projektiranje vodograđevina - 2

5/7/2018 Projektiranje vodograevina - 2

1/63

1. PROJEKTIRANJE VODOGRAUEVINA1.1.Koristenje vodnih resursa pomocu hidrotehnickih objekatat.i.r UvodCjelokupnost injzenjerskih mjera, u cilju da se dobije voda na danom mjestu S odredenomkolicinorn iu odredenom vremenskom trenutku, formira poseban dio gospodarstva izove seV O DN O G O SPOD AR ST VO .Razlikuju se 4 temeljne grane vodnog gospodarstva:

1. HIDROENERGETIKA (iIi korlsten]e snage vode kao izvor energije)2. VODNI PRIJEVOZ (rijecni iii morski putevi)3. HIDROTEHNICKE MELIORACIJE4. VODOOPSKRBA I KANALIZIRANJE NASELJA

1.1,2Hidrotehnicki objekti (definicija, klasifikacija)Za koristenje zadaca u vodnom gospododarstvu objekti su : OPCI iPOSEENLO PC I O BJE KT I mogu biti:

- VODOOTPORNI (podizanje primjerice razine vode izvedbom brano iodredenih nasipa)

- VODOPROVODNI (konoli, tuneli, cjevovodi)- ZAHVATNIOBJEKT!

POSEBNl OBJEKTI se primjenjuju same u dijelu grane vodnog gospodarstva, a ne u svima.

1.1,3Opce znacajke hidrotehnickih objekataKao sto je spomenuto postoje tzv. vodootpomi objekti ili brane kojima se pregraduje rjecnokorito u cilju podizanja razine vode ivorbe umjetnogjezera (akumulacije)1.1.3,1Nasute brane

HOMOGENE (istovrsna, istorodno) BRANA (sl. 0)- ZONIRANE BRANE - kodo su u tijelu brane izvedene zone od rozllcitoq

moterijolo (sl. b, c. d)BRANE S EKRANOM - ekronom se postize vodonepropusnost (sl, e, f )


2/63

a) ! 2

~ ! -,~ ) 7 i lS.~;;:,",-~-2 5 ~. .' - . . . 5c)

1. - tijelo brane2. - koherentan zemljani materijal3. - ekron4. - dijafragma od betona, armiranog betona, asfalta, cellko ii i plcsticnemase5. - pod logo ispod brane

1.1.3,2 Betonske braneDijele se na:MASIVNE (gravitac1jske; s l, a, b)KONTRAFORNE( s l . c )LUCNE(sl,d)

2

d )

~,~ . .~

~c)

Masivne brane u poprecnorn presjeku imaju priblizno oblik trokuta iza razliku od nasutihpreko ikojih ne smije biti preljevanje mogu se izvesti kao nepreljevne (sl, a) ipreljevne(sl. b). Zajednicko obiljezje nasutih imasivnih branaje sto vodoravne sile prihvacaju svojomvlastitom tezinom, odnosno djeluju kao gravitacijske,Kontraforne brane se sastoje od relativno tanke ploce (na slid br. 1) imaju potpore(kontrafore; na slici 2) s nizvodne strane.Lucne brane u tlocrtu imaju zakrivljeni zid s konveksnom stranom prema vodi, aupoprecnorn presjeku predstavljaju relativno tanak zavojit zid. Izvode se preko cvrstih izdravihstijena, na koje kao ukljesten nosac predaje vodoravna opterecenja. lako rijede od masivnih,kontraforne iucne brane mogu takoder imati preljeve.

2


3/63

1.1.3,3 Vodoprovodni objektiTo su sljedeci objekti:

KANALI ( 5 1 . 0 - ukopon, 5 1 b - u nosutom stonlu. 5 1 . c - poluiskop)UMJETNA KOR1TA ( 5 1 . d, e, f)

- TUNELI (sl. 9 - kruzni presjek. s l, h - potkovico)UMJETNO ZATVORENA KORITA ( 5 1 . i )

a) b) C)

d)

1.1.3,4 Zahvatni objektiSudjeluju u procesu izravnog koristenja vode iz vodnog resursa. Skupina hidrotehnickihobjekata povezanih medusobno u uvjetima zajednickog djelovanja i polozaja, tvori tzv.hidrocvoriste, Hidrotehnicki objekti posebice brane djeluju na druge objekte,To su:

- djelovonje vode no objekte (rnehonicko. flzicko - kemijsko i biotoskol- djelovonje no okolis- odgovornostuvjeti grodbe

potrebo promotronjo- jcdlnstvenost i neponovliivost- trosck

3


4/63

1.1.,4 Elementi brane iakumulacijeH

a) 5 b) P . V

Razlikuju se tri karakteristicne kote vode u akumulaciji:KMP - kota mrtvog prostoraKNN - kota normalnog nivoaKMN - kota maksimalnog nivoaKK - kota kruneTri kote akurnulacijskog prostora (KMP, KNN, KMN) dobivenog branom dijele prostor na tridijela (s1. a):I. MRTAV PROSTOR ko] se ne korlsf i ocekule se tijekom eksplootacijskogvijeka objekta (npr. 50 godina) do se ispuni nanosomII. KORISNIPROSTOR upotrebljava se za gospodarske potrebe, koristenie

vode111.RETENCIJSKIPROSTOR sluzize retenciju poplovnih valovaLegenda:2 - kruna brane3 - uzvodna strana brane4 - nizvodna strana brane5 - kota donje vade (KDV - tj. kota vode u rijecnom koritu)Na slici b) postoje dvije krivulje:

v = f (H) gdje je V - obujam akumulacijeH - razina vadeP = f (H) gdje je P- povrslno vode u akumulaciji

4


5/63

1.1,5 Kratak pregled povijesnog razvoja hidrotehnickih objekata

Takove objekte su gradil] Sumeri u Mezopotamiji a nakon njih Asirci i Babilonciu dolini rijeke Eufrat i Tigris.Egipcani su gradili no rijeei Nil, oko 1900 god. proKrista je izgradena prva brana SADEKAFARA. Brane su gradene i u Arabiji,Indiji, Kini,Rimskom imperiju. USpanjolskoj sjeveroistocno od Meride u 2 st. zavrijeme imperatora Augusta izgradena je brana CORNALVO visoka 20 m.

1.2 Tlo ispod brana1.2,1 UvodGornj isloj tla nacelno ima tri dijela:

povrslnski sloj (humus) ooronicene dubine- povrsinski sloj- stijene (cvrsta podloga)Pri gradnji brane humus se obvezno odstranjuje.STJENOVITE PODLOGE mogu biti: magmatske, sedimentne, metamforne. Sakonstrukcijskog stajalista stijene mogu biti:- stijene bez fuga (sl.c)

ojelomicno ispueale (naprsle) stijene ( 5 1 . b)pocetno izblokana (u vidu blokovo. sl.e)stijena u vidu blokova (sl.d)vrlo porozna stijena ( 5 1 . e)vrlo naprsla (ispocolo] ( 5 1 . f )skuplieno iii izborana stileno ( 5 1 . g)miiesono ( 5 1 . h)serpetin (sl. i)kaverne u stijeni (sl. j)


6/63

POLUSTJENOVITE POD LOGENESTJENOVITE PODLOGENEPOVEZANE PODLOGE (MATERIJALI)

- to su nojcesce pijesak isljunakPOVEZANI MATERIJAL!

- ncjcesce Havaco i glina 6


7/63

1.2,2 ZahtjeviPri projektiranju i gradnji brana od svih znacajki bitne su sljedece:

Deformafibilnosf (pojava deformacije), razlikujemo: oqronicenunepovratnu deformaciju, povrotnu deformaciju i neoqronicenonepovratno deformacija. Smehonlckoq stajalista nepovrotnedeformocije su rezultat zatvaranja prslino u stijenskoj rnosi. apovratne deformacije smanjenjo poroznosti u sloju tlo odnosnoslijeganja tlo.Stabilnost ~ sposobnost suprotstavljanja vanjskim opterecenjirna, U slucajunevezanog materijala rnoze doci do progresivne erozije. U zonama losijih iIislabijih materijala moze doci ido sloma po povrsini (klizanja materijala), Akoje zbima komponentna sila (W), suprotstavljanje protiv klizanja objekata jesilom (0.20 - 0.80). Objektje stabilan ako je W < f xV. Pri projektiranjubrana u stjenovitim ili polustijenovitim podlogama treba voditi racuna 0protezanju slojeva.

Prednost treba dati pregradnim mjestima s monoklinalnom (s1. a) ili sinklinalnomgradbom (s1.b) jer pri antiklinalnoj slojevitosti (s1.c) stijenaje obicno vrlorazlomljena i vodopropusna, Kod monokliname gradbe pozeljno je da slojevi buduvodoravni (sl a) ili da imaju pad suprotan toku vode (s1.d). Ako su slojevi okomiti iliskoro okomiti pogodnije je da se protezu okomito u odnosu na korito (s1. e). Zbogkonstukcije i karaktera poslova na betonskim branama traze se strozi uvjeti zakakvocorn stijene ipodloge.U slucaju a) nalazi se ispucali pijesak ispod brane sto nije povoljno jer moze doci dolorna podloge.Pod b) je vodoravan slojevit vapnenac na neotpomom sIoju skriljca sto stvara uvjeteza klizanje materijala prema nizvodnoj strani.U slucaju a) nalazi se ispucali pijesak ispod brane sto nije povoljno jer moze doci dolorna podloge.Pod b) je vodoravan slojevit vapnenac na neotpomom sloju skriljca sto stvara uvjeteza klizanje materijala prema nizvodnoj strani.

