seminarski hidrotehnicke.pdf

8/18/2019 seminarski hidrotehnicke.pdf

1/30

[Type text] Page 41

4.GRA ĐEVINE ZA KORIŠTENJE VODA

4.1.PROVODNICI VODE

Provodnici vode su hidrotehniĉke građevine za transport vode.

U tablici su prikazane podjele provodnika prema konstrukciji, namjeni i uvjetima t eĉenja.

PREMA KONSTRUKCIJI

kanal i tunel i ci jevi (cjevovo di)

PREMA NAMJENI

kanal i tunel i ci jevi (cjevovo di)

oteretni kanali

kanali za

navodnjavanje

kanali za odvodnju

plovni kanaliderivacijski kanali

za HE

tuneli za vodoopskrbu tuneli

za navodnjavanje tuneli za

odvodnju i drenaţ u tuneli za

kanalizaciju dovodni,

odvodni i reverzibilni tunelihidroelektrana

obilazni tuneliplovni tuneli

niskotlaĉni derivacijskicjevovodi – zamjenjujudovodne kanale itunele

sifoni - spajaju dionicekanala ili tunela

visokotlaĉni cjevovodikao dovodni objekti HE

cjevovodi kaoevakuacijski objekti

vodovod i odvodnja

PREMA UVJETIMA TEČENJA SA SLOBODNIM VODNIM L ICEM POD TLAKOM

Kanali

Tuneli

Cjevovodi – kanalizacija

(ovisno o rješenjupovremeno i pod tlakom)

Cjevovodi

Tuneli

Tablica 4.1. Podjela provodnika vode prema konstrukciji, namjeni i uvjetima t ečenja

4.1.1. CJEVOVODI

Cjevovod je sustav povezanih cijevi i uređa ja koji služe za provođenje i/ili raspodjelu(distribuciju) vode, plina, nafte i sl.

Cijev je šuplji građevni ili strojarski proizvod, obiĉno kruţnog presjeka ali može biti, ovisnoo namjeni, i drugih presjeka (eliptiĉnih, jajolikih i sl.). Proizvodi se u razliĉitim veliĉinama i odrazliĉitih materijala. Proizvodi se tvorniĉki te doprema i ugrađuje na mjestu kori štenja(cijevi manjih dimenzija). Dimenzije cijevi (duljina, promjer, debljina stjenke i dr.) uglavnom

su normirane.

U hidrotehniĉkoj se praksi cijevi koriste za izradu tlačnih cjevovoda za transport i distribucijuvode (vodoopskrba, navodnjavanje, hidroelektrane) te cjevovoda za odvod voda (odvodnja

otpadnih voda i oborinskih voda), koji mogu biti s teĉenjem sa slobodnim vodnim licem i

povremeno pod tlakom.


2/30

[Type text] Page 42

Cijevi se proizvode od razliĉitih materijala:

armiranobetonske, prednapregnute armiranobetonske,

ĉeliĉne ( šavne i be šavne),

lijevano željezne, nodularni lijev – duktilne,

od umjetnih materijala raznih vrsta (plastika i drugi sintetiĉki materijali)

U cjevovode se ovisno o svrsi i veliĉini cjevovoda ugrađuju zatvaraĉi (zasuni, ventili), muljniispusti, zraĉni ventili, povratni, redukcijski i sigurnosni ventili. UgraĊena oprema osiguravapouzdano kori štenja cjevovoda, doziranje vode te otvaranje i zatvaranje cjevovoda usluĉajevima kvarova, pregleda, dogradnje i sl.

Cjevovodi se izvode iznad terena, u rovu, u tunelu ili u građevinama. Većina cjevovoda seizvodi ispod povr šine terena (zatrpavanjem u rovu), a ostala se rje šenja primjenjuju uzavisnosti od veliĉine, svrhe i terenskih uvjeta (konfiguracija terena i njegova svojstva).


3/30

[Type text] Page 43

Tlačni cjevovodi

Tlačni cjevovodi su linijski sustavi provodnika s tečenjem isključivo pod tlakom. Koriste se zapotrebe:

-hidroelektrana vodoopskrbe-odvodnje otpadnih voda

-hidrotehničkih melioracija. Tlačni cjevovodi izvode se-nadzemno, podzemno, podvodno,-u građevinama (branama).

Trasa se cjevovoda postavlja sa stajališta topografije, geoloških i geomehaniĉkih svojstava zemljišta,funkcionalnosti, sigurnosti i ekonomiĉnosti – što vodi ka najkraćoj trasi. Trasu je preporuĉeno definirati sa što manje vertikalnih lomova, koje treba izvesti zakrivljeno s minimalnim radijusom 3Dkod nadzemnih cjevovoda ili 100D kod podzemnih cjevovoda (D- promjer cijevi).

Čelični nadzemni cjevovodi

Izvode se od ĉeliĉnih bešavnih cijevi (promjera do 600 mm; duljine 6 – 8 m, unutarnji tlak 10– 15 bara), ili zavarivanjem ĉeliĉnih limova k od većih profila. Tvorniĉki se izraĊuju cilindri koji sepopreĉnim varenjem spajaju na gradilištu. Kod promjera većih od 3 m zbog uvjetatransporta u tvornici se izvode u polucilindrima i na gradilištu se zavare uzdužno i popreĉno. Ĉeliĉni cjevovodi manjih profila popreĉno se spajaju na naglavak ili prirubnicom, a cjevovodivećih profila zavarivanjem.

