Materiały pomocnicze do ćwiczeń z przedmiotu Budownictwo Wodne i Morskie Budownictwo Wodne

Transkrypt

1 Materiały pomocnicze do ćwiczeń z przedmiotu Budownictwo Wodne i Morskie Budownictwo Wodne (/ semestru) Jaz główny przy elektrowni wodnej Jastrowie (rzeka Gwda) Opracował: dr inż. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Politecnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Katedra Hydrotecniki Gdańsk, marzec 00 (ostatnie uzupełnienie luty 0)

2 strona dr inż. Witold Sterpejkowicz-Wersocki Przedmiot: Budownictwo Wodne i Morskie (ćwiczenia) Sem. VI, budownictwo, st. inżynierskie wste@pg.gda.pl, pok. 6H Budownictwo Wodne (/ semestru) Tematy ćwiczeń:. Wymiarowanie przelewu jazowego, wypływy spod zamknięć.. Filtracja pod budowlą piętrzącą - bezpieczna droga filtracji (met. Bliga i Lane a), - wypór ydrodynamiczny i ydrostatyczny, 3. Stateczność płyty wypadowej - zabezpieczenie dna poza płytą. 4. Wymiarowanie kanału - kanał o przekroju najkorzystniejszym ydraulicznie, - kanał najkorzystniejszy ydraulicznie przy zadanym nacyleniu skarp. 5. Zasady przyjmowania rozstawu dźwigarów głównyc w zamknięciac płaskic. 6. Kolokwium (test)

3 strona 3 Zaliczenie ćwiczeń: Obecność na ćwiczeniac jest obowiązkowa (w ciągu ½ semestru możliwa max. nieusprawiedliwiona nieobecność). Zaliczenie ćwiczeń na podstawie pozytywnyc ocen z kolokwiów (średnia) przeprowadzonyc w 7 i 4 tygodniu zajęć. Kolokwium poprawkowe przewidziane jest pod koniec semestru (wspólne dla całego roku). Próg zaliczający kolokwium 60%. Konsultacje: Konsultacje wg planu podanego na stronie ttp:// i na drzwiac pokoju 6H. Literatura:. Balcerski i in.: Budownictwo wodne śródlądowe. Budownictwo betonowe t.xvii. Arkady, Warszawa 969. Budziło B., Wieczysty A.: Projektowanie ujęć wody powierzcniowej. Wydawnictwo Politecniki Krakowskiej, Kraków Depczyński W., Szamowski A.: Budowle i zbiorniki wodne, Oficyna Wydawnicza Politecniki Warszawskiej, Warszawa Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 0 kwietnia 007 r. w sprawie: Warunków tecnicznyc, jakim powinny odpowiadać budowle ydrotecniczne i ic usytuowanie. Dziennik Ustaw z 007 r. Nr 86, Poz Materiały pomocnicze dostępne na stronie ttp://pg.gda.pl/~wste/ w katalogu <Budownictwo Wodne i Morskie>

4 strona 4 Lp KLASYFIKACJA GŁÓWNYCH BUDOWLI HYDROTECHNICZNYCH Nazwa, carakter lub funkcja budowli Opis i miano wskaźnika Wartość wskaź. dla klasy I Wartość wskaź. dla klasy II Na podstawie Zał. Dz.U (Rozp..., 007) Wartość wskaź. dla klasy III Wartość wskaź. dla klasy IV Budowle stałe piętrzące wodę, któryc awaria powoduje utratę pojemności zbiornika lub może spowodować zatopienie falą wypływającą przez zniszczoną lub uszkodzoną budowlę Wyso kość piętrz enia: H [m] a) na podło żu skaln ym b) na podło żu niesk alnym c) pojemność zbiornika: V [m 3 ] d) obszar zatopiony przez falę powstałą przy normalnym poziomie piętrzenia: F [km ] e) liczba ludności na obszarze zatopionym w wyniku zniszczenia budowli: L [osób] H > 30 m H > 0 m V > 50 m 3 F > 50 km L > 300 osób 5 < H 30 m 0 < H 0 m 5 < H 5 m 5 < H 0 m < H 5 m < H 5m 0 < V 5 < V 0, < V 50 m 3 0 m 3 5 m 3 0 < F < F F 50 km 0 km km 80 < L 300 osób 0 < L 80 osób L 0 osób Uwagi Wysokość piętrzenia określona w 3 pkt 4 Pojemność przy maksymalnym poziomie piętrzenia (Max PP) Obszar zatopiony jest to obszar, na którym głębokość wody przekracza 0,5 m Poza stałymi mieszkańcami do liczby ludności wlicza się również załogi fabryk, biur, urzędów itp. oraz osoby przebywające w ośrodkac zakwaterowania zbiorowego (otele, domy wczasowe itp.) PRAWDOPODOBIEŃSTWO POJAWIANIA SIĘ (PRZEWYŻSZENIA) PRZEPŁYWÓW MIARODAJNYCH I KONTROLNYCH DLA STAŁYCH BUDOWLI HYDROTECHNICZNYCH Lp. Rodzaj budowli Przepływ Na podstawie Zał.4 Dz.U (Rozp..., 007) Prawdopodobieństwo pojawiania się (przewyższenia) p% dla klasy: I II III IV Budowle posadowione na podłożu łatwo rozmywalnym, zbudowanym z miarodajny Q m 0, 0,3 0,5,0 gruntów nieskalistyc, rumoszu skalnego lub miękkic skał oraz wszystkie budowle ziemne, ale bez kontrolny Q k 0,0 0,05 0, 0,5 wałów przeciwpowodziowyc Pozostałe budowle, w tym wały miarodajny Q m 0,5,0,0 3,0 przeciwpowodziowe kontrolny Q k 0, 0,3 0,5,0

