2 - gradjevine za transport vode

11

UNIVERZITET U TUZLIRUDARSKO-GEOLOKO-GRAEVINSKI FAKULTET

GRAEVINE ZA TRANSPORT VODE

Prof. dr. sc. NEDIM SULJI, dipl.ing.gra. 2

Teenje sa slobodnom povrinom(otvoreni ili zatvoreni kanali i tuneli sa slobodnom povrinom)

pod pritiskom(tuneli pod p i cjevovodi)

Tip dovoda vode f-ja namjene objekta; topografije, geoloke grae . . .

Velike oscilacije NV u akumulaciji dovodi pod pZahvatanje iz plitkog povrin. zahvata kanali sa slobod. povrinom

3

KANALIMeu najstarijim HG nastanak prvih civilizacijaKanali ljudskom rukom oblikovani vodotoci

uticaj ovjeka manji ili vei f-ja namjene, L i znaaja

Teenje u kanalima sa slobodnom povrinomnajee u hidrauliki mirnom reimu

Kanali predstavljaju i zatvorene dovode (vlada teenje sa slobodnom povrinom)

4

Otvoreni kanali objekti opte namjeneZatvoreni dovodi objekti posebne namjene

(komunalna hidrotehnika i koritenje vodnih snaga)

Otvoreni kanali:1) Neobloeni kanali2) Obloeni kanali

Obloga kanala:-sloj materijala razliitih osobina od sredine gdje se gradi kanal-obloga titi dno i kosine kanala od procurivanja vode i od erozije toka

25

Neobloeni kanali:-jeftiniji od obloenih-bra gradnja-slabije vododrivi-podloni erozionom toku vode

-eroziona mo raste sa v toka vode ograniiti v(eroziona stabilnost)

Obloeni kanali:-v nije ograniena erozionom stabilnou

-poveanjem podunom I kanala manji presjek kanala(manji obim radova)

Obloeni kanali imaju veu propusnu mo od neobloenih za isti I dna kanala(manja hrapavost manji otpori teenju)

6

Projektovanje kanala:-odrediti trasu kanala-odrediti oblik i dimenzije poprenog presjeka kanala-odrediti tip kanala obloeni (tip obloge) ili neobloeni-osigurati potreban kapacitet sa najmanjim gubicima na procurivanje-osigurati najmanje gubitke energije toka-osigurati najmanje trokove izgradnje i odravanja-osigurati potrebnu statiku sigurnost

Na kanalima gradnja raznih HG sa razliitom opremom

zahvati ; sifoni ; akvadukti ; propusti ; kaskade : pragovi ; ustave

7

IZBOR POPRENOG PRESJEKA I TRASE KANALA

F-ja topografije i geolokih uslovaF-ja osobina obloge kanalaOsigurati potreban Q uz potreban I dna kanalaNajei popreni presjek trapezni i parabolini

Ravniarski krajevi kanali u zemljanom materijalu(koliina materijala iz iskopa = koliini materijala za nasip)

smanjivanje obima zemljanih radova i transporta mater.

Kanal u blagoj padini u zemljanom materijalu 8

Strme planinske padine sa zdravom stijenom:-kanal usjecamo u stjenovitu sredinu-presjek kanala zatvaramo AB potpornim zidom

Kanal na strmoj padini u stijenskom materijalu

39

Izbor optimalnog poprenog presjeka kanala hidrauliko stanovite

za potreban Q, poznatu hrapavost kanala i poduni pad I kanala

odrediti dimenzije kanala i nagib kosina A i O da budu minimalni

zemljani radovi na oblozi kanala su najmanji

minimalni okvaeni O minimalno procurivanje iz kanala

Protok vode u kanalu prema Manningovoj jednaini

10

Trapezni popreni presjek kanala sa geometrijskim veliinama

Sutina vei kapacitet za zadatu A kanalato manji presjek kanala za zadati kapacitet

Ako je A nepromjenjiva prizmatian kanal

moemo jednu od promjenjivih (b, h, m) izraziti preko druge dvije i preko A

Za trapezni kanal (prema slici):

Uslov da je A const.

11

Trapezni popreni presjek kanala sa geometrijskim veliinama

Prema prethodnoj postavci okvaeni O da je minimalan

funkcija O(h,m) da ostvari minimum po h i po m:

za const. m

za const. h

za

optimalna vrijednost odnosa:

12

Pravougaoni kanal m=0

optimalni odnos b i h vode u kanalu b/h = 2

h je dva puta manja od b kanala

Optimalni pravougaoni presjek kanala

413


Slika:-unutar optimalnog pravougaonika moemo opisati polukrug -polukrug prenika D = b = 2h-kod polukruga okvaeni O minimalan u odnosu na A kanala

najefikasniji pravougaonik koji najvie odgovara polukrugu

14


Prethodno analitiko rjeenje optimalnog oblika i dimenzija (odnos b / h i nagiba m)

teko izvodljivo u praksi

Polukruni presjek otpada zbog:-neefikasnog iskopa teko osigurati stabilnost-neefikasnog betoniranja potrebna sloena oplata

