Download - studiu geo conductibilitate

Transcript

SC MALG PROIECT SRL

SUCEAVA

INCERCARE DE DETERMINARE A CONDUCTIVITATII SOLULUI SI A APEI PENTRU OBIECTIVUL “POD METALIC BORSA”

DN 18 TRONSONUL MOSIEI IACOBENI

SUCEAVA MARTIE 2012

PREMIZE TEORETICE

Proprietățile electrice ale solului sunt caracterizate prin rezistivitatea p a acestuia. În ciuda definiției relativ simple a rezistivității p, prezentată anterior, determinarea valorii acesteia este adesea dificilă din două motive:

♦ solul nu are o structură omogenă ci este format din straturi de materiale diferite

♦ rezistivitatea unui anumit sol variază în limite largi (tabelul 1) şi este puternic dependentă de gradul de umiditate

Calcularea rezistenței solului presupune o bună cunoaştere a proprietăților acestuia, în

particular a rezistivității. Ca urmare, variația în limite largi a rezistivității p constituie o mare problemă. În multe situații practice se acceptă o structură omogenă a solului, cu o valoare medie a rezistivității p, aceasta fiind estimată pe baza unor analize ale solului sau a unor măsurători.

Există tehnici elaborate pentru măsurarea rezistivității solului. Un aspect important este ca distribuția curentului în straturile de sol, existentă în timpul măsurătorilor, să o simuleze cât mai fidel pe cea a instalației finale. În consecință, rezultatele măsurătorilor trebuie întotdeauna interpretate cu precauție.

Dacă nu se dispune de informații reale asupra valorii lui p, se acceptă valoarea prezumată p =100 Qm.

Totuşi, aşa cum se indică în tabelul 1, valorile reale pot fi foarte diferite, astfel încât trebuie avute în vedere teste de verificare în instalația finală, împreună cu o estimare a variațiilor posibile determinate de condițiile climatice şi de uzura în timp.

O altă problemă la determinarea rezistivității solului o reprezintă conținutul de umiditate care se poate schimba în limite largi, depinzând de amplasarea geografică şi de condițiile atmosferice, de la o valoare nesemnificativă a umidității, pentru regiunile deşertice până la valori de circa 80 % pentru regiunile mlăştinoase.

Rezistivitatea solului depinde în mod semnificativ de acest parametru. În figura 2 este indicată dependența dintre rezistivitate şi umiditate pentru argilă. Se poate observa aici că, pentru valori ale umidității mai mari de 30 %, modificările rezistivității p sunt foarte lente şi practic nesemnificative. Totuşi, când solul este uscat, respectiv valori ale umidității relative h mai mici de 20 %, rezistivitatea creşte foarte rapid.

Tipul solului Rezitivitatea solului p [Qm] Domeniu de valori Valoare medie

Sol mlăştinos 2 - 50 30 Argilă 2 - 200 40 Mâl şi argilă nisipoasă, humus 20 - 260 100 Nisip şi pământ nisipos 50 - 3000 200 (umed) Turbă > 1200 200 Pietriş (umed) 50 - 3000 1000 (umed) Piatră şi pământ pietros 100 - 8000 2000 Beton: 1 parte ciment + 3 părţi nisip 50 - 300 150 Beton: 1 parte ciment + 5 părţi pietriş 100 - 8000 400

Tabelul 1 -Rezistivitatea solului p pentru diferite tipuri de sol şi beton [2,3]

În regiunile cu climă temperată, de exemplu în țările europene, rezistivitatea solului se modifică în timpul anotimpurilor datorită dependenței rezistivității de umiditatea solului. Pentru Europa, această dependență are o formă aproximativ sinusoidală, valoarea maximă a rezistenței prizei de pământ fiind atinsă în februarie, iar valoarea minimă în august. Valorile medii sunt obținute în lunile mai şi noiembrie. Valoarea din februarie este cu aproximativ 30 % mai mare decât valoarea medie, în timp ce în august ea este cu circa 30 % mai mică decât media [4].

Trebuie reamintit că efectul înghețului este similar cu cel al secetei ‐ rezistivitatea creşte în mod semnificativ.

Din aceste motive, calculul rezistenței solului şi proiectarea prizei pot fi realizate numai până la un nivel limitat de acuratețe.

ANALIZA REZISTIVITATII POD BORSA LOCALIZARE

Incercarea s‐a efectuat la comanda beneficiarului “Shapir structure SRL” şi a constat în prelevare de probe geotehnice de la locația indicată de beneficiar, prelucrarea acestora în laboratorul SC MALG PROIECT SRL Suceava, efectuarea încercărilor, şi elaborarea studiului prezent.