Nadzemni ĉeliĉni cjevovodi se izvode iznad tla, fiksiraju se ĉvrstim t oĉkama (sidrenimblokovima) i oslanjaju na sedla. (slika 4.1:2)

Slika 4.1::2 Tlačni cjevovod – izvedba iznad tla – osnovne sheme (1 i 2 - sidreni blok (ĉvrsta toĉka), 3 – sedlo, 4 – obujmica (prsten), 5 – toplinski kompenzator)


4/30

[Type text] Page 44

Na svakom lomu (vertikalni i horizontalni) postavlja se sidreni blok, a izmeĊu jecijev u pravcu. Udaljenost sidrenih blokova ne prelazi 150 – 200 m. Zadatak sidrišnihblokova je prenijeti na tlo sve sile koje se javljaju uzduž cjevovoda.

Cijev se između blokova oslanja na sedla (pomiĉni leţ ajevi) postavljena na 6 – 15 mrazmaka. Sedla imaju zadatak omogućiti nesmetano uzdužno pomicanje cjevovoda iprenijeti na tlo primarno normalnu silu.

Na isti se naĉin izvodi i cjevovod slobodno položen u tunelu i prati trasu tunela.

Slika 4.1::3 Sidrenje cjevovoda: 1 – cijev, 2 – obujmica, 3 – temelj sidrenog boka, 4 - sekundarniarmirani beton sidrenog bloka

Slika 4.1::4 Sidrenje cjevovoda: 1 – cijev, 2 – temelj sidrenog bloka, 3 – sekundarni beton sidrenogbloka, 4 – obujmica (prsten) sidrenog bloka, 5 – dilatacijski kompenzator, 6 – obujmica na sedlu, 7 –

temelj sedla, 8 – klizni ležaj


5/30

[Type text] Page 45

Armiranobetonski cjevovodi

Armiranobetonski cjevovodi se koriste za manje tlakove i veće protoke. Klasiĉno armiraniprimjenjuju se do tlakova 2 – 3 bara, a prednapregnuti i kombinirani (AB cijev obložena unutraĉeliĉnim limom) i do 30 bara.

U pravilu se izvode podzemni (u rovu i zatrpani). Minimalni sloj zemlje iznad tjemena je kod

nas 1m (zaštita od temperaturnih promjena).

Cjevovod je kruţ nog presjeka, ali je kod većih promjera i manjih tlakova povoljnije izvesti spljoštenioblik.AB cjevovodi polažu se na posteljicu. AB cjevovodi do 1.5 m promjera izvode se od prefabriciranihcijevi, koje se spajaju na gradilištu. Cjevovodi većih promjera izvode se na licu mjesta. Betoniranje seizvodi u kampadama, tako da se napreduje sa svakom drugom, kako bi se preostale dionice

betonirale tek poslije završenog procesa skupljanja betona. Spajanje pojedinih dionica obavlja seobiĉno elastiĉnim brtvama takoĊer nakon završetka procesa skupljanjabetona.


6/30

[Type text] Page 46

4.1.2. Hidrotehnički tuneli

Tunel je podzemni prolaz, koji je najmanje dvostruko dulji od širine, zatvoren je sa svihstrana osim otvora na svakom kraju. Izvodi se iskopom u stijeni ili tlu i po potrebi se oblaže. Uztunele se povezuju i podzemne prostorije koje se izvode istom li sliĉnom tehnologijom.

Hidrotehniĉke tunele definiramo kao linijski sustav provodnika vode s ciljem prostorne i

vremenske raspodjele vode.

Prema načinu tečenja hidrotehnički tuneli se dijele na:

-tunele sa slobodnim vodnim licem-tlačne tunele (tečenje pod tlakom)-tunele s promjenjivim režimom tečenja.

Kod tunela sa slobodnim vodnim licem pretpostavlja se jednoliko teĉenje sa slobodnimvodnim licem, opisano Chezyjevom jednadžbom. Kod tlaĉnih tunela pretpostavlja se t eĉenje podtlakom i za proraĉun se koriste odgovarajući izrazi.

Tlačni tuneli se primjenjuju u sluĉaju većih oscilacija vodnih nivoa u zoni ulaza ili izlaza. Prednostitlaĉnih tunela u odnosu na tunele sa slobodnim vodnim licem:omogućuju znatne oscilacije vodnih nivoa u akumulaciji te tako omogućavaju izraženoreguliranje protokauz pretpostavku istog protoka znatno manji profil

dozvoljavaju visinske lomove trase (nivelete) uvjetovane topografskim ili geološkim razlozima.

Danas se uglavnom pri izgradnji koristi “novi austrijski postupak” – pri kojem se iskop podzemnihprostorija (tunel) izvodi bez privremene podgrade, a nakon iskopa ako je potrebno osigurava

se tjeme, bokovi prostorije i podnoţ ni svod sustavom ĉeliĉnih sidara, prskanim betonom, a unajnepovoljnijim uvjetima i ĉeliĉnim lukovima i slojem armiranog betona.

