BUDOWNICTWO WODNE
Wykład 1 (2.02.2012)
rozporządzenie ministra w sprawie budowli hydrotechnicznych z maja 2007roku lub podobne
Urządzenie wodne-pozwalają kształtować gospodarczo i umożliwiają korzystanie z wody
Budowla piętrząca  służy temu, żeby wytworzyć różnice poziomów wody w zbiorniku; służy do wytworzenia
rożnicy poziomów między górnym stanowiskiem ( zbiornik) a dolnym stanowiskiem.
Wysokość piętrzenia  różnica między normalnym poziomem piętrzenia, a średnim niskim przepływem.
Może być nie tylko woda, ale i substancje półpłynne, np. gnojowica (Żelazny most)
Budowla, której poziom cieczy lub substancji półpłynnej jest wyniesiona poza teren lub zwierciadło wody.
Budowle piętrzące piętrzą ( np. gnojowica, woda na składowisku).
4 klasy budowli wodnych
I  najwyższa IV najniższa
I  konsekwencje zniszczenia są największe, największe budowle, gromadzące najwięcej wody, ich
elektrownie mają największą moc, zaopatrywania miasta w wodę
II
III
IV  budowle o niższym piętrzeniu (poniżej 5m), piętrzenie poniżej 2m- IV klasa lub bez klasy
Jeśli 1 z punktów daje większą klasę to budowla dostaję wyższą klasę.
Kilka parametrów jest klasy III, ale np. elektrownia ma moc dla klasy II -> automatycznie cała budowla ma klasę II
Budowle I i II klasy  wymagają badań laboratoryjnych w skali - model, dodatkowe obliczenia, badanie skutów
III i IV - obliczenia
Podział na klasy wymusza przepływy charakterystyczne  przepływ miarodajny (Qm) i przepływ kontrolny (Qk)
P. Miarodajny  podstawowy parametr, na podstawie którego obliczamy budowlę, jesteśmy w stanie spokojnie
przepuścić, przez całą naszą budowlę i jego przepływ nie powoduje zniszczeń
P. Kontrolny  Budowla musi go przetrwać, ale może dojść do pewnych awarii, sprawdzamy nasze obliczenia czy
budowla go wytrzyma.
Dla IV klasy budowli prawdopodobieństwo wystąpienia Qm%=1% (dawniej 3%) Qk%=0,5% (dawniej 1%).
Urządzenia upustowe, przelewowe 
Kształty przelewów lub ich
ilość zależy od ich funkcji
Dno zbiornika= czasza zbiornika
sztolnia  kanał obiegowy wykuty w zboczu (Karkonosze), przepławka dla ryb, elektrownie; kształty przelewów są
różne, zależne od funkcji budowli.
Przepławka dla ryb  przepływ dla ryb z górnej do dolnej wody
Jaz i zapora służą do przepuszczenia ( bezpiecznego ) wody przez budowlę. (ziemne lub betonowe)
Na terenach nizinnych :
To jest już jaz-więcej przelewów niż zapory
Śluza  budowla żeglugowa, pozwala na swobodny przepływ statków. Są 2 zamknięcia
Zamknięcia:
-puszczające wodę górą
-puszczające wodę dołem
-dwuczęściowa (góra i dołem)
*zasuwa ( drewniana, stalowa)  woda przelewa pod zamknięciem
*segmentowe- woda przelewa pod zamknięciem
Zapory : ziemne i betonowe
Na Solinie  ciężka zapora, swoją masą utrzymuje wodę.
Zapora łukowa  może mieć 200m wysokości i kilka metrów szerokości, beton pracuje na sprężanie, obciążenia
przenoszone są na silne brzegi. W Alpach.
ZASADA DOBORU BUDOWLI
W projektowaniu tak ograniczamy światło przepływu, że przepuszcza wodę miarodajną na normalnym poziomie
piętrzenia, można operowa ć również wysokością progu .
Jeśli całkowite światło >6m  robimy 3 światła ( otwory),
< 4m  2 światła,
< 2m  1 światło.
Światła się powiela. Ogólnie sprawdzamy co wychodzi taniej.
Światło powtarzalne np. 3x5 lub 5x3
Metoda Balcerskiego  sprawdzamy jak zwęzić
Zawężamy dolinę, w związku z tym przewężenie doliny będzie zależało od tego z czego jest zbudowane dno.
Q = � � � � m � b � 2g � H2/3 rys.
o
ąV2
H0 H
2g
Q = Qm
g  przyspieszenie ziemskie
b  szerokość światła
�  współczynnik zatopienia przelewu
�  współczynnik dławienia bocznego
m  współczynnik wydatku
Vo  prędkość dopływowa
Q
V0
ANPP
ą  współczynnik Saint- Venanta
b=m*b1 = szerokość całkowita światła przepływu (b1 = rozpiętość 2 przęsła przepływu, m  ilość przęseł)
B=m*b1+(n-1)f = szerokość całkowita przepływu
b1{2;2,5;3;3,5;4}
m = 0,36 � 0,42 ą� spadek nachylenia
1:1 � 1:2 współczynnik nachylenia
M m 2g M = 1,6 � 1,86
B >B
f- grubość filara : 0,8-1 m ( dla segmentu)
Równoległe wnęki przy zasuwie.
H  głębokość wody na przelewie
Kształt filara
Grubość = segment 0,8-1m;
dla zasuwy wymaga wnęki& głębokość wnęki =5%
rozpiętości pojedynczego przęsła e=0,05*b1
f>=3,5*e,
Próg od strony dolnej wody:
miejsce podparcia nie dalej niż 0,5m od krawędzi przelewu  wynika to z tego, że nie można dopuścić do odskoku
hydraulicznego. Poda zasuwę wystarczy, że próg przyjmnie się 3m. jeśli projektujemy jaz pod segment, odległość
między segmentem awaryjnym a właściwym przynajmniej 2m a całkowita odległość od progu = 4m.
Wykład 2 (8.02.2012)
Literatura:
 Małe budownictwo wodne dla wsi , arkady 1996, Adamski, Gordat, Leśniak
 Budowle i zbiorniki wodne , oficyna wydawnicza politechniki warszawskiej, wa-wa 1997, Depczyński, Szamowski
 Stateczność oraz bezpieczeństwo jazów i zapór , wydawnictwo politechnika gdańska 2009, Bednarczyk, Bolt,
Wąckiewicz ?
 Budowle piętrzące , wyd. arkady, wa-wa 1973r, praca zbiorowa
(zdjęcia)  zapora chirkeiskaya, solina (zapora ciężka), koronowo (zapora ziemna), Czorsztyn
Budowla piętrząca powoduje zatopienie terenu przyległego do rzeki i powstanie na stanowisku górnym zbiornika
wodnego
Przęsło płuczące  w odpowiednich momentach przeprowadza rumowisko na dolne stanowisko. Jego zasięg
sięga prawie dna rzeki. Na dolnym stanowisku zachodzą zjawiska erozji. Aby tego uniknąć budujemy właśnie
przęsło płuczące, pozwala ono również od czasu do czasu opróżnić zbiornik
Zasadnicze elementy jazu:
Przyczółki
Filar (jeśli konstrukcja wieloprzęsłowa)
Dolne stanowisko
Elementy rozpraszania energii (mała niecka, próg zębaty)  służy wygaszenia energii, wymuszenia odskoku
hydraulicznego
 Zamknięcia (główne)
Prowadnice
Urządzenia wyciągowe
Wał
Górne stanowisko
Skrzydełka przyczółków
Kładka robocza (element traktu pieszego, element mostowy w wypadku drogi)
Płyta jazowa
Ścianka dolna i górna (zabezpieczenia, górna jest zawsze dłuższa)
Próg (korpus)
Fartuch uszczelniający (iłowy, geomembranowy)
Niecka
Płyta wypadowa
Zamknięcie
Ścianki szczelne drewniane, stalowe (larssena), z tworzyw sztucznych
Zasadnicze elementy jazu:
Próg jazowy (zwany także korpusem) tworzący przelew
Płyta wypadowa tworząca urządzenie do rozpraszania energii (niecka wypadowa, próg wypadowy);
często płytę nazywa się wypadem. Płyta zapewnia również budowli stateczność.
(Dr.: W nomenklaturze starszej inżynierowie posługują się terminologią: dolne stanowisko to poszur, górne
stanowisko nazywane jest ponurem)
Nad progiem znajduje się zamknięcie, które piętrzy wodę do określonego poziomu. Zamknięcie
umieszczone jest we wnękach filaru. Filar ma również wnęki na zamknięcia remontowe. Do podnoszenia i
opuszczania zamknięć służą mechanizmy wyciągowe umieszczone na filarach.
(Dr: W przypadku zamknięć klapowych lub segmentowych bardziej popularnym rozwiązaniem są siłowniki
hydrauliczne)
Połączenie z brzegiem stanowią przyczółki
Do zabezpieczenia przed filtracją wody pod jazem wbija się dwie ścianki szczelne: od strony GW i DW.
Gdy zachodzi konieczność dalszego wydłużenia drogi filtracji pod jazem wykonuje się od strony GW
fartuch iłowy.
W celu zabezpieczenia dna i skarp koryta cieku przed rozmyciem stosuje się umocnienia od strony GW i
DW (dr: specjalne profile, narzuty kamienne, materace faszynowo-kamienne, beton)
Ścianki uszczelniające stosujemy aby wydłużyć drogę filtracji, nie dopuszczając do negatywnych zjawisk (np.
sufozja) oraz aby zapewnić stateczność budowli. Długość ścianek szczelnych wpływa na wielkość wyporu
(wydłużenie górnej ścianki szczelnej powoduje zmniejszenie siły wyporu, a wydłużenie dolnej ścianki szczelnej
zwiększenie siły wyporu)
Ubezpieczenie dna powyżej i poniżej jazu (rysunek) (ubezpieczenie sztywne  przy jazie, materace elastyczne
dalej)za budowlą sztywne.
Jazy są zamknięciami nazywa się jazami ruchomymi
Rzadziej stosuje się jazy bez zamknięć, zwane jazami stałymi. Piętrzenie w tym wypadku uzyskuje się poprzez
podwyższenie progu, który stanowi ścianę piętrzącą. Jazy stałe stosuje się w przypadku małej zmienności
przepływów.
Światło przelewu  sumaryczna szerokość wszystkich otworów przelewowych ( bez grubości filarków i
przyczółków)
W jazie stałym próg i płyta wypadowa stanowią dwie wyraz
nie odmienne części.
Miejsce przejścia korpusu w płytę rozdziela się często szczeliną dylatacyjną
Wymiarowanie światła przelewów (jazów)
Pod pojęciem światła przelewu rozumie się sumaryczną szerokość wszystkich otworów przelewowych.
Wyznaczanie światła przelewów polega na ustaleniu takiej szerokości otworów przelewowych oraz ich wysokości.
Wielkość otworów powinna być wystarczająca przepuszczenia przepływów miarodajnych Qm.
