Cap

CUVNT NAINTE

Cile navigabile sunt construcii sau amenajri hidrotehnice realizate pentru a deservi transportul pe ap. Lucrarea nu face referire la transportul maritim, amenajrile pentru navigaie din aceast zon fiind apanajul celor care se ocup de controlul navigaiei.

Importana studierii, proiectrii, execuiei i exploatrii cilor navigabile interioare rezult din deosebita eficien economic a transportului pe ap pentru o foarte larg gam de mrfuri i pentru pasageri n comparaie cu transportul terestru sau aerian.

Prezenta lucrare reprezint o reeditare a unei lucrrianterioare, revzut, adus la zi cu datele statistice, mbuntit i mbogit cu o bogat anex foto, prezentnd lucrri din domeniu.

Cartea este destinat studenilor de la programul de studiu Amenajri i construcii hidrotehnice dar i celor de la specializri nrudite sau celor care doresc s se informrze n acest domeniu al construciilor.

Coninutul este structurat pe ase capitole:

transportul pe ap

navele civile de transport i caracteristicile lor

calea navigabil

amenajarea cilor navigabile pe ruri, lacuri sau canale artificiale

ecluze de navigaie

ascensoare pentru nave.

Autorii

Cap. 1 TRANSPORTUL PE AP

1.1 . Introducere

Navigaia reprezint deplasarea pe ap cu ajutorul navelor sau a altor sisteme tehnice plutitoare.

Suprafaa sau fia de ap care satisface necesitile de navigaie n siguran se numete cale navigabil.

Cile navigabile pot fi interioare (pe ruri, lacuri sau canale artificiale) sau maritime (mri i oceane).

Circulaia navelor se poate face independent (pentru cele autopropulsate) sau n convoaie (nave fr propulsie plus remorcher sau mpingtor; convoaiele pot fi, deci tractate sau mpinse).

Dou sau mai multe nave legate bord la bord formeaz o dan (dou nave - dan dubl; trei nave - dan tripl; patru nave - dan cvadrupl, dar aceast situaie se ntlnete mai rar). n domeniul porturilor, dan este poriunea de cheu destinat acostrii unei nave.

Totalitatea navelor care deservesc o cale navigabil se numete flot. Tot flot se numesc i navele care aparin unui armator.

Flota poate fi de transport sau poate fi alctuit din nave tehnice sau militare. Activitatea de transport a flotei se realizeaz sub form de curse.

Cursa se numete deplasarea efectuat de o nav sau de un convoi de nave de la punctul de expediie al mrfurilor pn la punctul de destinaie al acestora. Ea este forma fundamental a procesului tehnologic de transport.

Comparnd direcia de mers cu sensul de curgere al rurilor se deosebesc curse spre amonte i curse spre aval. De asemenea se mai pot clasifica cursele n:

curse cu ncrctur i curse n gol

curse regulate i curse neregulate (prin navlosire)Cursele regulate leag aceleai puncte de expediie i de destinaie a mrfurilor, pe o rut fix (linie de circulaie) i dup un orar precis al plecrilor i sosirilor din porturi (itinerar).

Cursa care se ncheie n punctul iniial de plecare se numete curs circular. Durata cursei (tc) reprezint timpul necesar efecturii tuturor operaiilor dintre punctele de plecare i de sosire, pn cnd devine posibil reluarea procesului de transport n condiii asemntoare. Graficul cursei este reprezentarea deplasrii navei cu punerea n eviden a tuturor duratelor operaiilor de pe parcursul cursei.

Cile navigabile interioare dein un rol important n efectuarea transporturilor. Dezvoltarea transporturilor pe cile navigabile interioare este ns un atribut al rilor cu o economie dezvoltat, deoarece att costul cilor navigabile, al porturilor ct i al flotei este foarte ridicat (care este totui compensat ulterior prin preul de cost mult mai redus al transportului pe ap comparativ cu transportul auto sau pe cile ferate).

Transportul pe ap este mai eficient pentru mrfurile de mas i n vrac: crbuni, minereuri, cereale, materiale de construcii, ngrminte, produse petroliere, etc.

1.2. Transportul pe ap n Europa i n lume

Cile navigabile interioare ale Europei se grupeaz n trei sisteme importante:

fluviile i canalele din partea nordic i vestic a Europei: Sena, Ron, Rin, Weser, Ems, Elba, Oder i canalele care le unesc

sistemul Dunrii, format din Dunre, afluenii i canalele din cele 10 state pe care le strbate

fluviile i canalele din partea european a Rusiei i celorlalte foste componente ale U.R.S.S. din Europa: Volga, Don, Neva, Dvina de Nord i Dvina de Vest, Nipru i canalele care le leag (sistemul are legtur cu 4 mri: M. Neagr, M. Caspic, M. Baltic i M. Alb)

Rinul este una din cele mai puternice magistrale de navigaie din Europa: acoper transportul a 75% din producia de crbuni i 70% din cea siderurgic a Germaniei, importante cantiti de produse chimice, petroliere i siderurgice din Frana i Olanda. Are la gura de vrsare n M.Nordului marele port Rotterdam. Rinul este asemuit cu o coloan vertebral a transportului pe ap din Europa Occidental.

Pe Rin s-au executat importante lucrri de regularizri (stabilizarea albiei, ndiguiri, mrirea capacitii de transport a apei i mbuntirea condiiilor de navigaie) n secolele XIX i XX. Zonele care nu au putut fi amenajate pentru navigaia n curent liber au fost barate i ecluzate iar n multe locuri s-a renunat la albia natural, executndu-se canale de derivaie ecluzate, paralele cu sectoarele foarte dificile. Majoritatea ecluzelor sunt gemene, de 185 m lungime (una cu limea de 12 m i cealalt de 23 m). Pe Rin se circul cu motonave i convoaie mpinse.

Motonavele sunt: de 1000 t (pescaj 1,6 m) pentru ape sczute i de 1350 i 2000 tone (pescaje 2,5 m i 2,7 m) pentru niveluri ridicate ale apei.

Convoaiele mpinse, formate din dou dane duble de barje de 1500 t i mpingtor, se nscriu n lungimea util de 185 m a ecluzelor.

Canalul Rin-Main-Dunre este o cale navigabil ce leag localitile Aschaffenburg (de pe rul Main, afluent al Rinului) i Jockenstein (de pe Dunre). El are o lungime de 677 km format din trei tronsoane principale:

tronsonul vestic - 297 km i 27 ecluze - realizat pe rul Main ntre Aschaffenburg i Bamberg (terminat n 1962)

tronsonul central - 171 km i 16 ecluze, (13 din cele 16 ecluze au economizoare), ntre Bamberg (pe Main) i Kelheim (pe Dunre); este canal artificial pe 65 km ntre Nrenberg i Altmhl, reactualizarea vechiului canal Ludwig (realizat n 1845 i abandonat n 1950). A fost terminat n 25 sept. 1992.

tronsonul estic (dunrean) - 209 Km i 9 ecluze - de la Kelheim la Jochenstein (finalizat tot n 1992).

ntreaga amenajare s-a realizat n circa 70 de ani i a fost estimat la 3800 de mil. $. Canalul a fost inaugurat pentru circulaie pe ntreaga lungime, la 25 sept. 1992. Majoritatea ecluzelor au 190 m lungime i 12 m lime (de la Regensburg pn la Jochenstein, ecluze gemene de 24 x 230 m).

Canalul Mittelland, din nordul Germaniei joac un rol de centur, unind patru fluvii importante: Rin, Weser, Elba i Oder.

Pe cei 325 km (ntre Ems i Elba) se afl lucrri hidrotehnice ca: ecluze cu bazine economizoare, ascensoare pentru nave, poduri canal i subtraversri.

Poriunea de canal de la rul Ems la Hanovra a fost terminat n 1918 i era capabil s preia nave de 600 t. Jumtatea de la Hanovra la Elba a fost dat n exploatare n 1938 pentru nave de 1000 t. Prin redimensionarea seciunii, canalul asigur azi pe aproape toat lungimea sa circulaia navelor de 1350 t.

Canalul traverseaz rul Weser pe un pod de beton armat (i este legat de ru printr-o ecluz) iar Elba pe un pod metalic (de Elba este legat printr-un ascensor de nave).

Prin canalele Ihle i Plane, canalul Mittelland se leag spre est cu oraul Berlin iar prin canalele Havel-Oder i Spree-Oder se ajunge n fluviul Oder.

La vest, canalul se leag prin ramificaiile: Datteln-Wesel, Datteln-Duisburg i Datteln-Hamm cu bazinul carbonifer Ruhr, cu Rinul i cu Saxonia.

Sistemul de ci navigabile din nordul i vestul Europei este legat prin magistrala francez Sena-Ron cu M.Mediteran iar prin canalul Du Midi i rul Garonne, cu oceanul Atlantic.

Dunrea, cu o lungime de 2850 km (de la Donaneschingen, confluena rurilor Brege i Brigach) este o mare arter de navigaie a Europei. Are 120 de aflueni n cele 10 ri pe care le strbate (i trece prin 4 capitale: Viena, Bratislava, Budapesta, Belgrad).

Partea folosit pentru navigaie regulat are 2379 km - de la Regensburg (Germania) pn la Sulina. n amonte de Regensburg se mai face o navigaie periodic pn la Ulm (KM. 2588).

Not. Kilometrarea rurilor se face de la vrsare spre izvor!

Dunrea taie Carpaii nord-vestici (continuai cu Alpii) la Devin i Carpaii Meridionali (continuai cu Balcanii) la Porile de Fier. Aceste defilee mpart Dunrea n trei sectoare:

Dunrea superioar: de la izvor pn la Porile Devin

Dunrea mijlocie: de la Devin pn la Porile de Fier

Dunrea inferioar: de la Porile de Fier pn la vrsare n M. Neagr.

Amenajarea Dunrii superioare a nceput din 1836. Acest sector este format din poriuni nguste i sinuoase care alterneaz cu poriuni de albie larg i ramificat. Pe alocuri erau praguri stncoase pe care adncimea apei la etiaj scdea sub un metru.

S-au executat att lucrri de regularizare n curent liber (nchideri de brae secundare, regularizri de sectoare de albie, derocri-dragaje, strpungeri de coturi) ct i amenajri n regim barat (7 noduri hidrotehnice cu ecluze de navigaie, executate ntre 1928 i 1976) n final ntregul sector avnd 19 trepte ecluzate. Ecluzele tip Dunrea superioar au dimensiunile 24 x 230 m i sunt cu sasuri duble.

Dunrea mijlocie este un fluviu tipic de es, cu vale larg (5-20 km), sinuoas, instabil i ramificat (sunt i cteva zone care ies din acest ablon, cu schimbri rapide de pant i albii stncoase).

n sectorul Devin-Gny, prin reducerea pantei de scurgere (de la 0,35. la 0,17.) se produc depuneri i sunt necesare operaii permanente de mrire a capacitii de transport al aluviunilor i de dragaj. In zona Porile de Fier se realizase ntre 1889 i 1898, prin derocare-dragare, canalul Sip, lung de circa 6 km. n anul 106 Apolodor din Damasc realizeaz n zona Porile de Fier un canal de ocolire, paralel cu albia Dunrii, cu o lungime de circa 3225 m i o lime la oglinda apei de circa 57 m !Prin realizarea nodurilor hidrotehnice Porile de Fier 1 i Porile de Fier 2 toate problemele de navigaie n acest sector au fost rezolvate (prin adncimea mare a apei n lacurile de acumulare respective).Pe Dunrea mijlocie sunt prevzute 5 noduri hidrotehnice (incluzndu-le pe cele dou de la Porile de Fier) cu ecluze avnd limea sporit la 34 m (fa de 24 m pe Dunrea superioar).

