Fenomene de Imbatranire Baraje Din Beton

download Fenomene de Imbatranire Baraje Din Beton

of 15

Transcript of Fenomene de Imbatranire Baraje Din Beton

Fenomene de mbtrnire la baraje din beton i zidrie

Prof.dr.ing. Radu Srghiu

Exemple de mbrnire a barajelor din beton i zidrien continuare vor fi prezentate metodele i datele utilizate pentru identificarea principalelor scenarii de mbtrnire la baraje din beton i zidrie. Vor fi ilustrate scenariile pentru funda ii i pentru corpul barajului. n prezentarea scenariilor vor fi eviden iate cauzele i procesele, evolu ia acestora i consecin ele, precum i cteva comentarii asupra prevenirii i msurilor de control i urmrire. Adesea dou sau chiar mai multe procese pot interveni cumulat, ca reac ie ntre materiale i mediu, asociate cu ac iunea ciclului nghe -dezghe . n acest caz disolu ia liantului micoreaz rezisten a mecanic a betonului sau zidriei accelernd n acest fel degradarea datorit nghe ului. Pe de alt parte, fisurarea din cauza nghe ului sporete permeabilitatea materialului i faciliteaz circula ia apei prin beton i ca urmare splarea liantului. Ac iunea conjugat a acestor fenomene conduce la o degradare foarte rapid a betonului sau zidriei.

1 Scenarii de imbtrnire ce privesc funda ia barajului 1.1. Pierderea rezisten ei sub ac iunea ncrcrilor permanente i a celor ciclicePierderea rezisten ei masei de roc din funda ia barajelor de beton sau zidrie a fost principala cauz a unor accidente produse mai ales la prima umplere a lacului (exemple: St. Francis i Malpasset), dar ele se manifest n cazul mbtrnirii dup o perioad mult mai lung de exploatare. Exemplu - Fenomene de mbtrnire a funda iei barajului VAROSA (Portugalia). Incidentul survenit la funda ia barajului Varosa ilustreaz foarte bine scenariul men ionat mai sus. Barajul Varosa situat n nordul Portugaliei a intrat n exploatare n 1976. Este un baraj arcuit sub ire de 75 m nl ime, cu o deschidere relativ a vii de aproximativ 2.5. Barajul este fundat pe granit, al crui grad de alterare este diferit n albie i pe versan i. Pentru mbunt irea propriet ilor mecanice i hidraulice, de-a lungul contactului beton-roc i n profunzime pn la adncimi de 20 m, s-au executat injec ii cu lapte de ciment. Voalul de etanare realizat din galeria de drenaj a barajului are o adncime de 60 m. 1

Fenomene de mbtrnire la baraje din beton i zidrie

Prof.dr.ing. Radu Srghiu

Fig.1 Barajul Varosa vedere aval

Barajul a fost prevzut cu urmtoarele instrumente de urmrire: penduli direc i i inveri, rocmetre, extensiometre, deformetre, termometre, i piezometre. Urmrirea a nceput n timpul construc iei i a continuat n timpul primei umpleri i apoi n primii ani de exploatare. n aprilie 1983, lacul fiind plin, infiltra iile la piciorul barajului au nceput s creasc pn la atingerea unor valori care nu mai fuseser nregistrate pn n cel moment. Au fost luate imediat msuri de reducere a nivelului apei din lac i de asemenea de aplicare a unui program foarte strict de urmrire intensiv. Testele de permeabilitate realizate n drenurile ploturilor centrale au pus n eviden faptul c apa intra prin masivul de roc doar cu c iva metri mai jos de funda ia barajului. Analiza chimic a apei de infiltra ie a artat o uoar mbog ire n sruri minerale, n cursul trecerii sale prin funda ie i o scdere a acesteia pe msura creterii debitului. Aceasta indic o percola ie rapid pe un traseu scurt prin masivul de roc. Observa ii diverse au permis localizarea zonei de infiltra ii ntr-un perimetru limitat aflat pe fundul vii. Degradrile se datorau eforturilor de ntindere de la piciorul amonte care determinaser o deschidere a contactului dintre roc i baraj, concomitent cu ruperea voalului de etanare. Principala cauz a acestui scenariu de mbtrnire pare a fi alternan a solicitrilor din funda ie datorat gradien ilor hidraulici ridica i (la varia ii ale nivelului n lac). Aceste solicitri au fost determinate deci, n principal de varia iile de nivel din lac. Influen a direct a varia iilor termice asupra funda iei a fost destul de mic. Solicitrile ciclice au antreneaz deforma ii 2

