Υδραυλικές κατασκευές - φράγματα

Transcript

1 Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος Υδραυλικές κατασκευές - φράγματα Φράγματα χωμάτινα & λιθόρριπτα (2) Ν.Ι.Μουτάφης, Λέκτορας Καθηγητής ΕΜΠ Σχολή Πολιτικών Μηχανικών

2 Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

3 Σχολή Πολιτικών Μηχανικών - Τ.Υ.Π.&ΠΕΡ. Κεφ. 6 ΦΡΑΓΜΑΤΑ ΧΩΜΑΤΙΝΑ & ΛΙΘΟΡΡΙΠΤΑ Μάθημα : Υδραυλικές Κατασκευές Φράγματα 9ο Εξάμηνο Ν. Ι. Μουτάφης Ναύπλιο

4 Το πρόβλημα : Δημιουργείται υδραυλική κλίση στον πυρήνα Νερό ρέει μέσα από τον πυρήνα Το νερό μπορεί να παρασύρει κόκκους πυρήνα Το αποτέλεσμα : Διάπλυση υλικού πυρήνα Διάβρωση και διασωλήνωση Κατάρρευση 4

5 Αντιμετώπιση : Μείωση υδραυλικής κλίσης με διαπλάτυνση πυρήνα Αναπόφευκτες ρωγματώσεις στον πυρήνα ουσιαστικά εκμηδενίζουν τα οφέλη από τη διαπλάτυνση Τοποθέτηση ζώνης φίλτρου για συγκράτηση των κόκκων Σχεδιασμός ζώνης φίλτρου ώστε να ανταποκρίνεται στην κοκκομετρική διαβάθμιση του πυρήνα 5

6 Ιδιότητες υλικών φίλτρων Να συγκρατεί του κόκκους (προστασία από διάπλυση) του βασικού υλικού Κριτήριο ΣΥΓΚΡΑΤΗΣΗΣ Να παροχετεύει τα διηθούμενα νερά μέσω του πυρήνα και της θεμελίωσης Κριτήριο ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑΣ Να μην διαχωρίζεται κατά τη φορτω-εκφόρτωση, μεταφορά και διάστρωση Κριτήριο ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ Να καταρρέει όταν βυθίζεται σε νερό, ώστε να μην διατηρεί ανοικτές ρωγμές που αναπτύσσονται στον πυρήνα Κριτήριο ΚΑΤΑΡΡΕΥΣΗΣ Να μην αλλοιώνεται η κοκκομετρία του υλικού Κριτήριο ΑΛΛΟΙΩΣΗΣ 6

7 Εργασίες Sherard : Κρίσιμο το ποσοστό λεπτόκοκκων Προσοχή : τροποποιημένες κοκκομετρικές καμπύλες μόνο στο διερχόμενο από το κόσκινο Νο 4. Από το ποσοστό διερχόμενο στο Νο 200 η μέγιστη διάσταση D 15 υλικού φίλτρου Νο. 200 Κριτήριο > 85 % D 15 9 Χ d % D 15 0,7 mm % D A *(4* d85 0,7mm) ,7mm < 15 % D 15 4 Χ d 85 Όπου Α : % διερχόμενο στο Νο

8 Ποσοστό διερχόμενων Κριτήριο Συγκράτησης Σχέση μεταξύ d 85 και D % 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0,001 0,01 0, Διάμετρος κόκκων - mm "Φίλτρο" Πυρήνας Σημεία ελέγχου Σχήμα 1: Διάγραμμα με το ποσοστό διερχόμενων Κοκκομετρική καμπύλη 8

9 Κριτήριο ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑΣ Οι κοκκομετρικές καμπύλες του βασικού υλικού (πυρήνα) και του φίλτρου δεν πρέπει να βρίσκονται πολύ κοντά μεταξύ τους Το πόσο κοντά μπορούν να βρίσκονται εξαρτάται από την απαιτούμενη διαφορά στις διαπερατότητες D 15 > 4 or 5 d 15 Εφαρμογή κριτηρίου στην χονδρόκοκκη περιβάλλουσα του βασικού υλικού 9

10 Ποσοστό διερχόμενο D 15 > 5 d % 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0,001 0,01 0, Διάμετρος κόκκων - mm "d15" "Χονδρόκοκκη περιβάλλουσα" Άνω D15 Κάτω D15 Σχήμα 2: Διάγραμμα με το ποσοστό διερχόμενου Κοκκομετρική καμπύλη 10

