Брана (градба)

Брана — градба подигната преку корито на природен или вештачки водотек со цел да се подигне првобитното ниво на водата спротиводно од браната. Подигањето се врши за да се добие пад за искористување на водната снага, да се зголеми длабочината на водата во водотекот заради олеснување на пловноста или за собирање на поголеми количини вода, потребни за регулација и истекување на водните количини во водотекот низводно од браната, за производство на електрична енергија или за наводнување на поголеми подрачја. Кај планинскит потоци и буици, браните служат за зацврстување и осигурување на поточното корито. Основни делови на браната се: тело, прелив, испусти и слапови. Телото на браната го презема притисокот на водата и другите сили кои делуваат на браната и ги пренесува преку темелната површина на дното и страните на речната долина или корито. Горниот дел на телото се завршува со круна на браната, а тоа е највисоката површина на браната, која обично се користи за пат за одржување или пешачка патека. Долните и страничните делови на телото се прицврстени во дното и страните на речната долина или корито, а завршуваат со темелната површина што е најниска точка на браната. Преливите се сместени на највисоката точка на вештачкото езеро и служат за одвод (евакуација) на поплавните води од езерото во речното корито. Така круната на браната се штити од прелевање. Водата преку преливот може да се прелива слободно или прелевањето е контролирано со капии. Преливите со отворено одводно корито се сместуваат на телото на браната или на страната на вештачкото езеро, а преливите со вертикално преливно окно и водорамен одводен тунел се сместуваат во вештачкото езеро. Испустите служат за празнење на вештачкото езеро, за искористување на водите од езерото, а низ нив може се плакни наталожениот нанос. За контрола на испуштањето на водата низ испустите служат капии. Испустите поминуваат низ телото на браната или страничниот дел на преградното место на браната. Слаповите служат за распрснување на водениот млаз кој преминува преку преливот или низ испустот со што го спречува разорувањето на речното корито и поткопување на темелите на браната. Тоа се базени со кои одводните корита на преливите и испустите се споени со природното корито на реката. По потреба со браните се градат и корита за пропуштање дрва, рибји патеки, преводници и други градби, чија цел е да ги овозможат оние корисни дејности на реката што браната со пресекување на водениот тек ги оневозможила. За преземање на можни мерки за спречување на оштетување или рушење на браната, состојбата на браната постојано се следи, се посматраат сите настани во врска со браната и нејзината околина (поместувања и напрегања) на браната и на тлото на нејзиниот темел, метеоролошки и хидролошки прилики, сеизмолошки делувања, мерење на деформациите. Спрема големината и сложеноста на градењето, браните се делат на големи и останати. Големи брани се оние кои се повисоки од 15 метри (мерено од најниската точка на темелната површина до круната на браната) и брани со висина меѓу 10 и 15 метри, кои задоволуваат барем еден од следниве услови: круна подолга од 500 метри, зафатнина на вештачкото езеро добиено со градење на брана поголема под милион м3, најголема поплавна вода која се пропушта преку преливот на браната поголема од 2 000 м3/s, особено сложени услови на темелење на браната, брана со нетипично решение. Спрема начинот на градење и материјалот, браните се делат на насипани, бетонски и ѕидани со камен, кои денес се многу ретки. Историја Првите брани се јавуваат во Месопотамија и Средниот Исток, каде се граделе за контрола на водениот тек на реките Тигар и Еуфрат кои знаеле да бидат многу непредвидливи. Првата позната брана била браната Јава во Јордан, околу 100 km североисточно од главниот град Аман. Оваа гравитациска насипана брана била висока 4,5 метри, широка околу 1 метар и долга околу 50 метра. Датира околу 3000 г.п.н.е. Во древниот Египет била изградена браната Сад-ел-Кафар, 25 км јужно од Каиро. Била долга 102 и 87 м широка, а изградена била околу 2800 или 2600 г.п.н.е. Старите Римјани биле познати по тоа што организирале големи градилишта, така што изградиле голем број брани. Правеле вештачки езера за снабдување со вода во сушните раздобја, а употребувале малтер и римски бетон, така што можеле да градат и поголеми објекти. Нивната највисока брана била браната Субијако, во близина на Рим која била висока 50 метра. Познат е и Валеријановиот мост или Банд-е Кајсар во Иран кој бил дел од брана. Браната Каланај е масивна брана од необработен камен, долга преку 300 метра, висока 4,5 метра и широка 20 метра, на реката Кавера во индиската држава Тамил Наду, која е најголема стара брана која и денес е во употреба, а изградена е во I век. Нејзината намена е да обезбеди наводнување. Ду Ѓанг Јен е најстар систем за наводнување кој во својот состав има брана, а е завршен во 251 година. Се наоѓа во провинцијата Анхуеј (Кина) и содржи огромно вештачко