ΥΚΦ_Ελεύθερο Ύψος Φράγματος 1

ΥΚΦ_Ελεύθερο Ύψος Φράγματος 1

ΕΛΕΥΘΕΡΟ ΥΨΟΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ (Freeboard) 1. Γενικά To ελάχιστο ελεύθερο ύψος φράγματος (Fb) ορίζεται ως η κατακόρυφη απόσταση μεταξύ της ανωτάτης στάθμης πλημμύρας (ΑΣΠ) του ταμιευτήρα (που εμφανίζεται κατά τη διάρκεια της πλημμύρας σχεδιασμού του έργου) και της στέψης του φράγματος. Σημειώνεται ότι η ΑΣΠ ορίζεται λαμβάνοντας υπόψη την ανάσχεση της πλημμύρας που πραγματοποιείται στον ταμιευτήρα. To ελεύθερο ύψος του φράγματος προκύπτει από το άθροισμα: της ανύψωσης της στάθμης του ταμιευτήρα λόγω ανέμου S u, της αναρρίχησης του κύματος R u, στο ανάντη πρανές του φράγματος, της πιθανής κάθισης της στέψης του φράγματος λόγω σεισμού S e, του περιθωρίου ασφαλείας λόγω αβεβαιοτήτων της υδρολογικής μελέτης S h. F b = S u + R u + S e + S h 2. Ανύψωση Στάθμης Ταμιευτήρα λόγω Ανέμου Η ανύψωση (S u ) της στάθμης του ταμιευτήρα μπροστά από το ανάχωμα του φράγματος λόγω ανέμου, δίνεται από τη σχέση [N.G.I. - 1992]: S u = v 2 F / (4800 D) σε m όπου : v : η μέγιστη ταχύτητα του ανέμου (m/s) Fe : το ενεργό ανάπτυγμα του ταμιευτήρα (km) D : το μέσο βάθος του ταμιευτήρα κατά μήκος του ενεργού αναπτύγματος (m). Το ενεργό ανάπτυγμα ορίζεται ως η μέση απόσταση μεταξύ φράγματος και όχθης του ταμιευτήρα, στην ΑΣΠ, στην κατεύθυνση του ανέμου και εντός του τομέα που σχηματίζεται μεταξύ 45 ο από την κατεύθυνση του ανέμου. ΥΚΦ_Ελεύθερο Ύψος Φράγματος 2

3. Αναρρίχηση κύματος 3.1 Υπολογισμός αναρρίχησης Η αναρρίχηση του κύματος (R u ) στο ανάντη πρανές του αναχώματος του φράγματος είναι η κατακόρυφη απόσταση μεταξύ της στάθμης του ταμιευτήρα και της ανωτάτης στάθμης που φθάνει το κύμα αναρριχώμενο στο πρανές του αναχώματος και όπως δείχνεται σχηματικά στο Σχ. 1. Ως στάθμη του ταμιευτήρα λαμβάνεται η στάθμη που σχηματίζεται λαμβάνοντας υπόψη και την ανύψωση λόγω ανέμου. Σχ. 1. Αναρρίχηση κύματος σε πρανές αναχώματος φράγματος (Από N.G.I. - 1992) Η αναρρίχηση, που είναι συνάρτηση του ύψους του κύματος και ορισμένων χαρακτηριστικών του πρανούς (πχ. κλίση, τραχύτητα, κλπ), δίνεται από τη σχέση: R u = r H s όπου r : συντελεστής μείωσης που εξαρτάται από τον αριθμό Iribarren, H s : είναι το "σημαντικό" (significant) ύψος κύματος, όπως αυτό προκύπτει από τους υπολογισμούς που δίνονται αναλυτικά παρακάτω. Ο αριθμός Iribarren κυμαίνεται, για τα περισσότερα γεωφράγματα, μεταξύ 0,5 και 2 (βλ. Σχ 2) [N.G.I. -1992]. ΥΚΦ_Ελεύθερο Ύψος Φράγματος 3

Σχ. 2. Συνάρτηση συντελεστή μείωσης και αριθμού Iribarren για διάφορες τραχύτητες πρανούς. (Από N.G.I. - 1992). 3.2 Κυματισμός 3.2.1 Σημαντικό (significant) ύψος κύματος Ως "σημαντικό" ύψος κύματος ορίζεται το μέσο ύψος του 1/3 των υψηλότερων κυμάτων μιας σειράς κυμάτων. To "σημαντικό" ύψος κύματος (H s ) υπολογίζεται με τον τύπο [N.G.I. -1992] g * H u 0, 0506* g * F s e 2 2 u όπου : F e : το ενεργό ανάπτυγμα του ταμιευτήρα σε m, g : επιτάχυνση βαρύτητας, 9,81 m/s 2, u : ταχύτητα τριβής, Για τον προσδιορισμό του ενεργού αναπτύγματος του ταμιευτήρα λαμβάνεται υπόψη το σχήμα του ταμιευτήρα (βλ. παράγραφο 2). Η ταχύτητα τριβής υπολογίζεται με τον τύπο: ΥΚΦ_Ελεύθερο Ύψος Φράγματος 4