7


8/63

- . . . .(b )

Stika ( c) predocava ispucale kristalizirane stijene koje leze na ravnom rasjedu koji jeispunjen erodiranim materijalom niske otpomosti. Presjecene guste fuge na s1.d)formiraju masu koja se pod djelovanjem tangecijalnih iii smicucih siIa moze lakodislocirati (poznata katastrofa brane Malpasset u Francuskoj 1959. godine)Nepovoljni su iuvjeti na s1. e) gdje su sedimentne stijene presjecene rasjedomispunjenim sIabim materijalom. Skupljene stijene koje sadrze tanak sloj skriljca sl, f)predstavlja takoder potencijalnu opasnost.Prepoznavanje potencijalno nestabilnih pokosa u rijecnoj dolini namece se kaoimperativ.

8


9/63

(b)

~ % 1 @ ~ ; ; ' ' f " t , ~ t f } ; i tU slucaju pod a) postoje rasjedi duboko nagnuti (naklonjeni) ka dolini koji moguizazvati opasnost od gravitacijskog klizanja. fuge, paralelne s pokosom (s1.b),formirane dugogodisnjim temperaturnim promjenama takoder mogu biti uzroknestabilnosti.Slucaj pod c) zbog velike ispucalosti stijena otpornost stijenaje vrlo srnanjena, Slojmikasista je na nepravilnom mekanom terenu.Ispucala ipromjenjiva stijena cesto povezana sa intezivnim magnetskim stijenama,formira zonu slabe stijene, sto moze dovesti do klizanja pokosa s1.f).

(a)I. ~ ~

~-~---.: : .. ".

(b)

( 0

Na prethodnoj slici u slucaju pod a) tok lave bio je obrnut od prostiranja slojevavulkanske mase.Pokosi vodoravnih slojeva od skriljaca mogu kliznuti kao sto je na s1.b), ana s1.c) jedolina s nagnutim sedimentima stijena, s1.(d) je potencijlna opasnost od klizanjapokosa.Prsline koje su rezultat medusobnog klizanja slojeva smanjuju otpornost izlomljenestijene s1. (e).Aktivni rasjed (slika f) cesto predstavlja potencijalnu opasnost za nastajanje kolapsa.

9


10/63

VODONEPROPUSNOST je rijetko kada zadovoljena kod prirodnih podloga.Potrebne su uglavnom uvjetne mjere za poboljsanje tla ispod brana. Pri tome jegubitak vode od manje vaznosti u odnosu na pojave potiska ispod brane.PROPUSNOST ispcd brane moze biti primarna i sekundarna.Mali iveliki kanali niz koje dolazi do procjednog ili filtracijskog toka povezani susekudarnom propusnoscu. Sljedeca slika prikazuje idealizirane poprecne presjekebrana s razlicitim vidovima zona potencijalnog procjedivanja (filtracije).

(9)

(e)

(h)

(f)

(I )

S1.a) ispucali pjeskoviti materijal u vodoravnim sedimentnim slojevima ispod brane.Sl. b) brana na bazaltnoj lavi s meduslojevima od piroklasticnog depozita (bazaltnislojevi su ispucali, sadrze otvorene prsline iprocjedivanje j e vrlo vjerojatno).S1.c) lomljiv sloj kvarcita u gusto naboranim metamorfnim stijenama obicno sadrzipuno presjecenih prslina,S1.d) slojevi pjeskovitog materijala, naizmjence sa slojevima skriljavaca u sinklinali(u pjeskovitom materijalu nastaju prsline kao posljedica sinklinalnog polozaja),S1.e) rasjed ornogucuje pristup vode u lomljivim slojevima pjeskovitog materijala(usmjereni su u dubinu ka uzvodnoj strani).S1. f) rasjed ornogucuje izlaz za vodu koja se giba niz zakosene lomljive slojevepijeska, 10


11/63

S1. g) Iomljivi slojevi pjeskovitog materijala, intezivno ispucali pri nastajanjusinklinaleS1. h) ispucali pijesci u skupljenoj stijeni presjeceni su rasjedom niz koji se odvodi tokpodzemne vode u vanjskoj povrsini ispod brane.S1.i) rasjedi u lomljivoj kristaliziranoj stijeni fonniraju kanale za cirkulacijupodzcmne vodeS1.j) ispucali pijesci, erodiranan zona granita ispod sedimenata i rasjeda, fonnira seput za podzemnu cirkulaciju vode.Sl.k) kristalizirane stijene s puno fuga su vodopropusne.S1.1)sitno fugirani vulkanski sloj koji presjeca sedimentne slojeve formira kanal zatok podzemne vode.Na sljedecoj slici su idealizirani poprecni presjeci niz rijecnu dolinu kod pregradnogmjesta ili akumulacije.

. . 1 . < . 1 . . . '. . : . .: ; i ; ' ; } ; ~ ~ ; ; ; L ; b t ~ ~ ~ , ~ i : ~

(g )~ .~.. . :, : { : ' - ; . - "

i~\ ' ; i"~t:t~.~(b)

~ ~ e;, ;~ '" ..,..::r:p+~+t,~~,:..JJ.J .1Tj r.I ! \ ~ 4...'. _ .. ...,.. ..' .'.. '(e)

(i)

Sl.a) pijesci s fugama su zona potencijalnog procjedivanja u bokovima brane pripunoj akumulaciji.S1.b) bazaltna lava (s otvorenim prslinama).SLc) ispucali pijesci u prikazanom polozaju su skloni procjednom (filtracionom toku).SLd) pomaknuti biok prikazan strelicom formira otvoren kanal u masivnomvodoravnom sloju pijeska.

" .: ...

t ( ! " j ~ t ; 1 t ~ ~ f ~ ! ~ i l 1 j ~(h)

11


12/63

S1.e) rasjedi iprsline koje 1110gUizazvati gravitacijsko klizanje.S1.f) razvijeni sustav rasjeda kristaliziranih stijena pravi stijene propusnima najednojstrani doline.Sl.g) siroka rasjedna zona omogucuje duboku cirkulaciju vode ispod brane.Sl.h) ispucali pijesci erodiranih zona, zajedno s kutnim neskladom, ornogucuje lakucirkulaciju vode.S1.i) ispucali pijesci u antiklinali tvore propusnu zonu paralelno s dolinom.Sl.j) skupljene fugirane stijene zajedno s zasjedom kriju potencijaI podzemnog toka.Sl.k) jako fugirane zone u vidu listova u kristaliziranoj stijeni su propusno okruzje,S1.1) fuge u lomljivom kvarcnom sloju iasjedu formiraju put za cirkulaciju podzemnevode.Slojevi ispod brane koji sadrze vodotopive soli (kloridne iulfatnokloridne preko 5%isulfatne preko 2% od mase materijala) nisu povoljni za gradnju brana.Uvijek treba razmotriti mogucnost smanjenje vodopropusnosti ismanjenja gradijentapodzemnog toka.To se kod stijena postize injektiranjem (izvedbom injekcijskihzavjesa).

Nanosni materijaIi se presjecaju dijafragmom od razlicitog rnaterijala.

1.2,3.Istrazni radoviPri projektiranju posebice nasutih brana neophodno je imati dostatno bogate podatkeo tlu u zoni brane i akumulacije,Istrazivanjem geoloskog sklopa terena u zoni akumulacije potrebno je utvrditimogucnost ocuvanja vode iutjecaje na okolis.Treba utvrditi propusne inepropusnestijene i njihov polozaj u odnosu na usporenu vodu u rjecnoj dolini.Spoznaje dobivene geoloskim iektonskim istragama prdstavljaju temeljeprogramiranja buducih istrazivanja.Za geoloski zemljovid postoje dvije metode:

NEIZRAVNA (geoeiektricno sondiranje i geoseizmicko sondironje).IZRA VNA (sondazno busenje iskop sondaznih zdenaca rasjeka i pokopa)

Postoji veliki broj parametara iznacajki preko kojih se izrazavaju svojstvamaterijala.Glavne su fizikalno-mehanicke iklasifikacijske znacajke.