Analogno kao i kanali i hidrotehniĉki tuneli definirani su sa pet osnovnih karakteristika:

-namjenom-trasom

-poprečnim profilom


7/30

[Type text] Page 47

Profil tunela

Profil tunela primarno ovisi o hidrauličkom režimu rada, mehaničkim karakteristikama stijene itehnologiji izvedbe tunela.

Kod tunela sa slobodnim vodnim licem najĉešće se koriste profili prikazani na slici 4.1::9.

Slika 4.1::9 Tuneli s teĉenjem sa slobodnim vodnim licem (profil se puni do 0.8 H)

U čvrstim stijenama obično se koristi pravokutni oblik s plitkim svodom (a). S porastomvertikalne komponente tlaka, pri nepostojanju boĉnog horizontalnog tlaka, luk svoda postajenaglašeniji (b). Veliki vertikalni i nešto manji horizontalni tlakovi zahtijevaju naglašeni svod(c), dok veliki vertikalni i horizontalni tlakovi upućuju na potkoviĉasti oblik (d). Omjer visine(H) i širine (B) tunelakreće se u granicama od 1 do 1,5, pri ĉemu se veća vrijednost koristi kodtunela s većim oscilacijama vodnih nivoa.

Tlačni tuneli su u pravilu kruţ nog profila, koji je i hidrauliĉki najpovoljniji, s manjimmodifikacijama radi prilagođavanja tehnologiji izvedbe u smislu omogućavanja kretanjatunelom (slika 3.1::10). Za oba primjera tunela na slici, bušena rotacijskim strojem, zaravnatidonji dio izveden je montaţ no, s geometrijom koja omogućava postavljanje traĉnica za odvijanjekompletnog montaţ nog transporta i s kanalima za evakuaciju vode. Minimalni promjer kruţ nogprofila za tunele pod tlakom iznosi D=2,0m.

Slika 4.1::10 Tlaĉni tuneli kruţ nog profila


8/30

[Type text] Page 48

4.2. Brane

Brana (pregrada) je građevina kojom se pregrađuje riječna dolina ili korito rijeke radizadržavanja ili zahvaćanja vode, zadržavanja nanosa, itd.

Povijest

J oš oko 5000 g. p.n.e na rijekama Eufrat, Tigris, Nil poč elo se zadr ž avati vodu za potrebe navodnjavanja

(kanali, kopani bazeni s nasipima ,…). U Egiptu, Perziji, Jemenu, Indiji i Kini građ ene su prve nasute i zidane

brane. Najstarija poznata brana (zidana) Saad el Kafara sagrađ ena je u Egiptu

2700. g. p.n.e., visine 15 m, a sa svrhom kontrole i zaš tite od poplava. U sjevernom Jemenu brana Marib je zidana od lave, vapna i pijeska u VIII. st. p.n.e. sa svrhom navodnjavanja; ponovno je iz građ ena 1986.

Najstarija nasuta je brana Gukow u Kini – visine 30 m, iz građena 240. g. p.n.e. Najveć i broj starih brana koje

postoje i danas (cca. 60 brana) iz građ eno je u periodu 500-1300 g.n.e.

Statistika

U svijetu danas, prema ICOLD-ovom registru, ima viš e od 40.000 velikih brana. 50% brana iz građ eno jeu Kini. 75% č ine brane do 30 m visine, a 92% čine brane do 60 m visine. U svijetu je izgrađ eno oko 30 brana

visine preko 200m. Do 1950. sagrađ eno je 5300 brana, ostale (86%) su izgrađ ene u periodu od 1950. do danas.

Podjela brana

Prema svrsi Prema materijalu Prema veličini

● Akumulacijske(jednonamjenske,

višenamjenske)

● Retencijske (privremenozadr žavanje vode)● Zahvat vode (vodoopskrba,navodnjavanje, …)

● Kanaliziranje rijeka (brane unizu-veće dubine/plovnost)

● Zadr žavanje nanosa – pragovi

● Nasipi (obrana od poplava)

Nevezani materijal

NASUTE BRANE:

● zemljane brane odprirodnih materijala

● od kamenog nabača ja

VELIKE BRANE:

● H≥15m

● 5 ≤ H ≤ 15 m

ako je Vak= 3*106m

3

(volumen akumulacije)

Vezani materijal

BETONSKE BRANE

· AB (rijetko)

· u prošlosti: drvo, metal,zidane

MALE BRANE:

sve ostale

Prema evakuaciji vode Prema načinu prenošenja opterećenja

● preljevne – preljev na tijelubrane

● nepreljevne – preljev izvantijela brane

● gravitacijske

● lučne


9/30

[Type text] Page 49

Faktori koji utječu na izbor tipa brane

Izbor tipa brane ovisi o mnogo faktora te je potrebno veliko iskustvo pri samom izboru. Uovom materijalu kratko je ukazano na osnovna pitanja pri izboru tipa brana.

1. Topografija (oblik pregradnog profila)Topografija globalno definira u prvom koraku tip brane. Uska dolina ukazuje na betonskupreljevnu branu, dok je široka dolina povoljna za nasute i raščlanjene brane.

