VODOHOSPODÁSKÉ KONSTRUKCE

Transkript

1 VYSOKÉ UEÍ TECHICKÉ V BR FAKULTA STAVEBÍ IG. ILOŠ ZICH, Ph.D., IG. LADISLAV KLUSÁEK, CSC., DOC. IG. ILA SEKÁ, CSC., IG. IVAA LAÍKOVÁ, Ph.D. VODOHOSPODÁSKÉ KOSTRUKCE ODUL 0 ÁDRŽE A POTRUBÍ STUDIJÍ OPORY PRO STUDIJÍ PROGRAY S KOBIOVAOU FOROU STUDIA

2 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE 0 iloš Zich, Ladilav Kluáek, ilan Seká, Ivana Laníková, Brno (8) -

3 OBSAH OBSAH Úvod...5. Cíle...5. Požadované znaloti...5. Doba potebná ke tudiu...5. Klíová lova etodický návod na práci textem...5 ádrže rozdlení...7 Pravoúhlé nádrže...8. Kontrukní prvky...8. Zatížení a jeho úinky...9. ízké nádrže...9. Stední nádrže Vyoké nádrže....6 Velkoobahové nádrže....7 Píklad Píklad....9 anipulaní komory...7 Kruhové nádrže - vodojemy...9. Použití a kontrukní upoádání...9. Zatížení a výpoet vnitních il válcových nádrží... 5 Potrubí Zatížení potrubí Rýhové zatížení áypové zatížení ahodilé zatížení Statické ešení a dimenzování Tvarování potrubí Píklad... 6 Závr Shrnutí Studijní prameny (8) -

4

5 ÚVOD Úvod. Cíle V pekládaném modulu CW Vodohopodáké kontrukce bude uvedeno základní ešení betonových vodohopodákých kontrukcí. Vyloženy budou zpoby výpot nádrží, vodojem a potrubí. Výklad bude doplnn píklady ešení tchto kontrukcí. Obah modulu etává z áti obecné, vyvtlující jednotlivé problémy a potupy pro návrh a výpoet tatických úink, a z áti výpotové, kde na jednotlivých píkladech je proveden výpoet konkrétní kontrukce.. Požadované znaloti odul CW navazuje na modul CW pojednávající o kontrukcích žlab a kolektor a dále na základní moduly Prvky betonových kontrukcí, moduly C až C, a Betonové kontrukce I, moduly CS až CS. Pokud tudent nemá dotatené znaloti pedchozí látky, bude e jen tžko orientovat ve vyložené problematice. Vzhledem k tomu, že pi výpotech betonových kontrukcí jou zapotebí i znaloti tavební mechaniky, pružnoti a pevnoti, je nutné e orientovat i v tchto pedmtech. Pi výpotech e použijí i znaloti z geotechniky (zemní tlak na tavební kontrukce). Z matematiky, dekriptivní geometrie, fyziky apod. jou zapotebí bžné znaloti, zíkané tudiem na tední škole.. Doba potebná ke tudiu odul obahuje látku zhruba za tyi týdny emetru. Doba pro natudování jednotlivých oddíl je rzná, závií pedevším na prprav tudenta v pedchozím tudiu na této fakult. Všeobecn eeno, potebná doba pro natudování obnáší cca 0 0 hodin.. Klíová lova ádrž, vodojem, potrubí, beton..5 etodický návod na práci textem Text modulu je teba tudovat potupn, vždy poítat píklady tedy aplikovat teoretické znaloti na praktické ešení kontrukce. Pokud není pílušná át janá, je teba zaít tudovat znovu a prozatím nepokraovat ve tudiu nové látky. - 5 (8) -

6 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE 0-6 (8) -

7 ÁDRŽE - ROZDLEÍ ádrže rozdlení ádrže louží k uchování rzných kapalin. Podle úelu (a druhu kapaliny) e dlí nádrže: - na pitnou a užitkovou vodu, - na kapaliny potravinákého a chemického prmylu, - na ištní vody a plašk, - na zemdlké kapaliny, - na tkavé látky (olej, nafta, benzin). Podle použitého materiálu e dlí nádrže na: - cihelné, - z protého betonu, - ze železobetonu, - z pedpjatého betonu, - ocelové. Podle umítní mohou být nádrže provedeny jako: - nadzemní (založené jen v nezámrzné hloubce, zapuštné áten nebo na celou výšku), - podzemní zaypané, - neené poazené na noné kontrukci (v prmylových závodech), vžové vodojemy. Podle pdoryného tvaru rozeznáváme nádrže: - pravoúhlé, - kruhové, - jiné (mnohoúhelníky apod.). - 7 (8) -

8 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE CW Pravoúhlé nádrže Uplatnní pravoúhlých nádrží je velmi široké, používají e pro všechny druhy kapalin. Výhodou je jednoduché provádní bednní a možnot pravidelného rozmítní podprných prvk pro tropní kontrukci. Krom toho jou proti nádržím válcovým mén citlivé na jednotrann pobící zatížení. ádrže je možno navrhovat jako jedno nebo více komorové, piemž pomr délek tran nemá pekroit hodnotu :. Obr..: Schéma pdoryu nádrží. Kontrukní prvky Kontrukními prvky pravoúhlých nádrží jou tny, dno a tropy. Stny mohou být : a) monolitické: dekové, b) prefabrikované z prvk. dekové opené o konzolové tojky, Dno je vždy monolitické, v provedení: tuhá základová deka (u tlaitelných pd), membránová deka (u málo tlaitelných pd). Strop mže být vytvoen jako: deka kížem vyztužená, hibový trop, trámový trop, prefabrikovaný z dílc. Obr..: Úprava dna u netlaitelných pd - 8 (8) -

9 ÁDRŽE - ROZDLEÍ. Zatížení a jeho úinky Podobn jako u žlab platí i u nádrží (zatropených i nezatropených), že je nutné pooudit jednotlivé kontrukní prvky amotatn na úinky od zeminy pi prázdné nádrži a úinky od nápln pi odkopané nádrži. Zpob výpotu tatických veliin je závilý na tom, zda e jedná o nádrže nízké, tední nebo vyoké, píp. o nádrž velkoobahové.. ízké nádrže Do nádrží nízkých e adí objekty, jejichž výška je znan menší pdoryný a + b rozmr. Pro jejich výšku platí: h. V pípad nízkých nádrží e vtšinou jedná o nezatropené objekty bazény, retenní nádrže, uazovací nádrže apod. a) b) c) h q h h hpv h h q q q q q.h Obr..: Tlaky na tnu nádrže: a), b) pobí zemní tlak, c) pobí kapalina Stny e ve výpotu uvažují jako konzolové deky vetknuté do dna, tj. tatické úinky e poítají tejn jako u tn otevených žlab, obr... Obr..: Úprava výztuže tn v rohu nádrže Výztuž pro zachycení moment ve tn je tvarována tejn jako u tn žlab, prmr, poet ku atd. muí plovat kontrukní požadavky norem pro deky a tny. V rozích ve tyku tn vznikají momenty od vzájemného vetknutí rámového úinku. V dledku tahových naptí vzniká nebezpeí vzniku trhlin. Do roh e tedy vkládají píložky ve vodorovné rovin, obr... Doporuuje e, aby délka píložek byla apo rovna výšce kapaliny h v. Oznaení veliin je tejné jako u žlab, viz modul CW_ - 9 (8) -

