5.1.2.1.Hidraulicki Proracun Tekst

5.1.2.1. HIDRAULIČKI PRORAČUN

Hidrološke analize Analiza padavina bila je polazna osnova za hidraulički proračun i dimenzionisanje prihvatnih objekata u sistemu atmosferske kanalizacije autoputa. Usvojene su, kao merodavne, povratnog perioda T = 10 godina, dok je trajanje kiše dobijeno u funkciji vremena koncentracije za računske slivne površine duž saobraćajnice, počev od tk = 5 min. Srednji koeficijent oticaja je usvojen  = 0,9, proračun je rađen Racionalnom metodom. Odvodnjavanje kolovoza i trupa autoputa Sistem atmosferske kanalizacije zasniva se na sledećim elementima:  vode sa kolovoza prikupljaju se tipskim betonskim rigolima i kanaletama  odvodnjava se istovremeno jedna kolovozna traka  prijemni objekti su slivnici i šahtovi sa poklopcima-rešetkama  dalji transport vode odvija se cevnom kanalizacijom ili obloženim kanalima do izlivnih građevina  odvodjenja voda koje se slivaju sa kolovozne i površine autoputa, bankina i padina do izlivnih građevina dato je u posebnom prilogu  oticaji se vrše preko koaelscentnih filtera – protočnih separatora sa By-pasom u najbliži recipijent ( meliracione kanale, vodotoke, jaruge, podzemlje ( upojne jame, drenažna polja ),otvoreni tok ili upojna polja). U daljem tekstu biće prikazani ulazni parametri za hidrauličku analizu elemenata kišne kanalizacije.

Kriterijumi za proračun : - proračun je izveden ''racionalnom metodom'' - merodavne kiše su usvojene iz Idejnog projekta - usvojen je povratni period T = 10 godina - trajanje kiše dobijeno u funkciji vremena koncentracije za merodavne slivne površine duž saobraćajnice - intenzitet padavina na osnovu podataka za usvojenu kišomernu stanicu - koeficijent oticanja sa asfaltnih površina  = 0,9 Varijante koje se javljaju duž trase: - autoput u pravcu u nasipu, dvostrani nagib, odvođenje direktno sa nasipa u bočni, obloženi kanal kratkim bočnim vezama, betonskim korubama - autoput u krivini, u nasipima i usecima, jednostrani nagib, odvođenje cevnim kolektorom na nižoj strani kolovoza sa bočnim slivničkim vezama i cevnim kolektorom sa poklopcemrešetkom u betonskom kanalu u razdelnom pojasu - autoput u pravcu, u niskom nasipu, odvođenje paralelnim kolektorima na nižim stranama kolovoza

GLAVNI PROJEKAT AUTOPUTA E-763, BEOGRAD – JUŽNI JADRAN SEKTOR I: BEOGRAD (OSTRUŽNICA) - LJIG DEONICA 3: OBRENOVAC – UB OD KM14+416.09 DO KM40+645.28

Hidraulička analiza elemenata za odvodnjavanje Odvođenje atmosferskih voda sa površine kolovoza vrši se zacevljenom kanalskom mrežom, za koju je sprovedena sledeća hidrološko-hidraulička analiza. Za zacevljeni kanal u razdelnoj traci određen je sledeći oticaj prema Racionalnoj metodi.

Površina saobraćajnice koja se odvodnjava: F=14.7x40/10000=0.0588 ha Oticaj sa površine (Q(l/s)) dobija se na osnovu izraza: Q= Fa x  x i 10 gоd =0.9 i 10 gоd=430 l/s/ha Propusna moć kanala u razdelnom pojasu Usvojeno je slivno područje koje gravitira ulivnom šahtu kišne kanalizacije za deonicu dužine 40 m. - površina asfalta - srednji koeficijent oticaja za asfalt - intenzitet padavina :

Fa= 14,7 x 40 / 10000 = 0.0588 хa Ψa = 0.9 iusv = 430 l/s/ha

Ukupni dotok na saobraćajnicu : Qs  i  F  a (l / s ) Qs  430  0.0588  0.90  22.76 l / s Gravitirajuća slivna površina na autoputu obuhvata jedan kolovozni pravac, a kiša se prihvata na sledeći način: u pravcu obe kolovozne trake imaju poprečni pad na istu stranu, između njih se nalazi razdelni pojas koji funkcioniše kao jedan sabirnik sa šahtovima sa rešetkama-poklopcima koji su primarni recipijenti, a na nižoj strani su slivnici sa kanalizacionom mrežom i šahtovima u bankini. Dalje se kompletna prikupljena voda izliva u retenziju i nakon tretmana u vodotok. Uz pretpostavku da sva voda pala na viši stranu kolovoza otiče kanalom (u razdelnom pojasu) dubina sloja vode u kanalu određuje se po Šezi - Maningovoj jednačini : Q