Do oblika i dimenzija presjeka kanala dolazimo uglavnom:-poreenjem i ekonomskim vrednovanjem vie razmatranih rjeenja

Na kapacitet utiu hrapavost obloge i poloaj trase nagib dna kanala

15

Izbor poloaja trase kanalaF-ja namjene kanala ; topografije ; geoloke grae terena ; naseljenosti . . .Teiti da kanal bude to krai

Vei I kanala vea v vode u kanalu vei Q u kanalu za istu A kanala

Velike v vode u kanalu nastanak erozije obala i dna

Neobloeni kanali voditi trasu blagim podunim I

manja eroziona mo toka vode

16

Sluaj kada kanal mora savladati veliku visinsku razliku pad

kontinualni poduni nagib pojava erozije

rjeenje viak pada E potroiti preko kaskadaili rjee klasinim brzotokom sa umirivaem E

Savladavanje vika pada pomou kaskada

517

Nizvodni kraj neobloenih kanala:-pojava erozije zbog poveanja v pri lokalnom sputanju NV

(depresiona linija)

Ako na nizvodnom kraju predvidimo granini uslov koji e izazvati depresionu liniju

slika (dole) kanal nastavljamo brzotokomna prelomu trase imamo hKR postaviti prag

na cijeloj L kanala uspostavimo normalnu h kanala

poto i prag stvara blagu depresiju(kanal prije praga zatititi kamenom oblogom ili gabionima)

18

NEOBLOENI KANALINeobloeni kanal:

-materijal koji ini njegov okvaeni O ne razlikuje se od materijala sredine

Oblaganje kanala smanjenje gubitaka vode na procurivanjeizbjegavanje erozijesmanjenje gubitaka E

Ne treba oblagati kanal u sluaju:-vododrivost kosina i dna zadovoljavajua-I dna kanala dovoljno blag nema opasnosti od erozije

Projektovanje neobloenog kanala:-prvo procijeniti gubitke na procurivanje-ako su gubici prihvatljivi odrediti dimenzije poprenog presjeka

odrediti poduni I kanala

19

Procjena gubitaka na procurivanje iz kanala

Najbolja procjena mjerenjima na probnim dionicama na terenuNumeriki modeli dobra procjena ako imamo odgovarajue podatke

(debljina slojeva ; k filtracije ; NPV u okolini kanala)

Procjena gubitaka najbre i najjednostavnije:-uz pretpostavku tzv. slobodne filtracije(NPV u terenu oko kanala dovoljno nizak da ne utie na isticanje kroz kanal)

tada imamo filtraciona L priblino = filtracionom padu

gradijent filtracije iznosi:

20

q filtracioni proticaj po jedinici duine kanala (gubitak vode iz kanala)K koeficijent filtracije tla u vertikalnom pravcuT irina po kojoj se obavlja filtracijaB irina vodenog ogledala u kanaluh dubina vode u kanalu

T raunata prema ugajevu T = B + 2h postoje i taniji postupci

621

q dobijen na ovaj nain obino precjenjen na strani sigurnosti

razlog poloaj NPV rijetko omoguava uslove za idealnu filtraciju

Procjena filtracije moemo koristiti i iskustvene vrijednosti (tabela):

10-6 do 2x10-5ljunkovita nevezana tla

5x10-6 do 10-5ljunkovita slabo vezana tla

10-6 do 5x10-6ljunkovita i pjeskovita glina

10-6Glina

GUBITAK NA PROCURIVANJE (m3/s/m2)MATERIJAL

22

EROZIONA STABILNOST NEOBLOENIH KANALA

Vuna sila toka NE smije biti prevelika da ne doe do erozije kanalaVoda optereena nanosom sprijeiti zasipanje kanala

(osigurati dovoljno snanu turbulenciju toka)

onemoguiti taloenje nanosa

Neobloeni kanal koji nije podloan eroziji ni zasipanju zovemo:

STABILAN KANALA ili KANAL U REIMU

Dimenzioniranje stabilnih kanala na iskustvu postojeih kanala

23

Za stabilan trapezni kanal u glinovitoj sredini:-srednja irina kanala u presjeku BSR-dubina h(BSR = irina kanala pri nivou koji odgovara polovini dubine)

mogu se procijeniti prema Smithu 1995:

BSR i h (m) Q (m3/s)

Pjeane sredine preporuka:

24

Metoda vune sile:Spada u jedan od postupaka projektovanja stabilnih kanalaPrema sastavu obloge kanala procijeniti kritini smiui napon na dno i kosine

(max. napon pri kome nema erozije)

Oblik i dimenzije poprenog presjeka kanala i poduni nagib

odreuju stvarni smiui napon vuna sila toka po jedinici povrine

stvarni smiui napon javlja se pri mjerodavanom (razmatranom) Q

stvarni smiui napon poredimo sa kritinim (dop.) naponom

725

Stvarni napon toka > kritinog napona toka

struja odnosi estice dna i/ili kosina erozija kanala

Voda koja dolazi u kanal optereena nanosom nanos nije istaloen u akumul.