12


13/63

1.2,4. Poboljsanje tla ispod braneINJEKTlRANJEPoseban postupak pri kom se posebnorn crpkom u tlo ispod brane injektira suspenzijas razlicimtim vezivnim sredstvima, otapalima iIi umjetnim smolama, koja moze biticista ili s razlictim vezivnim sredstvima, otapalima iii umjetnim smolama, ili saispunama ili dodacima od gline, pijeska is1.materijala.Postoji kontaktno ikonsolidacijsko injektiranje i protuprocjedna zavjesa.Kontaktnirn injektiranjem se popunjavaju eventualne prsline na spoju stijene ivcdogradevine u cilju dobivanja monolitne veze izmedu betona i stijene.To je plitkoinjektiranje (0.5 - 1.5) m.Za ovo injektiranje se koristi masa od betona imorta.Konsolidacijsko injektiranje predstavlja dublje injektiranje u cilju povecanjaotpornosti stijene u dubinu ismanjenja procjedivanja vode. Dubina injektiranja od(5 -15) m. Podloga za konsolidacijsko injektiranje je beton kao sto je prikazano naslid:1 - glinasta jezgra2 - krupnozmi rnaterijal3 - filtarski slojevi4 - stijena u temelju brane5 - sloj betona debljine d6 - sondazne busotine7 - konsolidirana podloga

; /-@1r~-0 - -~ -~t'If:-t+H''i-+H'!~ J

Debl j ina:

p - najve6i t lak pri irijektiranju (M pa)r b - volumna tezin a b eton a (KN/m 3)k, - koefic ijent s igurnos ti 1.5 - 2 (zapravo dopus ta s tanovito

povecanie t lake p)13


14/63

Za konsolidacijsko injektiranje koristi se otopina od vode, bentonita i cementa visokeotpomosti.lnjektiranje se obavlja preko sondaznih otvora postavljenih na razmaku od(1.5 - 3) m.PROTUPROCJEDNE (PROTUFILTRACIJSKE ) ZAVJESEPredstavljaju nepropusne pregrade, izvedene ispod vodonepropusnog elementa nasutebrane (ili do uzvodnog kraja betonske brane) sa zadacorn smanjiti procjedivanje krozpodlogu. Izvode se tako da se injekcijska masa utisne u prsline stijena niz sondaznebusotine, Voda iz injekcijske suspenzije iii mortova, nakon utiskivanja poddjelovanjem gradijentnog tIaka, procjeduje se kroz najsitnije prsline stijene tako da udrugim, sirim prslinama ostaje zbijena masa s vezivnim sredstvom, koja ce se tijekomvremena posve stvrdnuti.Injekcijska zavjesa je obvezna kada su relativni gubitak vode u stijeni q ikoeficijentprocjedivanja k veci od dopustenog,

DUBINA DOPUSTENI DOPUSTENIGORNJE RELATIVNI KOEFIC lJENTvaDE GUBITAK PRO C JE DIV A N JA

" q " Ilk"m "m 3ts na 1m m /s60 O.0834x10-5 10 -7

60 - 100 Q,Q501x10-5 6x10-7>100 Q,Q167x1 Q-5 2x10 -7

q=__iL_pxL Q - gubitak vade na ispitivanoj dionici duljine Lp - tlak kajim se obavlja utiskivanje vade

U praksi mjerenje vodopropusnosti se obavlja metodom Lugeona (Lizon),

14


15/63

V M " 7?0..'2SQ_ i;l

/// L yL < --0 ,~I " "II/ min]

C 2 : l j, b)---3

a)

oj Shemotski prikoz mjerenjo propusnosti premo Lugeonovoj metodib) Dijagrami gubitaka tlaka u cijevima

Prema Lugeonovoj metodi propusnost se cijeni prema q (l/min na m);(litara u 1 miniti na 1 duzni metar prsline pri tlaku 1 Mpa), pri njektiranju vodom uodabranu dionicu prsline.Lugeonova metoda omogucava da se pored propusnostiodredi i istorodnost stijene.Mjerenje propusnosti se obavlja tako da se na kraju dionice (oznaka 3 na slici),dionice koja je obicno duzine L=(1-5) rn, busenje prekida i dionica se izolira odpreostalog dijela prsline posebnim cepom (br.2 na slici, cijev).Ta cijev je na povrsiniterena spojena sa crpkorn, koja utiskuje vodu u cijev pod tlakom. Na cijevi je imanometar (simbol M na slid) i vodomjer (simbol V na slici) za mjerenje protoka.Nakon toga se obavlja citanje na svakih 5 min dok razlika izrnedu citanja ne budemanja od 10 %. Za proracun propusnosti uzima se srednja vrijednost izmjerenogprotoka. U istim dionicama postupak se ponavlja vise puta, s vecim tlakovima dok sene dobije p=l MPa, a onda nakon toga manjim tlakovima sve do najmanjeg.U praksi se obicno primjenjuju sekvence tlaka 0.20; 0 0 4 0 ; 0.60; 0.80 MPa ina koncu1 MPa, i obmuto.Gubitak tlaka/; p treba odrediti prije pokusa za razlicite duzine cijevi (prikazanekrivulje, slika b).Propusnost N tadaje:

1 0 0 0QN= ---"--p x Lv.N(u Lugeonima (Lu) to se moze tumaciti kao da su to litri/min po metro).15


16/63

Q - ukupni protok u litrima za vrijerne mjerenja6 t - vrijeme mjerenja u minutamaL - duzina mjerene dionice (m)p - tlak vode u sredini mjerenje dionice (kPa)

PM - P u manometru (kPa)H - visinska razlika izmedu kota manometra i razine podzemne voder w - volumna tezina

Protok crpke je minimalno 200 l/min pri tlaku 1 MPa. Injektiranje je potrebno aka jeN>5(Lu).Zavjese od injektiranja mogu biti jednoredne ili viseredne. Kod viserednih razmakbusotine je (1.5 - 3) m.

C E M E N T N E Z A V J E S EIzvode se od otopine cementa u vodi iza prsline sire od 0.10 mm ako se podzemnavoda giba brzinorn manjom od 7x 10-3 m/s ikoje nisu agresivne prema cernentu.

16


17/63

GLINASTO - CEMENTNE ZAVJESEVeci dioprslina je manji od 0.10 mm. Smjesa je od cementa i gline. Na sljedecoj slicije razvijen presjek jedne injekcijske zavjese.

I = Iijevi bok; 2 - srediisnja dionica; 3 - desni bok; 4 - kruna brane; 5 - injekcijskagalerija; 6 - dovod; 7 - popravke; 8 - temeljni ispust; 9 - preljevni tunel i

10 - injekcijska zavjesa.

KEMIJSKE - PROTUPROCJEDNE ZAVJESEIzvode se od natrij - silikata, kaIcij - klorida idrugih kemikalija, za prsline < 0.10 m.Dubina injektirana je prema fonnuli 0.30 H +C (gdje je H - tlak od brane, C=7 .50-za cvrste stijene; C=10.50 - za ispucale stijene).

Na sljedecoj slici je prikazana teorijska granica injektiranja (isprekidana erta) iposebne prsline za injektiranje diktirane iod geoloskih uvjeta, a ne sarno od teorijskecrte.

17


18/63

1-kruna brane2"injekcijska busotina3-izracunata dubina injekcijske zavjese

a) propusno nategnute prsline za injektiranje: imaju za cilj presjeci izlomljenuzonu po duzini stnnog presjeka, a posebne okomite prsline su smjestene dapresjeku drugi rasjek u dolini

b) propusna zona u stnnoj strani tjesnaca po duzini rasjeka je presjecena redomprslina za injektiranjec) prsline za injektiranje sijeku sloj vapnenca iulaze u nagnuti sloj ispucalihpjeskovitih materij alad) prsline za injektiranje su dublje da bi usle u ispucale slojeve izlomljenog

kvarcita u metamorfnom dijelu koji sadrzi skriljce i gnajse) prsline za injektiranje su produzene ispod teorijske dubine da bi presjekle

vapnenacf) prikazan je slucaj kada se duboka prslina plombira visokom ispucalom zonom,nastalom usljedjakog boranja sedimentnih stijena

POPUNJAVANJE PRSLINA I TEKTONSKIH ZONASire prsline itektonske zone mogu se ispuniti betonom ili otopinom od cementa ipijeska primjenom razlicitih postupaka. Prsline iektonske zone su debljine(0.20 - 0.30) m. eiste se rucno ili vodenim mlazom. Tektonske zone sire od 0.30 mplombiraju se betonom.

18


19/63

Nestjenovite podlogeKod nevezanih podloga od sljunka ipijeska nastaju poteskoce pri injektiranju zato stose krupnije cestice suspenzije taloze u porama sprecavajuci daljnji prodor masa zainjektiranje. No, tlak se ne smije puno povecati da ne bi doslo do Iokalnih prodora ipodizanja povrsine tla.Na sljedecoj slid zavjesa je umocena u nepropusni sloj. Ako se izvede kao visecatreba imati duljinu >1.00 H (H- tlak od brane).

Na toj slici je brana Zielwenstein (Cilvenstajn, Niemacka) s injekcijskom zavjesomkroz naslage od sljunka u podlozi ispod brane.1 - betonski zub za produzenje procjednog toka (puta)2 - injekcijska zavjesa3 - vodoravna drenaza za olaksanje radova na brani iprovjeru ucinkovitosti zavjeseVodopropusnost nestjenovitih podloga ispod brane cesce se postize izvedbomdijafragmi ispund pregrada.

19


20/63

Cementno bentonitske dijafragmeIzvode se u rovu koji se kopa u kampadama kao sto je prikazano na sljedecoj slici. Natoj slici j e prikazana izvedba cementno - bentonitskim dijafragmama:

A,B,D,FC,E,G -

A,B,D,F - prirname kampade (gusto iscrtano)C,G,E - sekudame kampade (rijetko iscrtano)lskopana kampada se drzi stabilnom, odnosno podupire se cementno - betonitskimmortom kojima se ispunjava odmah nakon prokopa. Mort se ostavlja u rovu da se susiidobije kompresibilan slabo vodopropustan zid niske otpomosti. Kampade se izvodeu sekvencama. Sekundame kampade se kopaju kadaje mort u primamim kampadamadostatno stvrdnut da bi se sam mogao nositi, no prije nego bude previse stvrdnut.Time opada potreba kraj kampade biti poduprt. Rov je sirok (0.5 - 1.5) m (cesceblize 0.5 m). Max dubina dujafragme je 50 m (izvodi se posebnom mehanizacijom).Cementno - betonitska masa -1 m3 morta sadrzi:(80 - 350) kg cementa, (30 - 50) kg bentonita iii (15 - 30) % cementa, (2 - 4) %bentonita, (5 - 10) % pijeska i sljunka, ostatakje voda.U odnosu na betonske ove dijafragme imaju nisku otpomost. Otpomost je obicno100 kPa za 28 dana odnosno 150 kPa za 90 dana.