Lucrrile pe Dunrea inferioar sunt mai puin numeroase deoarece condiiile de navigaie sunt relativ favorabile. Exist unele poriuni foarte sinuoase (Drobeta - Turnu Severin - Lom - 200 Km si Hrova - Brila).

Pe acest sector sunt propuse trei noduri hidrotehnice cu ecluze de navigaie (Turnu Mgurele - Nicopole, Cernavod - Topalu i Mcin).

Cele mai mari probleme pentru navigaia pe Dunrea inferioar le ridic pragurile formate din depuneri de aluviuni (mai ales pe sectorul Clrai - Hrova de 115 Km; se fac mari volume de dragaj, anual).

n august 2003 debitul Dunrii a fost de doar 1700 m3/s ceea ce a creat mari probleme de navigaie (inclusiv pe Canalul Dunre Marea Neagr) i a dus i la oprirea temporar a Centralei Nuclearoelectrice de la Cernavod (care funciona n acea perioad doar cu Grupul 1).

Lucrri importante sunt executate i pe Dunrea maritim (Galai - Sulina): rectificri de albie, strpungeri de meandre i dragaje pentru a asigura o adncime de 24 de picioare = 7,32 m (conform conveniei Dunrii). n acest sens o problem o constituie "bara de la Sulina". Datorit ciocnirii ntre curentul litoral (de la nord la sud pe lng litoralul romnesc) i curentul de ap vrsat de Dunre n mare se produce disiparea energiei i depunerea aluviunilor sub forma unui grind paralel cu rmul: bara de la Sulina (fig. I.1). Pentru splarea ei de ctre Dunre s-au construit dou jetele (diguri uoare de aprare a enalelor de acces) care au trebuit s fie lungite n permanen deoarece n faa noii guri de vrsare se forma o nou "bar".

Pentru a se mbunti ieirea la mare s-a executat Canalul Dunre Marea Neagr. Acesta are dou ecluze duble (gemene) de 25 x 310 m i o lungime de 64,2 Km. El asigur o adncime de ap de 7,5 m i are captul de la M. Neagr n portul Constana, zona Sud.

Figura nr. I-1 Jetele la bara Sulina

Ecluza de la Cernavod poate lucra cu nivel alternant n Dunre (cnd mai sczut, cnd mai ridicat dect n canal) iar ecluza Agigea se particularizeaz prin sistemul su de umplere - golire, proiectat n aa fel nct s evite salinizarea apei din canal (folosit pentru irigaii i alimentri cu ap).Convoiul de calcul pe canalul Dunre - M. Neagr este un convoi mpins format din trei dane duble de barje de 3000 t (capacitate de ncrcare) i un mpingtor (figura I.2).

Figura nr. I-2Fluviul Volga i reeaua de canale, fluvii i lacuri din Rusia i republicile europene ale fostei U.R.S.S. reprezint ci navigabile capabile s lege mri situate la mare distan ntre ele: M. Alb (i M. Baren), M. Baltic, M. Caspic i M. Neagr. Primele amenajri pentru navigaie au nceput n Rusia, n anul 1708 (Petru I ; sistemul Venovolok). Fluviul Volga este "coloana vertebral" a acestui sistem de ci navigabile interioare.

Oraul Moscova este legat de Volga prin canalele Moscova - rul Moscova (ce duce spre Volga) i Moscova - Oka (care duce de asemeni la Volga) pe care sunt amplasate 3+8 ecluze cu dimensiunile de 30x290 m.

Canalul Volga-Don, lung de 101 Km, are 13 ecluze. Sistemul de navigaie permite circulaia navelor de 3000 pn la 4000 de tone. n tabelul urmtor se prezint o comparaie (din punctul de vedere al volumelor de lucrri) ntre cteva mari canale navigabile din lume:

Tabelul I-1Numele canaluluiLungime

[km]Spturi (pmnt+roc)

[106(m3]Beton

[106(m3]

Panama811603,9

Suez164275-

Moscova-Volga1281542,9

Canalul German de Nord99780,8

Canalul Dunare-M.Neagr64,23003,55

Canalul Panama are o lungime de 81,3 km pe care sunt amplasate 5 ecluze. Acestea permit traversarea unei diferene de nivel de 26 m. Construcia canalului a nceput n 1903 i s-a terminat n 1914. La ora actual se pune cu mare acuitate problema lrgirii canalului pentru a permite navigaia unor nave de capacitate mai mare (o lrgire i reprofilare din aceleai motive a suferit i Canalul Suez.

1.3.Caracteristicile tehnico-economice ale transportului pe ap

Eficiena transportului pe ap este determinat de urmtorii factori principali:

1) Preul de cost (lei/t(Km)

2) Viteza de trafic i comercial

3) Capacitatea de transport a cii navigabile

4) Caracterul de mas

5) Permanena i regularitatea

6) Sigurana transportului

1) Preul de cost pentru transportul pe ap (fr transbordri) are urmtoarele componente:

a) cotele de amortisment ale investiiilor pentru calea navigabil i pentru flot

b) cheltuieli de ntreinere pentru calea navigabil (relativ mici) i pentru flot (mai mari)

c) Cheltuieli sociale i retribuii: prezint o tendin de scdere prin automatizarea transportului pe ap i extinderea navigaiei prin mpingere

d) cheltuieli de propulsare (costul carburanilor i lubrifianilor)

e) cheltuieli de asigurare i cheltuieli generale.

Preul de cost al transportului pe ap (fr operaiile de ncrcare descrcare) este mai mic dect al transportului auto sau feroviar. Pentru distane mari de transport (peste 200 de km) transportul pe ap este competitiv cu transporturile terestre chiar i incluznd ncrcarea-descrcarea mrfurilor.

Pentru cursuri de ap amenajate pentru navigaie n regim de curgere liber (fr ecluze), investiia medie pe kilometru poate fi mai redus dect cea aferent cilor ferate dar pentru canale artificiale ecluzate ea este de, obicei considerabil mai mare.

2) Viteza de transport pe cile navigabile este mai mic dect pe calea ferat (dac discutm de vitezele optime de circulaie)

Se pun n discuie dou tipuri de viteze:

a) viteza tehnic, vitez cu care se pot deplasa, n plin mar, navele sau vehiculele terestre

b) viteza comercial, sau de transmitere a mrfurilor de la punctul de mbarcare la cel de destinaie, innd cont de toate opririle i timpii tehnologici pe traseu.

Comparaia acestor viteze este prezentat n tabelul I.2.:

Vitezele comerciale evideniaz diferene mai mici ntre transportul feroviar i cel fluvial dect cele tehnice (timpii de staionare i pierderile pe traseu sunt mai mici dect la calea ferat).

3) Capacitatea de transport a cilor navigabile

a) pentru cile amenajate pe ruri i fluvii, n regim de curgere liber este practic nelimitat si mult mai mare ca a altor ci de transport

b) pentru ruri i fluvii amenajate n regim barat sau pentru canale ecluzate, capacitatea de transport este limitat la capacitatea de trecere (trafic) a ecluzelor.

4) Caracterul de mas al transportului pe ap este dat de faptul c navele folosite azi au capaciti mari de ncrcare. Chiar un lep relativ mic - 1000 t - are capacitatea de ncrcare ct un tren de marf iar dac ne gndim la faptul c lepurile circul n convoaie atunci avantajul este n mod clar de partea transportului pe ap.

Tabelul I-2Tipul de transportNatura cii Tip de vehiculVitez tehnic (km/h)Vitez comercial (km/h)

FluvialAp moart,

Spaiu

NelimitatConvoi tractat7-105-8

Convoi mpins10-138-10

Motonav14-2010-16

CanalConvoi tractat5-73,5-6

Convoi mpins6-104-8

Motonav11-157-13

FeroviarCale feratTren marf aburi30-3515-20

Tren marf diesel40-55 *40,95##

AutoAutostradaAutocamioane mijlocii58-66 *

Autocamioane grele56-64 *

Drum naionalAutocamioane30-40 *

Datele nsemnate cu : * sunt date dup studii mai vechi.

## - n anul 2000De asemenea transportul pe ap nu condiioneaz att de restrictiv gabaritul mrfurilor transportate, ca n cazul vagoanelor de cale ferat. Pe ap se pot transporta piese de mari dimensiuni i greuti (a se vedea, totui, gabaritul de aer de sub poduri etc.).

5) Regularitatea i permanena transportului pe ap nu sunt pe deplin satisfctoare pentru mai multe motive:

a - ngheul apei - durata medie a perioadei de navigaie variaz mult cu zona geografic: pe Dunre 270-300 de zile/an, pe fluviile din Rusia 170-270 zile/an, etc. Pentru a combate acest neajuns se pot folosi sprgtoare de ghea sau ap cald de la rcirea unor termocentrale.

b - nivele sczute sezoniere ale apei n ruri i fluvii (sau perioade secetoase). Se poate introduce un sistem de prognoz hidrologic. Se poate circula cu ncrctur redus (pescaj mai mic) sau cu nave cu pescaj redus.

c- valuri mari produse de obicei de vnt (mai ales pe lacuri) - pot duce la oprirea temporar a navigaiei.

ntreruperile dau transportului pe ap un coeficient de neregularitate i fac necesar construirea de depozite tampon (antrepozite) att n portul de expediere ct i n portul de destinaie.

n schimb, ntreruperile pot fi folosite pentru revizuirea i repararea navelor.

6) Sigurana transportului pe cile navigabile interioare este foarte mare, naufragiile fiind rare. De aceea flota are o durat lung de exploatare iar cotele de amortizare anual sunt mult mai reduse dect la alte mijloace de transport, lucru ce pledeaz n plus pentru rentabilitatea transporturilor pe cile navigabile interioare.

7) Alte caracteristici favorabile ale transportului pe ap sunt:

mecanizarea ntr-un procent ridicat a operaiunilor de ncrcare-descrcare

personalul redus (numeric) de nsoire a mrfurilor (la convoaie mpinse:1 la 1000-2000t)

consumul redus de metal pentru construcia navelor raportat la unitatea de mas transportat, n raport cu mijloacele de transport auto sau feroviare.

1.4. Principalii indicatori ai traficului

Principalii indicatori ai traficului sunt:

a) masa mrfurilor (numrul cltorilor)

b) parcursul mrfurilor i distana de transport

c) intensitatea transportului

a)- Masa mrfurilor sau numrul cltorilor - cel mai important indicator al traficului - se stabilete prin balana transportului (evidena produselor excedentare i deficitare ale regiunii deservite de calea navigabil respectiv; se va ine cont i de traficul local de mrfuri i de mrfurile aflate n tranzit).

Sensul n care se transport volumul cel mai mare de mrfuri se numete sens direct de navigaie iar cellalt, sens invers.

Masa mrfurilor transportate pe cile navigabile interioare ale Romniei a evoluat ca n tabelul urmtor:

Tabelul I-3Anul1938194819601970197519851989199120012006

Transport pe ci navigabile interioare [mil.t]1,330,811,913,406,1018,437,3712,0411,3414,94

Cu toat creterea n valoare absolut a cantitii de mrfuri transportate pe ap, de fapt procentul de participare a acestui tip de transport n raport cu transporturile terestre (auto i feroviare) la traficul total a sczut n ultimii ani. i procentul de participare a transporturilor feroviare a sczut. Una din principalele explicaii ale acestui fenomen este preluarea masiv a mrfurilor de ctre transportul auto (cu sporirea semnificativ a problemelor de trafic i a polurii), mai ales pentru distane scurte i cantiti relativ reduse i de asemenea dezvoltarea puternic a transportului prin conducte (gaze i lichide).

b)- Parcursul mrfurilor (cltorilor) este un indicator care caracterizeaz mai bine transportul dect simpla exprimare a cantitii de mrfuri transportate. Cum distanele de transport pe ap sunt de obicei mai lungi, se poate pune mai bine n eviden volumul de activitate depus de transportul pe ap.