Coordonatele în sistem Stereo 70 ale locului de recoltare a probei sânt:

N 679894.62 E 483374.62

Adâncimea de recoltare a probei este de 0.60m

PARAMETII GEOTEHNICI

Din punct de vedere geologic proba este o argilă nisipoasă cu elemente de pietriş mărunt până la 3 mm diametru

Din punct de vedere al granulometriei s‐au pus în evidență trei clase principale (grosier)analiza pentru clasele sub 0.5 mm ne fiind relevantă

Astfel am obținut

CLASA GRANULOMETRICA % 3‐1 18

1.5‐0.5 30 >0.5 52

Ideea de bază a încercării a fost determinarea limitelor superioare şi inferioare de

plasticitate pentru a efectua măsurătorile de rezistivitate în intervalul de umidități cuprins între aceste limite, cu un anumit ecart valoric

De asemenea s‐au determinat parametrii geotehnici de baza ai probei Aceştia sânt: ‐ densitatea în stare naturală 1.84 g/cm3 ‐ densitatea scheletului 2.17 g/cm3 ‐ pH = 6.2 ‐ porozitate 15 % ‐ umiditate naturală 18.08% ‐ limita inferioară de plasticitate WP=15.89% ‐ limita inferioară de plasticitate WL=29.21%

In primă fază s‐a încercat determinarea directă a rezistivității probelor, cu diferite grade de umiditate, cuprinse între limitele de plasticitate, dar s‐a observat că nu este asigurată repetabilitatea experimentului şi nici valori fixe ale rezistivității

Acest fapt se datorează posibil anizotropiei specimenelor analizate, dată de prezența porilor umpluți cu aer (dielectric), precum şi a fragmentelor gresoase de dimensiuni mai mari cu rezistivități diferite, ce ar putea crea un efect de micro condensatori.

Având în vedere aceste aspecte s‐a procedat în următorul fel ‐ s‐a adus proba la masă constantă prin uscare în etuvă timp de 24 h ‐ s‐a măcinat proba prin mojarare eliminându‐se porozitatea ‐ s‐a eliminat clasa granulometrică 3‐1 mm prin cernere ‐ s‐au re creat probe cu umidități determinate prin adăugarea de apă recoltată în zonă ‐ s‐au executat cilindri cu diametrul 3 mm şi lungime de 10 mm din materialul rezultat ‐ s‐au efectuat măsurători de rezistivitate

In paralel s‐au executat măsurători de rezistivitate şi analize chimice pe apa recoltată în zonă INTERPRETAREA REZULTATELOR APA

‐ pH 6.3 ‐ duritate 9.6 grade germane ‐ mineralizație 98.54 mg/l ‐ reziduu fix 283 mg/l ‐ rezistivitate 97 Ω/cm

SOL ‐ pH 6.3 ‐ porozitate 15 % ‐ umiditate naturală 18.08% ‐ limita inferioară de plasticitate WP=15.89% ‐ limita inferioară de plasticitate WL=29.21% ‐ densitatea în stare naturală 1.89 g/cm3 ‐ densitatea scheletului 2.17 g/cm3 ‐ rezistivitate inferioară 132 Ω/cm pentru W = 16% ‐ rezistivitate superioară 252 Ω/cm pentru W = 28%

PROPUNERI SI RECOMANDARI In vederea protecției la coroziune a obiectivului propunem protecția catodică cu anozi

de sacrificiu Protecția catodica cu anozi de sacrificiu este o metoda electro‐chimica de protecție

împotriva coroziunii ce se aplica construcțiilor metalice in contact cu solul, apa marilor, sau atmosfera (conducte de otel pentru transportul fluidelor, stâlpi metalici de susținere, rezervoarele, cazanele, coloanele de extracție, cablurile etc ) Principiul metodei de protecție catodica consta in modificarea potențialului de coroziune al sistemului metalic de protejat spre valori atât de negative încât coroziunea sa nu mai poată avea loc. Protecția catodica cu anozi de sacrificiu se realizează practic prin fixarea pe suprafața metalica de protejat a unor bare, placi, benzi metalice speciale denumite anozi de sacrificiu, sau anozi solubili, sau anozi activi. Anozii de sacrificiu sunt alcătuiți dintr‐un metal sau aliaj cu potențial de coroziune in mediul dat mai negativ decât al metalului de protejat.

Ex pentru protecția sistemelor pe baza de Fe, se folosesc Zn, Al, Mg si aliajele lor .