10 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE CW. Stední nádrže a + b Jako tední nádrž e uvažují ty objekty, u niž výška tny h. Tyto nádrže mohou být provedeny jako otevené, obr..5,.7a, nebo zatropené. Piemž tropní kontrukce mže být bu prot uložena na tnách obr..6a, obr..7b nebo vetknuta, obr..6b,.7c. ádrž nezatropená U tchto nádrží e tatické úinky poítají jako na dekovém prvku na tech tranách vetknutém a na jedné tran volným okrajem obr..7a, piemž zatížení tny je bu trojúhelníkové - pouze od vodního tlaku nebo lichobžníkové od zemního tlaku a pitížení provozem na povrchu terénu. Ohybové momenty vznikají v obou mrech, ve vertikálním i horizontálním, tj. noná výztuž je ituována do obou mr. a) b) VETKUTÍ Obr..5: Stední nádrž nezatropená Obr..6: Stropní kontrukce: a) kloubov uložená, b) vetknutá a) b) c) Obr..7: Statická chemata tn ádrž zatropená - tropní kontrukce kloubov uložena V tomto pípad e tny poítají jako deky na tech tranách vetknuté a na jedné tran kloubov uložené, obr..7b. Dimenzují a pouzují e na mimotedný tlak, protože krom momentu v obou mrech a vodorovné normálové íly v nich pobí i vilá normálová íla od tíhy tropu a tíhy zeminy. ádrž zatropená - tropní kontrukce vetknutá Stny e poítají jako deky na všech tranách vetknuté, obr..7c. Jou namáhány mimotedným tlakem v obou mrech. - 0 (8) -

11 ÁDRŽE - ROZDLEÍ Ohybové momenty e ve tnách pro daný prbh zatížení a dané uchycení tny a tropu poítají napíklad pomocí metody náhradních noník, viz amotatné moduly CS..5 Vyoké nádrže a + b Jako nádrže vyoké e uvažují ty objekty, kde h >. U tchto nádrží pevládá výška nad pdorynými rozmry a tny tvoí uzavený rám. V oblati vetknutí tny do dna nemže natat volná deformace pdoryného rámu, proto át zatížení zemním tlakem nebo kapalinou penáší vilý mr, tj. vznikají momenty ve vilém mru. Pro vlatní ešení e tny nádrže rozdlí na pruhy o výšce m, zatížené pílušnou velikotí zemního tlaku, repektive tlaku vody, obr..8. Jednotlivé pruhy e eší jako uzavený rám. h a(b) z a+b q q q q q q q q Obr..8: Schéma rozdlení zatížení V horizontálním mru pi zatížení q i bude: Pro a b q i( a + b k ) - moment v rozích, kde ( + k ) ohybových tuhotí tn J b k pedtavuje pomr J a - momenty v polích a qia +, b qib +, tlaková (tahová) íla a qib, b qia. Pro tvercovou nádrž - moment v rozích a b q i a - tlaková (tahová) íla qia,, moment v poli a qia, - (8) -

12 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE CW kde q i je zatížení zemním tlakem (hydrotatickým tlakem vody), obr..9. Ve vertikální rovin pobí ve podní áti tny od zemního tlaku výlednice (íla) S.qh. z, kde q h γ z. h. Ko, rep. qh γ v. h pro vodu. oment v pat tny je z 6 p S.q h. z, obr..0. J J S Obr..9: Prbh moment v horizontálním mru Obr..0: Úinky ve vertikální rovin q Výztuž horizontální i vertikální muí pokrývat kladné i záporné momenty, tj. muí být umítna u obou povrch. Tvarování výztuže v rozích je obdobné jako na obr... Jako zatropení vyokých nádrží e zpravidla navrhuje kížem vyztužená deka, viz amotatné moduly CS. - (8) -

13 ÁDRŽE - ROZDLEÍ.6 Velkoobahové nádrže ádrže velkoobahové mají znané pdoryné rozmry, tropní kontrukce proto muí být podporována mezilehlými podprami. Stny mohou být vytvo- eny jako dekové nebo pi vyšších výškách nádrže mohou být vyztuženy vertikálními žebry. a) b) Obr..: Velkoobahová nádrž: a) dekovými tnami b) e tnami vyztuženými žebry Dekové tny Dekové tny mohou být provedeny ve dvojím kontrukním upoádání. Je-li tna monoliticky pojena e základem i tropem, uvažuje e vetknutí tny do základu i tropu, obr... Lichobžníkové zatížení e rozdlí na obdélníkové q a trojúhelníkové q. Od zatížení q bude moment v rozích c qh. Od trojúhelníkového q pak a v poli q a qh. 0 0 qh h aximální moment v poli je v mít, kde poouvající íla má nulovou hodnotu. Obr..: Stna vetknutá do základu a tropu Je-li trop vytvoen nap. z prefabrikát, pak je deka vetknuta pouze do dna, v hlav je kloubov uchycena ke tropu, obr... - (8) -

14 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE CW oment v pat od q qh, 8 je Obr..: Stna vetknutá do dna, v hlav kloubov uchycena od trojúhelníkového q qh. 5 aximální moment v poli je opt v mít nulové poouvající íly. U obou tchto pípad je noná výztuž ve vertikálním mru, rozdlovací v horizontálním. Stny vyztužené vertikálními žebry (obr..b) Je-li monolitická tna vyztužena žebry v oových vzdálenotech vtších než 0,5h a je-li monoliticky pojena e dnem a tropem, eší e tna jako deka vetknutá na všech tranách. Statické úinky e pro lichobžníkové zatížení po- ítají nap. pomocí metody náhradních rám. ení-li tna vetknuta do tropu, tj. trop je tvoen nap. panely, uvažuje e tna jako deka vetknutá na tech tranách a na jedné voln uložená, obr... a) b) a) b) Obr..: Spojení tny a tropu: a) vetknutím, b) kloubové V prvním pípad jou výztužná žebra vetknuta do dna i tropu a jou zatížena reakcemi deek. Ve druhém pípad je žebro vetknuto do dna a kloubov uchyceno do tropu. h Je-li oová vzdálenot žeber l, poítá e tna jako pojitý noník, podporovaný žebry, obr..5. Podobn jako u vyokých nádrží e tna rozdlí na pruhy výšky m a každý pruh e eší amotatn, piemž moment v oe žebra je q hi l, v polovin rozptí l / qhil. Pro výpoet výztuže u dna nádrže ve mru vertikálním e zatížení vyšrafovaného obrazce (zatížení na trojúhelníkové ploše tny) penáší ve mru vilém. oment ve vetknutí tny do dna bude Sq qh qh. h h h h 6 - (8) -

15 ÁDRŽE - ROZDLEÍ q q q q q S q Obr..5: Schéma zatížení Žebra jou zatžována podporovými tlaky jednotlivých pruh velikoti q hi l. Obvykle e eší jako noníky vetknuté do základ a prot podepené tropní kontrukcí. Jaký je rozdíl ve výpotu nízké a vyoké nádrže? - 5 (8) -

16 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE CW.7 Píklad Zadání Bazén o rozmrech 5,0 x,5 x, m navrhnte tak, aby penel úinek vodního tlaku a úinek zemního tlaku. Bazén e nachází v zemin o objemové tíze γ z 9 k/m, úhel vnitního tení ϕ8. Použijte beton C5/0, ocel B500. ešení. ateriálové charakteritiky Beton C5/0 f ck 5Pa f ctm,6 Pa f cd 5,5 6,66Pa - uvažován ouinitel polehlivoti betonu γ,5 c E cm GPa Ocel B 500 f yk 500 Pa f yd 500,5, 78 Pa - uvažován ouinitel polehlivoti betonáké výztuže γ, 5. E 00 GPa ε Obr. P.: Tvar bazénu yd f yd E, , 7 o oo. Rozhodnutí o typu nádrže a + b, , H < ;,m < 9,75m nízká nádrž - 6 (8) -

