvodnom licu GBB povoljnije naponsko stanje na mjestu prelaza
posebno uticaj seizmike
145
KKB (ZKB) podignuta iznad ZMU za visinu zazora (freeboard)
hp – visina penjanja talasa r – rezerva (0,5 do 1,0m) •Valobran
zaobljena konzola na kruni
•Često se gradi AB parapetni zid parapetni AB zid
hz=1,0m
skretanje talasa nazad u akumul.
umjesto nadvišenja krune za pun zazor omogućava spuštanje krune za visinu zida
146
73
Prelivni dio brane: visina pod.nosača mosta (hM) > hp mjerodavan uslov za H krune:
•Za osnovno opter. od talasa
uzeti vjetar PP 5 do 20 godina
•Za izuzetno opter. od talasa
uzeti vjetar PP 50 do 100 godina
•Mala vjerovatnoća
istovremeno max. nivo u akumul. i vjetar max. jačine
pri određivanju KKB (ZKB) na kotu max uspora dodati hp PP 5 do 20 god. mjerodavno za dimenzioniranje
najnepovoljniji razmatrani slučaj 147
KONSTRUKTIVNA PRAVILA •Prvi korak projektovanja
određivanje dimenzija GBB
•Dalje napredovanje projektovanja
detalji
gradnja, održavanje i rukovanje GBB što jednostavniji i sigurniji •Detalji i tehnički uslovi izvođenja •Konstruktivna pravila
poseban dio Glavnog projekta
postupci pri projektovanju i izvođenju
osiguranje navedenih tehničkih uslova i uklanjanje štetnih uticaja •Štetni uticaji na GBB: 1) Temperaturni uticaji 2) Uzgon u temeljnoj spojnici i tijelu GBB 3) Naponi u temeljnoj spojnici usljed nejednakih uslova slijeganja
148
74
1) Temperaturni uticaji •Nejednako širenje i skupljanje betonske mase
u GBB pojava NZ
izazivaju nastanak prslina prsline u f-ji vremena se šire omogućavanje prodora vode
slabi otpornost GBB na smicanje povećanje uzgona
149
•
Temperaturni naponi nastaju:
a) Zagrijavanje i hla đenje GBB ublažavanje
promjena vanjske T
meteo faktori
gradnja u lamelama sa dilatacionim razdjelnicama
b) Oslobađanje velike količine toplote pri vezivanju betona
možemo uticati na više načina: 1) koristiti sporovezujući cement proces vezivanja i oslobađ . toplote sporiji 2) praviti beton sa manjom koli činom cementa
bez ugrožavanja nosivosti
3) omogućiti hlađenje betona poslije ugradnje i tokom gradnje koristiti hladnu vodu za spravljanje betona agregat da nije izložen Suncu ponekad hlađenje dodavanjem leda 150
75
4) betoniranje NE smije biti kontinualno velika masa betona
brže hlađenje vanjskih slojeva od unutarnjih
nastanak zatezanja (NZ) i prslina praviti prekide betoniranja svježe betonirani blok praksa
radne razdjelnice tokom hlađenje
ravnomjerno hladio i skupljao
nekoliko načina raspoređivanja blokova unutar lamele dugi ; kosi ; stubasti blokovi
obično L bloka = L lamele
B f-ja načina betoniranja
do 25m
visina 0,5m do 3,0m 151
betonirani blok ostaviti “slobodan” radi hlađenja min. 3 dana
Razdjelnice kod gravitacione betonske brane
152
76
•GBB gradimo u lamelama
beton “diše” po širini i dubini presjeka
omogućava dilataciona (konstruktivna) razdjelnica razdjelnica
termički naponi se rasterete i sprije či se nastanak prslina
pravilno postavljene razdjel. •GBB
nema prslina usljed nejednakog slijeganja
širina lamela 6m do 16m (max. 20m) B lamele
iz uslova da prsline u betonu budu prihvatljive
153
•Vododrživost GBB
povezivanjem lamela zaptivnim trakama
bakarni lim, guma, pvc ili drugi elasti čan materijal za zaptivanje
154
77
•Razlika dilatacione razdjelnice i vertikalne radne razdjelnice (spojnice) VRR VRR
privremenog karaktera
•Horizontalne radne razdjelnice (HRR)
; obavezno injektir. nakon hlađenja betona
mjesta nastavka betoniranja
pripremiti ih za nanošenje narednog sloja betona dobro prijanjanje starog i novog betona (bloka od betona) površina starog betona se “haba” i čisti oštrim pijeskom
pjeskarenje
potom se na stari beton nanese sloj c.m. d=2cm nema segregracije novog betona na mjestu spojnice
155
•Neke šeme betoniranja
HRR ne leže u istoj ravni
stubasti blokovi
veća otpornost na smicanje ako se prslina javi u razdjenici •Spravljanje i ugradnja utiču na kvalitet betona i cijenu koštanja GBB •Beton za GBB
dovoljna čvrstoća, otpornost na mraz, vododrživost da ima nisku toplotu hidratacije, mala cijena betona određujemo w/c faktor, količinu cementa, aditive . . .
