BRANE Varaždin, Drava (1975)
Letaj, Boljunčica (1970)
Sklope, Lika- Kruščica (1967)
BRANA (pregrada) je graĎevina kojom se pregraĎuje pregraĎuje riječna riječna dolina ili korito rijeke radi zadržavanja ili zahvaćanja vode, zadržavanja nanosa,
odlaganja jalovine i drugo
Povijest
5000 g. p.n.e Eufrat, Tigris, Nil – potrebno zadržati vodu za potrebe navodnjavanja (kanali, kopani bazeni s nasipima, …) Egipat, Perzija, Jemen, Indija, Kina,… - nasute ili zidane brane Najstarija poznata brana (zidana) Saad el Kafara – Egipat, 2700 g.p.n.e., visine 15 m, svrha: kontrola i zaštita od poplava Sjeverni Jemen brana Marib – zidana od lave, vapna i pijeska VIII. st.p.n.e., svrha: navodnjavanje, ponovo izgraĎena 1986. Najstarija nasuta brana Gukow u Kini – visine 30 m, izgraĎena 240 g.p.n.e. Najveći broj starih brana koje postoje i danas (cca. 60 brana) izgraĎeno je u periodu 500-1300 g.n.e.
Oblik brana se kroz povijest mijenjao.
Primjeri:
brana Alicante (Španjolska) visine 43 m izgraĎena 1580 g. – gravitacijska zidana
Brane (Italija): Corongiu (1863-1886) (a) Bunnari (1874-1879) (b) Lago Lungo (1877-1901)(c) (1877-1901)(c)
c)
a)
b)
BRANE SE DIJELE PREMA RAZLIČITIM KRITERIJIMA U CILJU PROUČAVANJA NJIHOVIH SVOJSTAVA
Podjela prema svrsi/namjeni svrsi/namjeni::
Q
ULAZNI HIDROGRAM
Akumulacijske (jednonamjenske, (jednonamjenske, višenamjenske) višenamjenske)
Retencijske (privremeno zadržavanje vode)
Zahvat vode (vodoopskrba, navodnjavanje, navodnjavanje, …)
Kanaliziranje rijeka (brane u nizu- veće dubine/plovnost)
Zadržavanje nanosa - pragovi
Nasipi (obrana od poplava)
Podjela prema materijalu: Nevezani materijal – NASUTE BRANE
Vezani materijal
BETONSKE BRANE
QUL(t)
IZLAZNI HIDROGRAM QIZ(t)
t
Podjela prema veličini: VELIKE BRANE: VELIKE BRANE:
H ≥ 15 m 5 ≤ H ≤ 15 m ako je Vak= 3*106 m3
MALE BRANE: sve ostale Za velike brane su stroži kriteriji projektiranja i korištenja u odnosu na male brane .
Podjela prema utjecaju na rijeku: rijeku :
dolinska pregrada
brana
vode: Podjela prema položaju preljeva - evakuaciji vode:
preljevne – preljev na tijelu brane
nepreljevne – preljev izvan tijela brane
Podjela BETONSKIH BRANA prema
prijenosu opterećenja i konstrukciji
GRAVITACIJSKE:
masivna
olakšane:
višelučne
rasčlanjene (s kontraforima, pločama i sl.)
pokretne riječne
Prednapregnute
LUĈNE:
STATISTIKA
U svijetu danas, prema ICOLD-ovom registru, ima više od 40.000 40.000 velikih brana, od čega se u Hrvatskoj nalazi 29.
Visina
Broj brana
(H)
(cca)
15-30
30 000
30-60
7 000
60-100
1 500
50% brana izgraĎeno je u Kini.
75% čine brane do 30 m visine.
100-120
350
92% čine brane do 60 m visine.
150-200
100
>200
30
Do 1950. 5300 brana, ostale (86%) su izgraĎene u periodu od 1950. do danas.
visina [m] Nurek,
300
nasuta
Xiaowan, Kina
292
lučna
Grande Dixence,
285
gravitacijska
TaĎikistan
Švicarska
Svaka brana mora osigurati osnovnu namjenu te
omogućiti siguran prolaz voda kroz pregradni profil.
