CVIČENÍ 5: VÝPOČET STABILITY KORYTA Výpočet stability (odolnosti koryta) Výpočtem stability se prokazuje, že koryto jako celek je pro nárhoé hydraulické zatížení stabilní. Nárhoé hydraulické zatížení pro stabilitu dna a pro stabilitu sahu se liší zhledem k zajištění ekonomické efektinosti ynaložených inestic při úpraě toku. Nárhoý průtok pro odolnost koryta se určí se zřetelem na pořizoací náklady a se zřetelem na praděpodobnou škodu, která by nastala případě porušení koryta (některé jeho části). Informatině lze uést tyto hodnoty: Nárhoý průtok pro odolnost dna Q 1 až Q 5 Nárhoý průtok pro odolnost sahů břehu a berem a) pro neopeněný břeh a bermy b) pro openěný břeh a bermy Q 5 až Q 20 Q 20 až Q 100 Nárhoý průtok pro odolnost ochranných hrází Q 100 V upraoaném úseku Chomutoky, tedy na toku upraeného charakteru zastaěné oblasti s nízkou hustotou zastaěnosti, bude olen nárhoý průtok pro odolnost dna Q kap=1-2 a pro odolnost noě zřizoaných openění sahů Q 20. METODA TEČNÝCH NAPĚTÍ A. Dno na Q NÁVRH 1-2 1. přímé gr i [Pa] od d NÁVRH S R d d b *) 21 od s gde ;... číslo stability [-] s... měrná hmotnost splaenin [m 3 s -1 ] 1 Posouzení: stupeň bezpečnosti (z anglického safety factor) SF 1 *) Stanoení hydraulického poloměru dna R d pro stabilitu dna může prakticky ycházet z průřezoých charakteristik profilu při nárhoém průtoku Q NÁVRH 1-2 iz obr. ýše a zjednodušeně může být nahrazen odpoídající hloubkou proudění h 1-2 při témže průtoku.
2. oblouku od B R o z grafu 1 max 1 2 od R o... poloměr oblouku olit pro ýpočty průměr z menších použitých poloměrů... maximální tečné napětí na nějším oblouku u dna od max od... průměrné tečné napětí na dno 21 od max 1 ; SF 1 gd s e Pro určení odolnosti sahů koryta Chomutoky je nutno stanoit polohu hladiny h 20 pro průtok Q 20. Při kapacitě koryta cca Q 1-2 dojde k ylití tohoto průtoku z koryta. Při proudění mimo koryto lze inundaci rozdělit na aktiní a pasiní. V pasiní inundaci oda prakticky stojí a nedochází k jejímu proudění. Na proedení průtoku se podílí pouze lastní koryto a aktiní část inundace. Pro daný úsek Chomutoky lze s přijatelnou mírou přesnosti (na straně bezpečnosti) uažoat ýpočet pro schéma složeného koryta dle obrázku obr.1 Obr. 1 Schéma ýpočtu proudění při ylití z koryta pro Q 20. B.Sah na Q 20 1. oblouku B (pro 4 0,75gh h 21 os s gde h20 tg 5,5 R o os 20 i
... odchýlení ektoru rychlosti proudnici od směru tečny k ose oblouku témže místě h 20... hloubka při nárhoém Q 20 R o... poloměr ose oblouku cos tg (7.67, 8.20) * 2sin sin tg * / číslo ronice e skriptech Úpray toků Mareš, číslo ronice učebnici Úpray toko Raplík, Výbora, Mareš... úhel pro ýpočet čísla stability na sahu... úhel sklonu sahu (naržený)... úhel nitřního tření pod odou Číslo stability na sahu 1 sin s 2 (7.71, 8.21) cos tg SF tg sin cos s (obykle menší než 1) (7.48, 8.22) proto nárh openění sahu nárh pohozu tento ýpočet je pouze orientační pro posouzení elikosti odolné částice pokud se nepoužije pohoz. Nárh pohozu Nárh pohozu je předstaoán opakoaným ýpočtem pro změněná a d e již narženého materiálu pohozu a to tak dlouho, dokud není splněna podmínka SF>1 (max. 1,2). Výpočtem musí být zjištěna hodnota d e pohozu. Vztah mezi a d u materiálů do pohozů udáá obrázek obr.2.
Obr. 2 Úhel nitřního tření pohozů Výpočet stability metoda neymílacích rychlostí Pro inženýra je často názornější předstaa o limitu neymílacích rychlostí, poronááme zde limitní spočítanou hodnotu neymílací rychlosti, při níž je zrno dané elikosti při aktuální hloubce schopno ještě zůstat klidu, se skutečnou rychlostí s, která odpoídá proudění pro posuzoaný průtok. V dalším bude použita následující indexoá konence. - neymílací rychlost, další indexy S a O znamenají hodnoty neymílací rychlosti na sahu a oblouku s sislicoá rychlost, další indexy O a max znamenají sislicoou rychlost oblouku a její maximální hodnotu. A. Dno přímé na Q NÁVRH koryta tj. Q d 2 1 e určíme např. z ýpočtu 6 7,24 R 1 d d 6 R d... hydraulický poloměr dna d e, d 90... jsou zrna z křiky zrnitosti pohozů 90 1 kde křika zrnitosti pohozů by měla být plynulá a doporučený relatiní tar e ztahu k zrnu d 50 d e by měl být e shodě s obr. 3.
