UNIVERZITET U BEOGRADU GRA URBANA DRENAŽAhikom.grf.bg.ac.rs/stari-sajt/web_stranice/KatZaHidr/Predmeti/Urbana... · Planirana dinamika i faznost izgradnje objekta ima veoma značjan

4/29/2014

1

URBANA DRENAŽAŠKOLSKA 2013/2014

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

Beograd, 2014

DRENAŽNI SISTEMI U FAZI GRADNJE OBJEKATA

UNIVERZITET U BEOGRADU

GRAĐEVINSKI FAKULTET

Drenažni sistemi u fazi gradnje objekata

Izgradnja građevinskih objekata je veoma često otežana prisustvom podzemne i/ili površinske vode, što može značajno i najčešće neplanirano da poskupi i produži period izvođenje radova.

4/29/2014

2


Zadatak drenažnih sistema u fazi gradnje je da se upravljanjem nivoom podzemne vode omogući izvođenje radova u suvom.

Drenažni sistemi u fazi gradnje su najčešće privremeni objekti.

Zavisno od karakterisitika zemljišta, potrebnog sniženja nivoa podzemne vode, trajanja izgradnje i drugih uslova, drenažni sistemi mogu biti veoma jednostavni i zahtevati male investicije ili veoma složeni, sa značajnim investicionim i eksploatacionim troškovima i potencijalno veoma opasni po objekte koji se nalaze u blizini branjenog objekta.

Drenažni sistemi u fazi gradnje objekataGlobalni prikaz metodai mogućnosti primene:

4/29/2014

3


Globalni prikaz metoda i mogućnosti primene:‐ u nestruktuiranim zemljištima kao što su peskovita i šljunkovita, osnovni zadatak je obezbediti dovoljan kapacitet drenažnog sistema i predvideti raspored elemenata ovog sistema takav da radijus dejstva bude dovoljan da obuhvati čitavo branjeno područje


Globalni prikaz metoda i mogućnosti primene:Kod zemljišta kod kojih je efektivni prečnik zrna D10 manji od 0.05 mm, dotok u drenažni sistem je veoma mali i može se meriti u litrima u minuti. Radijus dejstva elemenata ovog sistema je mali. Gravitacione metode nisu efikasne pa se najčešće projektuju drenaže zasnovane na vakumnim sistemima sa kojima se voda pod podpritiskom evakuiše iz zemljišta

4/29/2014

4


Globalni prikaz metoda i mogućnosti primene:

U slučaju kada se iskop obavlja u veoma krupnozrnim materijalima, područje iskopa se veoma često brani izgradnjom veštačkih barijera – dijafragmi, čime se otežava dotok vode i stvaraju povoljniji uslovi za eventualnu uspešniju primenu drugih metoda dreniranja.

Za određenu vrstu objekata postoji i mogućnost primene podvodnog iskopa.


Globalni prikaz metoda i mogućnosti primene:

Kod teških, glinovitih zemljišta moguće je primeniti metode zasnovane na elektroosmozi. Kako se radi o veoma skupoj metodi, njena primena nije zaživela u praksi.

Prethodna analiza se odnosi na karakteristike zemljišta iz koga se crpi voda, što ne mora odgovarati karakteristikama zemljišta u kome se obavlja iskop. Na primer bunari se, zavisno od položaja vodonosnog sloja i režima podzemnih voda, najčešće postavljaju na znatno većoj dubini nego što je dubina na kojoj se obavljaju radovi. Na ovaj način se gornji, po pravilu slabije propusni sloj, drenira kroz vodonosni sloj iz koga se efektivno crpi voda.

4/29/2014

5


Drenažni rovovi i drenažne jameNajjednostavniji metod primenljiv u sledećim slučajevima:

Teška zemljišta koja se odlikuju malim koeficijentima filtracije uz eventualno prisustvo proslojaka peskovitog zemljišta koje nije je u kontaktu sa vodonosnim slojem

Nivo podzemne vode i potrebna dubina iskopa su takve da nije potrebno značajno sniženje pa samim tim ni dotok u drenažne rovove nije veliki.

