obliczanie światła przepustów [tryb...

Obliczanie światła przepustów

BUDOWNICTWO KOMUNIKACYJNEMateriał dydaktyczny

Dr inż. Dariusz Sobala

PiśmiennictwoPiśmiennictwo

1 ROZPORZADZENIE MINISTRA TRANSPORTU I GOSPODARKI1. ROZPORZADZENIE MINISTRA TRANSPORTU I GOSPODARKI MORSKIEJ nr 63 z dnia 30 maja 2000 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty i ż i ki i i h t i (D U d i 3 i i 2000inżynierskie i ich usytuowanie. (Dz. U. z dnia 3 sierpnia 2000 r.)

2. GDDKiA. Światła mostów i przepustów. Zasady obliczeń z p p ykomentarzami. IBDiM. Warszawa‐Żmigród. 2000.

3. Kubrak E., Kubrak J.: Hydraulika techniczna. Wyd. SGGW, Warszawa 2004Warszawa 2004

4. Ratomski J.: Podstawy projektowania zabudowy potoków górskich. Wyd. Politechniki Krakowskiej, Kraków 2000

5. Edel R: Odwodnienie dróg. WKŁ, Warszawa 20006. Czudek H., Radomski W.: Podstawy mostownictwa. PWN,

Warszawa 1983Zapoznanie się z ww. pozycjami piśmiennictwa jest

niezbędne do poprawnego zrobienia projektu z Warszawa 1983 ę p p g p jprzedmiotu „Budownictwo komunikacyjne”

Zakres obliczeń hydraulicznychZakres obliczeń hydraulicznych

Ok śl i ł i d j [6]• Określenie przepływu miarodajnego, np. wg [6]• Określenie wymiarów przewodu, wlotu i wylotu przepustu wg [1] lub [2]przepustu wg [1] lub [2]

• Określenie spiętrzenia przepustem i (jeśli zachodzi taka potrzeba) profilu zwierciadła wody na odcinkutaka potrzeba) profilu zwierciadła wody na odcinku dopływowym wg [1] lub [2]

• Określenie głębokości wody i prędkości przepływu w przekroju wylotowym przewodu i poniżej przepustu wg [1] lub [2]Ok śl i i ó i ń i i h k ń i• Określenie wymiarów umocnień i ich zakończenia oraz głębokości rozmycia wg [1] lub [2]

Zasady stosowania przepustówZasady stosowania przepustów

P i b ć i k h• Przepusty powinny być stosowane na ciekach o spadkach mniejszych niż 0,02N k h ó ki h i i k h dk i 0 002• Na potokach górskich i ciekach o spadku i≥ 0,002 przepusty można budować tylko na drogach klasy L i DN l ż ik ć b d ó k ó h l ż• Należy unikać budowy przepustów których wlot może zostać zatkany (np. przez pnie lub gałęzie) – należy wtedy stosować przepusty o niezatopionym wlocie lubwtedy stosować przepusty o niezatopionym wlocie lub przepusty dwuotworowe o zatopionym wlocie, których przepustowość powinna być większa o 50% odprzepustowość powinna być większa o 50% od wymaganej dla przepustu jednootworowego

WymaganiaWymagania

• Minimalne wymiary przekrojów:– Szerokość przekrojów prostokątnych– Szerokość przekrojów prostokątnych, owalnych lub kołowych:• min. 1,0m dla dróg klasy A i S;

• min. 0,8m dla dróg klasy GP, G i Z;

• min. 0,6m dla pozostałych dróg gdy Lp<10m;

• min 0 8m dla pozostałych dróg gdy Lp≥10m• min. 0,8m dla pozostałych dróg gdy Lp≥10m.

Wymagania cdWymagania cd.

• Minimalne wymiary przekrojów:–Wysokość przekrojów prostokątnych i–Wysokość przekrojów prostokątnych i owalnych:• Lp≤20m dla dróg klasy L i D min. 0,8m;

• Lp≤20m dla pozostałych klas dróg min. 1,0m;

• Lp>20m min. 1,2m;

• przewód przełazowy min 1 9mprzewód przełazowy min. 1,9m.


