INTERNACIONALNI UNIVERZITET TRAVNIK POLITEHNIKI FAKULTET TRAVNIK

B R A N ESEMINARSKI RAD

Predmet: Hidromehanika

Mentor: Student:Prof. Dr. Munir Jahi Memievi Mahmut Br. indeksa: PT-47/13-I

Travnik, decembar 2014.

SADRAJ:

1.UVOD..............................................................................................................................22.VRSTE BRANA..............................................................................................................3 2.1.Vrste brana prema visini 2.2.Vrste brana prema materijalu 2.3.Vrste brana prema nainu suprotstavljanja tlaku vode3. DIJELOVI BRANE........................................................................................................5 3.1.Preljev brane 3.2.Zapornice 3.3.Umjetno jezero4. GRADNJA BRANE.......................................................................................................6 4.1.Istrani radovi 4.2.Gradnja masivnih brana5. DODATNI ELEMENTI BRANE.................................................................................10 5.1.Brodska provodnica 5.2.Riblja staza6. OSMATRANJE............................................................................................................15 6.1.Mjerenje deformacija 6.2.Geodetska mjerenja7. RUENJE BRANA......................................................................................................158. ZAKLJUAK...............................................................................................................169. IZVORI.........................................................................................................................17

1. UVODBrana ili usporna graevina je specifini hidrograevinski objekt koja pregrauje vodotok ili drugu vodenu masu radi zadravanja razine vode na eljenoj visini. Slui za razliite namjene, kao to su stvaranje akumulacija (kontrolirano isputanje vode) ili retencija (privremeno zadravanje vode), zahvat vode (za vodoopskrbu ili navodnjavanje), kanaliziranje vodotokova i u druge svrhe.Brane se posebno grade radi iskoritenja voda,prije svega vodnih snaga.Brane koje se izvode za iskoritenje hidroenergije,istovremeno mogu da slue za druge vodoprivredne svrhe,kao na primjer melioracije zemljita,ublaavanje poplava,snabdijevanje vodom naselja i industrije i dr.esti izrazi za brane su i pregrade , odnosno vodojae.

1.1.Istorijat brana

Prve brane pojavljuju se u Mezopotamiji i Srednjem istoku, gdje su se gradile za kontrolu vodenog toka rijeka Tigris i Eufrat koje su znale biti vrlo nepredvidive. Prva poznata brana bila je Brana Jawa, u Jordanu, oko 100 km sjeveroistono od glavnog grada Ammana. Ova gravitacijska nasuta brana bila je visoka 4,5 m, iroka oko 1 m i duga oko 50 m. Datira oko 3000. godine p.n.e. U drevnom Egiptu bila je sagraena Brana Sadd-el-Kafara, 25 km juno od Kaira. Bila je 102 m duga i 87 m iroka, a sagraena je oko 2800. ili 2600. godine p.n.e. Stari Rimljani bili su poznati po tome to su mogli organizirati velika gradilita, tako da su izgradili veliki broj brana. Stvarali su umjetna jezera za opskrbu vodom u sunom razdoblju, a upotrebljavali su mort i rimski beton, tako da su mogli sagraditi i vee objekte. Njihova najvia brana je bila Brana Subiaco, u blizini Rima, koja je bila visoka 50 m. Poznat je i Valerijanov most ili Band-e Kaisar u Iranu, koji je bio dio brane.Brana Kallanai je masivna brana od neobraenog kamena, duga preko 300 m, 4,5 m visoka i iroka 20 m, na rijeci Kaveri, u indijskoj dravi Tamil Nadu, koja je najvea stara brana koja je i danas u upotrebi, a sagraena je u 1. stoljeu. Namjena je preusmjeriti rijeku za navodnjavanje. Du Jiang Yan je najstariji sustav za navodnjavanje, koji u sebi ima branu, a zavren je 251. godine. Nalazi se u provinciji Anhui (Kina) i sadri ogromno umjetno jezero za navodnjavanje, koje ima opseg oko 100 km, a koristi se i danas. Procjenjuje se da danas ima oko 800.000 brana irom svijeta, od toga 40.000 preko 15 m visine.