2 u ( 0, 0008 0, 000065* U ) * U 10 10 όπου : U 10 η ταχύτητα του ανέμου σε m/s, σε ύψος 10 m πάνω από την επιφάνεια του νερού. Εάν δεν υπάρχουν στοιχεία ταχύτητας ανέμου, λαμβάνεται η συντηρητική τιμή U 10 = 30 m/s, [N.G.I. - 1992], που δίνει : u 2 = 2,475 3.2.2 Μέγιστο ύψος κύματος Το μέγιστο ύψος κύματος (σε m) υπολογίζεται με τον τύπο του Stevenson [ICOLD -1993], : H max = 0,34 F + 0,76-0,26 4 F όπου F το μέγιστο ανάπτυγμα του ταμιευτήρα σε km (για F<30 km), στην ανωτάτη στάθμη πλημμύρας. Σύμφωνα με νεώτερα δεδομένα [ICOLD Bulletin 91, 1993], το μέγιστο ύψος κύματος (H max ) είναι περίπου 1,8 * H s. 4. Κάθιση Στέψης λόγω Σεισμού Η κάθιση της στέψης λόγω σεισμού, μπορεί να εκτιμηθεί με δυναμική ανάλυση του αναχώματος του φράγματος, υπό σεισμική καταπόνηση. Η κάθιση της στέψης λόγω σεισμού, συνδέεται με φαινόμενα μετακίνησης (συνήθως υπό μορφή κατολίσθησης) τμήματος του ανάντη ή/και του κατάντη πρανούς του αναχώματος. Εάν δεν υπάρχουν στοιχεία από δυναμική ανάλυση, η κάθιση του αναχώματος μπορεί να εκτιμηθεί, από βιβλιογραφικά στοιχεία, ως ποσοστό του ύψους του φράγματος και δίνεται ως συνάρτηση του δείκτη ESI (Earthquake Severity Index) στο Σχ. 3, όπως προκύπτει από την εργασία των Bureau et al. 1985 [Fell, MacGregor & Stapleton, 1992]. O δείκτη ESI υπολογίζεται από τη σχέση : ESI = A (R - 4.5) ˆ 3 όπου Α : μέγιστη επιτάχυνση εδάφους σε g, R : μέγεθος σεισμού (Richter). ΥΚΦ_Ελεύθερο Ύψος Φράγματος 5

Εναλλακτικά η μετακίνηση τμήματος της στέψης λόγω κατολίσθησης, μπορεί να αντιμετωπιστεί σε αύξηση του πλάτους του αναχώματος στη στέψη, ώστε αν συμβεί κατολίσθηση, να αναπτυχθεί σε τμήμα μόνο της στέψης και όχι σε ολόκληρο το πλάτος της. Με τον τρόπο αυτό μειώνεται ο κίνδυνος υπερπήδησης το φράγματος. Σχ. 3. Εμπειρική συνάρτηση κάθισης αναχωμάτων και δείκτη έντασης σεισμού (ESI) [Aπό Fell, MacGregore Stapleton, 1992] 5. Περιθώριο Ασφαλείας λόγω Αβεβαιοτήτων Υδρολογικής Μελέτης Λόγω αβεβαιοτήτων της υδρολογικής μελέτης, λαμβάνεται πρόσθετο περιθώριο ασφαλείας, κατ εκτίμηση : 0,25 m. Συνήθως με το περιθώριο ασφαλείας λόγω αβεβαιοτήτων επιτυγχάνεται στρογγυλοποίηση του ελεύθερου ύψους του φράγματος. ΥΚΦ_Ελεύθερο Ύψος Φράγματος 6

6. Έλεγχος Fb για Aνάσχεση MPF Το ύψος του Fb πρέπει να επιτρέπει την ανάσχεση της MPF στον ταμιευτήρα, χωρίς υπερπήδηση του φράγματος, ενώ ο υπερχειλιστής θα λειτουργεί με παροχές μεγαλύτερες της παροχής σχεδιασμού, που μπορεί να προξενήσουν ζημιές στα επιμέρους τεχνικά έργα. ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Γενικά...2 2. Ανύψωση Στάθμης Ταμιευτήρα λόγω Ανέμου...2 3. Αναρρίχηση κύματος...3 3.1 Υπολογισμός αναρρίχησης...3 3.2 Κυματισμός...4 3.2.1 Σημαντικό (significant) ύψος κύματος...4 3.2.2 Μέγιστο ύψος κύματος...5 4. Κάθιση Στέψης λόγω Σεισμού...5 5. Περιθώριο Ασφαλείας λόγω Αβεβαιοτήτων Υδρολογικής Μελέτης...6 6. Έλεγχος Fb για Aνάσχεση MPF...7 ΥΚΦ_Ελεύθερο Ύψος Φράγματος 7

ΥΚΦ_Ελεύθερο Ύψος Φράγματος 8