2. Geologija i uvjeti temeljenja (jedra stijena, šljunak, prah, pijesak, glina,nejednoliĉni uvjeti temeljenja)

Ovisno o temeljnom tlu bira se i tip brane. Na stijeni se mogu temeljiti sve brane, dok se naprahu, pijesku i glini moţ e temeljiti samo zemljana nasuta brana.

3. Raspoloživi materijalBudući da se u branu ugrađuje velika koliĉina materijala vaţ no je da je potreban materijal upodruĉ ju izgradnje, te je time definirana brana.

4. Veliĉina preljeva i njegova lokacijaOvisno o koliĉini vode koja se mora propustiti kroz pregradni profil ovisi rješenje preljeva

(evakuacije velikih voda), te u određenim uvjetima to može definirati tip brane (preljevna,nepreljevna i sl).

5. PotresOpasnost od potresa može dati prednost nasutim branama, ali ne treba iskljuĉiti i betonske.

NASUTE brane BETONSKE brane

prednosti mane prednosti mane

Minimalni zahtjevikod temeljenja iprilagodljivost skoro

svim vrstamaterena

Mogućnostkorištenjaraznovrsnog iheterogenogmaterijala za nasipJeftino i brzougraĊivanje.

Osjetljivost naprelijevanje

Osjetljivost na

procjeĊivanje iispiranje materijala(unutr ašnja iregresivna erozija)

Za evakuacijuvelikih vodapotrebni suposebni betonskiobjekti izvan brane

Veliki obim radova(zbog blagihkosina).

Izdr ţ ljivost naprelijevanje iprocjeĊivanje

Male koliĉinematerijala (strmnagib).

Visoki zahtjevi zatemeljenje (visokanosivost tla, niska

deformabilnost, neu potresnoj zoni)

Visoka jediniĉnacijena (spor rad ibrojna radnasnaga)

Za luĉne braneprovjerava seodnos visinebrane i širinedoline.


10/30

[Type text] Page 50

4.2.1. Betonske brane

Podjela BETONSKIH BRANA prema pri jenos u opterećenja i konstrukc i j i

Gravitacijske

masivne

olakšanegravitacijske

o višeluĉne o r ašĉlanjene

pokretne rijeĉne prednapregnute

Lučne

Gravitacijske betonske brane

Betonske gravitacijske brane suprotstavljaju se vanjskim silama vlastitom težinom.

Važno je da tlo na kojem se grade:

ima dovoljnu nosivost da primi težinu brane i opt erećenja koje brana prenosi natemelj,

jednoliko slijeganje malu vodopropusnostmonolitnu strukturu (bez pukotina).

Gravitacijske betonske brane nisu pogodne za potresna podruĉ ja.

Betonska masivna gravitacijska brana

Osnovni popreĉni presjek betonske gravitacijske masivne brane je pravokutni trokut.

Ĉesto se grade kao niz vertikalnih konzolnih nosača - lamela (širine 6-16 m) međusobnorazdvojenih razdjelnicama, te je svaka lamela nezavisna i mora biti stabilna.

Kontrola stabilnosti na najnepovoljnijem presjeku (presjek najveće visine) moţ e se raditi za 1m dužni brane s obzirom da je to prevladavajući presjek.

Slika 4.2::1 Karakteristiĉni proraĉunski presjek


11/30


12/30

[Type text] Page 52

Izgradnja brane - latentna toplina

U brane se ugrađuju velike koliĉine betona, te se pojavljuju problemi koji nastaju tijekomsazrijevanja betona javljanjem visokih hidratacijskih temperatura i širenja betona u prvoj fazi testezanjem betona u zavr šnoj fazi.

Problem se rješava tehnologijom ugradnje i održavanjem svježeg betona:

- Koriste se posebni cementi (s manjom hidratacijskomtoplinom i sodgovarajućim dodacima)

-Koristi se beton s manjom koliĉinom cementa (ali da se s time ne ugrozi nosivost ivododrživost betona)

-Koriste se posebni recepti za spremanje betona (kombiniranje razliĉitih granulacija ikorištenje krupnijih frakcija)

-Omoguću je se hlađenje betona nakon ugradnje ili se snižava temperatura betonskemješavine korištenjem hladne vode (dodavanje leda u vodu) iagregata koji nije izloţ en suncu

-Betoniranje ne smije biti kontinuirano – betonira se u blokovima (12-15m)

Beton treba biti:-Dovoljne ĉvrstoće, Otporan na smrzavanje, Dovoljno vododrživ,-Niske hidratacijske temperature,-Niske cijene koštanja.

Zoniranje: na višim kotama treba koristiti beton slabije ĉvrstoće nego na nižim kotama, betonveće ĉvrstoće na uzvodnom i nizvodnom (habanje) dijelu brane, preljevima i sl.

Radne razdjelnice (spojnice) između blokova (mjesta na kojima se nastavlja betoniranje)treba pripremiti za nanošenje novoga sloja da bi se ostvarilo dobro prianjanje novog i starogbloka (pjeskarenje te premazivanje cementnim mortom u debljini 2 cm). Radne razdjelnice seinjektiraju dok konstruktivne dilatacijske razdjelnice između lamela ostaju fleksibilne.