17 ÁDRŽE - ROZDLEÍ Stnu uvažujeme jako dekovou kontrukci o šíce b,0 m vetknutou do dna.. Zatížení pobící na tnu nádrže Od zeminy Uvažujeme zemní tlak aktivní ( 5 / ) tg ( 5 8 / ) 0, 6 Ka tg ϕ qz ( H ) γ z γ F H Ka b 9,0,5,0 0,6,0,k / m H H vodorovná íla návrhová hodnota zd qz( H H,,0 6,67k S ) ohybový moment návrhová hodnota zd Szd H 6,67,0,km Od vody q v( H ) γ γ H b 0,0,5,0,0 F,k / m vd qv( H H,0,0 8,88k S ) Obr. P.: ohybový moment návrhová hodnota vd Svd H 8,88,0,0km ohybový moment charakteritická hodnota vk,0 /,5,0km v vodorovná íla návrhová hodnota. ávrh tloušky tny ohledem na vznik trhlin max b f 6,0 6,0,6 0 vk h ctm 0, m avržena tlouška tny h 0,5 m.. ávrh a poouzení výztuže Pi návrhu i poouzení výztuže je zanedbána vlatní tíha tny, tzn. že je uvažován protý ohyb tny.. ávrh výztuže Odhad profilu podélné výztuže φ 0-7 (8) -

18 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE CW Uvažujeme krytí výztuže c0,05 m d 0,05 + φ 0,05 + 0,00 0,00 m d h d 0,50 0,00 0,0 m - nutná plocha výztuže u návodního líce pro, km A,req f b d f 0,0 cd yd 6,66, 78 b d Ed fcd, 0,0 6,66 0 Ed vd,8 0 - nutná plocha výztuže u zemního líce pro, km A,req 0,0 6,66, 78 Ed zd, 0,0 6, nutná plocha výztuže podle minimální míry vyztužení A,min 0,6 f f ctm yk t b d 0,6 t, ,00 b d 0,00 0,0 0,0,8 0, 7 0 m avržena ymetrická výztuž - u zemního líce φ 0 - u návodního líce φ 0 po 0,m, A,9 0 m,7 0 m m po 0,m, A,9 0 m m Obr. P.: Vyztužení prezu.. Poouzení výztuže - u zemního líce φ 0 po 0,m, A,9 0 m -u návodního líce φ 0 po 0,m, A,9 0 m A,max 0, 0 A c 0, 0 b h 0, 0 0, m A,celk (,9 +,9) 0 7,86 0 m < A 00 0 m,max vyhovuje Poouzení tažené výztuže u návodního líce, uvažujeme pouze jednotrann vyztužený prez, tlaenou výztuží nepoítáme, - 8 (8) -

19 ÁDRŽE - ROZDLEÍ φ 0 po 0,m, A,9 0 m Obr. P.: Kontrola petvoení výztuže ε ε x,5 0,08 Ed vd, km Krytí výztuže c0,05m d 0,05 + φ 0,05 + 0,00 0,00 m d h d 0,5 0,00 Poloha neutrální oy A f x b λ f oo ( d x) o ( 0,0 0,08 ) 5, o oo cu 9 o 5,9 oo > ε yd, 7 ε vyhovuje Kontrola míry vyztužení A A,min 0,6 f f ctm yk t t o oo b d 0,6, ,00 b d 0,00 0,0 yd cd 0,0 m,9 0, 78 0,08m 0,8 6,66 0,0,8 0, 7 0,9 0 m > A,min,8 0 m vyhovuje Kontrola únonoti prezu z c d 0, x 0,0 0, 0,08 0,0m A f z,9 0, ,0 Rd yd c 5,00 km >, km vyhovuje Rd Ed m m 5,00 km ávrh min. rozdlovací výztuže A r 0, A 0,,9 0 0, 78 0 avrženo φ 8 po 0,m, A,67 0 m vyhovuje r _ m Poouzení tažené výztuže u zemního líce je tejné jako u návodního líce. - 9 (8) -

20 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE CW Obr. P.5: Vyztužení tny nízké nádrže Vyzkoušejte i alternativn dimenzovaní prez normálovou ilou od vlatní tíhy. Jak e pro tento pípad odlišují výledky? - 0 (8) -

21 ÁDRŽE - ROZDLEÍ.8 Píklad Zadání avrhnte voln tojící krabicovou nádrž naplnnou vodou až po okraj. Oové rozmry nádrže jou: a, m, b, m, výška H,60 m. Použijte beton C5/0, ocel B500. Tlouška tn a dna nádrže je navržena h 0,0 m. Obr. P.: Schéma nádrže ešení. ateriálové charakteritiky Beton C5/0 f ck 5Pa f ctm,6 Pa f cd 5,5 6,66Pa - uvažován ouinitel polehlivoti betonu γ,5 c E cm GPa Ocel B 500 f yk 500 Pa f yd 500,5, 78 Pa - uvažován ouinitel polehlivoti betonáké výztuže γ, 5. E 00 GPa ε yd f yd E, , 7. Rozhodnutí o typu nádrže a + b H < ;, +,,6 >, 0m o oo vyoká nádrž Tlak nápln na tnu nádrže e rozdlí na dv áti: - (8) -

22 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE CW - jedna át e penáší vodorovn (jako uzavený rám), - druhá át e penáší vile (jako na konzole vetknuté do dna). Stnu nádrže uvažujeme jako dekovou kontrukci o šíce b,0 m. Dlící a + b, +, bod e nachází ve vzdálenoti z,m nade dnem.. Zatížení od vody pobící na tnu nádrže H H-z z Zatížení v hloubce H q v( H ) γ γ H b v F 0,0,5,60,0 6,0k / m Zatížení v hloubce H-z q v( H z ) γ γ ( H z ) b v F 0,0,5 (,60,0 ),0, 75k / m Obr. P.: Schéma zatížení. Úinky zatížení Vodorovný rám ve výšce z Stna pedtavuje noník vetknutý do kolmých tn. Obr. P.: Vodorovný rám oment ve vetknutí q ad v( H z ) oment ve poli a, 75, 9,6km ad qv( H z ) a, 75,,8km Oová íla ve tn ad qv( H z a, 75, 70,9k ) (tah) - (8) -

23 ÁDRŽE - ROZDLEÍ Obr. P.: Prbhy vnitních il uzavený rám Konzola o výšce z Obr. P.5: Zatížení konzoly Vodorovná íla ( tahová oová íla ve dn) dd qv( H z 6,, 65,km ) oment ve vetknutí do dna dd dd z 65,, 5,6km Vlatní tíha tny u dna (tlak) vl γ H h b γ 5,6 0,,0,5,05k / m b f ( tlak). ávrh a poouzení výztuže Vodorovný rám ve výšce z prez ve vetknutí do tny (roh rámu) Jedná e o mimotedný tah 70,9 k (tah) Ed ad Ed ad 9,6 km (táhne vnitní vlákna) avržena výztuž: φ po 0,5m, A 9, 05 0 m, - (8) -

24 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE CW Krytí výztuže c0,0 m d 0,00 + φ 0,00 + 0,0 0,06 m d h d 0,0 0,06 Obr. P.6: Pouzovaný prez 0,6m Pedpoklad - tah velkou výtednotí (nelze pooudit jako protý ohyb, tahová íla nižuje únonot prezu). Pouzujeme jednotrann vyztužený prez. Poloha neutrální oy x A f yd b λ f cd Ed 9,05 0, 78 70,9 0,0 0,8 6,66 0,0m vznikla tlaená oblat, jedná e o tah velkou výtednotí Kontrola petvoení výztuže ε ε x ε,5 0,0 oo ( d x) o ( 0,6 0,0 ) 0, o oo cu o 0, oo > ε yd, 7 vyhovuje o oo Kontrola míry vyztužení taženou výztuží A,min 0,6 f f ctm yk t b d 0,6 t, ,6, 0 0,00 b d 0,00 0,6, 0 m m A 9, 05 0 m > A,min, 0 m vyhovuje z d 0,5 0,6 0,5 0,089m z c 0,5 0,5 0,8x 0,5 0, 0,0 0,065m Rd 0,8 x b f + 9,05 0 cd z c, A f yd z 0,089 56,0 km 56,0 km > 9,6 km vyhovuje Rd Ed 0,8 0,0,0 6,66 0 Obdobn e pooudí i prez v polovin rozptí tny. 0, (8) -