Parcursul mrfurilor - PM - (sau al cltorilor - PC) este produsul ntre cantitatea de mrfuri transportat Q (numrul de cltori Y) i distana de transport d:

[t(km]

(I.1)

[cltori(Km] (I.2)

Parcursul mrfurilor este indicatorul care reflect producia industriei transporturilor (ns trebuie menionat c sporirea parcursului mrfurilor prin mrirea distanei este un aspect nefavorabil al eficienei acestei activiti).

Distana medie de transport se obine prin mprirea parcursului la cantitatea de marf (nr. de cltori):

[Km]

(I.3)sau

[Km]

(I.4)c)- Intensitatea transportului este dat de raportul ntre parcursul mrfurilor (cltorilor) i lungimea cii de transport analizate L (sau a reelei de ci de transport):

[(t(Km)/1Km]

(I.5)

[(cltori(Km)/Km]

(I.6)

n mod curent intensitatea este mai mic dect tonajul mrfurilor (numrul cltorilor) transportate pentru c nu toate mrfurile sunt transportate pe ntreaga lungime a cii (reelei) de transport.

Cap. 2 NAVELE DE TRANSPORT SI CARACTERISTICILE LOR

2.1 Generaliti i clasificare

Nava de transport este o construcie capabil s pluteasc i s ncarce la bord mrfuri sau cltori.

Exist de asemenea nave civile i cu alte destinaii dect transportul de mrfuri sau cltori.

Navele care circul pe apele interioare se clasific dup mai multe criterii:

a) n funcie de calea navigabil pentru care au fost construite:

- nave pentru ruri i fluvii

- nave pentru lacuri

- nave pentru canale navigabile

b) dup destinaie:

b1) de transport: - de mrfuri i cltori

- de pasageri

- de mrfuri

- de traversare

b2) de remorcare: - remorchere

- mpingtoare

b3) de pescuit: - pescadoare

- nave de prelucrare i frigorifice

b4) administrative: - sanitare

- alupe:

- de inspecie

- de supraveghere

b5) de sport

b6) tehnice: -drgi, deroeze, macarele plutitoare

-alande, sonete plutitoare, elevatoare plutitoare b7) speciale: - de pompieri

- de salvare

- de studii

- sprgtoare de ghea

- elevatoare plutitoare

c) dup modul de propulsare:

- autopropulsate

- fr propulsie proprie (tractate, mpinse)

d) dup materialul din care sunt construite:

- din lemn

- din oel

- compozite (lemn i oel)

- din aluminiu

- din mase plastice i fibr de sticl

- din beton armat

Societatea care se ocup cu stabilirea regulilor privind securitatea construciei i exploatrii navelor ca i cu clasificarea i eliberarea certificatelor de clas, n Romnia, se numete Registrul Naval Romn.

Cel mai vechi registru naval este "Lloyd's Register", nfiinat la Londra la sfritul secolului al XVII-lea. Alte organisme de supraveghere i clasificare a navelor: Bureau Veritas (Frana), Germanischer Lloyd (Germania), American Bureau of Shipping, Registrul fluvial rusesc, etc.

Clasa se acord pentru 4-6 ani (dup care se rennoiete; la patru ani pentru navele de cltori, tancuri i sprgtoare i la ase ani pentru celelalte nave).

2.2 Schema general de alctuire a unei nave

Principalele pri constituente ale navei sunt:

1) Corpul navei:

a) Coca: osatur, bordaj, nveliul punii principale

b) Suprastructur: continu sau din pri izolate (dunet - la pup, castel central, teug - la prova); toate acestea se mai numesc rufuri.

c) Elemente de compartimentare:

puni similare planeelor mntr-o cldire (de comand, principal, de promenad, a brcilor de salvare, etc.)

perei verticali: longitudinali, transversali

2) Echipamente de navigaie i auxiliare:

instalaia de guvernare

instalaia de ancorare

echipament de acostare

echipament de remorcare

utilaj de ridicat

aparataj de navigaie

mijloace de semnalizare i salvare

instalaia de propulsare

3) Dotri interioare: amenajri i utilaj de deservire

Corpul navei reprezint partea principal a navei.

Coca sau corpul propriu zis, este ansamblul de elemente de rezisten i nveliuri care asigura rezistena, calitile nautice i capacitatea de ncrcare a navei.

Osatura este scheletul de rezisten al navei iar bordajul este mbrcmintea etan a corpului navei.

nveliul punii principale nchide coca la partea superioar (este de remarcat c pe apele interioare circul i unele nave nepropulsate - barje, ceamuri, lepuri - care nu au punte sau au puntea principal incomplet nchis).

Bordul drept (n sensul de mers al navei) se numete tribord iar bordul stng-babord. Partea din fa a navei se numete prova (prora) iar partea din spate - pup.

Piesa longitudinal de rezisten a osaturii este carlinga central. Aceasta se termin la prora cu etrava iar la pupa cu etamboul (suport pentru crm i elice). n carlinga central sunt ncastrate coastele care la partea superioar sunt legate prin grinzile de punte.

Suprastructura se execut deasupra punii principale cu scopul de a crea ncperi pentru echipaj i cltori, pentru a adposti unele instalaii i de a mri capacitatea de transport (la nave nepropulsate suprastructura poate lipsi sau poate fi reprezentat doar de cabina care adpostete timona).

Figura nr. II-1

Elementele de compartimentare - puni i perei verticali - au rolul de a realiza spaiile cu funciile necesare n interiorul navei dar i acela de siguran n caz de accident (perei transversali etani).

2.3 Caracteristici geometrice, plan de forme i capacitate de ncrcare

Pentru a pune n eviden pe o plan forma corpului navei se deseneaz planul de forme. Acesta se obine din intersecia suprafeei exterioare a corpului navei (bordaj) cu planuri echidistante i paralele cu cele trei planuri principale de proiecie:

planul vertical - diametral - care taie nava dup axa ei longitudinal

planul vertical al cuplei maestre - care taie nava la jumtatea lungimii ei teoretice (sau acolo unde seciunea transversal este maxim - cupla maestr), perpendicular pe planul vertical diametral

planul orizontal de plutire - care taie nava dup linia de plutire.

Dimensiunile principale ale navei sunt:

L - lungimea teoretic, este lungimea maxim de gabarit

B - limea teoretic, este limea maxim de gabarit

T - pescajul, se msoar pe vertical, n cupla maestr, de la linia de plutire pn la marginea inferioar a carenei (chil) i se numete pescaj de referin.

Figura nr. II-2 Formele n planul vertical diametral

Figura nr. II-3 Formele n planul orizontal - de plutire

Figura nr. II-4 Formele n planul vertical al cuplei maestre

Dac pescajul prova este egal cu pescajul pupa se spune c nava st n asiet dreapt. n caz contrar se spune ca este apupat sau aprovat. Aceste situaii pot apare n timpul ncrcrii sau descrcrii navei.Dou valori importante ale pescajului sunt: pescajul navei goale i pescajul navei ncrcate.

Francbordul - F - este nlimea bordului liber i se msoar de la linia de plutire pn la punctul cel mai de jos al bordului navei. Francbordul minim, n cazul navei ncrcate, trebuie s asigure condiii de securitate navei (de exemplu pe timp de furtun).

Deplasamentul navei - D - este greutatea volumului de ap dislocuit de nav (tone).

Distingem deplasamentul navei ncrcate i deplasamentul navei goale.

Diferena dintre cele dou deplasamente este capacitatea de ncrcare brut (tdw).

Capacitatea de ncrcare net este capacitatea de ncrcare brut, minus greutile combustibilului, lubrifianilor, apei, proviziilor de alimente, echipajului i a celorlalte materiale ce sunt necesare pentru funcionarea navei.

Tonajul registru reprezint volumul total al spaiilor nchise ntre corpul navei i puntea etan. Tonajul registru net este volumul destinat exclusiv mrfurilor (sau pasagerilor). 1 ton registru este volumul de 100 picioare cubice = 2,83 m3.

Coeficienii de forma (finee) ai corpului navei au valori subunitare i arat gradul de profilare hidrodinamic n raport cu un paralelipiped.

Coeficientul suprafeei de plutire este raportul:

(II.1)

unde: S - suprafaa de plutire

Coeficientul cuplei maestre este raportul:

(II.2)

unde: ( - suprafaa cuplei maestre (udat)

Coeficientul de plenitudine al carenei este raportul:

(II.3)

unde: V - volumul carenei (volumul dislocuit de corpul navei)

Cele mai frecvente nave autopropulsate care circul pe apele interioare sunt navele de pasageri, remorcherele (mpingtoarele) i alupele iar mai rar, motonave pentru mrfuri (cargouri).

Navele fr propulsie proprie sunt: lepurile, tancurile i barjele. lepurile pentru piatr, lemnrie si alte produse de mas se numesc ceamuri sau mahoane. lepurile pentru convoaie tractate au sistem propriu de crma. Barjele - nave fr propulsie pentru convoaie mpinse, nu au sistem propriu de crm.

Exist i o categorie de nave staionare : pontoanele de acostare la rmuri n taluz, instalaii portuare off shore, etc.

2.4 Echipamentul de navigaie i auxiliar

a) Instalaia de guvernare a navei permite meninerea direciei de mers mpotriva forelor de deriv sau schimbarea direciei de mers atunci cnd acest lucru este necesar.

Nu dispun de instalaie de guvernare: barjele pentru convoaie mpinse, navele din flota tehnic nedotate cu propulsie proprie i navele staionare (pontoane de acostare, etc.).

Sistemele cele mai obinuite sunt:

cu crm (element de execuie fiind safranul sau pana crmei )

cu ajutaje (duze) orientabile

cu propulsor cu palete verticale

Sistemul cel mai vechi i mai rspndit este crma, care folosete fora hidrodinamic ce apare pe pan (safran) atunci cnd nava are o vitez relativ de deplasare fa de ap. Cu ct viteza relativ a navei fa de ap este mai mare, fora hidrodinamic va fi mai mare. Aceast for hidrodinamic d un moment de rotaie fa de centrul de greutate al navei, care contribuie la schimbarea direciei.

(II.4)

(II.5)unde:

Vr = viteza relativ a apei fa de crm - viteza care d fora hidrodinamic F Vi = viteza de naintare a navei

Vc = viteza curentului de ap (contracurent)

Ve = viteza apei refulat de elice

Manevrele de acostare se fac cu Ve.

Figura nr. II-5

Situaia de mai sus se refer la o nav care circul spre amonte (contra curentului de ap, pe un ru).

F1 = component a lui F care creeaz un efect de frnare a navei n timpul giraiei

F2 = component a lui F care d o deriv spre bordul opus giraiei (virajului)

Crma poate fi obinuit (a), compensat (b) sau semicompensat (c), dup poziia centrului de presiune (C, n care acioneaz fora hidrodinamic F) fa de axul ei de rotaie:

a) crm obinuit b) crm compensat c) crm semicompensat

Figura nr. II-6

Navele pot fi dotate i cu dou pane de crm (iar n mod excepional chiar mai multe).

Sistemul cu ajutaje (duze) este bazat pe plasarea elicei ntr-un ajutaj i dirijarea jetului prin rotirea ajutajului sau prin proiectarea prin ajutaj a unui jet de ap provenit de la o pomp (ajutajul joac i rolul de propulsor). Sistemul poate avea 1, 2 sau mai multe ajutaje.

b) Instalaia de ancorare este a doua n ordinea de importan a echipamentelor navei. Ea servete la fixarea navelor de fundul cii navigabile pentru: staionare, efectuarea unor manevre de ntoarcere n spaiu ngust (n jurul ancorei), acostarea n curent cu pupa nainte sau evitarea unor accidente (atunci cnd se defecteaz instalaia de guvernare, propulsorul sau cnd condiiile meteorologice sunt nefavorabile).

