predavanje broj 9

14. ДЕЛОВАЊЕ НАНОСАПод деловањем наноса подразумева се деловање материјала који се наталожио у акумулацији после завршетка грађења бране.

Наносно тло представља консолидовани нанос, чије се деловање рачуна као деловље земље.

При темељењу речних ХК обично се наилази на наносна тла, кроз која ХК пролази и фундира се на стенској маси (или тлу бољих механичких особина).

Спада у основно оптерећење број 8), или изузетно оптерећење број 25) – сеизмички притисак наноса.

Основни узроци настанка наноса су следећи:

1) ерозија спирања (падавине, површинско отицање и спирање површинског слоја земље)2) јаружање (сливање концентрисаног млаза воде и усецање јаруга и бразди у неотпорно тло)3) флувијална ерозија (ерозија корита водотокова и канала деформисањем обала)4) померање земљане масе (урвине, клизишта, одрон)5) поплавна ерозија (спирање поплављеног земљишта при повлачењу поплавног таласа)6) ерозија услед грађења (путеви, пруге, индустрија)7) отпаци из рудника, индустрија и канализације (испуштени у водотоке, или депоновани на јаловишту које је склоно ерозији).

Очигледно да нанос настаје услед ерозије у речномсливу, која може бити • површинска (вода тече по површини слива, спира површински слој, транспортује га до акумулације и настаје ситан, суспендовани – “лебдећи” нанос) • дубинска ерозија (концентрација површинског отицања и са дна и обала речних корита, потока, јаруга и урвина настаје крупан, вучени нанос)

Суспендовани нанос се таложи у средишњем делуакумулације и ближе брани (где су мање брзине воде) и чини 85 до 95 % укупног наноса.

Вучени нанос се таложи у узводном делу (на “репу”) акумулације, где су веће брзине воде, које омогућују његов транспорт. Чини 5 до 15 % укупног наноса.

Примери засипања акумулација

“Зворник” на Дрини, узводно од Малог Зворника • година завршетка бране: 1955.

• Vak = 93 x 106 m3 на Znu=157,30 mnm • 1987. године измерена засутост од око 80 % • нанос уз брану виши од 15 m • узроци: неизведени антиерозиони радови; неизграђивање узводних брана на Дрини;

притоке: Дрињача и Барањска река.“Потпећ” на Лиму • година завршетка бране: 1967. • 1991. године измерена засутост од преко 60 % • нанос уз брану виши од 15 m • узроци: недовољни антиерозиони радови.

“Међувршје” на Западној Морави • година завршетка бране: 1953.

• Vak = 18 x 106 m3 на Znu=273,00 mnm • 1987. године измерена засутост од преко 70 % • нанос уз брану бар 12 m • узроци: недовољни антиерозиони радови; делимично рушење бране “Овчар бања”.“Ђердап 1” на Дунаву • година завршетка бране: 1971.

• Vak = 2.550 x 106 m3 • очекивана висина наноса уз брану бар 10 до 12 m.Сматра се да код дубоких акумулација није опасно, али је веома опасно бујичарских преграда и преливних прагова.

14.1. Притисак наноса

Темељни испусти служе за одстрањивање наноса уз брану, али и за пражњење акумулације. Имају ограничену функцију.Да би успешно одстрањивале нанос, потребан велики број испуста на малом растојању.Пример Ђердап 1: испусти на 450 m, па не помажу.

Претпоставке при прорачуну притиска наноса су: • нанос је хомоген • притисак се линеарно повећава са дубином • занемарује се трење између наноса и ХК • занемарује се кохезија • важи закон суперпозиције у односу на притисак воде

Увођењем ових претпоставки, могу се користитиизрази за притисак земље.

Пошто нанос не може да се јави низводно од ХК, коднаноса постоје: • активан притисак наноса • притисак наноса у миру

Слика 1. Активан притисак наноса – вертикална контура ХК, цртамо заједно ...

Aктиван притисак наноса

φ – угао унутрашњег трења наноса, у степенимаα – угао нагиба контуре ХК, у степенима

Сила притиска наноса делује у тежишту површине и износи: Pnz = 0,5·hz·pnz (kN/m)

Моменат силе притиска наноса зависи од тачке за коју се рачуна.

Ордината притиска наноса на дубини hz износи: pnz = γn’ ·hz·ξa (kN/m2)где су: γn’ = γn - γv – запреминска тежина наноса под водом ξa = tg2(45 – φ/2) – коеф. активног притиска наноса за вертикалну површину ХК

– коеф. активног притиска наноса за косу површинуХК

Слика 2. Активан притисак наноса – коса контура ХК,цртамо заједно ...

phnz = γn’ ·hz·ξk

a (kN/m2) pv

nz = γn’ ·hz·ξka (kN/m2)

Phnz = 0,5·hz·ph

nz (kN/m)

Pvnz = 0,5·hz·ctgα·pv

nz (kN/m)

Притисак наноса у миру

Притисак наноса у миру настаје када је ХК на стени(непомерљива), или на тлу (надаље непомерљива), ананос је крупнозрни материјал (песак, или шљунак).

Важе изрази као за активан притисак наноса, само: ξ0 – коефицијент притиска наноса у миру.

Одређивање коефицијента ξ0 само експериментом, јер не постоје аналитички изрази.

Према Гришину: • растресити песак (коеф. порозн. 0,9): ξ0≈0,64 • средње збијен песак, (коеф. порозн. 0,7): ξ0≈0,52 • збијен песак ξ0≈0,49 • глине 0,67<ξ0<1,00

Запреминске тежине наноса зависе од: • врсте материјала који је се наталожио уз ХК • дужине таложења наноса (смањује се порозност).