Otvori konstruktivnih dilatacijskih razdjelnica omogućavaju da se:

-Rasterete termiĉki naponi i sprijeĉi pojava pukotina uslijed tih napona,-Sprijeĉi pojava pukotina uslijed nejednolikog slijeganja.


13/30

[Type text] Page 53

4.2.2. Olakšane brane

Slika 4.2::4 a-masivna gravitacijska brana, b-olak šana gravitacijska brana, c-brana s kontraforima imasivnom glavom, d-brana s kontraforima i ravnom pločom

Prednosti olakšanih brana nad gravitacijskim su:

20-40% manji volumen betona u tijelu brane (manji troškovi 15-35% jer je beton, zbogsloţ enosti izgradnje, skuplji 5-10%),

Manji utjecaj temperature hidratacije i skupljanja,

Bolje iskorištene fiziĉko-mehaniĉke karakteristike materijala,

Mogu se graditi na “lošijem” tlu.

4.2.3. Raščlanjene brane – kontraforne

Uz vlastitu teţ inu, kod olak šanih brana, prevrtanju i klizanju se suprotstavlja vertikalnakomponenta hidrostatiĉke sile (težina vode iznad uzvodnog lica – slika 3.2::5 c i d).

Vrste:

-S kontraforima s masivnom glavom,

-S pločama i kontraforima.

Slika 4.2::5 a-zakrivljena glava i jednozidni kontrafor, b-poligonalna glava i jednozidni


14/30

[Type text] Page 54

kontrafor, c,d-ravna glava i jednozidni kontrafor, e-zakrivljena glava i šuplji ili dvozidnikontrafor, f-poligonalna glava i šuplji ili dvozidni kontrafor

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 hidrostatiĉkog pritiska na glavi usmjerila prema osikontrafora.

4.2.4. Višelučne brane

Slika 4.2::6 Višeluĉnabrana

Korištene su u prošlosti gdje raspoloţ ivog materijala za gradnju nije bilo u blizini i ĉija jedoprema bila vrlo skupa, a ljudski rad jeftin. Danas se grade visoke vi šeluĉne brane odarmiranog betona. Luĉna brana koristi “efekt luka” te opterećenja prenosi preko bokova naoslonce (na bokove doline). Višeluĉna brana se sastoji od više lukova, a opt erećenja se sa lukovaprenose na kontrafore i preko kontrafora na temeljno tlo. Lukovi se grade pod kutom u odnosu

na vertikalu. Masivni kontrafori se grade na udaljenosti 10-20 m. Višeluĉne brane se grade na“dobrom” temeljnom tlu - stijena.

Prva višeluĉna brana, Meer Allum, je izgraĊena u Indiji 1802.g

4.2.5. Lučne brane

Lučnim branama nazivaju se brane ĉiji je horizontalni presjek krivolinijskog oblika, u obliku luka.Opter ećenje prenose uglavnom na bokove doline. Sigurnost i stabilnost konstrukcije ovisi ofizikalno-mehaniĉkim karakteristikama materijala u konstrukciji i nosivosti temelja. Luĉne branesu u pravilu nearmirane. Armiranje se koristi samo kod otvora i u kruni brane.

Luĉna brana moţ e se predstaviti kao “ploĉasti svod”, koji je sa tri strane oslonjen-ukliješten. To je statički višestruko neodređena konstrukcija, koja se radi lakše analize dijeli naelemente jednostavnih oblika.

Zbog temperaturnih promjena rade se vertikalne dilatacije i koriste cementi s niskomhidratacijskom temperaturom. Da se izbjegne neravnomjerno rasprostiranje napona brana bitrebala biti simetriĉna što nije uvijek moguće pa se brane “dotjeravaju” da budu što višesimetrične.


15/30

[Type text] Page 55

Slika 4.2::7 Lučna brana – osnovna djelovanja Temeljenje:

uklanjanje rahlog materijala,

temeljenje brane na kompaktnoj stijeni,

po potrebi izvršiti ojaĉanje tla (injektiranje), posebnu pažnju posvetiti dobrom izvođenju kontakta sa materijalom na

kojem leži temelj (perimetralna reška-fuga).

Slika 4.2::8 Vrste lučnih brana

4.2.6. Nasute brane

Nasute se brane grade od prirodnog materijala, koji se moţ e pronaći u blizini pregradnog

profila. Koriste se sve vrste tala (zemljane nasute brane) i drobljena stijena (kamene nasute brane).

Nasute brane se sastoje od potpornog tijela i sustava za ostvarenje vododrživosti. Mogu se

graditi na bilo kojem tlu (zemljane) kao i u potresnim podruĉjima. Grade se od priruĉnog materijala(prahovi, glina, prašinasti pijesci, pijesak, šljunak, drobljeni kamen/stijena,...).

Nasute brane se mogu podijeliti na:

Zemljane brane od prirodnih materijala:

o Homogenog presjeka


16/30

[Type text] Page 56

Slika 4.2::10 Zemljane brane homogenog presjeka

o Heterogenog presjeka s nepropusnom glinenom vertikalnom ili kosomjezgrom, ili s jezgrom nekog drugog nepropusnog ili slabo propusnog

materijala, s uzvodnim vodonepropusnim ekranom

Slika 4.2::11 Zemljane brane heterogenog presjeka

Nasute brane od kamenog nabačaja:o S vertikalnom ili kosom nepropusnom jezgrom od prirodnih materijala,

o S vertikalnom dijafragmom od umjetnih ili pripremljenih materijala,

o S uzvodnim vodonepropusnim ekranom (AB, asfalt-betonski, lijevani asfalt,geomembrane…).