Dno iskopa i nivo podzemne u donjem vodonosnom sloju su na takvim kotama, da ne preti opasnost od naglog i nekontrolisanog prodora podzemne vode pod značajnim pritiskom kroz dno iskopa.


Drenažni rovovi i drenažne jameMože se primeniti i u kombinaciji s drugim metodama sniženja nivoa podzemne vode. Kada se osnovni drenažni sistem sastoji od dubokih bunara, kojima se voda snižava u donjem vodonosnom sloju i dalje je moguća pojava lateralnog dotoka vode. U tom slučaju je potrebno izgraditi sistem drenažnih rovova i sabirnih jama kao sekundarnu meru, što omogućava raniji početak ili nastavak radova.

4/29/2014

6


Igla filteriSkup bunara malog prečnika (oko 50 mm, dužine 7 m) koji su preko sabirnog cevovoda priključeni na vakum pumpuMetod koji ima najveći opseg primene u praksiMetod je pogodan i za prašinasto peskovita zemljišta, sitnozrne peskove i peskovita zemljištaEfikasna je primena kako pri dotocima od desetak litara u minuti pa sve do protoka od nekoliko desetina litara u sekundi


Igla filteri

Primena metode je efikasna kada je zahtevano sniženje nivoa podzemne do 6 metaraZa veća sniženja potrebno postavljanje odvojenih baterija igla filtera na različitim nivoima

4/29/2014

7


Igla filteri

Elementi drenažnog sistemaigla filteri – bunari malog prečnika, najčešće 50 i 75 mm, dužine 7 do 8 metara od kojih je poslednji metar izveden sa perforacijom. Minimalno rastojanje je 1 m.Sabirni kolektor – je aluminijumska cev sa otvorima na rastojanju od 1 m, na koje se priključuju igla filteri. U sabirnom kolektoru se ostvaruje podpritisak.Vakumna pumpa – se nalazi na kraju drenažnog sistema i zadužena je za održavanje vakuma u sistemu i evakuaciju prikupljene vode kroz potisni deo pumpe. U praksi se najčešće primenjuju pumpe kapaciteta do 30 l/s.


Igla filteri

Najveći problem koji se javlja prilikom rada igla filtera je u održavanju potrebnog podpritiska u sistemu. Bilo kakav značajniji prodor vazduha na spojevima kompromituje sistem i dolazi do brzog povratka podzemne vode u zonu iskopa, što može prouzrokovati značajne neposredne i posredne štete. Neposredna bi se odnosila npr. na mogućnost isplivavanje još nedovršenog objekta ili potapanje mehanizacije, a posredna šteta je u odlaganju radova.

4/29/2014

8


Duboki bunari – vertikalna drenaža

Duboki bunari se primenjuju kada postoji moćan vodonosni sloj, koji se nalazi ispod kote dna iskopa i u kome je nivo podzemne vode iznad dna iskopaDuboki bunari su po potrebnim investicijama i eksploatacionim troškovima sigurno najskuplje od razmatranih rešenja. Zbog toga je i pitanje broja, rasporeda i dubine bunara veoma važnoPreporuka je da se prvi bunar iskoristi kao opitni i da se na njemu uradi test probnog crpljenja


Duboki bunari

Projektom se pre svega definiše: dubina, minimalan broj, raspored i kapacitet bunara, periodi rada pojedinačnih bunara zavisno od predviđenih faza izgradnje objekta i sračunato sniženje. Projektom je potrebno definisati i filtarski zasip kako ne bi došlo do sufozije (ispiranja sitnijih čestica) prilikom eksploatacije bunara.Precrpljivanje bunara podrazumeva crpljenje većih količina vode iz bunara nego što je to predviđeno čime se povećava opasnost od sufozije. Osim toga dolazi i do previše učestalog uključivanja i isključivanja bunarske pumpe, što nepovoljno utiče na njen eksploatacioni vek.