5 Materiały pomocnicze do ćwiczeń z przedmiotu Budownictwo Wodne i Morskie strona 5 Przykład krzywyc prawdopodobieństwa przepływów wezbraniowyc PRZEPŁYW MIARODAJNY Qm PRZEPUSZCZAMY PRZEZ BUDOWLĘ URZĄDZENIAMI UPUSTOWYMI, DO KTÓRYCH NALEŻĄ: PRZELEWY (POWIERZCHNIOWE) Q = 80%*Qm SPUSTY (GŁĘBINOWE) Q = 0%*Qm LICZBA SPUSTÓW, SZTOLNI, LEWARÓW I TURBIN, KTÓRYCH NIE NALEŻY UWZGLĘDNIAĆ PRZY OKREŚLANIU WARUNKÓW PRZEPUSZCZENIA PRZEPŁYWU MIARODAJNEGO Na podstawie Zał.8 Dz.U (Rozp..., 007) Ogólna liczba zainstalowanyc urządzeń Lp Spustów, lewarów, sztolni turbin elektrowni wodnyc Przygotował: dr inż. Witold Sterpejkowicz-Wersocki, Katedra Hydrotecniki, PG Liczba nieuwzględnianyc w obliczeniac spustów, sztolni i lewarów oraz turbin

6 strona 6 WYMIAROWANIE PRZELEWU JAZU Wydatek przelewu jazowego spełniającego warunek c/ <,5 wyznacza się ze wzoru: v o Q M b H g 3 / gdzie: c szerokość korony przelewu [m], M współczynnik wydatku, b światło przelewu [m], H głębokość wody ponad koroną przelewu [m], - współczynnik nierównomierności strug, v o prędkość wody dopływającej do budowli piętrzącej [m/s], g - przyspieszenie ziemskie [m/s ], - współczynnik dławienia bocznego, - współczynnik podtopienia przelewu H. v 0 g C : m WSP. WYDATKU M DLA PRZELEWÓW TRAPEZOIDALNYCH Tablica - (Balcerski i in., 969) Współczynnik H H H 0,5 pocylenia m c c c,86,78,64-,70,78,70,55-,60 3,73,64 * 5,67,55 * 0,55 * * *oznacza, że przelew należy obliczać jak o szerokiej koronie. Dla przelewów o kształcie opływowym (wg krzywej Creagera) współczynnik wydatku przelewu M=,36. WSPÓŁCZYNNIKI KSZTAŁTU FILARÓW I PRZYCZÓŁKA Ryc Wosiewicz i in. (993)