20


21/63

Betonske dijafragme

Betonske dijafragme mogu biti od krutog iii plasticnog betona (sljedeca slika).

C D C D

1- iskop2 - betoniranje3 - slabo propusna podloga4 - propusni slojIskop je na naizmjenicnim kampadama s tim 8tOse iskopana kampada drzi stabilnoispunom betonske suspenzije. Kampade se betoniraju betonom iii cementno -bentonitskim betonom (plasticnim betonorn). Kraj svake kompode se podupireposebnom celicnom cijevi promjera koji odgovara sirini rova. Cijev se nakonvezivanja betona vadi, Na taj se nacin forrnira polukruzni spoj izmedu kampada sboljom vodonepropusnoscu spojeva.Betonske dijafragme se ispod brane ne armiraju, Debljina betonske dijafragme je 0.60m za dubinu 30 m, odnosno od 1-1.20 za dubinu 50 m, ios plus deblja za 1-1.20 zanarednu dubinu od 50 m.Sastav betona za ispune je sljedeci - za 1m3 betona:400 - 500 litara bentonitske suspenzije100 - 200 kg cementa(1300 - 1500) kg dobro graduiranog agregata sa najvecim zrnom


22/63

1.3.Procjedivanje (filtracija) kod brana1.3,1 Djelovanje procjednog tokaDo procjedivanja maze doci u temelju (osnovi) brane, Uobalama pokraj brane i krozsamu branu (aka je nasuta zemljana brana) kao sto je prikazano na sljedecoj slici:

c) procjedivonje ispod betonske braneb) procjedivanje kroz tijelo ipodlogu zemljane brane

1 ~ procjedne strujnice

Da bi se smanjio stetni utjecaj procjedivanja treba poduzeti posebne mjere. Jedna adrnjera je produziti procjedni put cime se smanjuje brzina procjedivanja i opasnost odsufozije (iznasanje sitnih cestica iz podloge ispod brane ili kroz tijelo nasute brane),kao sto je prikazano na sljedecoj slid:

Glede mjere stetnog djelovanja procjedivanja:A) 1 - okomite pregrade

2 - vodoravne pre gradeB) 3 -drenazna ispuna (od pijeska, sljunka iIi sitnog kamena)

22


23/63

1.3,2 Mehanicko djelovanje procjednog toka na zemljani skeletPri procjedivanju vode kroz pore u zemljanom okruzju tokje laminaran.Na sljedecojslici jc dio dvofazne sredine (voda + zrak).

. _ _ 1. ---1I API ~ P . r-------,c)

: : : o ~ : u ~ r0q~~j ~ : : ( y ~2 A ...._- AY@a) b) d) e)Na slici je mehanicko djelovanje procjednog toka:

a) Dvofazna sredina - zemljana cestica A je okruzena dvjema crtama 1i2.Zbog otpora pri toku dolazi do smanjenja tlaka po duzini toka, a sto jeprikazano piezometrima p l , p2 ip3.

b) Okomiti tlak na cesticu je veci s lijeve strane na slici u odnosu na desnustranu.

e) Pored okomitog tlaka 6 na povrsini cvrste cestice A djeluje jos i dodirno(tangeneijalno) naprezanje trenjad) Ako se zbroje sve okomite iangencijalne sile koje djeluju na povrsini cestice

A dobije se sila F koja tezi pomaknuti cesticu A u smjeru procjednog toka ikoja se zove elementarna sila hidraulickcg djelovanja.

e) Moze se zamislitit veci obujam tla s vise cvrstih elementamih cestica, Nasvaku od njih djeluje sila F.

2:F daje sumarnu silu hidraulickog djelovanja koja zeli pornaknuti cijeli promatraniobujam.Sila koja djeluje na jedinicu obujmaje:

'L FF s ;:;: -- 1zove se specificna sila hidraulickog djelovanjaVMoze se pretpostaviti da je jedinica obujma tla usredotocena u tocki M kao sto jeprikazano na sljedecoj slici:

23

IF- ..


24/63

II 1 1 :1-------- I-~L.hA P2-Ts

_ - - r -,I I~b.s~I "

Na slici jedna od erta toka (s) prolazi kroz tocku M. Specificna sila F s moze serazloziti na silu F t u smjeru dodirnice (tangente - t) na slici u tocki M ina silu F w uokomitom smjeru. Sila F w zove se sila specificnog hidrodinarnickog potiska ij ednaka j e Arhim edovoj sili,

F w : : ; (1-n)yw n - poroznos t t la Yw - s pe cif ic na te zin a v ad e

Sila Ft predstavlja specificnu procjednu (filtracijsku) siIu:

. M1=-Ss " i - p lezom etarsk i pad u tocki M llh - gub itak t laka na e lementamo] duzln l f j ,s

Na sljedecoj slici su sile koje djeluju na jedinicu obujma (volumena) tla:

24


25/63

S1. a) na jedinicu obujma djeluju tri sile:1. Volumna tezina suhog tla2. Specificna sila hidrodinamickog potiska3. Specificna sila procjedivanja

Dvije okomite sile mogu se zbrojiti i tada ce se dobiti shema b).

8 1 . b ) r'> Y d - Fw - tezina t la potopljena u vodiFw :;: (1 - n) Ywr ,= Y d - (1 - n) Yw8i1a r' s e uzim a prj p ro ra cu nu de fo rmacija tla .

Ako se zbog deformacijc cestica pocne gibati rnoze zaglaviti u suhoj pori. Tada dolazido talozenja cestica (kolmacija iIi koimatacija). Druga deformacija je iznasanjecestica iz okruzja tla vanjska sufozija. Unutrasnja sufozija je kada se cestice ne iznoseiz sloj a tla.1.3,3. Procjedna otpornost zemljanih podloga iobjekataProcjedna otpornostje sposobnost suprostavljanja filtracijskim procesima.Razlikuje se1. Uobicajena (normalna) procjedna otpornost

2. Slucajna procjedna otpornostNa sljedecoj slici je prikazano potpuno rusenje pokosa brane (sl, a) iokalnaprocjedna deformacija (sl.b),

7~~ \1 - procjena krivulja2 - ravnina klizanja3 -otklizana zemljana masa (materijal)4 - lokalno obrusavanje materijala5 - izlazna tocka procjedne (depresijske ) krivulje

Jasno je da klizanje kosine izaziva trenutacno potpuno rusenje brane sl.a, dok lokalnadeformacija is ufo zija iz ba cu ju b ra nu iz koristenja,25


26/63

1.3,4. Teorijski aspckti procjedivanjaAko se za tok brane talne (podzemne pome) vode primjeni Bernoulli-eva jednadzba stim sto se zbog male brzine toka brzinski tlak zanemari idobiva se da je:

uh : : : : -+zJ W

,gdje [e h - ukupni tlak,u - porni tlak vode

J W - volumna tezlna vodez - visinski (polozajni) tlak odabrane

ravnineTok kroz porozne materijale sitnije od sljunka uvijekje laminaran.(lamina =sloj) ivrijedi Darcy-eva formula:

V; : : ; ; !L=kx iA q - jedinlcnl protok vode (m3/s m)A - povrsina poprecnoq presjekak - koeficijent vodopropusnosti (mfs)i - hidraulicki gradijentv - brzlna toka

" w ~ 'l. ., .\1 ~$' IO~ -:t- ~1 -'3 fO~o10 1 0 10 ~o 10 (0 10, ~_ -.-----4. _~r____..............,., ..~-----\- .\- I

C D C D C 0

1 - cisti sljunak2 - cisti pijesak ismjesa pijeska isljunka3 - vrlo sitan pijesak, muljaste gline iglib (mulj)4 - rasprsle gline5 - gline bez prslina imuljaste gline (vise od 20 % gline)26


27/63

Za k postoji formula Hazen-a: k = 10-2 0L O 2 (m /s )

~ oa - - -- - - - - iI

J

D-promjer zma U 111m(k) tocno se maze odrediti samo U laboratoriju, inace se odreduje priblizno premagranulometrijskom dijagramu.Na sljedecoj slici je slucaj dvodimenzionalnog procjedivanja.

V x

Ukupni tlak se smanjuje u smjerovima xi z i iz tog razloga u formulama stojipredznak (-).

