4.3.2. Elemente constructive ale disipatoarelor de energie Soluţiile de disipare pentru evacuatorii de suprafaţă diferă după modul în care lama deversantă ajunge în aval. Când lama este condusă în aval de paramentul barajului se utilizează radiere, bazine disipatoare, praguri la piciorul barajului, rezistenţe locale pe parament. Dacă lama ajunge în aval prin deversare liberă (de exemplu la barajele în arc) se prevede în aval un contrabaraj care să asigure o saltea suficient de groasă cu apă. Soluţia clasică o constituie bazinele de disipare. Disipatorul de energie este format, de obicei, din două elemente componente: bazinul disipator şi rizberma. Bazinul disipator are de regulă o secţiune dreptunghiulară. În limitele bazinului se disipează cea mai mare parte a energiei suplimentare a curentului. Bazinul disipator se poate realiza în trei moduri (figura 4.32) şi anume : prin amplasarea la cote coborâte a radierului de la piciorul

Fig. 4.32. Mod1 – baraj deverso

evacuatorului (figura 4curentului (figura 4.32 principal al bazinului dplus, în bazin formândce reduce eroziunea alb Din punbeton, separată de corpermite tasarea lor indestabilă la plutire şi aluapei, ajungând la valorgrosimea plăcilor este îca saltul hidraulic să fie (1,05.....

în care v

2

hg2q∆z

⋅⋅⋅=

ϕ (1,05d =

a

c b

uri de realizare constructivă a bazinului disipator. r; 2 – rost transversal; 3 – placa bazinului disipator;

4 – prag transversal

.32a), cu ajutorul unui prag încastrat în radier, transversal pe direcţia b) sau prin combinarea ambelor soluţii anterioare (figura4.32c). Rolul isipator este de a asigura în bieful aval o racordare cu salt apropiat; în u-se o saltea de apă, aceasta preia şocul dat de lama deversantă, ceea iei. ct de vedere constructiv, bazinul disipator este o placă groasă din pul barajului printr-un rost transversal (figurile 4.32 şi 4.33), care pendentă. Grosimea plăcii se determină din condiţia ca aceasta să fie necare, sub acţiunea greutăţii proprii, a subpresiunilor şi a greutăţii i destul de mari. De exemplu la barajele de pe Bistriţa şi Argeş aval, n jur de 2 m. Adâncimea bazinului disipator se determină din condiţia înecat în bazin, ceea ce revine la :

(4.37) ) z∆hdh,101 av2 ++≤⋅

2av

, este căderea suprafeţei libere la ieşirea din bazin. Rezultă:

(4.38) ) ∆zhh,10.....1 av2 −−⋅

iar pentru un calcul acoperitor se poate lua ∆z = 0 Lungimea bazinului disipator, L, se determină în funcţie de lungimea saltului hidraulic ls şi se verifică prin încercări pe model. Există de asemenea multe relaţii şi diagrame care dau această lungime. De obicei se admite

L = l1 + l2 (4.39) în care l1 rezultă din condiţii de racordare între descărcător şi bazin, iar l2 din relaţia l2 = ( ) (4.40) ( 12 hh4....5 −⋅ )De asemenea se recomandă ca lungimea totală de disipare Lt, care cuprinde şi rizberma, să se ia Lt = (6….7) h2 (4.41)

Bazinele simple, fără elemente suplimentare de disipare, se recomandă a fi folosite în situaţiile la care Fr1 ≤ 30. Pentru valori Fr1 mai mari, bazinele simple încep să devină neeconomice, dimensiunile saltului şi ale bazinului crescând rapid . În practică, la bazinul disipator cu prag se introduc dinţi şi de asemenea şicane, cu scopul de a diviza curentul şi a mări gradul de turbulenţă al curgerii, ceea ce conduce la creşterea gradului de disipare a energiei şi implicit la reducerea dimensiunilor bazinului cu (25….40%). Pentru stabilizarea regimului de curgere se recomandă ca la piciorul barajului, la intrarea în bazin, să se prevadă blocuri deflectoare masive (figura 4.33 şi 4.34), care au rolul de a realiza o distribuţie cât mai uniformă a debitelor în bazin. Dimensiunile acestor deflectoare rezultă pe bază experimentală şi sunt date în figura 4.34.