7 strona 7 WSPÓŁCZYNNIK DŁAWIENIA BOCZNEGO Współczynnik dławienia bocznego we wzorze na wydatek można przyjmować jak dla przelewów bezciśnieniowyc wg wzorów H 0,n b gdzie: n liczba przęseł jazu [-], b światło przelewu [m], H głębokość wody nad koroną przelewu [m], współczynnik kształtu filarów i przyczółków [-]. WSPÓŁCZYNNIK PODTOPIENIA PRZELEWU Współczynnik podtopienia można wyznaczyć z zależności: 6 a a a a 4 dla 0 0,9 lub 0,8 0,9, 0 H 0 H 0 dla 0 0 H H gdzie: a różnica między rzędną dolnej wody i rzędnej korony przelewu Jeżeli poziom wody dolnej układa się poniżej poziomu korony przelewu, wówczas nie ma on wpływu na jego wydatek (przelew jest niepodtopiony) i wsp. podtopienia przelewu 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0, 0, 0 0,0 0, 0, 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9,0 sto su n e k a /H na podstawie Tablica -4 (Balcerski i in., 969) OKREŚLENIE MINIMALNEGO ŚWIATŁA JAZU Minimalne światło budowli określa się w celu uniknięcia nadmiernej koncentracji przepływu wody oraz związanej z tym erozji dna poniżej budowli piętrzącej. Minimalne światło budowli może być określone w oparciu o dopuszczalny (maksymalny) wydatek jednostkowy wg wzoru: b min Q q m max gdzie: Q m przepływ miarodajny odprowadzany przelewem [m 3 /s],

8 strona 8 współczynnik odporności dna rzeki na erozję (wsp. dopuszczalnego wzrostu przepływu) [-], q max maksymalne jednostkowe natężenie przepływu występujące w nurcie rzeki przed jej zabudową [m 3 /s/m]. Współczynniki dopuszczalnego wzrostu przepływu na podstawie Tabl. - Budownictwo wodne śródlądowe, Budownictwo Betonowe t.xvii, Balcerski i inni, Arkady 969 Nazwa gruntu w korycie cieku Symbol Współ. Żwir Ż,40 Pospółka Po,30 Piasek gruby Pr,0 Piasek średni Ps,5 Piasek drobny Pd,0 Piasek pylasty, gliniasty, pyły P, Pg,,08 Grunty organiczne,05 Gliny średnie spoiste G,0 Iły I,0 Jednostkowe natężenie przepływu można obliczyć korzystając z ogólnej zależności q v t gdzie: t głębokość wody w przekroju poprzecznym, v prędkość wody w cieku, obliczona równaniem Manninga: 3 v R i n Dla koryt rzecznyc, przy założeniu zbliżonyc wartości obwodu zwilżonego oraz szerokości koryta, wartość promienia ydraulicznego równa jest głębokości: A R, O O z z B R B t B t Przepływ jednostkowy wynosi: q v t t i t i t n n 5 Maksymalny przepływ jednostkowy wynosi: q 3 max i t max n gdzie: t max maksymalna głębokość wody w przekroju poprzecznym rzeki, występująca w warunkac przepływu miarodajnego Q m. Poziom zwierciadła wody w okresie występowania przepływu miarodajnego Qm tmax Minimalne światło jazu obliczone powyższymi wzorami musi być zacowane na zakończeniu płyty wypadowej (mierząc od przyczółka do przyczółka), czyli w miejscu gdzie kończy się umocnienie dna w postaci płyty wypadowej. Wynika z tego, że światło przelewu może być mniejsze od minimalnego światła jazu, gdyż szerokość płyty wypadowej na jej zakończeniu wynika z przyjętej szerokości (światła) przelewów, szerokości filarów oraz ukształtowania przyczółków w rzucie (przyczółki mogą się rozcodzić w kierunku dolnej wody).

9 strona 9 ZADANIE Obliczyć zdolność przepustową przelewu Q jazu o trzec jednakowyc przęsłac rozdzielonyc filarami o czole prostokątnym, potrzebną do przeprowadzenia przepływu miarodajnego Q m. Ile wynosi światło jednego przelewu? Dopuszczalne przewymiarowanie przelewu,*q m. NPP=00,00 98,70 00 WD=98,30 98,00 98,00 : 97,0 97, WSPÓŁCZYNNIKI WYDATKU M DLA PRZELEWÓW TRAPEZOIDALNYCH Współczynnik pocylenia m c c Tablica - (Balcerski i in., 969) 0,5 c,86,78,64-,70,78,70,55-,60 3,73,64 * 5,67,55 * 0,55 * * Dane: Q m =3 m 3 /s v o = m/s - natężenie przepływu miarodajnego, - prędkość wody dopływającej do budowli Odp: Światło jednego przelewu przyjęto równe 3, m. Wydatek całego jazu wynosi Q = 3,68 m 3 /s ZADANIE Obliczyć zdolność przepustową przelewu Q jazu o dwóc jednakowyc przęsłac rozdzielonyc filarem o czole zaokrąglonym, potrzebną do przeprowadzenia przepływu miarodajnego Q m. Ile wynosi światło jednego przelewu? Dopuszczalne przewymiarowanie przelewu,*q m. NPP=00,00 98,70 WD=99,30 : 00 98,00 98,00 97,0 97, Dane: Q m = m 3 /s v o =, m/s - natężenie przepływu miarodajnego, - prędkość wody dopływającej do budowli Odp: Światło jednego przelewu przyjęto równe,5 m. Wydatek całego jazu wynosi Q =,04 m 3 /s.