4/29/2014

9


Proračun elemenata drenažnog sistema

Cilj izgradnje drenažnog sistema, je da se omogući izvođenje radova u uslovima sniženog nivoa podzemne vode, a da se pri tome ne ugroze okolni objekti i saobraćajnice. Drenažni sistem mora biti dovoljnog kapaciteta, s obzirom na karakteristike vodonosnog sloja iz koga se crpi voda, ali i da se odgovarajućim izborom filterskog sloja onemogući sufozija. Osim kapaciteta pojedinačnih elemenata sistema (npr. bunara ili igla filtera) bitan je i prostorni raspored elemenata drenažnog sistema, imajući u vidu da je najčešće potrebno preklapanje zona uticaja. Potrebno je projektom definisati i raspored rada u vremenu s obzirom na planiranu dinamiku izvođenja radova. Za proračune se uglavnom primenjuju analitički modeli za ustaljene ili neustaljene uslove. Tačnost proračuna najviše zavisi od karakteristika sloja iz koga se crpi voda, a pre svega od: ‐ Darsijevog koeficijenta filtracije k (m/s)‐ Transimivnosti T = k M (m2/s) gde je M prosečna debljina vodonosnog sloja‐ Efektivne izdašnosti Sei veličina koje se obično procenjuju na osnovu empirijskih formula, kao što su dotok u pojedinačni bunar i radijus dejstva bunara ili drenažnog rova.



Analitičke metode proračuna u ustaljenim uslovima:

br

R

kM

Qs 0ln

2

br

R

hHk

Qs 0ln

)(

hHMH

rR

hHkQ

sb

2

0 )(ln

)(

15

kvmx

152

kr

l

Qb

f

L

kMsq

L

shHkq

2

)(

4/29/2014

10



Radijus dejstva bunara (Ro) – drena (L)

ksCR 0

k se unosi u (m/s) a s u metrima.

Keficijent C, za bunare iznosi 3000 a za duboke drenažne rovove se može usvojiti vednost 2000.

Prethodna jednačina se odnosi na slučaj kretanja vode sa slobodnom površinom.


Vertikalna drenaža – rad grupe bunara

Za proračun depresije se koristi princip superpozicije, po kome se ukupno sniženje podzemne vode u nekoj tački računa kao zbir depresija pojedinačnih bunara:

Iako se teorijski princip superpozicije može primeniti samo na slučaj kretanja podzemne vode pod pritiskom, isti princip se sa dovoljnom tačnošću može primeniti i kod crpljenja iz vodonosnog sloja sa slobodnom površinom, ukoliko je depresija smanja od oko 20% od debljine vodonosnog sloja u neporemećenom stanju

)...ln(lnln2 210 np xxxRn

kM

Qs


4/29/2014

11


Planirana dinamika i faznost izgradnje objekta ima veoma značjan uticaj na projektovanje elemenata drenažnog sistema, posebno ako se radi o objektima koji se: prostiru na većoj površini ili je u pitanju izgradnja linijskih objekata – cevovoda i kolektora. U tim uslovima je potrebno projektovati drenažni sistem koji će pratiti dinamiku izgradnje i u projektu dati procenu vremena potrebnog da se sistem instalira, kao i potrebnog vremena rada sistema da bi se ostvarilo zahtevano sniženje.

