Amenajări Hidrotehice Şi Hidroameliorative

8/11/2019 Amenajri Hidrotehice i Hidroameliorative

1/73

1

AMENAJRI HIDROTEHICE I HIDROAMELIORATIVE(1/2)

1. Introducere

Apa reprezint elementul primordial n existena vieii, a civilizaiei umane i pentru orice activitate economic, Necesarul deap a crescut n mod spectaculos n zilele noastre, n condiiile expansiunii civilizaiei industriale, odat cu creterea general aconsumurilor de energie, de materii prime i de alte resurse naturale.

De regul cele mai mari cantiti de ap sunt solicitate de industrie i agricultur prin sistemele de irigaii. Ramuri mariconsumatoare de ap sunt metalurgia, chimia, rafinarea petrolului, industria de celuloza, industria alimentar. Apa utilizat de populaieocup o pondere mult mai mic,

n ara noastr principalul utilizator de ap este industria care folosete anual circa 10 miliarde m3, din care l miliard m3, ap potabil, agricultura folosete pentru irigaii ntre 6 i 8 miliarde m3, zootehnia circa 400 mii m3, piscicultura circa 2 miliarde m3,gospodrirea comunal circa 700 mii m3 pentru nevoi generale iar pentru consumul casnic 700 mii m3.

La nivel mondial, n special n statele cu potenial economic ridicat i cu mari consumuri de ap, s-au nmulit msurile cucaracter economic i administrativ care urmresc utilizarea raional a resurselor de ap, reducerea. consumurilor n toate sectoareleeconomiei naionale, reducerea pierderilor n reeaua de distribuie, i n alte instalaii, recircularea i folosirea repetata a apei, ca i protecia calitii apelor, combaterea polurii mediului acvatic.

La o prim vedere rezervele de ap de pe globul pmntesc sunt foarte mari. Astfel se apreciaz, c volumul total al apeiexistent pe glob este de circa 1.400.000.000 km3 (100%), din care:

- oceanul mondial reprezint 1.362.200.000 km3 (97,3%);- apa dulce reprezint 37.800.000 km3 (2,7%);

La rndul ei apa dulce (100%) este rspndit sub diverse forme i anume:

- apa coninut de gheari 29.182.000 km

3

(77,2%);- ape subterane 8.467.000 km3 (22,4%);- apa din lacuri i mlatini 132.000 km3 (0,35%);- vapori de ap n atmosfer 15.120 km3 (0,04%);- apa rurilor i fluviilor 3.780 km3 (0,01%).Aa cum se observ, apa rurilor i fluviilor, care prezint cel mai mare interes pentru economia diferitelor ri, reprezint

abia 0,01% din volumul apei dulci de pe glob.Dac se consider anual circa 10 circuite ale apei n natur, volumul mediu de ap scurs pe ruri i fluvii ntr -un an ajunge la

37.800 km3, apreciindu-se c n actualele condiii tehnice i economice pot fi captate i valorificate aproximativ 20.000-30.000 km3/an.

Aceste date arat clar c, att pe plan mondial, i evident i n ara noastr, resursele de ap dulce sunt limitate. Totodattrebuie remarcat c aceste resurse sunt repartizate teritorial foarte neuniform, regimul lor de scurgere este foarte variabil n timp, iarcalitatea apei nu este satisfctoare.

Pe msura creterii cerinelor de apa, a aprut necesitatea realizrii de amenajri hidrotehnice tot mai complexe, n special lacuri de acumulare, pentru reinerea unor volume de apa din perioadele de viituri i redistribuirea lor n perioadele secetoase, ca itransferuri de debit ntre bazine hidrografice, transportul apei la distanta prin canale, galerii i conducte, etc., lucrri dificile i foartecostisitoare.

Din punctul de vedere al balanei cantitative ale apei, Romnia este una din tarile relativ srace n resurse de ap, chiar i nraport cu alte tari europene, Europa fiind de altfel una din zonele globului cu cele mai bogate resurse de ap.

Tara noastr dispune de trei resurse de baza de apa: Dunrea apele subterane i reeaua de ruri interioare. Dunrea, cu un stoc mediu multianual, la intrarea pe teritoriul tarii noastre, de 170 miliarde mc, este cea mai bogata resursa de

ap. In plus ea prezint i avantajul unei excepionale regularizri naturale, datorita caracterului ramificat al bazinului hidrografic dincare i colecteaz apele. (Raport Qmax/Qmin = 10). Pentru tara noastr prezint ns dezavantaje. Astfel datorita poziiei periferice eanu poate satisface cerinele de apa dect intra zona limitata din sud. Fiind o importanta artera de trafic european se impun restricii dedebite la prelevri. Prin faptul ca strbate mai multe ri trebuie inut seama de balana apei prelevate pe ntregul bazin.

O alta resursa de apa o reprezintdepozitele de apa subterana ce sunt evaluate la circa 8 miliarde mc/an. Utilizabile din punctde vedere tehnic i economic sunt cca. 4,5 miliarde mc/an. n momentul de fata se preleva din subteran circa 2,5 miliarde mc.

Principala sursa de apa o reprezint ns pentru tara noastr rurile interioare. Volumul total de apa tranzitat pe acestea estede circa 37 miliarde mc.

Dificultatea principala n utilizarea acesteia o reprezint distribuia neuniform a cursurilor de apa n spaiu i a debitelor lorn timp, iar cea mai mare dificultate o prezint regimul debitelor. (viituri puternice primvara nsoite de inundaii-suprafaa inundabilafiind de peste 3 milioane ha, n timp ce perioade ndelungate de timp din an se nregistreaz debite foarte mici). Raportul debite minime/debite maxime este de 1/200, 1/1000 i chiar 1/2000. De aceea, n regim natural resursa asigura doar cca. 5 miliarde mc.

Cerinele de apa pentru tara noastr oscileaz n jurul valorii de 20 miliarde mc. Din acest volum total, cel de apa prelevat dinrurile interioare reprezint 11,5 miliarde mc, adic de peste doua ori potenialul natural al acestei surse. Acest lucru este posibil pe de o parte ca urmare a utilizrii repetate a apei pe cursul unui ru i pe de alta parte lucrrilor hidrotehnice executate, n special lacuri deacumulare, care nsumeaz peste 6 miliarde mc.

Lucrrile hidrotehnice destinate asigurrii necesarului de apa sunt lucrri interdependente cu alte lucrri i fenomene din bazinele hidrografice. Coordonarea lor unitar este o latura a echilibrului necesar al diferiilor factori de mediu, a cror ignorare poateavea multiple efecte negative. Astfel lipsa corelrilor necesare, devansarea lucrrilor de ndiguire, fata de cele de atenuar e a viiturilor,spre exemplu poate amplifica inundaiile i efectele lor n zonele din aval.

Un alt aspect foarte serios este nerealizarea lucrrilor de combatere a eroziunii solului, de atenuare a torenilor, de mpduririi protecie sau din contra defriri, nerespectarea regulilor agrotehnice pe pante, ceea ce contribuie la amplificarea debitelor solide ideci a colmatrii albiilor i mai ales a lacurilor de acumulare.

Necorelarea unor lucrri de ndiguire, cu lucrri necesare de desecare a incintelor ndiguite, duce la meninerea i chiar cretereaexcesului de umiditate n aceste incinte. Modul de realizare a sistemelor de irigaii cu pierderi mari de apa prin reeaua de canale dealimentare, precum i tehnologiile de udare duc la ridicarea nivelului pnzei freatice, cu efecte negative asupra solului, cu exces de

umiditate i bltiri. Fenomenul cel mai grav, care pune probleme dificile n domeniul gospodririi apelor este procesul de poluare a cursurilor de

apa, prin evacuarea unor cantiti tot mai mari de ape uzate industriale, comunale sau de la complexele zootehnice, fenomen ce afecteazi balanele cantitative, prin compromiterea calitii surselor de apa, tiut fiind ca pe cursurile de apa au loc prelevri consecutive, dinamonte spre aval. Acest fenomen se datoreaz lipsei sau proastei funcionari a instalaiilor de epurare. Ptrunderea apelor poluate n


2/73

2

stratul freatic este un fenomen foarte periculos care duce la degradarea uneia din sursele cele mai importante de ape de calitate i careodat poluata este foarte greu sa mai fie adusa la calitatea iniial.

n cadrul economiei naionale a unei ri, ramura care are ca obiect totalitatea msurilor necesare pentru folosirea raional aresurselor de ap poart denumirea economia apelor.

Domeniile sau direciile principale ale economiei apelor sunt urmtoarele: - hidroenergetica, care se ocup cu amenajarea i folosirea energiei apelor (cursuri de ap, maree etc.); - transporturile fluviale i maritime, cu amenajrile hidrotehnice respective privind regularizarea cursurilor de ap,construcia porturilor, aprarea coastelor etc.; - hidroamelioraiile, care au ca scop irigarea i alimentarea cu ap a terenurilor i centrelor agricole, precum i desecareaterenurilor cu ape n exces;- alimentrile cu ap i canalizrile centrelor populate i ale ntreprinderilor industriale; - folosinele diverse, sanitare, piscicole, sportive.

Tot n cadrul economiei apelor se iau msuri sistematice pentru combaterea aciunii distructive a apelor, provocat prin viituri iinundaii, prin erodarea albiei i malurilor cursurilor de ap, sau prin splarea i degradarea solului fertil.

Principiile folosirii complexe a apelorn interesul obinerii unui randament maxim pentru economia naional, un curs de ap trebuie amenajat i folosit n acelaitimp pentrumai multe scopuri. O asemenea folosire poart denumirea de folosire complex. O folosire complex a apelor trebuie s respecte urmtoarele principii:

- s creeze posibilitatea utilizrii concomitente a cursului de ap n mai multe scopuri; - s nu exclud o asemenea posibilitate pentru viitor;- s respecte i s ncadreze, n msura n care acest lucru este raional, folosinele deja amenajate. Aplicarea acestor principii nu este uoar deoarece: anumite folosine cer debite uniforme (alimentrile cu ap), altele cer

debite neuniforme (energetica) sau periodice (irigaiile); anumite amenajri aduc apa, altele o evacueaz (canalizrile, desecrile);anumite folosine consum apa (alimentrile cu ap, irigaiile), altele o folosesc fr a-i micora debitul (energetica, transporturile peap, piscicultura).

Din cele artate rezult c planurile de amenajri complexe trebuie s satisfac n mod raional i economic cerinele maimultor ramuri. Cnd acest deziderat este pe deplin realizat, punnd n valoare totalitatea posibilitilor unei resurse de ap, folosirea poart denumirea de folosire integral.

5. Amenajarea apelor din Romnian Romnia, ncepnd cu anul 1950 s-au enunat principiile amenajrii integrale a apelor, principii care au stat la baza tuturor

lucrrilor hidrotehnice care au fost construite de atunci i pn n prezent. Acestea prevedeau asigurarea stabilitii i creterii producieiagricole prin irigaii, lupta mpotriva secetei, prevenirea inundaiilor, plantarea perdelelor de protecie, amenajarea-de baraje i lacuri deacumulare, regularizarea debitelor rurilor, amenajarea i re-ctigarea terenurilor inundabile, navigaia, alimentarea cu ap a oraelor icentrelor industriale, piscicultura, amenajarea torenilor i rempdurirea. n perioada actual, ara noastr dispune de un plan general de amenajare apelor, elaborat n anul 1962. Obiectivele principale avute nvedere la elaborarea acestui plan au fost:

- inventarierea resurselor de ap ale rii, cu caracteristicile lor cantitative i calitative;- determinarea zonelor care prezint deficit sau excedent de ap n raport cu necesitile; - stabilirea msurilor i lucrrilor necesare pentru satisfacerea necesarului de ap al folosinelor, pentru combaterea

efectului duntor al apelor i pentru protecia calitii lor. Criteriile principale care au stat la baza alegerii soluiilor, a stabilirii lucrrilor i etapizrii acestora, au fost folosirea complex alucrrilor i amenajrilor hidrotehnice i eficiena lor economic. Schema de amenajare de prim etap, ca i cea de perspectiv, inseama de o dezvoltare progresiv, plecnd de la situaia existent la data elaborrii i tinznd spre perspective din ce n ce mai largi.

