UNIVERZITET U BEOGRADU GRA URBANA DRENAŽAhikom.grf.bg.ac.rs/stari-sajt/web_stranice/KatZaHidr/Predmeti/... · Povećanje bezbednosti saobraćaja Očuvanje životne sredine ... Protok

5/7/2014

1

URBANA DRENAŽAŠKOLSKA 2013/2014

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

Beograd, 2014

Sistemi za odvodnjavanjeputeva

UNIVERZITET U BEOGRADU

GRAĐEVINSKI FAKULTET

Sistemi za odvodnjavanje puteva

SADRŽAJ

Uvod

Kriterijumi za projektovanje

Prikupljanje kišnog oticaja

Odvođenje kišnog oticaja

Infiltracioni sistemi

5/7/2014

2

Uvod

Sistem za odvodnjavanje se gradi za potrebekontrolisanog prikupljanja i odvođenja kišnog oticaja sa kolovoza, pri pojavi

merodavnih padavina.

Osnovni problem je formiranje sloja vode na kolovozu što dovodi do smanjena vidljivost, pojave hidroplaninga ...

Faktori koji utiču na zadržavanje vode na kolovozu su:‐ poprečni i podužni pad kolovoza‐ rastojanje između slivnika‐ intenzitet kiše ‐ hrapavost kolovozne površine

Uvod Ciljevi:Povećanje bezbednosti saobraćajaOčuvanje životne sredine

Sistem za odvodnjavanje: Deo za prikupljanje kišnog oticajaDeo za odvođenje prikupljenog oticaja do izliva

5/7/2014

3

0.01

0.1

1

10

1 10 100 1000

Trajanje kiše (min)

Inte

nzi

tet k

iše

(m

m/m

in)

T = 2 god

T = 5 god

T = 10 god

T = 20 god

T = 50 god

T = 100 god

Kriterijumi za projektovanje Propisuje se dozvoljena širina plavljenja kolovoza (b), pri padavinama zahtevanog povratnog perioda (T)

Izbor kriterijuma zavisi od:‐ projektovane računske brzine ‐ očekivanog obima saobraćaja ‐ potrebnog ulaganja u sistem

Autoput i putevi sa računskom brzinom većom od 75 km/h –dozvoljeno plavljenje samo zaustavne trake i T=10 g

Putevi nižeg ranga – dozvoljeno plavljenje polovine vozne trake i T=5g


Elementi geometrije trase od interesa za odvodnjavanje

Podužni pad (Sp) – min 0.5%, na kratkim deonicama 0.3%

Poprečni pad (Sx) – min 1.5%, max 2.5%; za put sa više traka u jednom smeru, za svaku narednu traku pad se povećava za 0.5 do1% do max 4%.

Orijentacija poprečnog pada: prema razdelnom pojasu ili prema zaustavnim trakama

Širina kolovoza (B)

5/7/2014

4

Prikupljanje kišnog oticajaTečenje uz ivičnjak

Tri tipa kanaleta (rigol):

a) Trougaoni poprečni presek

b) Produbljeni poprečni presek

c) Kanalete sa obostranim nagibom

• Uobičajene vrednosti za produbljeni poprečni presek su:

30 60

8 12%

w cm

a w

Proračun propusne sposobnosti kanalete (Q):


Proračun propusne sposobnosti složenog preseka ‐ tip b):

0

0

3/8

1

315.0

E

EQQ

ShSn

Q

QQQ

sw

psx

s

sw

1

3/80

1)1/

/1(

/1

/

wb

SSSS

E

waSS

xw

xw

xw

QEQQEQ sw )1(; 00

5/7/2014

5


Proračun propusne sposobnosti složenog preseka ‐ tip b):

PRIMER

mw

cma

mb

S

smn

S

p

x

6.0

5

6.1

014.0

015.0

022.03/1

smE

QQ

E

waSS

smQ

mh

mwbb

s

xw

s

s

s

/0366.01

883.0

11.0/

/0043.0

022.0022.01

0.1

3

0

0

3

Za slučaj da je Sw=Sx:

13

0

015.0

714.0

smQ

E

Rešenje

Prikupljanje kišnog oticajaSlivnici

Tri tipa slivnika:

1) Slivnici uz ivičnjak:

Sa paralelnim otvorima

Sa normalnim otvorima

2) Slivnici sa otvorima u ivičnjaku

3) Kombinovani

5/7/2014

6


Efikasnost slivnika

Q

QE i

Efikanost zavisi od:

elemenata geometrije trase

(podužni Sp i poprečni pad Sx)

Tipa slivnika i geometrije

(širine w i dužine L)

Dotoka Q


Proračun efikasnosti slivnika

Q

QE i

Dotok Q se deli na čeoni Qw i bočni Qs :

Deo protoka koji prihvata slivnik (Qi) zavisi od efikasnosti prijema čeonog (Rw) i bočnog dotoka (Rs):

QEQ

QEQ

s

w

)1( 0

0

)1( 00 ERERE

QRQRQ

sw

sswwi

5/7/2014

7


Proračun efikasnosti slivnika

Koeficijent efikasnosti prijema čeonog dotoka (Rw)

0

00

1

)(295.01

vv

vvvvRw

• v ‐ brzina toka Q koji stiže do slivnika• vo ‐maksimalna brzina, čijim se prevazilaženjem smanjuje efikasnost slivnika

Prikupljanje kišnog oticajaProračun efikasnosti slivnika

Koeficijent efikasnosti prijema bočnog dotoka (Rs)

3.2

8.10828.01

1

LSv

R

x

s

PRIMER

mL

mw

cma

mb

S

smn

S

p

x

6.0

6.0

5

6.1

014.0

015.0

022.03/1

smQEQ

ERERE

R

R

smv

mwaSb

A

smQ

E

i

sw

s

w

x

/033.0

89.0)1(

10.0

0.1

/85.0

043.022

/0366.0

883.0

3

00

22

3

0

Za slučaj da je Sw=Sx:

smQEQ

E

smQ

E

i /012.0

77.0

/015.0

714.0

3

3

0

Rešenje

5/7/2014

8


Efikasnost slivnika se može sračunati na sledeći način:

Deo protoka koji prihvata slivnik:

iQ E Q

3b iQ Q Q Q

Deo protoka koji slivnik ne može da prihvati:

Rastojanje između slivnika:

is

k

QL

B i C

Koraci u proračunu efikasnosti slivnika

),,();,(

)1(

0

00

LSvRRvvRR

ERERE

xssww

sw

Prikupljanje kišnog oticajaProračun rastojanja izmedju slivnika

Protok koji se prikuplja između dva slivnika (Racionalna teorija):

i k sQ i C B L

Maksimalna vrednost protoka za to= tk: 1 2o o ot t t

Proračun se sprovodi iterativno:

Iteracija tk ... to

1 tk1=2 min to

1

2 tk2=to1 to

2

...

n

3.04.0

6.06.0

1 36.1Si

nBt

e

so

2xps

2p

2x

SS1BB

SSS

)/(

a

s

v

Lt 02

t01 ‐ vreme putovanja do ivičnjaka: t02 ‐ vreme putovanja duž ivičnja

5/7/2014

9


1/3

11.5

2%

3%

0.012

0.9

x

p

B m

S

S

n m s

C

Karakteristike kolovoza Karakteristike slivnika Zavisnost ik (tk, Tp=10 god)

0.862

25.08

8.65k k

k

i tt


1. Širina plavljenja manja od širine zaustavne trake koja iznosi 2.75 m

2. Efikasnost slivnika ne sme biti manja od 2/3

PRIMER

Ulazni podaci:

mL

mw

mLs

5.0

5.0

25


PRIMER

Postupak iterativnog proračuna:

(Za početak proračuna se pretpostave to i E)

1. Merodavni intezitet kiše ik(tk=to)

2. Primenom Racionalne teorije Qi a zatim i Qb i Q

3. Proračun novog vremena koncentracije to=to1+to2

4. Proračun efikasnosti slivnika E(Rw, Rs)

Rezultati:

1. to = 1.54 min

2. bmax = 1.56 m < 2.75 m

3. E = 0.66 = 2/3

5/7/2014

10

Odvođenje kišnog oticajaMreža kolektora i/ili otvorenih kanala, ima ulogu da prikupljeni kišni oticaj sa kolovoza odvede do mesta izliva.

