CONSRTUCTII HIDROTEHNICE

Partea ISect. 1: Date generale despre C.H.

Dr.ing. C. Sofronie

Importanta cursului• Competenţe dobândite:• Cunoştinţe teoretice: ce veti cunoaste:• -tipurile de C.H.• -alegerea amplasamentului favorabil pt o C.H.• -fortele care actioneaza asupra unei C.H.• -dimensionarea diferitelor tipuri de baraje• Deprinderi dobândite: ce veti şti să faceti:• -aleagerea tipului de C.H.• -dimensionarea diferitelor tipuri de baraje• -aleagerea materialelor pt diferite C.H.• -stabilirea detaliilor constructive • Cerinţe prealabile: • cunostite de topografie, statica si rezistenta materialelor,

geologie, geotehnica, beton, hidraulica, hidrologie

Definire: ce sunt A. si C.H. • Constructiile care sunt pe ape, utilizeaza apa

sau au legatura cu apele• Masurile si lucrarile de amenajare a apelor, a

cursurilor de apa si a lacurilor• Lucrarile de asigurare a resurselor de apa si

alimentari cu apa• Masurile si lucrarile de regularizare a resurselor

de apa in spatiu si in timp si de aparare impotriva efectelor destructive a apelor

• Masurile si lucrarile de protejare a resurselor de apa impotriva degradarii si epuizarii acestora

• Lucrarile pt asigurarea transportului pe apa

Exemple de C. si A.H.• Regularizari de rauri• Diguri, aparari de maluri, epiuri, traverse• Baraje • Derivatii • Alimentari cu apa: captare, transport, tratare,

distributie, canalizare, epurare a apelor uzate• Lacuri de acumulare, poldere, incinte inundabile • Amenajari hidroenergetice• Amenajari piscicole• Lucrari de hidroamelioratii• Cai navigabile, ecluze si constructii portuare

Bibliografie selectiva• In biblioteca UTCN:• Priscu, R. –Constr. Hidro., vol. 1 si 2, E.D.P., Buc., 1983• Sofronie, C.- Amenajari hidrotehnice in b.h. Somes-Tisa,

Ed. Gloria, Cluj-Napoca, 2000• Constantinescu, M. –Baraje de greutate din beton, 1992• In alte biblioteci:• Popovici, A.- Baraje pt acum. de apa, vol. I si II, Buc. 2002• Dams in Romania –Romanian Committee on Large Dams,

Bucharest, 2000• Ratiu, M. ș.a.- Comportarea constructiilor și amenajarilor

hidrotehnice, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1989• Stematiu, D. ș.a.- Siguranta barajelor și managementul

riscului, Conspress, Bucuresti, 2010• *** Manualul inginerului hidrotehnician, Vol. 1 si 2, Ed.

Tehnica, Buc. 1969

Structura cursului – Partea I• Importanta disciplinei.Clasificarea A.C.H.• Studii necesare in vederea proiectarii unei C.H.• Fortele care actioneaza asupra unei C.H.• Baraje de greutate:-descriere si forte care actioneaza un B.G.• -stabilirea profilului unui BG • -verificarea eforturilor• -verificarea stabilitatii• -detalii constructive, rosturi, galerii de vizitare, drenaj si injectii • Baraje in arc:-descriere, istoric si stabilire elemente geometrice• -fortele care actioneaza asupra unui B.A.• -metode de calcul • -alcatuirea si etansarea rosturilor • -galerii si instalatii de vizitare, drenaj si injectii • Baraje cu contraforti: descriere si dimensionare.

Structura cursului- Partea a II-a• Baraje din zidarie de piatra• Baraje din anrocamente:-descriere, istoric, dimensionare • -calculul tasarilor si stabilitatii • -elemente constructive si de etansare• Baraje din pamant:-descriere si tipuri constructive• -calculul infiltratiillor• -calculul stabilitatii taluzurilor• -materiale folosite si conditii constructive • Drenarea barajelor din materiale locale• Descarcatori de ape mari:-functii si tipuri constructive• -calculul hidraulic• Disipatori de energie:-sisteme de disipare• -calculul hidraulic• Tendinte noi in construirea barajelor

Structura seminariilor – Partea I1.Tipuri de C.H.

2.Stabilirea profilului unui B.G.

3,4.Calculul stabilitatii si verific. eforturi la un B.G.

5.Stabilirea elementelor geometrice la un B.A.

6,7.Calculul unui B.A.

8,9.Dimensionarea unui B.C.

10,11.Calculul stabilitatii taluzurilor unui B.M.L.