25 ÁDRŽE - ROZDLEÍ Obr. P.7: Schéma vyztužení vodorovná výztuž Konzola o výšce z prez ve vetknutí do dna Poouzení tažené výztuže u vnitního líce, uvažujeme protý ohyb, jednotrann vyztužený prez. avržena výztuž: φ po 0,5m, A 9,05 0 m Obr. P.8 Ed dd 5,6 km Krytí výztuže c0,00m 7 Svilou výztuž umítíme dovnit prezu d 0,00 + φ + φ 0,00 + 0,0 + 0,0 vodor d h d 0,00 0,08 Poloha neutrální oy A f x b λ f yd cd 0,5 m 9,05 0, 78 0,0095m 0,8 6,66 Kontrola petvoení výztuže ε ε x,5 0,095 oo ( d x) o ( 0,5 0,095 ), o oo cu 5 ε ε vyhovuje o,5 oo > yd, 7 Kontrola míry vyztužení o oo 0,08 m - 5 (8) -

26 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE CW A A,min 0,6 f f ctm yk t b d 0,6 t, ,5,06 0 0,00 b d 0,00 0,5,98 0 9,05 0 m > A,min,98 0 m vyhovuje Kontrola únonoti prezu z c d 0,5 0,8x 0,5 0, 0,095 0,0m A f z 9,05 0, ,0 Rd yd c 55, km > 5,6 km vyhovuje Rd Ed m m 55, km Obr. P.8: Schéma vyztužení - 6 (8) -

27 ÁDRŽE - ROZDLEÍ.9 anipulaní komory V manipulaních komorách (vodojem, kanalizaních tok apod.) e oute- uje potrubí, armatura a zaízení potebná k jejich obluze. Komory mývají pravidelný pdory, obvykle pln nebo áten podzemí. Z hledika tatického výpotu pedtavují obdobné kontrukce jako jou pravoúhlé nádrže. Pro i tatické ešení tchto kontrukcí je tejné. Obr..6: Píklad hradidlové komory a obr..6 je uveden píklad hradidlové komory na kanalizaní toce. V komoe jou naintalována hradidla loužící k uzavení toky pi povodních a zptnému vniknutí vody z eky kanalizací za protipovodovou ochrannou zdí. Soilin Soilin Soilin Soilin Soilin Obr..7: Schéma výpotového modelu komory Obr..7 ukazuje píklad výpotového modelu hradidlové komory ešený v programu [0] pomocí metody konených prvk. Komora je uvažována jako protorová kontrukce D prvky vetn dna na podloží. Pro tanovení zatížení komory je nutné vycházet z výškových údaj, terénu, maximálních a minimálních hladin vody v dané lokalit, obr..8. Stny komory jou z vnjší trany zatíženy zemním tlakem, obr..9. Stropní kontrukce je zatížena tíhou zeminy (vrtev) nad tropem, promnným zatížením od provozu na terénu. - 7 (8) -

28 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE CW Obr..8: Schéma zatížení hradidlové komory Je teba uvážit zatížení vnitním petlakem vody vzniklým uzavením hradidla a znemožnní volného odtékaní vody ze toky. Voda e mže ve toce hromadit a vyvolat tak vnitní tlak na tny a trop komory. a plochu hradidla mže pi povodni z vnjší trany pobit hydrotatický tlak vody. Je též nutno uvážit možnot vyplavání komory, obr..0. Obr..9: Schéma zatížení tny komory Obr..0: Poouzení na vyplavání - 8 (8) -

29 KRUHOVÉ ÁDRŽE - VODOJEY Kruhové nádrže - vodojemy. Použití a kontrukní upoádání Železobetonové nebo pedpjaté nádrže jou kontrukcemi inženýrkých taveb, které louží jako záobníky kapalin a plyn. ádrže pro záobování vodou nazýváme též vodojemy. ejvýhodnjší tvar pi rovnomrném tlaku plyn a kapalin je kruhový válec, který je atým tavebním prvkem i pro záobníky ypkých hmot. Kruhový válec jako betonová noná kontrukce má široké využití i u dalších typ inženýrkých taveb, jako nap. u komín, chladicích vží, telekomunikaních a vyhlídkových vží aj. Obr.. Kruhová nádrž rovným a klenutým tropem Kontrukním upoádáním mohou být nádrže hora otevené nebo zakryté rovným, pop. klenutým tropem, obr... oným prvkem obvodového plášt je zde kruhová válcová koepina, nkdy monoliticky pojená kruhovou dekou dna, pop. tropu. Staticky nejvíce namáhané oblati pojení tny e dnem nebo tropem e ato zeilují. U nádrží uložených na zemin podle obr.. má vodorovné rozšíení dna pod tnou význam i vzhledem ke zvýšeným reakcím základové pdy pod patou tny a modelovému chování základové pdy jako pružného poloprotoru. Peypání krytých nádrží zeminou zmenšuje v nádržích vliv denního a roního kolíání teploty ovzduší, pop. vlivy olunní nádrže, zvtšuje ale zatížení tropu. Proto lze nádrže bez vnitních podpor podle obr.. navrhovat pouze pi menších prmrech válce; vtší pdoryné rozmry nádrží již vyžadují vnitní podpory, obdobn jako velkoobahové pravoúhlé nádrže v pedchozí kapitole. Obr..a ukazuje nádrž jedním vnitním loupem, na obr..b jou chematicky naznaeny jiné možnoti vnitního rozepení dna a tropu velkých nádrží pomocí tnových prvk nebo lokálních podpor. Stropní kontrukce a dno nádrží e navrhují podle záad uvedených pro betonové dekové kontrukce [5], []. Betonové kontrukce nádrží mohou být monolitické nebo montované ze tnových a tropních dílc. - 9 (8) -

30 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE CW ádrže e navrhují bu jako amotatné kontrukce nebo jou podporovány další nonou kontrukcí, níž mohou tvoit polený tatický ytém. Píkladem mže být nadzemní vžový dvoupláš ový vodojem podle obr... Krom nejvýhodnjšího kruhového pdoryu nádrží lze navrhovat i nádrže mnohoúhelníkovým nebo pravoúhelníkovým pdoryem. oným prvkem je zde dekotna, namáhaná kombinací zatížení ve tednicové rovin a kolmo ke tednicové rovin. U noných kontrukcí nádrží je vtšinou Obr.. ádrže vnitními podporami zapotebí ešit též problémy ouviející e zajištním vodotnoti a odolnoti proti chemickým úinkm kladovaných kapalin nebo plyn. V ad pípad nevytaíme vhodným návrhem betonového plášt nádrže a je teba použít vnitních povrchových úprav (nátry, obklady). U nádrží ve tyku e zeminou nebo agreivní podzemní vodou e muí volit vhodná izolace pelivým návrhem krytu pár montovaných kontrukcí, pop. dilataních pár velkých nádrží. ení-li potebná zvláštní ochrana noných kontrukcí ped úinky vnjšího protedí, lze zajitit vodotnot betonových tn a dna bu pedpínáním, popípad podle vzniku trhlin v záviloti na pedepané kategorii odolnoti Obr.. Vžový vodojem proti trhlinám. Pokud by i u tchto kontrukcí mohly praky kapalin pobit nepízniv na polehlivot nebo vzhled kontrukce a na její okolí, pop. ztžovat provoz nádrží, muí být na povrchu vytavenému tlaku kapaliny pimen izolovány proti jejímu pronikání. Krom úink hlavních zatížení nádrží (vlatní tíha, tlak kapalin nebo zeminy), je teba vnovat pi návrhu tenkotnných noných kontrukcí nádrží pozornot i dalším vlivm, které mohou být píinou vážných poruch. Úinkem nehomo- - 0 (8) -

