KORITENJE VODNIH SNAGA

BRANE (ponavljanje HG)

Letaj, Boljunica (1970)

Varadin, Drava (1975)

Podjela prema materijalu:

NASUTE BRANE

zemljane brane

od kamenog nabaaja

BETONSKE BRANE

Faktori koji utjeu na izbor tipa brane:

TIP BRANE?

Topografija (V,H,dispozicija)

Teren (temeljenje, vododrivost)

Preljev (veliina smjetaj)

Utjecaj na okoli i krajobraz

Legislativa

Potresnost

Materijal za gradnju

Utjecaj na stanovnitvo

Ekonomija

Uvjeti: Prirodni Estetski

Financijski

IZBOR (I)

NASUTE BRANE

PREDNOSTI: Minimalni zahtjevi kod temeljenja i prilagodljivost skoro

svim vrstama terena

Mogunost koritenja raznovrsnog i heterogenog materijala za nasip

Jeftino i brzo ugraivanje

MANE: Osjetljivost na prelijevanje

Osjetljivost na procjeivanje i ispiranje materijala (unutranja i regresivna erozija)

Za evakuaciju velikih voda potrebni su posebni betonski objekti izvan brane

Veliki obim radova (zbog blagih kosina)

IZBOR (II)

BETONSKE BRANE

PREDNOSTI:

Izdrljivost na prelijevanje i procjeivanje

Manje koliine materijala (strm nagib)

MANE:

Visoki zahtjevi za temeljenje (visoka nosivost tla, niska deformabilnost, nepovoljne u izrazito potresnoj zoni)

Visoka jedinina cijena (spor rad i brojnija radna snaga)

Za lune brane s obzirom na veliko optereenje bokova doline potrebna jedra nosiva stijena

Djelovanja na branu:

stalna

vlastita teina brane, tlak vode u porama, tlak vode, uzgon, tlo, sve stalne mase (oprema) na brani,

promjenjiva

temperaturne promjene, stezanja betona,smrzavanja vode u betonu, optereenje ledom, valovi, povremena/pokretna optereenja (kranovi, strojevi i sl.)

izvanredna

potres

BETONSKE GRAVITACIJSKE

BRANE

Grande Dixence, vicarska, najvia masivna gravitacijska brana visine

285 m, izgraena 1961.

Betonske gravitacijske brane suprotstavljaju se vanjskim silama vlastitom teinom.

Vano je da tlo na kojem se grade:

ima dovoljnu nosivost da primi teinu brane i optereenja koje brana prenosi na temelj,

jednoliko slijegavanje

malu vodopropusnost

monolitnu strukturu (bez pukotina)

Nisu pogodne za potresna podruja.

Provjera sigurnosti za stabilnost

betonske masivne gravitacijske brane

U okviru kontrole graninog stanja nosivosti provodi se provjera:

stabilnost na prevrtanje i

stabilnost na klizanje.

Smanjenje uzgona

1.) Izvoenjem injekcijske zavjese

Injektira se smjesa za poveanje vododrivosti.

GV

DV h1

h2

sa injekcijskom zavjesom

bez injekcijske zavjese

injekcijska zavjesa

Obilazni tunel

Kontaktno injektiranje rozeta

Injekcijska buotina

Injekcijska zavjesa

Smanjenje uzgona

2.) Dreniranjem iza injekcijske zavjese

Uzgon se najee ukupno reducira na 1/3

GV

DV h1

h2

sa drenaom

bez drenae

drenana buotina (1/4 1/2)H

drenana

galerija

Galerije slue za kontrolu stanja brane (procjeivanje,...) i omoguuju dodatno injektiranje i dreniranje.

Smanjenje uzgona

3.) Produavanje puta izvodi se izvoenjem horizontalnog slabo vodopropusnog zastora

GV

DV h1

h2

sa zastorom

bez zastora

Slabo vodopropusan zastor (glina)

Izgradnja brane - latentna toplina

Problem visokih hidratacijskih temperatura i irenja betona u prvoj fazi te stezanje betona u zavrnoj fazi

Problem se rjeava tehnologijom ugradnje i odravanjem svjeeg betona

Koriste se posebni cementi (s manjom hidratacijskom toplinom i s odgovarajuim dodacima)