Tijelo brane
Evakuacijski organ (preljev)
Temeljni ispust (pražnjenje vode i ispiranje nanosa)
Nepreljevni dio
bazen
Preljevni dio
Tijelo brane
Osiguranje vododrţivosti
Evakuacijski organ
Akumulacijski
(primjer betonske
gravitacijske masivne brane) Injekcijska
Osnovne dimenzije dimenzije brane su:
zavjesa
Os brane Visina brane Visina brane (od temelja do krune)
Hidrauliĉka visina brane (razlika kote maksimalnog uspora i kote dna rijeke prije izgradnje)
Faktori koji utjeĉu na izbor tipa brane Topografija
Uvjeti: Prirodni Estetski Financijski
Materijal za gradnju
(V,H,dispozicija)
Utjecaj na okoliš i krajobraz
Preljev (veličina smještaj Teren (temeljenje,
TIP BRANE?
vododrživost)
Fiziĉki faktori pri
Potresnost
izboru tipa brane
Ekonomija Utjecaj na
stanovništvo
Topografija (oblik pregradnog profila)
Geologija i uvjeti temeljenja (jedra stijena, šljunak,prah, pijesak, glina, nejednolični nejednolični uvjeti temeljenja) Raspoloživi materijal Veličina preljeva i njegova lokacija
Potres
Legislativa
…
IZBOR TIPA BRANE
NASUTE BRANE
PREDNOSTI: Minimalni zahtjevi kod temeljenja i prilagodljivost skoro svim vrstama terena
BETONSKE BRANE
PREDNOSTI: Izdržljivost na prelijevanje i procjeĎivanje Manje količine materijala (strm nagib)
Mogućnost korištenja raznovrsnog i heterogenog materijala za nasip
Jeftino i brzo ugraĎivanje
MANE: Osjetljivost na prelijevanje
MANE:
Osjetljivost na procjeĎivanje i ispiranje materijala (unutrašnja i regresivna erozija) Za evakuaciju velikih voda potrebni su posebni betonski objekti izvan brane Veliki obim radova (zbog blagih kosina)
Visoki zahtjevi za temeljenje (visoka nosivost tla, niska deformabilnost, nepovoljne u izrazito potresnoj zoni)
Visoka jedinična cijena (spor rad i brojnija radna snaga)
Za lučne brane s obzirom na veliko opterećenje bokova doline potrebna jedra nosiva
U cilju kontrole stanja brane zbog pravovremenog uoĉavanja promjena na brani i pravovremene provedbe eventualno potrebne sanacije provodi se
TEHNIĈKO PROMATRANJE (MONITORING, OSKULTACIJE) brane:
Vizualna kontrola (uočavanje svih vidljivih promjena, na pr. pukotina, oštećenja i sl)
Praćenje procjeĎivanja i pritiska vode
Mjerenje horizontalnih i vertikalnih pomaka (npr. slijegavanja sli jegavanja brane) i sl.
Djelovanja na branu:
stalna
vlastita težina brane, tlak vode u porama, tlak vode, uzgon, tlo, sve stalne mase (oprema) na brani,
promjenjiva
temperaturne promjene, stezanja betona,smrzavanja vode u betonu,
opterećenje ledom, valovi, povremena/pokretna opterećenja (kranovi, strojevi i sl.)
izvanredna
potres
TLAK VODE
2
PG
γW
HG 2
UZGON
U
PG
Uzgon u tijelu brane
HG HD W B 2 U
BETONSKE GRAVITACIJSKE BRANE
Betonske gravitacijske brane suprotstavljaju se vanjskim silama vlastitom težinom.
Važno je da tlo na kojem se grade: ima dovoljnu nosivost da težinu primi brane i koje brana opterećenja prenosi na temelj, jednoliko slijegavanje slijegavanje jednoliko malu vodopropusnost strukturu (bez monolitnu pukotina)
Grande Dixence, Švicarska, najviša masivna gravitacijska brana visine 285 m,
izgraĊena 1961.
Nisu pogodne za potresna područja.
Betonska masivna gravitacijska brana
Osnovni poprečni presjek betonske gravitacijske masivne brane je pravokutni trokut.
GV
Nizvodni nagib 1:0,8 Uzvodni nagib 1:0÷0,05)
1 n
DV
Često se grade kao niz vertikalnih konzolnih nosača - lamela (širine 6-16 m) meĎusobno razdvojenih razdjelnicama, svaka lamela je nezavisna i mora biti stabilna.
Kontrola stabilnosti na najnepovoljnijem presjeku (presjek najveće visine) može se raditi za 1 m dužni brane s obzirom da je to prevladavajući presjek.
Početni izbor dimenzije brane
Brana je kruto tijelo koje u principu nije izloženo savijanju. Izuzetak čine oslabljenja u tijelu brane (galerije, drenažna okna i sl), koja se posebno proračunavaju i odgovarajuće se armiraju. Svi presjeci brane u pravilu trebaju biti tlačno naprezani. Bez obzira na to, zbog latentne topline kod betoniranja, betonske je brane potrebno konstruktivno armirati s oko 100 kg/m3 prostornom armaturom. Ispod brane ne dozvoljavaju se vlačna naprezanja u tlu, a tlačna moraju biti manja od propisom dozvoljenih.