2. VRSTE BRANA

Razina podignutoga vodostaja zove se uspor, a visina, za koju se vodostaj povrh brane podigao nad svoju prvobitnu razinu, usporna visina. Brana je temeljna, ako joj je kruna nia od razine neusporenog prirodnog vodostaja, u protivnom sluaju ona je slapna.Brane mogu biti stalne, pokretne ili mjeovite. Stalne brane u cijelosti su nepomine masivne graevine, kojima se ne moe regulirati vodostaj uzvodno od brane, a suviak vode se prelijeva preko krune brane. Brane mogu biti nasute, od kamena (danas rijetko) ili armirano-betonske. Ako se vodostaj ne moe regulirati, podiu se stalne brane veinom samo u gornjem toku planinskih vodotoka ili u duboko usjeenim koritima, gdje dizanje vodostaja kod prelijevanja velikih voda ne prouzrokuje tete na obalnom podruju. Stalne se brane grade do visine od priblino 15 m; ako im je visina vea ili ako zatvaraju dolinu u brdovitom terenu, zovu se dolinske pregrade, a ako se grade od zemljanog nasipa, zovu se usporni nasipi. Brane visine do 15 m nazivaju se niske, vie od toga nazivaju se visoke. Pokretne brane sastoje se od pokretnih konstrukcija, tzv. zapornica, smjetenih meu stupovima. Dizanjem ili sputanjem zapornica otvara se proticajni presjek vodotoka meu stupovima. Tako se regulira proticanje vode kroz branu, a time i vodostaj uzvodno od brane.

2.1.Vrste brana prema visini

Razlikuju se niske i visoke brane. Prema meunarodnom standardu (engl. International Commission on Large Dams, ICOLD), u visoke brane spadaju sve one brane ija visina od temelja do krune iznosi vie od 15 m, kao i one vie od 10 m koje imaju duinu po kruni veu od 500 m, vee umjetno jezero od 100.000 m3, ili ako preko njih treba proputati koliinu vode veu od 2000 m3/s. Sve druge brane smatraju se niskima.

2.1.1.Niske brane

Niska brana predstavlja graevinu koja uglavnom ima zadatak da skree vodni tok ili da podie vodostaj u koritu i na taj nain omogui plovidbu. Svaka niska brana stvara koncentraciju pada i time omoguava iskoritenje vodne snage, moe se iskoristiti za vodene sportove, moe sluiti i za zadravanje nanosa, za sprjeavanje erozije i sl. Niske brane slue i za skretanje vode u cilju napajanja kanala za navodnjavanje polja, kanala za opskrbu industrijskih postrojenja, plovnih kanala, kao i tunela koji odvode vodu do hidroelektrana. Brana Grand Coulee je primjer gravitacijske brane

Brana Gordon na Tasmaniji je luna brana

Brana Daniel-Johnson, Quebec, Kanada, je raslanjena brana sa lukovima

2.1.2.Visoke brane

Visoke brane slue za stvaranje umjetnog jezera, koje se moe upotrijebiti za pogon hidroelektrane, navodnjavanje ili dulju plovidbu. Najvia brana na svijetu je Brana Nurek u Tadikistanu.

2.2.Vrste brana prema materijalu

Prema materijalu od kojeg se grade brane razlikuju se masivne brane od kamena ili betonskih blokova zidanih u suho, od kamena u mortu, od betona i od armiranog betona, te nasute brane od zemlje, pijeska, ljunka ili kamena.