i ako je stvarni smiui napon (vuna sila toka) < dop. napona za materijal(materijal od koga je sainjen nanos)

dolazi do taloenja estica i neeljenog zasipanja kanala

26

Zakljuak:Za kanal bez nanosa:-osigurati da smiui napon (vuna sila toka) < dop. napona za mat. u dnu i kosinama

kanal bez pojave erozije

Voda u kanalu nosi suspendovani nanos:-naponi toka budu dovoljno veliki da odre suspendovani nanos u pokretu

vuna sila ne smije biti ni proizvoljno mala

27

Kritini (doputeni) napon:Prvo procijeniti kritini (dop) smiui napon

(napon pri kome nastaje pokretanje estica sa dna i kosina)

Veza kritinog napona i bitnih osobina tenosti moe se izraziti:

c kritini napon pri kome poinje pomjeranje esticad mjerodavni prenik estice gustina vodes=N / relativna gustina esticeN gustina estice kinematski koeficijent viskoznosti

Izraz (A) u bezdimenzionalnom oblikuc bezdimenzionalni kritini smiui napon

(A)

28

Primjer viskozne sile slabo izraene kod krupnih estica(otpor trenja zanemarljiv)(otpor opstrujavanju estice je otpor oblika)

vuna sila ne zavisi od viskoznosti vode tada imamo:

desna strana prethodnog izraza const

829

Sitnije estice:-viskozni sloj omoguava i viskoznoj komponenti vune sile da uzme udio u pokretanju djelia

bezdimenzionalna zavisnost moe se prikazati ildsovim dijagramom:

30

Slika:-standardni oblik ildsovog dijagrama

-estice se nee pokrenuti u oblasti ispod krive-pokretanje estica nastaje kada napon pree kritinu vrijednost opisanu krivom-ildsov dijagram dobijen prema mjerenjima sa uniformnim nanosom

estice priblino jednake krupnoe

31

Slika:-kriva predstavlja najbolju aproksimaciju za sve izmjerene vrijednosti-pokretanje estica ne mora biti ba za napon koji oitamo sa krive

do pokretanja moe doi pri neto manjem ili neto veem naponu

vrijednost oitana sa dijagrama je samo procjena32

ildsov dijagram dobijen mjerenjima u vodi koja nema suspendovani nanosAko voda nosi i neku koliinu suspendovanog nanosa

kritini napon raste pogotovu za manje prenike na dnu

Sadraj suspendovanih estica vei:-ostaje manje E za pokretanje estica sa dna i kosina kanala

kritini napon za pokretanje estica mora se dodatno uveati

933

Dosadanje izlaganje odnosi se na estice na dnuEroziona stabilnost kosine pokretanje estica

hidrodinamika sila (na dnu vodotoka) i komponenta sile teine

Stabilnost estice na kosini

Ravnotea sila koje pomjeraju esticu i stabilizirajuih sila (protive se pokretanju):

(1)

34


TCK=CKAc kritina vuna sila na kosini izaziva pokretanje esticeCK kritini smiui napon na kosiniAc efektivna povrina zrna povrina preko koje djeluje napon ugao kosine kanala ugao unutarnjeg trenja materijala kosine u potopljenom stanjuG teina zrna

35


Dno kanala ne djeluje destabilizirajua komponenta teine estice

u ravnotei ostaju smiua (vuna) sila i sila otpora (sila trenja)

Iz j-ne (1) napon CK izrazimo eksplicintno kao:

(1)

(2)

36


(1)

Zamjenom iz j-ne (2) dobijemo:

Pa dobijamo izraz:

K odnos kritine vune sile (smiui napon) na kosini i na dnu

10

37

Ugao unutarnjeg trenja raste sa krutou djelia i nepravilnou zrnaSlika dole - iskustvena zavisnost ugla unutarnjeg trenja

od srednjeg prenika zrna d50 i od nazubljenosti povrine zrna

Ugao unutarnjeg trenja zavisno od prenika i nazubljenosti zrna 38

Prethodna predavanja razmatrali smo samo NEVEZANE materijale

nevezani materijali - pokretanju (vunoj sili toka)suprotstavljaju se vlastitom G preko sile trenja

VEZANI materijali pokretanju se suprotstavljaju elektro-hemijskim silama

te sile vladaju izmeu minerala gline i vode(nazivaju se kohezionim silama ili kohezijom)

smatra se da 10% sadraja C u sastavu nekog materijala(dovoljno da osigura prisustvo kohezionih sila)

neemo ulaziti u problematiku erozije vezanih materijala(nedovoljno istraena oblast geomehanike i fizike hemije)

39

Smiui napon toka stvarni smiui napon:

Za zadati Q i hrapavost korita i za predloeni nagib dna i oblik popr. presjeka

procjeniti smiui napon kojim e tok djelovati na dno i kosine kanala

STVARNI SMIUI NAPON TOKA

Jednoliko teenje - sila trenja po okvaenom O kanalasuprotstavlja se komponenti G vode u pravcu toka