GV
h1
G
R
H 1
h1 /3
Taj je uvjet zadovoljen ako rezultanta (R) σ1=0 svih sila prolazi jezgrom presjeka nožice brane. Granično je stanje kada rezultanta Rubni slučaj prolazi nizvodnim rubom jezgre i tome odgovara najmanji presjek brane odnosno najmanja širina nožice brane (b).
C Naponi
U b/3 b/3 b/3
b
σ2
MC
Uvjet:
H
GV
G
h
H
b/3
U
B
g
B
m
m
V
g
b 3
hb
hb
2
h
2
uz
V
g
B
B
m
b
U
V
h 2,4 2,4
m
b
V
2,4 2,4
C
h/3 mρVgh
2
G-U
3
V
b
G
hb
h
0
Koeficijent redukcije uzgona (m):
m=1, uzgon u punoj vrijednosti; b=0,85h
m=2/3; b=0,76h
m=0, nema uzgona; b=0,65h
U okviru kontrole graničnog stanja nosivosti provodi se provjera: GV
stabilnost na prevrtanje
h1
stabilnost na klizanje.
H1
b/3
H2
H2V G
H2H
h1 /3
DV h2
GV U
A
b h1
H2V
b/3
H1 h1 /3
G T U b
H2 H2H
DV h2
Koeficijent trenja (f) u rasponu 0,3 (šljunak) do 0,8 (stijena):
od
f=tg ; =17°-35° Ako se uzima u obzir i prianjanje (adhezija, A-koef. prianjanja) na temeljnoj plohi onda je: T=f ΣV+Ab
Ako stabilnost na klizanje ne zadovoljava radi se zakošenje temeljne spojnice. Ako je teren stijena (manji iskop).
GV α
V h1
H
tgα=0.05-0.15 N=ΣVcosα+ ΣHsinα
α b
Ako je teren šljunak (nevezani materijal).
T=f N+A b/cosα
Tako se povećava sila trenja, a smanjuje s manjuje smičuća sila.
α
Smanjenje uzgona
IzvoĎenjem injekcijske zavjese
Dreniranjem
Produljenjem puta vode vodonepropusnim zastorom
1.) IzvoĊenjem injekcijske zavjese
Injektira se smjesa za povećanje vododrživosti. vododrživosti. Injekcijska
GV
bušotina Injekcijska zavjesa
h1
DV h2
Kontaktno injektiranje –
“rozeta”
Primjena kod stjenovitih tala.
Za nevezana tla koriste se dijafragme.
sa injekcijskom zavjesom
Injektiranje može biti: Za povećanje vododrživosti KONSOLIDACIJSKO – za povećanje nosivosti stjenovitog tla (dubine 5 m)
bez injekcijske zavjese injekcijska zavjesa
Obilazni tunel
VEZNO (kontaktno) za povezivanje konstrukcije s okolnim stjenovitim terenom i
sprječavanje ispiranja materijala
2.) Dreniranjem iza injekcijske zavjese GV
Uzgon se najčešće ukupno reducira na 1/3
h1
drenažna galerija
DV
injektiranje i dreniranje.
h2
Dimenzije galerija: uobičajeno 2x2 m ako treba prolaziti mehanizacija H=2,5-3 m za injektiranje H=4-5 m
sa drenažom bez drenaže
drenažna bušotina (1/4 – 1/2)H
Galerije služe za kontrolu stanja brane (procjeĎivanje,...) i omogućuju dodatno
Za više brane može se izvesti nekoliko galerija / ΔH=20-30m.
Kroz galerije može se drenirati voda iz tijela brane-smanjenje pornog tlaka (horizontalni i vertikalni drenovi, promjera d=10-20 cm, na udaljenosti od 3-5 m). Smanjenje procjeĎivanja kroz tijelo betonske gravitacijske brane ostvaruje se korištenjem:
kvalitetnijeg betona (veće vododrživosti) na uzvodnoj strani te njegom betona da se ne pojave pukotine
3.) Produljenje puta vode izvodi se izvoĊenjem horizontalnog slabo vodopropusnog zastora GV
h1
DV h2
Slabo vodopropusan zastor (glina)
sa zastorom bez zastora
Izgradnja brane - latentna toplina
U brane se ugraĎuju velike količine betona, te se pojavljuju problemi koji nastaju tijekom sazrijevanja betona javljanjem visokih hidratacijskih temperatura i širenja betona u prvoj fazi te stezanjem betona u završnoj fazi Problem se rješava tehnologijom ugradnje i održavanjem svježeg betona
Koriste se posebni cementi (s manjom hidratacijskom toplinom i s odgovarajućim dodacima) Koristi se beton s manjom količinom cementa (ali da se s time ne ugrozi nosivost i vododrživost betona) Koriste se posebni recepti za spremanje betona (kombiniranje različitih granulacija i korištenje krupnijih frakcija) Omogućuje se hlaĎenje betona nakon ugradnje ili se snizuje temperatura betonske mješavine korištenjem hladne vode (dodavanje leda u vodu) i agregata koji nije izložen suncu Betoniranje ne smije biti kontinuirano – betonira se u blokovima (12-15m)
Betoniranje ne smije biti kontinuirano jer se u velikoj masi betona vanjski slojevi hlade brže od unutrašnjih, što uzrokuje stvaranje napona i pojavu pukotina. Stoga se rade prekidi betoniranja – radne razdjelnice kako razdjelnice kako bi se beton ravnomjerno hladio i skupljao bez većih pukotina. Širina bloka je jednaka širini lamele.
