II DIO ISTRAŽNI RADOVI – OPĆENITO BRANE Definicija brane Podjela brana prema velič veličini prema materijalu prema nač načinu prijenosa optereć opterećenja Sile koje djeluju na branu Vanjske sile koje djeluju na brane . Unutarnje sile koje djeluju na brane. Provjera stabilnosti i elastič elasti čnih uvjeta kod betonske masivne gravitacijske brane. • • •
• •
BETONSKE BRANE Podjela betonskih brana Osnovne karakteristike betonske masivne gravitacijske brane (opis, skica). Osnovne karakteristike rašč raš članjenih betonskih brane (opis, skica). Osnovne karakteristike rječ rje čnih pokretnih brana (opis i skica). Osnovne karakteristike prednapregnute brane Osnovne karakteristike luč lu čne brane NASUTE BRANE Podjela nasutih brana. Zaštita od procjeđ procje đivanja kod nasutih brana. Zaštita od regresivne erozije. PRELJEVI I TEMELJNI ISPUSTI Preljevi Temeljni ispust Riblje staze Zapornice i zatvarač zatvara či
1
ISTRAŽNI RADOVI – OPĆENITO
VRSTE ISTRAŽIVANJA SU: TOPOGRAFSKA ISTRAŽIVANJA KLIMATOLOŠKA ISTRAŽIVANJA temperatura vode i zraka vlažnost zraka vjetar ishlapljivanje s površine vode i tla oborine • • • • •
HIDROLOŠKA ISTRAŽIVANJA vodostaji protoci led morfološka svojstva (presjeci korita, nanos..) hidraulič hidraulička svojstva (brzina , pad vodnog lica, vuč vu čne sile, koeficijent hrapavosti korita) fizikalno kemijska svojstva vode (boja okus, miris, temperatura mutnoć mutno ća// salinitet tvrdoć tvrdoća, radioaktivnost...) biološka svojstva vode ( organska tvar, bakterije...) • • • • • •
•
INŽENJERSKO GEOLOŠKA ISTRAŽIVANJA stratigrafski odnosi (vrsta i starost pojedinih slojeva) litološka svojstva (vrste stijena) tektonska svojstva (razlomljenost terena) hidrogeološka svojstva (stanje vode u tlu – vododrživost, tokovi) geotehnič geotehnička svojstva (č ( čvrstoć vrstoća, stišljivost, vodopropusnost) • • • • •
SEIZMIČ SEIZMIČKE KARAKTERISTIKE PODRUČ PODRU ČJA makrorajonizacija mikrorajonizacija • •
POSTUPCI ISTRAŽIVANJA SU: daljinska istraživanja (scaner, radar, satelit) geofizika (geoelektrika, seizmika) u prirodi (uzimanje uzoraka, mjerenje, bušenje) u laboratorijiu • • • •
2
BRANE BRANE SU USPORNE GRA ĐEVINE KOJIMA SE TRAJNO ILI POVREMENO NADVISUJE PRIRODNI VODOSTAJ VODNOG TOKA. Omogućuju: zahvat i skretanje vode do dovodnih organa, ostvarenje pada i ostvarenje akumulacije za spremanje vode • • •
PODJELA PO VELIČINI: velike brane male brane • •
Velike brane su brane čija je visina od najniže kote temeljne plohe do krune jednaka ili veća od 15m. Velike brane su i brane čija je visina od najniže kote temeljne plohe do krune jednaka ili veća od 5 m a manja od 15 m ako je volumen akumulacije jednak ili veći od 3,0 mil m3 PODJELA PO MATERIJALU: od vezanog materijala (betonske, armirano betonske, zidane) nasuti materijal • •
PODJELA PREMA NAČINU SUPROSTAVLJANJA PRITISKU VODE: gravitacijske – odupiru se svojom težinom lučne – odupiru se na svojim osloncima • •
SILE KOJE DJELUJU NA BRANU VANJSKE AKTIVNE tlak vode i zemlje uzgon pritisak leda sile potresa valovi
