Oppgave
Vi skal finne kapasitetskurven til en rektangulær kulvert med innløpskontroll:
- Rektangulær kulvert av betong. Støpt på plassen (plasstøpt), ikke prefabrikkert.
- Innvendig bredde x høyde: BxH = 2,5 * 1,5 m
- Lengde, L = 10 m.
- Bunnhelling i kulverten er 5 %.
- Innløp med vingemurer vinkelrett på elva og 90 graders hjørne over innløpet.
- Det er ikke rist foran innløpet.
- Bekken nedstrøms kulverten er ca. 5 m bred og med sideskråning 1:2,5 (vertikal:horisontal). Bunnhellingen i bekken er 5 %.
- Vi forutsetter at kulverten har innløpskontroll, se under.
- Dimensjonerende vannføring for 200-års flom, Q200 = 14 m3/s
For å gjøre eksempelet enkelt har vi valgt en kulvert som vi er sikker på har innløpskontroll. Så slipper vi beregning av utløpskontroll som er mer komplisert.
Dette er eksempel på kulvertberegning og er ikke knyttet til en spesiell kulvert.
Innløpskontroll
Elven nedstrøms kulverten er bratt og elvebunnen er 2 m bredere enn kulverten. Vi kan derfor anta at vannstanden ved kulvertutløpet er for lav til å redusere kapasiteten.
Gjennomløpet er også bratt (5 %) og relativt glatt (betong). Vi forutsetter derfor at strømningen i kulverten vil være overkritisk frispeilstrømning.
Hvis vannstanden ved innløpet blir veldig høy så kan vi få trykkstrømning (og derved utløpskontroll), men i dette tilfellet vet vi at vannet ikke kan stige så mye før det renner over veien. Derfor er ikke trykkstrømning sannsynlig.
Fremgangsmåte
Listen under viser hovedpunktene i beregningsgangen. Detaljene kommer nedenfor.
- Samle opplysningene i et beregningsskjema. (Ikke vist.)
- Finn kapasitetskurven for innløpskontroll med et nomogram som passer til innløpet.
- Finn vannstanden nedstrøms -> UTGÅR pga. innløpskontroll
- Finn falltapene gjennom kulverten og kapasiteten for utløpskontroll -> UTGÅR pga. innløpskontroll
- Sett opp kurven for innløpskontroll
- Fra kurvene finner du hvor mye vannstanden stiger ved Q200.
Nomogram for innløpskontroll
Kapasiteten bestemmes fra nomogram som passer til formen på innløpet. Innløpet har vingemurer av betong. Over innløpet er det 90 graders hjørne.
Chart 8A i Hydraulic Design of Highway Culverts gjelder rektangulære kulverter (box culvert). Fordi vingemurene er vinkelrett på elva velger vi skala 2 (90 degrees).
Vi velger noen vannføringer, Q, og regner om til vannføring per løpemeter ved å dele på bredden av kulverten. Forholdstallet HW/D leses av fra skala nr 2. Vannstanden, HW, beregnes ved å gange HW/D med kulverthøyden innvendig, D. Figuren og tabellen under viser fremgangsmåten.
Tabellen under viser resultatene. Vi velger vannføringen i vernstre kolonne, beregner vannføring per breddemeter. Fra nomogrammet leser vi av relativ dybde, dvs. relativt til høyden på kulverten.
Kapasitetskurven under viser resultatet grafisk. For eksempel, for å få Q200 = 14 m3/s gjennom kulverten så må vannsatanden ved innløpet stige 3 m.