10 strona 0 ZADANIE 3 Obliczyć wydatek przelewu o kształcie praktycznym jazu o dwóc jednakowyc przęsłac (światło każdego z nic wynosi b p ) rozdzielonyc filarem o czole zaokrąglonym, potrzebny do przeprowadzenia przepływu miarodajnego Q m. Ile wynosi głębokość wody na progu jazu? Przyjąć, że przelew jest niepodtopiony. Dopuszczalne przewymiarowanie przelewu,05*q m. Dane: Q m = 48,5 m 3 /s b p = 4,0 m v o =, m/s - natężenie przepływu miarodajnego, - światło jednego przelewu, - prędkość wody dopływającej do budowli Odp: Głębokość wody na progu przyjęto równą =,9 m. Wydatek całego jazu wynosi Q= 49,3 m 3 /s. ZADANIE 4 Obliczyć minimalne światło jazu w oparciu o poniższe dane: Przepływ odprowadzany przelewem Q = 88 m 3 /s, koryto rzeki zbudowane jest z piasków gruboziarnistyc, współczynnik szorstkości wg Manninga wynosi 0,04, spadek zwierciadła wody wynosi 6% 0. rzędne [m npm] Przekrój przez dolinę 49,00 48,00 47,00 46,00 45,00 44, odległości [m] rzędna zwierciadła wody [m npm] Krzywa konsumcyjna 49,0 48,0 47,0 46,0 45,0 44, natężenie przepływu [m3/s] Odp: Minimalne światło budowli wynosi b min = 4,85 [m].

11 strona ZADANIE 5. Obliczyć natężenie przepływu wody nad zamknięciem klapowym o świetle b=5 m, gdy górna krawędź zamknięcia jest opuszczona =0,60 m poniżej poziomu piętrzenia w zbiorniku. W obliczeniac pominąć wpływ prędkości wody dopływającej do przelewu i wpływ kontrakcji.. Obliczyć wydatek spustu dennego o szerokości b=3,0 m, gdy jest on uniesiony,0 m powyżej progu. Próg spustu znajduje się na głębokości 8, m. W obliczeniac pominąć wpływ prędkości wody dopływającej i przyjąć ostre krawędzie na całym obwodzie. Ad.. Q=3,8 m 3 /s Ad.. Q=4,0 m 3 /s Współczynniki wydatku dla spustu dennego : Carakterystyka dławienia na wlocie do spustu Bez dławienia bocznego i dennego (dław. tylko od góry): - krawędzie zaokrąglone - krawędzie ostre Dławienie z góry i z boków: Dławienie ze wszystkic stron: - krawędzie zaokrąglone - krawędzie ostre - krawędzie zaokrąglone - krawędzie ostre Współczynniki wydatku dla otworu o powierzcni F < m F > m 0,90 0,83 0,75 0,70 0,65 0,60 0,9 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 WYPŁYW SPOD ZASUWY PRZYKŁAD Dla pokazanego jazu w Ptuszy (rz. Gwda) sporządzić krzywe wydatku wody wypływającej spod zasuw przelewu jazowego (nie spustu) o łącznym świetle b = x 4,0 m. W obliczeniac przyjąć, że poziom zwierciadła wody dolnej nie ma wpływu na wydatek przelewu.