•Velika količina betona za ugradnju
na gradilištu fabrika betona
skladištenje cementa i agregata, laboratorija •Transport betona do GBB
mikseri, kranovi, kombinovano
ispitiv. betona vibriranje betona 156
78
•Velike brane
primjena “zoniranja”
viša mjesta treba manja čvrstoća betona
manje cementa nego u nižim zonama (kotama) •Uzvodno i nizvodno lice GBB
beton veće čvrstoće po potrebi i aditivi
•Prelivne površine
povećati otpornost na udar i habanje
više cementa otpornost na mraz agregat veće tvrdoće
157
•Građenje GBB
klasično betoniranje i valjani beton ili RCC (rollconcrete)
•RCC relativno novija tehnologija
koristi se mehanizacija za nasute brane
ugradnja betonske mješavine relativno krute konzistencije mala količina cementa i druga vezivna sredstva (pucolani, pepeo) •RCC znatno napredovala zadnjih 30-ak godina kod brana veće V
potisnut klasičan način gradnje
niža cijena radova sa RCC
158
79
•RCC mješavina
transport od betonare do ugradnje kamionima ili damperima, trakama ili kombinovano
•RCC mješavina
razastiranje dozerima
•Poslije razastiranja RCC mješavine •RCC mješavina
f-ja uslova terena
slojevi od 30cm po cijelom hor. presj.
zbijanje vibrovaljcima
uzvodno i nizvodno lice brane
obično gradimo “ivičnjake”
“ivičnjaci” od klasičnog hidrotehničkog betona formiranje “oplate” za valjani beton ( RCC) RCC moćemo ugrađivati i sa klasičnom oplatom •Dilatacione razdjelnice
na većem L
zbog manje količine cementa
L lamele obično 20m do 25m
manje cementa = manja hidratac.
•Otvor razdjelnice formira se tokom gra đenja slojeva ili naknadn o usjecanjem
•Stepenasta nizvodna kontura GBB od RCC tzv. stepenasti preliv
159
kao brzotok
efikasno rasipa energiju prelivne vode
znatno smanjenje dimenzija umirujućeg bazena •RCC
primjena kod sanacije umiruju ćeg bazena
•RCC obloga
odlična za pojačavanje otpornosti na prelivanje krune nasute brane i nizvodne kosine nasute brane slučaj obezbjeđenja dodatnog preliva (pomo ćni EO) neodgovarajući kapacitet glavnog EO
160
80
2) Uzgon, injektiranje i dreniranje temelja •Uzgon u tem.spojnici možemo smanjiti
vertikalnim zastorom na uzv. licu drenažom nizvodno od zastora
•Temeljenje GBB u stijeni •Temeljenje brane u aluvionu •Zastor
vertikalni zastor u vidu injekcione zavjese primjena dijafragme ili priboja
smanjenje uzgona i vododrživost akumulacije u profilu brane
161
•Dubina injekcione zavjese i raspored bušotina •Ako nema terenskih podataka
prema geološkim istr.radovima
za najniži nivo projektovanja usvojiti dubina zavjese = H brane injekcione bušotine na L 1,5m do 3,0m
•Injekciona zavjesa
i u bokove brane (po pravilu) manje proviranje vode iz akumulacije
•Injekciona masa •Injekcione bušotine
cement, voda, pijesak, bentonit (po potrebi) sijeku ispucale slojeve u temelju
162
81
•Injekciona zavjesa
gradnja iz injekcione galerije (obično) gradnja može i sa površine terena (prije ili poslije betonir.)