Spre locul de ancorare se vine cu prova mpotriva curentului, iar ancora de prova se arunc doar cnd viteza ncetinit a navei tinde ctre zero. n cazuri speciale se poate face ancorarea i cu ancora de pup, dar n prealabil se reduce viteza de deplasare prin darea mainilor "napoi" (schimbarea sensului de rotaie sau a nclinrii paletelor elicei).

Figura nr. II-7

Lungimea lanului ancorei,

Pe timp nefavorabil lungimea l va fi mai mare pentru a fi siguri c fora de traciune se transmite ancorei pe orizontal.

Exist ancore cu brae fixe (cu dou brae sau cu patru brae) sau cu brae mobile. Smulgerea ancorei se face cu un lan mai subire (cluz) fixat la extremitatea cu brae a ancorei:

Figura nr. II-8

Navele de ape interioare au de obicei dou ancore la prova i una la pupa (la convoaiele mpinse, ancorele prora sunt la prima - primele - barje din convoi, iar ancora pupa la mpingtor).

c) Echipamentul de acostare const din piesele fixe pentru legare (babale, binte sau stlpi de amaraj) i din parme (din fibre vegetale - in, cnep, sisal, bumbac, sintetice sau din oel - cablu flexibil din minim 6 toroane ( 24 fire + 7 fire vegetale).

Piesele de legare sunt cilindri turnai din font sau realizai din oel sudat. Babalele sunt fixate pe o plac postament i pot fi simple, duble sau n cruce:

Figura nr. II-9

Parmele sunt prevzute la capete cu ochiuri (gae) i trec peste bordul navei prin "urechi" (drepte sau oblice; cu sau fr role; fixate la 1,5 - 2,5 m de babale) pentru a nu se roade i uza prea rapid.

Fora de rupere a parmelor, conform Registrului Naval Romn va fi:

[daN]

(II.4)

(II.5)

unde : Na = caracteristica de dotare a navei (calculabil conform prevederilor Registrului Naval Romn)

Babalele, turnicheii i urechile de ghidare a parmelor se calculeaz la fora de rupere a parmei. Fora de rupere a parmei este important i pentru aprecierea condiiilor de staionare a navelor n ecluze i porturile de ateptare.

d) Echipamentul de remorcare este prezent pe orice nav propulsat sau nepropulsat (la prora, la pupa, pe borduri), dup cum nava va fi tractat, mpins sau remorcat la ureche (lateral).

n afar de echipamentul de pe nava care urmeaz s fie remorcat se mai pune i problema echipamentului de remorcare de pe nava care realizeaz aceast activitate.

Remorcherele au sistemele de remorcare n spate (pupa), formate din 1-2 crlige sau trolii cu parme de legare a navei tractate.

mpingtoarele au sisteme de remorcare n fa (prora). Cuplajul cu barjele poate fi elastic sau rigid.

n cuplajul rigid planul diametral al mpingtorului nu poate devia de la planul de simetrie al convoiului.

n cuplajul elastic - folosit pe ci navigabile nguste sau cu raze de curbur mici - permite micri de 5 - 45 grade ntre planul diametral (axa de simetrie) al mpingtorului i axa de simetrie a convoiului (n cazul unor unghiuri de numai 5 - 10 grade cuplajul este numit semirigid).

e) Utilajul de ridicat este destinat ncrcrii i descrcrii mrfurilor de pe nav (granice, bigi) sau lansrii brcilor de salvare (gruiuri de barc).

Utilaje de ncrcat mrfuri au de obicei doar navele de mrfuri generale i produse alimentare (propulsate sau lepuri), dar nu ntotdeauna.

f) Aparatajul de navigaieCele mai importante instrumente sunt:

compasul magnetic (busola)

giroscopul

sonda (msurarea adncimilor; sonde manuale, mecanice, cu ultrasunete)

aparatura radio de navigaie (radiofaruri, radiogoniometrie, radare; aparate de radiocomunicaii i telegraf).

g) Mijloace de semnalizare. Pe nave se folosesc mijloace de semnalizare optice i acustice (siren).

Mijloacele optice folosite ziua sunt pavilioanele i baloanele iar pe timp de noapte, luminile de semnalizare:

lumin alba - la catarg

lumin verde - la tribord (dreapta)

lumin roie la babord (stnga)

lumin albastr - la pupa

h) Instalaia de propulsie folosete fora motorului (cu aburi, cu ardere intern), pe care o transform n for de naintare.

Instalaia de propulsie poate fi:

cu zbaturi (2 situate lateral sau unul n spate)

cu elice (1, 2 sau 3 situate la pupa, uneori i la prova; au 2-5 pale).

cu disc rotitor cu palete verticale (la pupa sau la prova)

cu jet hidraulic (proiectat prin unul sau mai multe ajutaje situate la pupa, care pot ine loc i de instalaie de guvernare)

cu elice aerian (la navele pe pern de aer)

Pentru anumite nave (sport) sau nave vechi se folosete i instalaia de propulsie cu vele care preia energia vntului i o transform n for de naintare.

O instalaie de propulsie este format din:

motor

sistem de transmisie (mecanic, hidraulic, electric)

organ propulsor (zbaturi, elice, disc cu palete verticale, ajutaje).

2.5 Dotri interioare ale navelor

Acestea constau n amenajri i maini auxiliare de deservire.

Amenajrile reprezint: magazii, depozite frigorifice, depozite de combustibil, tancuri de balast, perei de coliziune, chile de ruliu, ncperi de locuit, instalaii electrice, sanitare, de nclzire i ventilaie etc.

Utilajele auxiliare de deservire sunt: pompe pentru apa de balast, pompe de combustibil, pompe de incendiu, pompe de evacuarea apei de sub pardoseala magaziilor i a slii mainilor (santin), pompe de ap potabil, grupuri electrogene, compresoare, ventilatoare, etc.

2.6 Caliti nautice

a) Flotabilitatea exprim capacitatea navei de a pluti cu ncrctura maxim.

Linia de plutire pn la care este permis ncrcarea navei se numete linie de plutire maxima (L.P.M) i este marcat pe bordul navei, la jumtatea lungimii, prin marca de ncrcare (alb sau galben pe fond nchis sau neagr pe navele vopsite n culori deschise):

Figura nr. II-10

Tmax - pescajul maxim

F - francbordul (reprezint o rezerv de flotabilitate; depinde de condiiile zonei de navigaie i de destinaia navei).

Valorile francbordului sunt:

F=hval/2 - nave cu punte etan

(II.6)F=hval - nave deschise

(II.7)b) Stabilitatea la plutire este proprietatea navei de a reveni la poziia de echilibru dup ncetarea forei perturbatoare care i-a schimbat poziia.

Forele de deviere pot fi dinamice (vnt, valuri, traciunea cablului de remorc) sau statice (micarea navei n curb, aglomerarea pasagerilor ntr-un bord, etc.).

RULIU

TANGAJ

EMBED Word.Picture.8 Figura nr. II-11

Mr - moment de redresare

Go - centrul de greutate

hM - nlime metacentric

C(- poziia centrului de caren la nclinaia (

G - D(gD - deplasament (t)

P - ((VV - volum caren (m3)

Oscilaiile de la un bord la altul, poart denumirea de ruliu (se discut stabilitatea transversal).

Oscilaiile pe direcia prova-pupa, n jurul axei transversale a navei, se numesc tangaj (se discut de stabilitatea longitudinal la plutire).

c) Manevrabilitatea este capacitatea navei de a-i schimba direcia sau de a executa rondoul de ntoarcere.

Schimbarea direciei se numete giraie iar curba descris de centrul de greutate al navei, curb de giraie.

Viteza de giraie are urmtoarele valori:

navele de cltori: 30-100 grade/minut

convoaie mpinse: 6-20 grade/minut

Diametrul tactic (Dt) este spaiul necesar pentru o ntoarcere la 180 grade (la navele fluviale este de circa 2-5 ori lungimea vasului sau convoiului).

d) Insubmersibilitatea - reprezint capacitatea navei de a pluti i de a-i pstra stabilitatea chiar i n cazul inundrii unora dintre compartimentele sale (corpul navei este fragmentat prin perei despritori etani).

e) Autonomia este durata (respectiv distana) maxim de mers pe care o poate realiza o nav, n condiii obinuite de navigaie, cu cantitile nominale de carburani, ap i alimente la bord, fr aprovizionare pe parcurs.

La navele de ape interioare ea este de circa 8-15 zile.

2.7. Formarea i micarea convoaielor de nave

Deplasarea lepurilor, tancurilor i barjelor (nave fr propulsie) pe cile navigabile interioare se face, de obicei, n convoaie.

Convoaiele pot fi tractate sau mpinse. Pe distane mici, n zone cu navigaie foarte dificil, navele fr propulsie (dar uneori i cele autopropulsate) pot fi deplasate prin halaj (tractare de pe mal; edec) sau tuaj (tractare cu un cablu fixat pe mal i strns pe un troliu la bordul unui remorcher special numit tuior).

Formarea convoaielor ine cont de urmtoarele probleme:

a) sensul de navigaie (spre amonte sau spre aval);

b) condiiile de navigaie (viteza curentului, nivelul apelor);

c) gabaritele cii navigabile;

d) pescajul navelor;

e) tipul i starea tehnic a navelor;

f) natura ncrcturii.

Convoiul trebuie s aib rezisten la naintare minim si manevrabilitate maxim.

Se numete dan un grup de nave legate bord la bord (fig. II.12).

Un ir de nave se numete fil.

Compunerea convoaielor tractate. Spre amonte convoaiele tractate se compun n fil (fig. II.13).

Spre aval, convoaiele tractate se realizeaz sub form de pachet (maxim 2 dane; fig. II.14).

dan dubl dan tripl dan cvadrupl

Fig. II-12

fil simpl

fil dubl

fil simpl-dan dubl

- remorcher

- lep

Fig. II-13

Fig. II-14

lepurile mai pot fi deplasate i prin legare "la ureche"(fig. II.15).

Fig. II-15

Compunerea convoaielor mpinse se face doar n fil simpl.Spre amonte se prefer convoaie n dan simpl:

Fig. II-16

- barj - mpingtor

Spre aval se prefer convoaie n dan dubl sau tripl:

Fig. II-17

Convoiul tractat tip "Porile de Fier I" este format din trei dane triple de lepuri de 1500 t:

Fig. II-18

Convoiul mpins tip "Canal Dunre - Marea Neagr" este format din trei dane duble de barje de 3500 t (deplasament; 3000 t capacitate de ncrcare):

Fig. II-19

2.8 Rezistena la naintare a navelor

Rezistena la naintare este suma forelor de rezisten exercitate de mediu asupra navei i este orientat n sens contrar celui de deplasare al acesteia (fore hidrodinamice, aerodinamice i componente ce apar din descompunerea greutii navei pe plan nclinat, la navigaia pe ruri, spre amonte).

Rezistena la naintare depinde de :

caracteristicile navei (rugozitatea corpului navei i forma)

caracteristicile mediului (pant, vscozitate, densitate i dimensiuni ale spaiului de ap n care se navigheaz)

viteza relativ a navei fa de masa de ap (viteza n ap stttoare, v0).

Din punct de vedere al dimensiunilor, spaiul de ap se consider nelimitat dac:

adncimea apei este mai mare de 20 T (T - pescajul)

limea apei mai mare de 15 B (B - limea navei).

Rezistena total la naintare este compus din: rezistene principale i rezistene secundare (3-4% Rtotal).

Rezistentele principale sunt:

Rf - rezistena din frecare

Rp - rezistena turbionar (din presiune)

Rv - rezistena datorit valurilor de nsoire.

Rezistenele secundare sunt:

Rap - rezistena apendicelor navei

Ra - rezistena aerului (aerodinamic)

Rw - rezistena datorit valurilor de vnt

Ri - rezistena datorit pantei rului (la navigaia spre amonte).