Najčešće se primenjuju:Theis‐ovo rešenje i Hantush‐ijevo rešenje

Analitičke metode proračuna u neustaljenim uslovima:

Tt

Sru

uwT

Qs

e

4

)(4

2

sB

kq

'

'

)/,(4

k

BTb

bruHT

Qs

)(2)/,(lim 00 b

rKbruH

u


Kod dimenzionisanja i proračuna efekata rada drenažnog sistema, mora se računati ne samo sa činjenicom da će biti više bunara u zajedničkom radu, već i da će zbog tehnologije građenja pojedinačni bunari imati različite periode rada, pa i eventualno promenljiv protok u toku rada drenažnog sistema.U slučaju primene analitičkih rešenja za neustaljene uslove, osim primene već opisanog principa superpozicije u prostoru, primenjuje se i princip superpozicije u vremenu. Na taj način se obuhvata slučaj rada grupe bunara sa promenljivim protokom, pa se depresija (s) u nekoj tački računa kao zbir depresija od svakog bunara pojedinačno:


j i

j

ij

ejij

B

r

ttT

SrH

T

Qs ),

)(4(

4

2

gde je j oznaka za redni broj bunara a i oznaka za vremenski presek (tij) u kome se desila promena protoka u j‐tom bunaru za vrednost ΔQij

4/29/2014

12


Primer primene ovakvog modela u slučaju rada grupe bunara koji se projektuju za potrebe izvođenje kolektora. Predviđa se rad drenažnog sistema u tri faze. U prvoj fazi rade samo bunari B1 i B2, zatim se izvode i uključuju bunari B3, B4 i B5, a nakon završetka druge faze, uključuju se bunar treće faze koji ima najveći protok, a potom isključuju bunari druge faze. Rezultati modela su dati u formi konturnih linija iste depresije s i prikazani su za trenutak t kada su uključeni bunari prve i druge faze izgradnje objekta.



Filterski sloj ima dvostruku ulogu. Sa jedne strane postavlja se da bi se smanjili gubitci energije na ulazu u drenažu i taj uslov se zadovoljava tako što se od filtra zahteva da njegov koeficijent filtracije (kf) bude makar 10 puta veći od koeficijenta filtracije okolnog zemljišta.Druga funkcija filterskog sloja je sprečavanje sufozije, odnosno ispiranja sitnijih čestica iz okolnog zemljišta.

Terzaghi‐jev kriterijum:Df 15 > 4 Ds 15Df 15 < 4 Ds 85

USBR‐ov kriterijum:

Zaštitni filtri:

Donja granica Ds60 (mm) 100 60 30 10 5 0

0,02-0,05 9,52 2,00 0,61 0,33 0,30 0,070,05-0,10 9,52 3,00 1,07 0,38 0,30 0,070,10-0,25 9,52 4,00 1,30 0,40 0,30 0,07

0,25-1,00 9,52 5,00 1,45 0,42 0,30 0,07

Gornja granica Ds60 (mm) 100 60 30 10 5 0

0,02-0,05 38,10 10,00 8,70 2,50 0,59 38,10

0,05-0,10 38,10 12,00 10,40 3,00 0,59 38,10

0,10-0,25 38,10 15,00 13,10 3,80 0,59 38,10

0,25-1,00 38,10 20,00 17,30 5,00 0,59 38,10

4/29/2014

13


Modifikovan Terzaghi‐jev kriterijum:Df 15 > 5 Ds 15

Df 15 < 5 Ds 85

Zaštitni filtri:


Dodatni uslov koji se postavlja u slučaju filterskog sloja za bunarske konstrukcije, je u pogledu koeficijenta uniformnosti filtra (Cu=D60/D10).

Smatra se da je kod filterskog zasipa potrebno imati vrednosti Cu od 3 do 5 zavisno od uniformnosti zemljišta (ovaj uslov se postavlja da ne bi došlo do segregacije filterskog zasipa tokom ugradnje).

Veoma često se kod projektovanja zaštitnog filtra provera i dopunski USBR‐ov kriterijum koji ima sledeći oblik: Df 50 < 25 Ds 50. Primenom ovog kriterijuma se obezbeđuje da krive mehaničkog sastava filtera i zemljišta budu približno paralelene.

Preporučene debljine filterskog zasipa su od 50 do 150 mm (veće debljine se ne preporučuju zbog problema sa “razradom” bunara).

