Universitatea Bucureşti

Facultatea de Geologie şi Geofizică

Probleme hidrogeologice asociate lucrărilor geotehnice

Student : Vasile Teodora Alexandra

Coordonatori : Dr. ing. Marin Palcu

Lector dr.ing. Marius Mocuţa

Bucureşti

-2014-

Cuprins

I. Prezentarea problemei

Tema nr. 5

Pentru execuţia unei construcţii cu parcări subterane se execută o fundaţie la adâncimea de 12 m.Realizarea fundaţiei depinde de scăderea nivelului apei subterane dintr-un acvifer de tip granular grosier (pietrişuri şi nisipuri grosiere). În vederea scăderii nivelului apei înmagazinate în acviferul cu roci granulare grosiere s-a executata un sistem pilot de foraje de drenare – epuisment şi de hidroobservaţie.În prima etapăs-a testat hidrodinamic timp de 24 de ore unul dintre forajele de drenare epuisment, observaţiile de nivel efectuându-se în alte două foraje potrivit tabelelor.In etapa a doua s-au pompat simultan cele 4 foraje de drenare epuisment, iar observaţiile de nivel s-au efectuat în piezometre.Având în vedere datele de care dispuneţi:

să se analizeze situaţia hidrogeologică a zonei;

să se determine parametrii hidrogeologici medii echivalenţi;

să se calculeze variaţia denivelării în piezpmetrul cu date întabelate atunci când sunt pompate simultan forajele de drenare-epuisment cu debitele menţionate în tabel.Comparaţi denivelările calculate cu cele măsurate;

executaţi harta denivelărilor, cea cu hidroizodiname şi presiunile apei subterane după o perioadă de 25 zile de pompare simultană cu debitele din tabel.

II. Situația hidrogeologică a zonei III. Obiectivul temeiObiectivul final este proiectarea unui sistem pilot de foraje de drenare - epuisment și de hidroobservație care să permită executarea unei fundații la 12 m pentru realizarea unei construcții cu parcări subterane.

IV. Sistemul pilot de foraje de drenare-epuisment și de hidroobservație

Daca, în urma executiei forajelor geotehnice de investigatie, se constată necesitatea drenării terenului, atunci se va realiza un sistem pilot de drenare-epuisment-hidroobservație. Pasii de lucru sunt următorii:

Executia unor foraje de drenare experimentală si a unor piezometre (foraje deurmărire a nivelului dinamic al apei subterane):F1, F2, F3, F4, P1,P2,P3,P4.Constructia puturilor de pompare si a celor de hidroobservație va fi similară, pentru a permite mai multe configurații pompare-măsurare si eventual transformarea unora dintre forajele de hidroobservație în foraje de pompare.

Forajele de drenare-epuisment din faza pilot vor fi utilizate ca foraje de drenare în faza de realizare a epuismentelor, iar prin intermediul piezometrelor se va măsura coborârea nivelului piezometric din faza finală.

Testarea hidrodinamică separată a forajelorDupa executia forajelor de pompare-drenare si a piezometrelor pentru straturile acvifere, se va trece la testarea hidrodinamică separată a acestora. Testarea hidrodinamică se va realiza cu pompe submersibile capabile sa asigure debite constante. Testul hidrodinamic separat va consta în pomparea pe o perioada de timp cu un debit constant în forajul F3, iar observațiile de nivel se vor efectua în P4 și F2.

Testare hidrodinamică simultană a forajelorDupă finalizarea testelor experimentale separate, se va efectua pomparea simultană.Testarea simultană sau drenajul experimental va consta în pomparea simultană a forajelor de drenare - detensionare pe o perioada variabilă, cu debitele stabilite în urma solicitărilor hidrodinamice anterioare si efectuarea observatiilor de nivel în piezometrele construite. Datele de pompare, atat din faza testarii separate, cat si din etapa pompării simultane, vor fi înregistrate. Rezultatele pomparilor experimentale ale sistemelor pilot vor fi utilizate in efectuarea calculelor hidrodinamice finale pentru dimensionarea lucrărilor de drenare-epuisment.DESEN PAG INSEMNATA DIN CURS

timp [min]denivelare [m]

masurata

60 0.12

120 0.171

180 0.213

240 0.25

300 0.282

360 0.307

720 0.416

1440 0.569

2160 0.659

2880 0.73

3600 0.774

4320 0.815

5040 0.828

5760 0.858

6480 0.875

7200 0.9

7920 0.922

8640 0.953

9360 0.968

10080 0.988

Denivelarea masurata in timpul pomparii simultane

P1

V. Datele disponibile pentru realizarea proiectului

timp [min]