Obr. 3 Křika zrnitosti pohozů Hodnoty lze určit i tabelárně, např. z hodnot uedených e skriptech (Úpray toků narhoání koryt, Mareš) Tab. 8.2 od str. 183 dle druhu openění. Při parabolickém rozdělení sislicoých rychlostí korytě platí pro maximální sislicoou rychlost s,max a rychlost průřezoou (spočítanou z Chézyho ronice!!) ztah 0,945s, max s, max 0,945 B. Sahy (Q 20 ) přímé a oblouku Neymílací rychlost na sahu oblouku,so není stejná jako neymílací rychlost přímé. Projeuje se účinek prostoroého proudění odchylka proudoých láken u dna od podélného směru. Hodnotu je tedy třeba oprait o li sklonitosti sahu (SF m ) a roněž i li odchylky proudoých láken (). Posouzení pro dno přímé s,max 1 1 1 2 cos 2 2 2, S O K SF 1 tg SF *) O m m kde tg tg SF m **) *) Pokud se jedná o elikost neymílací rychlosti na sahu přímé,s, platí roněž ýše uedený ztah za předpokladu tg =0. **) Nelze samozřejmě připustit aby SF m < 1, neboť by se částice neudržela na sahu ani bez spolupůsobení proudící ody!!! Nyní je třeba ještě stanoit hodnotu maximální sislicoé rychlosti oblouku s,o max dle poznatků Rozoského o proudění zakřieném korytě. Prouděním kruhoě zakřieném korytě se rozíjí deformace rychlostního pole, kde maxima sislicoých rychlostí se přesouají k nějšímu okraji. Maximální deformace znikne při mezním úhlu
Obr.4 Podmínky rozdělení sislicoých rychlostí oblouku (dle Rozoského) a mezní úhel C20 h 20 mezní úhel : 2,3 [rad] (graf 2) (pro graf 2 nutno přeést na!!!) g R o R o - poloměr oblouku, C 20 rychlostní součinitel dle Chézyho pro posuzoanou hloubku h 20 při posuzoaném průtoku Q 20 Z grafu 2 určit pro C a **) hodnotu přírůstek sislicoé rychlosti zakřiením s, O max s, max 1, kde s,o max je maximální sislicoá rychlost proudění oblouku a s, max je maximální sislicoá rychlost na sahu přímé. Posouzení pro patu sahu přímé, S s,max **)!! Pozor, pokud je středoý úhel posuzoaného kružnicoého oblouku menší než hodnota, je třeba do grafu 2 použít místo tento středoý úhel!! Stanoení dosahu traních porostů na sahu. Posouzení pro patu sahu a oblouku (pokud neyjde, je třeba íce openit), S O s,o max Pokud chceme určit úroeň, kam až mohou zasahoat traní porosty, je třeba stanoení založit na současném splnění jak podmínek mechanické odolnosti (neymílací rychlost traního porostu je ětší než odpoídající sislicoá rychlost k dané úroni břehu doporučení pro Q 20 ), tak i podmínek tolerance traního openění ůči zatápění. Stanoení hranice mechanické odolnosti (h A), s, max,s kde, S je limit neymílací rychlosti pro jednotlié druhy openění na sahu přímé,, s, O max,so kde,so je limit neymílací rychlosti pro jednotlié druhy openění na sahu oblouku.
Speciálně pro traní kryt na sahu oblouku tedy ychází rozhraní mechanické odolnosti za předpokladu Rozoského rozdělení rychlostí průtočném profilu takto s,o A s,o max h h 0,4 h A max,s tráy A iz obr. 5 2,5 max s,o max h,s O tráy!! Pozor, případě posouzení openění oblouku je třeba příslušnou hodnotu V,S O opět redukoat K O (iz. ýše)!! Obr.5 Hloubka h A určuje dosah openění traou pod hladinou při Q 20 Obr. 6 Výškoý rozsah použití train na sahu koryta
Běžně použíané směsi mohou být yséány na plochách, kde nepřetržité zaplaení e egetačním období není delší než 14 až 21 dní a kde během egetačního období není celkoá doba, kdy je porost pod odou delší než 40 dnů. Je nutné počítat s tím, že požadoané odolnosti může dosáhnout traní porost při kalitní údržbě až od hladiny Q 180 d až Q 90 d průtoku (podle charakteru toku a složení osia). Pod touto hladinou je jeho odolnost menší a musí ji tedy postupně přezít jiný druh openění. Z obr. 6 plyne, že běžné traní směsi ( případě, že nejde o lhkomilné trainy) lze doporučit od uedené horní hranice (Q 90 d ) iz obr.7. Pak lze počítat s hodnotami odolnosti traního krytu uedenými tabulce Tab. 1. Pokud chceme tedy určit úroeň, kam až mohou zasahoat traní porosty, je třeba postupoat souladu s obrázkem 7. Obr. 7 Volba nejnižší úroně, kam až může traní kryt zasahoat
Tab. 1
Graf 1
Graf 2