Odvođenje vode može biti zasnovano na: otvorenim kanalima zatvorenim kolektorima kombinovan sistem.


VQ

FiQ

ttiCi

e

ckke

)(

Merodavan protok (Q) se računa za potrebe određivanja hidrauličkog opterećenja sistema, radi projektovanja osnovnih geometriskih elemenata objekata: nagib dna, geometrije poprečnog preseka, vrste obloge.

Proračun merodavnih protoka Q

Primena Racionalne teorije:

i i

ioc v

L

v

Ltt )(

Proračun Q je iterativan:

5/7/2014

11

Odvođenje kišnog oticajaKriterijumi za dimenzionisanje

Dovoljan kapacitet da propusti merodavan protok (Q)

Dodatni uslovi: brzine toka (vmin i vmax) i ispunjenost proticajnog profila

Geometrijska ograničenja: minimalna i maksimalna dubinu ukopavanja, visinski položaj izliva, ograničenja koja se odnose na ukrštanje sa postojećom infrastrukturom (saobraćajnom infrastrukturom, vodotocima i kanalima, kanalizacionim i vodovodnim cevima)

Ograničenja iz projektantske prakse – npr. prečnik nizvodne deonice je uvek veći ilijednak prečniku uzvodne


Dimenzionisanje kolektora kružnog poprečnog preseka

Protok punog profila uz pretpostavku jednolikog tečenja: SDn

Qpp3/8312.0

Usvajaju se D i S tako da budu ispunjeni uslovi:

Q < Qpp

vmin < v < vmax

dubine ukopavanja kolektora između min. i maks.

D > Dmin

n ‐Maningov koeficijent (0.011 ‐ 0.014 m‐1/3s)

SD

hR

D

hA

nQ 3/2)()(

1

)sin

1(4

2

)sin

1(8

)21cos(2

2

D

O

AR

DO

DA

D

ha

5/7/2014

12

Odvođenje kišnog oticajaDimenzionisanje otvorenih kanala

Bo

hm

1

Proračun:

Usvaja se S (S=Sp) i računa se normalna dubina h=h(Q)

3/220

3/50

3/8

)12/(

)/()(

)(1

mhB

mhBhF

ShFhn

Q

B0 ‐ početna širina kanala 30 do 50 cm

m ‐ nagib kosina zavisi od karakteristika zemljišta (1 – 3)

n ‐Maningov koeficijent zavisi od: održavanja kanala, oblaganja kanala

Tangecijalni napon po okvašenom obimu kanala:

Odvođenje kišnog oticajaProvera erozione stabilnosti kanala

Bo

hm

1

gRS

20

0

12/

/

mhB

mhBhR

Hidraulički radijus:

Kategorija Opis N/m2

Koheziono zemljište

(indeks plastičnosti PI=10)

(Preuzeto od USDA)

Peskovita glina 1.8-4.5

Neorganska prašina 1.1-4.0

Prašinast pesak 1.1-3.4

Koheziono zemljište

(indeks plastičnosti PI≥20)

(Preuzeto od USDA)

Peskovita glina 4.5

Neorganska prašina 4.0

Prašinast pesak 3.5

Neorganska glina 6.6

Nevezana zemljišta2

(indeks plastičnosti PI<10)

(Preuzeto od USDA)