12.Calculul infiltratiilor printr-un B.M.L.

13.Calculul hidraulic descarcatori de ape mari

14.Calculul disipatorilor de energie

Structura orelor de proiect- Partea a II-a• Alegerea amplasamentului • Alegerea tipului de baraj • Stabilirea folosintelor si inaltimii barajului• Studiile necesare proiectarii barajului• Stabilirea profilului si elementelor geometrice• Fortele care actioneaza asupra barajului• Calcule de dimensionare a barajului• Elemente constructive si de etansare• Calculul hidraulic al descarcatorilor de ape mari• Dimensionarea descarcatorilor de ape mari• Calculul hidraulic al disipatorilor• Devierea apelor si organizarea de santier• Prezentarea si discutarea proiectului la grupa• Predarea si verificarea proiectului la examinator

Clasificarea C.H.• Dupa rolul lor in gospodarirea apelor:- generale: - de retentie: baraje, diguri, poldere

- de regularizare: regularizari de albii, aparari si consolidari de mal, praguri de fund, caderi

- de aparare impotriva inundatiilor: diguri, incinte inundabile

- de captare a apei: prize de apa

- de descarcare: disipatori de energie

- de aductiune a apei: aductiuni, galerii, derivatii

- de asigurare a transportului pe apa: cai de navigatie, ecluze, amenajari portuare

- speciale: CHE, castele de echilibru, drenaje, desecari, cheiuri portuare, epiuri, traverse, canale, statii de tratare, de epurare

• Dupa importanta economica si sociala:

- clase de importanta: I – V ( STAS 4273/1983)

- categorii de importanta: A - D

• Dupa durata de functionare:

- permanente: durata de exploatare = durata de viata

- provizorii: durata de exploatare < durata de viata• Dupa insemnatatea functionala:- principale: distrugerea scoate din functiune tot sistemul

hidrotehnic: baraj, CHE, acumulare, priza de apa- secundare: iesirea din functiune nu blocheaza S.H.• Dupa complexitatea schemei de amenajare:- Scheme simple: lucrari separate- nod hidrotehnic (NH): un grup de lucrari pt un singur scop,

situat pe un curs de apa

Ex.: Nodul Hidrotehnic Baraj Manastur

- Sistem hidrotehnic (SH): scheme de amenajare complexe, cu mai multe NH, chiar pe mai multe cursuri de apa.

Ex.: S.H.E.N. Portile de Fier

Studii necesare pt proiectarea unei C.H.• Ridicari topo: - planuri de situatie

- profile longitudinale

- profile transversale• Studii geologice si geotehnice:- Structura geologica in amplas. lucrarilor si in zona de inundare- Carierele de materiale- Propr. fizico-mecanice ale rocilor din terenul de fundare • Studii hidrologice:- debite lichide si solide specifice- Niveluri, debite si volume caracteristice- Procese ce au loc in albie- Studii hidrogeologice: - niveluri acvifere

- propr. fizico- chimice ale apelor subterane

- Studii de impact asupra mediului

Fortele care actioneaza asupra unei C.H.• Clasificare: - Dupa provenienta:

- greutatea proprie ( inclusiv echipamente)- presiunea apei (statica si dinamica)- presiunea apei de infiltratie- presiunea ghetii (statica si dinamica)- impingerea pamantului din maluri si terenul de fundatie- presiunea vantului- greutatea zapezii- fortele cauzate de deformatiile volumului materialelor din

constructie (variatii de temperatura, contractia betonului)- fortele seismice- reactiunea terenului de fundare (reazeme, frecari)- Alte forte: material rulant, aglomeratie de oameni, explozii

• Dupa modul de actionare:

- forte statice: date de apa in repaus, greutatea proprie…

- forte dinamice: date de apa in miscare, valuri, seisme

(cand nu se pot evalua: coef. de sig. dinamic= 1,1-1,5)• Dupa durata de actionare si frecvanta fortelor: - fundamentale: permanente sau se repeta des, in conditii

normale de exploatare- accidentale: temporare sau cu frecventa mai mica

- extraordinare: in cazuri exceptionale (niveluri extraordinare, seisme)

• Actiunea apei asupra C.H.:

- mecanica: presiunea hidrostatica, presiunea hidrodinamica- fizica: eroziuni, spalari, degradari, antrenari de material- chimica: a apelor agresive asupra betonului s.a. materiale;- biologica: data alge, bacterii, ciuperci, muschi…

STAS 4273-83Incadrarea in clase de importanta

• I: imp. exceptionala: avarierea are urmari catastrofale sau intreruperi inadmisibile