(Dr: Po każdym większym wezbraniu KNP nam się zmieniają, zmiany te są czasem radykalne, w związku z czym
jeśli raz zaprojektujemy budowlę to póz
niej ciężko jest coś zmienić. Po powodzi w 1997 zmieniły się parametry
przepływów miarodajnych i kontrolnych i trzeba było przeprojektowywać)
Przyjęcie szerokości i wysokości otworów przelewowych następuje w wyniku rozpatrzenia takich czynników jak:
Powstanie zbyt dużych prędkości poniżej jazu w wyniku przewężenia koryta budowlą. Względy
ekenomiczne przemawiają zawsze za zwężeniem przelewu kosztem jego pogłębienia;
Bezpieczne przepuszcanie lodów
Niekiedy zachodzi konieczność przepuszczenia rumowiska odkładającego się powyżej jazu, przelew musi
być umieszczony odpowiednio nisko;
Typ zamknięcia jakie ma być zastosowane (zasuwowe, segmentowe, klapowe)
Rozporządzenie ministra& rozdział 8  przepuszczanie wód podczas eksploatacji budowli hydrotechnicznych
Paragraf 69 ust.
1 Jazy lub przelewy z zamknięciami powinny być co najmniej 3 przęsła z zastrzeżeniem ust. 2 i 3.
2. Jeżeli łączne światło przęseł jazów lub przelewów nie przekracza 6m to liczba przęseł może być zmniejszona do
dwóch.
3. przy świetle jazu nieprzekraczającego 3m dopuszcza się 1 przęsło
(Dr: Dlaczego 3 przęsła? Dla bezpieczeństwa  jeśli jedno się zepsuje to mamy jeszcze dwa dodatkowe)
Punktem wyjścia do obliczenia całkowitej szerokości przelewu (wraz z filarami) jest erozyjne działanie wody na
dolnym stanowisku, zachodzące wskutek nadmiernego skoncentrowania przepływu.
Niech:
qmax  największy przepływ jednostkowy w korycie naturalnym rzeki przed budowlą jazu jest to przepływ
charakterystyczny
qmax t Vmax
max
1
Vmax t2/3 I1/2
max
n
tmax  głębokość maksymalna
Dobór światła przelewu Metoda Balcerskiego
Przepływ qmax wyraża pewien warunek równowagi między:
Przepływem
Wielkością i kształtem koryta
Materiałem gruntowym, z którego zbudowane jest koryto
Po wybudowaniu jazu jednostkowy przepływ wzrośnie. Niech:
qdop  wydatek jednostkowy dopuszczalny po wybudowaniu jazu gdy budowla przewęża koryto rzeki
Nie chcąc wprowadzić nadmiernych zmian w korycie należy przepływ qdop utrzymać w rozsądnych granicach
zachowując relację:
qdop  qmax
qdop qmax ą� 1
  współczynnik dopuszczalnego wzrostu przepływu
Współczynnik lambda >1 uzależniony od rodzaju materiału gruntowego koryta.
Współczynnik ten zależy od rodzaju gruntu
Nazwa gruntu w korycie cieku Symbol wg PN-54/B-02480 Współczynnik 
Skały 1,80
Zwały kamieniste, rumosze i wietrzeliny K, R, W 1,60
Żwir Ż, Żg 1,40
Pospółka Żp, Żpg 1,30
Piasek gruby Pr 1,20
Piasek średni Ps 1,15
Piasek drobny Pd 1,10
Piasek pylasty i gliniasty, pyły PĄ, Pg, Ą 1,08
Grunty organiczne h, Pdh, Ąh, Mo, T 1,05
Gliny średnie spoiste Gp, G, G 1,10
Gliny ciężkie spoiste Gpc, Gc, GĄc 1,15
Iły Ip, I, IĄ 1,20
Szerokość minimalna Bmin z jaką woda opuszcza jaz określa się z zależności:
Q
Q
Bmin
qdop  * qmax
Przy czym Q=Qm*
Szerokość przelewu b:
b=Bmin  f*(n-1)
gdzie: n  liczba przęseł, f  szerokość filaru
Wysokość H otworu przelewowego wyznacza się ze wzoru na wydatek przelewu
Wykład 3 (15.02.2012)
Wymiarowanie światła przelewów (jazów)
(rysunek)
B=b+f*(n-1)=n*b1+f*(n-1)
B>=Bmin
Wydatek przelewu o kształcie praktycznym
(rysunek)
Q = � � � � m � b � 2g � H2/3 Dla 0,5 d" c/H d"2,5
o
Gdzie:
Q=Qm
�  współczynnik zatopienia przelwu
�  współczynnik dławienia
m  współczynnik wydatku
H0-wzniesienie LE
b  szerokość przelewu
g  przyspieszenie ziemskie
H  głębokość wody nad koroną przelewu
ą  wsp. Saint  Venanta
V0  prędkość wody dopływającej do budowli
a  wzniesienie DW ponad koronę przelewu
b=Bmin  f*(n-1
ąV2
H0 H
2g
Współczynnik zatopienia przelewu 1
1. Przelew jest niezatopiony jeżeli poziom wody w dolnym stanowisku położony jest poniżej poziom
koronyprzelwu, czyli dla a<0, współczynnik przyjmuje się wtedy �=1.
2. Przelew jest zatopiony jeżeli poziom wody w dolnym stanowisku położony jest powyżej poziomu korony
przelewu, czyli dla a<0. W tym przypadku współczynnik �<1, przy czym �=f(a/H0).
Wartości tego współczynnika określone zostały na podstawie badań doświadczalnych.
Współczynnik podtopienia można wyznaczyć również z zależności:
2 16
a a a a
4
� 1 dla 0 0,9 lub � 0,81 1 dla 0,9 1,0
H0 H0 H0 H0
gdzie: a  różnica między rzędną dolnej wody i rzędnej korony przelewu
Współczynnik dławienia bocznego �
Współczynnik uwzględnia zmniejszenie wydatku w wyniku dławienia bocznego strumienia przez filary i przyczółki.
Wartości współczynnika określa się z zależności doświadczalnych podając jako funkcję �=f(H0,b,n,�f, �p)
Współczynnik dławienia bocznego we wzorze na wydatek można przyjmować jak dla przelewów
bezciśnieniowych wg wzorów:
a
gdy B0 n(b1 f) i 0,90
H0
�p (n 1)�f H0
� 1 0,2
n b1
gdzie: B0  szerokość kanału doprowadzającego wodę do upustu [m], f  szerokość filaru [m], n  liczba
otworów przelewu
b)jeżeli chociaż jeden z warunków podanych w pkt a nie jest spełniony
H0
� 1 0,2�f
b1
Współczynniki kształtu filarów (dzeta p) i przyczółka (dzeta f)
Współczynniki wydatku M dla przelewów trapezoidalnych
M m 2g
WSPÓA
CZYNNIKI WYDATKU M DLA PRZELEWÓW TRAPEZOIDALNYCH
Tablica 2-2 (Balcerski i in., 1969)
Współczynnik h H h
2 2 1 1 0,5
pochylenia m
c c c
1 1,86 1,78 1,64-1,70
2 1,78 1,70 1,55-1,60
3 1,73 1,64 *
5 1,67 1,55 *
10 1,55 * *
*oznacza, że przelew należy obliczać jak o szerokiej koronie.
Urządzenia do rozpraszania energii strumienia
Spiętrzenie wody budowlą piętrzącą powoduje, że woda przepływająca przez przelewy ma dużą prędkość. Są to
warunki do powstania ruchu podkrytycznego (rwącego, Fr>1). Strumie wody przepływający ma więc duży zasób
energii kinetycznej.
W cieku poniżej przelewu prędkości są małe, występuje zatem ruch nadkrytyczny (spokojny, Fr<1).
Przy przejściu z ruchu podkrytycznego w nadkrytyczny tworzy się odskok hydrauliczny, w którym następuje
rozproszenie energii (strata).
Rys.
Jednak w obszarze ruchu podkrytycznego i odskoku hydraulicznego tj. w obszarze, w którym energia strumienia
nie jest jeszcze rozproszona, może dojść do rozmycia koryta (dna i brzegów) cieku, co może doprowadzić do
zniszczenia budowli.
Do ochrony przed rozmyciem stosuje się 2 rodzaje urządzeń:
Urządzenia odrzucające strumień wody na znaczną odległość od budowli;
Urządzenia powodujące powstanie odskoku hydraulicznego na wypadzie budowli
W warunkach naturalnych, odskok hydrauliczny powstaje w pewnej odległości od budowli.
Powstanie odskoku w dalszej odległości od budowli jest niekorzystne, gdyż na odcinku budowli do miejsca
powstania odskoku oraz na długości odskoku koryto musiało by być umocnione.
Korzystna jest sytuacja, gdy odskok hydrauliczny powstaje tuż zza przelewem, gdyż odległość umocnienia koryta
płytą wypadową jest wtedy najkrótsza (rozwiązanie ekonomiczne)
Warunkiem powstania odskoku na wypadzie jest by głębokość wody dolnej t była równa lub większa od drugiej
głębokości sprzężonej odskoku h2, czyli
t>= h2
Jeśli t>h2 to odskok nazywa się zatopionym. Taką formę odskoku przyjmuje się wprzy projektowaniu wypadu.
Jeśli t

poziom DW był ponad odskokiem.
Sposoby zatopienia odskoku hydraulicznego
Obniżenie dna wypadu poniżej dna cieku tworząc nieckę wypadową. Aby odskok był zatopiony poziom
DW powinien się wznieść ponad poziom odskoku hydraulicznego
t d
o t+d >= h2 lub inaczej (współczynnik zatopienia odskoku)
1
h2
 Spiętrzenie wody na wypadzie, przez zastosowanie progu wypadowego. Poziom spiętrzonej wody na
progu musi być powyżej poziomu odskoku
d H
o d+H >=h2 lub
1
h2
Hydrauliczne obliczenia wypadu
Wymiarowanie wypadu polega na takim doborze oraz długości, aby powstały odskok hydrauliczny w całości
mieścił się na wypadzie i był zatopiony.
Rodzaje wypadu:
wypad niezagłębiony
niecka wypadowa
próg wypadowy
niecka wypadowa z progiem
Hydrauliczne obliczenia niecki wypadowej (ten sam rys co przy niecce wypadowej)
T-wzniesienie LE d- głębokość niecki
Warunek zatopienia odskoku
t d t d
lub
1 n
h2 h2
n>=1  współczynnik pewności (zatopienia odskoku), najczęściej n = 1,05-1,10
Z warunku zatopienia odskoku mamy :
d=n*h2 - t - głębokość niecki
h2-należy określić pierwszą głębokość sprzężoną h1
Pierwszą głębokość sprzężoną h1 wyznacza się metodą kolejnych przybliżeń z układu następujących równań:
Q q
Q = v1*A1 = v1*h1*b1 ---> ; q=Q/b
h1
v1 * b1 v1
q
(1) h1
V1
h1 , V1
(2) V1 2g(T h1 )
Gdzie:
q-wydatek jednostkowy
Ć  współczynnik prędkości, dla przelewu o kształcie praktycznym lub trapezowym, Ć =0,80-0,90
T  wysokość swobodnego spadania strumienia
h1<->v1 powiązane ze sobą ( sprzężone)
Wykład 4 (22.02.2012)
q
(1) h1
V1
h1 , V1
(2) V1 2g(T h1 )
Metoda kolejnych przybliżeń rozwiązania równań polega na tym, że:
jako pierwsze przybliżenie przyjmuje się, że we wzorze 2 wartość h1=0 i oblicza się v1;
obliczoną wartość v podstawia się do wzoru (1) i oblicza wartość h1
obliczoną wartość h1 podstawia się do wzoru (2) i powtarza powyższe obliczenia
Obliczenia prowadzi się dotąd, aż wartości h1 z ostatnich przybliżeń będą niewiele różnić się od siebie
Mając h1 i v1, głębokość h2 oblicza się ze wzoru na głębokości sprzężone:
1
2
h2 h1 1 8 Fr1 1
2
v1 ą=1ą� v1
Fr Fr
1 gh1
gh1
ą
W obliczeniach należy uwzględnić cały przedział zmienności q.
