5. BRANE

• Brane su hidrotehničke graĎevine kojima

se pregraĎuju doline kako bi se voda

zadrţala radi obrane od poplava

(usporavanja vode na ţeljenoj koti) i

omogućavanja iskorištenja vode

• GRAVITACIJSKE BRANE =masivne,

preteţno betonske brane koje se utjecaju

vanjskih sila suprotstavljaju isključivo

svojom TEŢINOM

• OLAKŠANE gravitacijske brane=kontrolne

galerije (šupljine) smanjuju vlastitu teţinu,

ali imaju znatno širu osnovicu ( >0,67H)

čime se osigurava stabilnost

Valići, Rječina 1967 ( gravitacijska)

• RAŠČLANJENE BRANE – S

KONTRAFORIMA =olakšana brana sa

širom osnovicom, bolje podnosi potres i

manji uzgon

• LUČNE = brane čiji je horizontalni presjek

krivolinijskog oblika ( oblik luka), a

opterećenje se prenosi na bokove

• VIŠELUČNE = više lukova

Letaj,Lučna)

Brana Borovik, 1978 ( nasuta)

Brana Lapovac II (nasuta)

• Evakuacijski organi (preljevi)=dio graĎevine koji

omogućava kontroliranu evakuaciju velikih voda

( samostalan ili u sklopu tijela brane)

• Slapište (bučnica) = dio evakuacijskog organa

koji sluţi za disipaciju energije da ne bi došlo do

potkopavanja temelja

• Temeljni ispust omogućava praţnjenje

akumulacije, ispiranje nanosa i ispušanje vode s

odreĎenom namjenom

• Temelj čini tlo ispod i oko graĎevine koje je promijenilo svoje stanje naprezanja zbog dodatnog opterećenja i amog izvoĎenja radova

• Drenaţni sustav sluţi za smanjenje sile uzgona u brani i temelju i ontrolirano odvoĎenje vode iz brane i temelja. Sastoji se od drenaţnih bušotina, galerija (crpke po potrebi) ili sloja propusnog materijala

• Injekcijska zavjesa spriječava ili produţava put procjedne vode

6.1.NASUTE BRANE

• Nasipi=graĎevine koje sluţe za regulaciju

vodotoka i omeĎivanje korita rijeka, vrlo

dugi i relativno niski

• Nasute brane=Relativno kratki i visoki

nasipi

OSNOVNA PREDNOST:

• Prenose opterećenje na temeljno tlo preko

velike površine čime se znatno smanjuju

naprezanja u tlu

• Volumen zemljane brane je oko 10x veći

od odgovarajuće gravitacijske betonske

brane

OSNOVNI NEDOSTATAK:

• Osjetljivost na eroziju vode

KRITERIJI KOJI MORAJU BITI

ZADOVOLJENI:

• Moraju izdrţati hidrostatski tlak

• Količina procjedne vode mora biti u prihvatljivim

granicama

• ProcjeĎivanje ne smije izazivati eroziju u brani ili

temelju

• velike inţenjerske mogućnosti u projektiranju

(varijante) zasnovane na iskustvu, osobnom

afinitetu - najrasprostranjenije

• Izbor rješenja ovisi o:

1.Sastavu i osobinama temeljnog tla

-čvrsto i otporno tlo strmiji pokosi,

primjena materijala velike otpornosti na

smicanje ( lomljeni kamen ili krupnozrnati

šljunak)

-tlo veće stlačivosti i male otpornosti na

smicanje- nagib pokosa mora biti manji

2. Hidrogeološkim karakteristikama – ako su

površinske naslage od jače propusnog materijala

moguća rješenja su:

- zamjena propusnog materijala slabije propusnim

- Sprječavanje procjeĎivanja injekcijskom zavjesom

ili kontinuiranom dijafragmom

- Nepropusni zastori, vertikalne protufiltracijske

konstrukcije

- Nizvodna strana- drenaţni bunari

IZBOR LOKACIJE

• Morfološke karakteristike profila

• Geološke karakteristike-rasjedi,

diskontinuiteti

• Mogućnost evakuacije velikih voda

• V-H odnos

• Odnos volumena brane i troškova

graĎenja

• Uvjeti postavljanja hidroteh.graĎevina

Primjer:

Osnovne karakteristike:

• Velika vlastita teţina koja se raspodjeljuje

na veliku površinu pa se moţe raditi i na

nepovoljnijem terenu ( veće stišljivosti i

male čvrstoće na smicanje)

• Velika osjetljivost na eroziju vode

• Najčešći uzroci rušenja

• PRELIJEVANJE praćeno vanjskom erozijom

• ISPIRANJE materijala nasipa ( unutarnja erozija)

• KLIZANJE KOSINA

• FLUIDIZACIJA TLA nastaje kada hidrodinamička sila vode koja provire postane veća od teţine tla

• Prema materijalu: homogene, zonirane i

nasute s uzvodnim nepropusnim

materijalom

• O čemu ovisi odabir tipa brane?