Exemplificri Amenajarea complex a rului Bistria, nceput n anul 1951, cuprinde n primul rnd uzina hidroelectric Bicaz, cu lacul de

acumulare realizat de barajul de la Izvorul Muntelui. Volumul total al lacului este de 1230 mii. m3, din care volumul util re prezint 930mii. m3. Cderea brut maxim de 149 m i debitul instalat de 178 m3/s, duc la o putere instalat de 210 MW i la o producie de energien anul mediu de 490 mii. kWh.

Alte 12 trepte amenajate pe Bistria n aval de centrala de la Stejaru pn la confluena cu iretul totalizeaz o putere instalatde 244 MWcu o producie de energie de 918 mii. kWh. Ele asigur o serie de instalaii de alimentri cu ap industrial precum idezvoltarea unor complexe turistice i sportive.

Amenajarea complex a rului Arge, a crei execuie a nceput n anul 1961, cuprinde uzina hidroelectric de la Cpneni,cu o putere instalat de 220 MW i o producie de energie de 400 mii. kWh, i o cascad de 14 uzine n aval, cu o putere instalat de 175

MW i o producie de energie de 350 mii kWh. Lacul de acumulare realizat prin construcia barajului Vidraru are un volum de 465 mii. m3.

Amenajarea complex a rului Olt cuprinde 31 de uzine hidroelectrice pe sectorul Fgra-Dunre, din care 19 n zonaDeti-Dunre. Puterea total instalat va fi de l000 MW, iar producia de energie electric, de circa 2,8 miliarde kWh.

Sistemul hidroenergetic i de navigaie Porile de Fier, construit ntre anii 1964 i 1971 n cuprinde: - barajul deversor central, cu o nlime constructiv de 60 m i o lungime de 441 m; el este prevzut cu 14 deschideri de cte25 m, separate prin pile de 7 m grosime; evacuarea apelor se face prin manevrarea unor stavile plane duble, de 14,3 mnlime; - dou centrale hidroelectrice, care pe cte un front de 210 m au instalate 6 grupuri turbo-generatoare, cu turbine Kaplan de175 MW fiecare;- dou ecluze n dou trepte, care au lungimea fiecrui sas de 310 m, lrgimea de 34 m i adncimea peste prag de 4,5 m; ele permit ecluzarea unui convoi de 9 lepuri de cte l200 t cu remorcher.

Porile de fier II are un barej de pmnt i 12 turbine cu o putere total de 216 MW.

Amenajarea Someului cuprinde dou trepte, barajul Beli V = 200 mil. mc ap, P = 220MW i Tarnia baraj n arc H = 98m,P = 45 MW.


3/73

3

Amenajare Lotru, barajul Vidra de anrocamente cu nucleu de argil H = 121m, centrala la o adncime de 120 m, P = 510MW, 3 turbine Pelton cu o cdere de 809m.

Clasificarea construciilor hidrotehnice Clasificarea dup rol i specific Dup rolul pe care l ndeplinesc n cadrul amenajrilor hidrotehnice, construciile hidrotehnice se mpart n dou mari

categorii:

- construcii generale, care se aplic n mai multe sau n toate ramurile economiei apelor; - construcii speciale, care se aplic ntr -o singur ramur a economiei apelor i sunt specifice folosinei acesteia. Dintre construciile hidrotehnice generale fac parte:

- construciile de retenie, care bareaz un curs de ap i rein volume mari de ap n scopul regularizrii debitelor: barajelede toate tipurile, digurile;- construciile de derivaie, care bareaz un curs de ap i i ridic nivelul n scopul asigurrii posibilitii de abatere sauderivare a unor debite pe aduciuni; acestea sunt stvilarele cu prile lor fixe i mobile; - construciile de regularizare, care au ca scop dirijarea cursurilor de ap, regularizarea regimului de scurgere n albii i protecia albiilor i malurilor de aciunea distructiv a apei: digurile pentru dirijarea i devierea cursurilor de ap, construciilede consolidare a malurilor i fundului albiilor, construciile pentru reinerea depunerilor;- construciile de descrcare, care au rolul de a evacua apele din lacurile de acumulare sau derivaie, din canale, din camerelede ap; - construciile pentru captarea apei, care au rolul de a capta apa dintr -un curs de ap sau lac, natur al sau artificial, ncantitatea necesar i a o dirija spre aduciune; - construciile de aduciune, care au ca scop asigurarea transportului unei cantiti de ap de la un punct la altul: canalele, conductele, galeriile hidrotehnice.

Dintre construciile hidrotehnice speciale fac parte:- construciile hidroenergetice, care se execut n scopul folosirii energiei apei din ruri, lacuri i mri: camerele deechilibru, conductele i galeriile forate, centralele hidroelectrice cu anexele lor, canalele i galeriile de fug; - construciile hidroameliorative, care se execut pentru irigarea i desecarea terenurilor, pentru ndiguiri, pentruaprovizionarea cu ap a teritoriului: instalaii de captare, bazine de decantare, reele de irigaii i desecare, colectoare,drenaje;- construciile pentru ci interioare de transport pe ap, care asigur navigaia: canale, ecluze, ascensoare de vase,debarcadere, cheiuri portuare, docuri;- construciile portuare situate pe ci interioare de navigaie i porturile maritime; - construciile pentru alimentri cu ap i canalizri: prize speciale, instalaii pentru mbuntirea calitilor apei, staii de pompare, reele de distribuie, reele de colectare, instalaii de epurare; - construciile pentru amenajri piscicole i stuficole: iazuri, heletee; - construciile aferente cilor de comunicaii terestre: traversri peste cursuri de ap, aprri de drumuri i ci ferate; - construciile pentru folosine diverse: amenajri sportive, de agrement, sanitare etc.

Clasificarea dup importan n activitatea de concepie i proiectare a construciilor hidrotehnice este necesar o clasificare bazat n mod deosebit pe

importana lor economic i social. Pe aceast cale se pot stabili debitele de calcul i verificare pentru diferitele amenajri, saucoeficieni de siguran- pentru rezistena i stabilitatea lucrrilor. Dup STAS 4273-83construciile hidrotehnice se mpart n cinci clase:

- clasa I, construcii de importan deosebit; . - clasa II, construcii de importan mare; - clasa III, construcii de importan mijlocie; - clasa IV, construcii de importan redus; - clasa V, construcii de importan foarte redus. Clasa construciilor se determin n funcie de capacitatea lor de producie, de durata de funcionare i de nsemntatea

funcional n cadrul amenajrii. Dup capacitatea de producie amenajrile hidroenergetice, spre exemplu, se mpart n patru categorii, funcie de mrimea

puterii instalate (tabelul 1-1).Pentru alte grupe de construcii hidrotehnice clasificarea funcie de capacitatea de producie este cuprins n standardul

menionat. Dup durata de funcionare, construciile hidrotehnice se mpart n: - construcii permanente, care se proiecteaz pentru o durat de exploatare egal cu durata lor de existen; - construcii provizorii, care se proiecteaz pentru o durat de exploatare mai mic dect durata lor de existen, precum ilucrrile provizorii din perioada de construcie a lucrrilor de baz. Dup nsemntatea funcional a lucrrilor n cadrul amenajrii, construciile hidrotehnice se mpart n: - construcii principale, care n caz de distrugere parial sau total ar provoca fie scoaterea din funciune a unitii de producie, fie micorarea considerabil a capacitii de producie, fie reducerea funciei de aprare a localitilor; - construcii secundare care n caz de distrugere parial sau total nu atrag dup ele efecte de natura celor menionate mainainte.

Puterea instalata (kW) Categoria peste 250000 1250000-50000 250000-5000 3

sub 5000 4Tabel 1-1

Elementele constructive ale amenajrilor hidrotehnice


4/73

4

n general, amenajrile hidrotehnice sunt alctuite din urmtoarele elemente constructive principale:

- Barajele de derivaie sau de acumulare,care au rolul de a ridica nivelul apei n msura necesar pentru a putea fi derivatntr-o aduciune sau de a concentra cderea i a acumula apele n vederea regularizrii lor. Prima categorie de baraje seexecut de obicei de nlimi mici (sub 10 m); cea de a doua, de nlimi care n prezent au atins 300 m.

- Descrctorii de apeevacueaz apele mari i regleaz nivelurile n lac. Se realizeaz ca deversori de suprafa, situai pe baraje sau pe versani, deschideri sau orificii de fund, conducte i galerii de golire. Sunt echipai cu instalaiile hidromecanice

aferente ca: stavile, vane, mecanisme de acionare, i prevzui cu dispozitive de disipare a energiei. - Prizele de ap,dispuse n baraj sau pe malurile rului barat, sunt destinate s asigure captarea debitelor i conducerea lor naduciune. Prin intermediul lor se combate ptrunderea aluviunilor, a gheurilor i zaiului, a tuturor corpurilor i impuritilorreinute de grtare.

- Aduciunileau rolul de a transporta debite de ordinul zecilor sau sutelor de m3/s de la punctul de captare la camerele deechilibru. Uneori ele sunt combinate cu aduciuni secundare care colecteaz i transport debite mai mici de la captrilesecundare n lacul de acumulare sau n aduciunea principal. Aduciunile ndeplinesc acest rol prin curgere cu nivel liber(canale de pmnt sau beton, galerii subterane) sau sub presiune (conducte metalice, de beton armat, galerii subterane).

- Camerele de echilibrurealizeaz legtura ntre aduciuni i conductele sau galeriile forate. Ele au rolul de a limitasuprapresiunile dinamice provocate de variaiile de sarcin ale centralei, respectiv de a menine echilibrul hidraulic dinaduciuni, la nchideri i deschideri ale vanelor, n cazul aduciunilor cu nivel liber ele poart denumirea de camere dencrcare, iar n cazul aduciunilor sub presiune, de castele de echilibru.

- Casele de vane,dispuse n general imediat n aval de camerele de echilibru, cuprind mecanismele de nchidere ideschiderea accesului apei spre central ca i instalaiile de aerisire i control pentru conductele forate.

- Conductele sau galeriile forate,cu unul sau mai multe fire, conduc apa de la camera de echilibru la central pe o diferen denivel mare i pe un traseu scurt n plan realiznd concentrarea cderii, ele au o pant constructiv mare i sunt foarte solicitatestatic i dinamic. Vitezele de curgere n aceste conducte sunt n general mari, de ordinul mai multor metri pe secund.

- Centralele hidroelectricecuprind cldirile sau camerele n care sunt instalate vanele de admisie, turbinele hidraulice,generatoarele electrice, mecanismele de reglare a sarcinii i a vitezei, staiile electrice de conexiuni i transformare,instalaiile anexe i camerele de comand.

- Canalele sau galeriile de fugconduc apele folosite de turbine spre punctele de restituie n cursurile de ap. n unele cazuricurgerea n galeriile de fug se face sub presiune.

n schema unei amenajri hidrotehnice pot intra toate elementele constructive menionate; uneori o parte din aceste elementelipsesc sau se substituie unul altuia, n funcie de condiiile naturale i schema adoptat. Aa spre exemplu, sunt schemeleconcentrate aleuzinelor- baraj, la care lipsesc aduciunile, camerele de echilibru i casele de vane, sau schemele uzinelor fluviale la care cldirilecentralelor joac i rolul de baraje.