Jednoliko teenje u kanalu ravnotea komponente teine u pravcu toka i sile trenja 40

Jednoliko teenje u kanalu ravnotea komponente teine u pravcu toka i sile trenja

G sila teineId poduni nagib dna T sila trenja (sila otpora)A povrina poprenog presjekaO okvaeni obimR = A / O - hidrauliki radijus prosj. smiui napon toka za cijeli presjek

11

41

Smiui napon nije const. du O kanala = prosjean napon

za dimenzioniranje mjerodavan najvei napon

Raspored smiuih napona duokvaenog obima kanala

Slika gore raspored smiuih napona po obimu kanala trapeznog presjeka(nagib kosina 1:1,5 odnos b / ho=4)

td,MAX max. vrijednost smiueg napona na dnu tK,MAX max. vrijednost smiueg napona na kosini 42


Slika:Za b/ho=1 vrijednost max. napona u dnu iznosi:

Za b/ho > ili = 8

Vrijednost max. napona na kosini K,MAX

opada poveanjem nagiba kosine i poveanjem odnosa b/ho

43


Najvei broj neobloenih kanala ima b / ho > 4 i nagib kosina 1,5 < m < 3

vrijednosti sa slike dobra procjena

44

Smiui naponi poveanje u krivinama lokalno poveanje v

prirast napona smicanja srazmjeran poveanju v

Tabela dole Lejnova istraivanja

odnos napona smicanja u krivini i napona smicanja na pravoj dionici

odnos f-ja poluprenika krivine i B vodenog ogledala ( RC / B )

Odnos napona smicanja u krivini i na pravoj dionici

Prema preporukama USBR (1967) 3 < RC / B 7

manje vrijednosti koristiti za manje kanale

12

45

Izbor dimenzija presjeka i pada dna kanala:

Prethodno izlaganje odreiv. max. dop. napona smicanja (kritini napon smic.)

po kosininama i dnu kanala da ne doe do erozije

Nakon toga potrebno odrediti dimenzije poprenog presjeka i nagib dna kanala

za zadati QRA tako da max. napon smicanja toka < krit. napona smicanja(po kosini i na dnu kanala)

46

Veza Q i dimenzija PP kanala Chezy-Manningova j-na:

Manningov koeficijent hrapavosti n odrediti iz poluempirijske zavisnosti:

k apsolutna hrapavost obloge (m)dm srednji prenik zrna obloge kanala

Procjena nagiba kosina kanala prema iskustvenim podacima

47

Odreivanje dimenzija poprenog presjeka kanala slijedei postupak:1) Za poznati ili pretpostavljeni sastav materijala dna i kosina

odrediti nagib kosina (m) ; procjeniti ; procjeniti n

sa poznatim i m

raunati odnos krit. (dop.) napona smicanja na kosini i krit. napona u dnu ( K = CK / C) prema ve obrazloenoj j-ni:

48

2) Kanal stabilan nema erozije kanala:

- stvarni napon smicanja toka (napon koji izaziva strujanje)pri QRA K,MAX na kosini i d,MAX na dnu)

nisu > od kritinih (doputenih) zahtjeva se slijedee:

na dnu kanala

na kosinama

13

49

Kritini napon smicanja C dobija se iz dijagrama (dole) za nevezano tlo

50

Kritini napon smicanja C dobija se iz dijagrama (dole) za vezano tlo

51

Zatim raunamo normalnu dubinu u kanalu:

za K > 0,75 kada je kritian uslov na dnu

za K < 0,75 kada je kritian uslov na kosinama

Kod kanala u krivini prethodno raunati sa korekcionim faktorom (tabela)

Odnos napona smicanja u krivini i na pravoj dionici

52

3) Ovako odreena H vode u kanalu preko Manningove j-ne

iterativno raunati irinu korita u dnu (b) tj. odnos b / h

4) Na dubinu vode dodajemo tzv. zazor f (freeboard)-provjera da li v vode dovoljno velika da sprijei pojavu vegetacije u kanalu

Zazor osigurava:-prostor za dejstvo talasa-mogue nadvienje nivoa usljed odreenih dejstava na zahvatu vode i sl.

Neobloeni kanali visina zazora od f=0,30m (mali kanali)do f=1,20m (kanali sa Q ~ 100m3/s)

14

53

Preporuka za raunanje visine zazora:

C koeficijent f-ja od Q(C=1,5 za Q=0,5 m3/s C=2,5 za Q=85 m3/s)

Dionica kanala u krivini dejstvo centrifugalne sile

formira se visinska razlika nivoa vode u PP

procjena ove denivelacije:

B irina vodenog ogledala

Za h znaajno (npr. iste veliine kao i zazor)

predvidjeti dodatno nadvienje konkavne obale za h. 54

Kanal optereen nanosom:-onemoguiti taloenje nanosa zasipanje kanala

v odnosno stvarni napon smicanja du kanala > kritinih v / napona

Sprijeavanje rasta vodenog bilja u kanalu:-osigurati vsr ~ 0,75 m/s f-ja vrste bilja i istoe vode

nekada rastu i pri veim v (v veim od v kritino sa gledita erozione stabilnosti)