12 strona v 0 g c e to t. v 0 Przepływ przez otwór niezatopiony pod zasuwą przy poziomym dnie oblicza się ze wzoru: ' Q be g t0 ' e gdzie: współczynnik dławienia pionowego, współczynnik prędkości uzależniony od kształtu części wlotowej, b szerokość (światło) przelewu, e uniesienie zasuwy nad progiem, g przyspieszenie ziemskie t 0 odległość między progiem a linią energii wody dopływającej (gdy nie uwzględnia się prędkości wody dopływającej jest to odległość między progiem a poziomem zwierciadła wody w zbiorniku) Współczynnik dławienia pionowego uzależniony jest od stosunku e/t, a jego wartości podane są w tabeli: e/t 0,0 0,5 0,0 0,5 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,65 0,68 0,60 0,6 0,65 0,68 0,630 0,638 0,645 0,650 0,660 0,675 W pewnym uproszczeniu można przyjąć jego stałą wartość = 0,68. Gdy nie uwzględnia się prędkości wody dopływającej do budowli, wówczas za t 0 można wstawić różnicę rzędnyc zwierciadła wody w zbiorniku i progu, co w przypadku jazu w Ptuszy będzie równe t 0 = (88,30 85,30) = 3,00 m. Za współczynnik prędkości przyjęto 0,88 ścięty kształt progu. Dalsze obliczenia prowadzono wg podanego wyżej wzoru i zestawiono w poniższej tabeli: Uniesienie zasuwy Rzędna dolnej krawędzi zasuwy Wydatek jednego przęsła jazu Wydatek obu przęseł jazu [m] [m npm] [m 3 /s] [m 3 /s]

13 strona Krzywe wydatku jazu uniesienie zasuwy nad progiem [m] wydatek jednego przelewu wydatek obu przelewów natężenie przepływu Q [m 3 /s] ZADANIE 4 Wyznaczyć wydatek spod zasuwy o świetle 4,0 m, gdy jest ona uniesiona a) 50 cm i b) 50 cm powyżej dna. W obliczeniac przyjąć, że wypływ spod zasuwy jest niezatopiony, a prędkość wody dopływającej do jazu wynosi m/s. Za współczynnik prędkości przyjąć 0,95. L.E. L.C. v 0 WG=3,00 g e to t. v 0 0,00 c Współczynniki dławienia pionowego : e/t 0,0 0,5 0,0 0,5 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,65 0,68 0,60 0,6 0,65 0,68 0,630 0,638 0,645 0,650 0,660 0,675 Odp: a) Q = 8,87 m 3 /s b) Q = 4,44 m 3 /s

14 strona 4 FILTRACJA POD BUDOWLĄ PIĘTRZĄCĄ. WYPÓR. PRZYKŁAD Dla jazu pokazanego na poniższym rysunku: a) sprawdzić (metodą Bliga i Lane a), czy długość obrysu podziemnej części budowli będzie wystarczająca, aby nie dopuścić do powstania sufozji b) ile wynosi wypór całkowity działający na mb korpusu jazu? Przyjąć, że budowla posadowiona jest na pospółce. NPP=00,00 98,70 00 WD=98,30 98,00 98,00 5 : 97, ,0 Ad. a) W sposób przybliżony potrzebną (minimalną) drogę filtracji wyznacza się ze wzoru: C l p gdzie: C współczynnik zależny od rodzaju gruntu i metody obliczeń, maksymalna różnica poziomów wody na górnym i dolnym stanowisku. Metoda Bliga polega na ustaleniu drogi filtracji poprzez sumowanie rzeczywistyc długości pionowyc i poziomyc obrysu fundamentu: l l i i gdzie: l i długości poszczególnyc odcinków poziomyc, i długości poszczególnyc odcinków pionowyc. W metodzie Lane a przy sumowaniu odcinków uwzględnia się tylko /3 długości odcinków poziomyc: l l i i 3 Współczynnik C dla poszczególnyc gruntów i metody obliczeń podany jest w tabeli. WSPÓŁCZYNNIK C na podstawie Tablica - (Balcerski i in., 969) Metoda Rodzaj gruntu według PN-54/B-0480 Bliga Lane a Piasek pylasty, pyły (muły) 8 8,5 Piasek drobnoziarnisty 5 7,0 Piasek średnioziarnisty 3 6,0 Piasek gruboziarnisty 5,0 Pospółka 9 4,0 Żwiry 7 3,5 Rumosze i zwietrzeliny - 3,0 Zwały kamieniste -,5 Glina średniospoista 8 3,0 Glina ciężka spoista 6,0

15 strona 5 Rodzaj gruntu według PN-54/B-0480 Bliga Metoda Lane a Iły -,6 Grunty organiczne rodzime - - Metoda Bliga l p = C* = 9*(00,00-98,30) = 9 *,70 = 5,30 m l i = 3,0 + 4,8 = 7,8 m i = 0,8 + 0,8 =,6 m l rz = l i + i = 9,40 m Długość obrysu podziemnego jest niewystarczająca. Metoda Lane a l p = C* = 4*(00,00-98,30) = 4 *,70 = 6,80 m l i = 3,0 + 4,8 = 7,8 m i = 0,8 + 0,8 =,6 m l rz = 0,33*l i + i = 4,7 m Długość obrysu podziemnego jest niewystarczająca. Ad. b) Wykres ciśnienia pod budowlą przedstawiono na rozwiniętej drodze filtracji. Jednostką wykresu są metry słupa wody. Ilustruje to poniższy rysunek. Na korpus jazu działa część wykresu znajdująca się pomiędzy punktami i 3. Górna linia jest linią ciśnień ydrodynamicznyc, dolna linia jest linią ciśnień ydrostatycznyc ,53 0,8 4,47 d4 d3 d s s3 s Wypór ydrodynamiczny: V d d d3 l 3 w V d = 38,4 kn/m Wypór ydrostatyczny: V s s s3 l 3 w V s = 33,00 kn/m Wypór całkowity: V V d V s V = 7,4 kn/m