Fenomene de mbtrnire la baraje din beton i zidrie

Prof.dr.ing. Radu Srghiu

semnificative ale funda iei, micri ale rosturior din roc i o ini iere i propagare a fisurilor. Acest proces poate fi de asemenea nso it i amplificat prin jocul umezirii i apoi uscrii materialului de umplutur din rost.

Fig. 2 Barajul Varosa 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) Nivelul apei inlac (a) si perioada masurilor de remediere(b) Voaldeetansare(c), rocmetre(R1,R2), piezometre(P1,P2) Profil in lung prin axbaraj, cu reprezentarea pendulului invers si a sect. Transversale AA Deplasari radiale masurate cu pendulul invers (+spreaval) Deplasari radiale (+vertical, ascendent) masurate cu rocmetre (R1,R2), in sect. AA (8m sub galerie) Subpresiuni masurate la piezometre (P1,P2), in sect. AA Debit total infiltrat prin fundatie

Acest scenariu de mbtrnire poate fi observat n principal la structurile sub iri, puternic tensionate i cu gradien i hidraulici importan i, a cror funda ii sunt mai pu in comprimate.

3

Fenomene de mbtrnire la baraje din beton i zidrie

Prof.dr.ing. Radu Srghiu

Zonele n care se manifest acest scenariu sunt: piciorul amonte i piciorul aval al barajului arcuit. La piciorul amonte se pot observa deschideri ale rostului datorate varia iilor mari ale solicitrii (adesea presiunile msurate aici corespund sarcinii hidraulice). La piciorul aval roca poate fi supus la solicitri importante de compresiune i forfecare mai ales n cazul particular al vilor largi. n general aceste evolu ii n masivul de roc conduc la o nou stare de echilibru la captul a ctorva ani de exploatare. Pot exista cazuri cnd o abatere ireversibil poate persista o lung perioad de timp.

1.2. Eroziune i dizolvareEroziunea funda iei se produce n principal prin dizolvarea rocilor solubile, a materialului de umplutur din discontinuit i, a terenurilor nestncoase i a injec iilor de consolidare. Aceste fenomene sunt adesea nso ite de o slbire a funda iei. Exemplu barajul Venda Nova nceputul unui proces de dizolvare i splare a materialului de umplutur din rosturile masivului de roc este foarte bine ilustrat de cazul barajului Venda Nova (Figura 3). Acest baraj de greutate n arc cu o nl ime de aproximativ 100 m a fost construit pe rul Rabago (Portugalia) n 1951.

Fig. 3 Barajul Venda Nova (Portugalia)

Funda ia este alctuit n principal din granit i isturi pe versantul drept la partea superioar. Roca este strbtut de cteva seturi de rosturi i falii locale n general umplute cu argil i milurit (straturi alctuite din diferite minerale). Msurile ini iale de tratare a funda iei au constat din injec ii de consolidare la interfa a dintre baraj i funda ie i impermeabilizare cu un voal de etanare vertical pe o adncime de 50 m. Dup prima umplere au fost observate

4

Fenomene de mbtrnire la baraje din beton i zidrie

Prof.dr.ing. Radu Srghiu

primele infiltra ii care s-au men inut i dup prima faz de exploatare. Au fost de aceea, continuate lucrrile de tratare a funda iei asemntoare cu cele din faza ini ial, mpreun cu dezvoltarea unui sistem de drenaj (n 1964). A fost instalat un sistem de monitorizare (supraveghere) alctuit dintr-o re ea topografic optic (geodezic) i de nivelment, penduli, dispozitive de msur a rosturilor, extensiometre locale i piezometre. Rezultatele msurate indicau un comportament normal, n acord cu previziunile analizelor pe model. Cu toate acestea, infiltra iile semnalate mai sus nu au fost suprimate prin lucrrile executate n 1964, ci dimpotriv s-au constatat creteri ale subpresiunii. Aceste fenomene erau legate de deschiderea faliilor i a rosturilor suborizontale pe versantul stng i la baza vii.

