Obliczanie światła przepustów

Transkrypt

1 Obliczanie światła przepustów BUDOWNICTWO KOMUNIKACYJNE Materiał dydaktyczny Dr inż. Dariusz Sobala

2 Piśmiennictwo 1. ROZPORZADZENIE MINISTRA TRANSPORTU I GOSPODARKI MORSKIEJ nr 63 z dnia 30 maja 2000 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie ż i i ich usytuowanie. (Dz. U. z dnia 3 sierpnia i 2000 r.) 2. GDDKiA. Światła mostów i przepustów. p Zasady obliczeń z komentarzami. IBDiM. Warszawa Żmigród Kubrak E., Kubrak J.: Hydraulika techniczna. Wyd. SGGW, Warszawa Ratomski J.: Podstawy projektowania zabudowy potoków górskich. Wyd. Politechniki Krakowskiej, Kraków Edel R: Odwodnienie dróg. WKŁ, Warszawa Czudek H., Radomski W.: Podstawy mostownictwa. PWN, Warszawa 1983 ę p p g p j Zapoznanie się z ww. pozycjami piśmiennictwa jest niezbędne do poprawnego zrobienia projektu z przedmiotu Budownictwo komunikacyjne

3 Zakres obliczeń hydraulicznych Określenie przepływu ł miarodajnego, np. wg [6] Określenie wymiarów przewodu, wlotu i wylotu przepustu wg [1] lub [2] Określenie spiętrzenia przepustem i (jeśli zachodzi taka 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] Określenie wymiarów umocnień ń i ich ihzakończenia ń oraz głębokości rozmycia wg [1] lub [2]

4 Zasady stosowania przepustów Przepusty powinny być ć stosowane na ciekach ik o spadkach mniejszych niż 0,02 Na potokach górskich hi ciekach ik o spadku i 0, przepusty można budować tylko na drogach klasy L i D Nl Należy ż unikać ć budowy przepustów których kó wlot może ż zostać zatkany (np. przez pnie lub gałęzie) należy wtedystosować przepusty o niezatopionym wlocie lub przepusty dwuotworowe o zatopionym wlocie, których przepustowośćpowinna powinna być większa o 50% od wymaganej dla przepustu jednootworowego

5 Wymagania Minimalne wymiary przekrojów: 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. 08mdla 0,8m pozostałych dróg gdy Lp 10m.

6 Wymagania cd. Minimalne wymiary przekrojów: 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 przełazowymin min. 1,9m.

7 Wymagania cd. 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 v p nie powinna przekraczać: dla przepustów o wysokości do 1,5m 3,5m/s dla przepustów o wysokości ponad 1,5m 3,0m/s

8 Wymagania cd. Q v = p F gdzie: Q m przepływ py miarodajny; F pole przekroju strumienia o głębokości równej: m głębokości krytycznej w przewodzie przepustu prowadzącego wodę niepełnym ł przekrojem przy niezatopionym i wlocie; głębokości wody dolnej w przewodzie przepustu prowadzącego wodę niepełnym przekrojem, lecz przy zatopionym wlocie; wysokości przekroju w przypadku przepustu prowadzącego wodę pełnym przekrojem

9 Wymagania cd. Nie dopuszcza się spiętrzeń ń 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 przyprzepływie 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 piętrzące i projektować z uwzględnieniem przepisów obwiązujących dla tych budowli. Korona drogi min. 70cm w.w min. 50cm Wymagane umocnienie Dopływ z rowu Przepust Dopływ z rowu

10 Wymagania cd. 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 rozwiązań zaleca się stosować łącznie: przepust o dnie założonym ze spadkiem zbliżonym do spadku cieku, gdy i 0,02; bystrotoku doprowadzającego d strumień ń do przepustu szerokość bystrotoku nie powinna przekraczać więcej niż dwukrotnie szerokości zwierciadła wody w przepuście przy przepływie miarodajnym; długiego i łagodnie wykształconego, opływowego przejściaod 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.

11 Wymagania cd. Strop przewodu przepustu prostokątnego orazzwornikzwornik przepustu kołowego, owalnego, sklepionego, itp. prowadzącego wodę niepełnym przekrojem powinien być wyniesiony nad zwierciadło wody przy przepływie py miarodajnym co najmniej j 0,25m oraz tak by głębokość ę wody w przewodzie nie była większa od 0,75h p Dno przepustów na rzekach nizinnych zaleca się projektować ze spadkiem zbliżonym do potrzebnego na pokonanie oporów ruchu przy przepływie miarodajnym. Jeżeli zastosowanie takiego nachylenia hl 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 być mniejszy niż 0, 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 obszarze działania wody należy chronić odpowiednimi umocnieniami ułożonymi na filtrze odwrotnym.