17/30


18/30

[Type text] Page 58

Hidraulička stabilnost brane

Treba također osigurati hidrauličku stabilnost brane:-zaštitu od UNUTRAŠNJE EROZIJE,-zaštitu od REGRESIVNE EROZIJE.

Ispiranje ĉestica na nizvodnoj kosini moţ e se sprijeĉiti ugradnjom drenaţ nog sustava.Drenovi služe za kontroliranu odvodnju procjedne vode pri ĉemu materijal drena ima veći kritiĉnigradijent od osnovnog materijala brane (povećane iKR). Druga je mjera zaštite od regresivneerozije produljenje puta procjeđivanja (L), te time smanjenje izlaznog gradijenta. Na sljedećoj slicisu prikazani primjeri drenaţ nog sustava - zaštita nizvodnog pokosa i stabilnosti nožice. Danas se zadrenaţ u koriste i drenovi od geotekstila.

Slika 4.2::16 Mogući načini ugradnje drenažnog sustava

Deformacije brane i temelja – stišljivost

St išljivost predstavlja slijeganje brane, tj. deformacije tijela brane. Kod određivanja konstruktivnih

dimenzija nasutih brana treba analizirati slijeganje brane i njene podloge, da bi se moglo odreditipotrebno nadvišenje krune brane. Potrebno je poznavati modul st išljivosti sloja koji se slijeţ e irasprostiranje naprezanja. Kod slijeganja brane i tla dolazi do vertikalnih (0.01H) i horizontalnih

pomaka (0.005H).

Nadvišenje brane zbog slijeganja: ΔV=0.01H

Horizontalni pomak koji se treba uzeti u obzir: ΔH=0.005H

Najveći horizontalni pomaci javljaju se pri prvom punjenju akumulacije.


19/30

[Type text] Page 59

Slijeganje je više izraţeno kod nasutih zemljanih brana nego kod brana od kamenog nabaĉaja.Tijekom eksploatacije potrebno je mjeriti pomake i slijeganje brane.

Problemi koji se mogu pojaviti:

Neravnomjerno slijeganje:o Nastaje uslijed asimetrije profila, strmih bokova, naglih lomova u temeljnoj spojnici,

slijeganjem temelja i sl. – stvaranje pukotina;o Potrebno je koristiti visokoplastiĉnu glinu za jezgru; o Posebno su osjetljive nasute brane s vododrţ ivim ekranom . Veća st išljivost jezgre od susjednih zona – “vješanje jezgre” o susjedne zone.Razlike u slijeganju susjednih zona.

Geometrijske i konstruktivne karakteristike

Projektiranje nasutih brana i hidrotehničk ih nasipa:

Tehnički uvjet i

OS brana je većinom u pravcu, mada suvremena rješenja usvajaju konveksno zakrivljenu osbrane.

ŠIRINA KRUNE BRANE ovisi o radnom prostoru koji je potreban u izvedbi i k orištenjuprometnica, te o visini brane.

bK 1,1 H 1 (m)

Minimalna širina iznosi 3 m, a za brane duže od 500 m širina iznosi barem 6 m.

NADVIŠENJE KRUNE BRANE – ovisi o visini valova (hV) i visini penjanja valova (hPV; ovisi onagibu pokosa i obradi površine), te sigurnosnoj visini (hS= 0.5-0.7 m):

hNAD hV hPV hS

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

Kod nasutih brana se također mogu izvoditi kontrolnegalerije. One se izvode u temeljima jezgre.

Slika 4.2::20 Dimenzije jezgre


20/30

[Type text] Page 60

4.4. Nasipi obrane od poplava

Nasipi obrane od poplave grade se paralelno s vodotokom i sprjeĉavaju razlijevanje velikih voda.Nasipi su samo povremeno (za vrijeme velikih voda) u funkciji. Ukoliko štite naselja od poplavedimenzioniraju se na 1000-godišnju veliku vodu, a ak o štite samo poljoprivredne površine na 100-godišnju veliku vodu ili se velika voda određuje na temelju ekonomskih analiza. Nasipi sunajčešće homogeni (mogu imati drenaţ u uz vanjsku noţ icu). Ako dolazi do porasta vode iznad kotenasipa postavljaju se vreće s pijeskom na krunu nasipa. Nasipi za obranu od poplava obiĉno suzatravljeni s obje strane (zaštita od erozije i poboljšanje vodonepropusnosti).

Javljaju se sliĉni problemi kao kod nasutih brana (npr. regresivna erozija).

