-
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
Optimalni pravougaoni presjek kanala
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
Optimalni pravougaoni presjek kanala
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
Stabilnost estice na kosini
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
Stabilnost estice na kosini
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
Stabilnost estice na kosini
(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
Raspored smiuih napona duokvaenog obima kanala
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
Raspored smiuih napona duokvaenog obima kanala
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