Jako dolne ograniczenie q przyjmuje się :
q=0,3-0,5 m3/s*m
Jako górną granicę przyjmuje się q odpowiadające przepływowi Q równemu:
przepływowi miarodajnemu Qm
lub � - 2/3 Qm
po ustaleniu zmienności q do obliczeń wybiera się 3-5 wartości pośrednich
Dalsze obliczenia składają się z dwóch części:
1. wyznaczenie przepływu q0, dla którego potrzebna będzie największa głębokość niecki, przy czym ze
względu na nieznaczne głębokości niecki d przy ustaleniu T przyjmuje się d=0.
Dla wybranych wydatków q1, q2, & , qn obliczane sa h1, h2, & , hn oraz d przy przyjęciu n=1, czyli
d=n*h2-t = h2-t
Następnie z wykresu d=f(q) znajduje się q0 odpowiadające wartości d=d0 (największa głębokość niecki)
(przykład obliczeń niecki wypadowej w arkuszu kalkulacyjnym)  wartość ujemna  niecka niepotrzebna
2. W drugiej części obliczeń wykonanych tylko dla przepływu q0, określa się ostateczną głębokość niecki,
uwzględniając w obliczeniach zwiększenie T o głębokość niecki d.
Obliczenia przeprowadza się w ten sposób, że zakłada się kilka głębokości d>d0: d1, d2, & oraz T+d1, T+d2&
Następnie po obliczeniach głębokości h2 wyznacza się:
n1=(t0+d1)/h2,1
n2=(t0+d2)/h2,2
ni=(t0+di)/h2,i
t0  głębokość dolnej wody odpowiadająca q0
Na koniec wykonuje się wykres zależności d=f(n)
Gdy d<0,3m ą� przyjąć 0,3m
Wyznaczenie długości płyty wypadowej
Dwa najważniejsze elementy:
Ls  zasięg spadania strugi
L0  długość odskoku hydraulicznego
Długość płyty wypadu określa się z zależności:
L=L0+Ls
Gdzie
L0  długość odskoku
Ls  długość spadania strugi
Dla małych jazów można przyjąć:
L0 = 3*h2
h2  druga głębokość sprzężona (największa)
Zasięg spadania strugi, dla przelewów o kształcie praktycznym o profilu prostokątnym lub trapezowym:
Ls 1,33 Ho (p 0,3*Ho)
Dla profilu krzywoliniowego:
Ls=0
Grubość płyty wypadowej obliczamy z zależności:
tmin 0,15* v1max * h1min Lub tmax 0,15* v1min * h1max
Do obliczeń przyjmujemy ekstremalne wartości prędkości przepływu i głębokości wody w przekroju pierwszej
głębokości sprzężonej
Urządzenia odrzucające strumień wody na dalszą odległość od budowli
Stosowane przy budowlach dużych i podłożu skalistym. Próg jazu (przelewu) wykonany jest w postaci odskoczni
Filtracja pod budowlami piętrzącymi
Pod wpływem piętrzenia (H), woda ze stanowiska górnego filtruje do stanowiska dolnego, przepływając pod
budowlą piętrzącą.
Zabezpieczenie przeciwfiltracyjne  zabezpieczenie przed niekontrolowanym oddziaływaniem filtracji pod
budowlą.
Filtracja pod jazem
ścianki- korzystne, wydłużają drogę filtracji ( zwiększenie gradientu)  wydłużenie długości, którą musi pokonać
kropla.
Strumień filtracyjny ograniczony jest:
Od góry  nieprzepuszczalnym obrysem podziemnym budowli (1-8)  fundament, ścianki szczelne, fartuch
poziomy
Od dołu  warstwą nieprzepuszczalną ( ciśnieniowo)
Woda gruntowa przepływając pod jazem nie tworzy swobodnej powierzchni ,filtracja obywa się pod ciśnieniem!
Badania filtracji konieczne są w związku z projektowaniem obrysu podziemnego budowli. W szczególności w
związku z filtracją występują następujące zjawiska:
Filtracja wody wywiera ciśnienie na obrys podziemny 1-8. W szczególności na fundament budowli 3-4
działa wypór W, którego znajomość jest konieczna przy obliczaniu stateczności budowli
W wyniku przepływu filtracyjnego występują straty wody w górnym stanowisku. W związku z tym oblicza
się wydatek filtracyjny Q.
W całym obszarze filtracji występują pewne prędkości filtracji. Jeżeli są dużo większe od dopuszczalnych
mogą powodować niekorzystne zjawiska w gruncie podłoża, jego rozmycie. W związku z tym trzeba znać
prędkości w różnych miejscach obszaru przepływu, w szczególności pod fundamentem
Rozwiązanie zadania filtracji pod jazem jest złożone, gdyż przepływ nie jest jednokierunkowy, lecz trzeba go
rozpatrzyć jako przepływ, w którym występują przynajmniej 2 składowe prędkości w kierunku pionowym i
poziomym (przepływ płaski).
Podstawą teorii filtracji jest prawo Darcy:
v=k*I, I=H/L
v- prędkość filtracji
I  gradient hydrauliczny
K  współczynnik filtracji
Dla przepływu jednokierunkowego dupuit wyprowadził pojęcie lokalnego spadku (gradientu) filtracyjnego:
dh p
I h y
ds �g
h  wysokość piezometryczna
p  ciśnienie
y  wysokość położenia
s- współrzędna w kierunku ruchu
Zjawiska mechaniczne występuj ące w gruntach sypkich pod wpływem filtracji wody
Dzieli się je następująco:
Sufozja, erozja
Przebicie hydrauliczne (inaczej wyparcie gruntu)
Kolmatacja
Sufozja jest to transport drobniejszych frakcji gruntu w istniejącym obszarze porów, powodująca ich zwiększenie,
ale nie powoduje zniszczenia struktury gruntu
Zwiększenie porów powoduje zwiększenie współczynnika filtracji k, a więc i przepływ filtracyjny, Dla danego
rodzaju gruntu sufozja jest tym bardziej intensywna im większa jest prędkość przepływu wody filtracyjnej.
Erozja jest to transport ziaren prawie wszystkich frakcji prowadzący do zniszczenia struktury gruntu.
Sufozję i erozję dzieli się na:
Zewnętrzną, wystającą na powierzchni gruntu
Wewnętrzną, wewnątrz korpusu gruntowego
Kontaktową, na powierzchni kontaktu dwu gruntów o różnym uziarnieniu, lub miedzy gruntem a
fundamentem
Przebicie hydrauliczne jest to wyparcie pewnej objętości gruntu ze wszystkimi zawartymi w nim frakcjami,
przeważnie w górę.
Kolmatacja jest to osadzanie się na powierzchni gruntu lub w porach drobniejszego materiału niesionego przez
wody filtracyjne.
Kolmatacja zmniejsza objętość porów gruntu, a więc zmniejsza współczynnik filtracji j, a stąd i przepływ filtracyjny.
Wyróżnia się kolmatację zewnętrzną, wewnętrzną i kontaktową.
Zjawiska sufozji i erozji są szczególnie groz
ne w pobliżu stanowiska dolnego, gdzie przepływ filtracyjny skierowany
jest pionowo do góry. Cząsteczki gruntu są łatwo wynoszone na powierzchnię dna cieku w stanowisku dolnym.
Wykład 5 (29.02.2012)
Przybliżone obliczenia filtracji - metoda Bligha i Lane a
Zabezpieczenie przed sufozją (erozją) w strefie kontaktu gruntu podłoża z budowlą  określenie potrzebnej drogi
filtracji.
W celu zabezpieczenia przed naruszeniem gruntu podłoża gradienty filtracyjne muszą być dostatecznie małe.
v=k*I
Według Bligha decydujące są gradienty wzdłuż linii styku fundamentu z podłożem.
Wzdłuż tej linii qg. Bligha gradienty mają największą i stałą wartość
I=H/L=const.
H-różnica między GW i DW
L-długość drogi filtracji wzdłuż obrysu 1-8
Obrys fundamentu - przybliżone obliczenia filtracji: metoda Bligha i Lane a
Biorąc pod uwagę powyższą relację można określić potrzebną drogę filtracji Lp, jeśli wez
mie się pod uwagę
gradienty dopuszczalne Ldop, po przekroczeniu których wystąpi proces sufozji
1
Ldop H
Idop
Na podstawie badań filtracji w istniejących budowlach Bligh określił dopuszczalne wartości tych gradientów, jako
współczynnik CB, zależny od rodzaju gruntu
1
CB
Idop
Potrzebną drogę filtracji można określić z zależności:
Lp=CB*H
Rzeczywista droga filtracji L powinna być większa Lp:
Le"Lp lub Lpe"CB*H
Rzeczywistą drogę filtracji określa się ze związku:
L=Łli + Łdi
Łli  suma odcinków poziomych obrysu
Łdi  suma odcinków pionowych obrysu
Gradient filtracyjny wzdłuż obrysu nie jest stały. Opory ruchu są większe an elementach pionowych obrysu niż
poziomych.
Fakt ten uwzględnił w obliczeniach Lane; przy obliczeniach gradientu wzdłuż obrysu, w rzeczywistej drodze filtracji
odcinki poziome należy skrócić 3-krotnie, czyli:
L=(1/3)*Łli + Łdi
Założenie: wzdłuż skróconej linii obrysu:
I=(H/Lskrócona)=const
Następnie jak w metodzie Bligha:
Le"Lp lub Lpe"C*H
Gdzie CL  dopuszczalne wartości odwrotności gradientów filtracyjnych (tablice).
WSPÓA
CZYNNIK C
Metoda
Rodzaj gruntu według PN-54/B-02480
Bligha Lane a
Piasek pylasty 18 8,5
Piasek drobnoziarnisty 15 7,0
Piasek średnioziarnisty 13 6,0
Piasek gruboziarnisty 12 5,0
Pospólka 9 4,0
Żwiry 7 3,5
Rumosze i wietrzeliny - 3,0
Zwały kamieniste - 2,5
Glina średniospoista 8 3,0
Glina ciężka spoista 6 2,0
Iły - 1,6
Grunty organiczne rodzime - -
Rzeczywista droga filtracji L powinna być większa Lp:
Le"Lp lub Lpe"CL*H
Jeżeli warunek nie jest spełniony, obrys podziemny budowli wydłużamy projektując odpowiednie ścianki od
strony GW i DW oraz w razie potrzeby fartuch.
Po ustaleniu wymiarów obrysu podziemnego sporządza się wykres ciśnienia.
(prof.: zawsze ścianka szczelna od strony górnej wody dłuższa)
Wykres ciśnienia filtracyjnego, obliczenie siły wyporu działaj ącego na fundament budowli.