Koristi se beton s manjom koliinom cementa (ali da se s time ne ugrozi nosivost i vododrivost betona)

Koriste se posebni recepti za spremanje betona (kombiniranje razliitih granulacija i koritenje krupnijih frakcija)

Omoguuje se hlaenje betona nakon ugradnje ili se snizuje temperatura betonske mjeavine koritenjem hladne vode (dodavanje leda u vodu) i agregata koji nije izloen suncu

Betoniranje ne smije biti kontinuirano betonira se u blokovima (12-15m)

Beton treba biti:

Dovoljne vrstoe

Otporan na smrzavanje

Dovoljno vododriv

Niske hidratacijske temperature

Niske cijene kotanja

Zoniranje: na viim kotama beton slabije vrstoe nego na niim kotama, beton vee vrstoe na uzvodnom i nizvodnom (habanje) dijelu brane, preljevima i sl.

Prednosti olakanih brana nad gravitacijskim:

20-40% manji volumen betona u tijelu brane (manji trokovi 15-35% jer je beton, zbog sloenosti izgradnje, skuplji 5-10%)

Manji utjecaj temperature hidratacije i skupljanja

Bolje iskoritene fiziko-mehanike karakteristike materijala

Mogu se graditi na loijem tlu

OLAKANE BRANE

Ralanjene Vielune

Ralanjene brane - kontraforne

Uz vlastitu teinu kod olakanih brana prevrtanju i klizanju se suprotstavlja vertikalna komponenta hidrostatike sile (teina vode iznad uzvodnog lica).

Gravitacijska brana (a)

Brana s kontraforima T-oblik (b)

Vrste:

S kontraforima s masivnom glavom

S ploama i kontraforima

(a) (b)

Horizontalni presjek kontrafora s masivnom glavom

Brana Roselend - Francuska

BRANA

visina 150 m

duljina 804 m

irina krune 3 m

irina stope 22 m

AKUMULACIJA

Volumen 187x106 m3

Povrina 3.2 km2

HE

Pad 1,250 m

Instalirana snaga 6 x 91 MW =546 MW (Pelton turbine)

Vielune brane Koritene su u prolosti gdje raspoloivog materijala za gradnju nije bilo

u blizini i ija je doprema bila vrlo skupa, a ljudski rad jeftin.

Danas se grade visoke vielune brane od armiranog betona.

Luna brana koristi efekt luka te optereenja prenosi preko bokova na oslone (na bokove doline).

Vieluna se nastoji od vie lukova, a optereenja se sa lukova prenose na kontrafore i preko kontrafora na temeljno tlo.

Lukovi se grade pod kutem u odnosu na vertikalu.

Masivni kontrafori se grade na udaljenosti 10-20 m.

Vielune brane se grade na dobrom temeljnom tlu-stijena.

Prva vieluna brana, Meer Allum, je izgraena u Indiji 1802.g

Brana Daniel Johnson - Kanada

BRANA

visina 214 m

duljina 1,314 m

iriona krune 3 m

irina stope 22.5 m

AKUMULACIJA

Volumen 142 km3

Povrina1,950 km2

HE

Instalirana snaga

1,592 MW + 1,064 MW

Bartlett dam

Type of dam Concrete, multiple-arch buttress

Height 94.0 m

Length 251 m

Crest width 1.4 m

Base width 2.3 m

Volume 171,087 m3

Type of spillway Service, gate-controlled

Spillway capacity 8,140 m3/s

Reservoir

Creates Bartlett Lake

Capacity 219,789,000 m3

Surface area 11 km2

Linach visina 30.40 m

duljina 143.90 m

vol. akumulacije 1 100 000 m3

irina u kruni 0.4 m

irina u temelju 0.6 m

LUNE BRANE

Lunim branama nazivaju se brane iji je horizontalni presjek krivolinijskog oblika, u obliku luka. Optereenje prenose uglavnom na bokove doline.

Sigurnost i stabilnost konstrukcije ovisi o fizikalno-mehanikim karakteristikama materijala u konstrukciji i nosivosti temelja.

Lune brane su u pravilu nearmirane (betoni sa 230-300 kg cementa po m3). Armiranje se koristi samo kod otvora i u kruni brane.