VANJSKE PASIVNE reakcija tla trenje između temeljne plohe i tla prionljivost između temeljne plohe i tla
UNUTARNJE AKTIVNE vlastita težina tlak vode u porama brane sile nastale od promjene temperature, stezanja betona smrzavanja vode u betonu
UNUTARNJE PASIVNE naprezanja izazvana svim spomenutim silama
• • •
• • •
• •
• •
•
• • •
3
VLASTITA TEŽINA BRANE G=ρgV ρ...... gustoća materijala od kojega je brana izgrađena V......volumen brane PRITISAK VODE I UZGON
SKICA 1 LED Sila kojom led djeluje na branu ovisi o debljini, promjeni temperature i sunčevoj radijaciji debljina leda m 1,0 0,3
bez radijacije porast temp 3oC/h kN/m 100 30
s radijacijom porast temp 8,5oC/h kN/m 200 120
POTRES 1) Utjecaj inercijalne sile
α
SKICA 2 koeficijent seizmičnosti iz tablica ovisno o stupnju potresnosti
4
2) hidrodinamički pritisak - povećanje pritiska vode – dodaje se na hidrostatski po Westergrad Karman (po elipsi) -statički α
koeficijent seizmičnosti (0,1 za 7-8 stupanj MCS)
p0=0,7*h*ρ*g*α= 7hα (kN/m2) H B
=
h * p0 *
π
4
=
5,5 * α * h [kN / m] 2
sila Hs djeluje na udaljenosti 0,425h od dna brane
SKICA 3
OSNOVNO OPTEREĆENJE vlastita težina hidrostatski pritisak uzgon led nanos • • • • •
DOPUNSKO OPTEREĆENJE a) seizmička sila po spektralnoj analizi b) hidrodinamički seizmički pritisak c) Z1 najjači očekivani potres u periodu trajanja (200 g) d) Z2 najjači očekivani potres uopće (1000-10000 g) Osnovno +a)+b) – naponi dozvoljeni 50% veći nego za osnovno opterećenje; Fs(klizanje)>1,15 Osnovno +b)+c) – naponi tlaka ne veći od 0,7 MB, a vlaka ne veći od0,1 MB; Fs(klizanje)>1,0 Osnovno +b)+d) – naponi tlaka ne veći od MB, a vlaka ne veći od 0,15 MB; F s(klizanje)<1,0 osim za lučne brane
5
PROVJERA STABILNOSTI KOD BETONSKE MASIVNE GRAVITACIJSKE BRANE 1. ni na jednom dijelu spoja tla i konstrukcije ne smiju se prijeći dopuštena naprezanja s time da vlačna naprezanja nisu dopuštena 2. sigurnost protiv prevrtanja 3. sigurnost protiv klizanja NAPONI
SKICA 4
PREVRTANJE
SKICA 5
6
KLIZANJE
SKICA 6 f
koeficijent trenja betona i stijene - obično 0,65 – 0,75
7
BETONSKE BRANE Podjela betonskih brana masivne gravitacijske raščlanjene - olakšane pokretne riječne brane prednapregnute lučne • • • • •
BETONSKE MASIVNE GRAVITACIJSKE BRANE Osnovne karakteristike betonske masivne gravitacijske brane : visina brane (kota krune brane) - H širina stope – B širina krune - b dužina u kruni - L volume brane - V volumen akumulacije koja se ostvaruje izgradnjom brane - A • • • • • •
Osnovni oblik je trokut - modifikacija u konačno oblikovanje brane
SKICA 7 Betonske gravitacijske brane ne ovise o mehaničkoj otpornosti bokova doline i u pravilu se temelje na stijeni. 8
GRADNJA U BLOKOVIMA Za betonske gravitacijske brane potrebne su velike količine betona što uzrokuje velike temperature u betonu usljied hidratacije. Vrlo je važna njega betona. Ovisno o prilikama potrebno je hlađenje betona - hlađenje agregata i hlađenje vode Izvedba se provodi u naizmjeničnim blokovima širine 7-8 m (15-20 m) ovisno o temperaturi okoline koja je bitna za hlađenje betona i odvođenje hidratacijske topline te o karakteristikama betona.