Exemple de apariie a rezistenei la naintare sunt prezentate n desenele urmtoare:

a

b

c

Fig. II-20

Valurile ce se formeaz la deplasarea unei nave (valuri de nsoire) sunt prezentate n desenul urmtor:

Fig. II-21

ntreaga rezisten de frecare se localizeaz n jurul corpului navei ntr-un strat limit - , n care n natur avem, practic, ntotdeauna regim turbulent:

Fig. II-22

Turbulena n stratul limit este prezent dac Re > 4(106 (Re < 2(105 arat ca avem un regim laminar). Numrul lui Reynolds se determin cu urmtoarea relaie:

(II.8)Pentru Re = 2(105 ( 4(106 avem un regim tranzitoriu. n relaia II.8, ( este coeficientul de vscozitate cinematic al apei:

Tabelul II-1

t0C05101215202530

([10-6 x m2/s]1.781.521.311.241.141.011.010.81

a) Rezistenta la naintare n spaiu nelimitat

(II.9)

- pentru regim turbulent i tranzitoriu, unde:

- coeficient de frecare

(II.10)(Cf ( 0,4(10-3 - spor al coeficientului de frecare datorat sudurilor de la coc.

S - suprafaa udat a corpului navei (carenei) [m2].

( - densitatea apei [kg/m3]

v0 - viteza navei relativ la masa de ap [m/s]

(II.11)

conform celor propuse n 1870 de Froude.

Se calculeaz numrul lui Froude pentru lungimea vasului (lv):

(II.12)Dac: Fr,l < 0,15 - nave lente

Fr,l = 0,15 ( 0,25 - nave rapide

Pentru nave lente vom avea urmtoarea relaie:

(II.13)

n care Crez este un coeficient de rezisten rezidual:

(II.14)

- cupla maestr a navei

B;T - limea i pescajul navei

L lungimea navei

lp - lungimea profilat la pupa navei

(II.15)

Figura nr. II-23

- coeficientul cuplei maestre

(II.16)

- coeficient de plenitudine al carenei(II.17)Pentru nave rapide vom avea urmtoarea relaie:

(II.18)

unde:

- D - deplasamentul navei

- g = 9,81 m/s2

(II.19)

(II.20)

(II.21)

Fig. II-24

Rezistenele secundare sunt:

(II.22)pentru ( cuprins ntre (0,2 ( 0,3) x 10-3

(II.23)

Ca - coeficient aerodinamic, Ca=0,7 ( 0,8

Svelic - suprafaa velic (care ntmpin rezisten aerodinamic peste linia de plutire, fig. II-24)v viteza corpului navei fa de masa de aer [m/s]

(II.24)

i - panta rului

i = tg sin pentru unghiuri mici

Rw - nu se calculeaz dar se admite ca n cazul vntului tare Rw s produc o mic pierdere de vitez.

Fig. II-25

b) Rezistena la naintare n spaiu limitat n adncime (cursuri naturale de ap)

(II.25)

n care:

(II.26)

(II.27)

(II.28)

Coeficienii C1 i C2 se scot de pe nite diagrame n funcie de numrul Froude calculat pentru adncimea apei (Fr,h) i de raportul h/T (adncimea apei/pescaj):

Fig. II-26n care:

(II.29)

Fig. II-27

NOT: n literatur exist grafice cu mai multe curbe trasate.

c) Rezistena la naintare n spaiu limitat i n adncime i n lime (canale navigabile)

(II.30)

n care:

(II.31)

(II.32)

(II.33)

C1 i C2 se determin ca mai sus. Viteza suplimentar de ntoarcere a apei pe sub corpul navei, u, este (pentru o prim aproximaie):

(II.34)

(II.35)

n care:

n - coeficientul de profil al canalului

( - seciunea udat a canalului

( - cupla maestr a navei

Fig. II-28

Viteza "u" se determin prin aproximri succesive:

(II.36) h - coborrea nivelului apei (i respectiv a navei) n golul dintre dou creste de val de nsoire.

Fig. II-29Se pun condiiile:

(II.37)

(II.38)

Se rezolv prin aproximri succesive

d) Calculul rezistenei la naintare pentru convoaie

(II.39)unde:

R - suma rezistenelor la naintare ale navelor din convoi

Tabelul II-2 - Coeficienii de remorcare [Krem]

Nr.Form convoiConvoi tractatConvoi mpins

1R + S1,000,95

2R + S + S0,950,85

3R + S + S + S0,900,80

4R + S + 2S1,100,95

5R + S + S + 2S1,050,92

6R + 2S + S0,950,90

7R + 2S + 2S1,150,96

8R + 3S1,30-

Puterea necesar remorcherului (sau mpingtorului) pentru a deplasa un convoi cu rezistena la naintare Rconvoi, cu viteza "v" este dat de relaia:

[CP] ; 1 CP = 0,736 KW (II.40)

n care:

- (t - randamentul transmisiei mecanice motor - propulsor (pe remorcher)

- (p - randamentul propulsorului (elice, zbaturi, etc.)

Pentru valorile obinuite ale randamentelor se obine:

(II.41)

NOT: n dorina de a se obine viteze mari de deplasare pe ap, mai ales pentru navele de pasageri sau de traversare, viteze care s concureze pe cele ale vehiculelor terestre s-au conceput nave speciale cu sisteme de sustentaie diferite de plutirea obinuit:

a) nave cu aripioare portante submersate (n repaos plutesc normal iar n deplasare corpul navei se ridic deasupra nivelului apei datorit portanei ce apare pe aripile ce se menin sub nivelul apei)

b) nave pe pern de aer (v = 60 - 185 km/h) - cu ajutorul unor ventilatoare i cu o "fust" special n jurul navei, ntre nav i ap se realizeaz "perna de aer" (10 - 30 cm), pe care alunecarea este foarte uoar; traciunea se face cu elice aerian.

Cap. 3 CALEA NAVIGABIL

3.1 Definiie i clasificri

Calea navigabil (sau enalul navigabil) este fia de ap care ndeplinete condiiile necesare deplasrii navelor autopropulsate i convoaielor ntr-un singur sens de circulaie sau n dou sensuri de circulaie.

Rurile, fluviile, canalele artificiale i lacurile ( n general orice ntindere de ap) care vor fi folosite pentru navigaie, trebuie s asigure existena cii navigabile.

Clasificarea cilor navigabile se face dup urmtoarele criterii:

a) dup modul de realizare: ci navigabile naturale i artificiale

b) dup poziia geografic: ci navigabile interioare (ruri, lacuri, canale) i maritime

c) dup regimul de scurgere: ci navigabile interioare (fluviale) n regim de scurgere liber i n regim barat

d) dup durata de utilizare a perioadei de navigaie: permanente (pe toat durata de navigaie) i temporare.

e) dup balizarea i iluminarea cii: ci navigabile dotate pentru circulaia de noapte i ci navigabile necirculabile noaptea

f) dup caracterul transporturilor: ci pentru transport de mare capacitate i ci pentru transport flotabil (plute i nave foarte mici)

g) dup nsemntatea economic i caracteristicile de navigaie: ci navigabile magistrale, principale, secundare i locale.

Tabelul III-1. Categoria cilor navigabile conform STAS 4273/83Denumirea cii de

transport

pe apGrupa Deplasament nav[tone]Categoria cii

MagistralaVI

V 3000

1500 30002*

2

PrincipalIV

III1000-1500

650-10003*

3

SecundarII

I400-650

< 4004*

4

* - n cazuri bine justificate pot fi ncadrate n categoria imediat superioar.

n Europa de vest cile navigabile sunt mprite n ase clase (tab. III.2).

Tabelul III-2. [4; 5]

ClasaCapacitate de ncrcare

[t]Lungime nav

[m]Adncime enal

[m]Lime enal

[m]Gabarit de aer

[m]Obs.

VI3000100611

735100

1009,140- valorile de la numrtor sunt pentru canale

- valorile de la numitor sunt pentru cursuri naturale canalizate

V2000953,54,5

33,53570

331005,259,1

IV1350802,54

2,23,52040

33704,05,85

III100067732,53,5

2,53,52037

334,00

II60050552,33,5

231048

20674,17

I30038471,63,5

1,92,51015

12243,74,5

n [4] se dau i dimensiunile recomandate pentru ecluze pentru fiecare din cele ase clase de ci navigabile.

3.2 Gabarite de navigaie

Se numete gabarit de navigaie seciunea n care se ncadreaz navele cele mai mari (navele de calcul) care circul pe calea navigabil respectiv, inclusiv distanele de siguran.

Gabaritul de navigaie este format din gabaritul de ap i gabaritul de aer.

Nava de calcul este nava ipotetic cu dimensiunile cele mai mari (Lc, Bc, Tc i nlimea suprastructurii) ntlnite la navele ce navigheaz pe calea respectiv.

Fig. III-1

Pe desen:

- ji - jocul (rezerva) de siguran ntre nave

- je - jocul (rezerva) de siguran exterioar (lateral)

(III.1) r - adncimea minim sub chila navei

r1 - rezerva de navigaie r2 - rezerva de vitez

r3 - rezerva de valuri r4 - rezerva de nnmolire (dragaj)

r5 - rezerva pentru denivelri ale apei datorate vntului care sufl n lungul cii navigabiler6 - rezerva pentru denivelri ale apei datorate undelor de ecluzare

r7 - rezerva pentru denivelri ale apei datorate pornirii unei hidrocentrale care preia ap din calea navigabil

Tabelul III-5 [5] - Rezerva de navigaie r1 [cm]Adncime navigabil

hn [m]Mrfuri uscateProduse petroliere sau explozive

Fund nisip sau pietriFund stncosFund nisip sau pietri Fund stncos

(1,510151530

1,53,0015202040

(320253050

Rezerva de vitez r2

- pe ruri:

(III.2)- pe canale:

(III.3) n care:

(III.4)

Lc, Bc, Tc, - dimensiunile navei de calcul [m]

h - adncimea apei [m]

v0 - viteza relativ a navei fa de ap (viteza n ap stttoare) [m/s]

u - viteza suplimentar de ntoarcere (vezi paragraful cu rezistena la naintare a navelor)

Rezerva de valuri r3

(III.5)

n care: hv este nlimea valului produs de circulaia navei (vezi paragraful privind efectele circulaiei navelor); valori negative pentru r3 nu se iau n consideraie.

Rezerva de nnmolire (dragaj) r4Aceast rezerv depinde de intensitatea depunerilor ntre dou dragaje i se admite ntre 0,2 - 0,5 m.

Rezerva pentru acoperirea efectului aciunii ndelungate a vntului n lungul canalului r5 (poate fi ridicare sau coborre de nivel):

[m]

(III.6)n care:

Lw = lungimea luciului de ap supus aciunii vntului (km)

h = adncimea apei (m)

w = viteza vntului (m/s)

( = unghiul dintre axa canalului i direcia vntului

Rezerva pentru acoperirea coborrii de nivel datorat micrii nepermanente a apei n canal cauzat de umplerea ecluzei (r6):

[m]

(III.7)n care:

( = coeficient de interferen (2

Qmax = debitul maxim de alimentare a ecluzei (vezi paragraful "Calculul timpului de umplere al ecluzelor") [m3/s]

g = 9.81 m/s2(c = seciunea udat a canalului [m2]

B0 = limea canalului la oglinda apei [m]Rezerva pentru acoperirea coborrii de nivel provocat de pornirea brusc a unei hidrocentrale care preleveaz ap din canal - dac exist - r7 (necesit de regul calcule speciale).