1 0.855 0.023 0.01

2 0.887 0.023 0.011

3 0.902 0.028 0.0113

4 0.911 0.028 0.012

5 0.924 0.028 0.014

6 0.931 0.035 0.0145

7 0.944 0.029 0.015

8 0.94 0.029 0.017

9 0.951 0.036 0.019

10 0.957 0.036 0.02

12 0.966 0.036 0.025

14 0.973 0.036 0.023

16 0.977 0.037 0.024

18 0.982 0.044 0.025

20 0.984 0.044 0.0255

22 0.986 0.041 0.026

24 0.987 0.046 0.0265

26 0.99 0.045 0.027

28 0.989 0.045 0.028

30 0.996 0.045 0.029

35 1.003 0.046 0.03

40 1.007 0.05 0.033

45 1.014 0.051 0.034

50 1.017 0.05 0.035

55 1.02 0.056 0.036

60 1.023 0.056 0.037

65 1.025 0.06 0.038

70 1.028 0.06 0.0385

75 1.022 0.06 0.0387

80 1.028 0.059 0.039

90 1.032 0.065 0.04

100 1.04 0.066 0.0405

110 1.041 0.075 0.041

120 1.039 0.073 0.0415

140 1.045 0.073 0.042

160 1.056 0.081 0.043

180 1.06 0.081 0.044

210 1.062 0.087 0.045

240 1.076 0.096 0.046

270 1.076 0.096 0.048

300 1.081 0.101 0.049

330 1.083 0.104 0.05

360 1.093 0.109 0.052

420 1.094 0.112 0.055

480 1.098 0.115 0.057

540 1.107 0.117 0.06

600 1.114 0.12 0.065

660 1.127 0.12 0.068

720 1.134 0.122 0.07

780 1.13 0.122 0.073

840 1.138 0.125 0.075

900 1.131 0.125 0.078

960 1.135 0.126 0.079

1020 1.14 0.1265 0.081

1080 1.142 0.127 0.082

1140 1.148 0.128 0.085

1200 1.15 0.129 0.087

1260 1.148 0.13 0.089

1320 1.155 0.131 0.09

denivelare [m]

Foraje pompate Foraje de observatii

F3

P4 F2Q=5.47 l/s

Foraj nr. X Y ZAdanc. Npi[m]

Q[l/s]-pompare simultana

F1 586063 328425.999 82.65 5.82 5F2 586091.99 328366.991 82.5 5.92 4.86F3 586147.48 328378.172 82.4 6.06 5.4F4 586116.01 328427.034 82.55 5.57 5.5

Foraj nr. X Y Z Adanc.

P1 586095.41 328420.307 82.5 5.65P2 586110.29 328400.626 82.8 5.63P3 586117.71 328386.526 82.66 5.73P4 586137.99 328400.98 82.7 5.61

Foraj nr.F1 5 12F2 5 12.5F3 5 12F4 5 12P1 5 12P2 5 13.5P3 5 12P4 5 12

Adancimi roci permeabile [m]

X Y586067 328426586090 328370586114 328433586139 328379

Coordonate colturi fundatie

586057 328370586139 328346586164 328395586079 328460

Puncte externe de calcul a denivelarii dupa o pomare simultana a celor 4 foraje timp de 25 zile

VI.Etapele de calcul

1.Curbele teoretice

Am realizat aceste curbe în Excel cu ajutorul tabelului Hantush-Walton, respectiv coloana x pe abcisă si pe rând, toate cele 28 de coloane r/B pe coordonată.

2.Curbele experimentale

Am realizat în Excel 3 grafice cu curbe experimentale pentru F3, P4 şi F2. Pe axa x am reprezentat timpul iar pe axa y, denivelarea, logaritmate.

3. Calculul parametrilor hidrogeologici

Am copiat în Surfer curbele teoretice si curbele experimetale de la P4 şi F2 în acelaşi plot. Am adus toate cele trei grafice la aceeaşi scară.

Am suprapus curbele experimentale pentru fiecare foraj cât mai bine peste una din curbele teoretice.