• O tome kakav materijal imamo na

raspolaganju ( pozajmište) i kakve su

karakteristike temeljnog tla

1. HOMOGENE – primjena samo jednog

materijala dovoljno male propusnosti (glinoviti

materijali, pjeskovito prašinasti, glinoviti šljunak)

• Homogenost nije apsolutna – anizotropija se

javlja zbog ugradbe u slojevima

• VODOPROPUSNOST-SMJER?

• Ne moţe se osigurati trajna stabilnost i mora

imati drenove

DRENOVI:

• PLOŠNI – ispod nizvodnog dijela

• VERTIKALNI- u sredini tijela brane spojen s nizvodnom stopom

• UsklaĎenost granulometrijskog sastava brane i drenova

• Blagi pokosi (nizvodni i uzvodni) jer slabo propusni materijali imaju manju čvrstoću na smicanje

Vertikalni dren

Horizontalni drenovi

Rješenje bez drena

2.ZONIRANE- od materijala različitih svojstava koji se rasporeĎuju unutar presjeka tako da se njihove karakteristike optimalno iskoriste ( stabilnost i ekonomičnost)

- Materijali male propusnosti mala otpornost na smicanje

- Materijali veće propusnosti veća otpornost na smicanje

• ZONIRANE- više materijala koji imaju različite

funkcije

1. JEZGRA- osigurava vodonepropusnost, ima

malu koeficijent provodljivosti i malu otpornost

na smicanje- glinoviti i prašinasti materijali

2. POTPORNE ZONE- osiguravaju jezgru i

podupiru je i s uzvodne i nizvodne strane – veća

propusnost, veća otpornost na smicanje, obično

manje stlačivosti ( zemlja, kamen)

• POLOŢAJ JEZGRE:

- na uzvodnoj strani

- U sredini uzvodnog

klina

- U sredini poprečnog

presjeka

- Obavezni slojevi

filtera

PROBLEMI:

1.Osjetljivost na uvjete ugradnje:

• Slabo propusni koherentni materijali mogu

se ugraĎivati u relativno uskim granicama

oko optimalne vlaţnosti

• Glinoviti materijali: 5% oko srednje

vrijednosti

• Prašinasti materijali: optimalna vlaga

2. Na spoju različitih materijala mijenja se

gradijent tlaka procjedne vode što moţe

izazvati ispiranje čestica sitnijih frakcija (

erozija i degradacija jezgre)

- Potrebna ugradnja FILTARSKIH SLOJEVA

PERUČA 37

• Rješenje

brane

Peruča

• Jezgra leţi na betonskoj galeriji da bi se

spriječila postupna erozija jezgre vodom

koja bi se mogla zadrţavati u temeljnoj

stijeni

3. NASUTE BRANE S UZVODNIM

NEPROPUSNIM MATERIJALOM

• Kada u blizini nema materijala za jezgru

odgovarajuće nepropusnosti ili su klimatski

uvjeti nepovoljni za graĎenje

• NEPROPUSNI EKRAN- AB, asfalt-beton,

čelični lim

• Osjetljivost na termičke promjene

• Osjetljivost zbog različitog ponašanja

nasutog materijala i materijala obloge

• Osjetljivost zbog kombinacije prirodnog i

umjetnog materijala

MATERIJALI ZA NASIPANJE

Moraju zadovoljiti kontradiktorne zahtjeve

1.Velika otpornost na smicanje

2.Relativno mala stišljivost

3.Mala propusnost

4.Mala osjetljivost na promjene vlaţnosti

Prema svojstvima:

• Koherentni materijali ( glina niske do visoke

plastičnosti s 10% pijeska, male

vodopropusnosti i srednje do velike stišljivosti)

• Nekoherentni materijali ( sitnozrnati s >50%

pijeska, IP 10; k=10-5 cm/s, male stišljivosti)

• Krupnozrnati materijali(>50% šljunka;

k > 10-3 cm/s, mala stišljivost srednja čvrstoća na

smicanje)

Prema mogućnostima ugradnje:

• Neosjetljivi na odrţavanje vlaţnosti (glinoviti materijali male do srednje plastičnosti)

• Malo osjetljivi na vlaţnost pri ugradnji (šljunak, pijesak s malo praha)

• Osjetljivi na vlaţnost ( prašinasti pijesak, prah, glinoviti prah) – mogućnost ugradbe u uskom rasponu vlaţnosti u odnosu na optimalnu

Prema namjeni:

• Za otješnjenje i onemogućavanje

procjeĎivanja akumulirane vode

• Za potporne zone – gotovo svi

• Drenirajući i filterski slojevi

• Za zaštitnu oblogu uzvodnog i nizvodnog

pokosa- otporni na eroziju

• Balastni materijali- osiguranje od klizanja

• FLUIDIZACIJA TLA (tečenje tla)- tlo u

potpinosti gubi nosivost-slom tla

• Pojava kritičnog gradijenta

(pijezometarska visina h=hkr kojoj

odgovara Ikr)

IzmeĎu presjeka 1 i 2 djeluju samo teţina i sila

hidrostatskog tlaka

g

gg

t

III

ili

tg

gghh

ghtgg

tHhgAgtAgHA

w

wzkrkr

w

wzkr

krwwz

krwZw

je kada nastaje jefluidizaci

)(

22

• RJEŠENJA: balast

koji će neutralizirati

“višak” pijezometarske

visine

• Minimalna debljina

balastne ploče: p

• Ploča mora biti

perforirana??

gg

ggghp

ptHhgAgpAgtAgHA

wp

wzw

wpZw 22

• Koji kritični gradijent (Ikr) je veći kod

sufozije (unutarnje erozije) ili fluidizacije?