Slika 4.2::21 Moguća rješenja nasipa obrane od poplava


21/30

[Type text] Page 61

TIJELO NASIPA

POSTELJICA

Slika 4.2::22 Procjedna linija kroz nasip

a) P omoću drenaž nog nasipa od kamenog nabača ja

Slika 3.2::23 Primjeri dreniranja nasipa - pomoću obratnog filtera i kamene obloge, pomoćudrenažne cijevi, pomoću horizontalnog drenažnog sloja

4.4.1. Preljevi

Prema položaju Prema načinu upravljanja Na objektu Fiksni (nema zapornice)

Na boku doline Sa pokretnim ureĊajem - zapornicom

Samostojeće graĊevine

DIJELOVI:

Kruna preljeva,

Korito – brzotok (za transport vode od krune preljeva do slapišta), Slapište –bučnica (za umirenjevode).

Na izbor proračunskog protoka (PP) utječe:o Ugroţ enost nizvodnog područja,o Znaĉaj brane, o Tip brane, o Tip preljeva, o Pouzdanost hidroloških podataka, o Retencijske mogućnosti akumulacije.

Najčešće se uzima 1000 (i provjerava 10 000)-godišn

ja velika voda za proračun, iako seukoliko su ugroţ eni ž ivoti ljudi koji ž ive nizvodno može uzeti i maksimalno moguća velika voda (SAD).


22/30

[Type text] Page 62

Preljevi betonskih brana

Preljev sa slapištem Preljev s nepotopljenim odskokom

(ski-jump)

Preljev s potopljenim odskokom Preljev sa odskokom na luĉnoj brani

(ski-jump)

Slika 4.2::24 Tipovi preljeva betonskih brana

Betonske brane najčešće imaju preljev preko tijela brane, dok se kod nasutih može dio braneizvesti u betonu kao preljev.

Slika 4.2::25

Vrste slobodnih preljeva:

S oštrim bridom Sa širokim pragom Praktiĉnog profila (prati konturu mlaza koji nastaje kod preljevanja preko oštrobridnog

preljeva)


23/30

[Type text] Page 63

Preljevi nasutih brana

Brzotok - ozraĉivanje mlaza, zak ošenje vodnog lica ako je brzotok izveden u krivini.

Sastoji se od ploĉe dna i zidova brzotoka.

Nastoji se što manje mijenjati pad nivelete i izvestiizravnanje zemljanih masa (iskopa/nasipa).

Slika 4.2::26 Čeoni preljev

Izlazni

Slika 4.2::27 Boĉni preljev sa sabirnim

kanalom

Slika 4.2::28 Boĉni preljev sa tunelskimprovodnikom


24/30

[Type text] Page 64

Bunarski (šahtni) preljev

Koristi se ako je izgrađen obilazni tunel za evakuaciju vode za vrijeme gradnje pa ga semože preurediti za odvođenje vode bunarskog preljeva.

Slika 4.2::29 Bunarski (šahtni)preljev

4.4.2. Temeljni ispusti

Temeljni ispust mora biti postavljen ispod minimalne radne razine.Služi za praćnjenje akumulacije:

-radi pregleda i popravaka,

-kao evakuacijski organ za vrijeme velikih voda,

-za praţ njenje nanosa koji se istaložio.

Postavlja se:

Kroz tijelo brane (kod betonskih),

Oko brane - kroz teren (kod nasutih i ponekad kod betonskih),

Ispod brane (koristi se rijetko).


25/30

[Type text] Page 65

Temeljni ispust se sastoji od:

-Ulazne građevine, -Provodnika,

-Kontrolnog dijela – za regulaciju – zatvaraĉnica sa zatvaraĉem, -Izlaznog dijela,

-Slapišta.

Uz svaku branu izvodi se i zahvat vode koji se može rješavati u okviru temeljnog ispusta ali ine mora.

Temeljni ispust kroz tijelo brane radi se kod betonskih gravitacijskih, kontrafornih, olak šanih iluĉnih brana. Ulaz je na uzvodnom licu brane. Havarijski i remontni zatvaraĉ radi se na uzvodnom licu.Regulacijski zatvaraĉ izvodi se na nizvodnom kraju ili u zatvaraĉnici u tijelu brane. Može se koristitislapište preljeva, pod uvjetom da se ne koriste istovremeno.

Slika 4.2::37 Karakteristiĉni presjek brane kroz temeljni ispust

Temeljni ispust oko/ispod brane - kroz teren radi se kod nasutih i ponekad kod betonskih. Radi se kaotunel sa zatvaraĉnicom na ulazu, blizu sredine ili na kraju.

Ako se za vrijeme gradnje evakuacija vode provodi obilaznim tunelom tada se on nakon završetka branemoţ e adaptirati u temeljni ispust, odvod bunarskog preljeva, dovod na HE,… Ako se obilazni tunelkoristi kao temeljni ispust ĉesto je prevelikih dimenzija u odnosu na potrebne dimenzije temeljnog ispustapa se adaptacija provodi u obliku suţ enja na mjestima zavaraĉa. Dimenzioniranje slapišta se provodi kaokod preljeva.

4.5. Obrana gradilišta od velikih voda

Brane se grade u riječnom koritu, stoga je neophodno poduzeti mjere kojima će se osigurati suhagrađevinska jama (potrebno je postaviti drenažni sustav za crpljenje vode koja se procjeđuje ujamu). Način evakuacije voda za vrijeme građenja ovisi o:

-topografiji terena,

-geološkim i hidrogeološkim uvjetima,-tipu i veliĉini brane,-tipu stalnih evakuacijskih organa,

-hidrološkim i hidrometeorološkim karakteristikama sliva.Postupci gradnje u riječnom koritu: -Privremeno skretanje toka,

-Postupno građenje u koritu,-Građenje van korita.