Stosuje się założenia Bligha, że wzdłuż obrysu L gradient jest stały
Przygotowując wykres ciśnienia korzysta się ze wzoru na wysokość ciśnienia piezometrycznego:
p p
h y ą� h y
�g �g
Przyjmując poziom odniesienia na poziomie DW
Wysokość piezometryczna w punkcie początkowym (1) obrysu (niebieska krawędz
z prawej strony)
p
h1 y y1 y1 0
�g
w punkcie końcowym n obrysu: (z lewej strony niebieska krawędz
)
p
hn y (yn H) y1 H
�g
Następnie wykonuje się rozwinięcie obrysu wzdłuż linii poziomej I odkłada rzędne hn i h1. Wykres ciśnień
pośrednich h otrzymuje się łącząc rzędne h1 i hn linią prostą. Takie postępowanie wynika z założenia stałego
gradientu wzdłuż obrysu.
Korzystając z zależności p/(�g)=h+y Wykres p/(�g) & ???
Siłę wyporu działającą na fundament (3-4) wyznacza się obliczaj ąc powierzchnię wykresu ciśnień między
punktami 3-4
W=�*g*A
Metoda Lane a sporządzania wykresu ciśnień na obrys.
Uwzględniając większe spadki ciśnienia wzdłuż odcinków pionowych obrysu wg. Lane a wykres ciśnień sporządza
się następująco.
Założenia:
1
L li di
3
H H
I const
Lskrócona L
Rzędne wyznacza się z wykresu pomocniczego. W którym odcinki poziome obrusy skrócone sa 3-krotnie
Następnie wyznaczone h uwzględnia się na wykresie z rzeczywistymi odległościami. Dolna część wykresu
pozostaje bez zmian
Wykorzystując omawiane metody Blighaa i Lane a można przeprowadzić analiz ę oddziaływania ścianek
szczelnych i fartucha na wielkość siły wyporu:
Wydłużenie górnej ścianki szczelnej powoduje zmniejszenie siły wyporu,
Wydłużenie fartucha poziomego powoduje zmniejszenie siły wyporu
Wydłużenie dolnej ścianki powoduje zwiększenie siły wyporu
Dobór długości ścianek szczelnych
Biorąc pod uwagę to, że ścianka dolna powoduje zwiększenie siły wyporu, zaś ścianka górna zmniejsza siłę wyporu
przyjmuje się zwykle:
Ściankę górną dłuższą aniżeli ściankę dolną, którą przyjmuje się krótszą; Zachowany musi być warunek
niezbędnej drogi filtracji.
Nie można jednak (w zasadzie) całkowicie ścianki dolnej pominąć, a to ze względu na możliwość
powstania zjawiska przebicia hydraulicznego. Pominięcie ścianki dolnej, przy zachowaniu warunki
niezbędnej drogi filtracji, dało by najmniejszą siłę wyporu
Wyparcie gruntu
Wyparcie gruntu zachodzi zwykle, gdy gradient filtracyjny przekroczy wartość krytyczną Ikr
Wartość krytyczną wyznacza się z warunku równowagi pomiędzy siła wyporu działającą na wypierany grunt, a
ciężarem tego gruntu
W celu napisania warunków równowagi zakłada się, że linie prądu za dolna ścianką szczelną są równoległe.
Warunek równowagi ma postać:
Parcie P = G ciężar gruntu
�*g*F=(1-n)*(�s-�)*g*l*F
ho �s
Ikr (1 n) ( 1)
L �
Dla często spotykanych wartości:
Ąs/�=2,62-2,68 oraz n=0,36
Wtedy
(1-n)*(�s  �) = 1
Ikr = 1 gradient krytyczny
�  gęstość wody
�s  gęstość szkieletu gruntowego
n  porowatość gruntu
Wykład 6 (07.03.2012)
Dr inż. Wierzbicki  Przepławki (wykład-ciekawostka)
Piętrzenie  przeszkoda uniemożliwiająca migrację ryb
Przeszkoda = problem
Migracja wstępująca i zstępująca (zbiornik górny ą� dolny i dolny ą� górny)
Przepławka (fishpass, fishway) = rozwiązanie
Konstrukcja kaskady basenów o takich parametrach, które pozwalają rybom migrować
Przepławki  priorytety
Lokalizacja  gdzie? (prawy brzeg, lewy, oba, w ogóle?)
Wejście (wylot)  jak zachęcić, umożliwić wejście?
Warunki geometryczne i hydrauliczne w przepławce  jak umożliwić przejście?
Wyjście (wlot)  jak zachęcić/umożliwić wyjście?
Czas (terminy_) pracy  czy przepławka może mieć przerwę?
Utrzymanie, konserwacja przepławki  czy przepławkę się naprawia?
Monitoring  czy przepławka jest ok?
Integracja z otoczeniem (rzeka + teren)  jak to wygląda?
Gdzie lokalizować przepławki?
Zdolność rozpoznawania nurtu przez organizmy wodne odgrywa decydująca rolę w ich orientacji w rzekach
Ryby migrujące w górę rzeki płyną zwykle pod prąd główny  jednakże jest to związane z ich możliwościami (!)
Ł� Maksymalizacja efektywności funkcjonowania przepławki  lokalizacja przepławki jest związana z
kierunkiem migracji ryb w korycie rzeki (migracja w górę rzeki i w dół rzeki)
Jak zachęcić ryby do wejścia do przepławki?
Wabienie ryb przepływem wody wylotowej (w wejściu) tworzącym PR
D WABI
CY (an attracting flow, an
attracting current)
Prąd wabiący musi być wyczuwalny = konkurencyjny w stosunku do przepływu w korycie rzeki
Prędkość wody prądu wabiącego musi być większa niż w korycie rzeki  jednakże uzależniona od możliwości
pływackich ryb
Wejście umożliwiające migrację różnych gatunków w różnych warunkach hydrologicznych (stanach wody)
Jak umożliwić rybom przejście przez przepławkę?
Parametry geometryczne przepławki: głębokość, szerokość, długość komór, szerokość szczelin
Parametry hydrauliczne: prędkość wody, energia wody
Maksymalna różnica poziomu ZW między basenami
Maksymalny spadek dna
Konstrukcja: materiały, dno, wykonawstwo, kształt: komory, szczeliny
Jak umożliwić rybom wyjście z przepławki?
 Lokalizacja uniemożliwiająca spłynięcie ryb do turbin elektrowni wodnej bądz
do pracującego jazu
Geometria/kształt/głębokość
Parametry hydrauliczne: przepływ i prędkość wody
Czy przepławka może mieć przerwę?
NIE!!!
Okres migracji ryb w danej rzece = całodobowy czas pracy
Czy przepławkę się naprawia?
TAK!!!
Okres migracji ryb w danej rzece = zapewnienie bezawaryjnej pracy
Czy przepławka jest OK?
Monitoring
Integracja z otoczeniem. Jak to wygląda?
Przepławki (fish passes, fish ways)
Przepławki techniczne (technical fishpasses)
o Szczelinowe (slot passes)
o Komorowe (pool passes)
o Przepławka Denil a (Denil pass)
o Windy (fish lifts)
o Śluzy (ship locks)
o Przepławki dla węgorzy (eel ladders)
o Transport samochodowy (fish transport
Przepławki seminaturalne (seminatural fishpasses, close to nature fishpasses)
o Bustrza denne (bottom ramps, bottom sslopes)
o Kanały (bystrza obiegowe (bypass channels)
o Bystrza progowe (jazowe) (fish ramps)
Przykłady
Przepławka szczelinowa (slot pass, vertical slot)
Stopień Gambsheim na rzece Ren  dziłające elektrownia wodna, "H=10m
o 2 wejścia do przepławki
o Przepływ 1m3/s
o Przepływ wabiący 10-14 m3/s
o Przepływ dodatkowy 9-13m3/s
o Okna dla zwiedzających, można sobie zobaczyć jak ryby płyną
Stopień Briion na rzece Pau  działająca elektrownia wodna
o 2 wejścia
Stopień Mauzac na rzece Dordogne  działająca elektrownia wodna
o 2 wejścia
Windy dla ryb (fish lifts)
Podwójna winda na stopniu Hollyoke na rzece Connecticut (USA)  działająca elektrownia wodna
o Winda: cykl = 15 min, 500 sztuk/cykl, 200 ton/rok tarlaków alozy amerykańskiej
Wykorzystanie śluz żeglownych (navigation lock, ship lock)
Fazy działania:
Wabienia/wejścia
Napełniania
Wabienia/wyjścia
Transport samochodowy (fish transport)
Stopień Pointis et Camon na kanale energetycznym rzeki Garonne  działające elektrownia wodna
o Kanał energetyczny rzeki Garonne: "H=17,5m
o Zapewnia bardzo dobry monitoring, można ryby znakować
Przepławki seminaturalne (semi-natural fish passes)
Stopień Eitorff/Unkelmuhle na rzece Sieg  działająca elektrownia wodna, "H=3,2m
Stopień Siegburg/Troisdorf na rzece Agger, "H=2,5m
Stopień Artix na rzece Pau  działająca Elektrownia wodna, "H=5,2m
Monitoring migracji ryb (fishes migration monitoring)
Okna monitoring z kamerą
Telemetria  czujniki
Pułapki
Badania laboratoryjne
Przepławki w skali 1:1
Model turbiny elektrowni w skali 1:1  badanie przeżywalności ryb
Problematyka przywrócenia migracji ryb przez Stopień Wodny Włocławek
SNQ = 375 m3/s, SSQ = 930 m3/s, QEW = 2190 m3/s, SWQ = 4176 m3/s, "H=14m
Jaz: 10 przęseł = 8x zasuwa + 2x zasuwa klapa
EW 6 turbin  12 komór wylotowych
The FAO Project TCP/POL/3003 Re-opening of migration routes for migratory fish in Polish rivers
(Przywrócenie drożności Stopnia Wodnego Włocławek dla wstępującej i zstępującej migracji ryb)
Zespół: Eksperci FAO, Hydroprojekt  Warszawa, RZGW Warszawa, ENERGA, Ministerstwo Rolnictwa i
rozwoju wsi
Analiza:
Rozbiórka stopnia
Modernizacja istniejącej przepławki
Budowa nowej przepławki
Wykorzystanie śluzy żeglugowej
Modernizacja przepławki
Przepławka komorowa:
o 33 komory, 3 komory spoczynkowe
o dH=0,4m
o 9 wylotów/wejść
o 3 wlotów/wyjść
o QDC=QD+Qdod=1,5 m3/s
 Projekt przepławki w istniejącym przyczółku Dr ing. Rolf-Jurgen Gebler
o Przepławka szczelinowa:
ż� 60 komór 3 komory spoczynkowe
ż� dH=0,22m
ż� 2 wloty/wyjścia
ż� 1 wylot/wejście
ż� Qpc=Qp (0,59 m3/s) + Qdod (3,0 m3/s) = 3,6 m3/s
Budowa nowej przepławki (na drugim brzegu)
Przepławka szczelinowa:
o 84 komory
o dH = 0,15-0,17m
o Qpc = Qp (1,03 m3/s) + Qdod (10 m3/s) = 11 m3/s
o Qdod = dodatkowa turbina
Wykorzystanie śluzy
Faza wabienia/wejścia
Faza napełniania/podnoszenia
Faza wabienia/wyjścia
Wykład 7 (14.03.2012)
Wyparcie gruntu c.d.