ELEMENTI OBLIKOVANJA

1. ŠIRINA KRUNE (B):

• Nema značajnijeg

utjecaja na stabilnost

Ovisi o:

• mogućnosti kretanja

strojeva

• Uvjetima sigurnosti u

potresnim zonama

• Javna prometnica

65,11,1

1

A

HAB

• 2. KOTA KRUNE(Kk)

• Kk=kr+hm+hp+hd+hs+S

• Kr=najviša radna kota

• hm=visina preljevnog mlaza pri dolasku velikih voda

• hp=visina penjanja valova uz branu zbog pojave plime u smjeru potiskivanja vode vjetrom

• hd=porast razine zbog plime

• hs=porast razine zbog pojave polaganih oscilacija ( SEIŠE)

• S=sigurnosni dodatak ( 0,3-1,5m)

hp= visina penjanja valova

V= brzina vjetra u km/s

V=kVo

k=1,03-1,3

Vo=brzina mjerena na kopnu

Le= efikasna duljina razmaha vjetra

47,006,1005,0 ep LVh

hd= visina plime

D=dubina (m)

=kut mjerodavnog vjetra prema okomici na smjer

pruţanja brane

cos103,6

42

D

LVhd

Nadvišenje krune brane

• Zbog konsolidacijskog slijeganja nakon

izgradnje (hg= H)

• =0,01

3.OBLIKOVANJE KOSINA

• Zadovoljavanje uvjeta stabilnosti pokosa na

klizanje

• Vodoravne berme koje prekidaju jednoliki nagib

OSOBINE TEMELJNOG TLAGRUPA OPIS OTPORNOS

TDEF PROPUSN

OST

PROBLEM

1 Čvrsta

homogena

stijena

velika neznatna Mala-vrlo

mala

nema

2 Čvrsta

razlomljena

stijena

velika Mala Srednja-

velika

Gubitak

vode

3 Rastrošena

razlom.

stijena

Srednja-

velika

Srednja Mala-velika Gubitak

vode,

erozija

4 Zbijeno

nevezano

tlo

Velika Mala-

srednja

srednja erozija

5 Stišljivo

nevezano

tlo

mala velika Vrlo mala-

mala

Slijeganje,

slom tla,

erozija

ispiranje

PROCJEĐIVANJE

• Q=protok kroz branu (jezgru)+protok kroz

temeljno tlo

• Vodoravni zastor- produljenje puta procjeĎivanja

• Uspravna nepropusna brana- prekida vodoravni

tok kroz propusne naslage, usmjerava prema

dolje ili zatvara presjek do nepropusne zone

Učinak vodoravnog zastora

Učinak uspravne membrane

• Čelično ţmurje, dijafragma od betona i AB

• Injekcijska uspravna zavjesa ( nije

potpuno nepropusna)

ANALIZA VANJSKIH SILA

1.Sila hidrostatskog tlaka – ne djeluje na

nekoherentno tijelo brane kao cjelinu nego na

svaku česticu nasipa posebno smanjujući joj

volumnu teţinu

- Nepropusni zastor- sila djeluje na cjelinu

2. Hidrodinamičke sile sufozije i fluidizacije

koje bitno utječu na stabilnost brane

3.Površinska erozija uslijed udara valova

-ne smije se dozvoliti prelijevanje

- Gornji dio pokosa od radne razine do krune

štiti se krupnom kamenom oblogom

4. Potres – klizanje kosina, iznenadna

horizontalna sila smanjuje trenje ( nasute

brane općenito dobro podnose potres)

5. Led – nema znatnijeg utjecaja jer dobro

podnosi opterećenje od širenja leda

6. Teţina – daje stabilnost stvarajući silu trenja kojom se odupire klizanju (smicanju) Prisutnost vode smanjuje teţinu i zato je potrebno smanjiti razinu vode u tijelu brane

-definiranje procjedne linije omogućava:

-OdreĎivanje teţine i kohezije

-odreĎivanje poloţaja drenaţe i filtera

-odreĎivanje količine procjedne vode

Primjer: procjeĎivanje kroz branu

• Treba odrediti

specifični protok (q) i

pijezometarsku visinu

na udaljenosti x=4,0m

• Ravninski problem

• Primjena

• Darcy-jevog zakona i

jednadţbe

kontinuiteta

Hidraulička shema

dL

dHkHq

Hvq

AvQ

dL

dHkv

• Granice integracije

• x=0 H=H1

• x=L H=H2

• Specifični protok:msmxq

L

HHkq

//106,2

235

2

2

2

1

Jednadţba procjedne linije

• Granice integracije

• x=0 H=H1

• x=x H=Hx

L

xHHHH

dL

dHkHq

x2

2

2

1

2

1