Am digitizat un punct peste cele 2 curbe suprapuse si am citit pe axele celor 2 grafice 4 valori: Fo si xo pe curbele teoretice

s si t pe graficul cu curbele experimentale (denivelare şi timp)Fo = f (x, r/B) = funcţia teoretica a puţuluiXo = timpul necesar pentru drenaj

Parametrii citiţi cu ajutorul curbelor teoretice şi experimentale

F0 x0 s(m) t (min) r/BP4 5.2 800 0.2 1010 0.075F2 3 40 0.8 1020 0.1

Calculul parametrilor hidrogeologici pentru P4

Fo = f(x.r/B) 5.2x 800s (m) 0.2t (min) 1010 min 0.7014 ziler/B 0.075H (m) 6.39Q 5.47 l/s 472.61 m3/ziK 155.537 m/ziT 993.882 m2/zir 24.9062a 176883 m2/ziB 332.083 mK'/M' 0.00901 zi¯¹Se 0.00562

r/B = valoarea curbei teoreticeH = înălţimea coloanei de apăHp4 = Adancimea rocilor permeabile – Adancimea nivelului piezometricHp4 = 12 -5,61 = 6,39mQ = debitul pompat , tranformat in m3/ziK = conductivitatea hidraulicăK = Q * f (x,r/B) 2*3,14*s*(2H-s)T = transmisivitateaT = K*Hr = distanţa dintre forajul pompat si cel în care se măsoarăr = sqrt (( xp4-xf3)^2+(yp4-yf3)^2)a = difuzivitatea hidraulicăa = x0 * r² 4*tB = factorul de drenanţă, alimentareB= r r/BCu cât B > aportul de apă care vine spre acvifer este mai micK’/M’ = parametrul de alimentare sau de drenanţăK’/M’ = T/B² Se = coeficientul de înmagazinare eficace (adimensional)Se = T / a

Calculul parametrilor hidrogeologici pentru F2

Fo = f(x.r/B) 3x 40s 0.8t 1020 min 0.708 ziler/B 0.1H (m) 7.87Q 5.47 l/s 472.6 m3/zik 18.89 m/ziT 148.66 m2/zir 15.933a 3584 m2/ziB 159.33 mK'/M' 0.0059 zi¯¹Se 0.0415

Parametrii hidrogeologici pentru F2 sunt calculaţi cu aceleaşi formule ca şi parametrii pentru P4.

4. Medierea parametrilor hidrogeologici P4 si F2 ( echivalarea mediului neomogen şi anizotrop cu unul omogen şi izotrop echivalent)

Pentru a media parametrii hidrogeologici s-a calculat media geometrică dintre parametrii lui P4 si F2 calculaţi anterior.

T (m2/zi) 384.38K(m/zi) 54.204a(m2/zi) 25178B(m) 230.02K'/M' (zi¯¹) 0.0073Se 0.0153H(m) 7.0915s(m) 0.4Q(m3/zi) 472.6

5. Calculul variaţiei denivelării în piezometrul cu date întabelate (P1) atunci când sunt pompate simultan forajele de drenare – epuisment cu debitele menţionate în tabel.Compararea denivelărilor calculate cu cele măsurate.

Înainte de calculul propriu-zis care va fi prezentat într-un tabel şi explicat în text, am efectuat următoarele operaţii:

am transformat timpul pentru piezometru P1 din minute în zile.

Am calculat distanţele dintre piezometrul P1 si cele 4 foraje :F1,F2,F3,F4

Distantele dintre cele 4 foraje si P1r1 32.905r2 53.426r3 66.983r4 21.671

Am transformat debitul celor 4 foraje F1,F2,F3,F4 din l/s în m3/zi

Q[l/s]- Q m3/zi5 432

4.86 419.95.4 466.565.5 475.2

Cu ajutorul parametrilor mediaţi la punctul 4, am calculat pentru diferite intervale de timp x si r/B.x = 4*a*t r²a = difuzivitatea hidraulică mediatăt = timpul transformat în ziler = distanta dintre piezometru si fiecare forajB= factorul de drenanţă, alimentare mediat Cu ajutorul tabelului Hantush-Walton şi cu cei 2 parametrii calculaţi x şi r/B am citit şi am interpolat liniar valorile funcţiei pentru fiecare din cele 4 foraje.In cazul acviferelor cu nivel liber formula pentru calculul denivelării (pentru pompare simultană) este :(2H-s)s = Q1 * F(x1,r1/B) + Q2 * F(x2,r2/B) + Q3 * F(x3,r3/B) + Q4 * F(x4,r4/B) 2*3,14*km 2*3,14*km 2*3,14*km 2*3,14*kmH = înălţimea coloanei de apăs= denivelareakm= conductivitatea hidraulica mediataF(x1,r1/B) = funcţia teoretică a forajuluiQ= debitulÎn tabel această formulă este calculată cu următorii paşi:

este calculată a doua parte a formulei Exemplu pentru denivelarea corespunzatore pentru t = 0,04 zile

s(2H-s) = 2,86 Este calculat 2*H = 2* 7,09 = 14,183

s(14,18-s) = 2,86s(14,18-s) – 2,86 = 0 / *(-1)