55

Osobine i sastav materijala koji ine okvaeni O dno i kosine

vremenom se mijenjaju fizikim i hemijskim procesima

Kanali sa nanosom od koloidnog mulja

vremenom vea vododrivost nego u poetnom stanju(taloenje i vezivanje mulja sa prvobitnom materijalom na dnu i kosinama)

Mogue i odnoenje sitnih estica kada je voda u kanalu ista (bez mulja)

nastaje ljunkovito ili pjeskovito dno tzv. poploavanje dna

56

Karakteristian presjek neobloenog kanala sa bermama

Slika:-tipian presjek neobloenog kanala-svaki vei kanal (obloen ili neobloen) sagraditi pristupni put

pristupni put izgradnja i odravanje kanala

-berme du kojih vodimo put bb = 3 do 6 m-manji kanali sluaj da nema pristupnog puta

berma moe biti ua bb ~ 1 m

15

57

OBLOENI KANALI

Obloga (zatita) razni tipovi (namjena obloge) i vrste materijalaObloge fleksibilne (savitljive) i krute

organske i neorganskeprivremene i stalne . . .

Kruta obloga najee betonskazatita od erozije i od procurivanjamax. umanjenje gubitaka E (relativno glatka)skupa tee odravanjeosjetljiva na neravnomjerno slijeganje podlogepotrebna pouzdana drenaa zbog zatite od uzgona

58

Savitljiva obloga jeftinija od krutelako prilagoavanje slijeganju kosina kanalane treba sloeni drenani sistem nema zatite od erozije pri velikim v vode manastvara znaajnije gubitke E manamanje efikasna od procurivanja od krute obloge mana

Savitljiva (fleksibilna) obloga od kamena na kosinama kanala

Kamena obloga

59

KANALI SA SAVITLJIVOM (FLEKSIBILNOM) OBLOGOM

Savitljiva obloga zatita kanala od erozijeAko postavimo ispod kamene obloge sloj gline sa filtrom vododrivost

umjesto gline primjena sintetikih materijala (geomembrane)

Fleksibilna obloga obloga od G i kamenarjee travnata obloga i obloga od gabionskih vrea

obradit emo oblogu od G i kamena(veoma esta primjena u praksi)

60

Obloga od ljunka:

Efikasna zatita od erozije pri umjerenim v vode u kanaluKanali sa strmim podunim I dna oblagati naslagom krupnog kamena

Dimenzioniranje kanala obloenih G-iste postavke kao kod neobloenih kanala postupak vune sile-srednji D zrna obloge (dm) > 5 do 6mm

kritini napon smicanja (koji izaziva pokretanje zrna) nije f-ja Re broja i (moemo ga izraziti prema ildsovom dijagramu) slajd 30

kritini napon smicanja na dnu kanala iznosi:

kritini napon smicanja na kosinama glasi:s relativna gustina zrna

16

61

Srednji napon smicanja toka iz uslova ravnotee sila trenja i teine(pri jednolikom teenju)

Max. napon smicanja toka na dnu i kosinama preko izraza:

Kada izjednaimo max. smiui napon toka sa kritinim smiuim naponom

dobijemo uslov stabilnosti obloge:

za materijal na dnu

za materijal na kosini

s relativna gustina zrna62

Prethodne j-ne voda e pokrenuti zrna prenika manjeg od dm(sa relativnom gustinom s ; u kanalu dubine h , pad dna Id)

Za veinu vrsta ljunka relativna gustina iznosi:

prethodne j-ne (slajd 61) moemo napisati kao:

= 1 za dno kanala = 0,75 / K za kosine (K = tCK / tC)

K odnos kritinog napona smicanja na kosini i na dnu

63

Postupak dimenzioniranja ljunane obloge:-kanal trapeznog PP-zadati Q-usvojeni nagib dna Id

slino dimenzioniranju neobloenih kanala

1) Za poznate ili procjenjene geomehanike osobine tla u kome gradimo kanal-usvojiti nagib kosine (m) prethodna tabela za procjenu (slajd 46)-odnos irine u dnu i dubine kanala (b / h)(usvojiti prema iskustvu slinih kanala) b / h izmeu 2 i 10 (4-8 obino)

64

2) Kombinujemo Chezy-Manningovu j-nu sa j-nom za Manningov koef. hrapavosti (i sa modifokovanom ildsovom j-nom uz pretpostavku =1)

kritina stabilnost zrna na dnu, a ne na kosini

sraunamo priblinu vrijednost dubine h prva iteracija

3) Sa ovako sraunatom (procjenjenom) dubinom

dobijamo prenik zrna obloge dm

(A)