27


28/63

Darcy: Vx :::: k x ix :::: -k o hA XVz:::: k x i : : : : -k o h

z O ZPromatra se dalje prostorni element (d-, d-, d-), Volumeni vode koji ulaze i izlaze izelementa su:

\,../ - V d d + V d d - volumen ulazaUL- x y Z Z x y. 8~ 8~

\-I (V + d.) d y d Z + I\lz+_ dz} d X d y - volumen izlazav 12:::: X a x ~ \ v O ZAko ne postoji promjena volumena tadaje

o V x + a v z : : : :0O X 8z

Ova je jednadzba izraz neprekinutosti (kontinuiteta) u ravnini,

o rp ah- =Vx=-k-a x a x . II

a rp ah- =Vz=-k-8z O Z IIIKombinacijom jednadzbi I, I iIII moze se dobiti:

a 2 r p a 2 r p-+-::::08x2 O Z 2Dobiva se funkcija potencijala koja zadovoljava La Place (Laplas-ovu) jednadzbudokazanu od strane Forheimer (Forhajmera).Ako se jednadzba integrira dobiva se:

rp(x,Z)= -kh(x,z) + cAko je funkcija ~(x,y) dana sa stalnom vrijednoscu tada predstavlja krivulju na kojojje potencijal (hi) stalan ili konstanta. 28


29/63

Ako je funkcija qJ(x ,y) dana redom ii i serijorn konstantnih vrijednosti ;PI, qn, q J 3tada predstavlja familiju krivulja sa stalnim potencijalom po duzini svake odnjih.Takve krivulje zovu se ekvipotencijalne linije.Druga f-ja u toku je , (x, z) j to je f-ja toka

- a \{ l a ll-- =Vz=-k-a x a zD\{i 8h- =Vx=-k-G Z a x

Obje ove jednadzbe zadovoljavaju La Plasovu jednadzbu .Ukupni diferencijal funkcije je u tom slucaju:

29


30/63

Aka funkclja 'P(x , z ) ima stalnu vrijednost ( 'Pi) tada je d \f' =0 -t~::::;zd , VxNa taj naCin tangenta u bilo kajoj tock' krivulje predstavljena je krivuljom\f'(x, z) = 'P [Aka je funkcija T(x, z) je dana redom iii serijom konstantnlh vrljednosti 'l'[1Y ! 2 1 Y ! 3 . . . . Dobiva se funkcija krivuja ad kejih svaka predstavlja put taka -7strujne crte, crte taka (=strujnice)

t \ a ; . : -1-.\ I v )\ V i id~


31/63

Jasno je da se ekvipotencijalne crte i strujnice krizaju (sijeku) pod pravim kutem (90)7 : :

h 1 ) < BI \ ' p~ - : _ r ;?1\ /'\ ~/ -:././'/, S - /b


32/63

Darcy Ohm

Q=: kxAxh cxA' xE]:=I I',

(0) - filtracijski protok ( I ) - protok(k) - koef. propusnosti elektriciteta(A) - pov. poprecnoq ( c ) - koef. slektricnepresjeka provodljivosti(h) - potencijal (A') M povrsina(/) - duzlnapoprecnoq presjekaprocjednog (E) - elek, Potencijalkuta (t,) - duzina putaelektrtcne struje

3. NUMERICKE METODE (vidi hidrauliku)Metoda konacnih razlika, metoda konacnih elemenata (prof. Vinko Jovic iz Splita)4. GRAFICKO RJESENJEAutori: Forheimer (Deutschland)Richardson (Engleska )

Na sljedecoj slid je strujna mreza ispod jedne rnasivne betonske brane32


33/63

-,

r50 0LC l, . . . .. 100[kNlml] 150 b)

a)o 5I(]I

10 15mJ )

Gubltak potencijala /::,.T izmedu dvije bilo koje susjedne ekvipotencijalne crteH .je L\H := - = - = - - gdje je Nd broj ekvipotencijalnih padova.Nd.

U .. H 15ovom pnmJeru / :: ,. : :: :- = 150m.10 .To znaci da je potencijala n 6..H. Primjerice tocka (P) je na osmojekvipotencijali, tlak u toj toeci (P ) je H p = npL~H = 8 x 1.5 = 12m.Tocka (P) je na razmaku Zp ispod referentne ravnine, odnosno imageodetsku (polozsjnu) visinu. Porni tlak (U p ) u tockl (P) je prema Bernulijevojjednadzbi:

Up= rw[Hp -(-Zp)]-rw(Hp +Zp)Na slici (b) na gornjoj slici, racunajuci prema ovoj fonnuli dobiven je pomi tlak zasvaku tocku, odnosno dobiven je dijagram pomog tlaka.Povrsina dijagrama dajeukupnu silu (U) tlaka koja djeluje u tezistu dijagrama iusmjerenaje navise (nagore).Strujna mreza omogucava da se izracuna filtracijski protok:q = A x k x i gdje je A = 6 n x 1

i- hidraulicki gradijent . AH1=-/].s33


34/63

Ako je mreza kvadratna sto je najeesci slucaj tada je q = = k x 6H (m 3/s m).Ovo (q) je zapravo protok sarno za jedan strujni kanal u rnrezi.Ako je (N f) broj strujnih kanala, a (N d ) broj ekvipotencijalnih pad ova od .1.Htada je ukupni protok Q::: q X Nil a h =: .:1H X N, taka da se dobije

Nprotok: Q =: k x B_1.N dU nasern slucaju ako je k =: 2 x 10 -6m /s tada je

Q =: 2 x 2 X 10-6x 15 x 4.60 ""13.80 x 10-6101.3,6. Procjedivanje u anizotropnoj srediniIZOTROPUA - je odlika materijala da ima ista svojstva u svim pravcima(smjerovima).ANIZOTROPIJA - obmuto od izotropijeVeci dio prirodnih zemljanih naslaga su anizotropne u odnosu na propusnost ikoeficijent propusnosti koji ima najvecu vrijednost u smjeru slojeva, a najmanju usmjeru okornitom na slojeve.Ako su ovi smjerovi x iz tadaje

k =k .2 nunU ovom slucaju Darcy-ev zakon moze se predstaviti sljedecim opcim oblikom:

. 8hV =k Xl =-k -x x x x8x8hV =k xi =-k -z z z z a z

34


35/63

(8) -T V =-k ahS S a soh 8h ax 8h O Z-=--+--A S O x o s 8z a sv v v ._s ::::_xcosa+-z smak, i, kz

Dalje ce biti:

ill2 2cos a sin a-----+---kx k,1

Posljednjim izrazom je opisana prornjena propusnosti u razlicitim smjerovima,predstavlja se elipsom.

35


36/63

J ednadzba neprekidnosti je:

ii i ako s e ob avi zam jena

Tada j e jednadzba neprekidnosti:

Vrijednost koeficijenta propusnosti primjerenog za transformirano (anizotropno)podrucje zove se ekvivalentan izotropan koeficijent idobiva se izrazom:

t~kk" J f...x Jf...zTocnost prethodnog izraza moze se demonstrirati na elementamom polju strujnemreze u x smjeru (Sljedeca slika).

z a) z b)I V, 1 1 62 V x I f Z---+-.,1 < D .X t 1 < D .X> ! X t > ! xSL(a)- transformirano elementamo polje strujne mrezeSl.(b)- prirodno elementarno polje strujne mreze

36


37/63

o hV::::-k'-.x O X z :

V ::: :-k o hx x a x

Odatleje:

k: =k f t z = ITk '\j/\'xf1.,zx

1.3,7. Procjedivanje pri neistorodnosti zcmljanog okruzjaNa sljedecoj slici je slucaj okruzja sa dva izotropna sloja debljine hI ih2 skoeficijentom propusnosti kl ik2 ili slucaj neistordne (nehomogene) sredine. Dva sesloja mogu promatrati kao jedan anizotropni sloj debljine H 1iH 2.

Ako su hi ihz potencijali u dvije tocke prvog idrugog sloja tada za jednu zajednickutocku koja lezi na granici hi =112, bilo koja okomita crta koja prolazi kroz dva slojaje zajednicka ekvipotencijalna crta. U tom slucaju hidraulicki gradijent u oba sloja iuekv iva len tnorn jedins tvenom sloju je isti ibit ce (ix).

37


38/63

Tada gdje je

Za jednodimenzionalno procjedivanje U okomitom smjeru:

iz - prosjecan (srednji) hldraulickt gradijenttada je

k -. z1 1 =t>

1

Gubitak potencijala na dubini (HI +H2)jednakje zbroju gubitaka u dva sloja,

38


39/63

1.3,8. Procjedivanje u stjenovitim temeljima

U stjenovitim podlogama ne vrijedi Darcy-ev zakon, nego je procjedivanje niz prsline(pukotine). Procjedni ( filtracijski) tok izaziva sile potiska (tIak vode odozdo) nadno betonske brane koje olaksavaju branu, smanjujuci tako njezinu stabilnost. Buducida je tok u prslinama, sila potiska ne djeluje na cijelu povrsinu na brani nego napovrsinu cdgovarajucih pora iprslina.Ako je a2 koeficijent redukcije povrsine kojoj se predaje sila potiska, tada povrsinana koju djeluje ta silaje aB, gdje je B povrsina jednog metra duzine brane.

ORISIN (Rusija) preporuca: a2=0.75 - 0.95. Isti autor medutim cesto uzima dajea2=1, sto je na strani sigurnosti.Na sljedecoj slici je masivna betonska brana.

--------7', IH

Ukupna sila potiskaje zbroj sile UO i UO.Ul dijagram dobiven preko dubine donje vode (H2)

D vU i -4 -- -4Hv 2

U2 Ii > dijagram dobiven usljed procjedivanjaAko je dno brane ravno dijagram za Ul je pravokutnik (kao na slici), au drugimslucajevima prema konturi dna.