2.2.1.Masivne brane

Na masivnoj pregradi razlikuju se uzvodni dio (izdignut iznad korita) ili tijelo brane, koje se suprostavlja tlaku vode, i nizvodni dio, manje vie u obliku ploe poloene po koritu, koji se zove slapite. Prednji uzvodni dio, obino okomit, produuje se do stjenovite ili nepropusne podloge preko priboja ili pranog zida. Na isti nain se zavrava i prag slapita na nizvodnom dijelu.Masivne brane stalnog karaktera danas se grade iskljuivo od betona. Glavni problem u vezi s ovim branama prestavlja proputanje velike koliine vode. Problem se rjeava ostavljanjem protonih polja ili preljeva u tijelu brane, na kojima se smjetaju pokretne ustave ili zapornice. Visina ustava, irina i broj protonih polja zavise od topografskih i hidrolokih uvjeta; one mogu obuhvaati cijelu duinu brane ili samo jedan dio. irina jednog polja moe iznositi do 50 m, kod valjkastog tipa ustava. Kod drugih ona obino ne prelazi 30 m. Najvie ustave ne prelaze visinu od 20 m.

2.2.2.Nasute brane

One se mogu podijeliti u dvije grupe: zemljane brane od homogenog materijala, te zemljane i kamene brane od nehomogenog materijala. Grade se ili na stijeni ili na zemljanom tlu. Nisu jako osjetljive na nejednolika slijeganja, kao ni na potrese. Materijal od kojeg se grade, uvijek u izvjesnoj mjeri proputa vodu, pa postoji procjeivanje iz gornje u donju vodu. Zbog toga je brana do depresijske linije zasiena vodom, a iznad te linije die se jo kapilarna voda. Ako je temeljni sloj nepropusan, voda izlazi na nizvodnoj strani kao izvor. Da bi se ovo sprijeilo, postavlja se drenaa.

2.3.Vrste brana prema nainu suprostavljanja tlaku vode

Prema nainu suprostavljanja tlaku vode mogu biti gravitacijske, lune i raslanjene.

2.3.1.Gravitacijske brane

Gravitacijske brane se odupiru optereenju od vode i drugih sila vlastitom teinom. Na svaku branu djeluju vanjske sile kao to je tlak na uzvodnoj strani, uzgon vode na spojnici izmeu temelja i tla, tlak leda u umjetnom jezeru (u hladnim predjelima), tlak zemlje i tlak istaloenog nanosa (mulj). Od unutranjih sila na branu djeluje vlastita teina, tlak vode u porama (kapilare), sile koje nastaju uslijed promjene temperature betona i sile uslijed skupljanja betona (zaostala naprezanja).

2.3.2.Lune brane

Lune brane prestavljaju zapravo zakrivljene ploe, preko kojih se optereenje prenosi na temelje u dnu i na bokove. Ako imaju i neke elemente gravitacijske brane, onda se zovu luno-gravitacijske brane, a ako su dio rotacijskih tijela raznog oblika, zovu se ljuskaste ili kupolne brane. Lune brane nastale su sa idejom da se utedi na trokovima materijala i vremenu gradnje. Zbog smanjenih dimenzija imaju mnogo vee deformacije, pa je za njih od velikog znaaja i pitanje vrstoe betona.

2.3.3.Raslanjene brane

Raslanjene brane se sastoje od vie elemenata. Obino su to stupovi ili potpore na koje se oslanjaju ploe ili svodovi. Svaki od stupova mora na tlo prenositi optereenje jednog polja. Ideja je isto uteda na trokovima materijala i vremenu gradnje, kada se ne mogu izvesti lune brane. Uglavnom se razlikuju tri tipa brana s meusobno odijeljenim elementima:

olakane gravitacijske brane nagnute ploe oslonjene na potpore ili kontrafore lukovi oslonjeni na potpore ili kontrafore

3.DIJELOVI BRANE

3.1.Preljev brane

Preljev ili izljev se sastoji od protonih polja u tijelu brane, na kojima se smjetaju pokretne ustave ili zapornice. Visina ustava, irina i broj protonih polja zavise od topografskih i hidrolokih uvjeta; one mogu obuhvaati cijelu duinu brane ili samo jedan dio. irina jednog polja moe iznositi do 50 m, kod valjkastog tipa ustava. Kod drugih ona obino ne prelazi 30 m. Najvie ustave ne prelaze visinu od 20 m.