17

65

4) Prema dijagramu (slajd 37) odrediti ugao unutarnjeg trenja obloge ()(za sraunati dm)

sraunati koeficijent K

za odnos 0,75 / K > 1 kritina stabilnost kosina, a ne dna

ponovo ui u j-ne (A) i u j-nu:(sa popravljenom vrijednosti za )

dobijemo popravljenu vrijednost (II iteracija)(za h i za dm)

postupak ponoviti dok ne postignemo eljenu tanost

66Fleksibilna kanalska obloga

67

Slika:-dva karakteristina PP kanala sa G oblogom

Iskustvo ranije graenih kanala

debljina obloge od 1,5 do 2dm(ne manja od 15 cm)

Kanalski nasipi opasnost od sufozije (ispiranja) kao nasute brane

zatiti filtrima, drenaama i sl.

umjesto filtarskog sloja geotekstili (novije vrijeme)68

Poveanje vododrivosti umjesto glinene obloge koristiti i:

plastine zastore (geomembrana), prskani asfalt i sl.

Svaki znaajniji objekat -obavezna detaljna geomehanika analizastabilnosti kosina nasipa kanala

18

69

Preporuka USBR (1967) zazor (f) izmeu krune nasipa i NV:

kanal obloen G f=0,3 m za Q ~ 1,0 m3/sf=1,8 m za Q ~ 500 m3/s

Zazor (fo) izmeu krune obloge i NV :Kanali sa Q < 1,0 m3/s fo ~ 0,15 mKanali sa Q ~ 500 m3/s fo ~ 0,60 m

70

KANALI SA KRUTOM OBLOGOM

vrsta kanalska obloga vienamjenska:1) zatita dna i kosina pri velikim v vode2) osiguranje znaajne vododrivosti kanala

(nekoliko stotina ili hiljada puta > neobloenih kanala)3) manji gubici E u kanalu

(bitno kod HE kanala)

Kruta obloga kanala armirani ili nearmirani betonprskani beton (torkret)asfalt i asfaltni betonmetal RIJETKA PRIMJENA

71

Vododrivost f-ja tipa obloge ; tipa spojnicaf-ja naina ugraivanja i naina odravanja

Preliminarna razmatranja pretpostaviti:-dobro izvedene betonske obloge debljine t ~ 10 cm

gubitak na procurivanja q ~ 1 x 10-7 m3/m2 okvaene povrine

-torkret beton debljine t ~ 3 cm

gubitak na procurivanje q ~ 1 x 10-6 m3/m2 okvaene povrine

72

Dimenzioniranje kanala sa krutom oblogom:

Odrediti optimalni oblik i dimenzije PP za poznato:-Q-tip obloge-raspoloivi poduni pad dna obloenog kanala

PP statiki stabilan i tehniki izvodljiv

Nagib kosina kanala (m) f-ja geomehanikih osobina sredine gdje se gradi

nestjenovite sredine nagib kosina od 1:1,25 do 1:2stjenovite sredine nagib kosina moe biti vertikalan

19

73

Manningov koeficijent hrapavosti (n) f-ja:-tipa obloge-naina izrade-naina odravanja-vrste spojnica

n se kree:od 0,014 m-1/3s (dobro izvedene betonske i asfalt betonske obloge)do 0,017 m-1/3s (obloge od torkreta)

Obloga kosine betonskim ploama

74

Odabran nagib kosina (m) i procjenjen n odrediti:- irinu kanala u dnu (b)- dubinu (h)

ukupni trokovi izrade i odravanja kanal budu minimalni

zadatak rijeiti tehniko-ekonomskom analizom

75

Postupak prorauna:-odabrati nekoliko vrijednosti odnosa b / h sraunati h (j-na (1))

(1) Ovim odreen hidrauliki PP

-dodati zazor izmeu vodnog ogledala i krune obloge (fo) (odreen betonski dio presjeka) d obloge f-ja tipa obloge

-dodati zazor (f) izmeu nivoa vodnog ogledala i krune nasipa

prema topografskim i geolokim uslovima presjek uklopiti u teren

76

Tipian presjek kanala sa betonskom oblogom

Zazor izmeu krune kosine i nivoa vode u kanalu:f=0,3m za Q ~ 1 m3/sf=1,8m za Q ~ 500 m3/s(kao kod kanala obloenih ljunkom - kamenom)

Zazor izmeu krune obloge i nivoa vode (fo) f-ja Q:fo ~ 0,15m za Q ~ 1 m3/sfo ~ 0,80m za Q ~ 500 m3/s (vii nego kod kam. obloga vee v vode)

20

77

Tipovi obloge:

Betonska obloga-najea monolitno ili montani elementi-monolitna prednost bolja vododrivost

manja hrapavostlake odravanje

-montana prednosti prilagodljiva slijeganjuugradnja tokom cijele godine

Debljina obloge t = 5 do 10 cm kanali sa malom povrinom PPt = 10 do 20 cm vei kanali

Ispod betona postaviti tamponski sloj tf = 10 do 20 cm(ima ulogu i drenanog i filtarskog sloja) slika slajd 76

78

Obloga koje se ne moe izvesti kao monolitna:(zbog skupljanja betona pri vezivanju)(zbog neravnomjernog slijeganja)

nekontrolisano pucanje obloge

betonirati sa razdjelnicama spajaju se zaptivnim trakama(vododrivost)