Prednosti:

40-60% su ekonominije od gravitacijskih

bre se grade

Nedostaci:

zahtijevaju dobre uvjete temeljenja

zahtijevaju visokorazvijenu tehnologiju pripreme i ugradnje betona

zahtijevaju savjestan i iskusan nadzor i strogu kontrolu tijekom graenja i eksploatacije

Brana Letaj (Boljunica)

Inguri, Gruzija najvia luna brana 272 m,

izgraena 1984.

Hoover, Colorado, Arizona-Nevada, SAD, luna visine 223 m,

izgraena 1936.

Glanja, Makedonija

Glen Canyon, druga po visini luna brana u SAD

Brana Gordon, Australija

Vrste lunih brana:

s konstantnim radijusom

s promjenjivim radijusom i

konstantnim centralnim kutom

s promjenjivim radijusom i

promjenjivim centralnim kutom

RIJENE POKRETNE BRANE

Grade se u nizinskim dijelovima rijeka, gdje su korita iroka i preteno se temelje na nekoherentnim materijalima. Najee se nalaze na plovnim putovima (brodske prevodnice) ili grade u cilju energetskog iskoritavanja vodotoka.

Sastoje se od:

stabilnog (vrstog) betonskog dijela: bokova, stabilnog preljevnog dijela sa slapitem, stupova, mostova (za komunikaciju lijeve i desne obale) i

pokretnog dijela kojim se regulira razina vode: vei broj protonih polja s ustavama (zapornicama), koje preuzimaju hidrostatiko optereenje i prenose ga na stupove

Brana na Dravi izgraena za

potrebe HE Varadin

Brana na Dravi izgraena za potrebe

HE Varadin

Brana na Dravi izgraena za potrebe

HE Dubrava

NASUTE BRANE

PODJELA:

Zemljane brane od prirodnih materijala:

Homogenog presjeka

Heterogenog presjeka s nepropusnom glinenom vertikalnom ili kosom jezgrom, ili s jezgrom nekog drugog nepropusnog ili slabo propusnog materijala, s uzvodnim vodonepropusnim ekranom

od kamenog nabaaja:

S vertikalnom ili kosom nepropusnom jezgrom od prirodnih materijala

S vertikalnom dijafragmom od umjetnih ili pripremljenih materijala

S uzvodnim vodonepropusnim ekranom (AB, asfalt-betonski, lijevani asfalt, geomembrane,)

Theri dam India

Height 260.5 m

Length 575 m

Crest width 20 m

Base width 1,128 m

Reservoir

Capacity 2.6 km3

Surface area 52 km2

ZEMLJANE BRANE

HOMOGENE

HETEROGENE

MJEOVITE

(kameni nabaaj i zemlja)

S vertikalnom ili kosom nepropusnom jezgrom

(glina, pjeskovita ilovaa, praina i sl.)

ili dijafragmom

(geomembrane i sl.)

s uzvodnim vodonepropusnim ekranom

(AB, asfalt-betonski, lijevani asfalt, geomembrane,)

BRANE OD KAMENOG NABAAJA

Hidraulika stabilnost brane

Uz sve mjere i rjeenja vododrivosti voda se procjeuje kroz tijelo brane, temeljno tlo ili stijenu, i uzdu kontakata temelja brane s tlom ili stijenom. Procjeivanje vode ukoliko nije u projektiranim granicama i nije kontrolirano moe biti uzrok proboja vode i ruenja nasutih brana (piping ili tunnelling efekt).

Ispiranje estica se javlja kada se one ne mogu (svojom teinom ili oslanjanjem na druge estice) oduprijeti hidrodinamikoj sili procjedne vode.

Treba osigurati:

Vodonepropusnost tijela brane

Vodonepropusnost temeljnog tla

Treba osigurati hidrauliku stabilnost brane:

zatitu od UNUTRANJE EROZIJE

zatitu od REGRESIVNE EROZIJE

UNUTRANJA EROZIJA

Unutranja erozija je ispiranje estica sitnijeg materijala kroz upljine veih estica.

Bolja zbijenost materijala manja mogunost ispiranja estica.

Do unutranje erozije dolazi na kontaktu razliitih materijala. Za sprjeavanje unutranje erozije izvode se zatitni prijelazni slojevi (filtarski slojevi). Mogue je izvesti jedan ili vie prijelaznih slojeva.