Zabezpieczyć się przed wyparciem gruntu można:
1. Przez zmniejszenie gradientu filtracyjnego
Z zależności I=h0/L wynika, że gradient można zmniejszyć przez wydłużenie dolnej ścianki
2. Przez obciążenie słupa gruntu za dolną ścianką
Obciążenie dokonuje się materacem gruboziarnistym (kamieniem) bardzo przepuszczalnym dla wody 
współczynnik filtracji k ą� ". Filtracja w podłożu kończy się na linii styku podłoża obciążenia.
Z warunku równowagi pomiędzy siłą wyporu a ciężarem gruntu o obciążenia gradient krytyczney będzie równy
Ikr=1+t/L
t-grubość materaca
l-odległość od spodu materaca do końca ścianki szczelnej.
Zjawiska mechaniczne występują w gruntach sypkich pod wpływem filtracji wody:
-sufozja ( wymiana gruntu na skarpie, narzut kamienny)
Obciążenia budowli piętrzących
Obciążenia budowli piętrzących charakteryzują się:
Dużym ciężarem własnym
Dużymi siłami poziomymi od parcia wody
Działaniem parcia wód filtracyjnych
Rozważa się podstawowy układ obciążeń i obciążenia wyjątkowe
Podstawowy układ obciążeń budowli piętrzącej  obciążenia występujące przy pełnej sprawności jej urządzeń,
przy normalnym poziomie piętrzenia NPP lub poziomie piętrzenia przy miarodajnym przepływie wezbraniowym
Qm (jeśli poziom ten jest niższy od NPP)
Do obciążeń podstawowych zalicza się:
Ciężar własny konstrukcji
Parcie hydrostatyczne i hydrodynamiczne przy NPP lub przepływie Qm
Parcie wód filtracyjnych przy prawidłowo działających drenażach i uszczelnieniach, NPP i najniższym
obliczeniowym położeniu DW
Obciążenia wywołane przez falę przy NPP
Parcie gruntu i odkładanego rumowiska rzecznego*
Obciążenia użytkowe pionowe (dz
wigi, środki transportu)
Siły termiczne ( nagrzanie ą� rozszerzenie ; mrozyą� kurczenie)
Parcie lodu, wiatru, obciążenia śniegiem
*poziom dna wznosi się ą� odkładanie niesionego gruntu rumowiskaą� parcie na budowlę
Do obciążeń wyjątkowych zalicza się:
Parcie hydrostatyczne i hydrodynamiczne przy przepływach kontrolnych  przyjmuje się je w miejscu
parcia hydrostatycznego i hydrodynamicznego przy NPP lub przepływie Qm
Parcie wód filtracyjnych przy nieprawidłowo działających drenażach lub uszczelnieniach  w miejsce
parcia wód filtracyjnych przy prawidłowo działających drenażach lub uszczelnieniach
Obciążenia przez falę przy przepływie kontrolnym  w miejsce obciążeń przy NPP
Obciążenia wyjątkowe służą do ustalenia wyjątkowego układu obciążenia. Układ obciążeń jest wyjątkowy jeśli
zawiera jedno z obciążeń wyjątkowych.
Stateczność na przesunięcie
Stateczność na przesunięcie sprawdza się określając wskaz
nik pewności (stateczności) na przesunięcie.
Wskaz
nik (współczynnik) pewności na poślizg jest to stosunek sumy sił utrzymujących do sumy sił przesuwających
w kierunku spodziewanego przesunięcia.
Stateczność na przesunięcie sprawdza się w każdych warunkach posadowienia: na podłożu skalistym ni
nieskalistym.
Rozporządzenia& z dnia 20 kwietnia 2007 r.
Dział III  Ocena stateczności budowli hydrotechnicznych
Paragraf 30. Budowle hydrotechniczne żelbetowe i kamienne oraz wykonane z betonu słabo zbrojonego
posadowione na podłożu nieskalnym powinny spełniać warunki bezpieczeństwa w zakresie
W przypadku poziomej płaszczyzny (odcinek ab) przesuwu wskaz
nik na przesunięcie n wyznacza się z zależności
G  obciążenia pionowe skierowane ku dołowi (ciężar własny, składowa pionowa obciążenia wodą, obciążenia
użytkowe)
W  siła wyporu działająca na odcinku ab
Pg  suma sił poziomych działająca od strony GW  parcie wody, parcie rumowiska, lodu, wiatru; W przypadku GW
siła działa na odcinku ac
Pd  suma sił poziomych działająca od strony DW; W przypadku DW siła działa na odcinku bd
Ecg, Ecd  parcie gruntu od strony GW i DW; siły te działają na ae i bf
Ebd  odpór gruntu od strony DW;l siła działa na bg; w obliczeniach przyjmuje się najmniejszą wartość tej siły
odpowiadająca kątowi tarcia fi=0
tg(fi)  tangens kąta tarcia wewnętrznego gruntu; gdy płaszczyzna poślizgu przyj eta jest na styku fundamentu z
podłożem, w miejsce tg(fi) występuje współczynnik tarcia f między fundamentem a podłożem;
C  spójność gruntu (kohezja w kPa, c d"60kPa
F  rzut poziomy powierzchni poślizgu
np  współczynnik pewności na przesunięcie, wartość przyjmuje się w zależności od klasy budowli i układu
obciążeń (rozporządzenie& )
Siły utrzymujące (stabilizujące
Siły tarcia (G-W)*tg($) lub (G-W)*f
Odpór gruntu Ebd
Siły spójności F*C
Są to tak zwane siły bierne  pojawiają się, gdy następuje przesunięcie
Siły przesuwające (destabilizujące)
Parcie poziome wody
Parcie czynne gruntu
Są to tzw. Siły czynne tj. działające niezależnie od równowagi.
Stateczność na przesunięcie (poślizg) sprawdza się dla betonowych budowli piętrzących posadowionych na
podłożu nieskalnym oraz skalnym
W przypadku gdy płaszczyzna poślizgu przebiega na styku fundamentu z podłożem, w miejsce tg(fi) wprowadza
się współczynnik tarcia f między fundamentem a podłoże. W tym przypadku
C=0
Ebd=0
Ecg=Ecd
Wskaz
nik pewności:
(G W)* f
n
Pg Pd
f  współczynnik tarcia betonu o grunt podłoża; zależy od rodzaju gruntu
Rozporządzenia& z dnia 20 grudnia 1997 Paragraf 48
Współczynnik pewności łn dla klasy budowli
Układy obciążeń
I II III IV
Podstawowy 1,3 1,2 1,15 1,1
Wyjątkowy 1,1 1,1 1,05 1,05
Rozporządzenia& z dnia 20 kwietnia 2007r.
Paragraf 34. 1. Dla sprawdzenia warunków stateczności według I stanu granicznego nośności budowli
hydrotechnicznej, z wyjątkiem skarp budowli hydrotechnicznych ziemnych i zboczy, stosuje się zależność:
łn*Edestd"m*Estab
Czyli łnd"m*(Estab/Edest)
łn  współczynnik konsekwencji zniszczenia
m  współczynnik korekcyjny
Wykład 8 (21.03.2012)
Rozporządzenia& z dnia 20 kwietnia 2007r.
Estab  oznacza obliczeniowe oddziaływania stabilizujące, którymi ssą:
Obliczeniowy opór graniczny podłoża gruntowego
Suma rzutów na płaszczyznę poślizgu wszystkich sił od obciążeń obliczeniowych przeciwdziałających
przesunięciu, wyznaczonych z uwzględnieniem obliczeniowych wartości parametrów geotechnicznych
Moment wszystkich sił obliczeniowych przeciwdziałających obrotowi
Składowa pionowa obciążeń obliczeniowych w poziomie posadowienia przy sprawdzani stateczności na
wypłynięcie.
Edest  oznacza obliczeniowe oddziaływania destabilizujące, którymi są odpowiednio:
Obciążenia przekazywane przez fundamenty na podłoże gruntowe
Składowa styczna wszystkich obciążeń obliczeniowych mogących spowodować przesunięcia budowli
hydrotechnicznej w płaszczyz
nie poślizgu
Momenty wszystkich sił obliczeniowych mogących spowodować obrót
Składowa pionowa wartości obliczeniowej wyporu w poziomie posadowienia przy sprawdzaniu
stateczności na wypłynięcie
łn*Edestd"m*Estab
2. Zależność określoną w ust. 1 stosuje się przy sprawdzaniu nośności podłoża gruntowego budowli
hydrotechnicznej, poślizgu budowli hydrotechnicznej po podłożu lub w podłożu, obrotu budowli
hydrotechnicznej oraz jej wypłynięcie.
3. Wartość obliczeniową obciążeń, kombinację podstawową i wyjątkową obciążeń oraz wartości
obliczeniowe parametrów wytrzymałościowych podłoża gruntowego, obliczeniowy opór graniczny
podłoża i wartości współczynnika korekcyjnego ustala się w oparciu o Polskie Normy dotyczące tych
wartości.
4. Współczynnik konsekwencji zniszczenia budowli hydrotechnicznej określa załącznik nr 3 do
rozporządzenia, z wyłączeniem budowli hydrotechnicznych na rzekach granicznych, dla których wartość
współczynnika konsekwencji zniszczenia ustala się indywidualnie dla każde budowli, w uzgodnieniu z
odpowiednimi służbami państwa sąsiedniego. Współczynnik konsekwencji zniszczenia budowli
hydrotechnicznej na wodach granicznych nie może być mniejszy niż podany w załączniku nr 3 do
rozporządzenia
Załącznik nr 3.  Współczynniki konsekwencji zniszczenia budowli hydrotechnicznej (z wyączeniem skar p i zboczy)
Dla klasy budowli Współczynnik konsekwencji zniszczenia budowli hydrotechnicznej łn
I II III IV
Podstawowy 1,20 1,15 1,10 1,05
układ obciążeń
Wyjątkowy układ 1,15 1,10 1,05 1,00
obciążeń
Możliwości poprawienia stateczności na przesunięcie
1.Zwiększenie ciężaru progu
Kształt progu w pierwszym przypadku jest mniej korzystny pod względem hydraulicznym niż w dwu pozostałych.
Na poszerzoną część progu działa wypór zmniejszając uzyskany poszerzeniem efekt.
2.Zmniejszenie siły wyporu
Sposoby zmniejszenia siły wyporu mogą być następujące:
Wydłużenie fartucha poziomego
Wydłużenie ścianki szczelnej od strony GW
Dodatkowa ścianka szczelna od strony GW, np. na początku fartucha
Usunięcie ścianki szczelnej od strony DW.
Usunięcie ścianki szczelnej od strony DW
Ścianka szczelna od strony dolnej wody, utrudniając odpływ wody gruntowej, powoduje zwiększenie siły wyporu.
Konieczność jej zastosowania wynika z zabezpieczenia jazu przed możliwością powstania przebicia
hydraulicznego. Stąd zazwyczaj dolna ścianka szczelna jest krótsza aniżeli ścianka szczelna od górnej wody. Jeżeli
usuwa się dolną ściankę szczelną, to należy zabezpieczyć się w inny sposób przed zjawiskiem przebicia
hydraulicznego, np. poprzez odpowiednie drenaże.
Drenaż w korpusie zapory i w płycie wypadowej
Drenaż powoduje obniżenia ciśnienia wody filtracyjnej.