езеро за наводнување кое има опсег од околу 100 км, а се користи и денес. Се проденува дека денес има околу 800.000 брани ширум светот, од нив 40.000 имаат висина преку 15 м. Видови брани Нивото на подигнатиот водостој се нарекува успор, а висината, за која водостојот над браната е подигнат во однос на своето првобитно ниво, успорна висина. Браната е темелна, ако нејзината круна е пониска од нивото на неуспорениот природен водостој, во спротивен случај таа е водопадна. Браните може да бидат постојани, подвижни или мешовити. Постојаните брани во целост се неподвижни масивни градби, кај кои не може да се регулира водостојот спротиводно од браната, а вишокот вода се прелива преку круната на браната. Браните може да бидат насипани, од камен (денес ретко) или армиранобетонски. Бидејќи овие брани не можат да го регулираат водостојот, истите се подигаат само во горниот тек на планински водотеци или во длабоко всечени корита, каде подигањето на водостојот при преливање на големи води не предизвикува штети на крајбрежното подрачје. Постојаните брани се градат до висина од приближно 15 метра, ако висината им е поголема или ако затвораат долина во брдовит терен, се викаат долински прегради, а ако се градат од земјен насип, се нарекуваат успорни насипи. Браните со висина до 15 м се нарекуваат ниски, а повисоките се нарекуваат високи. Подвижните брани се состојат од подвижни конструкции, т.н. капии, сместени меѓу столбовите. Така се регулира протекувањето на водата низ браната, а со тоа и водостојот на спротиводно од браната. Видови брани спрема висината Се разликуваат ниски и високи брани. Согласно меѓународниот стандард (англ. International Commission on Large Dams, ICOLD), во високи брани спаѓаат сите оние брани чија висина од темелот до круната изнесува повеќе од 15 м, како и оние повисоки од 10 м кои имаат должина по круната повеќе од 500 м, поголемо вештачко езеро од 100.000 м3, или ако преку нив треба да се пропушта количина на вода поголема од 2000 м3/s. Сите други брани се сметаат за ниски. Ниски брани Ниската брана претставува градба која главно има задача да го свртува водениот тек или да го подигнува водостојот во коритото и на тој начин да овозможи пловидба. Секоја ниска брана ствара концентрација на падот и со тоа овозможува искористување на водната снага, може да се искористи за водени спортови, може да служи и за задржување на наноси, за спречување на ерозија и слично. Ниските брани служат и за свртување на водата заради напојување на канали за наводнување на полињата, канали за снабдување на индустриски постојки, пловни канали, како тунели кои ја водат водата до хидроелектрани. Високи брани Високите брани служат за формирање вештачки езера, кои може да се употребат за погон на хидроелектрани, наводнување или подлабока пловидба. Највисока брана на светот е браната Нурек во Таџикистан. Видови брани спрема материјалот Спрема материјалот од кој се градат браните се разликуваат масивни брани од камен или бетонски блокови ѕидани на суво, од камен во малтер, од бетон и од армиран бетон, како и насипани брани од земја. песок, чакал или камен. Бетонски брани Бетонските брани може да се градат од обичен и од армиран бетон. Постојат три основни вида на големи бетонски брани: гравитациски, лачни и расчленети. Масивни брани На масивната преграда се разликуваат спротиводен дел (издигнат над коритото) или тело на браната, кое се спротивставува на притисокот на водата, и низводен дел, помалку или повеќе во облик на плоча положен по коритото. Предниот спротиводен дел, обично вертикален, се продолжува до карпеста или непропусна подлога. На ист начин се завршува и прагот на низводниот дел. Масивните брани со постојан карактер денес се градат исклучиво од бетон. Главниот проблем во врска со овие брани претставува пропуштање на голема количини вода. Проблемот се решава со оставање на проточни полиња или прелив во телот на браната, на кои се сместуваат подвижни запорници. Висината на запорниците, ширината и бројот на проточни полиња зависат од топографските и хидролошките услови. Тие може да ја опфаќаат целата должина на браната или само еден дел. Ширината на едно поле може да изнесува до 50 м, кај валчести вид на запорници. Кај други тоа обично не преоѓа 30 м. Највисоките запорници не преминуваат висина од 20 метра. Насипани брани Насипаните брани се прават од природен материјал ископан главно во близина на градилиштата (глина, чакал, песок, камен и слично). Ваквите брани се најстари познати брани, а се граделе и пред повеќе од илјада години. Со соодветна подготовка на темелите, осигурување на вододржливост и хидраулична стабилност на темелното тло може да се примени на сите тла. Вододржливоста се остварува со примеа на материјали кои слабо пропуштаат вода или со вградување водонепропусен дел во телото на браната (јадрото) или спротиводна косина. Спротиводната косина се осигурува од делување на бранови со камен или друга облога, а низводната од делување на ерозија од врнежи со затревување или со