79

Slika:-razdjelnice na svakih 3 do 6m-zaptivne trake Cu; gumene; asfaltne

AB obloge mogunost veih dimenzija ploaarmatura se suprotstavlja skupljanju betonasmanjuje se rizik od pucanja ploe zbog nejednakog slijeganja kos.procenat armature obino 0,5% do 2%

80

Asfaltne ploe dobra vododrivostodlino prilagoavanje slijeganju

Obloge od asfaltnog betona poveanje nosivosti i krutosti konstrukcije

Ako postoji mogunost izdizanja kanalske obloge p PV iz priobalja

osigurati odgovarajuu drenau obloge

21

81

Slika:-drenaa filtarski sloj (sloj S i G ispod obloge)

(kroz njega protie voda u perforirane drenane cijevi)

du trase izvoenje poprenim propustima(ovo nekada preskupo)

manji objekti primjena bunara u dnu kanala

naredni slajd 82

Slika:-manji objekat sa primjenom bunara u dnu kanala-bunarom se PV uvodi u sam kanala

83

ZATVORENI DOVODI SA SLOBODNOM POVRINOMPrimjena kada zahtjevaju klimatski, topografski ili geoloki uslovi

Podruja sa otrim zimama -kanalski dovodi HE zatititi od ledenih kristala(stvaraju probleme u turbinama)-zatrpavanje kanala snijegom(zaguenje dovoda i mogunost poplave)

Kanali pored strmih padina podlonih odronima-pokrivanje kanala na kritinim dionicama

Zatvoreni dovodi nekada ukopati ispod nivoa terena

umanjenje tetnog dejstva meteo faktora84

Tipini oblici poprenih presjeka zatvorenih dovoda

Pokriveni dovodi razliiti oblici f-ja od optereenja kojim su izloeni

22

85

Pravougaoni ili kvadratni (sanduasti) presjek -obavezno armirati(poveanje trokova)-kod propusta i sl. objekata

Kruni presjek hidrauliki najefikasniji (i pod p i sa slobodnom povrinom)dobro podnosi vanjska optereenja efekat luka po O

pri ravnomjernom opt. cio presjek optereene samo na prit.

Odravanje zatvorenih kanala na L 50 do 100m okno sa penjalicama 86

HIDROTEHNIKI TUNELI

Nekada povoljniji dovod postaviti kroz brdo

da ne vodimo dovod dugakom, nepristupanom ili geoloki loom trasom

to se odnosi na dovode velikog kapaciteta(dovodi na HE ; veliki sistemi vodosnabdjevanja ; navodnjavanje)

minimalni D tunela iznosi 2m(mali Q gradnja tunela se ne isplati)

87

Hidrotehniki tuneli pod p i sa slobodnom povrinom vodnog ogledala (bez p)

nekada mogue da HT radi naizmjenino u oba reima

HT pod p omoguavaju zahvat vode sa vie razliitih nivoa u jezeru(neophodno pri radu veine akumulacija za izravnavanje proticaja)

HT sa slobodnom povrinom rade samo pri priblino const. nivou GV

Tunelski dovodi88

HT sa slobodnom povrinom nema hidrostatikog p na oblogu tunela(prednost)

HT za HE uglavnom pod pHT za vodosnabdjevanje i navodnjavanje sa slobodnom povrinom

HT vrlo skupi objekti skupe podloge i gradnja

geoloki sastav ; vododrivost ; mehanike osobine stijenske mase

Hidrotehniki tunel Vrbnik

23

89

Trasa hidrotehnikog tunela-prije izbora trase osigurati pouzdane IG profile-osigurati geofizike podloge-osigurati tanu topografiju terena

odabir optimalne trase HT ukupno kotanje bude to manje

trasa najkraim putem prava linija f-ja geologije stijene

HT za HE to vie skratiti trasu manji linijski gubici

vea proizvodnja EE

90

HT sa slobodnom povrinom-poduni I osigurava komponentu sile teine za savladavanje otpora teenju

HT pod p nekada povoljnije (rijetko) da se I lomi nekada HT da ima i kontra pad

osigurati efikasno pranjenje HT pregled i odravanje

tunel sa kontra padom pranjenje ako ispraznimo uzvodnu akumili pranjenje crpljenjem

HT pod p poduni I = 1 do 5%

lako odravanje i laka gradnja HT

91

Visinski poloaj HT dispozicija cijelog rjeenja (poloaj zahvata i korisnika)geoloka graatopografija terena

Obloga HT AB i prednapregnuta prihvat unutarnjeg p vodeObloga HT nije od AB ili prednapregnuta

-nadsloj stijene iznad HT dovoljne debljine(suprotstaviti se pritisku)

prema Creageru nadsloj stijene iznad HT > ili = 0,7H(H = max. p vode u m VS)

92

HT obloeni i neobloenirazni oblici PP

Oblik PP, tip i debljina obloge f-ja vie faktora(mehanike osobine stijene ;tip teenja pod p ili ne ;naina gradnje runo ili mainski)