39


40/63

Za pravokutni dijagram U, =a2y wH2B .Za U2 uzima se daje dijagram trokut paje V2 =O.50YwH(1-aJa2Bgdje je:

a0 - koef.gubitka tlaka, uzima se da je a0 =(0 - 0.10),S obzirom na male vrijednosti cesto se a0 zanemari

Na sljedecoj slici je dijagram potiska kod stjenovitih osnova (temelja) kada postojiprotuprocjedna zavjesa 1 idrenaza 2.

a) c)

H

H 2

k 8 - > 1U 1 1B~:

" ' - , U H2

Slika potiska povecava dimenzije brane te treba poduzimati mjere za smanjenje tesile. Zavjese mogu biti cementne, glinasto-cementne, bitumenske idruge.Za cementne zavjese specificni potisak opada (iIi se umanjuje) do a " : ! =(0.10 - 0.30).Postoje iodredene preporuke:a) aka je H


41/63

BRANA "a' a1GravltacijskaBetonska:- niska 0 0- srednja OA 0.15- visoka 0.5 0.25

Kontrafornamasivna 0.4 0

Lucna betonska 0.5 0.25

1.3,9. Bocno procjedjlvanjeBetonski objekti s stranicnim djelovima dodiruju obale do line ili su povezani sazemljanim djelovima brane sto je rjedi slucaj. U ovim spojevima dolazi do obilazne iIibocne filtracije bez tlaka. Bocna filtracija izaziva silu koja djeluje na spoj nepropusnekonstrukcije s prirodnim terenom.Radi toga treba sniziti povrsinu depresijske crte, a to se postize izgradnjorn uzduznihzidova, vodopropusnih dijafragmi i primjenom drenaza.Na sljedecoj slicije shematski prikaz stranicnog procjedivanja. Depresijska krivuljajeAB.

41


42/63

Na sliei, razina filtracijske vode, koja je u pocetku bila na istoj koti kao igornja voda,pri gibanju oko konstrukcije postupno se snizava do razine donje vode.Depresijska krivuljaje ACDE.

1.3,10. Procjedivanje kroz tijelo betonskih branaBeton ipak sadrzi stanovit stupanj pora, tako da niz te pore dolazi do procjedivanja,kao sto je prikazano na sljedecoj slici,

Au

Za vodoravni presjek MN na slici velicine sile potiska odreduje se dijagrarnorn(trokutom)

AMCi

Da se smanji djelovanje filtracije u tijelu brane izvode se drenazne galerije na raznimrazinama blizu uzvodne strane brane i okomito povezane izmedu sebe. U primjeni su iokomiti drenazni otvori na uzvodnom dijelu tijela brane izvodi se ihidroizolacijskisloj na povrsini od ekosidnog mort a ili drugih izolacijskih materijala.

42


43/63

1.4. SHe iutjecaji na brane1.4,1. Opcenito 0 silama iutjecajimaTu su sile hidrostatskog tlaka najcesce vodoravne, a mogu biti i okornite (primjerice)kao sto je prikazano na sljedecoj slici:

t~vPored toga, kao sila djeluje ivlastitia tezina konstrukcije G, odredena prekoodgovarajuce volumne tezine konstrukcije isile procjedivanja (potiska) UO iUO. Tusu sile procjedivanja u tijelu brane koje nisu prikazane na slici.SEKUNDARNA OPTERECENJA(Neke od tih sila su na prethodnoj slici)To su opterecenja od nanosa Pn leda PI, od udara vala Pv, termicki efekt (nijeilustriran na prethodnoj slici), interaktivni efekt (interno opterecenje) izazvanrelativnom krutoscu idiferencijalnim defonnacijama brane i osnove brane (nije naslici) i hidrostatski tlak obala (interno opterecenje filtracijske vode stijenske maseobala, znacajno kod lucnih brana - nije na slici).

POSEBNA (lZNIMNA) OPTERECENJAMalaje vjerojatnost pojave onih opterecenja Uovoj skupini aseizmicke sile (odpotresa) - vodoravne iokomite inercijalne sile od mase brane iakumulirane vade podseizmickim utjecajem.Na prethodnoj slici simbolicno je prikazana sarno sila masebrane Sc, s napadnom tockom u tezistu brane.

43


44/63

1.4,2. SHe hidrostatskog ihidrodinamickog tlaka

Na prethodnoj slici su prikazane sile hidrostatskog tlaka.Sile WI iW2 su premadijagramima na slici. Okomite komponente 83 i W4 su tezine vode.Sile potiska U 1 i U2 takoder prema dijagramima,Sila hidrodinamickog tlaka u jednoj konstrukciji, primjerice na neki stupac je:

W _cxXDXrpXV2d- 2

cx - koe f. 6 eon og o tp oran - p ov rs in a p cp re cn cq p re sje ka tokarp - gustoCa vodeV - srednja b rz in a t oka

Na sljedecoj slici je dijagram hidrodinamicke komponente tlaka koju je izazvao vodnitok na elementima konstrukcij a.

81. a)- sila hidrostatskog tlaka na zavrsetku odskocnog praga.81. b)- sila hidrostatskog tlaka oa odbojnoj ploci,S1.c)- sila hidrostatskog tlaka na dijelu zida odvodnog tunelaNa slikama su dijagrami odgovarajucih tlakova. Ukupni srednji tlak je zbrojhidrostatskog tlaka ilaka izazvanog gibanjem vode

P =Pst + Pdin s t - statlckodin - dinamicko

44


45/63

Ukupni tlak u danom trenutku je zapravo zbroj srednje vrijednosti tlaka p tijekomvremena i pulzacijske kornponente:

P ' ~ p := p + P ' := Psi + P d i n + P 'Dinarnicki tlak je:

V2Pditl : : : : : :CpPT Cp - koef. tlaka

o - koef. pulzacije (titranja)

Sila hidrodinamickog tlaka je:

W dill = W din W ' := A(Pdill p') A - povrslna na koju tlak djeluje

1.4,3. Utjecaj kavitacije iacracije ( prozraCivanja) na hidrotehnicke objekteKAVITACIJAU vodoprovodnim objektima nastaje zbog lokalnog pada ili gubitka tlaka do kriticnevrijednosti, pri cemu voda pocinje hIadno kipiti (nastaje hladno vrenje vode). Pri tomuse stvaraju posve sitni mjehurici ispunjeni parom. Njihovo premjestanje u mjestoviseg tlaka dovodi do kondenzacije pare, ponovno uvlacenje mjehurica u vodu, pricemu ona udara u cvrste rubove konstrukcije. Zbog toga dolazi do ostecivanjamaterijala, do pojave koja se zove KAVITACDSKA EROZIJA, a proces stvaranja,prenosenja i uvlacenja mjehurica u vodu KAVITACIJA.Pored erozije materijala kavitacija izaziva i promjene karaktera gibanja vode(tekucine), gubitak energije, vibracije isum. Vrijeme uvlacenja mjehurica ispunjenihparorn je vrlo kratko (1000 djelovi sekunde) i slijedeno je stvaranjem udamog valavisokog tlaka, koji izaziva eroziju ideformacije, a u nekim slucajevima iunistenjematerijala vodoprovodnog objekta. Na sljedecoj slici je prikazana kavitacijska erozijavodopravnih objekata.

45


46/63

a} .

c}

Cavitation =kavitacija1 - kavitacijska erozija se pojavljuje na preljevnom dijelu betonske brane2,3 kavitacijska erozija se pojavljuje Uobjektima za gasenje energije4 - kavitacijska erozija se pojavljuje na dijelu zida odvodnog tunela1,2,3 i 4 su na slici (a)5 - kavitacijska erozija se pojavljuje na ulaznom dijelu6 - kavitacijska erozija se pojavljuje na izlaznom dijelu7 - kavitacijska erozija se pojavljuje u razdjelnom zidu zatvorenih vodoprovodnihorgana pod tlakom5,6 i7 su na slici (b)8 - kavitacijska erozija se pojavljuje u vodoprovodnom organu iza dubinskog ventila8 je na slici (c)Slika (d) - Ukoliko se u nckom dijelu vodoprovodnog organa pojavi tok > odkriticnog, tada lokalno smanjivanje tlaka do kriticnog nastaje usljed djelovanjacentrifugalnih sila ii i iskrivljenja toka pri neravninama na povrsini,Na prethodnim slikama simbol 1je kavitacijska erozija.Otpornost od pojave kavitacije moze sc ocjeniti preko koeficijenta kavitacije (8):

46


47/63

Paps _ Pkr0 : : : : : : Y w r wV2

2gP a ps+ ap so lu tn o - apsolutni tlak u promatranoj tock!Pkr",krilicrt - kriticni tlak vodene pare koji ovisi 0 temperaturi

teku6ine i za vodu na 20' iznosi 3.25 kPa, a toodgovara vodnom stupcu o.24m.v - brzina taka

Aka 0 : : : ; 5kr (sto ie sluca] prj veliklrn brzinama i niskom tlaku tada postojiopasnost od kavltacije, a pri 0 > 0 kr nema takove opasnosti.

< 5 !c r=kri t icni odreduje se laboratorijski. 0kr ::::::0 - 4) .U borbi protiv kavitacije primjenjuje se dovod zraka u zone podlozne kavitaciji,izvedba ravnih i glatkih povrsina preko kojih tece voda, uporaba posebnih otpornihobloga j drugo.

47


48/63

AERACIJA (PROZRACIV ANJE)Aeracija je proces pri kom vodni tok pri velikim brzinarna zahvaca zrak, Na sljedecojslicije AERACIJA TOKA.

a)

c)

S1. (a) -usljed rusenja slobodne vodne povrsineS1. (b)- istjecanje ispod ventila u zatvoren vodoprovodni organS1. (c) - pri izbacivanju mlaza u atmosferuAeracija izaziva smanjenje propusnosti vodoprovodnih objekata, remeti stabilnosttoka inamece potrebu povecanja dubine otvorenog toka.Za odredivanje parametara toka pri aeraciji koriste se empirijske formule. Aeracijaima dobre strane (sI.c) kada doprinosi gasenju energije izbacenog mlaza. Imadetakoder znacajnu ulogu u borbi protiv kavitacije.