•Injekciona zavjesa sa površine terena -prethodno uraditi betonsku ploču •Injekciona galerija
da injekc.zavjesa ne izbije na površinu
na 3,0m do 5,0m od uzvodnog lica GBB min 0,5m iznad temeljne spojnice dimenzije galerije (H=2,5m do 3,5m ; B=2,0m do 3,0m) nesmetan rad pri injektiranju
163
Postavljenje injekcione galerije i injekcionih bušotina
164
82
•Podjela injektiranja prema namjeni: 1) Zaptivno
stvara se injekciona zavjesa
smanjenje proviranja kroz
pregradni profil i smanjenje filtracionog dijela uzgona 2) Konsolidaciono
povećanje nosivosti (na pritisak i smicanje) tem.tla konsolidacione bušotine dubine do 5,0m (znatno pliće nego zaptivne) raspoređivanje po povr šini dijela temeljnog tla
3) Vezno (kontaktno)
povezivanje konstrukcije sa okolinom (stijenom) spriječavanje ispiranja mater. na spoju brane i tla obavezno kod svih HG koje vezujemo za stijenu (brane, hidrotehn. tuneli, podzemne prostorije) bušotine pliće od konsolidacionih
•Mreža vertikalnih (nekada i kosih) bušotina
stjenoviti materijal
stjenoviti materijal
moguć sistem podužnih galerija
stjenoviti materijal
moguća kombinacija rješenja
•Mreža vertikalnih ili kosih bušotina
165
D bušotine 10cm do 20cm na L 3m do 5m dubine od ¼ do ½ H brane
•Voda iz bušotina uliva u drenažnu galeriju
gravitacijom ili pumpanjem van GBB obično u nizvodno korito
•Drenažna galerija
primjena za kontrolu (osmatranje)
•Drenažna galerija
poprečni presjek da omogu ći nesmetan pristup ventilaciju i osvjetljenje
otvor najmanje 2,0mx1,5m
166
83
Smanjenje uzgona u tijelu brane •Uzgon u tijelu brane i temelju smanjenje uzvodnim zaptivanjem i dreniranjem •Zaptivanje = smanjenje vodopropusnosti •Zaptivanje u tijelu GBB na više načina: 1) Ugraditi beton manje vodopropusnosti na uzvodnom dijelu GBB 2) Bitumenski premaz ili vodonepropusna folija na uzvodnom dijelu GBB povoljnija slika uzgona 3) Njega betona
spriječiti prsline
ulazi voda
stvaranje uzgona
4) Mutna voda i lebdeći nanos pomažu zaptivanju popunjavaju se prsline u GBB 167
•Zaptivne mjere nedovoljne •Drenaža
dreniranje tijela GBB
perforirane betonske cijevi postavljene u vert. otvore u GBB raspoređene da prihvate što više provirne vode predvidjeti mogućnost zamjene cijevi i čišćenje cijevi
voda iz drenažnih cijevi
u donju vodu horizont.galerijama u tijelu GBB
168
84
3) Naponi u temeljnoj spojnici usljed nejednakih slijeganja •Vertikalne dilatacione razdjelnice (VDR)
samostalan “rad” svake lamele GBB
omogućava se i nejednako slijeganje lamela isključuju se naponi i prsline koje bi nastale zbog različ. geomeh. osobina
Lamele gravitacione betonske brane
169
PRIPREMA TEMELJA BRANE •GBB po pravilu na stijeni
niske brane mogu na aluvionu (šljunak, pijesak) velika B temeljne spojnice složene infiltracione mjere
•Betonske brane rijetko na glinovitom tlu •Priprema temelja
mala čvrstoća i velika deformacija gline
veoma važna pri gradnji svake brane
•Postoje tri bitna uslova kod pripreme temelja (prema prof. Pe ćinaru – 1960)
170
85
•Prvi uslov
osigurati max. čvrstoću na pritisak – “nosivost” temelja :
a) U stjenovitoj sredini ukloniti površinski sloj zemlje, nanosa i drobine drobina = raspucala stijena drobina na većoj dubini
ne isplati se uklanjanje drobine
ojačavanje stijene konsolidacionim injektiranjem b) Temeljenje u nestijenovitom tlu
teško “popraviti” čvrstoću
opterećenje šipovima prenijeti dublje do nosivog sloja tla šipovi
bitna tehnologija izrade
naknadno slijeganje tla
prolaz vode 171
•Naknadno slijeganje •Glava šipa
prolaz vode
katastrofa zbog unutarnje erozije
deformabilna metalna “kapa” deformacija “kape” prati slijeganje tla brana ostaje u kontaktu sa temeljom 172
86
•Drugi uslov
osigurati max. otpornost protiv klizanja (smicanja):
a) Stijenovita podloga
ostaviti hrapavom i nazupčenom nakon miniranja
povećan koef.trenja
miniranjem skidamo drobinu
sloj stijene neposredno iznad kote temelja ukloniti pred samo betoniranje tako stijena na spoju sa temeljnom spojnicom GBB neće biti oštećena b) Graditi uzvodni zub ili dublje fundirati uzvodni dio temelja GBB c) Smanjenjem uzgona d) Fundiranje na šipovima kod nevezanog tla
rijetka primjena ovo tlo 173
•Treći uslov
osigurati filtracionu stabilnost temelja: spriječiti unutarnju eroziju temeljnog tla (sredine) posebno važno kod nasutih brana
174
87