Sitnozrni pesak

D75<1.3 mm

1.0

Sitan šljunak

D75=7.5 mm

5.6

Šljunak D75=15 mm 11

Šljunak Krupan šljunak

D50=25 mm

19

Veoma krupan šljunak

D50=50 mm

38

Kameni nabačaj D50=0.15 m 113

D50=0.30 m 227

)/( 2mNdDozvoljeni napon:

Proračun erozione stabilnosti se može formulisati i preko maksimalne brzine (Vmax):

gR

n1

v d61

/

max

)

Oblaganje kanala:d

5/7/2014

13

Infiltracioni bazeni se najčešće predviđaju na mestima izlivanja na kojima postoji potreba za ublaženjem kišnog oticaja i/ili popravljanjem kvaliteta oticaja. Takođe se predviđa na mestima gde nema mogućnosti izlivanja u recipijent.

Metodologija proračuna

Infiltracioni sistemi)

Pojednostavljenjem jednačine upijanja dobija se:

fKR

tHtq

)()(

dttqFdtQtdHF )()(

Rešava se bilansna jednačina:

R je otpor upijanju (dan): R = z / Kf



if

if

ttR

tRK

R

tH

ttR

tRK

R

tR

F

Q

tH

,exp1exp

,exp1exp1

)(

0

Dinamika promene nivoa H(t), može se podeliti na prvi period u kome ima doticaja (t<ti) i period u kojem se infiltracioni bazen prazni (t>ti).

pretpostavka je da je dotok Q konstantan (tk >> tc) pretpostavlja se da punjenje počinje sa ispražnjenim bazenom: H(t=0)=0

Pražnjenje počinje sa početnim nivoom H0=H(t=ti).

5/7/2014

14



Potrebno vreme pražnjenja tpse može dobiti iz uslova:H (t=tp)=0:

RK

RKHRt

f

fp

0ln

Sračunata maksimlna dubina Ho i potrebno vreme pražnjenja tp , zavise od karakteristika zemljišta i površine F.

Proračun treba sprovesti za različita trajanja kiše.

Treba predvideti taložnik, kako bi se smanjio efekat kolmiranja i smanjenja infiltracione sposobnosti zemljišta.


Zbog urbanizacije, količina kišnog oticaja se povećava dok se kvalitet pogoršava.

5/7/2014

15

Infiltracioni sistemiUticaj urbanizacije na kvantitet kišnog oticaja

Frekvencija maksimalnih oticaja pre i posle urbanizacije

Maksimalnioticaji[m

3/s]

Povratni period [godine]

Pre urbanizacije

20% nepropusno

40% nepropusno

60% nepropusno


SedimentiSedimenti

OrganskematerijeOrganskematerije

NutrientiNutrienti

Toksična ulja imastiToksična ulja imasti

Teški metali(Zn, Pb, Cu , ...)Teški metali(Zn, Pb, Cu , ...)

Mikro‐organizmiMikro‐organizmi

DjubreDjubre

Uticaj urbanizacije na kvalitet kišnog oticaja

Zagadjen oticaj je toksičan poživi svet

Nutrienti mogu da dovedu do pojave cevtanja algi u stajaćimvodama

Uticaj zagađenog

kišnog oticaja navodoprijemnik:

5/7/2014

16


Infiltracioni bazeni

Infiltracioni kanali

Porozne površine

Infiltracioni sistemi za smanjenje i “popravljanje” kvalitetakišnog oticaja


Zatravnjeni kanali (swales)

Infiltracioni sistemi za smanjenje i “popravljanje” kvaliteta kišnog oticaja

5/7/2014

17


Bio‐retenzije (Bio‐retensions)

Infiltracioni sistemi za smanjenje i “popravljanje” kvaliteta kišnog oticaja

Documents

UNIVERZITET U BEOGRADU GRA URBANA DRENAŽAhikom.grf.bg.ac.rs/stari-sajt/web_stranice/KatZaHidr/Predmeti/... · Povećanje bezbednosti saobraćaja Očuvanje životne sredine ... Protok