Drenaż w korpusie jazu składa się z galerii drenażowej, która łączy się z gruntem poprzez rury zaopatrzone w
filtry. Woda z galerii drenażowej odprowadzana jest do stanowiska dolnego, co sprawia, że ciśnienie w tym
miejscu spada do poziomu dolnej wody (DW)
W płycie wypadowej wykonuje się studzienki drenażowe wypełnione kamieniem z filtrem odwrotnym od strony
gruntu podłoża.
Założenie drenażu skraca drogę filtracji, stąd konieczność jej wydłużenia od strony górnej wody (GW)
Wadą drenażu jest to, że z czasem może ulec kolmatacji, Powoduje to, że woda nie dopływa do drenażu, nie
wystąpi więc obniżenie ciśnienia.
Z czasem warunki użytkowania budowli ulegają pogorszeniu.
3. Nachylenie podstawy fundamentu w stronę GW
Poprzez nachylenie płaszczyzny poślizgu uzyskuje si e korzystny rozkład sił. Siły działające na udowlę należy
rozłożyć na składowe styczne i prostopadłe do płaszczyzny poślizgu
4. Zazębienie fundamentu
Ten sposób ma znaczenie w przypadku występowania w podłożu gruntów spoistych; uwzględnia się dodatkowo
siłę spójności gruntu
Stateczność na wypłynięcie
W przypadku gdy obciążenia pionowe niewiele przewyższają siłę wyporu sprawdza się stateczność na wypłynięcie.
Wyznacza się w tym celu wskaz
nik pewności na wypłynięcie k. Jest to stosunek sumy obciążeń pionowych
skierowanych ku dołowi G (ciężar) i siły wyporu W.
G/W=k e" kp
Wartości współczynnika kp podaje Rozporządzenie. Dla wszystkich klas budowli współczynnik
kp=1,10 ą� podstawowy układ obciążeń
kp=1,05 ą� Wyjątkowy układ obciążeń
G/We"kp
Stateczność na wywrócenie (obrót)
Stateczność ta należy sprawdzać w przypadku posadowienia budowli na podłożu skalnym:
MU
A
m mp
MW
A
ŁMAU  suma momentów utrzymujących obliczona względem krawędzi odpowietrznej fundamentu A
ŁMAW  suma momentów wywracających obliczona względem krawędzi odpowietrznej fundamentu A
ŁMAU=G*g
ŁMAW=P*p+W*w
Metoda stanów granicznych oceny stateczności budowli piętrzących
Rozporządzenie& z dnia 2 kwietnia 2007r.
Dział III
Ocena stateczności budowli hydrotechnicznych
Paragraf 29. Obliczanie stateczności i nośności budowli hydrotechnicznych wykonuje si ę według metod
określonych w Polskich Normach dotyczących tych obliczeń
Wymiarowanie konstrukcji należy przeprowadzić metodą stanów granicznych (wg PN-76/B-03001), rozróżniając:
Stany graniczne nośności (i obciążenia obliczeniowe)
Stany graniczne użytkowania (i obciążenia charakterystyczne)
Przy wymiarowaniu konstrukcji należy wykazać, że we wszystkich możliwych do przewidzenia przypadkach
projektowych, w fazach realizacji i eksploatacji spełnione są warunki nośności i stateczności konstrukcji
Stanem granicznym nazywamy stan po osiągnięciu którego uważa się, że konstrukcja lub jej element zagraża
bezpieczeństwu lub przestaje spełniać określone wymagania użytkowe.
Stan graniczny nośności  wartość sił wewnętrznych wywołanych działaniem obciążeń obliczeniowych nie jest
większa od nośności konstrukcji lub podłoża wyznaczonej dla obliczeniowych wytrzymałości lub innych
obliczeniowych cech mechanicznych materiałów i obliczeniowych parametrów geofizycznych podłoża gruntowego
Ogólna postać : warunek skute cz.:
łn * Edest m * Estab
Sprawdzenie naprężeń wykonuje się dla 2 schematów obciążeń:
1. Stanu budowlanego, działa ciężar własny budowli
2. Stan eksploatacyjnym przy maksymalnym piętrzeniu (w obliczeniach pomija się siłę wyporu, jako
zmniejszającą naprężenia).
Stan budowlany
Naprężenie jest równe
�=N/AąM/W
N  siły normalne
M  moment względem punktu O (środek fundamentu)
A  pole powierzchni przekroju A=B*L
W  wskaz
nik wytrzymałości W=L*B2/6
Wykład 9 (28.03.2012)
Dla stanu budowlanego:
Siła normalna N =G
Moment wzgl. Punktu 0:
M =-G*e e=y-(1/2)*B
Naprężenia w punktach skrajnych fundamentu:
� 6 * e
�'1 1
B B
� 6 * e
�'2 1
B B
1. Stan eksploatacyjny
Naprężenie jest równe
=N/AąM/W
Dla stanu eksploatacyjnego:
N =G  siła normalna
Moment wzgl. Punktu 0:
M =P*p-G*e e=g-(1/2)*B
Naprężenia w punktach skrajnych:
P * p
�' '1 �'1 6 *
B2
P * p
�''2 �'2 6 *
B2
Wyznaczone naprężenia muszą spełniać 2 warunki:
1. największe naprężenia � lub �  powinno być mniejsze od �dop dla danego gruntu
� d" �dop lub �  d" �dop
1 2
2. najmniejsze naprężenia pod fundamentem w stanie eksploatacyjnym � powinny być większe od
1
ciśnienia wyporu:
�1  e" PA lub �2  >P2
Spełnienie powyższego warunku zapewnia docisk między korpusem a podłożem. Jeżeli powyższy warunek nie jest
spełniony to stosuje się środki zmniejszające wypór.
P2  z wykresu ciśnień na obrys podziemny budowli
Dla stanu eksploatacyjnego z uwzględnieniem wyporu:
Siła normalna: N =G-W
Moment względem punktu 0: M  =P*p-G-e+W*e
e=g-(1/2)*B
e =W-(1/2)*B
Wykres naprężeń będzie w postaci trójkąta. Obliczamy mimośród siły normalnej x=M  /N 
Mimośród x określa położenie środka ciężkości ". Znając x można obliczyć odległość z od skraju fundamentu.
z=(B/2)  x
największe naprężenia normalne wyznaczamy z zależności:
2 N"'
N  =(1/2)*3z*1  ą� 1  * �dop
3 z
Rozwiązania konstrukcyjne jazów
1. Jazy dzielą się na ( ze względu na rodzaj konstrukcji):
Jazy z filtrami wolnostojącymi, ( prefabrykowane)
a)
całkowita siła parcia wody jest przekazywana na filary.
Stosuje się gdy:
Podłoże jest wytrzymałe ( grunt skalisty lub żwir)
Lub gdy spodziewane jest równomierne osiadanie konstrukcji
Stosuje się w takich jazach jak: klapowe, sektorowe, w których obciążenia z zamknięciu przenoszone
są na próg jazu.
Ad.a) Charakterystyka ( w porównaniu z konstrukcją d0kową)
- duże zużycie betonu
- mniejsze zużycie stali
-konieczność zamknięcia dużej liczby szwów eksploatacyjnych
Jazy o konstrukcji dokowej ( powstaje na placu bodowy)
b)
ad.b) Dodatkowe przęsło jazu składa się z progu połączonego sztywno z filarem. Konstrukcja dekowa może być
wykonana w ten sposób, że:
-całość budowli ( płyta, filar i przyczółki) tworzą jedną całość.
Rozwiązanie to stosuje się gdy:
Całkowita szerokość nie jest zbyt duża, 20-30m
Gdy nie występują różne warunki gruntowe pod poszczególnymi przęsłami
Gdy warunki nie są spełnione stosuje się konstrukcję składającą się z szeregu doków:
W rozwiązaniu tym filtr składa się z 2 przyległych do siebie ścian sąsiednich doków.
W konstrukcji dokowej obciążenie podłoża nie jest równomierne. Występuje ciągłe obciążenie od progu i siły
skupione od filarków, powoduje to powstanie momentów zginających i konieczność zbrojenia płyty progu jazu.
Konstrukcja dokowa mniejsza naprężenia w gruncie, co jest korzystne w gruntach słabych.
2. Progi jazowe
Kształt progu ( korpusu) zależy od położenia progu ponad dnem rzeki. Występują 2 przypadki:
a) Rzędna progu odpowiada lub jest nieco wyższa od rzędnej dna rzeki  tzw. Próg niski
b) Rzędna korony progu jest znacznie wyższa od rzędnej dna rzeki  próg wysoki
Jaz z progiem niskim
W tym przypadku stosuje się progi o profilu trapezowym lub prostokątnym, rzadziej o profilu krzywoliniowym.
Krawędzie progu mogą być ścięte lub zaokrąglone.
Wykład 10 (4.04.2012)
Jaz z progiem wysokim
W tym przypadku próg projektowany jest jako krzywoliniowy.
Główną część profilu stanowi odcinek CC0D.
Rozpowszechnianie się tych przelewów związana jest z dużym współczynnikiem wydatku; kształt przelewu
dostosowany jest do kształtu strumienia przelewającej się wody
Przelewy krzywoliniowe
Istnieje wiele przelewów krzywoliniowych. W polskiej praktyce stosowany jest profil zwany w literaturze rosyjskiej
profilem Creagera-Oficerowa. Profil ten jest modyfikacją tzw. Profilu Creagera I.
2
Profil Creagera I powstał przy założeniu, że profil przelewu wyznaczają rzędne nieznacznie wyższe niż te, na
których układa się dolna krawędz
swobodnego strumienia. Przyjęcie tego założenia zapewnia, że na przelewie nie
powstaje podciśnienie.
Dopuszczenie na profilu krzywoliniowym zbyt dużych podciśnień może spowodować oderwnie się strumienia od
powierzchni przelewu.
Prowadzi to do powstają zjawiska kawitacji, które może doprowadzić do tzw. Korozji kawitacyjnej betonu.
Kawitacją nazywa się zjawisko wzrostu pęcherzyków pary lub gazu rozpuszczonego w wodzie w wyniku lokalnego
obniżenia ciśnienia do ciśnienia (wrzenia) parowania. Im większe podciśnienie tym niższa temperatura wrzenia
P/�g[m] 10,3 0,75
T 0C 100 40
Pęcherzyki pary powstałe w obszarze niskiego ciśnienia zanikają (implodują) w sposób nagły po ich przesunięciu
do strefy wyższego ciśnienia. Jeśli zanikanie pęcherzyków zachodzi przy ścianie, to towarzyszące zanikaniu
uderzenie cieczy o ściankę powoduje niszczenie materiału (korozja kawitacyjna).
Kawitacja powstaje przy dużych prędkościach przepływu wody.
Współrzędne profilów krzywoliniowych podawane są w tablicach lub w postaci równań. Ogólna postać równania:
n
y x
k *
H0 H0
ąV02
H0 H
2g
Gdzie H0  wysokość warstwy wody na przelewie przyjęta do wyznaczenia profilu
n, k  stałe współczynniki.
Zaleca się przyjmowanie H0=0,75H0max
Przy doborze H0 do obliczeń profilu należy mieć na uwadze, że:
Przy wysokości warstwy na przelewie <0,75H0max ciśnienie na profilu przelewu będzie stale wyższe od
atmosferycznego
Przy warstwie >0,75H0max powstaje strefa podciśnienia mniejszego od atmosferycznego.