31 KRUHOVÉ ÁDRŽE - VODOJEY genního tlaitelného podloží dochází k nerovnomrnému ednutí kontrukce, znané vnitní íly u velkých nádrží vyvolávají i objemové zmny betonu (mrš ování, dotvarování úinkem zatížení nebo nerovnomrné oteplení). adu tchto vliv lze omezit právným návrhem betonové mi, technologickým potupem betonáže a ošetováním mladého betonu. ejdležitjší je omezení množtví zámové vody a jemných frakcí kameniva, vhodný druh pevného kameniva a cementu a jejich množtví. Vlatnoti betonu lze zlepšit i píadami. Betonáž dna a tn nádrží e má provádt u tenkotnných kontrukcí pokud možno bez pracovních pár pi pelivém hutnní betonové mi. ertvý beton venkovních nádrží je teba chránit ped nepíznivými vlivy atmoféry.. Zatížení a výpoet vnitních il válcových nádrží Hlavními druhy zatížení noných kontrukcí nádrží jou: vlatní tíha kontrukce, tlak kapalin nebo plyn, zemní tlak u zaypaných nebo obypaných nádrží. Peto, že po vtšinu provozní doby pobí tlak nápln a zeminy na tny nádrží ouan, je nutné vyšetovat oba zatžovací tavy oddlen (v kombinaci úinky trvale pobící vlatní tíhy) pro pípad vyprázdnní nádrže nebo odkrytí záypu tn a v ouladu tím provét i dimenzování. Z hledika tatického pobení je teba rozlišovat nízké a vyoké nádrže. Protože e v této áti omezíme na vyšetování válcových nádrží, lze považovat za nízké takové nádrže, jejichž hloubka h nepevyšuje ominu pdoryného obvodu, tj. pokud je plnna podmínka: h πr/, (..) kde r je polomr kruhové nádrže. Stny nízké otevené nádrže lze obvykle vyšetovat zjednodušen jako konzoly vetknuté do základové deky oddlen na trojúhelníkové nebo lichobžníkové obrazce zemního tlaku (v klidu) nebo vnitního tlaku nápln. oná je zde tedy vilá výztuž, vodorovná výztuž pak má funkci rozdlovací výztuže. U vyšších nádrží, které neplují podmínku (..), penáší horní úek kruhového válce celý vodorovný tlak nápln γ.h i, kde γ pedtavuje objemovou tíhu nápln nádrže a h i hloubku menou od nejvyšší možné hladiny nápln. Zanedbáme-li rozdíly v délkovém petvoení kruhového válce, mžeme rozdlit podle obr.. úek nad výškou πr/ na páma nejvtšími tlaky p hi rovnomrn rozdlenými po obvodu válcové koepiny a ihned tanovit tangenciální normálovou tahovou ílu na jednotku délky tny (viz obr..a): n xi r.p hi r.γ.h i. (..) - (8) -

32 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE CW U nádrží pro kladování tlakových plyn je vnitní petlak p h kontantní a popané chování e uplatní v celé výšce mimo okrajových páem u dna a tropu o výšce πr/. Pi rotan ymetrickém zatížení válcové koepiny zemním tlakem bychom potupovali analogicky tím, že vodorovná normálová íla ve tednici tny podle vztahu (..) bude tlaková. Úinek rotan ymetrického Obr.. Zatížení vyšší nádrže zatížení válcové koepiny popaný rovnicí (..) nazýváme membránovým tavem, jehož porucha vzniká v pámech výšky πr/ podle vztahu (..) od míta vetknutí koepiny do dna nebo tropu nádrže, které brání volnému petvoení (protažení nebo tlaení) válcové koepiny. Ve vnitní áti válce membránovým tavem napjatoti je na rozdíl od nízké nádrže rozhodující vodorovná (tangenciální) výztuž, zatímco vilé vložky mají funkci rozdlovací výztuže. π Bližší ešení válcových nádrží je uvedeno v [8]. Je možné též použít vhodných výpoetních program [0].. Vyztužování válcových nádrží Tlouš ku tn válcových nádrží volíme v záviloti na výšce nádrže a potebné tlouš ce betonu krycí vrtvy výztuže v daném protedí. Protože tny válcových nádrží muí mít vilou i tangenciální výztuž, je tlouš ka tny 80 mm reálná pouze pro umítní výztuže ve tednicové rovin. S ohledem na nebezpeí vzniku trhlin u venkovních nádrží nechránných proti úinkm objemových zmn betonu (znaná tahová naptí zpobuje v tuhé tn i úinek jednotranného olunní), dáme pednot ilnjším tnám (okolo 50 mm), ve kterých e potebná noná i rozdlovací výztuž umítí u obou povrch tny. Ze tejných dvod volíme vždy vtší poet prut menšího prmru tak, aby vzdálenot vložek nepekraovala 50 mm. Dimenzování tn válcových nádrží ve tední áti membránového pobení e provádí pro centricky pobící tahovou tangenciální normálovou ílu n xi podle vztahu (..). Potebnou prezovou plochu výztuže e doporuuje rozdlit rovnomrn k obma povrchm tny ohledem na šíku trhlin podle dále uvedených pravidel. V dolních okrajových pámech výšky 5c, kde r d c, (..) ( ν ) b - (8) -

33 KRUHOVÉ ÁDRŽE - VODOJEY r polomr nádrže, d tlouš ka tny nádrže, ν b ouinitel píného petvoení pro beton ν b 0,, e dimenzuje i vilá výztuž na kombinaci vilé normálové íly a ohybových moment m x. Úinnou délku pro poouzení štíhlých tlaených tn nádrží lze tanovit pibližn nap. podle bodu 5... S 7 0 [5] tak, že za šíku b tlaené tny považujeme tvrtinu délky obvodu kruhového válce. Výztuž : ve vnitním pámu vyokých nádrží nebo u nezakrytých nádrží výškou h > 5c je za membránového tavu tangenciální výztuž noná a vilá výztuž má funkci rozdlovací; u nízkých otevených nádrží a v pámech podél pipojení tny ke dnu nebo tropu nádrže rozhoduje vilá výztuž a mrem k rozhraní obou páem nebo k volnému okraji e podílí na penášení tlaku kapalin i vodorovná výztuž. icmén pe uvedené rozdíly e obvykle klade vilá výztuž blíže povrchu tny. kolik píklad vyztužování válcových nádrží ukazuje obr..5. a obr..5a je chéma rozdlení výztuže otevené válcové nádrže, tuze pojené e zeílenou dekou dna. oná funkce vilé výztuže koní ve výšce zhruba 0,75r, výše e naváží potebnými peahy vilé vložky rozdlovací výztuže; je zde vidt, že vodorovné vložky potupn pebírají úinky nejvtšího vodorovného tlaku nápln. S kleajícím vodorovným zatížením lze zelabovat tangenciální výztuž mrem k hornímu okraji nádrže bu plynule nebo v pámech. Vždy je teba vnovat pozornot peahové délce zakivených prut l j podle obr..5g. a obr..5b je vykreleno vyztužení v mít tuhého pojení válce dekovou kontrukcí tropu nádrže. Protože pracovní pára pi betonáži bude v úrovni podního líce tropní deky, je teba oadit pedem vložky pro pevedení záporné výztuže rámového rohu, což komplikuje provádní. Proto je zde výhodnjší použít výztuž ve tvaru vložkových oblouk. Tento zpob vyztužení e výhodn uplatní i v mítech tuhého pojení tny e dnem nádrže obr..5a nebo obr..5f. Problémy e zmenší pi použití kloubového poje podle obr..5.c. Klenutý trop nádrže má zpravidla tvar kulové nebo parabolické bán. Stnu nádrže lze chránit ped úinky vodorovných reakcí v pat rotaní koepiny bu tužším patním vncem pojeným e tnou nádrže na obr..5d, nebo patním vncem podle obr..5e, který e na horní okraj tny ukládá voln. - (8) -