Forma şi amplasarea dinţilor se aleg în urma studiilor pe model, în laborator. Pentru a se obţine o eficienţă sporită, dinţii trebuie plasaţi cât mai aproape de secţiunea contractată (h1), la o distanţă aproximativă de 1,2 h2.

Fig. 4.33. Elementele constructive ale bazinului disipator.

Dinţii cu suprafaţa amonte verticală, pătraţi sau trapezoidali în secţiune, se

aşează pe un singur rând, fiind suficienţi de eficienţi. Dacă se prevăd dinţi cu suprafaţa amonte înclinată, este necesar să se prevadă şi un al doilea rând de dinţi, amplasaţi la mică distanţă în aval şi cu raportul plin /gol alternant. Pentru a împiedica uzura rapidă a dinţilor sub acţiunea cavitaţiei şi a apei amestecate cu aluviuni, aceştia se execută dintr-un beton cu dozaj ridicat de ciment (500……600 kg/m3), muchiile lor fiind protejate cu profiluri metalice. De asemenea betonul trebuie să fie foarte îngrijit executat, fără bavuri sau macrorugozităţi, care pot amplifica pulsaţiile de viteză şi de presiune. În ultimul timp se foloseşte protejarea superficială a betonului cu o serie de materiale sintetice (răşini epoxidice, ş.a.), ca de exemplu la disipatorul deversorului barajului de la Porţile de Fier I.

12

11

r21

1r

hh

h1,5h

dbbhd

≈

⋅≈

===

Fig. 4.34. Elementele constructive ale blocurilor deflectoare

Pragul aval al bazinului are rol dublu: modifică repartiţia vitezei pe verticală (măreşte viteza în straturile superioare şi reduce viteza de fund, deci micşorează acţiunea erozivă a curentului) şi contribuie la împrăştierea în plan a debitului deversat neuniform. Pragurile pot fi continue sau şicante (figura 4.35). Pragurile continue sunt de obicei trapezoidale în secţiune transversală, iar în plan au o formă rectilinie în mod curent, curbilinie sau poligonală mai rar. Pragurile şicanate divid curentul, atât în plan, cât şi pe verticală, producând vârtejuri şi şocuri, ceea ce conduce la micşorarea lungimii bazinului.

În figura 4.35 se prezintă mai multe variante de bazine disipatoare cu şi fără dinţi, având praguri continue sau şicanate. Rizberma este o construcţie care protejează zona aval a bazinului disipator, zonă în care are loc difuzarea curentului de apă. Energia reziduală a curentului la capătul aval al bazinului disipator este încă mare şi, ca urmare, apar pulsaţii şi oscilaţii de nivel, iar capacitatea de erodare este încă ridicată. Rizbermele reduc intensitatea de macroturbulenţă şi debitele specifice până la valori apropiate de cele din regim neamenajat. Rizbermele trebuie să aibă o suprafaţă cât mai rugoasă, să fie deformabile (pentru a se adapta uşor tasării terenurilor aluvionare) şi permeabile (pentru a permite ieşirea în aval a debitului infiltrat din amonte pe sub baraj şi disipatorul de energie).

La barajele de înălţime mică se utilizează în mod curent rizberme realizate din anrocamente cu dimensiuni mari, aşezate pe mai multe straturi. Rândurile superioare se execută din piatră mare (cel puţin 30 cm), iar cele inferioare din piatră nesortată (figura 4.36b). Viteza admisibilă pe patul de anrocamente este de circa 3,5…..4,0 m/s. Pe terenuri nisipoase, pentru a evita afuierile, anrocamentele se aşează pe un pat de filtru invers sau pe o saltea de fascine (figura 4.36c).

Fig.4.35. Variante constructive ale bazinelor disipatoare prevăzute cu prag şi dinţi.