12 Podział przepustów W zależności ż ś od spadku cieku ik i przewodu przepustu, głębokości wody na wlocie i wylocie, kształtu wlotu, długości i hydraulicznej szorstkości przewodu mogą wystąpić różne warunki przepływu w przepuście, na jego wlocie i wylocie. Przepusty w zależności od spadku cieku dzieli się na: 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 podano zasad obliczeń.

13 Schematy hydrauliczne przepustów W zależności ż ś od warunków przepływu ł na wlocie w przewodzie i na wylocie wyodrębnia się schematy hydrauliczne działania przepustów. Czterynajbardziej 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; przepust o zatopionym wlocie i wylocie prowadzący wodę pełnym przekrojem.

14 Schematy hydrauliczne przepustów przepust o niezatopionym wlocie i wylocie spełniający warunki: niezatopienia wlotu H 1,2h p; niezatopienia wylotu h d 1,25h kr. gdzie: H głębokość spiętrzonej wody przed wlotem, h p wysokość przewodu przepustu, h kr głębokość krytyczna w przewodzie, h d głębokość wody dolnej (wzniesienie zwierciadła wody dolnej) nad dnem przepustu w przekroju wylotowym.

15 Schematy hydrauliczne przepustów przepust o zatopionym wlocie i niezatopionym wylocie prowadzący wodę niepełnym przekrojem spełniający warunki: zatopienia wlotu H>1,2h p ; niezatopienia wylotu h d 1,25h kr.

16 Schematy hydrauliczne przepustów przepust o zatopionym wlocie i niezatopionym wylocie prowadzący wodę pełnym przekrojem spełniający warunki: zatopienia wlotu i przepływu pełnym przekrojem, co wymagajednoczesnego: zastosowania opływowego wlotu; głębokości przed przepustem H>1,4h p ; spadku i p <i t ; gdzie di i p spadek dkdna przepustu; i t spadek dkpotrzebny na pokonanie oporów przepływu ł pełnym ł przekrojem

17 Schematy hydrauliczne przepustów przepust o zatopionym wlocie i wylocie prowadzący wodę pełnym przekrojem spełniający warunki: zatopienia wlotu H>1,2h p ; zatopienia wylotu h d 1,1h p.

18 Schematy hydrauliczne przepustów Omawiane zasady obliczeń nie obejmują przypadków przepustów, w których H>1,2h p i jednocześnie h d >1,25h kr. Takich przypadków należy unikać. Jeśli nie jest to możliwe 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 B 0 6b, gdzie B 0 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 ę na straty energii na długości przewodu przepusty p dzieli się ę na: długie, dla których uwzględnia się straty energii na długości przekroju i L p >h p, gdzie L p długość przewodu przepustu; krótkie, dla których L p h p i nie uwzględnia się strat energii na długości przewodu.

19 Sposób ustalania światła przepustu o przekroju kołowym a) dla zadanegoprzepływu miarodajnegoq m 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 H lub dla danego H i D wartość Q. c) oblicza się prędkość przepływu miarodajnego w przewodzie dla obliczeniowej głębokości ę wody. d) porównuje się obliczone napełnienie przewodu, piętrzenie i prędkości z wartościami dopuszczalnymi. e) oblicza się ę głębokość ę rozmycia. f) 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 sposobu określania parametrów przekroju poprzecznego występujących w w podanych dalej wzorach obliczeniowych.

20 Orientacyjne parametry przepustów o przekroju okrągłym

21 Prędkości dopuszczalne w korytach umocnionych wg [2]

22 Prędkości nierozmywające w gruntach niespoistych wg [2]

23 Prędkości nierozmywające w gruntach spoistych wg [2]

24 Wartość współczynnika szorstkości

25 Wartość współczynnika szorstkości

26 Schematy hydrauliczne i przykłady obliczeniowe Przepusty Na ciekach o spadku i p <0,0202 Na ciekach o spadkach ip > lub = 0,02 (górskich) Nie podaje się zasad obliczeń, a jedynie ogólne wskazówki Z przeppływem niepełnym przekrojem przewodu Z przepływem pełnym przekrojem przewodu Gdy H>1,2 hp i jednocześnie hd>1,25hkr Nie 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>it hd<1,1hp, t i l t (schemat 3.1c) (schemat 3.1a) (schemat 3.1b) zatopiony wylot Gdy: H>1,2hp, zatopiony wlot, hd=>1,1hp, niezatopiony wylot (schemat 3.1d) Długi L p >20h p Krótki L p <=20h p Długi L p >20h p Krótki L p <=20h p p p p p p p p p o pełnym dławieniu bocznym B>=6b o niepełnym ł dławieniu i bocznym B<6b Gdy: 0<ip<ikr, może być częściowo lub całkowicie wypełniony PRZYKŁAD 1 PRZYKŁAD 2 PRZYKŁAD 3 PRZYKŁAD 4