SKICA 8
9
RAŠČLANJENE, OLAKŠANE ILI BRANE SA STUPOVIMA
Vrste Marcello Noetzli Ambursen višelučne
• • •
s dva rebra s jednim rebrom s rebrima i ravnom pločom
•
SKICA 9
10
višelučna brana
11
UTJECAJ NA UZGON
SKICA 10 Osnovne karakteristike raščlanjene betonske brane. PREDNOSTI: manja količina betona bolje iskorišten materijal smanjen utjecaj uzgona smanjen iskop za temelje povoljnije za diferencijalno slijeganje
• • • • •
MANE: velika količina oplate armirani beton – veća cijena poteškoće kod izrade preljeva, temeljnog ispusta , mosta – vezani za relativno tanke elemente na koje se trebaju vezati ili kroz njih probijati.
• • •
12
RIJEČNE POKRETNE BRANE Riječne pokretne brane su brane koja imaju pokretne dijelove – zapornice , kojima se postiže najveći dio uspora i služe za regulaciju uzvodnog vodostaja.
SKICA 11
Osnovno svojstvo riječne pokretne brane je da: usporavaju male vode a za vrijeme velikih voda stvaraju mali uspor • •
Zapornice na riječnoj pokretnoj brani mogu biti: pločaste segmentne sektorske • • •
13
PREDNAPREGNUTE BRANE Prednapregnute brane su brane kod kojih se sidrenjem u tlo aktivira sila koja pove ćava težinu brane i njenu stabilnost
SKICA 12 Primjenjuje se uglavnom kod potrebe nadvišenja brana
14
LUČNE BRANE
Lučne brane su brane kod kojih se sila hidrostatskog pritiska ne prenosi na tlo u temelju (podnožju) brane već se svodnim djelovanjem prenosi na bokove doline. Profil doline za lučnu branu treba biti : oblikovno povoljan i mehaničke karakteristike stijene moraju biti pogodne • •
15
SKICA 13 Statički orjentacijski račun – kotlovska formula
SKICA 14
OPTEREĆENJA -uobičajena kombinacija opterećenja - temperaturne promjene imaju veliki značaj, uzgon u temelju ima mali značaj
DIMENZIONIRANJE Lučna brana je 3D elastična ljuska i neno dimenzioniranje predstavlja složen matematički problem. 1) 2) 3) 4)
Niz horizontalnih lukova – kotlovska formula Niz lukova i vertikalnih konzola – rešetka – uvjeti jednakih pomaka u čvorovima Niz lukova i vertikalnih konzola – rešetka – uvjeti jednakih zaokreta u čvorovima Metode koje se zasnivaju na teoriji ljuske (matematički modeli konačnih elemenata i diferencija) 5) Fizikalni modeli
16
NASUTE BRANE Osnovne karakteristike betonske masivne gravitacijske brane : visina brane (kota krune brane) - H širina temelja – B širina krune – b dužina u kruni - L volume brane - V volumen akumulacije koja se ostvaruje izgradnjom brane - A • • • • • •
Osnovni oblik nasute brane je trapez. Širina krune određuje se da je branu moguće izgraditi (prolaz strojeva za nasipavanje i nabijanje) ; empirijski izraz - b=1,65*H 1/2 Nagib uzvodnog i nizvodnog pokosa određuje se iz uvjeta stabilnosti kliznih ploha. Kotu krune brane posebno je važno dobro odrediti da ne bi došlo do preljevanja vode iz akumulacije što bi uzrokovalo rušenje brane.