Foarte răspândite sunt rizbermele alcătuite din dale de beton dispuse decalat pe înălţime (pentru mărirea rugozităţii), cu grosimi de 1-1,5 m şi legate între ele cu armături flexibile (figura 4.36a şi c). Vitezele de curgere pot fi mai mari (4…..6 m/s). Grosimea dalelor este de 0,5….1 m, iar dimensiunile în plan variază între 2 x 2 şi 2 x 5 m2. Ele se aşează astfel ca în sensul curentului rosturile să nu fie continue, iar latura lungă să fie dirijată pe direcţia de curgere.

La barajele de mică înălţime, fundate pe strat aluvionar, se mai utilizează rizberme din saltele de fascine sau panouri batante formate din grinzi de lemn (25 – 30 cm grosime), dispuse în formă de greblă şi solidarizate cu platbande metalice (figura 4.36d), articulate de capătul aval al radierului. Uneori panoul batant poate fi realizat din beton armat. Curentul părăseşte capătul radierului cu viteze mari, curge pe planul panoului şi se împrăştie în bieful aval după ce se divide în vine separate. Sub panou se formează un vârtej cu axă orizontală, a cărui viteză de fund este dirijată spre piciorul aval, ceea ce face ca, în timp, spaţiul de sub panou să se colmateze cu aluviuni. Eroziunea albiei se produce la o distanţă suficient de mare de baraj, cel puţin egală cu lungimea panoului, ceea ce nu periclitează stabilitatea barajului.

Fig.4.36. Tipuri diferite de rizberme:a. cu dale de beton decalate peînălţime; b. din anrocamente; c. blocuri de beton şi anrocamentemari; d. panouri batante

Alegerea tipului de rizbermă se face în funcţie de viteza curentului şi de variaţia ei treptată în lungul rizbermei. Soluţia constructivă şi dimensiunile rizbermei depind de natura fundului albiei şi de disponibilul de materiale de construcţii. Lungimea rizbermei se determină astfel ca energia suplimentară de care mai dispune curentul să se disipeze până la capătul acesteia. Se cunosc multe relaţii, stabilite pe cale experimentală, ca de exemplu:

( )( )

( )1/61

avrdt

avr

sr

Frh22

lll

h27......30ll2,5.....4l

⋅=+=

⋅=⋅=

(4.42)

în care lt este lungimea totală a lucrări (disipator ld şi rizbermă lr), ls – lungimea saltului, hav – înălţimea apei în albia aval, Fr1 – numărul Froude în secţiunea amonte a saltului hidraulic. Oricum valorile adoptate se verifică prin încercări pe model.

Fig. 4.37. Disiparea energiei la deversoarele cu jet liber. 1 – plot deversant; 2 – golire de fund; 3 – bazin de

amorsare; 4 – batardou aval; 5 – batardou amonte.

În cazul barajelor în arc, prevăzute cu deversoare cu nas, disiparea energiei curentului se face prin impactul lamei deversante cu o pătură de apă aval, suficient de groasă, realizată cu ajutorul unui prag sau batardou aval (figura 4.37). La incidenţa lamei cu bieful aval se formează două vârtejuri cu ax orizontal, unul spre piciorul aval al barajului şi altul spre amonte. Adâncimea necesară a păturii de apă aval se poate determina, de exemplu, cu formula propusă de M. Vîzgo, [ 9 ],[ 24 ], care are totuşi un caracter orientativ:

0HqkAh ⋅⋅⋅= (4.43) în care : q - este debitul specific,

g2vα

HH20

0 ⋅⋅

+= , căderea lamei,

k =1,34 + 2 sinα, coeficient care depinde de unghiul de înclinare a lamei faţă de orizontală în punctul de impact aval,

A - coeficient de aerare funcţie de viteza şi înălţimea apei pe deversor, ale cărui valori sunt date în literatură [ 9 ], [ 24 ], [ 48 ].

Dacă în aval de barajul în arc roca este rezistentă şi se află aproape de suprafaţă, descărcarea apelor mari se face prin deschideri deversante frontale, sub formă de lamă cu cădere liberă, fără a prevedea măsuri speciale de disipare, sau, dacă este cazul, se realizează un radier din beton masiv în aval de baraj.