Instalaiile hidromecanice i cele electrice au o pondere nsemnat n cadrul amenajrilor hidrotehnice. Tipurile icaracteristicile acestor instalaii exercit o influen hotrtoare asupra dispoziiei generale, asupra formei i dimensiunilor prilorconstructive. O parte dintre instalaiile centralelor hidroelectrice ca turbinele de ap, generatoarele electrice, instalaiile anexe, suntspecifice acestor centrale, n timp ce staiile de conexiune, camerele de comand, transformatoarele, reprezint echipamente i instalaiiutilizate i la alte tipuri de centrale sau staii electrice.

Scheme de amenajri hidrotehnice cu scop energetic

Or ice cantitate de apa aflata deasupra unui anumit nivel. reprezint o sursa de energie hidraulic. In natura diferena de nivel poate exista ntre doua seciuni succesive ale unui curs de ap, la o cascad, ntre doua ruri situate la cote diferite. Uneori diferena denivel se realizeaz pe cale artificial, pompnd o cantitate de apa de la un nivel inferior la un nivel superior(ex.: ru-lac.


5/73

5

In afar de acestea energia hidraulica mai este disponibil n natura i sub forma oscilaiilor periodice ale maree lor sau subforma valurilor i curenilor marini. Resursele de energie hidraulic au fost utilizate nc dinantichitate n scopul producerii energieimecanice (mori, irigaii). La nceputul sec XX a fost iniiat amenajarea n ritm susinut a potenialului hidroenergetic.

Tipuri principale de amenajri hidrotehnice Energia hidraulic natural este distribuit neuniform da-a lungul unui curs de apa. Ea se transform n cea mai mare parte n

energie termic pentru nvingere rezistentelor pe care le opune patul neregulat al rurilor. Restul se consum prin aciuneade erodare aversanilor. Scopul AH este de a nltura ct mai mult posibil pierderile de energie i concentrarea cderii disponibile pe sectoare scurten vederea producerii de energie.

Realizare concentrrii unei cderi este posibil prin mai multe metode: - prin construire unui baraj care ridic nivelul apei i mrete seciunea de curgere pe o anumit distan n amonte; - prin derivarea apei din albia cursului de ap ntr -o aduciune cu pant redus; - prin mbinarea metodelor precedente

innd seam de posibilitile de concentrare a cderii se deosebesc trei tipuri principale de amenajri hidrotehnice: - amenajarea uzina-baraj, cnd centrala este dispus n imediata vecintate a barajului, cderea realizndu-se doar prinintermediul acestuia;

a-uzin n vecintatea barajului

Fig.Diferena de nivel n natur

C.F.

-uzina n baraj


6/73

6

c-uzina reprezint o poriune a barajului


7/73

7

Fig. Uzin mixt subteran

(Rem: Prin centrala hidroelectrica se nelege construcia care adpostete vanele de admisie, turbinele, generatoarele,gospodarii anexe, camera de comanda iar prin uzina hidroelectrica se nelege totalitatea elementelor constructive i a echipamentelorcare alctuiesc o amenajare de la captare pana la punctul de restituire a apelor.)

Pentruamenajrile prin pompare se deosebesc trei tipuri principale:- uzine de pompare pure lacare acumularea se realizeaz prin pomparea apei ntr -un rezervor superior fr aport natural de

debit,- uzine de pompare mixte, la care acumularea prin pompare este combinata cu amenajarea hidroelectrica a unui curs de apa;- staii de pompare pentru captarea i introducerea n schema a debitelor unor cursuri de apa situate la un nivel inferior

corespunztor captrii principale.

Fig. Amenajare prin pompare

n orele de consum redus apa este pompat din lacul inferior n cel su perior folosindu-se energia generat de centraleletermoelectrice; n orele de vrf funcioneaz ca o central obinuit.

Disciplina care se ocup cu studiul diferitelor amenajri ale resurselor de ap, al metodelor de combatere a efectelor eidistructive,al construciilor, echipamentelor i al instalaiilor prin care se realizeaz aceste scopuri, poart denumirea de hidrotehnic.

Construciile inginereti care fac parte integrant din amenajrile hidrotehnice, alturi de alte construcii, echipamente i instalaii cu caracter mecanic sau electric. poart denumirea de construcii hidrotehnice, n raport cu celelalte tipuri de construcii,acestea sunt caracterizate de elementele artate n continuare.

Aciunea apei asupra construciilor hidrotehnice


8/73

8

Construciile hidrotehnice se deosebesc de celelalte construcii inginereti prin faptul c sunt supuse, pe lng aciunile isolicitrile obinuite, la aciunea apei. Aceasta se manifest sub form mecanic, fizico-chimic i biologic.

Aciunea mecanic a apei se manifest sub form de presiune hidrostatic i de presiune hidrodinamic. Presiuneahidrostatic este exercitat asupra corpurilor cu care se gsete n contact apa n repaus. Ea reprezint n cele mai multe cazuri principalasolicitare, mrimea ei determinnd forma, dimensiunile i alctuirea unei construcii. Presiunea hidrodinamic este exercitat de apa nmicare asupra elementelor cu care se gsete n contact. Evaluarea ei este mai dificil, iar efectele ei, mai ales n cazurile n care ea arecaracter variabil, mai greu de prevzut i de stpnit. Aciuni dinamice se ntlnesc la funcionarea stavilelor mobile, a descrctorilor de

ape de diverse tipuri, a disipatorilor de energie, a prizelor de ap, a aduciunilor de diverse tipuri, a camerelor de echilibru, a conductelori galeriilor forate, a centralelor, a canalelor i galeriilor de fug. Apele care se infiltreaz prin corpul i terenul de fundaie al barajelor,valurile, ca i suprapresiunile provocate de undele seismice, exercit de asemenea aciuni dinamice.

Aciunea fizic a apei, mai ales a celei n micare, se manifest prin erodarea suprafeelor cu care vine n contact, prinsplarea i degradarea betoanelor, prin antrenarea particulelor componente ale materialelor necoezive, prin degradarea terenurilor defundaie. O serie de msuri constructive, uneori destul de costisitoare, vin n ntmpinarea acestor fenomene, prin mrirea durabilitii betoanelor, prin consolidarea terenurilor sau prin drenarea lor.

Aciunea chimic este exercitat de apele agresive acumulate n lacuri, care parcurg apoi ntreaga schem de amenajare, pnla punctul de restituie, sau de apele exterioare care i croiesc drum spre elementele constructive ale ansamblului unei uzinehidroelectrice. Degradarea betonului ca urmare a fenomenelor de coroziune poate fi provocat de diverse substane cum ar fi: apa cuduritate redus, apa cu bioxid de carbon, sruri de amoniu, sruri de magneziu, soluii de sulfai solubili, soluii de acizi organici,grsimi, uleiuri etc.

Aciunea biologic a apei asupra betonului i asupra altor materiale de construcie, cum ar fi metalul i lemnul, este exerci tat prin intermediul algelor, bacteriilor, ciupercilor i al muchilor. Coroziunea se produce fie din cauza secreiilor lor cu caracter acid, fiedin cauza produselor lor de descompunere.

Condiiile de execuie Amenajrile hidrotehnice comport de obicei cantiti mari de lucrri. Volumele de terasamente i excavaii se ridic la sute

de mii sau milioane de metri cubi, celede betoane turnate n corpul barajelor de asemenea. Excavaiile i betonrile n subteran pentrugalerii i puuri, sau pentru cavernele centralelor, se extind pe zeci de kilometri i comport sute de mii de metri cubi. n aceeai msurde extinse sunt lucrrile de terasamente i de cptuire cu plci de beton ale canalelor de aduciune i de fug.

Lucrrile de forare i de injectare a terenurilor de fundaie cu suspensii de ciment, n vederea consolidrii i impermeabilizriilor, totalizeaz la o amenajare zeci de mii de metri liniari.n cazul uzinelor hidroelectrice, echipamentele hidromecanice, mecanice i electrice se ridic la mii sau zeci de mii de tone.

Durata de execuie a acestor lucrri fiind n general scurt, de ordinul a civa ani, ele necesit o mecanizare intens alucrrilor de mas i o complex organizare de antier. O categorie important de construcii hidrotehnice se execut n albiile rurilor, nincinte nchise de batardouri. Lucrrile de punere la uscat sunt costisitoare, iar execuia fundaiilor cu epuizmente este dificil i pretenioas. Cnd debitul rului depete debitul de construcie, admis convenional, apare pericolul inundrii antierului, n acestecondiii lucrrile executate pot fi distruse parial sau total, ca i instalaiile i utilajele care se gsesc n interiorul incintei.

Influena construciilor hidrotehnice asupra regiunilor nvecinate In afar de asigurarea folosinelor pentru care au fost executate, construciile i amenajrile hidrotehnice exercit de multe ori

o influen important asupra regiunilor nvecinate; astfel, prin construcia barajelor se creeaz lacuri de acumulare care inund marisuprafee, n afar de faptul c se pierd ntinse terenuri agricole, puni, pduri sau alte exploatri, sunt uneori necesare strmutri de satei orae, de instalaii industriale, de drumuri i ci ferate cu anexele lor. Remuul provocat prin barare se extinde pe muli kilometri n amonte. Pentru evitarea pagubelor provocate de revrsri se construiesclucrri de ndiguire, sau se exploateaz astfel evacuatorii nct acest pericol s fie nlturat. Cel mai edificator exemplu din acest punct devedere l constituie amenajarea de la Porile de Fier a crei influen se resimte la o distan de peste 100 km n amonte.

Odat cu ridicarea nivelului n lacul de acumulare sau de derivaie i n canalele de aduciune sau de fug, se modificregimul apelor subterane din regiune. Acest fenomen are repercusiuni importante asupra aglomerrilor umane i industriale asu prainstalaiilor de captare de ap i canalizare, precum i asupra faunei i florei-locale.

O experien regretabil, care ilustreaz aceast caracteristic, este catastrofa de la Vaiont- Italia, produs n ziua de 9octombrie 1963. Prin intrarea n funciune n anul 1960 a barajului Vaiont, nalt de 262 m, versanii lacului de acumulare au fost supuiaciunii apei i variaiilor ei de nivel. Mai sensibile la acest fenomen au fost depozitele de pmnt i argil care mbrcau muntele Toc,situat pe versantul stng. n urina unor ploi puternice, aceste mase, evaluate la peste 200 mii. m3, au alunecat de-a lungul unei ntinsesuprafee stncoase n lacul de acumulare. Apa din lac a fost mpins spre versantul drept, deversnd apoi peste coronamentul barajului,cu o lam de 200 m nlime maxim. Unda provocat pe torentul Vaiont i apoi pe valea rului Piave a provocat imense pierderimateriale i umane.

Avariile construciilor hidrotehnice Marile baraje rein n lacurile de acumulare cantiti considerabile de ap, de ordinul milioanelor sau miliardelor de metri

cubi. n cazul cedrii pariale sau totale a unui baraj, aceste cantiti se scurg spre aval cu viteze i adncimi mari, distrugnd totul ncalea lor. Pe lng pagubele materiale se produc de cele mai multe ori i pierderi de viei omeneti. Refacerea lucrrilor i a bunurilordistruse dureaz muli ani, iar pagubele totalizeaz de cele mai multe ori sume cu mult mai mari dect valoarea construcieicare a cedat.

Prbuirea barajului Malpasset (H = 66 m), construit n sudul Franei n perioada 1952-1954, ilustreaz cu prisosin celeartate mai sus. Catastrofa s-a produs n seara zilei de 2 decembrie 1959, ca urmare a creterii brute a nivelului apei, dup o perioad de ploi intense. Imediat dup rupere, ale crei cauze se vor vedea mai departe, a aprut pe vale un val de ap de mic nlime, urmat de altulmult mai nalt i mai rapid. Pagubele materiale au fost considerabile, iar numrul de mori a depit cifra de 400.