Pentru distanele de siguran (jocurile) ntre nave i lateral se recomand urmtoarele valori:

- canale cu taluze vizibile

- enale dragate imerse n teren slab

- enale dragate n teren stncos

- dac navele nu au deriv lateral

- cnd exist deriv lateral (( - unghi de deriv)

Fig. III-2Pentru ( = 2o rezult:

n cazul cilor navigabile cu un singur fir de circulaie limea gabaritului de ap va fi:

(III.8)

Fig. III-3Adncimea de ap a gabaritului trebuie asigurat la nivelul minim de navigaie ( numit i etiaj navigabil, asigurat 95 - 99 %) iar nlimea de aer - HA - trebuie asigurat la nivelul maxim navigabil (la trecerea navelor pe sub poduri, conducte, cabluri etc.). Gabaritul de aer se asigur fa de nivelul maxim al apei cu asigurarea de 1 - 5%, n funcie de categoria cii. Dup normativele ruseti avem: Tabelul III-4 [5]

Categoria cii navigabileIIIIIIIV

HA [m]> 13,510 - 12,57 - 103,5

La podurile peste Dunre de la Cernavod gabaritul de aer fa de nivelul maxim al Dunrii regularizate este de 24,60 m (n eventualitatea barrii Dunrii aval de Cernavod acesta ar putea rmne de circa 21,60 m).

Distana dintre pilele podurilor trebuie s permit cel puin trecerea navei de calcul cu siguranele laterale (je) cerute. Trebuie s existe cel puin dou asemenea deschideri navigabile.

Adncimea de navigaie se va asigura, n funcie de importana cii navigabile, la nivelele minime, astfel:

Tabelul III-5

Categoria cii navigabileAsigurarea [%]

Cale magistral99 %

Cale principal97 %

Cale secundar sau local95 %

Pentru o utilizare ct mai eficient a capacitii de transport a cii navigabile se folosete un sistem de prognoz zilnic a adncimilor disponibile i se lucreaz cu gabarite difereniate: fie c se folosesc nave cu diverse pescaje fie c se circul cu ncrctur redus n perioadele cu niveluri sczute.

3.3 Razele de curbur i supralrgirea n curbe a cilor navigabile

Traseul cilor navigabile este format din curbe i aliniamente. Pentru trecerea normal a navelor (se discut pentru nava de calcul) prin sectoarele de cale n curb sunt necesare anumite raze de curbur minime:

pentru motonave i convoaie mpinse (rigid legate):

(pn la 6Lc)

(III.9)unde: Lc este lungimea navei de calcul

pentru convoaie tractate:

(III.10)

unde: Ls lungimea lepului cel mai lung din convoi

n puncte obligate, cu dificulti privind trasarea i racordarea cu alte ci navigabile (canale, ruri), la intrarea n porturi sau n interiorul acestora se admite:

(III.11)

Fig. III-4

Pentru a ine cont de ipoteza (cea mai defavorabil) ntlnirii a dou nave de dimensiuni maxime, n curb se face o supralrgire (B a gabaritului de navigaie.

Supralrgirea se poate determina ca la cile ferate sau la drumuri (supralrgire geometric) dar mai corect se determin supralrgirea real pentru cile navigabile dup schema din figura III.4.Se scrie puterea punctului fa de cerc:

(III.12)

(III.13)

(III.14)

rezult

(III.15)

n care:

Lc - lungimea navei de calcul

R - raza de curbur a cii navigabile

M - limea gabaritului de navigaie

n mod acoperitor:

(III.16)Pentru a acoperi micarea de deriv a navei n curb se recomand (n normativul SN 303 - 65) valoarea:

(III.17)

Supralrgirea se execut la malul convex (interiorul curbei) pentru a mri i vizibilitatea cii i se prelungete n afara curbei cu 2/3 Lc. Apoi racordarea la limea din aliniament se face pe distana de 20(B (panta n plan de 1:20).

3.4 Controlul i ntreinerea gabaritelor de navigaie

Periodic, adncimea i limea enalului navigabil trebuie controlate:

- o dat pe lun la cile pe care navigaia se desfoar nentrerupt, ziua i noaptea

- de dou ori pe an la cile cu navigaie de zi.

Verificarea adncimii se poate face cu cabluri trte pe fund (pentru depistarea obstacolelor aprute), cu cadre formate din rigle orizontale i dou rigle verticale gradate (care permit i controlarea adncimii) sau cu sonarul.

Operaia de verificare se ncepe cnd adncimea apei devine 1,5 Tmax i se continu i n perioada de etiaj (nivelele cele mai sczute la care se mai poate naviga).

Obiectele ce constituie obstacole se ndeprteaz cu plase, cabluri, cleti, macarale i scafandri.

Materialele depuse n strat relativ uniform (nisipuri, mluri, pietriuri) se ndeprteaz prin dragaj.

Dragajul este operaia de spare sub ap, ridicarea, transportul i depozitarea materialului rezultat n zone stabilite anterior. El se execut cu nave tehnice echipate special numite drgi.

Se practic un dragaj de exploatare (sau ntreinere) i un dragaj capital (destinat reprofilrii seciunii sau schimbrii traseului enalului navigabil - n ruri - sau realizrii iniiale a enalului; el implic volume mai mari de lucrri dect dragajul de exploatare).

Dragajele se execut n perioada de scdere a nivelului apelor dup viitur (pe ruri) pentru c n perioada de cretere pe praguri au loc depuneri.

Cap 4 AMENAJAREA CILOR NAVIGABILE

4.1 Metode de amenajare a cursurilor naturale pentru navigaie

Cnd un curs natural de ap nu satisface condiiile necesare pentru navigaie el poate fi amenajat n urmtoarele moduri: a) n regim de scurgere liber

b) n regim barat (prin realizarea unor retenii de joas sau de medie cdere se ridic nivelul apei i se modific scurgerea; se pot nlocui poriuni de albie cu canale artificiale).

a) Amenajarea n regim de scurgere liber (sau n curent liber) este azi din ce n ce mai rar pentru c este dificil s se asigure - n situaia lipsei acute de ap - un pescaj suficient pentru nave de tonaj ridicat, corespunztor nevoilor de transport actuale. Se execut lucrri de regularizare a albiei i dragaje.Nivelurile de ap importante n regim de scurgere liber sunt:

etiajul de navigaie (EN): nivelul cel mai sczut din perioada de navigaie (admis pentru o anume cale navigabil)

nivelul maxim de navigaie (NMN): nivelul cel mai ridicat din perioada de navigaie (pentru calea navigabil analizat; este important pentru proiectarea lucrrilor de traversare cu pod, etc.).

Fig. IV-1

Pentru determinarea etiajului de navigaie se prelucreaz nregistrrile de nivel pe o perioad ct mai lung (30(50 ani) i se traseaz curba de durata a nivelurilor zilnice (H) din perioada de navigaie (exprimat n zile de navigaie i procente de asigurare). O asemenea curb este prezentat n figura IV-1. Curba de durat poate fi folosit pentru determinarea posibilitii de a utiliza cursul de ap n regim de scurgere liber pentru o flot existent (se intr cu pescajul navei de calcul i se citete asigurarea disponibil pentru etiajul de navigaie; rezult categoria de importan a cii navigabile). Se poate intra n grafic cu procentul de asigurare dorit pentru calea navigabil i se citete etiajul navigabil i deci pescajul utilizabil.

Etiajul navigabil (EN) trebuie s aib urmtoarele asigurri (n funcie de categoria cii navigabile):

cale magistral (cat.I): 95 (99 %

cale principal (cat.II): 90(95 %

cale secundar (cat.III): 85(90 %

De exemplu: pe Dunre EN fa de care se asigur o adncime (pescaj) de 2,5 m are asigurarea de 95%.

Nivelul maxim de navigaie (N.M.N.) se determin aeznd nivelurile maxime zilnice (cte unul din fiecare an din perioada observat) n ordine descresctoare (n care ordine primesc numere de la 1 la n).

Se calculeaz numrul de ordine al anului de calcul (N) i numrul de zile t (din anul de calcul, din hidrograful viiturii avute n vedere) n care N.M.N. poate fi depit.

(IV.1)

(IV.2)

n care:

a - coeficient care se scoate din tabelul IV-1

n - numrul de ani din perioada de observaie

t - numrul de zile ct poate fi depit N.M.N. n anul de calcul (cu nr. determinat anterior - N)

k - coeficient care se scoate din tabelul IV-1

z - durata perioadei de navigaie (zile)

NMN vafi cel din anul de calcul (N) i va putea fi depit n maxim t zile.

Tabelul IV-1 [5]Categoria ciiIIIIIIIV

Clasa cii12 34 56 7

Coeficienia23 45 54 4

k36 65 32 2

c) Amenajarea cursurilor naturale pentru navigaie n regim barat

Rurile a cror adncime este insuficient sau a cror vitez de curgere este prea mare nu pot fi amenajate pentru navigaie n curent liber. De aceea prin intermediul unor lucrri de barare, profilul longitudinal natural cu pant continu este transformat ntr-un profil n trepte.

De asemenea, se pot realiza canale artificiale paralele cu albia rului n zone cu mari probleme de navigaie (cataracte, ...).

Diferena de nivel ntre dou biefuri vecine (separate de un baraj) se numete cdere.

Bieful este poriunea de ru cuprins ntre dou lucrri de barare.

Amenajarea n regim barat a rurilor poart i denumirea de "canalizare a cursului de ap" (literatura francez i german).

Nivel normal de retenie (N.N.R.) este nivelul realizat n spatele barajului (lac de acumulare) la debite normale de exploatare.

Dac N.N.R. se afl n limitele malurilor albiei medii (principale) atunci retenia (nodul hidrotehnic) se numete de joas cdere.

Dac N.N.R. depete cota malurilor albiei medii a rului atunci retenia se numete de medie cdere. Reteniile de mare cdere peste 50 m nu mai permit navigaia n condiii de economicitate.Se consider debite normale de exploatare debitele la care nodul hidrotehnic (barajul i lucrrile de navigaie aferente) funcioneaz normal, fr a-i modifica specificul.

La amenajrile de joas cdere se consider debite normale de exploatare cele care nu duc la necarea cderii prin creterea nivelelor aval de baraj. La amenajrile de cdere medie debitul normal de exploatare este cel de exploatare a turbinelor hidroenergetice.

Nivelul maxim de retenie este nivelul cel mai mare care poate apare n exploatare iar nivelul minim de retenie este nivelul cel mai sczut (volumul util este gol).

Nivelul maxim navigabil este un nivel foarte important pentru navigaie (la trecerea pe sub poduri sau alte lucrri care traverseaz aerian rul). La amenajrile cu cdere joas el se determin ca la paragraful anterior iar la cele de cdere medie, n funcie de construcia evacuatorilor de ape mari (cota crestei deversorului plus sarcina pe deversor grosimea lamei deversante).

b1) Amenajrile de joas cdere

Nivelul normal de retenie nu depete cota malurilor albiei medii dar, pentru a nu se produce inundarea terenurilor vecine la ape mari, sunt necesare (pe cele dou maluri, n funcie de situaia cotelor) diguri pn la cote superioare nivelurilor maxime (0,5 1 m peste cota apei cu asigurarea de calcul a amenajrii).

Amenajrile de joas cdere au drept principal scop realizarea adncimilor navigabile.

Alte scopuri ale reteniilor de joas cdere sunt:

evacuarea controlat a debitelor uzinate de o hidrocentral

captarea scurgerilor periodice n bazinele de recepie mici

realizarea de iazuri i heletee (morrit, piscicultur)

amenajri pentru irigaii i alimentri cu ap de interes local

atenuarea viiturilor

amenajri de agrement

Fig. IV-2Notaii pe desen:

H0 - cdere ce se realizeaz prin construcia barajului

hn = Tc + (r - adncimea minim necesar navigaiei (vezi gabarite de navigaie)

(h - adncimea pe care este necesar dragajul pentru a realiza adncimea hn

z - adncimea apei n albie (nainte de barare)

z + y - adncimea apei lng baraj (n bieful amonte) cnd luciul apei se afl la nivelul normal de retenie

i - panta albiei rului

Distana la care se amplaseaz dou retenii vecine (L) se determin cu relaia:

(IV.3)

sau cu relaia:

(IV.4)

n care: hn = Tc + (rSe poate lucra i fr dragajul de adncimea (h dar atunci L scade i vor trebui executate mai multe baraje pe o lungime de ru dat.