34 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE CW Obr..5 Schéma vyztužení válcových nádrží Jaké vznikají vnitní íly ve tnách válcové nádrže? - (8) -

35 POTRUBÍ 5 Potrubí Potrubí e používá pro vodovody, kanalizaci, pivade elektráren a proputky nebo hybky pod komunikacemi a vodními toky. že být v provedení monolitickém (betonové na mít) nebo prefabrikovaném, vytvoeno z betonu prottého, železového nebo pedpjatého, piemž proputky nebo hybky pod komunikacemi není dovoleno vytváet z betonu protého. Prez potrubí bývá nejatji kruhový, který velmi dobe odolává jak vnjšímu zatížení, tak vnitnímu petlaku. Vejitý tvar je vhodný pro kanalizaní úely, protože pi pevádní malých množtví vody má menší omoený obvod. Potrubí profilu do m e vtšinou provádí z prefabrikát v délkách do m. Uložení potrubí je závilé na únonoti a tlaitelnoti podloží. Potrubí ituované na ulehlém píkovém nebo štrkopíkovém podloží je možné uložit pímo na upravené lože v tomto podloží, v jílovitých nebo hlinitých pdách na zduaný štrkopíkový podklad tlouš ky 0, až 0, m. a netejnorodém podloží e potrubí uloží na betonovou vrtvu tlouš ky min 0, m, provedenou na zduaném štrkopíkovém podkladu tlouš ky apo 0, m. Schémata rzných zpob uložení jou na obr. 5.. Obr. 5.: Schéma uložení potrubí Potrubí vtších profil (nad m), píp. potrubí rzných tvar, e betonují na mít. Je možné použít bednní tacionární, pi vtších délkách je výhodné použít bednní pouvné, píp. nafukovací. Dno potrubí e betonuje zvláš, boní a vrchní át e betonuje do bednní naazeného na rozšíené dno. Potrubí pivádjící vodu k turbinám hydroelektráren mají velký prmr; až pe 6 m. Prtoková rychlot vody je znaná, vnitní povrch muí být pen proveden, aby e nenarušil plynulý prtok. S ohledem na nebezpeí odtržení vnitní povrchové vrtvy betonu e používají ocelové roury, které zárove louží jako vnitní bednní. 5. Zatížení potrubí Potrubí jou namáhána vlatní tíhou, náypem nebo záypem, promnným zatížením na povrchu terénu, netejnomrným edáním a kapalinou v potrubí, pípadn vnitním petlakem. Tlaky záypu a zeminy na potrubí pobí vile i vodorovn. Tlaky výrazn závií na potupu hutnní, na oudržnoti zeminy, uložení potrubí, šíce výkopu apod. Podle uložení potrubí v rýze nebo v náypu e rozeznává zatížení rýhové a náypové. - 5 (8) -

36 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE CW U potrubí uložených v úzké rýze e ato poítá jen e vilou ložkou tlaku zeminy. Díve e poítalo tím, že tlak záypu rote jen do hloubky h 0 5m a h0 pak ztává tálý g0 γ z, kde γ z je tíha záypu. Pi hloubce vrcholu potrubí h < h0 pod terénem e zatížení tanovilo podle vztahu h0 h g z( h ) g0 [ ( ) ]. Tento vztah je nkdy znan nepený, nebo nerepektuje šíku rýhy ani potrubí. Proto e nyní pi výpotu používá vztah platný h0 pro tlak nápln ve vyokých záobnících a upravený pro dlouhou rýhu. 5.. Rýhové zatížení Pobí na potrubí a kanály uložené do rýh v rotlé zemin, které e po oazení potrubí zaypou. Šíka rýhy b e uvažuje nejvíce,5 náobek vnjšího prmru kanálu (potrubí); má-li rýha vtší šíku, nejedná e o rýhové zatížení. k ouinitel boního tlaku nápu, φ úhel vnitního tení zeminy, φ úhel tení mezi rotlou a záypovou zeminou. Z podmínky rovnováhy il ve vilém mru g b + γ b d ( g + dg ) b + σ d 0, z z z z z v z Pi ešení e vychází z rovnováhy il na prvku omezeném rovinami z a z + d z, tnami rýhy a vilými rovinami ve vzdálenoti m v podélném mru. a rovinu z + d z pobí hora zatížení g z. b (tíha náypu) a γ z. b d z (vlatní tíha diferenciálního dílku), zdola ( g z + dg z ) b a tecí íly na tyku rotlé zeminy a záypu τ d σ d, kde je z z v z tg φ + tgφ σ v g z k g tgφ je vodorovný úinek tg φ + + tgφ zatížení. úpravou a po integraci lineární diferenciální rovnice a z podmínky g z 0 pro z 0 (na povrchu je nulové zatížení) dotaneme zatížení na plochy v úrovni povrchu potrubí g r Obr. 5.: Rýhové zatížení h b k ( e ) γ z b. k m pdoryné - 6 (8) -

37 POTRUBÍ Protože potrubí je tužší než záyp kolem nho, pebírá zatížení z celé šíky rýhy. a bžný metr délky potrubí vyvozuje tedy záyp tlakovou ílu G r g b r h b ( e ) k γ b K γ b, z r z kde K r je ouinitel rýhového zatížení. Hodnoty (štrk, píek atd. ) jou uvedeny v tab. 5.. K r pro rzné materiály Potrubí, u nichž výška záypu h je menší než šíka potrubí, e pouzují na plné zatížení záypem. Tab. 5.: Souinitel K r ateriál Š P Z J J h/b γ z.0 (kg.m - ),7,9,0,, k 0,9 0,65 0,50 0,0 0,0 0,80 0,85 0,86 0,880 0,898,96,6,50,560,68,78,90,978,08,96,0,,9,86,660 5,,8,589,798,0 6,,6,78,08, 7,7,79,95,,57 8,8,8,0,66,76 9,5,875,09,76,97 0,58,98,67,560,0,578,97,,676,0 5,596,008,96,768,77,60,00,,86, áypové zatížení Pobí na potrubí uložené v ypaném zemním tlee. Volné edání zeminy mimo potrubí je v mít potrubí omezeno jeho tuhotí. Ve vilých rovinách procházejících okraji potrubí vzniká tení, kterým je potrubí pitžováno. Velikot tohoto tení závií na ložení záypového materiálu, zhutnní zeminy, pomru edání podloží a okolí potrubí k edání jeho vrcholu δ (tab. 5.), na výšce nadnáypu a na hloubce zapuštní potrubí do rotlé zeminy ρ. - 7 (8) -