Fig. 5 Barjul Venda NovaRezultate ale programului de monitoring 1nivelul apei inlac (a) si variatiile anuale ale temperaturii aerului (b) 2debit total de infiltratie prin fundatie (c) si perioada lucrarilor de tratare in fundatie(d) 3vedere in plan(e) si profil in lung prin ax baraj(f) 4debit infiltrat per plot(g), total saruri minerale dizolvate(h), saruri de calciu dizolvate (i) (martie1983)

5

Fenomene de mbtrnire la baraje din beton i zidrie

Prof.dr.ing. Radu Srghiu

n 1968 au fost forate noi drenuri i dei nu au fost observate valori ngrijortoare ale subpresiunii, debitele infiltrate au continuat s creasc. Aceste creteri au fost nso ite de dizolvri i splri ale materialului de umplutur. Confirmarea a fost dat de analiza depozitelor recoltate la ieirea din drenuri prin identificare cu raze X i difrac ie i prin analize chimice ale apei din drenuri i a apei din lac. Con inutul de sruri al apei din lac era de 22 mg/l n timp ce con inutul de sruri al apelor de infiltra ie era net superior. ntre anii 1984-1985 au fost executate repara ii cu scopul de a mbunt i comportarea hidraulic a funda iei. Aceste lucrri constnd n principal ntr-o consolidare i etanare a funda iei (cu ajutorul rsinilor acrilice) s-au dovedit eficiente. Cauze, efecte i consecin e Circula ia apei printr-o funda ie rocoas fisurat poate produce dizlovarea i eroziunea rocii, a materialului de umplutur din rosturi i discontinuit i i a injec iilor de consolidare. Acest fenomen antreneaz micri ale funda iei care conduc la eforturi nedorite n baraj. Permeabilitatea, deformabilitatea i rezisten a funda iei pot fi afectate. Eroziunea intern a funda iilor nestncoase poate conduce la sufozie. n cazul barajelor din beton acest tip de mbtrnire este cu totul excep ional din dou motive: pe de o parte sunt foarte pu ine baraje din beton fundate pe terenuri nestncoase, de n ime medie, pe de alt parte instabilitatea terenurilor de funda ie nestncoase se manifest la prima umplere a lacului. Depistarea i controlul mbtrnirii Procesul de disolu ie poate fi detectat i urmrit prin observa ii ale evolu iei con inutului de sruri dizolvate n apele de infiltra ie i prin comparare cu con inutul din apa din lac. Dizolvarea rocilor solubile poate provoca o tasare a funda iei, infiltra ii i fisurarea barajului. Aceste fenomene pot fi observate prin inspec ii vizuale i prin msurtori de nivelment. Eroziunea intern i dizolvarea materialelor de umplutur din discontinuit i a funda iilor nestncoase i a materialului din injec iile de consolidare poate fi depistat prin observa ii ale varia iilor debitelor infiltrate. Odat detectat problema trebuie instalate dispozitive de re inere a materialelor antrenate. Prezen a particulelor solide n apele de infiltra ie reclam ntotdeauna interven ia unui expert precum i efectuarea analizei chimice a apei.