1  A  R 2 /3  I n

( l / s)

GLAVNI PROJEKAT AUTOPUTA E-763, BEOGRAD – JUŽNI JADRAN SEKTOR I: BEOGRAD (OSTRUŽNICA) - LJIG DEONICA 3: OBRENOVAC – UB OD KM14+416.09 DO KM40+645.28

Slika 1. Karakteristični poprečni profil kanala u razdelnom pojasu

B  0.8m, b  0.6m Bb 0.8  0.6 A  hP   h p  0.7  h p (m 2 ) 2 2 A R , O  0.883m O I d  0.5  5.0% - podužni pad saobraćajnice I P  2.5% - poprečni pad saobraćajnice n  0.020 Q

(m 1/ 3 s ) - Maningov koeficijent hrapavosti

1  0.7  hP   0. 7  h p   0.020  0.883 

2/3

(m 3 / s)

 Id

250.00

Q(l/s)

200.00

150.00

100.00

50.00

0.00 0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00 10.00

Id (%)

Slika 2. Grafikon zavisnosti količine vode koja “puni” kanal od podužnog pada kanala

GLAVNI PROJEKAT AUTOPUTA E-763, BEOGRAD – JUŽNI JADRAN SEKTOR I: BEOGRAD (OSTRUŽNICA) - LJIG DEONICA 3: OBRENOVAC – UB OD KM14+416.09 DO KM40+645.28

Za punjenje kanala оd od 60% od ukupne visine betonskog kanala dоbijaju sledeći rezultati (za podužne padove od 0.2-0.60%) Tip 1: Pad Nagib leve obale Nagib desne obale Širina u dnu Protok

% H:V H:V m l/s

0.2000 1.00 1.00 0.50 173.0

0.3000 1.00 1.00 0.50 211.0

0.6000 1.00 1.00 0.50 299.0

% H:V H:V m l/s

0.2000 1.00 1.00 0.80 914.8

0.3000 1.00 1.00 0.80 1120.4

0.6000 1.00 1.00 0.80 1584.5

% H:V H:V m l/s

0.2000 1.00 1.00 1.00 1098.4

0.3000 1.00 1.00 1.00 1345.3

0.6000 1.00 1.00 1.00 1902.5

Tip 2: Pad Nagib leve obale Nagib desne obale Širina u dnu Protok

Tip 3: Pad Nagib leve obale Nagib desne obale Širina u dnu Protok

Proračun propusne moći rigola Usvojeno je slivno područje koje gravitira ulivnom šahtu kišne kanalizacije za deonicu dužine 40 m. - površina asfalta

F a= 10.7 h 40 / 10000 = 0.043 ha

- srednji koeficijent oticaja za asfalt

Ya = 0.9

- intenzitet padavina (p10%, T=5 min)

iusv = 430 l/s/ha

Ukupni dotok na saobraćajnicu :

Qs  i  F  sr

(l / s )

Qs  430  0.043  0.90  16.64

l/s

Rigol je trougaonog oblika, širine u dnu 75 cm, sa porečnim nagibom dna od 10%. Cilj je da širina vodenog ogledala za merodavnu kišu ne zahvati kolovoznu traku. Voda iz rigola se prihvata šahtovima koji su locirani na svakih 40 m i gde se voda bočno preliva iz rigola na dužini od 2.0 m.

GLAVNI PROJEKAT AUTOPUTA E-763, BEOGRAD – JUŽNI JADRAN SEKTOR I: BEOGRAD (OSTRUŽNICA) - LJIG DEONICA 3: OBRENOVAC – UB OD KM14+416.09 DO KM40+645.28

Uz pretpostavku da sva pala voda otiče rigolom dubina sloja vode u rigolu određuje se po Šezi - Maningovoj jednačini : Q

1  A  R 2 /3  I n

( l / s)

Karakteristični poprečni profil rigola :

U nastavku je dat dijagram zavisnosti širine vodenog ogledala od podužnog pada rigola za proticaj 16.64 l/s. Rigol Spread vs Slope

1.6

1.4

Sp read (m)

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4 0.0

0.5

1.0

1.5 Slope (%)

2.0

2.5

3.0

Uočljivo je da će pri podužnim padovima rigola manjim od 0.4%, voda izlaziti iz gabarita rigola u meri koju će diktirati nizvodni granični uslovi (kapacitet slivnika je znatno veći). Bočno prelivanje u zoni slivnika Sadržaj rigola se prazni u zoni slivnika bočnim prelivom na dužini od 2.0 m.

