3.3. Baraje de greutate

Barajele de greutate sunt construcţii masive din beton armat care transmit terenului de fundaţie sarcinile preluate din diversele încărcări cu ajutorul greutăţii proprii. Stabilitatea acestor baraje la răsturnare şi alunecare se asigură prin masa lor şi prin forţele de frecare care iau naştere între baraj şi terenul de fundaţie, forţe care sunt direct proporţionale cu greutatea barajului.

Barajele de greutate se execută de multe sute de ani, fiind primele construcţii folosite la crearea unor acumulări pentru alimentările cu apă. Încă în perioada imperiului roman în Spania s-au construit barajele Proserpina (H=12 m) şi Cornalvo (H= 19,5 m), care există încă şi astăzi. Folosind la început zidăria de piatră, s-a trecut treptat la zidăria din beton, ceea ce permitea realizarea unor profiluri mai economice. Cele mai vechi baraje de greutate propriu-zise s-au construit tot în Spania: Almonacid (1220), Almansa (1395), Alicante (1579). În ţara noastră s-au realizat două asemenea baraje încă din 1909, pe râurile Rişca Mică (H= 21 m) şi pe râul Sadu-Sibiu (H= 13 m).

În prezent din totalul de peste 7500 de baraje existente în lume peste un sfert sunt baraje de greutate. Deşi la un volum maxim de beton prezintă minim de siguranţă, barajele de greutate au atins în ultimul timp înălţimi considerabile, în special datorită experienţei obţinute în construcţia acestora. Cel mai înalt baraj de greutate din lume este în prezent barajul Grande-Dixance din Elveţia, de 283 m, realizat în 1962.

3.3.1. Elementele componente ale unui baraj

Secţionarea unui baraj de greutate cu un plan vertical, în zona de înălţime maximă, permite reliefarea profilului barajului în secţiunea maestră. La primele baraje executate acest profil avea forma unui triunghi curbiliniu. La barajele moderne profilul este triunghiular, ceea ce permite simplificarea calculelor, realizarea mai uşoară a construcţiei şi o exploatare mai comodă.

Un baraj de greutate este alcătuit din următoarele elemente componente (figura 3.8): 1 - corpul barajului; 2 - talpa fundaţiei; 3 - paramentul amonte; 4 - paramentul aval; 5 - piciorul amonte; 6 - piciorul aval; 7 - coronamentul barajului.

Fig. 3.8. Elemente componente ale unui baraj de greutate

Pentru a evita fisurarea betonului, provocată în principal de fenomenele de contracţie şi de deformarea terenului de fundaţie, corpul unui baraj de greutate se fragmentează în blocuri sau ploturi (8), prin suprafeţe verticale care merg până la fundaţie, denumite rosturi transversale (9) sau de dilataţie. Lăţimea unui plot este cuprinsă între 12 şi 20 m. Linia orizontală, situată la mijlocul coronamentului, care leagă cei doi versanţi opuşi, reprezintă axa barajului. După forma în plan a barajului, axa barajului poate fi o linie dreaptă, frântă sau curbilinie.

3.3.2. Dimensionarea barajelor de greutate 3.3.2.1. Determinarea înălţimii de calcul a barajului Admiţând ca în paragraful 3.2, un profil triunghiular al barajului, cu înclinarea paramenţilor 1 : λ1 şi 1 : λ, înălţimea Hc a profilului este determinată de următoarele elemente componente ( figura 3.9):

- înălţimea de retenţie Hr (cuprinsă între talveg şi NRN); - grosimea hal a stratului de aluviuni şi hs.a a stratului de rocă

alterată, care trebuie excavate; - înălţimea maximă hv a valurilor ce pot apare în lac (la baraje şi

lacuri mici această înălţime se neglijează); - o gardă hg = 1 - 2 m, pentru a avea siguranţa că barajul se

fundează pe rocă sănătoasă; - în cazul în care volumul de protecţie al lacului asigură o

atenuare eficientă a undei de viitură (α ≤ 0,85) barajul se supraînalţă cu valoarea înălţimii maxime hd a lamei deversante. În consecinţă se pot admite următoarele relaţii pentru calculul înălţimii Hc :

α > 0,85 Hc = Hr + hal + hs.a + hv + hg (3.17) α ≤ 0,85 Hc = Hr + hd + hal + hs.a + hv + hg (3.18)