radne
stupasti blokovi
razdjelnice
Beton treba biti:
Dovoljne čvrstoće
Otporan na smrzavanje
Dovoljno vododrživ
Niske hidratacijske temperature
Niske cijene koštanja
Zoniranje: na višim kotama beton slabije čvrstoće nego na nižim kotama, beton veće čvrstoće na uzvodnom i nizvodnom (habanje) dijelu brane, preljevima i sl.
Radne razdjelnice (spojnice) izmeĎu blokova (mjesta na kojima se nastavlja betoniranje) treba pripremiti za nanošenje novoga sloja- da bi se ostvarilo dobro prianjanje novog i starog bloka (pjeskarenje te premazivanje cementnim mortom u debljini 2 cm). Radne razdjelnice se mogu injektirati dok konstrukt konstruktivne ivne dilatacijske razdjelnice izmeĎu lamela ostaju fleksibilne. Otvori konstruktivnih dilatacijskih razdjelnica omogućavaju da se:
Rasterete termički naponi i spriječi pojava pukotina uslijed tih napona,
Spriječi pojava pukotina uslijed nejednolikog slijeganja.
Vododrživost na dilatacijama osigurava se trakama za brtvljenje (bakreni lim, guma, PVC i sl.). konstruktivne dilatacijske razdjelnice
Trake za brtvljenje
OLAKŠANE BRANE
Raščlanjene
Višelučne
Prednosti olakšanih brana nad gravitacijskim: 20-40% manji volumen betona u tijelu brane (manji troškovi 15-35% jer je beton, zbog složenosti izgradnje, skuplji 5-10%) Manji utjecaj temperature hidratacije i skupljanja karakteristike materijala Bolje iskorištene fizičko-mehaničke karakteristike Mogu se graditi na “lošijem” tlu
Rašĉlanjene brane - kontraforne
Uz vlastitu težinu kod olakšanih brana prevrtanju i klizanju se suprotstavlja vertikalna komponenta hidrostatičke sile (težina vode iznad uzvodnog lica). Gravitacijska brana (a)
(a)
(b)
Brana s kontraforima “T”-oblik (b)
Vrste:
S kontraforima s masivnom glavom
S pločama i kontraforima
Horizontalni presjek kontrafora s masivnom glavom
Kontrafori sa zaobljenjima se rade da bi se izbjegla koncentracija naprezanja na lomovima, da bi se izbjegao moment savijanja na glavi kontrafora koja djeluje kao konzola, te da bi se rezultanta hidrostatičkog pritiska na glavi usmjerila prema osi kontrafora.
Tip brane Marcello
Iz “T” oblika kontrafora razvile su se:
brane s masivnom kontraforima
betonskom
pločom
i
a)
brane s tankom armiranobetonskom pločom i vitkim kontraforima: - bez razupornih AB greda
b)
- s razupornim AB gredama Tip brane Ambursen s:
a) masivnom betonskom pločom
Višeluĉne brane
Danas se grade visoke višelučne brane od armiranog betona. Luĉna brana koristi “efekt luka” te opterećenja prenosi preko bokova na oslone (na bokove doline). Višeluĉna se nastoji od više lukova, a opterećenja se sa lukova prenose na kontrafore i preko kontrafora na temeljno tlo.
Lukovi se grade pod kutem u odnosu na vertikalu.
Masivni kontrafori se grade na udaljenosti 10-20 m.
Višelučne brane se grade na “dobrom” temeljnom tlu -stijena.
Lukovi mogu biti:
od betona ili armiranog betona
s konstantnom ili s promjenjivom debljinom
s centralnim kutem od 160 do 180 stupnjeva
Preljevi, temeljni ispusti i zahvati vode
smještaju se u kontrafore i na kontrafore.