Oblik PP nameu geoloki uslovi-HT u veoma vrstoj i nedeformisanoj stijeni

PP pravougaoni tjeme se obino zasvodi dijelom luka(prima vanjska optereenja)

naredni slajd

24

93

Karakteristini popreni presjeci hidrotehnikih tunela

Potkoviasti presjek (b) ili kruni presjek (c):-kada oekujemo i bone p stijenske mase(efekat luka proiruje se i na stranice odnosno podinu tunela)

-kruni presjek kod HT pod ppovoljan raspored optereenja od unutr. p vode

hidrauliki najpovoljniji 94

HT oblaganje iz tri osnovna razloga:1) poveanje statike stabilnosti2) sprijeavanje gubitaka vode i poveanje vododrivosti3) smanjenje otpora teenju

Prva dva razloga sve vrste HT neovisno od namjeneTrei razlog HT gdje se gubitak E vrednuje kroz smanjenu snagu HE

dovodi koji ne raspolau sa dovoljno prirodnog pada(pad nadoknaujemo pumpanjem)

95

Obloge HT tri velike grupe:1) Klasine betonske obloge2) Prednapregnute betonske obloge3) Betonske obloge sa elinim limom

Uloga obloge HT samo poveanje vododrivosti

umjesto navedenih tipova obloga

torkretiranje prskanje stijene c.m. pod p

96

Optereenja na oblogu HT podjela na vie nainaa) OSNOVNA

-hidrostatiki p vanjski i unutranji-hidrodinamiki p pri hidraulikom udaru -pritisak stijenske mase vertikalni i boni -teina obloge

b) DOPUNSKA-uticaj temperature-uticaj bubrenja i skupljanja betona

c) IZUZETNA-kao osnovna samo izuzetne jaine-seizmika

d) EKSPLOZIJE-u toku graenja-u toku pregleda i popravki

25

97

Klasine betonske obloge-armirane i nearmirane-jednoslojne i dvoslojne-sa razliitim premazima-d obloge zavisi od optereenja

preliminarna procjena ukupna d obloge ~ 0,12D(D unutranji prenik tunela svijetli otvor)

-bolja vododrivost beton sa visokim sadrajem cementa ili aditivima-agresivna sredina za beton posebne vrste cementa

98

Amatura kod klasinih obloga i prednaprezanje kod prednapregnutih obloga-prihvataju napone zatezanja izaziva ga p vode u HT

Beton moe ispucati i pored prisustva armature-prsline ostaju ravnomjerno rasporeene zbog postojanja armature-prsline znatno ue nego kod nearmirane obloge

manji gubici vode kroz oblogu

Pretpostavka koliine armature prva procjena:

na 1 m3 betona 70 kg armature

99

Prednaprezanje-betonska obloga se dovodi u pritisnuto naponsko stanje

(tokom gradnje HT sa oblogom)-neutraliu se naponi zatezanja izaziva ih unutranji p vode u HT

Prednaprezanje obloge HT postie se:-mehaniki zatezanjem kablova u betonskom prstenu-injektirajem pod visokim p (preko 3 MPa)

Hidrotehniki tuneli sa elinim limom-postavljeni oko primarne betonske obloge-kod izuzetno velikih hidrostatikih i hidrodinamikih p-na dionicama sa veoma loim osobinama stijene

100

Povrina PP D HT odreivanje ekonomskom analizom

Za zadati Q u HT povrina unutarnjeg presjeka HT (A)

f-ja doputene v

poveanjem v smanjuje se A manja cijena HTrastu gubici E

Ekonomska raunica trokovi HT sa jedne strane i gubici E sa druge strane

optimalni prenik HT DOPT

Dovoljno izraunati trokove gradnje HT i trokove izgubljene E za tri D HT

26

101

Optimizacija prenika tunela

Ako izgubljena E ne predstavlja ekonomski gubitak:-moemo poveati v odnosno smanjiti D HT slika dole

omoguiti zahtjevani Q u HT i pri minimalnom nivou u uzvodnoj akumulaciji

Teenje u tunelu kod koga se moe utroiti sva energija toka

102

Teenje u tunelu kod koga se moe utroiti sva energija toka

Minimalni D HT uslovljavaju uslovi graenja

ne moe biti manji od Dmin ~ 2m pri runom izbijanju (miniranje)ne moe biti manji od Dmin ~ 2,5m pri mainskom buenju

Linijski gubici E gubici na trenje:

Betonske obloge n=0,014 m-1/3s obloga u dobrom stanjun=0,018 m-1/3s oteena obloga

Hrapavost neobloenih kanala n=0,016 0,018 m-1/3s mainskon=0,025 0,035 m-1/3s miniranjem

103

CJEVOVODI

Neemo ih posebno razmatrati tokom drugih hidro predmeta analizirani

Cjevovodi snabdjevanje vodom i hidroenergetika

hidroenergetika cjevovodi za koncentraciju pada od HT do turbina

2 - gradjevine za transport vode

Documents