La ape mari nivelul maxim depete coronamentul lucrrii i aceasta funcioneaz cu stavilele i porile de ecluz deschise. n acest caz navigaia se va desfura prin deschiderea navigabil existent n corpul barajului. La ape mici i medii navigaia se realizeaz prin ecluz.

Nodurile hidrotehnice de joas cdere creeaz biefuri destul de scurte i nu se pot folosi dect n mic msur pentru producerea de hidroenergie (caz n care se utilizeaz turbine bulb).

n general, n componena unui nod hidrotehnic de joas cdere intr urmtoarele lucrri:

o ecluz de navigaie (eventual dou)

barajul de retenie cu deschideri deversoare de ape mari i o deschidere navigabil n caz de ape mari (cnd cderea H0 este necat i ecluza funcioneaz cu porile deschise, pentru tranzitarea debitelor mari), eventual o microhidrocentral sau agregate pentru captarea energiei mecanice.Deschiderea navigabil se dimensioneaz n funcie de dimensiunile navei de calcul (Bc, Tc) i de rezervele (jocurile) laterale de siguran (je) recomandate la paragraful despre gabarite de navigaie (navigaia se va face ntr-un singur sens, prin ateptare).

Dac amenajarea de joas cdere nu are prinre utilizri i navigaia, deschiderea navigabil i ecluza pot lipsi.

n figura IV 3 se prezint schematic o amenajare de joas cdere.

(IV.5)

Fig. IV-3n relaia IV 5 semnificaia notaiilor este ::

= coeficient de vitez

= 0,85 pentru pile dreptunghiulare

= 0.95 pentru pile rotunjite

g = 9,81 m2/s

Pentru navigaie vom avea: (zad = 0,18(0,2 m

Rezult:

(IV.6)

Dimensionarea hidraulic a frontului deversant se face ca mai jos:

(IV.7)

n relaia de mai sus b2 se determin din condiii de navigaie (ca i h2) iar b1 rezult dup hotrrea valorii h1.

Fig. IV-4

- coeficient de contracie a curentului ntre pilele deversorului

(IV.8)

n care:

nc - numr de contracii pe deschidere

( = 1 pentru pile rotunjite

( = 0,75 pentru pile dreptunghiulare

Se va avea grij ca suma limilor tuturor deversoarelor plus grosimile pilelor i deschiderea navigabil s nu depeasc limea albiei medii.

b2) Amenajrile de medie cdere

Aceste lucrri permit realizarea unor cderi mai mari (pn la cderea maxim ecluzabil pentru navigaie) i rein volume de ap de pn la 10(20 % din volumul scurgerii anuale. Aceste caracteristici ne permit s le dm o utilizare complex n gospodrirea apelor: navigaie, producerea de hidroenergie, alimentri cu ap, irigaii, piscicultur, agrement, etc.

Amenajrile de medie cdere (ca de exemplu Porile de Fier I i II) inund permanent albia major a rului.

mprirea unui sector de ru prin lucrri de medie cdere se poate face dup dou scheme fundamentale:

retenii maxime posibile cu cderi inegale (rezultnd numrul minim de baraje pe sectorul dat)

retenii cu cderi egale (dar rezult un numr mai mare de baraje; avantajul este c devine posibil tipizarea echipamentului hidromecanic - pori de ecluz, vane, etc.)

n componena unei retenii de medie cdere intr:

ecluza de navigaie (sau ecluzele)

barajul cu deversoare pentru gheuri i plutitori, pentru ape mari i pentru golire de fund (conduct de golire de fund)

hidrocentrala (dar aceasta poate fi i n alt amplasament)Frontul deversant al unei retenii de medie cdere poate arta ca n figura urmtoare:

Fig. IV-5Calculul hidraulic al frontului deversant are urmtoarele etape:

(IV.9)

(IV.10)

Q inst = debitul instalat n hidrocentral

(Q - pierderi de debit (neetaneiti vane, stavile i pori de ecluz; vezi la capitolul despre ecluze). Debitul consumat la ecluzare nu se ia n consideraie deoarece este posibil ca n momentul sosirii viiturii ecluza s fie n revizie.Debitul pentru calculul deversorului rmne:

Pentru situaia din desen avem:

(IV.11)

qi - debit specific al deversorului

n care:

(IV.12)

m - coeficient de debit

m = 0,3(0,32 deversor cu prag lat

m = 0,48(0,49 deversor cu profil practic

( - coeficient de contracie (vezi paragraful anterior)

( - coeficient de necare (( = 1 pentru deversor nenecat i ( < 1 pentru deversor necat)

h - sarcina deversorului

b - limea deversorului

(IV.13)Valorile lui b1 i h1 se determin n funcie de sloiurile ce pot apare pe rul respectiv:

b1 = (10(25) m i h1 = (1,15d + 0,15) m, n care:

d - grosimea sloiurilor (conform prognozei staiilor hidrometrice) [m]

Se poate deci calcula q1 i apoi Q1. Valorile b3 i h3 (sau caracteristicile conductei de golire de fund) se determin n funcie de necesitile de golire de fund i de debit de servitute pentru albia rului aval de baraj. Rezult valoarea pentru Q3.

Pentru deversoarele de ape mari rmne debitul:

(IV.14)

Lungimea total a frontului deversoarelor de ape mari va fi:

n care:

n2 - numrul deversoarelor cu limea b2 [m] fiecare

q2adm - debit specific admis n funcie de natura terenului de fundaie (n lucrri de specialitate)

Amplasarea ecluzei se va face ct mai departe de barajul deversor pentru a proteja accesul navelor de curenii transversali ctre deversor (n bieful amonte), de vitezele transversale, vrtejuri, valuri, etc. (n bieful aval). n cazul distanei insuficiente ntre intrarea (ieirea) din ecluz i deversor se vor executa diguri longitudinale care s protejeze accesul navelor (porturi de ateptare, vezi paragraful despre porturi de ateptare la ecluze). A se vedea in Anexa foto amenajarea Porile de Fier I.Se recomand urmtoarele elemente (n practic se va face studiu prin modelare):

unghiul ntre direcia curentului rului i direcia de acces la ecluz va fi sub 15(200 raza minim de curbur la acces: R = 4 - 6Lc , n funcie de tipul de nav (Lc - lungimea navei de calcul)

viteza maxim longitudinal a curentului: 2(2,5 m/s

viteza transversal a curentului: 0,2(0,3 m/s

locul de acces la ecluz s nu fie n zone care pot forma depuneri de aluviuni

Amenajarea cursurilor naturale de ap prin realizarea de retenii (amenajarea n regim barat) are dou categorii de influene asupra acestora:

modificri hidromorfologice

modificri ale condiiilor de navigaie

Modificrile hidromorfologice cele mai importante sunt:

inundarea unor terenuri din lunca rului (pe lungimea curbei de remuu spre amonte, pe cursul principal i pe aflueni)

depunerea de aluviuni n zona lacului de acumulare (datorit reducerii vitezei de curgere n lac)

ridicarea nivelului apelor freatice din terenurile nvecinate cu lacul de acumulare (cota acestora se va racorda la cota crescut a apei n lac) i modificarea strii de eforturi n fundaiile construciilor din apropierea lacului

erodarea albiei n aval de baraj (apa limpede - decantat n lac - are o capacitate maxim de transportare a aluviunilor).

Modificrile asupra condiiilor de navigaie sunt urmtoarele (n majoritate favorabile navigaiei):

creterea vitezei de navigaie spre amonte prin reducerea vitezei apei (n lac) i reducerea rezistenei la naintare (prin creterea adncimii i reducerea sau anularea pantei apei); consumul de carburani va scdea din aceste motive (reducerea rezistenei la naintare i a duratei cursei)

scurtarea traseului de navigaie (lacul avnd adncime suficient se poate naviga pe traseele cele mai avantajoase)

majorarea limii enalului navigabil i dispariia sectoarelor cu raze de curbur mici, nguste i cu traversad nefavorabil pentru navigaie (a se vedea la "Regularizri de ruri").

Printre efectele nefavorabile se pot meniona:

reducerea capacitii de transport pe ru la capacitatea de trafic a ecluzei (vezi la ecluze)

reducerea perioadei de navigaie cu circa 10(15 zile (datorit prelungirii efectelor perioadei de nghe)

apariia valurilor de dimensiuni mai mari pe lac dect pe ru (vntul poate prinde un luciu de ap mai lung - fetch - pe direcia sa dominant de manifestare); vor fi necesare nave mai solide, francbord mai mare i chiar porturi de refugiu pe timp de furtun (dac rezult c este nevoie).

Dac prin creterea vitezei de circulaie i prin reducerea lungimii traseului se ctig mai mult timp dect se pierde prin ecluzare atunci se poate spune c crete i viteza comercial iar parcul de nave (flota) are o mai bun utilizare.

n Anexa foto este prezentat o lucrare semnificativ din categoria celor de medie cdere :Amenajarea hidroenergetic i de navigaie Porile de Fier I.4.2 Canale navigabile

a) Generaliti i clasificri

Ideea realizrii unor canale de navigaie n Romnia nu este nou. ...n anul 1929 s-a votat o lege pe baza creia urma s se construiasc un canal navigabil Bucureti - Arge Dunre (Univ. Ingineresc 361/1-15/02/2006). Ideea canalului Dunre Marea Neagr este i mai veche, de la sfritul secolului 19.

Spre deosebire de canalele destinate transportului de ap (la care factorul cel mai important pentru dimensionare este debitul) la calculul canalelor de navigaie factorul determinant n dimensionare este gabaritul de navigaie.

Unele canale funcioneaz n regim de scurgere liber (leag dou puncte ale unei ci navigabile de exemplu fostul canal Sip de la Porile de Fier) iar altele n regim ecluzat (n acest caz ele sunt mprite n biefuri prin prezena ecluzelor).

Dup rolul i funcia lor canalele se mpart n trei categorii:

canale de ocolire a unor zone cu condiii nefavorabile de pe o cale navigabil fluvial (praguri, vnt, cureni puternici, etc.)

canale de legtur ce permit circulaia ntre bazinele hidrografice vecine (trecnd peste cumpna apelor; ele sunt ecluzate iar bieful din zona cumpenei apelor se numete bief de creast sau de partaj).

canale de acces de la o cale navigabil la un centru economic sau populat important (se evit transbordarea mrfurilor cu ajutorul mijloacelor de transport terestre).

b) Cercetri preliminare pentru proiectarea canalelor navigabile se realizeaz pentru a se pune n eviden urmtoarele probleme:

1) necesitatea i oportunitatea nfiinrii unei ci navigabile artificiale

2) posibilitile tehnice de realizare a canalului

3) alegerea soluiei corespunztoare din punct de vedere economic

Numai regiunile puternic dezvoltate economic pot justifica realizarea unor canale de navigaie artificiale prin traficul existent i de perspectiv al mrfurilor i cltorilor. Dac se va da canalului o utilizare complex poate intra n discuie i transportarea unui debit de ap n paralel cu navigaia (ca exemplu, Canalul Dunre Marea Neagr).

Se vor analiza caracteristicile topografice i geologice ale terenului pe traseul propus pentru canal i de asemenea densitatea construciilor, poziia i cota cursurilor de ap i a cilor de transport terestre intersectate, valoarea economic a terenurilor agricole ce vor fi scoase din circuitul agricol.