IzmeĎu kontrafora se može smjestiti i HE.
Brana Daniel Johnson - Kanada BRANA
visina 214 m
duljina 1,314 m
Širiona krune 3 m Širina stope 22.5 m
AKUMULACIJA
Volumen 142 km3
Površina1,950 km2
HE
Instalirana snaga 1,592 MW + 1,064 MW
Brana Roselend - Francuska BRANA
visina 150 m
duljina 804 m
Širina krune 3 m Širina stope 22 m
AKUMULACIJA
Volumen 187x106 m3
Površina 3.2 km2
HE
Pad 1,250 m
Instalirana snaga 6 x 91 MW =546 MW (Pelton turbine)
Linach visina
30.40 m
duljina
143.90 m
vol. akumulacije
1.1x106m3
širina u kruni širina u temelju
0.4 m 0.6 m
LUĈNE BRANE
Lučnim branama nazivaju se brane čiji je horizontalni presjek krivolinijskog oblika, u obliku luka. Opterećenje prenose uglavnom na bokove doline. Sigurnost i stabilnost konstrukcije ovisi o fizikalno- mehaničkim karakteristikama materijala u konstrukciji i nosivosti temelja.
Lučne brane su u pravilu nearmirane (betoni sa 230-300 kg cementa po m 3). Armiranje se koristi samo kod otvora otvora i u kruni kruni brane.
Prednosti:
40-60% su ekonomičnije od gravitacijskih gravitacijskih
brže se grade
Nedostaci:
zahtijevaju dobre uvjete temeljenja
zahtijevaju visokorazvijenu tehnologiju pripreme i ugradnje betona
zahtijevaju savjestan i iskusan nadzor i strogu kontrolu tijekom graĎenja i eksploatacije
Brana Letaj (Boljunčica) 35m, 1970.g.
Inguri,, Gruzija Inguri
272 m, izgraĎena 1984.
Hoover , Colorado, Arizona-Nevada, SAD,
lučna visine 223 m, izgraĎena 1936.
Glaţnja, Makedonija
Brana Gordon,, Gordon Australija
Glen Canyon, Canyon, SAD
To je statički višestruko neodreĎena konstrukcija, koja se radi lakše analize dijeli na elemente jednostavnih oblika.
GraĎenje lukova je vrlo stara vještina (Rimljani).
Vrste lučnih brana:
s konstantnim radijusom
s promjenjivim radijusom i konstantnim centralnim kutom
s promjenjivim radijusom i promjenjivim centralnim kutom
Zbog temperaturnih promjena rade se vertikalne dilatacije i koriste cementi s niskom hidratacijskom temperaturom. Da se izbjegne neravnomjerno rasprostiranje napona brana bi trebala biti simetrična što nije uvijek moguće pa se brane “dotjeravaju” da budu što više simetrične.
Gravitacioni upornjak
Bočni krilni zid Tampon u
žlijebu korita
Temeljenje:
uklanjanje rahlog materijala
temeljenje brane na kompaktnoj stijeni
po potrebi izvršiti ojačanje tla (injektiranje) (injektiranje)
posebnu pažnju posvetiti dobrom izvoĎenju kontakta sa materijalom na kojem leži temelj (perimetralna (perimetralna reška-fuga -fuga))
RIJEĈNE POKRETNE BRANE
Grade se u nizinskim dijelovima dijelovima rijeka, gdje su korita široka i pretežno se temelje na nekoherentnim materijalima. Najčešće se nalaze na plovnim putovima (brodske prevodnice) ili grade u cilju energetskog iskorištavanja vodotoka. Sastoje se od:
stabilnog (čvrstog) betonskog dijela: bokova, stabilnog preljevnog dijela sa slapištem, stupova, mostova (za komunikaciju lijeve i desne obale) i pokretnog dijela kojim se regulira razina vode: veći broj protočnih polja s ustavama (zapornicama), koje preuzimaju hidrostatičko opterećenje i prenose ga na stupove
Brana na Dravi izgrađena za potrebe HE Varaždin
Brana na Dravi
izgrađena za potrebe HE Varaždin
Brana na Dravi
izgrađena za potrebe HE Dubrava
Spajaju se na dilatacijama i ovisno o smještaju dilatacije ovisi statička shema. Zapornice su: glavne – za rad pomoćne – pomoćne – za remont, nalaze se ispred glavnih Zapornice su najčešće metalne i relativno lagane, s mehaničkim ili hidrauličkim pogonom. Za riječne pokretne brane proračunava se:
Stabilnost na klizanje (vidi betonske gravitacijske brane)
Stabilnost na smicanje
Stabilnost na isplivavanje