48


49/63

1.4,4. Utjecaj val ovaValove najcesce izaziva vjetar. Na sljedecoj slid su prikazani parametri jednog vala.

f7\ - _ t, -.-_\..J) r---T-I /I /

//

----T_ _ , h w_ - - L . i .II/II--I

..1 ~ srednja erta vala2 - vrh vala3 - dna vala4 ~ staticka razina5 ~ hrbat ili greben vala6 - udolina valaOmjer visine iduzine ( hv.' ) je pad (pokos) vala, a interval vremena da se hrbat valaJ.pomakne za}. je razdoblje ii i perioda vala.Valovi se dijele na progresivne i stojece.Kod stojecih nema promjene parametara U odredenom razdoblju. Vid vala ovisi 0brzini vjetra (v), trajanju vjetra (t), dubini jezera (H) i duzini fronte puhanja vjetra (L).Oblik erte val a ovisi 0 obliku obala.Znacajke vjetra se odreduju ruzom vjetrova kao sto je prikazano na sljedecoj slici.

49


50/63

Na sljedecoj slici su prikazane zone prema dubini vode.

zona - duboka zona prj kojoj je H > A , u kojoj tlo ne utjece na parametre2vala

II zona - plitka zona u kojoj je A> H> H k,., U kojoj dubina utjece na valove,2aka je H;::: H kr poclnje razbijanje vala.

III zona - H 32 km)

v- brzina vjetra mjerena na 10 m iznad vodnog zrcala u km/hL- duzina fronte puhanja vjetra u km

50


51/63

Na sljedecoj slid je grafik za odreedivanje parametra valova u dubokoj zoni I iplitkojII zoni, pri padu dna i < 0.001:

911,/1/25.6 ~ 0.14 : . : : _ : - - ; = - - - 1 r I T ~ ' - : : - - : - - : . ' ' lr'::r-rl:[!: r - _ ; I ~ 2::~..~.~~;.~:~~::i'~'~= - . ~ . : .~ t E :1~ : : ~ ' 0\3.5 - 0.06 __ . _ .. ~ ----1- - -.-.t .-;.;,:~ ... ~ 0.(;3.0 ---- - .. . -1- f--.. '.':Y " ':: :.- ' 042.5 . o.o~ ----1- -' --1-'- - .-. :-;;;;;:.--". I . .! i 0'3

0.03 -I- I !---I-kr::: I=:: - = -: t = - - - - - . 1.j .2,0 ... 1\ r\ . . < : : ~ v I- l--r..... I i 0.21.6 - o,o:n-I--,\P"_':P { If } - - - .. ' - ' 1 ' 1 01

_ 1,5 - Iy:V I ~ t- I I giN ghjY ~ .... I I--r- . 0.081,2 -- 0.01 L . - ~ -I- I ! o . o o0,010 Tl: :'.::::::.:: - . : : . _ " -J ~ _~~:~~.::.'... ' ,0,05~::: : :~I.:.=~.~~: : :~~: .:~:~~o 005 . -.- -....- - "p-~-. .-.------ ---~,--_... ,I0:004 --. - 1-.-. -' f .' ~ .. ~f,::_. -. -~ -1-- I- - = t ~ . ' _ ' _ - . . II ! 0,0;>0.003 .. -. ~ ~ f.-- ., -1--- - -- - I I 0,010 . 0 0 ' 1 0 i : S P '- . _ ' : t=__ _ ,->-- - - I

0,3 l.001 t t : , _ ._ _ . . . . .. _ _ _ L..: ,--1._ .....0.3 0.6 1 2:) 56 10 2 4 6 101 2 -4 6 10 I 2 -4 6 104 2 gUV2

giN 9HN~

1.11.00.60,70.60.50,4

102 2 -4 6 101 2 -4 6 !O 4 :;> 4 (lINb._L_-L...L.~=.t,. ..+}.J. _.1. ! I

Sa grafika se mogu odrediti srednje vrijednosti visine (hw ), periode (r ) U ovisnosti:V (rn/s), L (krn), t (h) iH (m).Na apcisinoj osi nalaze se bezdimenzionalne velicinegdje je g (m/s-) gravitacijska konstanta.

Na ordinati su bezdimenzionalne velicine( g X 1" ),

V

Ako za odredene .vrijednosti V,L,t, vrijednosti g x t se nalaze lijevo odVvrijednosti g X2L val S8 razvija odnosno raste s povecanjern trajanja vjetra. UVtom slucaju parametri vala su U ovisnosti 0 veliclnl g x t ,V

51


52/63

Ako se vrijednosti g ; t nalaze desno od vrijednosti g ; 2 L val je posverazvijen i povecanje vremena (t) ne izaziva povecar[e dirnenzija vala. U tomslucaju parametri vala su u ovisnosti 0 (L).

Kada se odabere mjerodavna Ijestvica na apscisinoj osl za duboku zonu S8odreduju velicine ( g x ; W ) i (g X r ) po anvelopi familije krivulja s odredenimV Vvrijednostima g x 2 H taka da se dobivaju srednje vrijednosti h... i r .V

- gxr2Duzina vala je A ==-'--21 f

Z litk d d . 0001 (gVX2hw). (gvXT ),' d ' ,pt e zone s pa om na IS. , I 0 qovarajucevrijednosti za ( i), (h " , ) i (z ) odreduju se pomocu krlvul]a prema

, 2vrijednostima g x 2 H ,8 duzlna vala u tom slueaju je prema forrnuf A : : : : g X rV 2ff

Za pad dna> 0.001 treba uzeti i promjenu parametara vala zbog smanjenja dubine kaoi refrakcije valova,Visina vala za osiguranje pojave ip (%) u dubokoj zoni odreduje se mnoienjemsrednje visine vala (hw ) koeficijenta k, koji je dan na sljedecoj slici:

.' p~./. . 1~/o- - - - - 1%~ S%.. -- - - 10%2,5

2,0

1,5 0 2000 4000 6 O Q O 8000 10000 9 1I v 2o 0.1 0.1 0,3 0,4 O,S 0,6 0,7 OJl 0,99 HJV'

52


53/63

Pri proracunu stabilnosti, visina vala se odreduje sa sigurnosti ip (1 - 2 %). U zonamaI iII valovi koji dolaze pred okomit (iii skoro okomit) zid su stojeci valovi (valovikoji se ne prem jestaju u prostor, ako je kod objekta H > 1 .5 0.Ako se prije zida na dionici koja nije manja od 0.50 A i H


54/63

a 0 L.-l_--L._-'--_L--.l...___l0,02.0,04 0,06 0,08 0.1 hw/ 'A 0.02 0,04 0,06 0,08 0.1 h , . . l r . . .A I H ; . . 1 H ---..----+--

c) ~

a)

2

42~~~ : r :nO~ __~ __~~~O=,~~0.02. 0,04 0,06 0.08 0.1 tlw';"

e)

0,02 0,04 0.06oos 0,1 h~ I ' "

b)

2.

10

0,02 0,04 0,06 0.08 0,1 h...If..

Za duboku zonu bolje rezultate daje formulah o = ! l h ; J razmak sile p.. od staticke razine vade jeA

54

gdje je


55/63

1.4,5 Urjecaj leda irijecnog nanosaLed moze iz azva ti s ta tic ko idinamicko djelovanje na vodogradev inu ,Istodobno djelovanje je slozena pojava.1.4.5,1 Sila od statickog tlaka ledaSila od leda moze se izracunati pomocu sljedece formule:

gdje je:b - sirina dod ira Ieda i gradevinehi. - najveca debljina leda s vjerojatnoscu pojave jednom u sto godinaki, - koeficijent kojim se smanjuje sila leda s povecanjem duzine t , gdje je t duzinaleda od gradevine do suprotne obalep - specificni tlak od 0.15 - 0.30 Mpa ovisno 0 podeblju

Duzina ledae (m) 50 70 90 12 0 >120

k L 1 0 . 9 0 . 8 0 . 7 0.6

SUa ledenog polja do vodogradevine pod djeIovanjem vjetra, tokom vode ispod leda izbog pada tokaje

gdje je v - brzina taka vade ispod leda (m/s )v j - brzina vjetra (m /s)i-pad povrs ine tokahe - debljina ledenog poija (jsdnaka 0.80 h L (rn)O J - povrsina ledenog polja

Unutar zagrade su cetiri sile:sila je din ic e v olum en a le de no g p oljasila tren ja tok a s d on jom p ov rsin orn p oljah id rodin am icki tla k na rubu poljasila od pada povrsine toka

55


56/63

Ove vodoravne sile djeluju kao sto je na slici:

1.4.5,2 Tlak nanosaU gornjem toku je vuceni nanos (pijesak isljunak), a u donjem toku kod dubokihakumulacija do brane talozi se sitan pijesak ili mutez (muIj)... I k . k Sil d . P n = r ~hnkn 'Dijagram t a a nanosa je tro ut. 1a 0 nanosa jegdje jc: r~-volumna tezina nanosa u potopljenom stanju

hn - debljina sloja nanosakn - koef. tlaka nanosa

k., = 0.64, za srednje sabijen pijesak kn=0.52, za zbijen pijesak kn = 0.49 i za glinukn=0.67 -1.0Postoji i formula Koulon (Kulon):k := tan2(45 _ < p ) .n 2 '

r p - kut unutarnjeg trenja nanosnog materijala

Pn= O.50y; ,h ; tan 2 ( 45 - < p ) .U tom slucaju ukupna vodoravna sila tlaka jc 2

Okomita komponenta sile nanosa V je jednaka tezini volumena zemljanog nanosa upotopljenom stanju.U podnaslovu 4.1. je prilozena slika. Na toj slid j e trokut vodoravene sile P I ! irokutokomite sile V (trokut aef). Povrsinu brane treba zastititi od abrazije koja sepojavljuje zbog leda.Abrazija je po djelovanju slicna eroziji. Preko nanosa se struze vodogradevina, Zastitaje posebnim cvrstim betonom iii plocama od cvrstcg mineralnog kamena, celika iliarmiranog betona, Nanos abrazivno ostecuje i provodne cijevi iurbine.