Distrugeri de baraje pot fi provocate i n timp de rzboi, aa cum s-a ntmplat cu barajele Moehne (H = 40 m) i Eder (H =48 m) din Germania. Atacurile aeriene din 17 mai 1943 au provocat n corpul lor rupturi importante, prin care au deversat apeleacumulate cu un debit maxim iniial de peste 8500 mc/s. Undele de viitur i stricciunile s-au manifestat n aval pe distane de zeci dekilometri, n primul caz, pe lng distrugerile de localiti, industrii, drumuri, ci ferate, poduri, instalaii de alimentri cu ap etc., i-au pierdut viaa peste 1200 persoane.

Pentru a evita consecinele grave ale avariilor care se produc independent de voina oamenilor, sunt necesare msuri care se

refer la toate etapele care concur la realizarea unui baraj. Cu atenie maxim trebuie urmrite i interpretate condiiile geologice,hidrologice i morfologice ale amplasamentelor, dup cum cu rigurozitate i precizie trebuie conduse calculele i munca de pr oiectare.


9/73

9

De adaptrile proiectului la teren precum i de calitatea i acuratea execuiei depinde comportarea ulterioar a lucrrii nexploatare i deci sigurana ei. Supravegherea principalilor parametri n exploatare, prin aparate de msur i control, furnizeazelementele care confirm funcionarea normal sau care semnaleaz fenomenele care reclam starea de alarm.

Msuri corespunztoare trebuie luate i pentru cazul avariilor provocate n mod intenionat, cum ar fi cele care se produc n timp de rzboi, n aceste situaii, studiile de inundabilitate ale teritoriilor din aval, n diverse ipoteze, ca ievaluarea pagubelor care sar putea produce, determin n cele din urm amplasamentele diverselor aglomerri sociale i industriale, ca i msurile de protecie alecelor existente.

Avertizarea populaiei i instruirea ei pentru asemenea situaii joac un rol important n aciunea de aprare mpotrivaviiturilor provocate prin distrugerea barajelor.De avarii mai mult sau mai puin grave nu sunt scutite nici celelalte obiecte componente ale unei amenajri hidroelectrice.

Practica consemneaz numeroase accidente la aduciuni de diverse tipuri, la camere de ncrcare, la conducte forate sau la centraleaeriene i subterane, n afar de pagubele produse direct, numai ieirea din funciune a amenajrii totalizeaz pierderi de energie al crorechivalent economic este de cele mai multe ori considerabil.

Caracterul original al construciilor hidrotehnice n toate etapele de realizare ale unei amenajri hidrotehnice i n special ale unei uzine hidroelectrice, se urmrete nscr ierea

n condiii optime a amenajrii n cadrul natural. Studiul condiiilor naturale, geologice, hidrologice i topografice ntlnete n permanen situaii noi care reclam, pe lng

aparatura i utilajele mereu mbuntite, o metodologie adecvat i o capacitate de interpretare bazat pe o larg experien. n activitatea de concepie i proiectare, elementele fundamentale mereu schimbate ale amplasamentelor conduc la

examinarea unor soluii noi, care se impun a fi mai sigure i mai economice dect cele adoptate n trecut. Alegerea soluiei finale se facelund n considerare toate aspectele, printre care, n afar de cel pur economic, un rol important l joac posibilitile de execuie i de

etapizare ale lucrrilor, cheltuielile privind ntreinerea i reparaiile, continuitatea i sigurana n exploatare. Dei ntr -un stadiu avansat, metodele de calcul nu reuesc s rezolve cu rigurozitate toate problemele care apar. Un aportdeosebit n acest domeniu este adus de metodele numerice, care, folosind maini electronice de calcul, au creat noi posibiliti deinvestigare. Parte integrant din procesul de proiectare fac ncercrile pe modele hidraulice i structurale, care completeaz i verific cusucces rezultatele obinute prin calcul.

Supravegherea comportrii n exploatare a construciilor hidrotehnice, prin observaii i msurtori sistematice, furnizeazelemente interesante privind starea de efort i deformaie a lucrrilor care uneori nu puteau fi prevzute de la nceput.

BARAJE

Barajele constituie parte cea mai important a unei amenajri i ele sunt construcii hidrotehnice, situate transversal pe cursulde ap, avnd rolul de a ridica i controla nivelul apei n bieful amonte sau de a realiza acumularea unui anumit volum de ap n acest bief..

Dup scop ele pot fi:

- barajede acumulare, de mare nlime, care creeaz lacuri de acumulare de mare capacitate cu scopul de a realizaregularizarea debitelor, atenuarea viiturilor, satisfacerea nevoilor de ap ale consumatorilor industriali i a agricoli (Bicaz,Vidraru-Arge, Mrielu-Some, Vidra-Lotru, etc.);

- baraje de retenie (de derivaie), de mic nlime, care realizeaz ridicarea nivelului apei n msura necesar pentru ca apas poat fi derivat pe o aduciune (Oieti, Vaduri, Piatra Neam, etc.). Volumele de apacumulate n lacurile create de aceste baraje suntmici i nu permit regularizri de durat.

ntre aceste dou categorii nu exist ns o delimitare strict, existnd baraje care realizeaz n bun msur ambele efecte.

Dup structura barajului exist: - baraje fixe i - baraje mobile.

nlimea de retenie Hr = h1 + h2 , se poate realiza cu elemente fixe (h2) i elemente mobile (h1), aa cum se vede din

n cazul barajelor fixe h2> h1, pe cnd n cazul barajelor mobile h1 = h2. Barajele mobile au o nlime relativ redus(2025m) limitat de nlimea elementelor mobile.


10/73

10

figura

Dup materialul din care sunt executate exist : - baraje din lemn, de nlime redus, folosite n general n silvicultur i pentru plutrit; - baraje din pmnt; - baraje din anrocamente i din zidrie uscat (piatr fr liani ); - baraje din zidrie de piatr ( cu liani); - baraje din beton sau beton armat;- baraje metalice fixe sau mobile ( stvilare); - mixte, din dou sau mai multe materiale (piatr + pmnt, piatr + beton). Barajele executate din pmnt sau din anrocamente mai sunt cunoscute i sub denumirea de baraje din materiale locale.

Dup modul n care barajele preiau diversele solicitri i le transmit terenului de fundaie exist: - baraje de greutate;- baraje arcuite;- baraje evidate i cu contrafori; - baraje descompuse (pile i plci, pile i cupole, arce multiple etc.).

Dup modul de descrcare a apelor mari, din bieful amonte n cel aval, exist: - baraje deversoare (barajele din beton, de diferite tipuri) la care evacuarea apelor mari se face peste corpul barajului;- baraje ne-deversoare (n general barajele din materiale locale) la care evacuarea apelor mari se face prin construcii speciale

ce ocolesc corpul barajului.Indiferent de tipul barajului acesta trebuie s rspund n condiii optime unor necesiti funcionale i anume: - s realizeze cu minimum de cheltuieli condiiile de nivel i volum de ap dorite de beneficiar; - s permit transmiterea din amonte n aval, n condiii de siguran, a debitelor maxime din perioadele de ape mari; aceasta

se realizeaz cu ajutorul unor construcii special prevzute n acest scop i denumite descrctori de ape mari sau deversoar e;

Baraje de greutate

Primele baraje de greutateCrearea de lacuri artificiale prin construcia de baraje reprezint o idee foarte veche, introdusa n Spania de ctre romani.

Mrturie stau doua baraje care au supravieuit din acea vreme: Proserpina (H = 12m, L coronament=420m) i Cornalvo (H= 19,50m, Lcoronament = 195m). Ambele sunt construcii complexe, din perei de piatra i zidrie, susinui de contrafori i mbrcai n umpluturimasive de pmnt. Cele mai vechi baraje de greutate propriu-zise s-au construit tot n Spania: Almonacid (1220), Almanansa (1395),Alicante (1579), i mai trziu Puentes (1791) i Nijar (1850). Pofilele primelor trei sunt trapezoidale rezultate ale intuiiei constructorilor. Barajele Almansa i Alicante prezint o uoara curbura n plan, pentru cel din urma aceasta fiind probabil o msurasuplimentara de siguran, ele deinnd de mai bine de 300 de ani recordul de nlime.

Pn n prima jumtate a secolului XIX s-au construit baraje de greutate cu profile diverse. Se cunosc n Frana, din perioada1830-1850, barajele Chazilly, Glomel, Settons, n Rusia un baraj de piatra pe rul Neglinnaia, datnd din 1616 etc.

Fig. nlimea de retenie


11/73

11

n anul 1855, n Frana, se pun bazele calculului static pentru barajele de greutate. Barajul Furens, construit ntre 1861 i 1866, este considerat prototipul barajelor de greutate moderne. Dup aceasta data barajele de greutate, construite din zidrie de piatra,cunosc o mare dezvoltare att n tarile europene ct i n S.U.A. La nceputul secolului XX se trece la construcia barajelor din beton,care se rspndesc. cu repeziciune n toate tarile.

n ara noastr primele baraje au fost construite n perioada daco-roman i au fost utilizate pentru crearea de acumulrinecesare exploatrilor aurifere din zona Transilvaniei (Roia Montan). S-au putut identifica 112 de astfel deacumulri. Barajele au fostconstruite dup model roman din pmnt cu paramente verticale sau nclinate protejate cu zidrie din piatr. Dispuneau de deversoare

frontale avnd creasta la 1 m sub cota coronamentului, protejate cu blocuri mari de piatr. Nu se cunoate anul de construcie al acestora,exista ns documente ce menioneaz doar repararea acestora n secolul 18 (1740). Majoritatea au 5-6 m nlime i o lungime acoronamentului cuprins ntre 60- 170 m. Cel mai mare este barajul Tul Mare cu o nlime de 25 m, un volum de ap acumulat de200000 mc i un luciu de ap de 40000 mp.

Un alt baraj ce poate fi considerat ca un baraj de pmnt cu nucleu din argil protejat cu zidrie din piatra fasonat este TulBrazilor. S-au mai construit acumulri pentru facilitarea transportului de buteni sau pentru folosine piscicole atestate din secolul 12(Valea Carasu, Valea Cochirleni, Caramancea, Maleanu, Oltina) realizate din zidrie de piatra. Au existat de asemenea i maimulteacumulri pentru folosine piscicole avnd baraje construite din pmnt n toate provinciile romneti atestate de cronicari strini dinsecolul 16 (ex. Nerwberrie, Fourquevauls, Reicherstorf). Mai trziu (sec 18). D. Cantemir, n Moldova, atest existena a peste 1500 deastfel deiazuri piscicole nsumnd un luciu de ap de cca. 2000 km2 .

n secolele 18-19 n Banat (Oravia, Moldova Veche Dognecea Mare, Dognecea Mica) se atest construirea a 6 baraje fiind posibil ca unele din acestea sa fi existat i n perioada roman. Barajele aveau 7-15 m nlime i o lungime la creast de 50-120 m.Capacitatea lor era cuprins ntre 50000-600000 mc. n prezent majoritatea sunt colmatare. Dognecea Mare i Dognecea Mica au fostconstruite de turci din zidrie de piatr cu nucleu de argil. Seciunea lor este poligonal. Sunt nc funcionale.

Primele baraje moderne s-au construit n perioada 1928-1930, n cheile Orzea de pe Ialomia superioara, barajul uzineihidroelectrice Dobreti, nalt de 26 m Cu un volum de beton de 3000 m3, el realizeazacumularea Scropoasa de 550 000 m3.