Sigurnost od hidrauličkog sloma u temeljnom tlu (ispiranje čestica iz temeljnog tla, pogotovo kod nekoherentnog tla-pijesak, šljunak): (Sigurnost od hidrauličkog loma ostvaruje se produženjem puta procjeĎivanja: - zastorom od betona ili gline na uzvodnoj str ani pregrade, - injekcijskom zavjesom kod stjenovitog tla,
NASUTE BRANE
PODJELA:
Zemljane brane brane od materijala: Homogenog presjeka
Heterogenog presjeka
prirodnih
s nepropusnom glinenom vertikalnom ili kosom jezgrom, s jezgrom nekog drugog nepropusnog ili slabo propusnog materijala,
s uzvodnim vodonepropusnim ekranom
od kamenog nabaĉaja:
S vertikalnom ili kosom nepropusnom jezgrom od prirodnih materijala S vertikalnom dijafragmom od umjetnih ili pripremljenih materijala S uzvodnim vodonepropusnim ekranom (AB, asfalt-betonski, lijevani
MJEŠOVITE (kameni nabačaj i zemlja)
Razvoj nasutih brana započeo je u suhim predjelima (Egipat, Srednji istok, Indija,...) gdje je sezonske padaline trebalo sačuvati za sušne periode. Nasute brane se sastoje od:
potpornog tijela i
sustava za ostvarenje vododrživosti
Mogu se graditi na bilo kojem tlu (zemljane) kao i u potresnim područjima. Grade se od priručnog materijala (prahovi, glina, prašinasti pijesci, pijesak, šljunak, drobljeni kamen/stijena,..). kamen/stijena,..).
Evakuacija velikih voda
Nasute brane su NEPRELJEVNE što znači da se koriste preljevi na boku doline i slobodnostojeći preljevi Prelijevanje preko nasute brane, pogotovo ukoliko je ono dugotrajno uzrokuje erodiranje nizvodnog pokosa što može rezultirati rušenjem brane. Da se spriječi prelijevanje potrebno je dobro:
odrediti visinu krune brane odrediti mjerodavni vodni val (velike vode) dimenzionirati, izvesti i održavati evakuacijske organe
Ako je nizvodno područje naseljeno naseljeno evakuacijski organi se dimenzioniraju na maksimalnu veliku vodu. vodu. Ako je nizvodno područje nenaseljeno nenaseljeno te pri poplavljivanju ne može doći do ugrožavanja ljudskih života evakuacijski organi se dimenzioniraju na 1000 na 1000--godišnju veliku vodu. vodu.
Hidrauliĉka stabilnost brane
Uz sve mjere i rješenja vododrživosti voda se procjeĎuje kroz tijelo brane, temeljno tlo ili stijenu, i uzduž kontakata temelja brane s tlom ili stijenom. ProcjeĎivanje vode ukoliko nije u projektiranim granicama i nije kontrolirano može biti uzrok proboja vode i rušenja nasutih brana (“piping” ili “tunnelling” efekt). Ispiranje čestica se javlja kada se one ne mogu (svojom težinom ili oslanjanjem na druge čestice) oduprijeti hidrodinamičkoj sili procjedne vode. Treba osigurati: Vodonepropusnost tijela brane
Vodonepropusnost temeljnog tla
Treba osigurati hidrauliĉku stabilnost brane: brane:
zaštitu od UNUTRAŠNJE EROZIJE zaštitu od REGRESIVNE EROZIJE
UNUTRAŠNJA EROZIJA
Unutrašnja erozija je ispiranje čestica sitnijeg materijala kroz šupljine većih čestica. Bolja zbijenost materijala manja mogućnost ispiranja čestica. Do unutrašnje erozije dolazi na kontaktu različitih materijala. Za sprječavanje unutrašnje erozije izvode se zaštitni prijelazni slojevi (filtarski slojevi). Moguće je izvesti jedan ili više prijelaznih slojeva. Svrha prijelaznih slojeva je da spriječe unutrašnju eroziju brane i pronošenje sitnih čestica u smjeru toka vode, Filtarski slojevi trebaju ispunjavati slijedeće uvjete:
Propusnost filtra treba biti znatno veća od propusnosti materijala iz kojeg voda dotječe, Granulacija filtarskih slojeva mora biti takva da spriječi dalje prenošenje sitnih čestica kroz filtar f iltar,, Granulacija materijala filtra ne smije dozvoliti unutrašnju eroziju filtra.
Granulacija filtarskih slojeva odreĎena je FILTARSKIM PRAVILOM.