Se calculeza ecuaţia de gradul IIs² - 14,18s + 2,86 = 0ax² - bx + c =0a = 1b = 14,18c = 2,86

Sunt calculate cele 2 soluţii reprezentate în tabelx1 = -b + sqrt(b² -4ac) 2aAceste soluţii nu sunt bune, fiind reprezentate în penultima coloana din tabel.

x2 = -b – sqrt (b² -4ac) 2aAceste soluţii sunt cele bune (coloana colorată cu galben).

Conform tabelului denivelările calculate sunt foarte apropiate de cele măsurate. Diferenţa dintre cele 2 denivelări este de 0,082 m şi este datorată erorilor produse de suprapunerea curbelor experimentale peste cele teoretice si citirea parametrilor.

Compararea denivelării masurate cu cea calculată

6. Harta denivelărilor, cea cu hidroizodiname şi presiunile apei subterane după o perioadă de 25 de zile de pompare simultană cu debitele din tabel.

Harta denivelărilor In Excel se calculeaza cota nivelului piezometric, a culcuşului,a sarcinii

piezometrice şi a denivelării la 25 de zile.

Cota nivelui piezometric = Z (cota de la suprafata) – Adâncime NpiezCota culcuşului = Z (cota de la suprafata) – Adânime roci permeabileH = Cota nivelului piezometric – cota culcuşuluiDenivelarea după 25 de zile = H – 1,084

x y Cota NP Cota culcus H Deniv586063 328426 76.83 70.65 6.18 5.10586092 328367 76.58 70.00 6.58 5.50

586147.5 328378.2 76.34 70.40 5.94 4.86586116 328427 76.98 70.55 6.43 5.35

586095.4 328420.3 76.85 70.50 6.35 5.27586110.3 328400.6 77.17 69.30 7.87 6.79586117.7 328386.5 76.93 70.66 6.27 5.19

586138 328401 77.09 70.70 6.39 5.31586037 328443 77.30 70.35 6.95 5.87586056 328461 77.40 70.35 7.05 5.97586038 328461 77.60 70.35 7.25 6.17586060 328445 77.00 70.35 6.65 5.57586186 328340 76.70 70.35 6.35 5.27586161 328342 76.90 70.35 6.55 5.47586159 328370 77.10 70.35 6.75 5.67586175 328399 77.20 70.35 6.85 5.77

In Surfer se realizează Harta nivelului piezometric. Pe baza fişieruluidin Excel din x, y şi cota NP se creează un grid.Apoi am făcut o hartă conturală.

Se creeză o hartă cu diferenţa dintre H şi denivelarea la 25 de zile 1,084m.

In Surfer se utilizează comanda math (grid) si se scade hartă cu diferenţa dintre H şi denivelarea la 25 de zile 1,084m din Harta piezometrică.

Harta cu distribuţia presiunilorPresiunile se calculează ca diferenţă dintre cota nivelului piezometric şi cota culcuşului ecranului protector. Pentru punctele suplimentare am calculat o medie din cotele culcusului cunoscute.

x y Cota NP Cota culcus P baza tf/m2586063 328426 76.83 70.65 6.18

586091.99 328366.99 76.58 70.00 6.58586147.48 328378.17 76.34 70.40 5.94586116.01 328427.03 76.98 70.55 6.43586095.41 328420.31 76.85 70.50 6.35586110.29 328400.63 77.17 69.30 7.87586117.71 328386.53 76.93 70.66 6.27586137.99 328400.98 77.09 70.70 6.39

586037 328443 77.30 70.35 6.955586056 328461 77.40 70.35 7.055586038 328461 77.60 70.35 7.255586060 328445 77.00 70.35 6.655586186 328340 76.70 70.35 6.355586161 328342 76.90 70.35 6.555586159 328370 77.10 70.35 6.755586175 328399 77.20 70.35 6.855

In Surfer am creat un grid pe baza fişierului din Excel si apoi o harta conturală cu distribuţia presiunilor