Date statisticeO statistica, referitoare la modul n care a evoluat n lume construcia barajelor de greutate mai nalte de 15 m indica pe

perioada cuprins nainte de 1800 un nr. de 10 baraje, ntre 1800-1900 un nr. de 84 baraje, ntre 1900-1950 = 1089 baraje, n prezentnumrul acestora fiind de peste 10000, mai mult de jumtate fiind din pmnt, peste un sfert de greutate restul l constituie celelaltetipuri: arcuite, de anrocamente, cu contrafori etc.

Cele mai mari barajeDei la volum maxim de beton prezint minimum de sigurana, barajele de greutate au atins n ultimele decenii nlimi

considerabile, deinnd astzi recordul fata de celelalte tipuri. n tabelul urmtor se dau caracteristicile celor mai nalte de greutate. _________ Cele mai nalte baraje din lume ____________________________________________________________________ Nr. Nume Ru ara Tip nlime

(metri)An

(Terminat)1 Rogun Vakhsh Tadjikistan Pmnt i

anrocamente335 1985

2 Nurek Vakhsh Tadjikistan Pmnt 300 19803 Xiaowan Lancang China Arc 292 C4 Grang Dixence Dixence Elveia Greutate 285 19615 Inguri Inguri Georgia Arc 272 19806 Vaiont Vaiont Italia Arc 262 19617 Manuel M. Torres (Chicoasen) Grijalva Mexico Pmnt 261 19818 Tehri Bhagirathi India Pmnt 261 C9 Alvaro Obregon (El Gallinero) Tenasco (Mextiquic)Mexico Greutate 260 194610 Mauvoisin Drance de Bagnes Elveia Arc 250 1957

Din punctul de vedere al acumulrilor realizate i al indicatorului metru cub de apa raportat la metru cub de beton, se remar ca barajele de greutate din tabelulurmtor:

Denumirea nlime(metri)V. a. acumulat(10^9 mc)

Volum beton(10^6mc)

Ac. specific (mc. ap / mc. beton )

1. Bratsk (Rusia) 125 169400 17.00 9960

2. Krasnoiarsk (Rusia) 124 73300 4.35 168003. Zeya (Rusia) 113 68000 8.00 85004. Sanmen Hsia (China) 107 65000 7.20 90205. Bukhtarma (Kazahstan) 90 53000 1.17 453006. Boulder (S.U.A.) 221 38296 3.36 10520

In Romnia recordul de nlime n categoria barajelor de greutate l deine barajul Izvorul Muntelui-Bicaz, construit pe rulBistria. El are 127 m nlime, un volum de 1,62 mil. m3 beton i realizeaz un lac de acumulare de 20 miliarde m3. Acumular easpecifica, de 730 m3 apa/m3 beton, figureaz printre cele mai ridicate din ara

Elemente componente ale barajelor de greutateBarajele de greutate moderne sunt construcii masive executate din beton. Ele rezist mpingerii apei prin aciunea greutii

proprii. Aceasta asigura stabilitatea barajului la rsturnare, prin momentul creat fata de piciorul aval, i la alunecare, pr in forele defrecare care acioneaz de-a lungul suprafeei de fundaie. Pentru a se evita fisurarea, provocata n principal de fenomenele de contraciea betonului i de cele de deformaie ale terenului de fundaie, corpul unui baraj de greutate se fragmenteaz prin rosturi transversale,situate la 12-15-18 m distanta, care merg pn la suprafaa de fundaie. Aceste elemente componente poarta denumirea de ploturi.Seciunea transversal de nlime maxima reprezint profilul barajului. La primele baraje de greutate moderne acest profil avea formaunui triunghi curbiliniu). La barajele de greutate moderne, profilul este triunghiular sau poligonal, din considerente de simplificare aexecuiei.


12/73

12

Linia orizontal, situat la mijlocul coronamentului, care leag un versant de cellalt constituie axul barajului. n general axulunui baraj de greutate este rectiliniu. Sunt ns cazuri n care din motive morfologice, geologice sau funcionale, axul are o form frntsau curbilinie.

S e c i u n e x - x ffc/c/n !/'!/Importana cunoaterii condiiilor geologice Condiiile geologice i hidrologice ale unui amplasament de baraj influeneaz n mod considerabil concepia, execuia,

sigurana i economicitatea lucrrii. O statistica arata ca din totalul catastrofelor care s-au produs, 5% sunt datorate defectelor proprii ale barajelor, 15% unei insuficiente capaciti de evacuare a apelor mari i 80% condiiilor de fundare necorespunztoare.

Un exemplu cunoscut din acest punct de vedere l constituie prbuirea barajului St. Francis din S.U.A., care a avut loc nmartie 1928. Catastrofa a provocat moartea a 400 de oameni i pagube materiale nsemnate. Barajul, cu axul uor arcuit n plan, aveanlimea de 64 m i un volum de beton de 105 000 m3. Cele 47 mil. mc de apa acumulata n lac asigurau necesitile de apa potabila aleoraului Los Angeles.

Pe malul drept barajul a fost fundat pe un conglomerat argilos, separat de micaisturile care se extindeau pe malul stng printr-o falie umpluta cu argila. Prbuirea s-a produs prin aciunea lenta, n decurs de doi ani, a apei de infiltrate care a nmuiat i splatconglomeratele de sub talpa barajului i a provocat creterea subpresiunilor. Blocuri de beton de diferite mrimi au fost antrenate de unfront de unda de 24 m nlime pn la mari distante. Numai zona centrala a alunecat pe 15 cm, regsindu-i apoi echilibrul.

Fig.Prbuirea barajuluiSt. Francis din S.U.A.

Calitile terenului de fundaie n general, un teren bun de fundare pentru un baraj de beton trebuie s aib urmtoarele caliti:

- rezistenta suficienta pentru preluarea sarcinilor date de construcie; - compresibilitate redusa i uniforma; n cazul barajelor nalte, terenul de fundaie trebuie sa fie practic incompresibil; - permeabilitate mica i stabilitate la aciunea apelor de infiltraie; - structur monolit, caracterizat prin lipsa de crpturi, de dislocri, de zone de alterare profund sau de dezagregare; - conservarea formei sub aciunea fenomenelor fizico-geologice (surpri, alunecri de straturi, prbuiri etc.).

n natura se gsesc destul de rar amplasamente care sa ndeplineasc n msur egala calitile indicate mai sus. n majoritateacazurilor sunt necesare lucrri de ameliorare a terenurilor de fundaie, pentru a le face capabile sa preia sarcinile date de baraj irezistente la aciunea apelor. Aceste lucrri se executa cnd volumul i costul lor nu depesc limitele considerate raionale din punct devedere tehnico-economic. (5-10-30% din investiie)

Proprietile fizico mecanice ale rocii de fundaie

Proprietile care trebuie determinate ntr -o prima etapa pentru a caracteriza din punct de vedere fizico-mecanic terenul defundaie sunt deformabilitatea, capacitatea de rezistenta normala i tangeniala, permeabilitatea i eventual starea iniial de efort.ntruct roca de fundaie este un mediu complex, cu variaii nsemnate ale proprietilor mecanice i cu multe discontinuiti, este bine cadeterminrile corespunztoare s fie precedate de un studiu geologic extins, care sa precizeze distribuia accidentelor tectonice,stratificaia, planurile de intercalaii, structura petrografic, gradul de alterare etc.

Se cunoate ca modulul de elasticitate E al unui material caracterizeaz, presibilitatea acestuia, adic deformabilitatea sub aciunea solicitrilor. Cu ct valoarea acestuia este mai mare cu att materialul este mai puin compresibil (ceea ce face ca n cazul rocilorde fundaie pentru baraje sa se recomande moduli de elasticitate ct mai mari). Modulul de elasticitate poate fi static sau dinamic. Celstatic se determin fie prin ncrcare cu presiune hidrostatic a conturului unei galerii (circulare) fie prin msurarea deformaiilor uneisuprafee plane ncrcate cu sarcini normale. Modulul de elasticitate dinamic se determin prin metode seismice, msurnd viteze de propagare a undelor generate de o explozie. Este mai puin semnificativ pentru studiul caracteristicilor mecanice ale rocii de fundaie.

Fig. Elementele caracteristice ale unui baraj de greutate. 1 - corp baraj; 2 -talpa de fundaie; 3- parament amonte; 4 - parament aval; 5 - picior amonte; 6 - picior aval; 7 - coronament.


13/73

13

Rezistenele admisibile la compresiune oad se stabilete prin ncercri de compresibilitate urmrind evitarea unor deformaiimari sau suprtoare i meninerea comportrii rocii n limita elastica. n ceea ce privete rezistentele de tensiune ale rocilor, acestea suntreduse datorita discontinuitilor i fisuratei. De altfel, valoarea lor nu condiioneaz proiectarea barajelor. Rezistentele de alunecare x caracterizeaz capacitatea de rezistenta tangeniala a rocilor, determinnd stabilitatea la alunecare a unui baraj. Ca i n cazul deformabilitii, este preferabil ca aceste determinri sa se fac pe teren, pe zone ct mai extinse. n galeriile dencercar e, praguri de roca lsate n radier sunt supuse lunecrii prin aplicarea de fore laterale. ntruct fundaia barajului va fi n contactdirect cu apa din lac, ncercrile se fac pe roca saturata.

Pentru determinarea coeficientului de frecare static beton roc f=tg cp se fac ncercri similare, pragul de roc fiind nlocuitcu un bloc de beton.Permeabilitatea terenului de fundaie are influen nsemnat, apa de infiltraie afectnd stabilitatea barajului.

Condiii specifice

n cazul barajelor de greutate, care n mod normal ncarc fundaiile cu eforturi moderate, egale cu aproximativ 2 ... 3 orinlimea lor (n t/m2); rocile stncoase i semi-stncoase constituie terenuri bune de fundare. Pe terenuri nestncoase se pot construi baraje de beton cu nlimea pn la 30 m, n cazul terenurilor nisipoase i argiloase, i pn la 40 m, n cazul terenurilor de pietri i bolovni. n afara condiiei de a avea rezistente mecanice corespunztoare, terenurile de fundaie pentru barajele de greutate trebuiesa fie omogenei puin compresibile, pentru a se evita pericolul de fisurare din cauza tasrilor inegale.

n cazul rocilor istoase i sedimentare, orientarea straturilor are o importan deosebita pentru stabilitatea la alunecare i pentru pierderile de apa prin infiltraii.

In general, nclinarea straturilor spre amonte este mai favorabila din acest punct de vedere.

Fig. nclinarea straturilor

Fenomenele tectonice ale terenului de fundaie trebuie bine detectate. Este necesar a se cunoate prezentafaliilor, adislocrilor, a zonelor de alunecare sau prbuire. Faptul ca aceste procese sunt terminate sau n plina evoluie influeneaz n maremsura soluiile care se adopta.

Permeabilitatea terenului de fundaie favorizeaz pierderile de apa i impune lucrri de etanare, uneori destul de costisitoaren cazul barajelor de greutate, infiltraiile pe sub talpa lor creeaz forte de subpresiune, cu efecte defavorabile asupra stabilitii generale.Dac acest fenomen este cunoscut din vreme se pot lua msuri constructive care sa diminueze sau sa nlture total aceste efecte.

Condiii morfologice Generaliti Cnd condiiile geologice sunt favorabile, un baraj de greutate poate fi construit n vi cu seciune transversala de orice

forma. Sunt de preferat formele continue, fr proeminente sau depresiuni locale prea importante. Prin faptul c un baraj de greutate seexecuta din ploturi independente, separate prin rosturi de dilataie, comportarea sa n ansamblu nu este influenata de morfologia vii.