6

Fenomene de mbtrnire la baraje din beton i zidrie

Prof.dr.ing. Radu Srghiu

1.3. mbtrnirea voalurilor de etanare i a re elelor de drenajVoalurile de injec ii, covoare impermeabile (mti de etanare) diafragme (pere i de etanare) sunt aplicate pentru a controla infiltra iile. Cum barajele din beton sunt fundate pe roc, principala metod de etanare o reprezint voalurile de etanare (perdelele de injec ii). Cel mai utilizat material pentru injec ii este laptele de ciment ale crui propiet i sunt mbunt ite cu adaosuri de aditivi minerali precum: bentonita, zgura, puzzolon. Se folosesc de asemenea injec ii cu silica i i rini acrilice. Sistemul de drenaj cuprinde n general re ele de drenuri forate, galerii la piciorul barajului i galerii de drenaj n masa de roc. La barajele mici, la deversoare i la bazinele de disipare drenajul se realizeaz printr-un sistem de canale orizontale amplasat la interfa a dintre structuri i funda ie. Degradarea voalului de etanare i a sistemului de drenaj este asociat adesea scenariilor prezentate mai sus. Aceast degradare poate afecta performan ele i chiar siguran a structurii. Exemplu barajul Place Moulin Incidentul survenit la barajul Place-Moulin ilustreaz un astfel de scenariu. Este un baraj de greutate n arc situat n nordul Italiei, intrat n func iune n 1964. Barajul are o nl ime de 155 m iar deschiderea relativ a vii este de 3.1 (1.5 < L/H < 3.5 baraje de greutate n arc). Roca de fundare alctuit din isturi cristaline compacte a fost consolidat, etanat i drenat dup cum urmeaz: voal de etanare cu lapte de ciment pe o adncime cuprins ntre 90-120 m realizat naintea betonrii; injec ii de legtur dup betonare pe o adncime de 20 m; injec ii de consolidare cu ciment a rocii realizate n dou faze; forarea unei re ele de 150 drenuri n aval de voalul de etanare func ionnd fie ca piezometre fie ca drenuri; galerie radial de drenaj n roca de fundare. La nceput, barajul a avut un comportament normal. Totui la piciorul amonte, la baza vii, la contactul dintre beton i roc i chiar n roc, au aprut i s-au dezvoltat eforturi de ntindere. Partea superioar a voalului de etanare s-a degradat, zonele decomprimate au fost supuse la subpresiuni, iar drenurile au fost alimentate direct, debitul crescnd foarte mult. Acest comportament s-a manifestat n 1967 dup prima umplere i s-a repetat apoi dup 10 respectiv 19 ani n urma unor varia ii rapide ale nivelului apei din lac.

7

Fenomene de mbtrnire la baraje din beton i zidrie

Prof.dr.ing. Radu Srghiu

Fig. 6 Barajul Place Moulin (Italia)

Rezultatele unor analize ulterioare pe model au artat c siguran a lucrrii nu era amenin at. La nceput, supravegherea funda iei s-a bazat pe msurtori de infiltra ii i de subpresiuni. Dup detectarea anomaliilor prezentate mai sus, au fost instalate 3 extensiomatre verticale pentru a msura deschiderea rostului la contactul beton-roc i decomprimarea stratului superior de roc pn la o adncime de 30 m. n aval de re eaua de drenaj existent a fost realizat o nou re ea i au fost instalate micrometre glisante. Voalul de etanare a fost reparat cu injec ii de ciment ntre 1967-1968. Partea superioar a voalului a fost reinjectat 10 ani mai trziu cu rini acrilice elasto-plastice. Aceste rini au fost splate ns n timp i de aceea au fost prevzute noi injec ii cu ciment fin. Cauze, efecte, consecin e mbtrnirea voalului de etanare este cel mai adesea consecin a unuei greeli de proiectare (concep ie) sau de realizare. Problemele deosebite, raportate, se datoreaz n general urmtoarele cauze: 1) tehnici de injectare neadecvate;