• Przepusty dla małych zwierząt powinny mieć uformowaną ścieżkę o szerokości nie mniejszej niż 0,5m wyniesioną ponad zwierciadło wody średniej w przepuście

• Prędkość przepływu wody w przepuście vp nie powinna przekraczać:– dla przepustów o wysokości do 1,5m – 3,5m/s

– dla przepustów o wysokości ponad 1,5m – 3,0m/s


FQv m

p = Fgdzie:• Qm – przepływ miarodajny;Qm p p y j y;• F – pole przekroju strumienia o głębokości równej:

– głębokości krytycznej w przewodzie przepustu prowadzącego wodę i ł k j i t i l iniepełnym przekrojem przy niezatopionym wlocie;

– głębokości wody dolnej w przewodzie przepustu prowadzącego wodę niepełnym przekrojem, lecz przy zatopionym wlocie;

– wysokości przekroju w przypadku przepustu prowadzącego wodę pełnym przekrojem

Wymagania cd.Ni d i i ń d d d j h• Nie dopuszcza się spiętrzeń wody przed przepustem powodujących:– Zatopienie lub podtopienie zabudowań, zakładów przemysłowych, linii

komunikacyjnych lub innych obiektów. Dopuszcza się krótkotrwałe (do 1 doby) zatapianie łąk, pastwisk lub nieużytków przy przepływie miarodajnym.zatapianie łąk, pastwisk lub nieużytków przy przepływie miarodajnym.

– Podniesienie się zwierciadła wody wyżej niż na:• 0,7m do nawierzchni drogi przy nasypie z gruntów niewysadzinowych;• 1,0m gdy korpus drogi wykonany jest z gruntów o nieokreślonych właściwościach i• 1,5m na terenach długotrwale zalewanych.

Skarpy nasypu drogowego powinny być umocnione na wysokość 0,5m powyżej poziomu piętrzenia.Nasypy i przepusty długotrwale piętrzące wodę należy traktować jako budowle– Nasypy i przepusty długotrwale piętrzące wodę należy traktować jako budowle piętrzące i projektować z uwzględnieniem przepisów obwiązujących dla tych budowli. Korona drogi

WymaganeWymaganeumocnieniemin. 70cm

min. 50cmw.w

Przepust Dopływ z rowuDopływ z rowu

Wymagania cdWymagania cd.• Przepusty na potokach górskich z ruchem rwącym należy projektować tak• Przepusty na potokach górskich z ruchem rwącym należy projektować tak,

by na doprowadzeniu do wlotu, w samym przewodzie i na początkowym odcinku odprowadzenia za nim zapewniony był ruch rwący i wykluczona możliwość powstania odskoku hydraulicznego. Jako jedno z możliwych p y g j yrozwiązań zaleca się stosować łącznie:– przepust o dnie założonym ze spadkiem zbliżonym do spadku cieku, gdy

i≥0,02;b k d d ń d k ść b k– bystrotoku doprowadzającego strumień do przepustu – szerokość bystrotoku nie powinna przekraczać więcej niż dwukrotnie szerokości zwierciadła wody w przepuście przy przepływie miarodajnym;

– długiego i łagodnie wykształconego, opływowego przejścia od bystrotoku dodługiego i łagodnie wykształconego, opływowego przejścia od bystrotoku do wlotu przepustu.

• Na potokach górskich nie dopuszcza się stosowania przepustów z wlotem zatopionym, wielootworowych i z przewodem o przekroju kołowym.

• Przepusty na potokach górskich z ruchem spokojnym powinny mieć przekroje przewodów nie mniejsze niż przekrój koryta cieku przy przepływie wody średniej rocznej przed zabudową koryta.

Wymagania cdWymagania cd.• Strop przewodu przepustu prostokątnego oraz zwornik przepustu• Strop przewodu przepustu prostokątnego oraz zwornik przepustu

kołowego, owalnego, sklepionego, itp. prowadzącego wodę niepełnym przekrojem powinien być wyniesiony nad zwierciadło wody przy przepływie miarodajnym co najmniej 0,25m oraz tak by głębokość wody w p p y j y j j , y g ę yprzewodzie nie była większa od 0,75hp

• Dno przepustów na rzekach nizinnych zaleca się projektować ze spadkiem zbliżonym do potrzebnego na pokonanie oporów ruchu przy przepływie

d l k h lmiarodajnym. Jeżeli zastosowanie takiego nachylenia wymaga nadmiernego wyniesienia wlotu lub wylotu przepustu nad dnem cieku, należy od tego spadku odstąpić i zastosować inny, jednak ze względu na groźbę zamulenia nie powinien on byćmniejszy niż 0 005groźbę zamulenia nie powinien on być mniejszy niż 0,005.