Rigole de eroziuneSurprize destul de neplcute sunt oferite de aa-numitele rigole de eroziune, ascunse sub albiile actuale ale rurilor. Unul

dintre exemplele cele mai cunoscute de acest gen este acela al barajului Schrah din Elveia. Dup cum se vede din schiele prezentate nfigur, rigola de eroziune ptrundea sub nivelul rului pe o adncime de 44,50 m i era colmatat cu aluviuni. Conturul terenului defundaie a fost determinat prin puuri i galerii excavate n versani, transversal i n lungul vii. Costul lucrrilor a fost afectat serios de

Fig. Barajul


14/73

14

prezenta acestei rigole, la nceput neateptate. a-profil longitudinal; b -seciune transversal; c- detaliu al rigolei de eroziune; 1

- depuneri aluvionare; 2 - put de prospeciune; 3- galerie orizontala.

O situaie similara s-a ntlnit i la execuia barajului Hannibal din Frana. Profilul geologic i localizarea rocii de fundares-au realizat prin foraje nclinate, executate din galeria de prospeciuni de pe malul drept. n final poriunea canionului a fost nchisa printr-o vut de beton armat, de 50m adncime i 26 m lime, care etaneaz zona aluvionara i pe care reazem barajul propriu-zis.

Vi n form de chei Dei vile nguste, sub forma de chei, sunt amplasamente foartefavorabile din punct de vedere morfologic pentru realizarea

unor baraje economice, uneori situaia se complica. Spre exemplu n zona Gresin, pe Rhon, urma sa se realizeze un baraj (construit astzi la Genissiat). Forma deosebita a vii,

ngust i foarte adnc, cu surplombe importante ale versailor, a fcut ca amplasament s fie schimbat. Se poate cita de asemenea cazul barajului Sautet din Frana care iniial a fost proiectat ca un baraj arcuit. De teama prbuirilor de blocuride pe versani, barajul s-a consolidat n aval printr-un masiv de beton, profilul actual fiind apropiat de cel al unui baraj de greutate.

Influena formei vii asupra comportrii barajului

Faptul caforma vii influeneaz alegerea tipului de baraj se confirma o data n plus n situaiile n care barajele de greutate seexecuta n vai nguste. Un exemplu l constituie chiar barajul Orzea, construit pe Ialomia superioara. La o nlime de 25,5 m, acest barajnchide o vale de numai 7 m lime, ncastrndu-se pe contur n roca calcaroasa.

In aceste condiii presiunea hidrostatic este preluat n mai mare msur dup orizontal, ca n cazul unui baraj arcuit, dectdup vertical. Intr -o seciune orizontala, dac se exclud zonele tensionate, se obin bolti active, care sunt adevratele elemente derezistenta, forma vii determinnd astfel modul de comportare al barajului construit.

Profile caracteristicePofilele barajelor de greutate construite dup anul 1900 au n majoritate forma triunghiulara, mai raionala dect forma

dreptunghiulara sau trapezoidal a barajelor spaniole, construite n evul mediu. Cu toate acestea, modul n care este repartizat betonul n pofilele triunghiulare difer de la o ara la alta, innd seama de condiiile naturale locale i de criteriile de dimensionare admise.

Se constata ca:- n toate cazurile, paramentele aval fac unghiuri mai mari cu verticala dect paramentele amonte;- n unele cazuri, funcie de forele care acioneaz sau de ali factori, unuldin paramentesau amndou prezint frnturi; - n medie raportul k = B/H ntre limea la baza B i nlimea barajului H are valori cuprinse ntre 0,75 i 0,85; - grosimea coronamentelor sunt de ordinul a civa metri - parte din baraje au profilul rotunjit la creast pentru a permite deversarea apelor n aval.

Din punct de vedere al formei geometrice profilele barajelor de greutate pot fi:- cu ambele paramente nclinate,- cu parament amonte vertical,- cu paramente frnte.

Din punctul de vedere al posibilitilorde evacuare aapelor mari pofilele pot fi nedeversante sau deversante. Dei barajele degreutate au avantajul ca pot fi realizate cu profile deversante fr cheltuieli suplimentare, n anumite situaii descrctor ii de ape mari sedispun n afara corpului barajului.

La barajele fluviale, din cauza debitelor mari care trebuie evacuate i a prezentei stavilelor la coronament, forma sedeprteaz de profilul triunghiular clasic pentru a se adapta condiiilor de deversare.

Fig. Barajul Orzea1 - parament deversant;2 - stavila;3 - zona tensionata;4 - bolta.


15/73

15

n cazul barajelor fundate pe terenuri nestncoase (de obicei stvilare), alctuirea profilului transversal se modifica i maimult. In amonte pintenul se duce n fata barajului pentru ca, prin greutatea prismului de apa purtat, sa mreasc stabilitatea la alunecare,n aval de baraj radierul de protecie este dimensionat s disipeze energia corespunztoare unor debite specifice mari.

Fig. Baraje deversante pe fundaii nestncoase a- barajul Kahovka; b - barajul Pearl River; 1 - stavila; 2 - pila; 3 -consolidare; 4 - palplane metalice; 5-filtru; 6 - disipator;

Clasificarea aciunilor la care sunt supuse barajele (de greutate)

Aciunile asupra construciilor hidrotehnice de retenie se clasific n funcie de durat, respectiv de frecvena i intensitateacu care apar n timpul execuiei sau exploatrii construciilor . Clasificarea aciunilor se prezint n Tabelul .... Tabelul ... Nr.

crt.

Categoria aciunii Simbol Caracterizare

1 Permanente P Aciune pentru care variaia n timp a mrimii este neglijabil sau pentru care variaia estemereu n aceeai direcie (monoton) pn cnd aciunea atinge o anumit valoare limit.

2 Temporare T Aciune cu o intensitate variabil n timp sau n mod intermitent i care n anumite perioade poate s lipseasc.

2.1.Cvasipermanente delung durat

C Aciune care se aplic pe durate lungi sau n mod frecvent cu intensiti variabile sau practicegal cu valoarea caracteristic.

2.2. Variabile-descurt durat

V Aciune a crei intensitate variaz sensibil n timp sau care poate lipsi pe intervale lungi detimp.

3 Excepionale(Accidentale)

E Aciune care are intensiti semnificative dar care apare rar, eventual chiar niciodat peduratade exploatare a construciei

Aciunile permanente (P) includ dup caz urmtoarele ncrcri: greutatea proprie a corpului barajului, greutatea proprie aechipamentelor tehnologice permanente, greutatea lesturilor care contribuie la asigurarea stabilitii construciei, fore din

precomprimarea corpului barajului cu ancore pretensionate, starea de eforturi iniiale (ngheate) la injectarea rosturilor de contracie a barajelor arcuite.

n categoriaaciunilor temporare cvasi-permanente de lung durat(C) se include ncrcri ca:- presiunea apei corespunztoare nivelului reteniei normale (NRN) n bieful amonte al construciei de retenie.

Prin NRN se nelege nivelul maxim al reteniei n condiiile exploatrii normale a acesteia, exceptnd nivelurile care pot apare laevacuarea debitelor maxime (de dimensionare, verificare) n condiii normale de exploatare. n presiunea apei se consider, dup caz,urmtoarele componente:

- presiunea hidrostatic din bieful amonte; - presiunea hidrostatic din bieful aval;- subpresiunea (static i dinamic) pe conturul subteran al construciei de retenie n condiii normale de

funcionare a lucrrilor de etanare- drenaj;- presiunea din infiltraia apei prin sistemul unitar construcie de retenie- teren de fundare (presiunea apei prin

rosturi sau fisuri, presiunea apei din pori, presiuni interstiiale); - presiunea hidrostatic din conducte, galerii de golire corespunztoare nivelului reteniei normale (NRN) la priza

de ap.

Fig. Profile de baraje fluvialea-barajul Nipru; b- barajul Porile de Fier


16/73

16

- mpingerea activa a pmntului inclusiv a aluviunilor depuse n lacul de acumulare i a suprasarcinilor; - mpingerea muntelui n cazul construciilor subterane auxiliare construciilor hidrotehnice de retenie ; - aciunea variaiilor climatice de temperatur pentru anul cu amplitudinea medie de variaie a temperaturilor medii anuale; - ncrcri tehnologice i ncrcri utile diverse cu caracter cvasi-permanent;- efecte din tasri i deplasri difereniate ale fundaiei cnd acestea nu sunt rezultatul unor schimbri majore a structurii

terenului de fundare;- ncrcri produse de efectul deformaiilor mpiedicate (contracia betonului, reacii alcalii-agregate de umflare a betonului

etc.)n categoriaaciunilor temporare variabile de scurt durat(V) se includncrcri ca: - presiunea apei (din bieful amonte, din bieful aval, subpresiune) corespunztoare nivelului maxim al apei n loc (NRM) n

condiii normale de exploatare a construciei; - presiunea hidrodinamic a apei asupra deversorului la deversri corespunztoare nivelului maxim al apei n lac (NRM);- mpingerea gheii determinat pentru grosimea medie multianual; - presiunea din aciunea valurilor produse de vnt, determinate pentru viteza medie multianual a vntului; - impactul cu corpuri plutitoare, nave.

n categoriaaciunilor excepionale(accidentale) (E) se includ:- presiunea apei (din bieful amonte, din bieful aval, subpresiune) corespunztoare nivelului maxim al apei n lac (NRM) n

condiii speciale de exploatare a construciei (deteriorri ale sistemului de etanare-drenaj, fisuri la piciorul amonte pe contactul baraj -fundaie etc.);

- aciunea seismic (efecte ineriale i hidrodinamice produse de cutremurul operaional- OBE - sau cutremurul de evaluarea siguranei- SEE);

- mpingerea gheii determinat pentru grosimea maxim multianual, precum i n cazul ruperii zpoarelor i a evacuriiapelor mari n perioadele de iarna;

- presiunea din aciunea valurilor produse de vnt determinate pentru viteza maxim multianual a vntului; - aciunea variaiilor climatice de temperatur pentru anul cu amplitudinea maxim de variaie a temperaturilor medii

lunare.

Luarea n consideraie sau neglijarea unor forte sau a altora depinde de importanta barajului i de nlimea lui.

Greutatea proprieGreutatea proprieeste una din forele importante care solicita un baraj masiv. Avnd un efect stabilizator, valoarea ei trebuie

determinata foarte exact. Este cunoscut ca mrimea greutii proprii este influenata cu deosebire de greutatea specific a agregatelor i acimentului, de dozajul de ciment, de raportul apa/ciment, de cantitatea de agregate care revin unui metru cub, de faptul dac beton e uscatsau saturat cu apa etc.

Greutatea volumetrica a betonului se poate lua n fazele preliminare de proiectare y b = 2,30 ... 2,40 t/m3. n regulamentulitalian se recomand n calculele preliminare y b = 2,35 t/m3, artndu-se ca pot sa apar valori i de i 2,5 t/m3. n instruciunile dinS.U.A., pentru calcule preliminare y b = 2,4 t/m3.

La barajele construite n Romnia, msurtorile efectuate au indicat valori ale greutii volumetrice a betonului cuprinse ntre 2,35 i 2,50 t/m3.

Cele mal multe norme i instruciuni insista ca, pentru faza finala de proiectare sa se determine greutatea volumetrica pe probe luate chiar n condiiile de antier. La stvilare de mica nlime, unde efectul greutii echipamentului electro-mecanic, al podurilor i al diverselor anexe este destul de important se recomand considerarea lor n evaluarea greutii proprii rezultnd economiide beton.