Prilikom projektovanja filterskog sloja, potrebno je voditi računa o veličini otvora kroz koji se prikuplja izdrenirana voda. Uobičajen uslov za filterski deo bunarske konstrukcije je da veličina otvora bude približno jednaka vrednosti Df85 (ovaj uslov se postavlja da ne bi došlo do preteranog ispiranja sitnijih zrna filterskog zasipa).

Radi smanjenja gubitka energije prilikom prolaska vode kroz sam filterski deo bunarske konstrukcije, preporučuje se da procenat svetlog otvora bude približan poroznosti filterskog sloja.

Zaštitni filtri:

4/29/2014

14


Sniženje nivoa podzemne vode za posledicu ima sleganje tla.Sleganja mogu biti mala i ravnomerna, pa samim tim ostaju nezapažena, ali je u zavisnosti od uslova moguće da dođe i do značajnih oštećenja na objektima i infrastrukturi.

Sleganje tla


OPIS FENOMENA:

Kod sniženja nivoa podzemne vode dolazi do povećanja efektivnih pritisaka, pa zemljište postaje zbijenije i smanjuje se koeficjent poroznosti. Sa druge strane, tlo nije elastičan materijal tako da je najveći deo ovih deformacija trajan (vidi sliku). Najviše se oko 20% ovih deformacija može vratiti.

Sleganje tla

4/29/2014

15


Uticaj promene nivoa podzemne vode na promenu pornih i efektivnih pritisaka tla:

Sleganje tla

Naponi u tlu u geostatičkim uslovima bez prisustva podzemne vode

Pretpostavke:‐ važi Hukov zakon‐ ravansko stanje napona: σx= σy= σh

EE

EE

zxx

xzz

)1(

2

E ‐modul elastičnosti, ν ‐ Poasonov koeficijent

U slučaju jednodimenzionalne vertikalne kompresije (εx=0):

1zx

Odnos ν/(1‐ ν) je koeficijent horizontalnog pritiska tla u mirovanju Ko.


Uticaj promene nivoa podzemne vode na promenu pornih i efektivnih pritisaka tla:

Sleganje tla

)1)(21(

)1(

EM

M

v

v

zz

Veza između napona i deformacije kod jednodimezionakompresije:

Mv modul stišljivosti

Za vrednost Poasonovog koeficijenta ν od 1/3, dobija se moduo stišljivosti Mv koji iznosi 1.5

.E. Dimenzionalno i po redu veličine, moduo stišljivosti odgovara modulu elastičnosti (E).

zyxo

v V

V

4/29/2014

16


Uticaj promene nivoa podzemne vode na promenu pornih i efektivnih pritisaka tla

Sleganje tla

Kada postoji voda u tlu, ukupni napon se može podeliti na deo koji se odnosi na efektivni pritisak tla (koje je olakšano u vodi) i deo koji se odnosi na pritisak vode

wwzz hh

Prethodna jednačina može se napisati i u sledećoj formi:

)()( wwwzz hhh

)(

))(('

'

ww

wwzz

zz

hhp

hh

p

Totalni pritisak se razdvaja na efektivni i porni:


Uticaj promene nivoa podzemne vode na promenu pornih i efektivnih pritisaka tla

Sleganje tla

Slučaj promene napona kada postoji vodonsoni sloj pod pritiskom iznad koga se nalazi znatno manje propusan povlatni sloj i dođe do sniženja nivoa podzemne vode za s:

sp

pp

wz

zzz

'

'' )()(

constE

Mv

)1)(21(

)1(

Linearan elastičan model trenutnog sleganja:

v

zz M

'

Documents

UNIVERZITET U BEOGRADU GRA URBANA DRENAŽAhikom.grf.bg.ac.rs/stari-sajt/web_stranice/KatZaHidr/Predmeti/Urbana... · Planirana dinamika i faznost izgradnje objekta ima veoma značjan