Cercetrile se ncheie cu elaborarea unui studiu tehnico-economic (de fezabilitate) pentru mai multe variante (pentru fiecare dintre ele stabilindu-se seciunea transversal i viteza optim de navigaie pentru a se obine un pre minim al transportului).

c) Traseul n plan i profilul longitudinal al canalului navigabil

Alegerea traseului n plan se face cu scopul de a uni centrele populate i zonele industriale propuse prin studiul tehnico-economic (de fezabilitate). Se vor mai avea n vedere i ali factori, ca:

posibiliti de alimentare a canalului i de scurgere a apei

modul de funcionare a canalului i sigurana n exploatare

posibiliti de ntreinere a lucrrilor

posibiliti de deservire a agriculturii cu ap pentru irigaii sau a altor consumatori.

Traseul se studiaz prin linia mijlocie, adic axa canalului. Se vor realiza aliniamente cu lungime moderat racordate cu raze de curbur ct mai largi (pentru o bun vizibilitate i condiii optime de navigaie).

Se vor respecta recomandrile de la paragraful anterior privitoare la razele de curbur i supralrgirea n curbe i de asemenea prescripiile de realizare a traseelor stabile pentru albiile de ruri (de la "Regularizri de ruri") dac debitul transportat este semnificativ (de exemplu, Canalul Dunre Marea Neagr poate transporta circa 200 250 m3/s).

Aliniamentele lungi nu se vor realiza pe direcia vnturilor dominante pentru c se pot forma valuri mari iar la capetele sectorului pot apare remuuri de ridicare (deversarea apei din canal) sau de coborre (scderea adncimii apei sub cea minim necesar pentru navigaie).

La canalele navigabile nu este obligatorie compensarea volumelor de umplutur i de sptur ce apar n execuie pentru c realizarea canalelor n umplutur prezint riscuri importante (degradri ale canalului, infiltraii sau chiar inundaii) i necesit lucrri de etanare.

Pe traseul canalului se pot prevedea pori de siguran (sau de compartimentare) n urmtoarele cazuri:

la trecerea canalului din sptur n umplutur

la capetele sectoarelor ce strbat terenuri alunectoare sau n pant

pe traseul aliniamentelor lungi aezate pe direcia vnturilor dominante (i care nu au putut fi evitate; porile se nchid la vnturi puternice).

Porile de siguran sunt de tipul porilor rulante (sertar cu unu sau dou panouri i trebuie s acopere ntreaga lime a canalului n condiii de curgere a apei cu viteze ridicate - uneori chiar pn la 8 m/s).

Dac diferena de nivel ntre capetele canalului este mic atunci se poate recurge la soluia canal cu scurgere liber iar n caz contrar la cea cu canal ecluzat.

Dac se traverseaz cumpna apelor profilul longitudinal al canalului va fi format din trepte ascendente, bief de creast i trepte descendente.

Treptele de cdere ale ecluzelor se vor face pe ct este posibil egale iar distana ntre ecluze va fi ct mai mare (dup cum permite terenul).

Nu se execut biefuri a cror cot de fund este mai sczut dect a celor dou biefuri vecine (amonte i aval) pentru c n caz de necesitate apa nu va putea fi evacuat dect prin pompare.

Ramblee (umpluturi) sau deblee (spturi) mai nalte (adnci) dect 25(30 m nu sunt recomandate. Se accept asemenea situaii n condiii foarte bine justificate: pentru a evita realizarea unor biefuri de creast sau a unor tunele de navigaie (de exemplu, la Canalul Dunre Marea Neagr, pe secturul Basarabi Agigea adncimea spturii depete uneori chiar 70 m).

Fig. IV-6n ce privete spturile adnci trebuie avut n vedere c nivelul apelor subterane din zonele nvecinate se va racorda la nivelul apei din canal putnd prejudicia exploatrile agricole i captrile de ap subteran. De asemenea se poate produce fenomenul de sufozie n taluzele canalului (definire n paragraful despre efectele circulaiei navelor ; proteciile de mal se vor poza pe filtru invers din material granular sau pe filtru din geotextil).

Situaia ideal este cnd diferena de nivel ntre apa subteran i cea din canal este de circa 0,5m. (Fig. IV.6. - Sec. 2-2).

Situaia cnd nivelul apei din canal este mult deasupra celui al apei freatice nu este de dorit pentru c se vor produce pierderi de ap din canal (exfiltraie) care vor trebui compensate prin alimentarea canalului cu ap (situaia cea mai grea se ntlnete n cazul biefurilor de creast).

Fig. IV-7

Unele probleme apar n legtur cu executarea canalelor pe coaste (terenuri cu pant pe direcie perpendicular fa de traseul canalului) - Fig. IV-8.

Fig. IV-8

Situaia din figura de mai sus este nefavorabil deoarece exist riscul de defectare a etanrii i de nmuiere i alunecare a umpluturii (cu "secarea" canalului i inundarea terenurilor vecine).

n cazul necesitii executrii canalului pe o coast se accept soluia din figura urmtoare:

Fig. IV-9

d) Seciunea transversal a canalelor navigabile

Seciunea transversal a canalelor navigabile se caracterizeaz prin mrime i form. Ea se dimensioneaz diferit de seciunea canalelor destinate transportului de ap.

Limea i adncimea apei vor trebui s permit nscrierea n seciune a gabaritului de ap (iar la trecerea pe sub poduri s se asigure gabaritul de aer; vezi paragraful "Gabarite de navigaie").

n acelai timp seciunea trebuie s fie suficient de mare n raport cu cupla maestr a navei de calcul (() astfel nct rezistena la naintare s nu aib valori ridicate.

Forma seciunii transversale poate fi: parabolic (tip albie natural), trapezoidal, poligonal sau dreptunghiular.

Cele mai folosite sunt seciunile trapezoidale i poligonale iar n teren stncos sau n spturi adnci seciunea dreptunghiular (de asemenea, la trecerea canalului prin localiti).

Fig. IV-10

Fig. IV-11

Fig. IV-12

Fig. IV-13

Forma parabolic ar corespunde cel mai bine profilului de echilibru natural (asemntor rurilor) dar este greu de executat i de ntreinut. De aceea ea se nlocuiete cu seciunea poligonal, la care se recomand urmtoarele pante de taluze:

1:2(1:3 n zona cu mbrcminte de protecie (pe care acioneaz valurile);

1:3,5(1:6 sub zona protejat cu mbrcminte, pentru a rezista la curenii provocai de propulsoarele navelor;

1:15(1:20 pentru fundul canalului (deoarece chiar dac fundul s-ar face orizontal tot s-ar produce o adncire spre axul canalului - din cauza circulaiei mai intense - iar materialul erodat s-ar depune pe taluze; n plus se obine un plus de seciune udat a canalului care contribuie ntr-o oarecare msur la reducerea rezistenei la naintare).

n limitele pantelor recomandate pentru taluze i innd seama de stratificaia terenului se va verifica stabilitatea la alunecare folosind cunotinele de la disciplina "Geotehnic".

Mrimea seciunii transversale a canalelor navigabile se analizeaz cu ajutorul coeficientului de profil (sau de blocaj):

(IV.15)n care:

(=seciunea udat a canalului [m2]

( = cupla maestr a navei de calcul [m2]

Valorile minimale ale coeficientului de profil se stabilesc n funcie de categoria cii navigabile i de viteza de navigaie pe care dorim s o utilizm n exploatare (legat prin coeficientul de profil, de rezistena la naintare).

Dac n secolul XIX i la nceputul secolului XX se proiectau canale cu n =3(3,5, datorit necesitii creterii vitezei de navigaie s-a trecut la valori minime de 4 sau chiar 5 (pentru ci magistrale).

La canalul Rin-Main-Dunre s-a adoptat n = 7,4 iar pentru canalul Dunre - Marea Neagr s-au studiat variante cu n = 6;7 i 8 i s-a adoptat n = 7.

ntre dou canale cu seciune udat egal (i deci cu acelai coeficient de profil n) se prefer cel cu seciune mai ngust i mai adnc celui cu seciune larg i mai puin adnc deoarece limitarea spaiului de navigaie n adncime duce la o cretere mai mare a rezistenei la naintare dect limitarea n lime:

Fig. IV-14

Fig. IV-15

n figurile IV-14 i IV-15 sun prezentate canale care au coeficient de profil egal. Se prefer tipul de seciune din figura IV-14 (rezistena la naintare mai mic).

Construirea unei seciuni poligonale se face ca mai jos:

Limea la oglinda apei va fi:

(IV.16)

(IV.17)unde m este indicele taluzului (1:m)

Dac se consider un unghi de deriv ( pentru navele de calcul, atunci, n loc de Bc se va lua Bc cos (. Valorile pentru jI, je i (r sunt cele discutate la paragraful "Gabarite de navigaie".

Dup construcia seciunii se verific:

(IV.18)

Fig. IV-16

Observaie: se ia cupla maestr a unei singure nave de calcul.

Dac este necesar sporirea coeficientului de profil n se va trece la adncirea seciunii pn la obinerea valorii necesare (se prelungesc taluzele cu pante 1:3,5(1:6 n jos, de la punctele D i F).

n cazul construirii unei seciuni trapezoidale se va alege o pant de 1:2(1:3 pentru taluze (care se va verifica din punctul de vedere al stabilitii la alunecare); protecia de taluz poate cobor pn la fundul canalului.

Taluzele de deasupra nivelului apei vor asigura o nlime de 2(3m pentru a se proteja navale fa de vntul lateral. Din motive de ntreinere a canalului pe ambele maluri se realizeaz cte un drum cu limea minim de 3m (la 2(3m deasupra nivelului apei; se admite valoarea de 1,5(2m pentru canale realizate n umplutur pentru reducerea umpluturii).

Mrimea seciunii canalelor navigabile se dimensioneaz i innd seama de considerente tehnico-economice:

realizarea unei seciuni udate mici duce la cheltuieli de investiie mici dar prin coeficientul de profil mic i rezistena la naintare mare se ajunge la cheltuieli de exploatare ridicate;

realizarea unei seciuni udate mari (i deci n mare) duce la investiii ridicate i cheltuieli de exploatare mai reduse.

Analiznd cheltuielile pentru o perioad de exploatare ndelungat se poate aduce un nou argument n favoarea realizrii unor canale cu seciune udat mare (i deci coeficient de profil mare) pe lng acela al unei viteze de navigaie mai mare.

e) Viteza economic de circulaie

Viteza economic de circulaie poate fi analizat sub dou aspecte:

s se determine viteza economic pentru un canal cu seciune dat;

s se determine seciunea necesar unui canal pentru o vitez de navigaie dorit.

Viteza economic este acea vitez la care (prin rezistena la naintare i cheltuielile de propulsare) preul de cost al transportului (fr transbordri) este minim.

n afara cheltuielilor de propulsare se mai au n vedere urmtoarele:

alte cheltuieli de exploatare, pe durata cursei, pentru mpingtor i barje (sau alte nave avute n vedere);

coeficientul de utilizare a capacitii de ncrcare;

cheltuieli pentru mpingtor n timpul manevrelor i staionrii;

durata cursei.

Cheltuielile de propulsare privesc urmtoarele aspecte:

puterea necesar pentru mpingtor (sau motor) n funcie de rezistena la naintare;

consumul specific de carburani i lubrifiani;

preul de cost pentru carburani i lubrifiani.

Calculele se fac tabelar iar rezultatele se reprezint grafic, pentru determinarea minimului cheltuielilor. Valori obinuite ale vitezelor economice de navigaie sunt date n paragraful "Caracteristicile tehnico-economice ale transportului pe apa".

f) Efectele circulaiei navelor asupra canalelor i proteciei de mal

Prin circulaia navelor pe canale se produc urmtoarele fenomene:

valuri de nsoire (care au o aciune mecanic asupra taluzelor);

o coborre de sc