• II: imp. deosebita: avarierea are efecte grave si intreruperi in mod exceptional

• III: imp. medie: avarierea pune in pericol obiective social- economice

• IV: imp. secundara: avarierea are o influenta mai redusa

• V: imp. redusa: avarierea nu are urmari pt alte obiective

Categoria C.H. cf STAS 4273-83

H max sau V max Categoria

[m] [mil m³]

100 >500 1

50-100 100-500 2*

25-50 20-100 2

10-25 1-20 3*

6-10 0,2-1 4*

<6 <0,2 4

Stabilirea categoriei de importanta a barajelor

Cf. NTLH 021/2001- In functie de RB= indicele de risc asociat al

barajului:• 0,5 < RB < 1   ▪ Cat. A - importanta exceptionala; • 0,25 < RB < 0,5  ▪ Cat. B - importanta deosebita; • 0,1 < RB < 0,25  ▪ Cat. C - importanta normala; • RB < 0,1 ▪ Cat. D - importanta redusa. • RB > 1=> risc inacceptabil= barajul nu poate fi

exploatat.

STAS 4068/2-87 Probabilitati anuale ale debitelor maxime (p%) • Cls imp. Cond. normale exceptionale

(la baraje)

• I 0,1 0,01

• II 1 0,1

• III 2 0,5

• IV 5 1

• V 10 3

Calculul aproximativ al probabilitatilor p%

• Probabilitatea p% Factor

• 0,01 2,44

• 0,1 1,72

• O,5 1,22

• 1 1

• 2 0,79

• 5 0,54

• 10 0,37

• 20 0,23

• La proiectarea unei C.H. se tine cont de:

- o C.H. este un unicat- analiza si compararea mai multor variante- coeficienti de siguranta pt rezistenta si stabilitate- coeficienti de siguranta pt conditii de santier- diferite combinatii de forte, in ipotezele cele mai

defavorabile- studii si incercari pe modele- platforme experimentale • Oricat de exacte ar fi metodele de calcul, acestea

nu prezinta siguranta daca evaluarea fortelor nu s-a facut corect

• Studii mai detaliate conduc la solutii mai rationale, economice si sigure.

Clasificarea barajelor• Dupa scopul lor: - acumularea apei (permanenta, nepermanenta)

- regularizarea debitelor

- asigurarea unui nivel (de priza, de derivatie)

• Dupa materialul din care se executa: - mixte

- beton, beton armat, rolbeton

- materiale locale, balast, pamant

- piatra ( zidarie, anrocamente)

- lemn (casoaie)

- cauciuc, sintetice (gonflabile)

• D.p.d.v. constructiv: - de greutate: masive, evidate

- cu contraforti

- in arc, cu bolti multiple

- precomprimate, in consola etc.

• Dupa modul de deversare a apei:

- deversante/nedeversante

- stavilar ( h mica si deschideri deversoare mari, cu stavile)

Conditii pt terenul de fundare la baraje • Rezistenta rocii de fundare suficient de mare pt preluarea

sarcinilor transmise de baraj• Compresibilitate mica (la baraje inalte: practic

incompresibile)• Permeabilitate scazuta: reducere infiltratii, inmuiere,

crestere porozitate, micsorare coeficient de frecare• Pt teren stancos: structura monolitica• Pt teren nestancos: cat mai omogene, fara alternante cu

straturi sau lentile de pamanturi slabe• Stratificatia cat mai putin inclinata, chiar orizontala: se

evita stratificatiile inclinate spre aval• Sa sufere deformatii minime sub actiunea agentilor fizico-

geologici (fara tendinte de alunecare sau rupere de straturi)

• Sa necesite lucrari minime de consolidare• Sa necesite excavatii si decopertari minime Parker: 80m; Bicaz: 30m.

Parti componente principale ale unui baraj• Ampriza • Corpul: - ploturi, lamele

- paramentul amonte

- paramentul aval

- coronamentul

- galerii de vizitare, injectii, drenaje • Descarcatori de ape mari si deversori:

- Goliri de fund/ intermediare

- Descarcatori de suprafata

- disipatori de energie• Prize de apa si mecanisme de actionare• A.M.C. si sisteme de comanda si urmarire

Cote, niveluri şi volume caracteristice acumulari

Volum GLOBAL

Cota coronament

Nivel Maxim Extraordinar ( NME)Cota creasta deversor

Nivel Normal de Retentie (NNR)

Nivel Minim de Exploatare (Nmin)

Cota prizei golirii de fund

V mort

Volum TOTAL

V UTIL V ATENUARE V GARDA