8

Fenomene de mbtrnire la baraje din beton i zidrie

Prof.dr.ing. Radu Srghiu

2) eforturi i deforma ii n funda ii ce au indus micri ale rosturilor din roc i formarea unor noi fisuri; 3) erodarea sau splarea materialului de injec ie de ctre apele de infiltra ie; 4) agresiunea chimic a apei. Deteriorarea conduce n general la creterea infiltra iilor, a subpresiunilor i splarea materialului fin. n cazul unor infiltra ii foarte mari, pagubele economice ale pierderilor de ap pot fi semnificative. n zonele reci nghe area apelor infiltrate poate provoca dificult i n inspectarea galeriilor. n cazul unor baraje n arc poate aprea o pierdere total a eficien ei pr ii superioare a voalului de etanare, nso it de o alimentare direct a drenurilor. Cderea unor blocuri de roc n aval de baraj a avut uneori drept cauz o etanare i un drenaj insuficient. n ceea ce privete sistemul de drenaj al barajelor i lucrrilor anexe, cauzele principale de degradare sunt: proiect neadecvat, utilizarea unor materiale nepotrivite pentru filtre, tuba ii necorespunztoare, calitate proast a execu iei; clima colmatarea forajelor, tuba iilor i pu urilor de drenaj

Drenurile forate pot fi colmatate de ctre particule de argil sau aluviuni transportate de apele subterane (de infiltra ie); din calciul provenit din injec ii sau beton, precipitat n depozite dure (n funda iile calcaroase, acumularea de depozite de calciu poate fi foarte rapid); sau datorit ionilor de fier con inu i de apele subterane care se pot depune n urma oxidrii la contactul cu aerul. Obturarea drenurilor cu astfel de depozite se desfoar n general pe parcursul mai multor ani. Au putut fi observate totui drenuri colmatate pe 50% din lungime ntr-o perioad de 10 ani. O consecin important a mbtrnirii dispozitivelor de drenaj este creterea subpresiunii ce poate compromite stabilitatea lucrrii. n anumite cazuri aceast cretere a subpresiunii a provocat apari ia unor infiltra ii la piciorul i paramentul aval al barajului. Un mare pericol l reprezint ghea a n zonele cu climat foarte rece care poate provoca desprinderea unor blocuri din versan i i deschiderea rosturilor dintre acestea. n timp acestea devin ci preferen iale pentru ap conducnd la sufozii, erodarea materialului din funda ie, deplasri i fracturri ale sistemului de drenaj urmate de cedri ale funda iei erodate.

9

Fenomene de mbtrnire la baraje din beton i zidrie

Prof.dr.ing. Radu Srghiu

Prevenirea, detectarea i controlul Caracteristicile geologice i chimice ale funda iei barajului trebuie studiate cu grij nc din faza de proiectare; n special discontinuit ile, eterogenit ile i alte puncte slabe ale masei de roc. La proiectarea voalului de etanare trebuie luate n considerare deforma iile i fisurile din funda ie. Etaneitatea voalului trebuie verificat prin prelevarea de carote i probe de ap. Este recomandat prevederea posibilit ii de injectare ulterioar, prin amenajarea unor galerii de injec ie suplimentare. nc din faza de proiectare trebuie prevzut ntre inerea ulterioar a sistemelor de drenaj astfel nct opera iile de verificare, cur are sau reforare a drenurilor s fie uor de realizat. O aten ie deosebit trebuie acordat ac iunii ghe ii (n zonele cu climat rece) mai ales cnd drenurile sunt pe adncimi mici. Creterea infiltra iilor a fost adesea detectat prin observa ii vizuale; msurtorile cantitative permit ns o apreciere mai bun a dezvoltrii infiltra iilor. Varia iile subpresiunilor n corpul barajului i n funda ie ct i micrile rocii sunt de asemenea parametri importan i. Concentra iile apelor subterane pot fi determinate cu ajutorul radarelor. Creterea brusc a debitului infiltrat i mai ales a transportului de particule solide trebuie examinat foarte atent. n zonele cu tubaje de drenaj ngropate aproape de suprafa trebuie instalate dispozitive de indicare a ghe ii (indicatori de ghea ). O diminuare a debitelor colectate de ctre dispozitivele de drenaj, la piciorul barajului este un prim indiciu al colmatrii drenurilor. Acest fenomen, detectat uneori vizual, este uor resim it de msurtorile de infiltra ii i subpresiuni. Starea drenurilor (lungimea liber i eventual depozitele) poate fi controlat prin sondaj, de preferin la intervale regulate de timp. Una dintre msurile cele mai eficiente de reducere a infiltra iilor o constituie injec iile complementare. Gurile de injec ii sunt forate din galerii sau din baraj. Cea mai frecvent metod aplicat pentru creterea capacit ii sistemelor de drenaj este cur irea i reforarea gurilor. Cur irea depozitelor de depuneri este adesea foarte dificil chiar n condi iile aplicrii unui jet de ap sub presiune n amestec cu fragmente de piatr. n aceste situa ii reforarea este mult mai eficient permi nd refacerea gurii de foraj la dimensiunile ini iale. n cazul n care cur area (splarea) sau reforarea nu sunt eficiente se pot fora guri suplimentare de drenaj.*Termenul de discontinuitate este utilizat n mecanica rocilor n sens general pentru a desemna toate ntreruperile fizice i cuprinde: rosturi de stratifica ie sau de faliere