Presiunea hidrostatica

Presiunea statica a apei se determina prin metodele cunoscute din hidraulic. tiind c presiunile unitare variaz liniar cuadncimea sub nivelul apei i c acioneaz normal pe suprafee, rezult:

- componenta orizontala amonte: P0 = 1/2 y H2;

aval : 1 , 2P = 2 yh

componenta verticala amonte: 1 ,;

aval : 1 ;

n care greutatea specifica a apei se ia n mod obinuit gama = 1000 daN/m3Se consider c presiunea hidrostatic acioneaz pn la piciorul amonte aval al barajului cu valoarea integral. La barajele

fundate mai adnc n roca de baza, exista de fapt o micorare a presiunii sub nivelul terenului. Aceasta micorare depinde de gradul deimpermeabilitate al terenului de fundaie, de fisuraie i de adncimea de fundare. Reducerea de presiune nu se admite totui n calcul,dat fiind ca nu se cunosc cu suficient precizie factorii de care depinde.


17/73

17

Pentru cazurile curente, n situaia exploatrii normale, se admite nivelul maxim normal. Nivelul maxim extraordinar n lac seia n consideraie pentru condiii excepionale de ape mari. Diferena ntre cele doua niveluri poate fi uneori foarte mare (5 ...10 m), maiales cnd debitele evacuate sunt mari i capacitatea de atenuare a lacului este redusa.

Presiunea hidrodinamica

Aceasta presiune apare la curgerea apelor peste profilul deversant al barajului. n mod uzual, n momentul deversrii seadmite presiunea hidrostatica trapezoidala, acionnd de la creasta deversorului la talpa de fundaie. n realitate, datorita vitezei deajungere v se produce o coborre hv a nivelului n lac n zona deversorului, hv = v2/2g, fata de nivelul din zona nedeversanta, marcat delinia 1-8.

Pentru calculul presiunii asupra barajului, incluznd i presiunea dinamica data de viteza de ajungere, se considera diagrama3-7-5-2, corespunztoare liniei energetice. Dac s-ar ine seama riguros de repartiia presiunii n momentul deversrii, diagrama de presiune ar trebui considerata 5-4-3-2, care ns difer neesenial fata de cea de calcul. Expresia analitica este:

P0 = 1/2 y [(H + hv)2-h2s]

Presiunea dinamica, astfel calculata, este totdeauna mai mare dect presiunea statica. Aceasta diferena de presiune este nsde cele mai multe ori neglijabila (circa 1.. 2%) exceptnd situaia barajelor puin nalte, cu nlimi mari ale lamei deversante.

In zona deversorului, aval de creasta, n timpul deversrii apare o presiune normala pe suprafaa paramentului, care depindede caracteristicile hidraulice i de forma deversorului. Presiunile sau depresiunile care acioneaz se pot determina prin ncercri pemodele.

Subpresiunea

Prin subpresiune se nelege aciunea de jos n sus a apei care se infiltreaz prin fisurile rocii de fundaie i prin interspaiilenecimentate dintre beton i roca. Dac se admite ca infiltraia are loc cu o pierdere de sarcina uniform, se obine repartiia teoretica;aceasta variaz liniar de la presiunea hidrostatica din amonte la valoarea presiunii din aval, sau la zero, atunci cnd nu exist apa n aval.


18/73

18

Fig. Repartiia subpresiunii n ipoteza distribuiei triunghiulare: a- cu nivel de ap n aval, b: fr nivel de ap n aval Pentru

diagramele admise n figurile .. .a i .. .b, forele de subpresiune rezult:

respectiv

i ele se aplic n centrele de greutate ale diagramelor La construciile fundate pe terenuri nestncoase se urmrete micorarea subpresiunii prin mrirea drumului de infiltraie. Se

utilizeaz avan-radiere, perei etani de palplane sau beton i voaluri de injecie. n acelai timp se adopt diverse sisteme de drenaj(foraje, puuri, filtre) care scad presiunea apei de infiltraie. Determinarea subpresiunii se face teoretic i experimental, innd seama deconturul fundaiei i de msurile constructive adoptate.

R ezolvrile teoretice pleac de la ecuaia lui Laplace, care pentru cazuri simple permite stabilirea spectrului hidrodinamic ideci a debitului infiltrat i a presiunii. n situaiile curente, cu contururi subterane complicate, se utilizeaz metodele simplificate decalcul al subpresiunii, cunoscute din hidraulic. In multe cazuri se fac experimentri prin metoda analogiilor electrice, car e dau rezultatedestul de apropiate de realitate.

La construciile fundate pe terenuri stncoase se prevd n mod curent pinteni amonte, voaluri de etanare, foraje de drenaj sau

galerii de drenaj. Ca rezultat, se constat o reducere a valorii subpresiunii fa de cea teoretic, datorit n principal adoi factori:- apa acioneaz numai asupra unei pri a seciunii de fundaie, corespunztoare interspaiilor rmase; - pierderilor de sarcin de pe parcursul drumului de infiltraie datorit structurii rocii i msurilor constructive adoptate.Referitor la procentul de arie a seciunii de fundaie pe care se manifest subpresiunea, datorit gradului mare de incertitudine,

se recomand n ultima vreme ca aciunea subpresiunii s fie considerat pe ntreaga suprafa de fundaie. Referitor la intensitatea subpresiunii, exist nc diferene importante ntre modurile de evaluare recomandate n literatur i ntre

acestea i rezultatele msurtorilor n natur. Fr drenaj, n cazul n care exist fisuri n stnc ce au tendina de a se apropia de piciorul aval, diagrama de subpresiune poate fi

uneori mai defavorabil dect diagrama trapezoidal (a) din figura. ) . Dac studiul geologic confirm aceast ipotez drenurile de la piciorul aval devin imperative. In cazul n care exist drenaj i se presupune ca se efectueaz o de ntreinere periodic adrenurilor, esterecomandat s se considere c eficiena lor este de 50% , ceea ce nseamn c subpresiunea este redus la jumtate n dreptul drenajului:UA-UB = (UA-UC) / 2 (figura ).


19/73

19

Fig. Diagrama de subpresiune: (a)-fr voal de injecie sau drenaj (c)-cu drenaj

n mod similar, n cazul n care exist un voal de etanare lng piciorul amonte, precum i la piciorul amonte nu exist eforturi dentindere, considerm c efectul voalului este de a reduce cu o treime subpresiunea: UA-UB = (UA-UC) / 3 (figura )

Presiunea apei din pori

Betonul din corpul unui baraj, datorit porozitii acestui, se afl sub aciunea apelor de infiltraie Apa care se scurge prin porii betonului exercita o aciune de portanta asupra agregatelor. Se presupune ca aceast aciune este dirijata de jos n sus i c esterepartizat liniar de la valoarea m y z la paramentul amonte, la zero la paramentul aval, z fiind adncimea seciunii analizate.

Coeficientulmde reducere al presiunii apei din pori se determin cu relaia:

n care:

unde:

m =ap

a = volumul agregatelor dintr-un metru cub de beton,p= porozitatea liantului

Pentru calcule preliminarea = 1-(A/C + 0,32) C

A/C=raportul apa/ciment;C=dozajul de ciment n t/m3;P=(A/C-0,2)/(A/C+0,2) (raportul dintre volumul porilor i volumul total al liantului.Pentru situaii curente rezulta m=0,30-0,50.

Presiunea aluviunilor

n lacurile de acumulare viteza de curgere se reduce i ca urmare aluviunile transportate de apa se depun Cele cu granulaiemai mare (nisipuri i pietriuri) se depun n poriunea amonte, iar cele mai fine, constituite din argila i ml, ajung pn n fata barajului.Particulele fine sedimentate constituie o masa de material ale crei proprieti mecanice sunt asemntoare cu cele ale unuilichid, cuunghiul de frecare interioara aproape zero. Presiunea exercitata de aceste depuneri asupra barajului se determina cu aproximaie, ea

Fig. Diagrama de subpresiune: (a)-fr voal de injecie sau drenaj (b)-cu perdea injectat din past de ciment


20/73

20

depinznd de o serie de factori ca: unghiul frecrii interioare, unghiul de frecare ntre aluviuni i baraj, greutatea volumetrica, starea desaturaie cu apa, nclinarea paramentului, panta fundului lacului etc.

Admind o variaie liniara pe verticala a presiunii aluviunilor, presiunea unitara la baza unui strat de adncime halva fi:

P al=y'alhal

n care:y'al =yal-y (1-n) - greutatea volumetrica a aluviunilor n apa;ya l= greutatea volumetrica a aluviunilor uscate; y =greutatea volumetrica a apei; n= porozitatea aluviunilor.

De obicei yal variaz ntre 1,3 i 1,8 t/m3, iar volumul porilor n ntre 10 i 30%.

La grosimi mici ale stratului de aluviuni n raport cunlimea barajului, presiunile exercitate pe parament sunt reduse i nconsecina se neglijeaz. Dac grosimea stratului aluvionar este mare, efectul mpingerii aluviunilor trebuie redus fata de cel rezultat dinformula, lund n considerare unghiuri de frecare diferite de zero, datorita efectului presiunii de deasupra. Calculul se face cu formulampingerii active dup Rankine.

Forte seismice

n majoritatea rilor constructoare de baraje, pentru calcul, coeficientul de seismicitate se adopta a = 0,10.Valori mairidicate se folosesc n zone cu puternic activitate seismic. Solicitrile produse de cutremur n corpul unui baraj au un caracter dinamicTotui se utilizeaz nc frecvent metode de calcul n care efectul cutremurul se considera static, datorit simplitii i rezultatelor uneoriacoperitoare Barajul se considera legat rigid de fundaie iar cutremurul produce n corpul lui forte de inerie de sens contr ar sensuluiacceleraiei seismice. Deoarece micrile seismice nu au o direcie precisa, se admite direcia cea mai defavorabil pentru structura: la barajele masive (de greutate) n lungul vii, la barajele mai zvelte (arcuite cu contrafori)- perpendicular pe vale sau direcii oarecare.Mai aproape de realitate este ipoteza cnd se consider simultan aciunea cutremurului pe dou sau chiar trei direcii.

Fora datorita ineriei masei proprii rezult fcnd produsul dintre masa barajului i acceleraia cutremurului:

Cg = Gc/g = aG.

Fora Cg se aplic n centrul de greutate al profilului solicitat i poate fi dirijat orizontal sau vertical, funcie de direciaacceleraiei:

Fig. Subpresiunea apei la cutremur;1 - repartiie eliptic; 2 - repartiie parabolic.

Pentru a luan consideraie unele efecte care influeneaz rspunsul dinamic al structurii (natura terenului de fundaie,rigiditatea structurii) i care n metoda statica nu sunt prinse, formulei i se aduc corecii. Astfel, n unele recomandri expresia forei deinerie a masei proprii mai este afectata de un coeficient a care depinde de natura terenului de fundaie:

Cg = aaGCoeficientul a are valori cuprinse ntre 0,5, pentru terenuri tari, sntoase i 2, pentru terenuri necoezive, slabe. Pentru

barajele zvelte i chiar pentru cele masive dar nalte, se majoreaz uneori fora astfel calculata cu 30 ... 50%. Presiunea suplimentara datorita ineriei masei de apa variaz cu adncimea z sub nivelul apei. Dup cercetrile lui

Westergaard, ale cror rezultate sunt aplicate cel mai frecvent, legea de variaie este parabolica sau eliptic. In cele doua ipoteze presiunile sunt:

- pentru repartiie parabolica:

P =a C J H z

C =2 aC H 2 3 P

817 1 _ W[

? TTQ61 T )


21/73

21

[ kg/m3 ] pentru repartiia eliptica:

P = aC.Jz(2 H _ z )

C A 4 654

[kg/m3 ]

1 _ )21Q6 V T unde:

Ca= presiunea suplimentar total C p, Ce = coeficieni cu dimensiunea unor greuti specifice H = nlimea barajului T = perioada vibraiilor seismice n secunde.