38 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE CW Tab. 5.: Souinitel edání δ Potrubí Podloží δ tuhé (kála),0 tuhé pevná rotlá pda 0,8 až 0,5 poddajná pda 0, pružné libovolné 0,0 Obr. 5.: áypové zatížení Výledná tlaková íla na bžný metr potrubí je Souinitel náypového zatížení G n Knγ zd. K n h k D h e h k D + e. k D Tento ouinitel zíkáme z diferenciální rovnice pro rovnováhu vilých il jako u zatížení rýhového, ale pi opaném mru pobení tení. Pi vtších výškách náypu nepobí nad uritou rovinou tení tzv. rovina tejného edání. Poloha této roviny je dána rovnicí: h α, kde h h D h α δ ρ. k Obr. 5.: Je-li α h, bude h 0 a h h, tj. rovina tejného edání je na povrchu náypu. V rovnici pro K n ztane jen první len. Je-li h 0, bude tení na celé výšce; jedná e o náypové zatížení a malou výškou. Je-li h > 0, uplatní e tení jen na výšce h ( < h) ; jedná e o náypové zatížení velkou výškou. Z pedchozích vztah plyne, že náypové zatížení malou výškou vznikne pi plnní h δ ρ. D k Je-li apo jeden ze ouinitel δ, x nulový, pak - 8 (8) -

39 POTRUBÍ h 0, h h, pak G n h γ z D h γ z D, D tj. zatížení G n e rovná zatížení loupcem zeminy nad potrubím, viz obr Promnné zatížení Promnné (nahodilé) zatížení na povrchu terénu P e roznáší zeminou do úrovn povrchu potrubí jako v pružném poloprotoru. Velikot nahodilého zatížení P na metr délky potrubí od oamlého bemene na povrchu terénu e urí ze vztahu P Cb δ P, kde C b je ouinitel zatížení závilý na h a d, viz tab. 5.. Tab.5.: Souinitel C b H (m) D (m) 0,5 0,50 0,75,0,00 0,60 0,078 0,60 0,5 0,706 0,895,0 0,00 0,078 0,6 0,8 0,6,00 0,007 0,09 0,06 0,50 0,8,00 0,00 0,0 0,09 0,07 0,80 5,00 0,00 0,005 0,0 0,07 0,07 Úinek nahodilého zatížení výškou nadnáypu rychle kleá; pi výšce vtší než 5 m e zatížení prakticky neprojeví. Obr. 5.5: Zkouška vrcholovým tlakem porušené potrubí - 9 (8) -

40 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE CW 5. Statické ešení a dimenzování U prefabrikovaných trub zaruuje výrobce pevnot ve vrcholovém tlaku. Vrcholovým tlakem e rozumí zatížení rozdlené rovnomrn po vrcholnici trouby, jejíž oa je vodorovná, a která je podepená podél vé patky. Tato pevnot e uruje ve výrobn, obr Známe-li pevnot ve vrcholovém tlaku, lze z ní uuzovat na únonot potrubí pi rzných zpobech uložení upchování záypu a zatížení jeho povrchu. Obr. 5.6: Pobení vilého rovnomrného zatížení a zemního tlaku Pro dimenzování, píp. pro poouzení, zda prefabrikát, který je k dipozici, vyhoví, je teba tanovit momenty a normálové íly v rozhodujících prezech. U kruhového potrubí e pouzuje prez ve vrcholu, v pat a v polovin výšky obr Silové úinky v prezech potrubí jou vyvozovány vilým zatížením, boním tlakem zeminy, vlatní tíhou potrubí, hydrotatickým tlakem vody, u tlakového potrubí též vnitním petlakem. Svilé rovnomrné zatížení Proti vilému zatížení hora pobí zepodu odpor zeminy podloží o tejné velikoti. V prezu (ve vrcholu potrubí) pobí ohybový moment + 0,5 g r a normálová íla 0, v prezu (uproted výšky) pobí moment tejné velikoti, ale opaného znaménka a normálová íla g r. Kladné znaménko moment je uvažováno pi namáhání tahem vnitních vláken potrubí. Boní tlak zeminy Tlak zeminy z bok na potrubí je dán lichobžníkem, kde q z je naptí v zemin v úrovni vrchu potrubí, q z v úrovni podku potrubí. V prezu pobí ohybový moment qzr 5qzr 5qz r a normálová íla qz.r, v prezu 8 8 qzr 6qzr a normálová íla 0, v prezu 8 + qzr 7qzr a normálová íla 8 qz r qh.r. 8-0 (8) -

41 POTRUBÍ Vnitní petlak Petlak p vyvodí ve tn potrubí pouze oovou tahovou ílu p.r. U prez jiných tvar, nap. vejitých, je nutné pouzovat více prez, vždy na nejúinnjší kombinaci zatížení. Prezy potrubí je nutné pooudit na únonot (mezní tav únonoti) a na vznik trhlin (mezní tav použitelnoti). Ve výjimených pípadech, kdy jou trhliny píputné, e vypoítá jejich šíka a porovná píputnou Obr. 5.7: Vnitní petlak hodnotou, kterou nemí pekroit. Hlavní noná výztuž v železobetonových troubách, jejíchž prez je namáhán tahem, e ukládá ve form prtenc nebo pirál k vnjšímu povrchu, obr Obr. 5.8: Výztuž potrubí Trouba pobící jako noník Vlatní tíha Trouba o tálé tlouš ce tny má na plošnou jednotku tednicové roviny válcové plochy tíhu g. Z membránové napjatoti vyplývají rovnice rovnováhy: x T + r ϕ x r x Tx + + x 0, r ϕ x + z 0. + y 0, Složka vlatní tíhy ve mru teny kruhu je y g inϕ ; do normály z g coϕ a do podélné oy x 0. Doazením do rovnic rovnováhy, jejich ešením a úpravou dotaneme výledné hodnoty oových il: - (8) -

42 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE CW T x x a x g coϕ, r g x inϕ, g r coϕ. Obr Schéma kontrukce a prbhu il Úinek tlaku nápln ápl o objemové hmotnoti g n, vyvolá ve vrcholu oy válce tlak p, který muje ven z válce. Zatížení je dáno ložkami x y 0, z p + γ n r coϕ. Stejn jako u vlatní tíhy dotaneme doazením do rovnic rovnováhy a úpravou vnitní íly. T x x a x γ n coϕ, r γ r x inϕ. n Také v tomto pípad jou normálové íly rozdleny po výšce noníku podle pímky. 5. Tvarování potrubí Vytvoení tvaru potrubí e vyznauje znanou pracnotí a aovou náronotí. Z tohoto dvodu ve všech pípadech, kdy je to možné, e používají prefabrikáty, zídka z protého betonu, bžn ze železobetonu a pro tlaková potrubí jako prefabrikáty podéln pedepnuté a po obvodu ovinuté. V pípadech, kdy je nutné vytvoit potrubí na mít, je možno použít: tradiní bednní, nafukovací bednní, pouvné bednní, protlaování potrubí. - (8) -