10

Fenomene de mbtrnire la baraje din beton i zidrie

Prof.dr.ing. Radu Srghiu

fracturi tectonice: falii (cu dislocare) diaclaze (fr deplasri relative).

2. Scenarii de mbtrnire a corpului barajului2.1. Reac ii chimice ce conduc la umflareApa joac un rol important n acest scenariu care are dou cauze principale: reac iile alcalii-agregate ac iunea sulfa ilor asupra mortarului i betonului n cazul particular al ac iunii sulfa ilor degradarea betonului poate fi foarte rapid deoarece umflarea este nso it de o pierdere important a performan elor mecanice ale materialului. Acest scenariu poate afecta orice tip de baraj din beton sau zidrie ct i lucrrile anexe.

Fig. 7 Barajul Pracana (Portugalia)

Un exemplu de umflare a corpului barajului este cazul barajului Pracana. Barajul Pracana (Figura 7) este un baraj cu contrafor i masiv, cu o nl ime de 60 m situat pe un afluent al fluviului Tage, la aproximativ 200 km nord-est de Lisabona (Portugalia). Barajul face parte dintr-o amenajare hidroelectric ce cuprinde o central de 15 MW i un deversor n pu cu o capacitate de 1650 m3/s. Roca de funda ie este constituit n principal din filite i "metagreywacke" cu diferite grade de alterare. Tratarea funda iei const n principal dintr-un voal de etanare executat sub pintenul amonte. Sistemul de supraveghere cuprinde ntre altele, msurtori geodezice ale deplasrilor, penduli i extensiometre cu coard vibrant. Inspec iile efectuate dup prima umplere n iarna lui 1951-52 i apoi cele periodice au pus n eviden dezvoltarea unui sistem de fisuri care a afectat contrafor ii i fa a amonte a capetelor.

11

Fenomene de mbtrnire la baraje din beton i zidrie

Prof.dr.ing. Radu Srghiu

Deplasrile msurate pe baraj (Figura 8) pun n eviden o component ireversibil spre aval i n sus care crete n timp.

Fig. 8 Efecte ale umflarii betoanelor la barajul Pracana (Portugalia) (1) Nivel apa acumulare (a) si temperaturi aer (b); (2) Deplasari ale punctului A (vezi(4)) spre aval (c) si in sus (d); (3) Umflarea betonului (valori medii ale masuratorilor la extensometre);(4) Contrafort din ax valeefecte ale umflarii si curgerii lente (nov.1973):umflari diferentiate in lungul planului DD (e); deplasari ireversibile ale pct.A(f); (5) Eforturi unitare normale pe planulDD: laPIF (gcalculat); dupa25 ani (1973, hcalculat, imasurat)

Dup 25 de ani de exploatare aceste deplasri permanente aveau valori de 4-5 ori mai mari dect valorile explicabile prin curgere plastic ("creep effect"). Umflarea materialului a fost confirmat prin msurtori de deforma ii locale i eforturi cu ajutorul martorilor ngropa i n beton. Msurtorile de eforturi executate n 1973 cu lacul gol, au pus n eviden un efort de ntindere vertical de aproximativ 2 MPa la fa a amonte i un efort orizontal de compresiune de aproximativ 3 MPa. Coeren a acestor rezultate a fost confirmat prin analiza cu elemente finite. Au fost realizate de asemenea ncercri de laborator pe carote (rezisten , deformabilitate i umflare) precum i analize ale apei din lac i de infiltra ie.