16 strona 6 ZADANIE 5 Dla jazu pokazanego na poniższym rysunku: a) sprawdzić (metodą Bliga i Lane a), czy długość obrysu podziemnej części budowli będzie wystarczająca, aby nie dopuścić do powstania sufozji, b) ile wynosi wypór całkowity działający na mb korpusu jazu? c) ile wynosi wypór całkowity działający na mb płyty jazu? d) ile powinna wynosić minimalna grubość płyty wypadowej jazu; czy grubość płyty pokazanej na rysunku jest wystarczająca? Przyjąć, że budowla posadowiona jest na piaskac gruboziarnistyc. NPP=00,00 98,70 30 WD=98, ,00 98, ,70 55 : 97,0 97, ,0 Odp: Ad. a) Metoda Bliga l p = 9,0 m l rz = 9,45 m Długość obrysu podziemnego jest wystarczająca. Metoda Lane a l p = 8,00 m l rz =,5 m Długość obrysu podziemnego jest wystarczająca. Ad. b) Wypór całkowity: V V d V 7,5 36,00 53,5 kn/m s Ad. c) Wypór całkowity: V V d V,63 57,60 70,3 kn/m s Ad. d) W warunkac tego zadania minimalna grubość płyty wypadowej wynosi 0,35 m. Przyjęta grubość płyty (97,70 97,0) = 0,50 m jest zatem wystarczająca do zrównoważenia siły wyporu dynamicznego, a tym samym stateczność płyty jest zacowana.

17 strona 7 WYMIAROWANIE KANAŁU Właściwe wymiarowanie ydrauliczne kanału przy określonym przepływie Q powinno zmierzać do: - możliwie małego zajęcia terenu (koszt wykupu), - możliwie małej głębokości (koszt wykonawstwa), - możliwie małego przekroju (koszt ogólny), - możliwie małego obwodu zwilżonego (koszt okładziny), - właściwego doboru prędkości wody (górną granicę określa niszczenie okładziny, dolną - powstawanie osadów w dnie). Najkorzystniejszym ydraulicznie przekrojem jest przekrój półkolisty, ponieważ dla danej powierzcni przekroju poprzecznego A oraz spadku i otrzymujemy maksymalne natężenie przepływu wody w kanale Q. Ma on najmniejszy obwód zwilżony (szorstkość) i największy promień ydrauliczny R = r/. Jednak z uwagi na trudności wykonawcze jest on stosowany jedynie dla małyc koryt prefabrykowanyc. Najczęściej stosowanym w praktyce jest przekrój trapezowy Obliczenie kanału sprowadza się do znalezienia minimalnego przekroju, wystarczającego do zapewnienia żądanego przepływu przy spełnieniu przyjętyc warunków odnośnie szorstkości ścian kanału i nacylenia skarp. Pod względem czysto ydraulicznym abstraując od trudności wykonawstwa najracjonalniejszy jest przekrój trapezowy o najmniejszym polu przekroju. Uzyskuje się taki przekrój projektując go w formie trapezu opisanego na półkolu. r= b 60 b=,54 Przekrój ydraulicznie najkorzystniejszy jest to przekrój, w którym dla zadanego pola obwód zwilżony jest najmniejszy, a promień ydrauliczny największy. Przekrój taki ze względu na stromość skarp (nacylenie do poziomu pod kątem 60 o ) nie może być stosowany w korytac gruntowyc, a więc ma ograniczone zastosowanie w budowie kanałów.