11 Κριτήριο ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ - 1 Περιορισμός της μέγιστης διάστασης κόκκου στο φίλτρο D 90 ως συνάρτηση του D 10 π.χ. εάν D 10 < 0.5 mm D 90 < 20 mm εάν D 10 < 1.0 mm D 90 < 25 mm. (USBR) 9 mm < D 100 < 25 mm 11

12 Ποσοστό διερχόμενο Κριτήριο ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ % 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0,01 0, Διάμετρος κόκκων - mm Άνω D15 Κάτω D15 D100 Σχήμα 3: Διάγραμμα με το ποσοστό διερχόμενου 12

13 Κριτήριο ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ - 2 Η κοκκομετρική καμπύλη πρέπει να είναι ομαλή, χωρίς απότομες αλλαγές και βαθμίδες Συντελεστής ομοιομορφίας C u = D 60 / D 10 C u < 20 και κατά προτίμηση < 6 13

14 Ποσοστό διερχόμε Χονδρόκοκκη καμπύλη φίλτρου 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0,01 0, Διάμετρος κόκκων - mm "Cu" "Χονδρόκοκκη καμπύλη φίλτρου" Άνω D15 Κάτω D15 D100 Σχήμα 4: Διάγραμμα με το ποσοστό διερχόμενου Κοκκομετρική καμπύλη 14

15 Κριτήριο ΚΑΤΑΡΡΕΥΣΗΣ Το υλικό φίλτρου πρέπει να καταρρέει όταν είναι βυθισμένο, ώστε να διακόπτεται η ανάπτυξη των ρωγμών Για να μπορεί να καταρρέει δεν πρέπει να διαθέτει συνοχή Η συνοχή προσδίδεται στο υλικό από το λεπτόκοκκο κλάσμα Περιορισμός του ποσοστού των λεπτόκοκκων < 5% Δοκιμή με βύθιση σε νερό 15

16 Ποσοστό διερχομέν Κριτήριο ΚΑΤΑΡΡΕΥΣΗΣ Λεπτόκοκκη καμπύλη 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0,01 0, Διάμετρος κόκκων - mm "Κριτήριο κατάρρευσης" Άνω D15 D100 "Χονδρόκοκκη καμπύλη φίλτρου" Κάτω D15 Λεπτόκοκκη καμπύλη φίλτρου Σχήμα 5: Διάγραμμα με το ποσοστό διερχόμενου Κοκκομετρική καμπύλη 16

17 Κριτήριο ΑΛΛΟΙΩΣΗΣ Αλλαγές στις κοκκομετρικές καμπύλες του φίλτρου δεν είναι αποδεκτές γιατί δεν θα ανταποκρίνεται στο υλικό του πυρήνα Οι αλλαγές μπορεί να κάνουν το υλικό φίλτρου λεπτότερο, με θραύση των κόκκων ή Χονδρότερο, με συγκόλληση κόκκων 17

18 Θραύση κόκκων Θραύση κόκκων λόγω φορτίου υπερκειμένων υλικών Η αντοχή του πετρώματος αποτελεί μόνο ένδειξη της ευκολίας θραύσης των κόκκων Ορθότερη ένδειξη αποτελεί η Δοκιμή Εκτριβής (Los Angeles) Η απώλεια στη δοκιμή εκτριβής < 40% 18

19 Πλάτος ζωνών φίλτρου Λεπτή ζώνη φίλτρου μπορεί να συγκρατήσει το υλικό πυρήνα Κατασκευαστικοί και οικονομικοί περιορισμοί προσδιορίζουν το πλάτος των ζωνών φίλτρου Εκφόρτωση από φορτηγά δημιουργεί σωρό πλάτους 3,0 m Κίνδυνος ανάμιξης με γειτονικές ζώνες επιβάλει συντηρητική αντιμετώπιση του πλάτους της ζώνης 19

20 Εικόνα 1: Διάστρωση γειτονικών ζωνών πυρήνα-φίλτρου-στραγγιστηρίου 20

21 Τα κελύφη : συγκρατούν τον πυρήνα στη θέση του παρέχουν τους απαιτούμενους συντελεστές ευστάθειας έναντι ολίσθησης Υψηλότερης αντοχής υλικό πιο απότομες κλίσεις μείωση όγκου μείωση κόστους (?) ΠΡΟΣΟΧΗ : κόστος μονάδας 21