56


57/63

1.4,6 Potrcsni (seizmicki) utjecajiGrc, Seizmos =potresPotres moze biti izazvan razlicitim pojavama (eksplozije, vulkanska aktivnost, rusenjetavanica kod spilja) no i inzenjerskim aspektom.Najznacajniji su potresi tektonskog podrijctla koji mogu obuhvatiti siroko podrucje iosloboditi ogromnu energiju.Tocka u zemljinoj kori gdje nastaje prvi seizmicki val zove se HIPOCENTAR.EPICENTAR (epifokus) je okomita projekcija hipocentra na povrsini zemlje.MAGNITUDA potresa je mjera oslobodene energije, a INTENZITET je mjeralokalne razorne moci potresa.Za izracunavanje magnitude (M) koristi se Richter-ova (Rihter) ljestvica (skala)prema kojoj najjaci registrirani potres ima 8.90Za intenzitet ima vise ljestvica, Najpoznatijaje Mercalijeva koja ima 12D.Temeljna znacajka potresa, koja se koristi pri dimenzioniranju vodogradevina, jekoeficijent seizmicnosti (Ke),

TK=-c g 7' (mm/s") - koef. selzrnickoq ubrzanja pod loge

g .(rn/s") - gravitacljska konstanta

(T )~:~:;;~~~II VIII IXP i Ij 3 ) aSLABA PODLOGA 300 6 00 1200(heterogena :glina,meki lapori)

SREDNJA PODLOGA(homogen pijesak,prekonsolidirane glinaste i 2 5 0 5 00 1000laporaste pod loge, umjerenoheteroqene glinasto-pjeskovite-sljunkovite podloge)

DOBRA(GVRSTA)PODLOGA 2 00 400 80 0(stijena i homogen pijesak) ,

57


58/63

Seizmicka si1a (uzeta kao staticka) mote biti vodoravna i okomita. Pridimenzioniranju objekata uzima se samo vodoravna sila. Sile od potresa su inercijalnesile.

Sc = kc x G G - tezina gradevineSc=kcxaxj3xG

apolustjenoviti minerali 0,50nabijena glina i 0.75krupnozrnasta tla

suh pijesak 1.00

pijesak zas icen 2.00vodom i plasticnaglina

.~~~-------~-- r---.----.-~f 3manji objekti iniske 1.00brane

temelj 1.00visoke brane

kruna 2.00

Pri potresnom djelovanju okolno vodno okruzje djeluje 11aobjekt hidroseizmickimtlakom.Westerguard (vestergard) za betonske brane daje dijagram sile parabola kao 8 tO jeprikazano na slici: 58


59/63

7_~H1YPrema ovoj slici parabola je predstavljena jednadzbom : x = = 8 H

1-3.38(-1 )21000

Tlak u nekoj toed ( P c ) je :

Ukupna slla hldrodinamickoq tlaka voce koja djeluje na razmaku 0.43 HI (vidisliku) jednaka je povrsini dijagrama.

U slucaju kadaje uzvodna strana brane zakosena (nagnuta):59


60/63

c = e rn [ L ( 2 - L J + L ( 2 - L J ] - bezdimen. koeflcijent2 HI HI HI HIe m - S8 dobiva preko dijagrama

1- najvece vrijednosti2- vrij ednosti u temelju brane

1.4.7 Temperaturni utjecaj1.4.7,1 Temperaturni utjecaj kod nasutih branaKod nasutih brana izastitnih nasipa od lokalnog materijala, utjecaj mogu imati niske,no i visoke temperature. Usljed niskih temperatura materijali mogu smrznuti, sto zaposljedicu moze imati stvaranje prslina ismanjenje otpomosti pri odmrzavanju.Smrzavnje zemljanog materijala u uzvodnom dijelu brane moze podignuti depresijskukrivulju iz polozaja 1 u polozaj 2, kao sto je prikazano na slici.

,60


61/63

To bi moglo iskluciti drenazu iz upotrebe idovesti u pitanje stabilnosti nizvodnogpokosa u proljece kada dodje do brzog odmrzavanja. Kod nasutih brana sa ekranomod umjetnog materijala na povrsini ekrana u ljetnom razdoblju temperature mogudosegnuti 600e i vise stupnjeva, sto dakako ima stetno djelovanje na sve vidoveekrana. Zelja je ugraditi asfaltnu smjesu koja ce biti otporna na takve utjeeajc. Medunajboljima su premaz od bijele boje, koji odbija suncevo sijanje. To se pokazalo prisanaeiji asfaltnog ckrana na brani El Grib u Alziru (sljedeca slika). Na toj brani to jeistodobno ieksperiment.

6 0oU

6

5 0

.40

30

., ' _ , , _ _ { " f ' , '.. . . . ~ / .., ,. . . . . . _ .. . ~

1010~~== __ ~-==--==-~ __= = _ _5 7 9 11 13 15 17 19

Temperature:1. zraka u hladu2. na nezasticenoj asfaltnoj povrsini3. 6 em ispod nezasticene asfaltne povrsine4, 12 em ispod nezasticene asfaltne povrsine5. 3 em ispod povrsine poroznog betona6. 3 em ispod poroznog betona sa azbestnim vlaknima7. 2.5 em ispod povrsine betonskog sloja8. 4mm ispod sinteticke smole9. Premaz od bijele boje10. Povrsina isprskana vodom

61


62/63

1.4.7,2 Temperaturni utjecaj na betonske objekteNakon izvedbe objekta temperatumi rezim je diktiran promjenama vanjsketemperature. Stalne promjene temperature izazivaju stalne promjene naprezanja ideformacije kod masivnih konstrukcija, To moze izazvati prsline u betonu,Tezi se pronalazenju novih materijala inovih tehnologija sto treba smanjiti termickeprobleme,1.5 Projektiranje

1.) ISTRAZIVANJE(topografijo, seizmicnost terena, hidroloski uvjeti sliva ivodotoka, klimatske znccojke podruc]o. postojanja lokolnogmoterijala, gospodarski i vodogospodarski uvjeti i dr.)2.) PROJEKTIRANJEutvrduju se dimenzije objekto i konstrukcjskl elernenti.izraduju 5e potrebni nccrfi. utvrduju se metode gradnje i potrebnamehanizacija)3.) IZVEDBA(organizacija gradnje i mehanizacije procesa izvedbe,gradnja objekta, demontiranje mehanizacije i prijevremenih objekata)

4.) KORISTENJEeksploatacija)1.5,2 Istrafivanja za projektiranje i izvedbu vodogradevlnePrije projektiranja neophodno je obaviti sljedece istrazne radove:

1. topografske2. inzenjersko- geoloske ihidroloske3. geotehnicke4. geomehanicke5. hidroloske6. graditeljsko - proizvodne7. ostala ispitivanja

1.5,3 Sadrzaj projekta u fazi projektiranja1) razrada idefiniranje buduceg hidroloskog i vodogospodarskog rezimavodogradevine2) odabir vidova, shematska konstrukcija objekata imaterijala za njihovugradnju, opremanje, nacin temeljenja ikonstrukcijski zahvati u temeljuvodogradevine, ikonstrukcija objekata,3) hidraulicko dimenzioniranje4) staticko idinamicko dimenzioniranje5) izrada rjesenja i odabir instrumenta za promatranje (oskultaciju) objekatatijekom gradnje ikoristenja6) odabir metoda za organizaciju radova s dinamickim planom i rokom izvedbeobjekata7) izrada tehnickih uvjeta za gradnju i provjeru kakvoce materijala8) izrada predmjera ipredracuna radova s utvrdivanjem ukupnog koristenja itehnicko - ekonomskih pokazatelja vodogradevine

62


63/63

Proces projektiranja vodogradevina obicno se izvodi u tri faze:1. TEMEL JN I (OSNOVN I) PROJEKTVODOTOKA -to je zapravo studija koja postavlja tehnicku koncepciju slozenog koristenja voda izpromatranog vodotoka2.3.

IDEJNI PROJEKTGLA VNI IZVEDBENI PROJEKT

Na sljedecoj slici je prikazana shema procesa stvaranja hidrocvorista s branom iakumulacijom od zamisli do zavrsetka poslova.

PROJEKTIRANJA320

UPOZNAVANJETERENA SNIMANJE,S KU P LJ A NJ E P ODA T A KA

]IS IB IL IT Y S TUDYO CJE NA P RE GR A DNOG

MJESTA OCJENA TERENAZA AKUMULACIJU2-4

1- 3

"o-,--------------.~-___f--.-.---.--- ..--...0:(!)OTVR fJ lV A N JE T IP ABRANE-

I ISTRAZIVANJE PREGRADNOG IMJESTA(II) a:>1 - 2

I KONACNA KONSTRUKCIJA I +------,BRANE --GRADNJA NOVODOB IVEN IP ODA CI ZA TEMEL J

63

26

projektiranje vodograđevina - 2

Documents