Пошто вучени нанос практично не може доћи до ХК, то су запреминске тежине песка, глине и муља.

Угао унутрашњег трења, према Н. Најдановићу: • дробина φ=36-400

• шљунак φ=33-350

• шљунчани песак φ=31-340

• песак φ=30-330

• глина φ=11-220

14.2. Анализа параметара

Дебљине наноса у нашим условима до 15 (20) m.

15. ДЕЛОВАЊЕ ЗЕМЉЕПод појмом земља подразумевамо све типове тла.

За неке типове ХК притисак земље може бити главно оптерећење: • укопани резервоари • кејски зидови и обалоутврде • машинске зграде • преводнице • таложнице и др.

Спада у • основно оптер. 9) – притисак земље • основно оптер. 10) – тежина средине (изнад равни клизања)

• основно оптер. 12) – брдски притисак • допунско оптер. 16) – допунски притисак земље услед деформације темеља, деформације ХК, или утицаја Т • изузетно оптер. 25) – при деловању земљотреса.

О деловању земље познато из Механике тла.

Зависно од смера и величине померања ХК, приделовању земље постоје три облика притиска: • активан притисак земље (ХК се помера од земље) • пасиван притисак земље (ХК се помера ка земљи) • притисак земље у миру (нема померања ни ХК, ни земље, или су занемарљива: <0,0002H, где је Н – висина ХК изнад темеља)

Претпоставке које се уводе при прорачуну • у сваком од слојева земља је хомогеног састава • важи закон суперпозиције (оптерећење на Р терена, притисак воде, притисак сваког од слојева земље) • померања у подужном правцу не постоје.

Гранично стање напона у тлу је оно при коме и најмања додатна сила руши постојећу равнотежу и доводи тло у нестабилно стање.

При настанку граничног стања напона долази до појаве екстремних сила на ХК, те се оно не сме дозволити.

Познате теорије су: Мор-Кулонова, Ранкинова и др.

16. УТИЦАЈ ТЕМПЕРАТУРЕТемпература је мера топлотног стања тела, тј. ХК.

У Статици и Динамици конструкција, температура не спада у оптерећења, већ у утицаје.

Веза између напона, дилатација и температурних промена при линеарном стању напона за штап гласи:

где су: • εz – дилатација на одстојању z од осе штапа • Е – модул еластичности (бетона) • αt – коеф. линеарне термичке дилатације 10-5 оС • Т(z) – температура на одстојању z од осе штапа

Прорачун температурног поља веома сложен.

На основу промена температура током времена, узузимање у обзир реологије бетона у ф-ји времена итемпературе, одређује се поље напона.

Основни задатак је одређивање растојања измеђуконструктивних разделница, тј. дужина ламела икампада.

До сада је усвајана технологија грађења у блоковима тако да се елиминише штетан утицај температуре.

Нису рађени термички прорачуни ХК ни за једну од наших брана.

Помоћу сложених нумеричких модела могућа јеанализа термичког понашања масивних ХК.

ОСНОВЕ ТЕРМИЧКОГ ПРОРАЧУНА

Фуријеова ј-на проводљивости топлоте

ρcq

ΔΤατΤ

Τ

почетни услов)z,y,x(f)0,z,y,x(T)τ,z,y,x(T 0τ

гранични услови),P()τ,z,y,x(T Г

),P(1

n)τ,z,y,x(T

Г

ГГ )τ,z,y,x(T),P(Kn

)τ,z,y,x(T

Слика 3. Изглед бране Платановриси

Сл. 4. Подужни пресек по оси бране

Сл. 5. Слика температурног поља 9. 1. ’96.

Сл. 6. Поређење температура 1. 2. ’96.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95Број слоја

Тем

пер

ату

ра

(о

С)

1. 2. измерено

1. 2. модел М1

Сл. 7. Температурно поље 1. 10. 2000.

Сл. 8. Просторно температурно поље 1. 10. 2000.

Сл. 9. Напон σz у средњој равни, 9. 1. ’96.

Сл. 10. Напон σz у средњој равни, 1. 4. ’96.

Сл. 11. Напон σz на контурама ламеле, 1. 9. ’97.

Сл. 12. Напони у зони темељне спојнице (SL31)

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

14/ 11/ 95 12/ 4/ 96 9/ 9/ 96 6/ 2/ 97 6/ 7/ 97 3/ 12/ 97 2/ 5/ 98 29/ 9/ 98 26/ 2/ 99 26/ 7/ 99 23/ 12/ 99 21/ 5/ 00 18/ 10/ 00

Време

Нап

он у

z п

равц

у (M

Pa)

модел 3DL24 модел 3DL20 модел 3DL16

Δσz(24-20)=0,12МРаΔσz(20-16)=0,14МРа

Сл. 13. Напони у зони узводне контуре (SL187)

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

14/ 11/ 95 12/ 4/ 96 9/ 9/ 96 6/ 2/ 97 6/ 7/ 97 3/ 12/ 97 2/ 5/ 98 29/ 9/ 98 26/ 2/ 99 26/ 7/ 99 23/ 12/ 99 21/ 5/ 00 18/ 10/ 00Време

Нап

он у

z п

равц

у (M

Pa)

модел 3DL24 модел 3DL20 модел 3DL16

Δσz(24-20)=0,07МРаΔσz(20-16)=0,16МРа

17. ОСТАЛА ОПТЕРЕЋЕЊА

У остала оптерећења и утицаје спадају: 4) порни притисак 14) утицаји од скупљања и бубрења 15) утицаји од деформације темеља 11) силе претходног напрезања и анкеровања.