22 Κλίσεις πρανών κελυφών Είναι συνάρτηση τεσσάρων κύριων παραγόντων : Αντοχή υλικού κελύφους Αντοχή θεμελίωσης Επιδράσεις νερού Σεισμική καταπόνηση 22

23 Υλικά κατασκευής κελυφών Στόχος : χρήση υλικών με τη μικρότερη δυνατή επεξεργασία Γαιώδη υλικά αμμοχάλικα αποθέσεων ποταμών & χειμάρρων υλικά παλαιών αναβαθμίδων ποταμών πλευρικά κορήματα αποσαθρωμένος βράχος Βραχώδη υλικά προϊόντα απαιτουμενων εκσκαφών σε βραχώδεις σχηματισμούς προϊόντα ανάπτυξης λατομείου 23

24 Σχήμα 6: Τυπική διατομή χωμάτινου φράγματος Αρχική εκτίμηση κλίσης πρανών κελυφών Υλικό φ εφφ εφφ α Κλίση /1,5 (Ο:Κ) Αργιλικό 23 ο 0,424 0, ο 3,5:1 Αμμοχάλικο 36 ο 0,726 0, ο 2:1 Λιθορριπή 42 ο 0,900 0, ο 1,7:1 24

25 Διάστρωση Υλικών οριζόντιες στρώσεις Πάχος στρώσεων : Αμμοχάλικα : 0,40-0,60 m Ενδεικτική τιμή 0,50 m Λιθορριπή 0,70 2,00 m Ενδεικτική τιμή 1,0 m Πάχη στρώσεων μετρούνται μετά τη συμπύκνωση 25

26 Εικόνα 2: Διάστρωση αμμοχαλίκων - Φράγμα Φανερωμένης Κρήτης 26

27 Εικόνα 3: Διάστρωση λιθορριπής - Φράγμα Φανερωμένης Κρήτης 27

28 Αριθμός διελεύσεων 10 ton δονητικού κυλινδρο-συμπυκνωτή Αμμοχάλικα : 4 έως 8 διελεύσεις Λιθορριπή : 4 διελεύσεις (κατά κανόνα συμπύκνωση επιφανειών με αριθμό διελεύσεων πολλαπλάσιο του 4) 28

29 Κυματοπροστασία Ανάντη Πρανούς Ζώνη 5 Καταπόνηση από κυματισμούς Προστασία με ζώνη λιθορριπής (riprap) Τοποθέτηση ζώνης μεταξύ στέψης φράγματος και ΚΣΑ (?) 29

30 Εικόνα 4: Κυματοπροστασία Πρανούς Φράγμα Σισανίου 30

31 Προστασία Κατάντη Πρανούς Ζώνη 6 Προστασία από βροχόπτωση και επιφανειακή απορροή Προστασία με ζώνη από κροκάλες ή λίθους Προστασία με φυτοκάλυψη Τοποθέτηση ζώνης σε όλο το ύψος του πρανούς 31

32 Εικόνα 5: Προστασία κατάντη πρανούς Φράγμα Σισανίου 32

33 Εικόνα 6: Διαμόρφωση κατάντη πρανούς 33

34 Λιθόρριπτο Φράγμα Σέττα-Μανίκια, Ευβοίας Σήραγγα τσιμεντενέσεων και αποστραγγίσεων Σήραγγα προσπέλασης Άξων Λεκάνης Αποτόνωσης Ενδεικτικό όριο αναχώματος φράγματος Άξων Φράγματος Ενδεικτικό όριο Άξων Προφράγματος αναχώματος φράγματος Ενδεικτικό όριο εκσκαφών προφράγματος ΡΟΗ Αξων Σήραγγας Εκτροπής - Υπερχειλιστή Σήραγγα Προσπέλασης Συναρμογή φρέατος και σήραγγας υπερχειλιστή Αξων γέφυρας υπερχειλιστή Αξων Σήραγγας Εκτροπής Αξων πλευρικού υπερχειλιστή Σχήμα 7: Κάτοψη φράγματος Σέττα-Μανίκια 34

35 Σχήμα 8: Μηκοτομή στον άξονα φράγματος Γεωμετρία εκσκαφής Ελάχιστο πλάτος εκσκαφής στην κοίτη (εξοπλισμός) Ομαλές κατά μήκος κλίσεις απαιτήσεις θεμελίωσης Χιλιομέτρηση φράγματος (ΑΑ1 ΑΑ2) Απλοποίηση χιλιομέτρησης 35

36 Σχήμα 9: Εκσκαφές τάφρου πυρήνα και φίλτρων 36

37 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.