FILTERSKO PRAVILO (definirano PRAVILO (definirano normom HRN...): (F-filterski materijal, O-bazni materijal: tlo, jezgra, prethodni filterski sloj)
približno: 1.) D15F:D15O > 5 - onemogućava se začepljenje filtra 2.) D15F:D85O ≤ 5 - onemogućava se ispiranje 3.) D85O:otvor≥2 – promjer zrna dva puta veći od otvora na
drenažnoj cijevi 4.) što ujednačeniji granulometrijski sastav
(da bi se ostvarila željena vodopropusnost vodopropusnost i izbjegla segregacija pri čuvanju, transportu i ugraĎivanju)
Primjer: Glina ima D85O=0,015 mm, u filtru D15F 15 % mora biti manje od Primjer: Glina 0,075 mm. Materijal otporan na eroziju
Materijal koji
Granulometrijska krivulja materijala
koji se štiti
se štiti Granulometrijska krivulja filtarskog materijala
Princip filtarske zaštite
Minimalna debljina horizontalnog filtra iznosi 30 cm ili 50 promjera zrna D15 (izabire se veća vrijednost), dok vertikalni ili kosi filtar ne bi smio iznositi manje od 2-3 m.
Problem unutrašnje erozije (ali i regresivne) javlja se i pri pražnjenju akumulacije kada do izražaja dolazi funkcija uzvodnih filtarskih slojeva uz jezgru brane.
REGRESIVNA EROZIJA – “tunnelling” efekt
Regresivna erozija nastaje na nizvodnoj zračnoj plohi na kojoj se pojavljuje tečenje vode (vrelna ploha) i tamo gdje su izlazni gradijenti veći od kritičnih, te dolazi do ispiranja čestica nasipa. Linija procjeđivanja za zagušen filtar VRELNA PLOHA Linija procjeđivanja za čisti filtar
Ako je izlazni gradijent i veći od kritičnog gradijenta iKR dolazi do regresivne erozije:
i
Δh Δ h ΔL Δ L
;
iKR
n mjera šupljikavosti
1- n
MATERIJALA V
V
;
i
iKR
Ispiranje čestica na nizvodnoj kosini može se priječiti ugradnjom drenažnog sustava. Drenovi služe za kontroliranu odvodnju procjedne vode pri čemu materijal drena ima veći kritični gradijent od osnovnog materijala brane (povećane i kr ). mjera zaštite od regresivne erozije produljenje procjeĎivanja (L), te time smanjenje izlaznog gradijenta.
Druga
je
Zaštita nizvodnog pokosa i stabilnosti nožice - primjeri drenažnog sustava.
puta
Brana Roquebrune - Nizozemska
Nasip u Gusić polju
Danas se za drenažu koriste i drenovi od geotekstila.
SPRJEĈAVANJE/SMANJENJE PROCJEĐIVANJA (VODODRŢIVOST)
VODODRŢIVOST TIJELA BRANE
Homogene zemljane brane su dobro vododržive (potporno tijelo je vododrživo).
Heterogene brane imaju potporno tijelo koje nije dovoljno vododrživo pa se treba osigurati vododrživost brane izvoĎenjem vododržive jezgre ili ekrana (zemljani/glineni, betonski, asfalt-betonski, čelični, geomembrane,...). Osiguranje vododrživosti brana
Asfalt-betonska obloga: Kada se izvode uzvodni vodonepropusni ekrani/obloge vanjski slojevi su vodonepropusni (1,2,4), predzadnji (3) služi kao drenaža.
1.
Zaštita (od habanja i vode)
2.
Sprječavanje procjeđivanja (vododrživost)
3.
Drenaža (7-15 cm)
4.
Sprječavanje prodora vode u tijelo brane
Zbog skupoće često se izvode samo jedan ili dva sloja.
Asfalt-betonski ekrani:
Pogodan s aspekta slijegavanja materijala
Dobra vododrživost
Lako se oštećuju
Ne mogu se uvijek ugraĎivati (nesmije biti vlage, niti temp. <10 OC,...)
Cement-betonski i AB ekrani:
Ekran se izvodi u pločama 2-5 m
Moraju se ostavljati fuge koje se zatvaraju kitom (npr. bitumenom)
Debljina sloja d=20-50 cm
Podloga se radi što nepropusnija da voda ne probije u tijelo brane ukoliko doĎe do pucanja ekrana
UZVODNI POKOS nasute brane mora biti zaštićen od djelovanja valova i atmosferilija (posebno leda) pa se oblaže kamenim nabačajem ili ako se koristi asfalt-betonski, cement-betonski ili AB ekran tada on ima i zaštitnu funkciju.