12

Fenomene de mbtrnire la baraje din beton i zidrie

Prof.dr.ing. Radu Srghiu

Lacul a fost scos din exploatare n 1980 datorit degradrii progresive a barajului i a incapacit ii evacuatorilor de ape mari. Amenajarea a fost reanalizat, noul proiect cuprinznd lucrri de consolidare a barajului i instalarea unui nou grup (turbine) de 25 MW precum i construc ia unui evacuator suplimentar cu o capacitate de 860 m3/s. Lucrrile la baraj constau n injectarea fisurilor din beton, construc ia unei mti etane la paramentul amonte i consolidarea i etanarea funda iei. Cauze, efecte i consecin e Dintre fenomenele chimice ce provoac umflarea betonului, reac iile alcalii sunt cele mai importante. Ele fac obiectul unor studii aprofundate printre care i un buletin al ICOLD. Discontinuit ile se limiteaz aici la consecin ele reac iei i la comportarea barajelor i a structurilor hidraulice. Umflarea ca rezultat al reac iilor alcalii nu este omogen n interiroul unui baraj i este puternic influen at de confinarea la care este supus lucrarea. Aceast confirmare d natere la eforturi de compresiune i conduce la o ncetinire chiar oprire a umflrii n direc iile blocate, n timp ce pe direc iile libere umflarea crete. ntr-un baraj, umflarea este n mod obinuit mpiedicat s se dezvolte liber pe direc ia axului barajului. Viteza de umflare datorit reac iilor alcalii este extrem de variabil. Chiar n interiorul aceluiai baraj s-au putut observa valori foarte ridicate (de ordinul a 10-4/an) care se manifest prin ridicri ale coronamentului cu amplitudini de mai mul i milimetri pe an. Consecin ele umflrii asupra comportamentului unui baraj depind n mare msur de tipul i geometria sa: 1. Vom considera mai nti cazul unui plot izolat de baraj de greutate, rectiliniu afectat de umflare uniform; se dezvolt o deplasare la coronament spre amonte i n sus. Aceasta corespunde unei stri de efort aproape nul. Umflarea va fi cu att mai rapid cu ct betonul este mai umed iar circula ia apei mai rapid. n acest mod fa a amonte a plotului va fi deci cea mai expus i se poate ntmpla ca deplasarea la coronament s fie dirijat n sus i ctre amonte nso it de eforturi de compresiune n zona cea mai umflat i eforturi de ntindere n zonele nvecinate. In zona umflat se pot produce fisuri dinspre amonte spre aval fisurile din amonte favoriznd patrunderea apei i apari ia unor subpresiuni. Deforma ia va fi ntotdeauna dirijat n sus i spre amonte sau aval n func ie de condi ii locale.