• Na ciekach stale prowadzących wodę dopuszcza się niewielkie zamulenia dna cieku, sprzyjające utrzymaniu ciągłości ekosystemu.

• Grunt na dnie i skarpach koryta i nasypu przy wlocie przepustu w obszarzeGrunt na dnie i skarpach koryta i nasypu przy wlocie przepustu w obszarze działania wody należy chronić odpowiednimi umocnieniami ułożonymi na filtrze odwrotnym.

Podział przepustówPodział przepustów

W l ż ś i d dk i k i d• W zależności od spadku cieku i przewodu przepustu, głębokości wody na wlocie i wylocie, kształtu wlotu, długości i hydraulicznej szorstkości przewodu mogądługości i hydraulicznej szorstkości przewodu mogą wystąpić różne warunki przepływu w przepuście, na jego wlocie i wylociejego wlocie i wylocie.

• Przepusty w zależności od spadku cieku dzieli się na:– nizinne budowane na ciekach o spadkach mniejszych niż– nizinne, budowane na ciekach o spadkach mniejszych niż 0,02, w których zwykle panuje ruch spokojny (nadkrytyczny);

– górskie, budowane na ciekach o spadkach równych i większych niż 0,02, przy których odbywa się rwący (podkrytyczny) ruch wody – dla tego typu przepustów nie(podkrytyczny) ruch wody – dla tego typu przepustów nie podano zasad obliczeń.

Schematy hydrauliczne przepustówSchematy hydrauliczne przepustów

W l ż ś i d kó ł l iW zależności od warunków przepływu na wlocie w przewodzie i na wylocie wyodrębnia się schematy hydrauliczne działania przepustów. Cztery najbardziejhydrauliczne działania przepustów. Cztery najbardziej typowe schematy hydrauliczne przepustów to:

• przepust o niezatopionym wlocie i wylocie;• przepust o zatopionym wlocie i niezatopionym wylocie prowadzący wodę niepełnym przekrojem;

• przepust o zatopionym wlocie i niezatopionym wylocie prowadzący wodę pełnym przekrojem;

t t i l i i l i d• przepust o zatopionym wlocie i wylocie prowadzący wodę pełnym przekrojem.


• przepust o niezatopionym wlocie i wylocie spełniający warunki: – niezatopienia wlotu H≤1,2hp;p– niezatopienia wylotu hd≤1,25hkr.gdzie: H – głębokość spiętrzonej wody przed wlotem, hp – wysokość przewodu

przepustu, hkr – głębokość krytyczna w przewodzie, hd – głębokość wody dolnej (wzniesienie zwierciadła wody dolnej) nad dnem przepustu w przekrojudolnej (wzniesienie zwierciadła wody dolnej) nad dnem przepustu w przekroju wylotowym.


• przepust o zatopionym wlocie i niezatopionym wylocie prowadzący wodę niepełnym przekrojem spełniający warunki:prowadzący wodę niepełnym przekrojem spełniający warunki: – zatopienia wlotu H>1,2hp;– niezatopienia wylotu hd≤1,25hkr.


• przepust o zatopionym wlocie i niezatopionym wylocie prowadzący wodę pełnym przekrojem spełniający warunki:

zatopienia wlotu i przepływu pełnym przekrojem co wymaga jednoczesnego:– zatopienia wlotu i przepływu pełnym przekrojem, co wymaga jednoczesnego:• zastosowania opływowego wlotu;• głębokości przed przepustem H>1,4hp;• spadku ip<it;d i i d k d t i d k t b k i ó ł łgdzie ip – spadek dna przepustu; it – spadek potrzebny na pokonanie oporów przepływu pełnym przekrojem


• przepust o zatopionym wlocie i wylocie prowadzący wodę pełnym przekrojem spełniający warunki:pełnym przekrojem spełniający warunki:– zatopienia wlotu H>1,2hp;– zatopienia wylotu hd≥1,1hp.