Preljev Brane Llyn Brianne, Wales

3.2.Zapornice

Zapornica slui za regulaciju protoka vode na preljevu brane. Za regulaciju protoka vode kroz temeljne ispuste slui zatvara. Preljev brane se sastoji od protonih polja u tijelu brane, na kojima se smjetaju pokretne zapornice. Ustava je svaki vodeni kanal u kojem se regulira visina vode, a to se obino izvodi pomou zapornica. Visina ustava, irina i broj protonih polja zavise od topografskih i hidrolokih uvjeta; one mogu obuhvaati cijelu duinu brane ili samo jedan dio. irina jednog polja moe iznositi do 50 m, kod valjkastog tipa zapornicama. Kod drugih ona obino ne prelazi 30 m. Najvie zapornice ne prelaze visinu od 20 m.

Preljev Brane Takato

3.3.Umjetno jezero

Rezervoar (francuski: rservoir) je umjetno jezero stvoreno potapanjem podruja iza brane. Neka od najveih svjetskih jezera su rezervoari. Umjetna jezera takoer mogu biti namjerno napravljena iskopavanjem ili potapanjem otvorenih rudnika. Mora se odrediti najbolje mjesto za gradnju brane. Geodeti moraju pronai rijene doline koje su duboke i uske; bone strane doline tada mogu imati ulogu prirodnih zidova.

Drvo i smee koje se nakuplja zbog brane4.GRADNJA BRANE

Graenje visokih brana spada u veoma kompleksne hidrograevinske radove,koji zahtijevaju vrlo kvalitetna istraivanja pregradnog mjesta i solidno izvoenje radova.Zbog fundiranja brane potrebna su detaljna geoloko-hidrogeoloka i geomehanika istraivanja.

4.1.Istrani radoviOsnovni uvjet za sigurnost brane je prikladno i savjesno izvoenje temelja, na mjestu koje je po geomorfolokim, litolokim i strukturnim uvjetima prikladno za primanje konstrukcije brane. Ovisno o tipu brane, teren treba imati odreena svojstva s gledita stabilnosti, postojanosti i nepropusnosti, i to utoliko bolja ukoliko su vea optereenja koja e na nj djelovati. Prethodna istraivanja moraju obuhvaati detaljna geoloka snimanja, buenja, istraivanja geotehnikih osobina stijena, stupnja karstifikacije, hidrologije terena, pa je potreban tim strunjaka razliitih profila. Naravno, s razvojem znanja proirio se i raspon potrebnih istraivakih radova, a time i trokovi za njihovo izvrenje. Studije se ne smiju vriti na brzinu, pa je za njih potrebno i nekoliko godina.Studije i istraivanja moraju obuhvaati i cijelo podruje budueg umjetnog jezera. Ova ispitivanja vana su, prije svega, za pravilno odreivanje potrebne visine brane, nepropusnosti podruja i potrebnih tehnikih mjera osiguranja. Ta istraivanja moraju biti naroito obimna u kraskim terenima. Studije moraju obuhvatiti svu ekonomsku problematiku u vezi s potapanjem podruja i preseljenjem stanovnitva, kulturnih spomenika i slino.