Reacțiile chimice in coroziunea cu depolarizare de hidrogen sunt: In medii acide: (‐) M→M+z +ze‐ Reacție de ionizare a metalului (oxidare), (‐) Fe→ Fe+2 + 2e‐

si (+) zH++ze‐ →z/2 H2 Reacție de depolarizare (reducere), (+) 2H+ + 2e‐→ H2

Reacție globala: M+ zH+ → M+z + z/2 H2 , Fe + 2H+→ Fe+2 + H2

In medii neutre si alcaline: (‐) M→M+z +ze‐ Reacție de oxidare, (‐) Fe→ Fe+2 + 2e‐ (+) zH2O+ze →zOH‐ + z/2 H2 Reacție de depolarizare (reducere), (+) 2H2O+2e

‐ →2OH‐ + H2 Reacție globala: M + zH2O→ M+z + zOH‐ + z/2 H2, Fe + 2H2O →Fe+2 + 2OH‐ + H2 Coroziune cu depolarizare de oxigen: In medii acide: (‐) M→M+z +ze‐ Reacție de oxidare, (‐) Fe→ Fe+2 + 2e‐ (+) zH++z/4 O2 +ze

‐ → z/2H2O Reacție de depolarizare, (+) 2H++1/2 O2 +2e

‐ → H2O Reacție globala: M+ zH++z/4 O2 → M+z +z/2H2O, Fe+ 2H

++1/2 O2 → Fe+2 +2H2O In medii neutre si alcaline: (‐) M→M+z +ze‐ Reacție de oxidare, (‐ ) Fe→ Fe+2 + 2e‐ (+) z/2 H2O +z/4O2+ze→ zOH‐ Reacție de depolarizare (reducere), (+) H2O +1/2O2+2e

‐→ 2OH‐

Reacție globala: M+z/2 H2O +z/4O2 →M(OH)z , Fe+ H2O +1/2O2 →Fe(OH)2 Eficienta protecției catodice cu anozi de sacrificiu este asigurata de menținerea constanta a potențialului de protecție impus. Controlul protecției catodice se realizează prin măsurarea potențialului de coroziune al sistemului metalic de protejat fata de un electrod de referința prin intermediul unui voltmetru electronic

BREVIAR DE CALCUL

Benefeciar: S.C. SHAPIR — STRUCTURES S.R.L. BUCURESTI

Obiectiv Pod Borşa

ANALIZA CHIMICA A APEI

ANALIZA CHIMICA

Nr.

Crt.

INCERCARI

DETERMINATI

U.M. VALORI

DETERMINATE

STAS

1. pH Unitati pH 6,3 SR ISO/10523/97

2. Azotați (NO3) mg NO3 3,17 SR IS0/7890‐3/ 2000

3. Azotiți (NO2 ) mg NO2 0,029 SR ISO‐26777/ 2006

4. Amoniu (NH4) mg NH4 0,397 SR 150‐7150/1

5. Cloruri (CF) mg /1 13,19 SR ISO‐9297/ 2001

6. Calciu (Ca2+) mg /1 81,76 SR ISO‐6058/ 2008

7. Suspensii mg /1 2,052 SR EN‐872/2005

8. Duritatea totala Grade de duritate 9,76 STAS‐6059/2

CONDUCTIVITATEA ELECTRICA

1. Conductivitatea

( i li hidă)

μS/cm –(mg/l)

20 d C

405 SR EN‐27888/ 1997

2. Rezidul fix

(i lid )

mg /1 283 STAS‐9187/84

Executat Verificat:

Tehn. Mihai Paraschiva Ing. geolog Daniel Murariu

DETERMINAREA UMIDITATII NATURALE a terenului DESCRIERE: Argilă galbenă nisipoasă PROVENIENTA Pod Borşa

MASA UDA (g) MASA USCATA

(g) TARA (g) W (umiditate) % PROBA 1 67.6 60.26 18.17 17.44 PROBA 2 76.35 67.34 18.16 18.32 PROBA3 81.73 71.85 18.36 18.47

18.08 DETERMINAREA REZISTIVITATII DESCRIERE: Argilă galbenă nisipoasă PROVENIENTA Pod Borşa

UMIDITATE W=100% W=28% W=22% W=18% PROBA APA (Ω/cm) PROBA 1

(Ω/cm)PROBA 2 (Ω/cm)

PROBA3 (Ω/cm)

MASURATOAREA 1 97 136 180 253 MASURATOAREA 2 98 137 180 256 MASURATOAREA 3 96 135 180 259

MEDIA 97 136 180 256

In urma analizei graficului de mai jos rezultă că pe intervalul de plasticitate stabilit rezistivitatea variază de la 132 Ω/cm pentru o umiditate de 16% până la 284 Ω/cm pentru limita superioară de plasticitate de 30%, după care argila devine fluidă Pentru umidități mai mici se poate folosi graficul anexat. Executat Intocmit tech. Bilaseschi V ing Daniel Murariu

0 100

500

umiditate %

rez

istiv

ita

te ohm

/cm

domeniul

plastic

132

284

grafic umiditate rezistivitate