43 POTRUBÍ Tradiní bednní vyžaduje velké množtví deva a práce a navíc kvalifikované pracovníky. Zvlášt vytváení vnitního bednní a jeho rozebírání je obtížné. Toto bednní e navrhuje jen výjimen, nap. v mítech zakivení potrubí. Pouvné bednní unaduje a urychluje práci, amo o ob je ale dot ložité, protože muí být vytvoeno tak, aby umožnilo odbednní. Pouvné bednní e vyplatí pi dlouhých úecích v pímé, pdoryné zakivení e vytváí tradiním zpobem. afukovací bednní pináší další úporu eziva, au i finanních náklad. Bednní má tvar válce, ukoneného polokulovými ely. Vlatní bednní je vytvoeno ze dvou vrtev, vnitní polyamidové duše a vnjšího ilonového plášt. Používá e pro vnitní prmry 0,8 až,75 m pi délce 0 m. Potup prací je podobný jako pi použití pouvného bednní. Podloží e vyrovná štrkopíkovou vrtvou, pod níž je drenáž. Vybetonuje e podní át vytvarovaným povrchem, po zatvrdnutí e potaví boní bednní a uloží nafukovací bednní pikotvením. Betonová m e ukládá oboutrann ve vrtvách cca 0, m. V prbhu betonáže i po ní je nutné udržovat v bednní tálý tlak. Po až 5 hodinách tvrdnutí betonu je možné nížením tlaku odbednit a bednní pemítit do další polohy. Pi pemítní muí být bednní v hotové áti apo na délku m. Zaypání potrubí je možné až po zatvrdnutí betonu. Protlaované potrubí Velmi ato e tává, že kanalizaní potrubí je nutné vét blízko pod terénem. Otevení výkopové rýhy nebo použití tunelovaní metody je mnohdy velmi obtížné nebo vbec nemožné. Aby bhem výtavby nemuel být perušen provoz našla voje uplatnní metoda hydraulického protlaování. V pípadech, kdy není možné ukládat nebo betonovat potrubí v otevené rýze nebo na povrchu terénu, pípadn betonovat do tunelového profilu (hlavní vodovodní pivade k hydroelektrárnám), je nutné použít jiné metody - protla- ování potrubí. Používá e nap. pi prchodu potrubí ilniním nebo železniním zemním tleem, v mtké zátavb apod. Technologii protlaování je možné použít v oudržných i neoudržných zeminách (štrk, píek, hlína, jíl), nelze ji však použít ve kalních horninách, tekutých pících, zeminách rozbedlých apod. Hlavní výhoda této metody poívá v tom, že není narušen provoz, rep. nejou doteny tavby nad provádným potrubím. Princip metody poívá v zatlaování pedem zhotovených trub do zemního tlea e ouaným vybíráním zeminy uvnit trouby. a ele protlaovaného potrubí je oazen prtenec bitem, na konci je oazen roznášecí prtenec, kterým e na potrubí penáší tlaková íla vyvozovaná liy. Protlaované potrubí mže též loužit jako chránika pro jiná vedení - vodovod, plynovod, elektrointalace apod., podrobnji viz [8]. - (8) -

44 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE CW 5. Píklad Zadání Provete výpoet vnitních il kruhového potrubí prmru D, m uloženého v náypu o výšce h,5 m. Potrubí e nachází v zemin o objemové tíze γ z 8 k/m, úhel vnitního tení ϕ 5. Promnné rovnomrné zatížení na povrchu zeminy uvažujte q k 0 k/m. Tlouška tny potrubí je 0, m. Hloubka zapuštní do terénu ρ0, m. Uvažujte náypové zatížení pro ouinitel edání δ 0,5. Potrubí je naplnné vodou. Obr. P.: Schéma potrubí. ešení. Svilé zatížení od zeminy Souinitel boního tlaku k tg φ + tgφ tgφ tg φ + + tgφ tg 5 + tg5 tg5 0, 89 tg tg5 D h,,5 Souinitel α δ ρ 0,5 0,, 857 k 0, 89 α,857 ( )h ( ),5,0m h,5 h h h h,5,0 0,57m Souinitel náypového zatížení h k h 0,89 0,57, 0,57, D e h k e,0 0,89 D K n + e + e k D 0,89,. ZS Charakteritické zatížení zeminou g K D γ,76, 8 5,k / m k n z,76 - (8) -

45 POTRUBÍ gkr 0 0 gkr 5, 0,55,88km g r 5, 0,55 8,k k gkr 5, 0,55 5, 0,55,88km,88km. Vodorovné zatížení od zeminy. ZS Rovnomrné charakteritické zatížení g γ k h 8 0,89,5 8,5k / m rk grkr 0 z g rk grkr 8,5 0,55 0,6km g r 8,5 0,55,68k rk grkr r 8,5 0,55,68k 8,5 0,55 8,5 0,55 0,6km 0,6km. ZS Trojúhelníkové charakteritické zatížení g γ k D 8 0,89,,08k / m tk z 5gtkr 5,08 0,55 0, 70k 8 8 5gtkr 5,08 0,55 0,km gtkr 6,08 0,55 0,5km 8 8 gtkr,08 0,55,5k 8 8 7gtkr 7,08 0,55 0,8km 8 8. Vlatní tíha. ZS Rovnomrné charakteritické zatížení na obvod potrubí g γ t 5 0,,5k / m vk b - 5 (8) -

46 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE CW gvkr,5 0,55 0,69k gvk r,5 0,55 0,8km gvkrπ,5 0,55 π,5k π π gvkr ( ),5 0,55 ( ) 0,km gvk r,5 0,55 0,69k gvkr,5 0,55,km. Pitížení od povrchu 5. ZS Rovnomrné charakteritické zatížení vilé q 0,0k / m k qkr 0 0 qkr qkr 0 0,55 0, 76km q r 0 0,55 5,5k k 0 0,55 0 0,55 0, 76km 0, 76km 6. ZS Vodorovné charakteritické zatížení rovnomrné q q k 0 0,89,89k / m vk k q qvkr 0 vk qvkr,89 0,55 0,km q r,89 0,55,0k vk qvkr r,89 0,55,0k,89 0,55,89 0,55 0,km 0,km - 6 (8) -

47 POTRUBÍ.5 Hydrotatický tlak vody 7. ZS Potrubí plné vody bez vnitního petlaku. γ 0k / m v γ vr 0 0,55,7k γ vr 0 0,55 0,km π π γ vr ( ) 0 0,55 ( ) 0,65k π π γ vr ( ) 0 0,55 ( ) 0,7km 5 5 γ vr 0 0,55, 78k γ vr 0 0,55,5km Rekapitulace výledných il jednotlivých zatžovacích tav Prez. ZS rovnomrné vilé - zemina 5. k/m ZS rovnomrné vodorovné - zemina 8.5 k/m ZS trojúhelníkové vodorovné - zemina.08 k/m ZS vlatní tíha.50 k/m ZS - rovnomrné promnné zatížení na povrchu 0.00 k/m ZS - promnné zatížení - vodorovn rovnomrné vilé.89 k/m ZS hydrotatický tlak vody 0.00 k/m V další áti píkladu by bylo nutné udlat kombinace zatížení a provét dimenzování prez namáhaných momentem a normálovou ilou. - 7 (8) -

48 VODOHOSPODÁKÉ KOSTRUKCE CW 6 Závr 6. Shrnutí Tento díl opor uzavírá naše eznamování navrhováním vodohopodákých kontrukcí nádrží, vodojem a potrubí. Rozšíili jme poznatky z vyšetování zatížení, ešení vnitních il, dimenzování a zpobu vyztužování tchto kontrukcí. 6. Studijní prameny [] Seznam použité literatury V. aoput J. echanika zemin zakládání, VUT Brno, Fakulta tavební, 00. [] Seká., uilová H., Betonové kontrukce vybrané kontrukce vodního taviteltví, VUT Brno, 99. [] S P- EV 99-- avrhování betonových kontrukcí át : Obecná pravidla a pravidla pro pozemní tavby. [] S P- EV avrhování betonových kontrukcí át : Obecná pravidla - navrhování na úinky požáru. [5] S 7 0 avrhování betonových kontrukcí, Ú Praha, 987. [6] S 7 08 avrhování betonových kontrukcí vodohopodákých objekt. [7] Hoejší J., Šafka J. akol. Statické tabulky, Technický prvodce 5, STL, Praha 987. [8] Greník L. a kolektív, Betónové konštrukcie II pre inžinierké a vodohopodárke tavby, STL, Praha 986. [9] Fiala A, Beton IV Betonové kontrukce pro vodní tavby, Skripta VUT Brno, 98. [0] EXIS, ytém program pro projektování prutových a tnodekových kontrukcí - manuál programu, SCIA CZ, 005 [] S avrhování dekových kontrukcí pobících ve dvou mrech - 8 (8) -