4.2.Gradnja masivnih brana

Masivne brane obino se grade u dvije ili vie faza. Korito rijeke pregradi se najprije posebnim zagatom na onoj strani gdje su predvieni ispusti, a kada se ovi izgrade i opreme, puta se voda preko njih, a novim zagatom se pregradi preostali dio rijeke. Visina zagata ovisi o trajanju gradnje i o hidrolokim karakteristikama rijeke. Ona se izabire obino tako da se za vrijeme gradnje ne doputa preplavljivanje jame.Za visoke brane takav postupak nije mogu na veim rijekama, nego se problem rjeava tako da se cijelo korito pregradi s pomou uzvodne i nizvodne pomone brane, na dovoljnoj udaljenosti od graevinske jame, a voda se posebnim obilaznim tunelima sprovodi izvan rijenog korita.Agregat za betoniranje brana moe biti od rijenog ljunka ili od drobljenog kamena odreene granulacije, koji mora biti prethodno dobro ispitan. Cement treba imati to niu hidratacijsku toplinu, pa se portland cementu esto dodaje troska iz visokih pei. Organizacija radova na betoniranju prestavlja sloen problem koji treba dobro prouiti, naroito za visoke brane. Beton se ugrauje pomou kamiona pumpi, toranjskih dizalica s posudama koje imaju obujam i preko 6 m3.Pri ugradnji betona pojavljuje se i termiki problem, jer temperature dostiu 40 C, a ponekad i vie, pa se mora kontrolirati termoelementima. Betoniranje blokova brane vri se izmjenino po slojevima visine 1,5 do 2 m. Vrlo je vano koristiti vibratore s velikim brojem titraja (10.000 1/min) za zbijanje betona. Izmeu vodoravnih slojeva nastaju radni prekidi, jer se novi sloj moe betonirati tek nakon 3 do 5 dana, da bi se mogao ohladiti raniji sloj. Kada su radovi uurbani, suvina toplina mora se odvoditi pomou cijevi, koje se polau na svaki vodoravni sloj i u kojima tee hladna voda. Zahtijeva se velika gustoa betona zbog bolje nepropusnosti, a za lune brane trai se i velika vrstoa.

5.DODATNI ELEMENTI BRANE Kod planiranja brana potrebno je predvidjeti brodske prevodnice, riblje staze, korita za proputanje drva i drugo. Brodske prevodnice sastoje se od jedne ili dvije brodske komore, to ovisi o prometu na rijeci. To su obino vrlo skupi dijelovi brane, posebno kada se radi dizalo za brodove. Riblje staze su potrebne da bi se ribe kretale uzvodno ili nizvodno. Obino se sastoje od niza bazena, ija se razina postupno sniava iz gornje u donju vodu, a obino je razlika u visini najvie 4 metra. Na vrlo visokim branama, pojavljuju se i dizala za ribe.

5.1.Brodska prevodnica

Rotirajua brodska prevodnica Falkirk

Vodonepropusna vrata na brodskoj prevodnici

Brodska prevodnica je graevina koja slui za izravnavanje plovnog puta, odnosno omoguuje plovilima svladavanje razlike u razinama vode, koja nastaje zbog prirodnih ili umjetnih prepreka na vodnom putu. Kada je na plovnom putu potrebno dignuti ili spustiti plovilo za visinu plovne stepenice, to se moe ostvariti pomou: brodske prevodnice brodskog dizala brodske uspinjaeIskustvo pokazuje da je granica primjene brodske prevodnice visinska razlika od 20 do 25 m na zemljanom tlu, odnosno 30 do 35 m na stjenovitom tlu. Nizom brodskih prevodnica se moe svladati visinska razlika od 40 do 60 m. Za visinske razlike vee od 70 m najee je opravdana upotreba brodskog dizala.

5.2.Riblja staza

Riblja staza je hidrotehnika graevina koja obilazi brane, ustave i brodske prevodnice,a omoguuje ribama koje se sele, da stignu do mjesta za mrijetenje. Obino ribe prelaze riblje staze plivanjem ili preskakivanjem, do druge strane pregrade. Brzina protoka vode mora biti dovoljna da ribe mogu prei prepreke, ali ne smije biti prevelika da se riba ne izmori, tako je esto postavljanje odmaralita na ribljim stazama.