26/30

[Type text] Page 66

4.5.1. Privremeno skretanje toka

Primjenjuje se često kod uskih dolina sa strmim bokovima gdje se može postaviti kratak tunel (do 500 mdužine). Grade se uzvodni i nizvodni zagati (predbrane-pomoćne brane). Uzvodni zagat pregrađuje koritoi usmjerava vodu u obilazni tunel, dok se nizvodni zagat gradi po potrebi i to u svrhu sprjeĉavanjapovrata vode uslijed uspora (ako je teren relativno blag i/ili se radi o velikoj koliĉini vode…). Uzvodni inizvodni zagat mogu se graditi kompletno izvan tijela brane ili mogu biti ugraĊeni u tijelo brane. Ako

se grade samostalno tada se nakon izgradnje brane mogu srušiti, uzvodni se moţ e potopiti.

Redoslijed gradnje:

1. Obilazni tunel – gradi se za vrijeme malih voda (uz izgradnju pomoćnog zagata)

2. Uzvodni zagat – prije nailaska velikih voda

3. Nizvodni zagat – po potrebi

Slika 4.3::1 Privremeno skretanje toka

4.5.2. Građen je van korita

Objekt se gradi izvan korita pa se nakon izgradnje voda skrene prema njemu.

Slika 4.3::2 Građenje van korita


27/30

[Type text] Page 67

4.6. Akumulacije i reguliranje protoka

Zadatak gospodarenja vodama je u zadano vrijeme osigurati potrebnu količinu vode određenekvalitete. Obzirom da su režim dotoka i potrošnje u pravilu neusklađeni, potrebno je vode iz „vodnog“ perioda prebaciti u „sušni“ period, odnosno regulirati protok . Prema tome voda iz „vodnog“ periodamora se akumulirati za „sušni“ period.

Osnovni parametri akumulacije

Akumulacija se obično stvara pregrađivanjem riječnog korita branom.

Najvaţ niji parametri (slika 3.4::2) svake akumulacije određeni su topografijom akumulacije,specifićnim volumenima i kotama, krivuljom protoka i propisanim reţ imom rada akumulacije.

Slika 4.4::2 Osnovni parametri akumulacije


28/30

[Type text] Page 68

Pokazatelji karakteristika akumulacije

Doprinos akumulacije

Bonitet akumulacije

Bonitet usporne graĊevine Odnos korisnog volumena i ukupnog godišnjeg dotoka Energetska vrijednost akumulacije

Doprinos akumulacije

ISKORISTIVOST RIJEKE (IR) IR=Vkor /V

Slika 4.4::4 Konstrukcija krivulje iskoristivosti rijeke

ISKORISTIVOST IZGRADNJE (IIZ) IIZ=Vkor /Vpot=Vkor /Qi•T, Vpot-potencijalno moguća iskoristiva voda

Slika 4.4::5 Konstrukcija krivulje iskoristivosti izgradnje


29/30

[Type text] Page 69

ISKORISTIVOST RIJEKE S AKUMULACIJOM (IR A)

IRA=(Vkor +ΔV) /VUK

VKOR-volumen koji se koristi za instalirani protok Qi

ΔV-volumen koji se dodaje

Slika 3.4::6 Iskoristivost rijeke s akumulacijom

DOPRINOS AKUMULACIJE (Dak) - omjer dodatnog prema iskorištenom volumenu

Vrste reguliranja protoka

Ovisno o periodu u kojem se voda izravnava definiraju se slijedeće vrste reguliranja:

1) višegodišnje izravnanje – omogućava da se višak vode iz vodnih godina prebaci u period sušnihgodina

2) godišnje ili sezonsko izravnanje – omogućava da se voda iz vodnih perioda u toku jedne godineprebacuje u sušne periode iste godine

3) tjedno izravnanje – uravnotežuje neravnomjernost potrošnje tokom tjedna4) dnevno izravnanje – uravnotežuje neravnomjernost potrošnje u toku jednog dana.

Dimenzioniranje akumulacije

Analizira se vremenski period u kojem je poznat hidrogram dotoka Q(t) i potreba P(t). Najveći manjak upromatranom periodu predstavlja volumen vode koji je potrebno saĉuvati da bi se ispunile potrebepotrošaĉa, tj. korisni volumen akumulacije.

Korisni volumen akumulacije moţ e se odrediti na više naĉina, a svi se temelje na bilancnoj jednadţ bi.Sumarna krivulja općenito moţ e prikazivati sumarni volumen dotoka, ulaza, izlaza i potreba.

Sumarna krivulja monotono je rast uća ili horizontalna (za Q=0) krivulja sa sljedećimsvojstvima (slika 4.4::7):

o nagib sekante predstavlja srednji protok na nekom intervalu tg

o nagib tangente u bilo kojoj toĉki odgovara protoku u toj toĉki tg

V i

iQ

i

t i

kQ

k


30/30

Documents

seminarski hidrotehnicke.pdf