Qp  m  b  2  g  Hp 3

GLAVNI PROJEKAT AUTOPUTA E-763, BEOGRAD – JUŽNI JADRAN SEKTOR I: BEOGRAD (OSTRUŽNICA) - LJIG DEONICA 3: OBRENOVAC – UB OD KM14+416.09 DO KM40+645.28

gde je: Qp - proticaj m = 0.45 - koeficijent prelivanja b = širina prelivanja Hp = srednja visina prelivanja U nastavku su dati proticaji u funkciji visine prelivnog mlaza: Hp (cm) 1.0 2.0 3.0 4.0 Qp (l/s) 3.98 11.27 20.71 31.89

5.0 44.57

Na osnovu ovih rezultata može se zaključiti da dužina prelivanja od 2.0 m znatno prevazilazi uslov pražnjenja rigola. Kapacitet slivnika Svi slivnici su sa rešetkom zato što slivnik sa rešetkom ima duplo veću prijemnu moć od slivnika u ivičnjaku. Ispitivanja prijemne moći slivnika izvedena na beogradskom Građevinskom fakultetu (Dr. Jovan Despotović) su dati na slici 1.

Slika 1 Kapacitet različitih slivnika u funkciji od podužnog nagiba 1. slivnik u ivičnjaku bez depresije 2. slivnik u ivičnjaku sa depresijom 3. rešetkasti slivnik bez depresije 4. rešetkasti slivnik sa depresijom 5. kombinovani bez depresije 6. kombinovani sa depresijom

GLAVNI PROJEKAT AUTOPUTA E-763, BEOGRAD – JUŽNI JADRAN SEKTOR I: BEOGRAD (OSTRUŽNICA) - LJIG DEONICA 3: OBRENOVAC – UB OD KM14+416.09 DO KM40+645.28

Propusna moć slivnika (izvor Neenah Foundry Co.) U procesu uliva vode u rešetku, dolazeća voda je ograničena širinom rešetke. Na osnovu ispitivanja (mera) stvarnih rešetki pokazalo se, da Manning-ova jednačina dobija sledeći oblik: Q = K * D2/3 gde je K parametar zavisan od uzdužnog i poprečnog pada, pa je dat nomogramski za različite tipove rešetki (Slika 2.). Pri tome je ''D'' dubina vode ispred slivnika. Jednačina je preuzeta iz ''Inlet grate capacities'' (Neenah Foundry Co.), zato je D u feet-ima, a Q u cfs (1cfs = 0.028 m³/s = 28 l/s) Razmak slivnika

10000 Qsl dop Qdop = −−−−−−−−− – dozvoljen razmak slivnika i (l/s/ha) b gde je : Q sl dop = 7.0 - 10.0 l/s

– količina vode koju prima slivnik

i

= 430 ( l/s/ha)

– max kiša za T= 10 god i t k= 5 min

b

= 14.60 m

– ukupna širina 1/2 mosta ( kolovoz + dve pešačke staze )

10000 x 7.0 Q dop = −−−−−−−−− = 11.15 m 430 x 14.60 Pošto slivnik može da primi 7.0 – 10.0 l/s ( kada je čist ) može se videti iz predračuna da slivnici koji su na prosečnom odstojanju od 8.0 – 10.0 m. ( ovo se odnosi na sve mostove na ovom delu trase autoputa ) mogu primiti: L x ix b Q sl = −−−−−−−−− 10000 Q sl =

131.0 x430 x 14.6 −−−−−−−−− = 82.24 l/s 10000

Gde je Q sl = 82.24 l/s proticaj - (most na km 16+299.09 L=263.27m – preko reke Kolubare) na jednoj traci najdužeg mosta na ovoj deonoci autoputa Raspored slivnika na postojećem mostu dužine 131.0 m ( dvostrani podužni pad mosta od sredine mosta ) i širine ½ mosta od 14.60 m. se može prihvatiti.