Svrha prijelaznih slojeva je da sprijee unutranju eroziju brane i pronoenje sitnih estica u smjeru toka vode,

Filtarski slojevi trebaju ispunjavati slijedee uvjete:

Propusnost filtra treba biti znatno vea od propusnosti materijala iz kojeg voda dotjee,

Granulacija filtarskih slojeva mora biti takva da sprijei dalje prenoenje sitnih estica kroz filtar,

Granulacija materijala filtra ne smije dozvoliti unutranju eroziju filtra.

FILTARSKO PRAVILO

REGRESIVNA EROZIJA tunnelling efekt

Regresivna erozija nastaje na nizvodnoj zranoj plohi na kojoj se pojavljuje teenje vode (vrelna ploha) i tamo gdje su izlazni gradijenti vei od kritinih, te dolazi do ispiranja estica nasipa.

Linija procjeivanja za

zaguen filtar

Linija

procjeivanja za

isti filtar

VRELNA PLOHA

Ispiranje estica na nizvodnoj kosini moe se prijeiti ugradnjom drenanog sustava. Drenovi slue za kontroliranu odvodnju procjedne vode pri emu materijal drena ima vei kritini gradijent od osnovnog materijala brane (poveane ikr).

Druga je mjera zatite od regresivne erozije produljenje puta procjeivanja (L), te time smanjenje izlaznog gradijenta.

Zatita nizvodnog pokosa i stabilnosti noice - primjeri drenanog sustava.

SPRJEAVANJE/SMANJENJE PROCJEIVANJA

(VODODRIVOST)

VODODRIVOST TIJELA BRANE

Osiguranje vododrivosti brana

Homogene zemljane brane su dobro vododrive (potporno tijelo je vododrivo).

Heterogene brane imaju potporno tijelo koje nije dovoljno vododrivo pa se treba osigurati vododrivost brane izvoenjem vododrive jezgre ili ekrana (zemljani/glineni, betonski, asfalt-betonski, elini, geomembrane,...).

Asfalt-betonska obloga:

Kada se izvode uzvodni vodonepropusni ekrani/obloge vanjski slojevi su vodonepropusni (1,2,4), predzadnji (3) slui kao drenaa.

Asfalt-betonski ekrani:

Pogodan s aspekta slijegavanja materijala

Dobra vododrivost

Lako se oteuju

Ne mogu se uvijek ugraivati (nesmije biti vlage, niti temp.

Glineni ekrani ako se postavljaju na uzvodnoj strani moraju biti zatieni.

UZVODNI POKOS nasute brane mora biti zatien od djelovanja valova i atmosferilija (posebno leda) pa se oblae kamenim nabaajem ili ako se koristi asfalt-betonski, cement-betonski ili AB ekran tada on ima i zatitnu funkciju.

NIZVODNI POKOS zemljane nasute brane najee se zatravljuje (nanoenje nanosa). Ako je brana kamena ne treba zatravljivati, iako se ponekad zatravljuje iz estetskih razloga

VODODRIVOST TEMELJNOG TLA (produljenje procjednog puta)

Djelomina ili potpuna zamjena tla produenje jezgre/temeljnog klina

Uzvodni glineni zastor

Dijafragma

Injektiranjem

Deformacije brane i temelja - stiljivost

Stiljivost slijeganje brane deformacije tijela brane

Kod odreivanja konstruktivnih dimenzija nasutih brana treba analizirati slijeganje brane i njene podloge, da bi se moglo odrediti potrebno nadvienje krune brane.

Kod slijeganja brane i tla dolazi do vertikalnih (0,01H) i horizontalnih pomaka (0,005H).

Slijeganje je vie izraeno kod nasutih zemljanih brana nego kod brana od kamenog nabaaja.

Tijekom eksploatacije potrebno je mjeriti pomake i slijegavanje brane.

Problemi:

Neravnomjerno slijeganje:

Nastaje uslijed asimetrije profila, strmih bokova, naglih lomova u temeljnoj spojnici, slijeganjem temelja i sl. stvaranje pukotina

Potrebno je koristiti visokoplastinu glinu za jezgru

Posebno su osjetljive nasute brane s vododrivim ekranom

Vea stiljivost jezgre od susjednih zona vjeanje jezgre o susjedne zone.

Razlike u slijeganju susjednih zona.

Sklope brana i HE, rijeka Lika, jezero Kruica