PREDNOSTI NASUTIH BRANA: Može se izvoditi na svakom tlu zbog prenosa sila na veliku površinu MANE NASUTIH BRANA: Velike količine materijala Osjetljive na preljevanje preko krune Skuplji preljev i temeljni ispust
17
Podjela nasutih brana. homogene – iz jednoličnog materijala koji je vododrživ zonirane – više vrsta materijala (jedan je vododrživ, a ostali imaju statičku ulogu) • •
Podjela nasutih brana prema materijalu. zemljane kamene • •
SKICA 15 HOMOGENE NASUTE BRANE - izrađene iz jedne vrste materijala koji je nepropusni mora imati drenove jer nije trajno stabilna (horizontalni ili vertikalni). To je zaštita od erozije nizvodnog pokosa.
SKICA 16 ZONIRANE NASUTE BRANE odijeljena funkcija brtvljenja i statička funkcija obavezna je zona malopropusnog materijala - jezgra na granici različitih materijala, struja može iznositi čestice i uzrokovati eroziju FILTARSKI SLOJEVI
18
ISPITIVANJE STABILNOSTI NASUTIH BRANA: Statička sigurnost – ispitivanje kliznih ploha i slijeganja Hidraulička stabilnost – unutarnja erozija i regresivan erozija • •
Regresivna erozija – pojava iznošenja materijala iz temeljnog tla uslijed pojave izlaznog gradijenata većeg od kritičnog. Mjere za sprečavanje regresivne erozije su produžetak puta toka vode ili premještanje toka procjeđivanja na mjesto gdje su dozvoljeni veći gradijenti: izvedba tepiha injekcijska zavjesa glinena jezgra - membrana odteretni bunari drenaža • • • • •
SKICA 17 Unutrašnja erozija – ako je strujni tlak veliki tada na granici različitih materijala, struja može iznositi čestice i uzrokovati eroziju - FILTARSKI SLOJEVI
19
FUNKCIJSKI ELEMENTI BRANE - PRELJEVI I TEMELJNI ISPUSTI PRELJEV Preljev služi za propuštanje velikih voda. Sastoji se od krune, protočnog dijela i bučnice. Postavljaju se na : brani boku doline unutar jezera • • •
20
SKICA 18 Preljev može biti: fiksni (nema zapornica) s pokretnim uređajem, zapornicom • •
SKICA 19
21
Osnovni izraz za račun protoka kod preljeva praktičnog profila: 3/ 2
Q = m * b * 2 g * H
gdje je: Q (m3/s) - protok preko preljeva b (m) - širina preljeva g =9,81 m/s2 m =f(p/H) - koeficijent preljevanja m=0,48 za preljev praktičnog profila i p/H>1,5 p (m) - visina od dna korita do kote krune preljeva
Princip sploštenja vodnog vala prilikom nailaska na akumulaciju (retenciju) kod koje je evakuacija velikih voda rješena fiksnim preljevom (bez zapornica).
SKICA 20
22
TEMELJNI ISPUST služi za pražnjenje akumulacije. Akumulaciju treba moći isprazniti dovoljno brzo , obično se uzima da treba isprazniti 1/3 akumulacije. doziranje vode nizvodno ispuštanje nanosa •
• •
SKICA 21
RIBLJE STAZE SU GRA ĐEVINE KOJE OMOGUĆ AVAJU PROLAZ RIBAMA UZVODNO I NIZVODNO PREKO IZGRA ĐENIH PREPREKA - BRANA
23
ZAPORNICE Zapornice služe za kontrolu rada protočnih dijelova (preljeva, temeljnog ispusta, zahvata) Po režimu rada mogu biti regulacijske ili neregulacijske (siguronosne-pomoćne). Po funkciji mogu biti: osnovni – za kontrolu protoka vode remontni – za zatvaranje u mirnoj vodi zbog radova havarijski – brzo reagiraju kod pojave kritičnih stanja (automatika) • • •
Neki tipovi na površinskim tokovima: gredne zapornice pločasti – klizni segmentni sektorski • • • •
24
Neki tipovi na cijevima pod tlakom tablasti segmentni leptirasti kuglasti konični iglasti • • • • • •
tablasti zatvarač
konični zatvarač Howell-Bunger
25