18 Materiały pomocnicze do ćwiczeń z przedmiotu Budownictwo Wodne i Morskie strona 8 Do stosowania w praktyce przydatne mogą być przekroje ydraulicznie najkorzystniejsze przy zadanyc b nacyleniac skarp, dla któryc współczynnik można obliczyć za pomocą następującyc wzorów: b ( m m) tg w któryc m ctg, kąt nacylenia skarpy do poziomu. B ls : m : m ls b. Wartości obliczone dla kilku nacyleń skarpy podano w tabeli poniżej. Wyniki uzyskane za pomocą powyższyc wzorów i w tabeli ważne są dla koryt wypełnionyc wodą po brzegi, a więc odbiegającyc od spotykanyc w praktyce. Jak wynika z obliczeń, można je jednak stosować i do kanałów głębokic o zwierciadle wody położonym znacznie poniżej terenu. b Wartości dla przekrojów trapezowyc o różnym nacyleniu skarp :m :m m ctg b pionowe 0,000 :,0,0 0,88 :,5,5 0,70 :,5,5 0,606 :,0,0 0,47 :,5,5 0,385 :3,0 3,0 0,35 :3,5 3,5 0,80 :4,0 4,0 0,46 Zalecane nacylenia skarp kanałów wykonywanyc w gruntac Lp. Grunt :m Piaski pylaste :3,0 :3,5 Piaski drobne i grube, luźne i średnio zagęszczone :,0 :,5 3 j.w. lecz zagęszczone :,5 :,0 4 Piaski gliniaste :,5 :,0 5 Gliny, lessy, gliny piaszczyste :,5 :,5 6 Żwiry i otoczaki :,5 :,5 7 Skała zwietrzała :0,5 :0,5

19 strona 9 Przy dobranyc wymiarac kanału i nacyleniac skarp obliczenia ydrauliczne sprowadzają się do sprawdzenia, czy kanał przeprowadzi wymagane natężenie przepływu, jaka będzie prędkość i rzędna zwierciadła wody przy zadanym przepływie. Wycodząc z dwóc wzorów dla rucu jednostajnego: - wzoru Cezy ego v C Ri - wzoru Manninga z któryc otrzymuje się: R 6 C n 3 v R i n Q vf gdzie: Q natężenie przepływu w kanale [m 3 /s], v średnia prędkość przepływu [m/s], C współczynnik Cezy ego [m / /s], n - współczynnik szorstkości koryta [m -/3 s], R promień ydrauliczny [m] i spadek ydrauliczny.

20 strona 0 Współczynniki szorstkości koryta n można przyjmować wg poniższyc tablic:

21 strona Brak pewności jak kształtować się będzie w przyszłości szorstkość kanału (w jaki sposób i czy w ogóle będzie konserwowany), powoduje, że obliczenia ydrauliczne prowadzi się zwykle dla co najmniej dwu wartości n średniego i największego.

22 strona ZADANIE 6 Określić natężenie przepływu wody w kanale wykonanym w piaskac grubyc w oparciu o przekrój ydraulicznie najbardziej korzystny przy zadanym nacyleniu skarp. Przyjąć: głębokość kanału =,0 m, współczynnik szorstkości n = 0,04 m -/3 s, nacylenie skarp :,0, współczynnik = b/ = 0,47, spadek zwierciadła wody i = 0, B ls :,0 :,0 ls b FILTRACJA PRZEZ ZAPORY ZIEMNE Podstawowe zadanie związane z obliczeniami filtracji przez zaporę ziemną dotyczy określenia wydatku filtracyjnego (tzn. jaka objętość wody przesącza się przez zaporę w jednostce czasu i na jednostkę długości zapory) oraz jakie jest położenie krzywej depresji w zaporze. Przedstawione poniżej rozwiązanie dotyczy jedynie przypadku najprostszego zapory jednorodnej z drenażem pryzmowym posadowionej na podłożu nieprzepuszczalnym, pracującej w warunkac filtracji ustalonej tzn. poziomy wody górnej i dolnej nie ulegają zmianie. Wzory dotyczące obliczeń filtracji innyc przypadków zapór np. zapór z rdzeniem lub ekranem szczelnym można znaleźć np. w [5]. y N M M : m kz krzywa depresji pryzma drenażowa x kp=0 d S S S l Wzory do obliczeń wydatku filtracji q oraz równania krzywej depresji dla zapory jednorodnej z drenażem pryzmowym na podłożu nieprzepuszczalnym: kz q S y x S S d l S l 0,055 gdzie: q jednostkowy wydatek filtracyjny, k z współczynnik filtracji zapory, y rzędna krzywej depresji, x odcięta krzywej depresji, pozostałe oznaczenia wg rysunku.