Wystąpienie podciśnienia (profil Creagera II) wpływa korzystnie na zwiększenie współczynnika wydatku.
Filary jazów zasuwowych
Filary służą do umieszczenia zamknięć. Parcie wody działające na zamknięcie przenosi się na filary.
Wymiary filaru w planie:
?
?1 ?2
B - szerokość filaru
e - szerokość wnęki
  długość wnęki
a - Odstęp między wnękami
Szerokość filaru:
Przy małych zasuwach poruszających się ślizgowo przyjmuje się
o b=0,3-0,4m
przy większych zasuwach posiadających koła toczące się po szynach
o b=0,6-1,0m
szerokość wnęki na zamknięcia główne e można wyznaczyć z zależności:
o bmin=3,5e
szerokości wnęk na zamknięcia remontowe e1 i e2 przyjmuje się mniejsze od e (e1,e2Długości wnęk na zamknięcia główne:
przy zasuwach ślizgowych:
o =0,18-0,32m
przy zasuwach na kołach:
o =0,5-0,6m
długości wnęk na zamknięcia remontowe:
o 1, 2 = 0,12-0,20m < 
Odstęp a1 powinien być tak przyjęty, aby po założeniu zamknięć remontowych pozostało między nimi a
zamknięciem głównym, wolny odstęp 1,0-,2m, umożliwiający prowadzenie robót remontowych.
Odstęp a2 daje się większy, tak aby po założeniu zamknięć remontowych od DW można było prowadzić na
możliwie długim odcinku płyty.
Filary od stronny GW zakończone są najczęściej łukiem kołowym. Od strony DW filar może być prowadzony w
pełnej grubości lub grubość ta może by ć stopniowo zmniejszana. Jako zakończenie filaru stosuje się łuki półkoliste
lub ostrołuki.
Wysokość filarów i przyczółków
Rozporządzenia& z dnia 20 kwietnia 2007r. Dział V  Bezpieczne wzniesienie budowli hydrotechnicznych ponad
poziomy wód i przepuszczanie wód, Rozdział 2  Bezpieczne wzniesienie korony stałych budowli
hydrotechnicznych
Paragraf 52 mówi:  Bezpieczne wzniesienie korony stałych budowli hydrotechnicznych nie może być mniejsze niż
określone w załączniku nr 6 do rozporządzenia.
Klasa I II III IV
a [m] 1,5 1,0 0,7 0,5
b [m] 1,0 0,7 0,5 0,5
Przyczółki
Klasa I II III IV
a [m] 1,5 1,0 0,7 0,5
b [m] 1,0 0,7 0,5 0,5
Przyczółki jazów zasuwowych  ten sam załącznik
Przyczółki stanowią ograniczenie jazu od strony naturalnego brzegu lub nasypu (zapory ziemnej) od brzegu
Częścią charakterystyczną są skrzydła górne i dolne. Wyróżnia się skrzydła:
1. Prostopadłe
2. Ukośne
Skrzydła prostopadłe- niekorzystne pod względem hydraulicznym tworzą się wiry na skarpach prowadzące do
rozmyć.
Skrzydła ukośne- są korzystniejsze ze względu na zawirowania, układ skrzydeł tym lepszy im mniejszy kąt ą, lecz
rośnie wtedy długość skrzydeł. Dlatego praktycznie: 300d" ą d"4
30
W przekroju poprzecznym przyczółek ma przekrój murów oporowych
Geometria:
Szerokość w koronie: b=(1/2-2/3)*f (f-szerokość filarów)
Ściana od strony jazu jest pionowa
Ściana od strony gruntu jest pionowa dla małych jazów, dla większych o nachyleniu 4:1-2,5:1
Wokół przyczółków występuje filtracja wody gruntowej ze stanowiska górnego do dolnego, wywołana spiętrzenie
wody. Przepływ ma charakter przestrzenny ze swobodnym zwierciadłem wody.
W praktyce można ograniczyć się do rozwiązania filtracji płaskiej w płaszczyz
nie poziomej tj. filtracji w której
rozpatruje się dwie składowe prędkości vx, vy. Długość drogi filtracji  metoda Bligha i Lane a.
Fartuchy poziome
Fartuch z gliny - Stosuje się przy piętrzeniach do 15m. Współczynnik filtracji gruntu stosowanego na fartuchy
"H
wynosi ok 0-6 cm/s. Grubość fartucha wyznacza się ze związku: d
Idop
Gdzie "H  różnica wysokości ciśnień piezometrycznych z góry i dołu fartucha
Idop  gradient dopuszczalny, dla glin Idop=6-8.
Pod fartuchem wykonuje się filtr odwrotny o grubości 15-20cm, a ponad nim umocnienie w postaci płyt
betonowych.
Starannie musi być wykonany styk fartucha z budowlą, szczelina o szerokości 1cm powoduje całkowitą
niesprawność fartucha jako zabezpieczania przeciwfiltracyjnego.
Fartuch z płyt betonowych i żelbetowych - stosuje się przy piętrzeniach powyżej 10m. Grubość płyt wyznacza się
biorąc pod uwagę gradienty dopuszczalne. Orientacyjnie ich wartość wynosi Idop=20-30.
Styki płyt zabezpiecza się przed filtracją wody taśmami uszczelniającymi.
Wykład 11 (11.04.2012)
Ścianki szczelne
Stalowe ścianki szczelne stosuje się przy głębokościach od 5-6m do 20-25m, najczęściej przy głębokościach 10-
15m. Minimalna długość ścianki szczelnej wynosi 5m.
Ścianki są wwibrowywane ( element hydrauliczny na dz
wigu)
Drewniane ścianki szczelne stosuje się przy głębokości od 5-6m, przy czym minimalna długość drewnianej ścianki
szczelnej wynosi 2,5m
Połączenie ścianki szczelnej z budowlą
Minimalna długość przylegania ścianek szczelnych do płyty jazowej wynosi 0,5m. Ścianki dodatkowo są
zakotwione.
Płyta wypadowa
Ze względu na bardzo częste wykonanie niecki, płyta wypadowa jest zagłębiona poniżej dna cieku. Dlatego też
płytę wypadową ogranicza się progiem dolnym o kształtach: prostokątnym lub trapezowym.
W celu rozbicia strumienia na szereg strug zakończenie płyt wykonuje się w postaci zębów. Wyróżnia się:
Zęby proste
Progi zębate Rehbocka
 Próg zębaty przemieszcza strefy dużych prędkości ku powierzchni strumienia. Prowadzi to do zmniejszenia
rozmycia za niecką. W szczególności, w przypadku progu zębatego Rehbocka, wskutek różnej wysokości zębów,
tworzą się jakby dwie wiązki strug.
Progi zębate nie mają jednak większego wpływu na głębokość i długość niecki wypadowej.
Na początku niecki wypadowej mogą być zastosowane rozdzielacze strumienia, deflektorów.
Działanie tych urządzeń polega na tym, że:
Powodują zwiększenie pierwszej głębokości sprzężonej h1 w zwężonym przekroju na wlocie
Prowadzi to do zmniejszenia prędkości v1 oraz głębokości sprzężonej h2
W efekcie prowadzi do zmniejszenia głębokości niecki
Badania modelowe przeprowadzone nad działaniem rozdzielaczy strumienia wykazały, że ich zastosowanie
pozwala zmniejszy ć głębokość niecki o ok. 10%.
W obrębie niecki wypadowej często ustawa się elementy do rozbijania strumienia tzw. Szykany.
Szykany mają kształt zbliżony do profilu trapezowego. Wysokość ich może dochodzić do 2-3m.
Szykany z pionową ścianą przednią dają większą siłę reakcyjną.
Szykany ustawiane są w 1, 2 lub 3 rzędach w szachownicę.
Przy zastosowaniu szykan:
Można zmniejszyć wymiary niecki, jej głębokość i długość
Ponadto powodują wzrost obciążenia wodą płyty wypadowej
Ilościowe określenie oddziaływania szykan może być ustalone na podstawie badań modelowych.
Badania wykazują, że głębokość niecki można zmniejszyć o ok. 10-15% w zakresie licz Frodue a Fr=2-10 ( ruch
rwący). Szykany powodują zmniejszenie głębokości rozmycia za niecką . Większe efekty uzyskuje się stosując
jednocześnie szykany i rozdzielacze strumienia; zmniejszenie niecki, jej głębokości może dojść do ok. 33%.
Kształty szykan oraz duże prędkości przepływu sprawiają, że podczas przepływu wody powstają podciśnienia,
zwłaszcza od strony DW. Są to warunki, które prowadzą do powstania korozji kawitacyjnej betonu. Środki
przeciwdziałające:
Zastosowanie do budowy szykan betonu bardziej odpornego na korozję
Okucia stalowe krawędzi
Wykładziny z blachy stalowej
Ubezpieczenie dna poniżej budowli
Wymagania, jakie muszą spełniać ubezpieczenia są następujące:
1. Wymiary i ciężar elementów ubezpieczenia powinny być takie, by nie wystąpiło ich przesunięcie pod
działaniem wody. Prędkość wody jest największa w pobliżu budowli, dlatego początkowe części
umocnienia muszą być silniejsze od dalszych.
2. Powierzchnia umocnienia powinna być szorstka  powoduje to zmniejszenia prędkości przy dnie
3. Powinno się zapewnić łagodne rozszerzenie strumienia  nie powstają wtedy zawirowania
4. Ubezpieczenie powinno być wodoprzepuszczalne  by nie powstało ciśnienie filtracyjne
5. Powinno być układane na filtrze odwrotnym (piasek, żwir, geowłóknina)  zapobiega się w ten sposób
powstania zjawiska sufozji.
Rodzaje umocnień
a) Płyty betonowe
Wymiary płyt w poziomie wynoszą od 0,5x0,5m do 5,0x5,0m, grubość płyt; od 0,20m do ,1,0m
Płyty mogą być wykonywane jako prefabrykowane  wtedy ich wymiary uzależnione są od udz
wigu urządzeń do
transportu i układania.
Przy układaniu płyt należy unikać długich wtyków zgodnych z kierunkiem przepływu wody (układamy zawsze w
poprzek a nie wzdłuż)
b) Bloki Ehlersa
Wykonywane są w kształcie sześcianów foremnych. Górna powierzchnia ma kształt wypukłej czaszy. Wykonywane
są z kruszywa bazaltowego.
A=20-30 cm h=(1-1,5)a
c) Trylinka
d) Pustobety( układane na filtrze odwrotnym)
e) Dyble
Beton hydrotechniczny B20, M100, W-4 Masa 38kg
Umocnienia skarp i dna cieków wodnych
f) Płyty ażurowe ( z otworami)
Płyta ażurowa Krata K-10
Wymiary: 90cmx60cmx10cm; Beton hydrotechniczny B20; przeznaczenie: umocnienie skarp, nasypów i dna
cieków wodnych.
Płyta ażurowa Meba
Wymiary: 60cmx40cmx10cm; stosowane często w drogownictwie
Płyta wielootworowa JUMBA
Wymiary: 100cmx75cmx12cm
g) Narzuty kamienne
Są proste w wykonaniu, lecz łatwo przemieszczane przez wodę. Narzuty można wzmocnić stosując pale wbijane w
szachownicę lub płotki faszynowe.