GLAVNI PROJEKAT AUTOPUTA E-763, BEOGRAD – JUŽNI JADRAN SEKTOR I: BEOGRAD (OSTRUŽNICA) - LJIG DEONICA 3: OBRENOVAC – UB OD KM14+416.09 DO KM40+645.28

Na delu mostovske konstrukcije postavljeno je 13 slivnika koji mogu ukupno da prime 13 x 7.0 = 91.0 l/s. što je znatno više od računski dobijene vrednosti proticaja od Q = 68.95 l/s. Usvojen je prečnik odvodne cevi DN 300 sa padom i=1.0%. i punjenjem od 60 %. Za ostale mostove duž trase ovog dela autoputa primenjeni su isti principi rasporeda slivnika duž mostova.

Slika 2. Nomogram – vrednosti parametra K - za rešetku dimenzija 48.3 x 48.3 cm Jpod

K

D (m)

D (ft)

Q

i B (m) (l/s/hs) Jpop

b (m)

L (m)

L(x2) (m)

0.20 0.50 0.80 1.10 1.30 1.60 2.00 2.50

34.50 32.00 31.00 29.00 28.00 26.00 25.00 23.00

0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025

0.082 0.082 0.082 0.082 0.082 0.082 0.082 0.082

14.95 13.87 13.43 12.57 12.13 11.27 10.83 9.97

14.70 14.70 14.70 14.70 14.70 14.70 14.70 14.70

1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

24.62 22.84 22.12 20.70 19.98 18.55 17.84 16.41

49.24 45.67 44.24 41.39 39.96 37.11 35.68 32.83

459.00 459.00 459.00 459.00 459.00 459.00 459.00 459.00

0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025

Propusna moć slivničke rešetke - poklopca šahta Analizirane su slivne rešetke dimenzija prečnika D=0.625 m i veličine okana 2.7x2.7cm za prihvat vode iz kanala i zaustavne trake.

GLAVNI PROJEKAT AUTOPUTA E-763, BEOGRAD – JUŽNI JADRAN SEKTOR I: BEOGRAD (OSTRUŽNICA) - LJIG DEONICA 3: OBRENOVAC – UB OD KM14+416.09 DO KM40+645.28

Q    FR  2  g  h S   0.50

Gabariti rešetke : D = 0.625 m FR  K1  K 2  f

D2  f   0.307 m2 - ukupna površina rešetke 4 K1 

a a b

gde je : K2  0.50

a = razmak između šipki (2.7 cm) b = širina šipke (2.0 cm) koeficijent sigurnosti (zbog zapušenja)

2.7  0.57 2.7  2.0 FR  0.57  0.50  0.36  0.087 K1 

(m 2 )

Q  0.50  0.087  19.62  0.10  0.061

(m 3 / s )  61l s

 61l / s  35.61 : 2  17.80l / s

Proračun pokazuje da rešetka može da prihvati svu vodu koja gravitira ka kanalu. ZAKLJUČAK Iz gornje analize se zaključuje da je najslabija tačka pri odvodnjavanju trupa autoputa trouglasti rigol. Usvojeno je projektno rešenje gde se slivnici postavljaju na razmak od 40,0 m. Time bi pri 10-godišnjoj kiši vodeno ogledalo bilo unutar rigola. Pored toga, empirijski se obično usvaja da na jednu slivničku rešetku može da gravitira 250 - 450 m2 površine asfalta, što odgovara usvojenom rasteru od 40 m. Na deonicama sa većim padom usvojen je razmak slivnika 30.0 m. Ovaj proračun razmaka slivnika je korišćen i za usvajanje razmaka između koruba, s’tim što su korube postavljene prema padovima rigola, ali ne više od 40.0 m.

TEČENJE U CEVIMA Atmosferska voda iz srednjeg kanala i rigola prihvata se preko šahtova sa rešetkama kao poklopcima ili slivnicima i ide u cevnu kanalizaciju za koju je sprovedena hidraulička analiza iz koje su proistekli projektovani prečnici atmosferske kanalizacije (dato u tabelama u nastavku).

Odgovorni projektant

Nataša Stevanović, dipl.građ.inž.

GLAVNI PROJEKAT AUTOPUTA E-763, BEOGRAD – JUŽNI JADRAN SEKTOR I: BEOGRAD (OSTRUŽNICA) - LJIG DEONICA 3: OBRENOVAC – UB OD KM14+416.09 DO KM40+645.28