23 strona 3 Punkt N, w którym teoretyczna krzywa depresji przecina się ze zwierciadłem wody spiętrzonej, oddalony jest od punktu M przecięcia rzeczywistej skarpy odwodnej ze zwierciadłem wody spiętrzonej o odległość d m gdzie: m m =ctg - współczynnik nacylenia skarpy odwodnej, - głębokość wody spiętrzonej liczona od stopy zapory, - głębokość dolnej wody liczona od stopy zapory. W przypadku, gdy m > można przyjmować =0,4. Linię depresji na odcinku MM wykreśla się odręcznie, tak aby była ona prostopadła do skarpy w punkcie M oraz styczna do teoretycznej paraboli (w punkcie M ). Gdy stopa skarpy odpowietrznej zapory znajduje się powyżej poziomu wody dolnej (co ma na ogół miejsce na znacznej długości zapory, poza korytem rzeki) przyjmujemy, że zwierciadło dolnej wody znajduje się na poziomie terenu ( =0); w przypadku, gdy poniżej skarpy odpowietrznej znajduje się rów opaskowy lub drenaż rurowy, to poziom wody dolnej przyjmuje się na poziomie zwierciadła wody w rowie lub drenażu ( <0). Orientacyjne wartości współczynników filtracji (k) przedstawiono poniżej: Współczynniki filtracji (k) Współcz. L.p. Rodzaj gruntu filtracji (k) (m/s) otoczaki, grunt narzutowy żwir piasek gruboziarnisty piasek drobnoziarnisty piasek gliniasty glina piaszczysta ił WYMIAROWANIE DŹWIGARÓW ZASUWY

24 strona 4 Zasuwy płaskie są najczęściej stosowanymi rodzajami zamknięć w jazac rucomyc. Głównymi elementami konstrukcyjnymi zasuw płaskic są dźwigary główne (poziome belki widoczne na zdjęciu), które przejmują siłę parcia wody z blacy opierzającej i przekazują tę siłę poprzez elementy rucowe zamknięć na filar lub przyczółek. Dźwigary zasuwy muszą przejmować jednakowe obciążenia wynikające z parcia wody, zatem pola parcia muszą być sobie równe, a dźwigary muszą znajdować się na kierunku działania wypadkowyc W, W, W 3. Rozmieszczenie dźwigarów można wykonać metodą graficzną lub analityczną w oparciu o przedstawione poniżej rysunki i wzory. Rozstaw dźwigarów głównyc zasuwy metoda graficzna R H/3 R W C H H/3 W C W 3 H/3 C 3 Rozstaw dźwigarów głównyc zasuwy metoda analityczna H 3/ k k k 3 n gdzie: k numer dźwigara H piętrzenie wody na zasuwie n ilość dźwigarów Obliczenia wytrzymałościowe dźwigara sprowadzają się do obciążenia dźwigara parciem wody (obciążenie stałe równomiernie rozłożone) w scemacie belki swobodnie podpartej. Muszą zostać spełnione warunki dopuszczalnyc naprężeń i ugięć. ZADANIE 7 Wyznaczyć położenie dźwigarów (, ) w zasuwie dwudźwigarowej o rozpiętości w świetle równej l s = 4,0 m piętrzącej wodę do wysokości H = 3,0 m powyżej progu. Przyjmując, dźwigary wykonane ze stali o wytrzymałości f d =05 MPa, obliczyć minimalny wskaźnik wytrzymałości przekroju dźwigara na zginanie. W obliczeniac nie uwzględniać współpracy dźwigara z blacą opierzającą. 3/

25 R Materiały pomocnicze do ćwiczeń z przedmiotu Budownictwo Wodne i Morskie strona 5 H/ W H F C F C W H/ Odp: Rozmieszczenie dźwigarów głównyc: Dźwigar nr : =,4 m Dźwigar nr : =,59 m Minimalny wskaźnik wytrzymałości przekroju dźwigara: W 4 cm 3 x _ min LITERATURA. Balcerski i in.: Budownictwo wodne śródlądowe. Budownictwo betonowe t.xvii. Arkady, Warszawa 969. Jankowski Wł.: Budowle wodno-melioracyjne, Warszawa Depczyński W., Szamowski A.: Budowle i zbiorniki wodne, Oficyna Wydawnicza Politecniki Warszawskiej, Warszawa Bednarczyk S., Bolt A., Mackiewicz St.: Stateczność oraz bezpieczeństwo jazów i zapór, Wydawnictwo Politecniki Gdańskiej, Gdańsk Fanti i in.: Budowle piętrzące, Arkady, Warszawa 97