• Omawiane zasady obliczeń nie obejmują przypadków przepustów, w których H>1,2hp i jednocześnie hd>1,25hkr. Takich przypadków należy unikać. Jeśli nie jest to możliwe należy dobieraćmetody obliczeniowe indywidualniemożliwe należy dobierać metody obliczeniowe indywidualnie.

• Na zdolność przepustową przepustów o niezatopionym wlocie i wylocie znaczny wpływ ma dławienie boczne i budowle te dzieli się na:

– przepusty o pełnym dławieniu bocznym B0≥6b, gdzie B0 – szerokość zwierciadła wody przed przepustem, b – największa szerokość otworu wlotowego przepustu lub suma tych szerokości w przepuście wielootworowym;

– przepusty o częściowym dławieniu bocznym. • Ze względu na straty energii na długości przewodu przepusty dzieli się na:g ę y g g p p p y ę

– długie, dla których uwzględnia się straty energii na długości przekroju i Lp>hp, gdzie Lp –długość przewodu przepustu;

– krótkie, dla których Lp≤hp i nie uwzględnia się strat energii na długości przewodu.

Sposób ustalania światła przepustu o przekroju kołowym

a) dla zadanego przepływu miarodajnego Q i ustalonej dopuszczalneja) dla zadanego przepływu miarodajnego Qm i ustalonej dopuszczalnej głębokości wody spiętrzonej przed przepustem H, wstępnie średnicę przepustu wyznacza się z tablicy

b) dla znanych Q i D sprawdza się za pomocą podanych wzorów wartość Hb) dla znanych Q i D sprawdza się za pomocą podanych wzorów wartość H lub dla danego H i D wartość Q.

c) oblicza się prędkość przepływu miarodajnego w przewodzie dla obliczeniowej głębokości wody.j g ę y

d) porównuje się obliczone napełnienie przewodu, piętrzenie i prędkości z wartościami dopuszczalnymi.

e) oblicza się głębokość rozmycia.) ę g ę yf) dobiera się niezbędne umocnienia biorąc pod uwagę głebokość

rozmycia.

W przypadku przepustów o innych kształtach przekroju poprzecznego przewodu tok postępowania jest podobny. Różnice wynikają ze

b k śl i t ó k jsposobu określania parametrów przekroju poprzecznego występujących w w podanych dalej wzorach obliczeniowych.

Orientacyjne parametry przepustów o przekroju okrągłym

Prędkości dopuszczalne w korytach umocnionych wg [2]

Prędkości nierozmywające w gruntach niespoistych wg [2]

Prędkości nierozmywające w gruntach spoistych wg [2]

Wartość współczynnika szorstkościWartość współczynnika szorstkości

Schematy hydrauliczne i przykłady obliczeniowe

Przepusty

Na ciekach o spadku i <0 02Na ciekach o spadkach ip > lub = 0,02 (górskich)Nie podaje się zasad obliczeń a jedynie ogólneNa ciekach o spadku ip<0,02 Nie podaje się zasad obliczeń, a jedynie ogólne

wskazówki

Z przeppływem niepełnymprzekrojem przewodu

Z przepływem pełnym przekrojemprzewodu

Gdy H>1,2 hp i jednocześnie hd>1,25hkrNie podaje się metodyki obliczeń

Gdy:H<=1,2hp,niezatopiony wlot,hd>1,25hkr,niezatopiony wylot

( h t 3 1 )

Gdy:H>1,2hp,zatopiony wlot,hd<=1,25hkr,niezatopiony wylot

( h t 3 1b)

Gdy:H>1,4hp,zatopiony opływowy wlot,ip>ithd<1,1hp,

t i l t

Gdy:H>1,2hp,zatopiony wlot,hd=>1,1hp,niezatopiony wylot

( h t 3 1d)(schemat 3.1a) (schemat 3.1b) zatopiony wylot(schemat 3.1c)

(schemat 3.1d)

DługiLp>20hp

KrótkiLp<=20hp

DługiLp>20hp

KrótkiLp<=20hpp p p p p p p p

o pełnym dławieniu bocznymB>=6b

i ł dł i i

Gdy:0<ip<ikr,może być częściowo lubcałkowicie wypełniony

o niepełnym dławieniubocznym B<6b

PRZYKŁAD 1 PRZYKŁAD 2 PRZYKŁAD 3 PRZYKŁAD 4

obliczanie światła przepustów [tryb...

Documents