5.2.1.Vrsta ribljih staza

riblja staza s bazenima i pregradama riblja staza s utorima riblje dizalo riblja staza s kamenim pregradama riblja staza s okomitim utorima riblja staza za jegulje

Riblja staza s bazenima i pregradama na Brani Bonneville, na rijeci Columbia

Riblja staza na rijeci Salmon Creek, Montana

6.OSMATRANJE BRANE

6.1.Mjerenje deformacija

Mjerenje deformacija ili oskultacija visokih objekata i hidroelektrana se vri u cilju osiguranja od moguih iznenadnih i nepredvidivih pojava na objektima (brana i strojarnica), te zatita okolia i nizvodnog podruja od teta i katastrofa. Geodetsko-tehnikim praenjem provodi se prikupljanje potrebnih podataka provedbom najpreciznijih geodetskih mjerenja, radi racionalnog odravanja objekata u toku koritenja. Bitno je da se pravovremeno zabiljee svi dogaaji i stanja koji bi mogli utjecati na sigurnost objekata.

6.2.Geodetska mjerenja

Geodetska mjerenja pomaka obuhvaaju sva mjerenja u svrhu odreivanja promjene oblika objekta ili tla pod utjecajem vanjskih ili unutarnjih sila. Objekt se idealizira odreenim brojem toaka, iji se poloaj odreuje u odnosu na referentnu ili osnovnu geodetsku osnovu izvan podruja moguih pomaka. Geodetskim metodama odreuju se promjene poloaja pojedinih toaka na objektu, a deformacija se moe utvrditi na temelju rezultata mjerenja pomaka. Stvarno ponaanje objekta moe se utvrditi samo dobro osmiljenim i kvalitetno izvedenim opaanjima, te strunom obradom podataka.

7.RUENJE BRANA

Do 1970. sruilo se u Americi oko 110 brana, od ega je 65% bilo nasutih. U isto vrijeme u Europi i Sjevernoj Africi sruilo se 12 brana. Sva ruenja obino prate vee ili manje nesree. Prema jednoj statistici (Gruner) uzrok ruenja je u 40% sluajeva lom u temelju, u 23% sluajeva nedovoljan kapacitet preljeva, u 12% sluajeva nedovoljne dimenzije brane, u 10% sluajeva neravnomjerno slijeganje, a u 15% neki drugi uzrok.

8.ZAKLJUAK

Od samog nastanka ovjeanstva i svijesti ljudi pristupilo se podizanju brana na samom poetku od zemlje,prua,drveta,kamena a u novije vrijeme betona i armiranog betona da bi sebi olakali ivot.Danas je nemogue zamisliti ivot bez brana to za u prvom redu proizvodnju elektrine energije tako i za navodnjavanje,retencije,zatita od poplava,akumulacije itd.Zapravo ne bi se moglo ni ivjeti bez brana jer bi da ih nema nastala totalna katastrofa po ovjeanstvo,ljudski ivot , privredu i poljoprivredu koje ne bi ni bilo itd.

9.IZVORI

Gnther Garbrecht: "Wasserspeicher (Talsperren) in der Antike", Antike Welt,Antiker Wasserbau, 1986. S.W. Helms: "Jawa Excavations 1975. Third Preliminary Report", Levant 1977. "Overview of the hystory of water resources and irrigation management in the near east region", Mohamed Bazza, 2006. Singh Vijay P., Ram Narayan Yadava: "Water Resources System Operation: Proceedings of the International Conference on Water and Environment", publisher = Allied Publishers, 2003., "This is the oldest stone water-diversion or water-regulator structure in the world", 2007. Needham Joseph: "Science and Civilization in China: Volume 4, Part 3", Taipei: Caves Books, Ltd., 1986. "Is it Worth a Dam?", "Environmental Health Perspectives", 1997. "Vrste brana" Graditeljstvo.tvz.hr, 2011. Opa i nacionalna enciklopedija Hrvatska enciklopedija

6