Ubezpieczenia z kamienia w koszach z siatki metalowej  gabiony.
Gabiony  z siatki polimerowej, z siatki stalowej, splatanej, geo& ????
(żwir, tłuczeń, pospółka)
Narzut kamienny murowy  rzeki górskie
h) Materace faszynowe
Maksymalne głębokości rozmycia
Wielkością, która charakteryzuje dopuszczalne głębokości rozmycia jest kąt � (teta) między pierwotnym dnem a
linią prostą łączącą koniec wypadu i dno wyboju
Zwykle przyjmuje się ctg�e"2-14
Aby określić długość umocnienia na podstawie kąta � należy wyznaczyć:
hmax  maksymalną głębokość rozmycia
l  odległość poziomą najniżej położonego punktu wyboju od końca umocnienia.
Odległość l wg Tarajmowica można określić z zależności:
L=12,75*hmax0,5
Powyższa zależność została ustalona na podstawie analizy głębokości rozmyć w naturalnych warunkach.
Wykład 12 (18.04.2012)
Maksymalne głębokości rozmycia c.d.
Jedną z zależności do obliczania głębokości hmax jest podany przez Rossinskiego. Wyprowadzenie wzoru oparte
jest na założeniu, że proces rozmycia kończy się, gdy wybój osiągnie wymiary, przy których średnia prędkość
przepływu będzie równa prędkości nierozmywającej:
vn=q/t ą� t=q/vn
Gdzie:
vn  prędkość nierozmywająca
q  jednostkowe natężenie przepływu
t  głębokość wyboju
q/t  średnia prędkość przepływu
Następnie przyjmuje się, że:
vn=vn1*t0,2
Gdzie vn1  prędkość nierozmywająca przy głębokości wody 1m
Po podstawieniu do wzoru wyjściowego mamy:
q
1,2
t=q/(vn1*t0,2) ą� t
Vn1
We wzorze tym uwzględnia się wzmożoną burzliwość strumienia przez wprowadzenie współczynnika k1.
Ostateczna postać wzoru jest:
q
t k1 *1,2
Vn1
Wartości współczynnika k1 uwzględniającego wzmożoną burzliwość strumienia poniżej budowli należy
przyjmować:
k1=1,7 gdy umocnienie poniżej wypadu założone jest na poziomie dna dolnego stanowiska i zakończone
ścianką szczelną, palisadą lub pionowym elementem zabezpieczającym.
k1=1,05 jeżeli za wypadem jest rów poprzeczny (tzw. Wybój przygotowany) o głębokości rozmycia równej
przewidywanej głębokości rozmycia i górna skarpa rowu o nachyleniu co najwyżej 1:4 chroniona na całej
wysokości umocnienia podparty u stopy przez wypełniający dolną część wykopu narzut kamienny.
Wielkość q występująca we wzorze jest wielkością maksymalną, która może wystąpić przy otwartych światłach
upustu.
Maksymalna głębokośc rozmycia:
q
hmax t h0 k1 *1,2 h0
Vn1
(rys 1 z umocnienia.pdf, przy czym t=h0+hmax (zamiast t na rysunku jest h0)
hmax=t-h0=k1* pierwiastek stopnia 1,2(q/vn1)  h0
Mając hmax i l można wyznaczyć długość ubezpieczenia L by spełniony był warunek o kącie �:
ctg�=(L+l)/hmax ą� L=hmax*ctg�-l
Długość ubezpieczeń ustala się na podstawie:
obliczeń wybranymi wzorami
wyników badań modelowych
danych z praktyki, pochodzących z obserwacji analogicznych budowli
Długość ubezpieczeń
Przyjmuje się, że w bezpiecznym rozwiązaniu długość L umocnień powinna na ogół spełniać następujące warunki:
1. Lw < L d" 2Lw
Lw  długość wypadu równa sumie długości spadania strumienia i długości odskoku hydraulicznego;
Powyższej zależności nie stosuje się gdy wypad jest skrócony wskutek zastosowania szykan.
2. 15hkr d" L d" 25hkr
hkr  głębokość krytyczna obliczona dla jednostkowego natężenia przepływu w świetle budowli
3. 8h0 d" L d" 12h0
h0  głębokość dolnej wody
Powyższa zależność nie jest stosowana gdy głębokość dolnej wody jest duża tj. gdy stopień zatopienia
odskoku jest duży (n e" 1,15-1,20)
Wybój, ubezpieczenie wyboju
Poniżej ubezpieczenia budowli w dolnym stanowisku może dojść do powstania wyboju gdy w podłożu występują
grunty łatwo rozmywalne.
Zabezpieczenie można wykonać następująco:
Za ubezpieczeniem dna z płyt wykonuje się ubezpieczenie z materaca faszynowego, który łatwo
dostosowuje się do kształtu rozmycia
Zastosowanie na końcu umocnienia głębokiej ścianki szczelnej
Sztuczne pogłębienie za wypadem (wybój przygotowany); Pogłębienie wykonuje się o głębokości
mniejszej od spodziewanego rozmycia.
Często przyczyną uszkodzenia stanowiska dolnego budowli jest niewłaściwa eksploatacja. Niewłaściwe
manewrowanie zamknięciami polegające na ich nierównym otwieraniu powoduje:
Koncentrację przepływu na małych szerokościach
Powstanie zawirowań
Zarówno wzrost prędkości jak też zawirowania powodują znaczne rozmycie dna.
Ubezpieczenie dna powyżej jazu
1. W przypadku kiedy występuje fartuch iłowy, ubezpieczenie ma na celu jego ochronę  zabezpiecza
warunki filtracyjne jakie były założone przy projektowaniu. Stosuje się płyty betonowe.
2. Przy jazach o wysokim progu rozmycia nie powstają, stąd ubezpieczenie jest zbyteczne, za wyjątkiem
przypadku gdy zastosowany jest fartuch iłowy, jako zabezpieczenie przeciwfiltracyjne.
3. Przy jazach o niskim progu prędkości przepływu sa duże, szczególnie duże prędkości występują przy
filarach. Stąd często przy dużych jazach stosuje się wysunięcie ubezpieczenia w górne stanowisko.
Zastawki
Zastawkami nazywa się małe jazy stosowane na rowach nawadniających i odwadniających oraz niewielkich
ciekach.
Zastawki służą do spiętrzenia wody na stosunkowo krótki okres, w którym prowadzi się nawodnienia. W Polsce za
zastawki uważa się jaz o świetle do 1,5m.
Zastawka piętrząca, mała budowla melioracyjna piętrząca wodę w korycie np. rowu melioracyjnego, zaopatrzona
w zasuwę; służy do regulowania poziomu wody w cieku na terenach nawadnianych podsiąkowo.
Konstrukcja zastawki jest podobna, po uproszczeniach, do konstrukcji jazów
Część stała (betonowa)
Część ruchoma (zsuwa stalowa lub drewniana)
Wykład 13 (25.04.2012)
Zastawki przenośne
Zastawka (zamknięcie) wykonane jest z blachy wpuszczanej w wycięcia (wnęki) umocnień betonowych kanału.
Wnęki mogą być wzmocnione ceownikami lub kątownikami. Nie wymagają urządzeń wyciągowych, zakłada się je i
wyjmuje ręcznie.
Wykonanie wnęk w skosach umocnień jest kłopotliwe. Uciążliwe jest również usuwanie namułów i zanieczyszczeń
z wnęk. Dlatego też stosuje się zastawki bez wnęk.
Są one (zamknięcia) wtedy wykonane jako ukośne, ustawione pod kątem 400-500 do poziomu. Zastawi ukośne
stosuje się w kanałach o przekroju trapezowym lub trójkątnym umocnionych płytami betonowymi. Uszczelnienie
wykonuje się z paska gumy lub filcu o grubości 5-8mm.
Zastawki utrzymują się dzięki tarciu w miejscu styku z okładziną kanału.
Długość umocnionego dna, przy wysokościach piętrzenia do 0,8m powinna wynosić 4-5m na gruntach
piaszczystych oraz 2-3m gruntach słabiej przepuszczalnych.
Zastawka przenośne  trojkątne
Zastawki stałe
Zastawki stałe buduje się jako konstrukcje monolityczne z betonu i żelbetu lub jako złożone z elementów
prefabrykowanych.
Stosuje się również rozwiązania typowe zastawek stałych, które najczęściej mają wymiary:
Światło 60-150cm
Wysokość piętrzenia 60-120cm
Najmniejsza zastawka z elementów gotowych składa się z:
Ściany żelbetowej z wyciętym otworem prostokątnym i wnękami na zasuwę z blachy stalowej o grubości
3,0mm. Ściana ta zagłębiona jest w dno i skarpy, stanowiąc w ten sposób zabezpieczenie
przeciwfiltracyjne dla przepływu pod zastawką i wokół przyczółków.
- Zastawka z elementów prefabrykowanych
- Zastawka o konstrukcji dokowej
- Zastawki z małych bloków betonowych
Zastawka żelbetowa prostokątna Z-3.
1) Przegroda
2) Płyty betonowe na miejscu grubości 8cm
3) Podsypka i pospółka 10 cm
4) Krawężniki 15x50cm
5) Prowadnice z ceownika
6) Zasuwa z blachy o grubości 6mm
7) Kładka drewniana grubości 5cm
W większych zastawkach głównym elementem konstrukcyjnym jest dok zamknięty od góry kładką służbową i
ściętymi ścianami bocznymi.
Dok posadowiony jest na warstwie chudego betonu. W gruncie z chudego betonu formuje się zagłębienie jako
zabezpieczenie przeciwfiltracyjne. Poza tym zabezpieczeniem przeciwfiltracyjnym stanowią trzy krawężniki o
wysokości 50cm, dwa od strony GW, jeden od strony DW.
Mechanizmy wyciągowe
Małe zamknięcia płaskie
Zastawki o konstrukcji drewnianej
Zastawki drewniane wykonuje się z bali drewnianych zwykle o grubości 6-8cm, połączonych za pomocą wpustów.
Konstrukcja może być wzmocniona kątownikami i płaskownikami. Wymiary zastawki drewnianej:
Szerokość: 1,0-1,5m do 2,0m
Wysokość: 0,7-1,25m
W obliczeniu grubości zastawki bierze się pod uwagę ciśnienie panujące na poziomie dolnej krawędzi.
h
Z warunku na naprężenia dopuszczalne na zginanie:
M
� k
W
ql2
gdzie M  maksymalny moment
M
8
1 q2
W  wskaz
nik wytrzymałości W
6
k  naprężenia dopuszczalne k=8MPa
Otrzymuje się:
q 0,003 l h g,l,h ą� [cm]
Z warunku na dopuszczalną strzałkę ugięcia:
5 q l4
f fdop
384 E J
1 q3
J  moment bezwadności przekroju J
12
E  współczynnik sprężystości drewna E=104MPa
1 5 q l4
fdop  dopuszczalna strzałka ugięcia f L fdop ą� q
400 384 E J
otrzymuje się:
3
q 0,0085 l h q,l,h ą�cm
Zastawki o konstrukcji stalowej  typowe
Wykonane są z blachy stalowej o grubości 6mm usztywnionej na krawędziach kątownikami lub ceoownikami.
Wymiary w rozwiązaniach typowych:
Światło: do 4,0m
Wysokość: do 1,2m