3.3.2.2. Determinarea profilului barajului În acest scop este necesar să se determine valorile λ şi λ1, care dau înclinarea paramenţilor. Se folosesc două condiţii:

- efortul total la piciorul amonte al barajului, egal cu suma eforturilor date de fiecare solicitare, trebuie să fie mai mare sau la limită egal cu zero; aceasta înseamnă că nu se admit eforturi de întindere, deci ridicarea piciorului amonte de pe fundaţie. Condiţia se scrie sub forma:

σ (3.19) σtotam

i=1

n

iam= ∑ 0≥

s

- coeficientul de stabilitate la alunecare să fie mai mare sau la limită egal cu un coeficient admisibil

k k (3.20) sad≥

Efortul pe talpa de fundaţie se calculează cu formula cunoscută:

σ (3.21) avam= ± ±

NA

MW

în care se admite semnul plus pentru eforturile de compresiune şi semnul minus pentru cele de tracţiune, în punctul în care se calculează efortul N este

Tabelul 3.3.

FORŢA amσ avσ FG

WeF

AF 1GG ⋅

++ W

eFAF 1GG ⋅

−+

amHF

WeF 2

amH ⋅

− W

eF 2amH ⋅

+

amVF

WeF

AF 3

amV

amV ⋅

++ W

eFA

F 3amV

amV ⋅

−+

avHF

WeF 4

avH ⋅

+ W

eF 4avH ⋅

−

avVF

WeF

AF 5

avV

avV ⋅−+

WeF

AF 5

avV

avV ⋅++

SF W

eFAF 6SS ⋅

−− W

eFAF 6SS ⋅

+−

CGF W

eF 7CG ⋅−

WeF 7CG ⋅

+

CWF W

eF 8CW ⋅−

WeF 8CW ⋅

+

gF W

eF 9g ⋅− W

eF 9g ⋅+

alF W

eF 10al ⋅− W

eF 10al ⋅+

Tabelul 3.4. Forţa Expresia forţei Relaţia de calcul

braţ forţă Expresia braţului forţei

Efortul amonte Efortul aval

GF ( ) 2C1b Hλλγ

21

⋅+⋅⋅ ( )111 ACOA31OGe −== ( ) C1 Hλλ

6⋅−⋅

1

1Cb λλ

λHγ+

⋅⋅+ 1

1Cb λλ

λHγ

+⋅⋅+

amHF 2

CHγ21

⋅⋅ C2 H31e ⋅= CH

31⋅ 2

1C )λ(λ

1Hγ+

⋅⋅− 21

C )λ(λ1Hγ+

⋅⋅+

amVF 2

C1 Hγ21

⋅⋅⋅ λ 13 AC31-OAe = CH

6λλ3 1 ⋅

+⋅

21

1C )λ(λ

Hγ+⋅

⋅⋅−λλ

SF ( ) 2C1 Hλλγm

21

⋅+⋅⋅⋅ AB31

21e6 ⋅

−= CH

6λλ 1 ⋅

+ CHγm ⋅⋅− 0

CGF ( ) 2C1bS Hλλγcα

21

⋅+⋅⋅⋅⋅

C7 H31e ⋅= CH

31⋅

1

SCb λλ

cαHγ

+⋅

⋅⋅−

1

SCb λλ

cαHγ+⋅

⋅⋅+

CWF

C8 Hπ3

4e ⋅⋅

= CH425,0 ⋅ 2

1

SC )λ(λ

c1,275Hγ+⋅

⋅⋅− 2

1

SC )λ(λ

c1,275Hγ+⋅

⋅⋅+

( )( )( ) ( )∑

+

⋅−

+⋅

⋅−−+

+⋅⋅+

+−

+⋅⋅⋅== 2

1

S

1

Sb2

1

112

11

bC

amj

amtot λλ

c1,275λλcα

γγ

mλλ

λλ2λλλ

1λλλ

γγ

Hγσσ

( ) ( ) ( )

++⋅⋅⋅+⋅=⋅

+⋅−++ S1

bS

2C

2C111

b cλλγγ

cα1Hγ21Hγλλmλλλ

γγ

f21

( )( )21

11c λλ

λ2λλγH++

+