камена облога. За да се осигура хидраулична стабилност, телото на браната содржи дренажен систем. Заради сигурност, преливот и испустите се изведуваат претежно вон браните. Насипаните брани може да се поделат во две групи: земјени брани од хомоген материја, и земјени и камени брани од нехомоген материјал. Се градат или на карпи или на земјено тло. Не се многу осетливи на нееднолични слегнувања, како ни на потреси. Материјалот од кој се градат, секогаш во извесна мерка пропушта вода, па постои процедување од горната во долната вода. Заради тоа браната до депресиската линија е заситена со вода, а над таа линија се дига уште капиларна вода. Ако темелниот слој е непропусен, водата излегува на низводната страна како извор. За ова да се спречи, се поставува дренажа. Видови брани спрема начинот на спротивставување на притисокот на водата Спрема начинот на спротивставување на притисокот на водата браните може да бидат гравитациски, лачни, расчленет и подвижни. Гравитациски брани Гравитациската брана на притисокот на водата се спротивставува со сопствената тежина, па затоа телото на браната има голема зафатнина и многу широк темел. Основниот облик на попречниот пресек на гравитациската брана е триаголник. Темелите се добро темелно тло, најчесто на карпесто тло, а на чакал може да се темелат брани со помали висини. Вододржливоста на акумулацијата и смалувањето на притисокот на водата на темелната површина се остварува со инјекциска завеса на спротиводната страна на браната, а понекогаш и одведување со бунари изведени непосредно низводно до инјекциската завеса. Заради следење на состојбата на браната и можности за дополнително инјектирање, се изведуваат контролни (инјекциски) галерии по контурите на темелната површина на спротиводната страна. На брани повисоки од 40 метри се градат и водорамни контролни галерии приближно на секои 25 до 40 метри висина. Најчесто преливот и испустите се изведуваат на самата брана, односно на телото на браната. За да се смалат дополнителните напрегања заради стегање на бетонот, вградувањето се спроведува во блокови (15 до 20 метри) кои се спојуваат со заптивки, во текот на градењето се ладат агрегатот и водата, а се гради од бетон кој развива помала хидратациска топлина. На секоја брана делуваат надворешни сили како што се притисок на спротиводната страна, узгон на водата на спојницата меѓу темелот и тлото, притисок на мраз во вештачкото езеро (во ладните предели), притисок на земјата и притисок на наталожениот нанос (кал). Од внатрешните сили на браната делуваат сопствената тежина, притисокот на водата во порите (капиларите), силите кои настануваат заради промена на температурата на бетонот и силите заради стегање на бетоно (заостанати напрегања). Лачни брани Лачната брана е многу потенка од гравитациската. Градена е како закривена витка плоча прицврстена на околниот терен, така што поголемиот дел од оптоварувањето од акумулациската вода се пренесува на страниците на долината, каде браната е наслонета и врзана за цврсти карпи. Со лачни брани се преградуваат тесни долини со добри услови на темелење. На основа на односот на дебелината на браната и нејзината висина се разликуваат тенкостена (помалку од 0,2), дебелостена (од 0,2 до 0,4) и лачно-гравитациска брана (од 0,4 до 0,6). Тенкостените лачни брани се градат од армиран, а останатите од обичен бетон кој се армира само во ослабените пресеци (прелив, испусти, галерии и слично). Заради следење на состојбата на браната и можност за дополнително инјектирање, се изведуваат контролни галерии како и кај гравитациските брани. Преливот и испустите најчесто се изведуваат на самата брана, односно во телото на браната. Ако имаат и некои елементи на гравитациски брани, тогаш се нарекуваат лачно-гравитациски брани. Лачните брани настанале со идејата да се заштеди на трошоци на материјал и време на изведба. Заради смалените мерки имаат многу поголеми деформации, па за нив од големо значење и прашање е тврдоста на бетонот. Поврзано Хуверова брана Асуанска брана Брана Три клисури Кариба (брана) Наводи Литература Надворешни врски Grupa autora, "Hidrotehnočke građevine - 1. dio 2012.", Građevinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu, Zagreb 2012. Nevenka Ožanić, "Hidrotehničke regulacije", Građevinski fakultet Sveučilišta u Rijeci, Zavod za hidrotehniku i geotehniku, Rijeka 2002. Gravity Dam Analysis Structurae: Dams and Retaining Structures Strom online - Staumauer Архивирано на 4 декември 2013 г. Structurae: Staudämme, Talsperren und andere Stützbauwerke Архивирано на 21 октомври 2012 г. Typen von Talsperren Bauweise von Stauwerken e-lernen Stausee und Stromproduktion Архивирано на 4 март 2016 г. Entwicklung v. Sicherheitsstandards für Talsperren in Deutschland (PDF-Datei; 110 kB) Volker Bettzieche 100 Jahre technische Entwicklung des Talsperrenbaus in Deutschland, Wasserwirtschaft, Heft 1/2, 2010, pdf Архивирано на 28 ноември 2012 г. Westfälische Talsperren im Bildarchiv des LWL-Medienzentrums für Westfalen