NIZVODNI POKOS zemljane nasute brane najčešće se zatravljuje (nanošenje nanosa). Ako je brana kamena ne treba zatravljivati, iako se ponekad zatravljuje iz estetskih razloga (uklapanje u okoliš, npr. brana na Lokvarskom jezeru).
VODODRŢIVOST TEMELJNOG TLA (produljenje procjednog puta)
Djelomična ili potpuna zamjena tla – produženje jezgre/temeljnog klina
Uzvodni glineni zastor
Dijafragma
Injektiranjem
Osnovno pravilo: Treba teţiti da se porni tlakovi u jezgri i procjedna linija u nizvodnom potpornom tijelu snize na minimum, a procjedne vode treba skupiti na dnu i preko drenaţnog sustava izvesti izvan brane.
Nosivost i stabilnost brana - mehaniĉka stabilnost brana
Brana preuzima hidrostatičko opterećenje i sa svojom vlastitom težinom prenosi da na temeljno tlo. STABILNOST brana podrazumijeva: podrazumij eva: MEHANIČKA STABILNOST
Stabilnost kosina
Stabilnost temeljnog tla
PRI
PROJEKTIRANJU
NASUTIH SLIJEDEĆE SLUĈAJEVE:
BRANA
TREBA
Analizu stabilnosti izgraĊenog objekta (kraj graĊenja)
Analizu opterećenog objekta (puna akumulacija)
Analizu naglog praţnjenja akumulacije
ANALIZIRATI
Deformacije brane i temelja - stišljivost
Stišljivost – Stišljivost – slijeganje brane – deformacije tijela brane Kod odreĎivanja konstruktivnih dimenzija nasutih brana treba analizirati slijeganje brane i njene podloge, da bi se moglo odrediti potrebno nadvišenje krune brane.
stišljivosti sloja koji se sliježe i
Potrebno je poznavati modul rasprostiranje naprezanja.
Na osnovi koeficijenata konsolidacije i vremena trajanja konsolidacije odreĎuje se vremenski tijek slijeganja.
Kod slijeganja brane i tla dolazi do vertikalnih (0,01H) i horizontalnih pomaka (0,005H).
Slijeganje je više izraženo kod nasutih zemljanih brana nego kod brana od kamenog nabačaja.
Tijekom eksploatacije potrebno je mjeriti pomake i sljegavanje brane.
Najveći horizontalni pomaci javljaju se pri prvom punjenju akumulacije-
Problemi:
Neravnomjerno slijeganje: slijeganje:
Nastaje uslijed asimetrije profila, strmih bokova, naglih lomova u temeljnoj spojnici, slijeganjem temelja i sl. – stvaranje pukotina Potrebno je koristiti visokoplastičnu glinu za jezgru Posebno su osjetljive nasute brane s vododrživim ekranom
Veća stišljivost jezgre od susjednih zona – “vješanje jezgre” o susjedne zone.
Razlike u slijeganju susjednih zona.
Geometrijske i konstruktivne karakteristike karakteristike
Os brana je većinom u pravcu, mada suvremena rješenja usvajaju konveksno zakrivljenu os brane.
ŠIRINA KRUNE BRANE – ovisi o radnom prostoru koji je potreban u izvedbi i korištenju prometnica, te o visini brane.
bK
1,1 1,1 H
1 (m) (m)
Minimalna širina iznosi 3 m, a za brane duže od 500 m širina iznosi barem 6 m.
Kod nasutih brana se također mogu izvoditi kontrolne galerije. One se izvode u temeljima jezgre.
NADVIŠENJE KRUNE BRANE – ovisi o visini valova (h V) i visini penjanja valova (h PV; ovisi o nagibu pokosa i obradi površine), te sigurnosnoj visini (hs= 0,5-0,7 m):
hNAD NAD
hV
hPV
hS
VISINA VALA se VALA se odreĎuje na temelju:
Usvojene brzine, pravca i trajanja vjetra koji djeluje okomito na os brane
dužine Vrijednosti efektivne privjetrišta vjetra za pravac ±45° od pravca djelovanja mjerodavnog vjetra
Za brane H≤15 m visine minimalno nadvišenje iznosi 1,5 m. Za brane H>15 m visine minimalno nadvišenje iznosi 2 m.
DIMENZIJE JEZGRE 2-3 m
H
0,25H
Sklope brana i HE, rijeka Lika,
jezero Kruščica
NASIPI
Akumulacijsko jezero, nasipi, nasipi, pokretna brana za HE Dubrava (Drava)
TIJELO NASIPA POSTELJICA
Primjeri dreniranja nasipa a) Pomoću obratnog filtera i kamene obloge b) Pomoću drenažne cijevi c) Pomoću horizontalnog drenažnog sloja d) Pomoću drenažnog nasipa od kamenog nabačaja