13

Fenomene de mbtrnire la baraje din beton i zidrie

Prof.dr.ing. Radu Srghiu

Dac se consider barajul n ntregime, umflarea ploturilor va conduce la nchiderea rosturilor dintre ploturi i la apari ia eforturilor de fretare, barajul n ansablul su fiind supus unei blocri (constrngeri) laterale. Aceast fretare poate avea efecte secundare ce includ: i) ii) iii) iv) v) vi) ncetinirea i chiar oprirea umflrii n direc ia fretrii; apari ia unor eforturi de ntindere i fisuri de-a lungul pu urilor de drenaj situate n cmpul eforturilor de compresiune; compresiune n masivul de roc de fundare, care n general au efect stabilizator, dar poate afecta calitatea drenajului; alunecri n funda ie n zonele aproximativ orizontale de lng contrafor i; n partea unde versantul are un profil convex exist tendin a apari iei unui tip de flambaj cu riscul desprinderii barajului din funda ie; blocarea vanelor ca urmare a umflrii pilelor. 2. n cazul unui baraj arcuit afectat de umflare, ridicarea coronamentului va fi nso it de o deplasare de ansamblu (radial) ctre amonte. Eforturile de fretare vor fi mai mici ca n cazul barajelor rectilinii dar exist riscul producerii unor efecte secundare precum: i) ii) deschiderea rosturilor verticale n amonte la cheie i n aval n zona naterilor apari ia unor fisuri paralele cu funda ia pe paramentul aval; aceste fisuri pot fi fr consecin e asupra stabilit ii deoarece umflarea are tendin a (de cretere a efectului de arc, n special spre versan i ns ea trebuie urmrit) de cretere a fretrii arcului. 3. La barajele cu contrafor i, umflarea este n general mai rapid n capetele contrafor ilor care nu sunt n contact cu apa din lac, dect n corpul acestora. Umflarea diferen iat provoac o deplasare n sus i spre aval i de asemenea apari ia unor zone cu eforturi de ntindere. 4. Umflarea diferen iat n grosimea barajului poate antrena o fisurare la paramente i de asemenea n lucrrile anexe. Ac iunea sulfa ilor se datoreaz adesea sulfa ilor de magneziu, sodiu sau calciu ct i a celor provenind din oxidarea sulfurii de fier (pirit) con inut de anumite agregate. Betoanele supuse atacului acestor sulfuri sunt n principal cele fabricate cu cimenturi Portland. Ac iunea sulfa ilor poate lua una dintre urmtoarele forme n func ie de concentra ie: cristalizarea srurilor complexe nso it de o puternic cretere a volumului cu o pierdere a

14

Fenomene de mbtrnire la baraje din beton i zidrie

Prof.dr.ing. Radu Srghiu

coeziunii liantului, sau descompunerea silica ilor de calciu cu o pierdere de rezisten important. Dezvoltarea i consecin ele unui atac cu sulfa i depind n mare msur de condi iile particulare ale amplasamentului i de tipul de sulfa i. Evolu ia fenomenelor poate fi cu mult mai rapid dect dezvoltarea unei reac ii alcalii, betonul putnd fi distrus doar n c iva ani sau chiar luni. Prevenire, monitorizare i control Msurarea deplasrilor reprezint modalitatea cea mai direct de de detectare a unei umflri. Masurtorile de eforturi precum i inspec iile vizuale constituie de asemenea mijloace pentru detectarea umflrii dei, cele din urm permit doar o determinare tardiv a fenomenului. Reac iile alcalii pot fi puse n eviden i de msurtorile de temperatur. Odat detectat fenomenul, este important s se treac la investigarea prin metode specifice a stadiului, vitezei de dezvoltare n diferite zone ale barajului, precum i a eforturilor de fretare. Modele matematice capabile s ia n considerare efectele de anizotropie ale umflrii pot fi deosebit de utile n interpretarea fenomenului prin compararea comportamentului observat cu cel prognozat. n estimarea consecin elor fenomenului de umflare i amplasarea celor mai potrivite dispozitive pentru monitorizarea acestora, se va ine seam att de particularit ile barajului ct i de cele ale funda iei. n vederea asigurrii bunei func ionri a vanelor, n special cele ce echipeaz deversoarele, se va msura jocul lateral al acestora. Pentru reac iile alcalii nu se cunosc exemple de msuri eficiente. Au existat ncercri de izolare a betonului vulnerabil la ac iunea apelor dar este nc prea devreme pentru a confirma succesul unor astfel de opera ii. Alte msuri de diminuare a consecin elor umflrii au constat n realizarea unor li uri pentru relaxarea eforturilor, armarea sau confinarea betonului n zone critice. Trebuie acordat mare aten ie efectelor secundare pe care le pot avea msurile mpotriva umflrii.

15