Pentru baraje de nlimi medii C p=0,830, respectiv Ce=0,660.Daca paramentul este nclinat Pc = KaC p(Hz)2 unde K este coeficient (din diagrama, valori ntre 0.5 i 1 ) funcie de nclinarea

paramentului.

Normele americane: la baza barajului : pc=C ba y H unde C beste un coeficientadimensional funcie de nclinarea paramentului (grafic). La cote superioare fundaiei,la adncimea z sub apa:

C - 2Cm[ H 2 - HN H 2 - H )]unde Cm este valoarea maxima a lui C, rezultata din grafic pentru panta data a paramentului.

Presiunea suplimentara totala este:Ca=0,726pcH

i se aplic la 0,243 H de baza profilului . Forele de inerie ale cutremurului pot fi de cteva ori mai mari la rezonanta. nlime barajului la care ar putea s apra

fenomene de rezonanta este mai mare de 300m.

Forte provenite din variaiile de temperatura

Variaiile de temperatura lunare ale mediului exter ior se propaga pe adncimi de ordinul a 5 ... 6 m ntr-un masiv de beton,iar cele zilnice pe adncimi de 20 ..30 cm. Fa de dimensiunile unui baraj de greutate, aceste cifre sunt destul de reduse pentru a puteas-i modifice temperatura interioar n mod uniform. Chiar daca acest fenomen ar avea posibilitatea s se produc, rosturile de di lataiear nlesni libera deformaie a ploturilor, fr ca acestea s ajung la stare de efort. n realitate fenomenul este mai complicat inedeterminat din punct de vedere static. Se admite ca betoanele de parament sunt mai mult solicitate de variaiile de temperatur i deaceea se prevd dozaje mai ridicate. Pentru aceast solicitare nu se fac calcule speciale.

Calculul eforturilor. Conlucrarea cu terenul de fundaie

Metoda elementar

ntruct corpul unui baraj de greutate este mprit prin rosturile transversale n ploturi independente, starea de efort poate ficonsiderat plan. Pentru determinarea eforturilor este suficient a se lua n considerare o fie cu limea de 1 m dup axul longitudinalal barajului.

Se consider profilul triunghiular din figur, solicitat de greutatea proprie, presiunea apei i subpresiuni. ntr -o seciune orizontal,situat la adncimea z sub planul de ap, eforturile normale verticale la cele dou extremiti se calculeaz. prin formula cunoscut a

compresiunii excentrice:

a=V/A IM/W

Cu notaiile din figur, forele care acioneaz i braele lor de prghie fa de centrul seciunii sunt:

greutatea proprie:

G = yb A2 z2 /2cu braul de prghie(A-3A1 )z/6

G1 =yb A12 z2 /2 cu braul de prghie

(3A-A1 )z/6

--a e 4 E


22/73

22

presiunea orizontal a apei: P0 =1/2 yz2 cu braul de prghie z/3;

presiunea vertical a apei: Pv=1/2 yX1z2 cu braul de prghie(Aj+3A)zJ 6

subpresiunea: S =1/2my(A1+A)z2 cu braul de prghie(A1+A)z/6.

Suma forelor verticale este: IV= G + G1 + Pv - S = 1/2 [y,'(A1+A)+ yA^z2 ncare s-a notat y b-my = y b'.

innd seama de expresia forelor i a braelor de prghie, momentul forelor fa de centrul seciunii este: IM =

1/12[y b(A2-A12) + yA1(A1 + 3A)-my(A1+A)2-2y] z3. Eforturile normale verticale devin: Oam,av=IV/ [(A1+A)z]

IV/[1/6(A1+A)2z2] sau, nlocuind pe IV i IM:

Pentru ipoteza lacului gol eforturile se obin considernd y = 0:

Cam=Ay bz/ (A1+A) Cav=A1y bz/(A1+A)

Se constat c: - n cele dou ipoteze eforturile sunt proporionale cu cota zsub planul de ap; - eforturile verticale maxime acioneaz la picioarele barajului, unde z= H.

Dac profilul barajuluieste cu paramentul amonte vertical A1 = 0, eforturile devin:

- lac plin:Cam= (T b'-y/>v2)z; Cav= Zy/ %2

lac gol: Cam- y bZ; Cav= 0.

Eforturile normale orizontale i cele tangenialela paramente pot fi determinate funcie de cele calculate. Stabilitatea prin forte de frecare

Alunecarea unui baraj de greutate, fundat pe teren stncos, se poate produce atunci cnd suma forelor orizontale LH depeteca mrime forele de frecare care acioneaz de a lungul suprafeelor de fundaie, presupusa orizontal. Valoarea maxim a forelor defrecare se obine fcnd produsul ntre coeficientul de frecare statica (f ) dintre beton i roca i suma forelor verticale LV. Condiia destabilitate se exprima prin inegalitatea:

LH


23/73

23

c-efortul de coeziune sau de aderenta, n t/m2;A-mrimea suprafeei de alunecare, n m2.

Coeficientul de sigurana K este n acest caz mult mai mare, apreciind ca se iau n consideraie toate rezervele de stabilitate alestructurii. Se recomanda K > 4, n cea mai defavorabil ipoteza de ncrcare. Normele americane mai recente, privitoare la construciihidrotehnice de greutate, recomand pentru K, valorile din tabel, n acest caz A reprezint numai partea comprimat a fundaiei:

Uzine hidroelectrice ncrcarea Normal Extraordinar Mari 3,50 2,0Mici 2,50 1,50

Efortul de coeziune sau aderena trebuie determinat prin ncercri n teren. n lipsa determinrilor experimentale valoarea lui seia prin analogie cu alte lucrri. Pentru orientare, se menioneaz ca la majoritatea barajelor americane ca variind ntre 1500 i 5000 KN/m2 iar ncercrile de teren i laborator din CSI au condus la cifre cuprinse ntre 1400 i 4500 KN/m2. n ceea ce privete distribuia efortului decoeziune, aceasta nu este uniforma pe seciune. Uneori chiar diagrama efortului x n fundaie schimba de semn. n normele americane seintroduce n consecin un factor de corecie r care nmulete termenul cA din formula.

Pentru calculele de verificare, valoarea recomandata este r = 0,50 .Examinnd relaia, se constata ca n timp ce LH i LV cresc cu ptratul nlimii barajului, suprafaa de fundaie crete numai

liniar. Deci barajele mai nalte sunt mai expuse pericolului de alunecare dect cele de nlimi mai mici. Dup normele spaniole serecomanda relaia:

^1 K

n care notaiile sunt aceleai, iar K l i K 2 sunt coeficieni de siguran difereniai pentru frecare i pentru coeziune. Valorilenormative prevd K l = 1,5 i K 2 = 5 pentru ncrcrile normale i o reducere a acestora cu 20 % n cazul ncrcrilor extraordinare.

Se recomanda K = 1,3...1,4, iar K 2 = 3...4 raportul c/K 2 lundu-se cel puin egal cu 100 ... 300 t/m2.

Msuri constructive Pentru a spori stabilitatea la alunecare a barajelor, se iau de obicei unele masuri constructive. n afara de tratarea speciala a

suprafeei de fundaie i de injeciile de legtur i consolidare, nsi forma geometrica a tlpii barajului poate aduce rezerve importante destabilitate. Execuia fundaiilor cu un pinten amonte, n trepte sau cu redane reprezint astfel de msuri constructive.

Pintenul amonte, concentreaz eforturile de alunecare n dreptul sau. Executarea mai multor redane distribuie mai uniformeforturile, fcnd n acelai timp ca roca de fundaie s contribuie la stabilitate prin rezistena proprie la forfecare. La fundaiile n treptenclinate spre amonte, rezultanta forelor cade sub un unghi foarte apropiat de 90, reducndu-se prin aceasta componenta tangenial care provoac alunecarea.

n cazul fundaiei nclinate noua valoare a coeficientului de alunecare se determin scriind componentele tangeniale i normale:

- suma forelor tangeniale: LT=LH cos s-LV sin s- suma forelor normale: LN=LV cos s+LH sin sCoeficientul de alunecare devine n consecina:

LH- LT _ LV~tgS

LN , LH1 + ----tgs LV

Se constata o mbuntire a stabilitii, coeficientul de alunecare dat de aceasta relaie avnd valori mult mai reduse.


24/73

24

Dimensionarea barajelor de greutate

Criteriile clasice aplicate la dimensionarea barajelor de greutate sunt:- primul criteriu consta ncondiia c, innd seama de aciunea subpresiunilor, efortul normal vertical de la piciorul amonte al

barajului s fie mai mare, sau la limita egal cu zero; prin aceasta condiie se exclud deci eforturile de tensiune la contactul beton-roca,

considerndc acestea nu pot fi preluate; n ipoteza repartiiei liniare a eforturilor, acest criteriu se scrie sub forma:

- al doilea criteriu const n condiia de stabilitate la alunecare a barajului n seciunea de fundaie; aceasta se exprima punndcondiia ca coeficientul de alunecare LH/LV s fie mai mic sau, la limita, egal cu coeficientul de frecare statica f al betonului cu r oca defundaie: LH/LV


25/73

25

Profile triunghiulareConsidernd relaiile precedente n cazul unui profil triunghiular cu ambele paramentenchinate i lund drept ncrcri

greutatea proprie, presiunea apei orizontal i vertical i subpresiunea rezult: '

(yb-my)( 1+)2-(yb-2y)( 1+) 1- y(l+ 12 )=0(yb-my)( j+)+y j=y/f

Soluia comuna este:

(1 -m)/) + / f r )- f y + yb -m y = 0n urma unor calcule numerice se prezint variaia nclinrii paramentelor funcie de coeficientul de frecare f i coeficientul

de subpresiune m:Fig.

Dimensi

onarea pofilelor triunghiulare: a - schema de calcul; b -variaia nclinrii paramentelor cu coeficienii m i f; c- variaiaefortului vertical la piciorul aval; d-variaia efortului principal la piciorul aval; e- variaia volumului relativ.

Profile triunghiulare optimeDaca n ecuaiile clasice pentru determinarea profilului barajului de greutate se face nlocuirea X 1=x i Xi+X =y acestea

devin:

-mjy2 + [2-^jxy-x2 - 1 > 0 f [^ - mj y +

fx -1 > 0

Prima inegalitate este satisfcut pentru valorile situate deasupra unei hiperbole iar a doua pentru valorile situate deasupr a

unei drepte. Soluia corespunztoare lui(X i+k)mm[ m se gsete la intersecia dreptei cu hiperbola: Abscisa punctului de intersecie rezultdin:

(1 -m)x2 + x+( 7l - m) =0 7 f 7

o

060 0.70 OSO 050040 050 060 070

Fig. Dimensionarea profilului optim.


26/73

26

Din figura se constata:- n cazul n care coeficientul de frecare este mai mic dect ~0,80 (situaia cea mai frecvent n practic) profilul cu ambele

paramente nclinate este mai indicat dect cel cu paramentul amonte vertical, necesitnd volumul minim de beton;- dac se impune un profil cu parament amonte vertical( X i = 0), dimensioneaz condiia de stabilitate la alunecare cnd f 0,80; - dac se ine seama numai de condiia de efort nul la piciorul amonte, suma(Xi+X) crete atunci cnd X 1 creste; profilul cu

parament amonte vertical (X1 =0) este cel mai indicat.

Profile triunghiulare solicitate de cutremur.n situaia n care un profil triunghiular solicitat de cutremur trebuie s respecte cele dou condiii menionate, nclinrile

paramentelor i deci volumul barajului modific

Amenajări Hidrotehice Şi Hidroameliorative

Documents

Transcript of Amenajări Hidrotehice Şi Hidroameliorative