UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETI CATEDRA DE CONSTRUCII HIDROTEHNICE

CONTRACT Nr. 436 / 22.12.2009 NORMATIV

STABILIREA NCRCRILOR I A GRUPRILOR DE NCRCRI PENTRU CONSTRUCII HIDROTEHNICE DE RETENIE. REVIZUIRE PE 729/89FAZA 1

RECTOR EF CATEDR

Prof.univ.dr.ing. Iohan NEUNER Prof.univ.dr.ing. Dan STEMATIU

RESPONSABIL CONTRACT Prof.univ.dr.ing. Adrian POPOVICI

BUCURETI, IANUARIE 2011

1

ncrcri i grupri de ncrcri pe construciile hidrotehnice de retenie

Cuprins 1. Obiectul normativului 2. Domeniu de aplicare 3. Definiii i termeni 4. Clasificarea aciunilor 5. Coeficieni i grupri ale aciunilor (ncrcrilor) 6. Greutatea proprie 7. Aciunea apei 8. mpingerea pamntului 9. Aciunea valurilor 10. Aciunea gheii 11. Aciunea variaiilor climatice de temperatur 12. Aciunea seismic Bibliografie Anexe

2

1. Obiectul normativului Normativul se refer la stabilirea ncrcrilor i a gruprilor de ncrcri pentru dimensionarea i verificarea construciilor hidrotehnice de retenie, a fundaiilor lor i a unor elemente structurale specifice. n cadrul prezentului normativ se revizuiesc prescripiile din normativul departamental PE 729-89 aplicat pentru construciile hidroenergetice din cadrul fostului Minister al Energiei Electrice i se armonizeaz cu reglementarile existente n Uniunea Europeana. 2. Domeniu de aplicare Normativul se aplic la proiectarea construciilor hidrotehnice de retenie noi precum i la verificarea celor existente din cadrul amenajrilor resurselor de ap i anume: baraje de beton i din umpluturi, stvilare, echipamente hidromecanice din frontul barat, conducte i galerii de golire, diguri de conturare a lacurilor de acumulare, centrale hidroelectrice i ecluze din frontul barat, prize de ap de mic i mare presiune. Alte construcii care pot fi amplasate n frontul barat: poduri peste deversoare, suprastructurilor centralelor hidroelectrice, case de vane, cldiri anexe etc. nu constituie obiectivul prezentului normativ, ele se proiecteaz conform reglementrilor specifice n vigoare. 3. Definiii i termeni Definiiile i termenii folosii n normativ sunt parial preluai din SR EN1990:2004. Bazele proiectrii structurilor termeni referitori la aciuni i uneori corectai pentru a corespunde particularitailor construciilor hidrotehnice . Aciune (F) a) Set de fore (ncrcri) aplicate asupra structurii (aciune direct); b) Set de deformaii impuse sau acceleraii cauzate, de exemplu, de schimbri de temperatur, variaie de umiditate, tasri difereniate sau cutremure (aciune indirect).

3

Efect al aciunii (E) Efect al aciunilor (sau efect al aciunii) asupra elementelor structurale, (de exemplu fora intern, moment, solicitare, deformaie) sau asupra ntregii structuri (de exemplu deplasare, rotire) Aciune permanent (P) Aciune continu pentru care variaia n timp a mrimii este neglijabil, sau pentru care variaia este mereu n aceai direcie (monoton) pna cnd aciunea atinge o anumit valoare limit . Aciune temporar (T) Aciune cu o intensitate variabil n timp sau n mod intermitent i care n anumite perioade poate s lipseasc. Aciune cvasipermanenta de lung durat (C) Aciune care se aplic pe durate lungi sau n mod frecvent, cu intensitai variabile sau practic egal cu valoarea caracteristic. Aciune variabil de durat scurt (V) Aciune a crei intensitate variaz sensibil n intervale lungi de timp. timp sau care poate lipsi pe

Aciune exceptional (accidental) (E) Aciune care are intensiti semnificative dar care apare foarte rar, eventual chiar niciodat pe durata de exploatare a construciei hidrotehnice. Aciune geotehnic Aciune transmis structurii de ctre sol, umplutur, ap subteran. Aciune fix Aciune care are o distrubuie i poziie fix asupra structurii sau elementului structural astfel ncat mrimea i direcia aciunii sunt determinate fra ambiguitate pentru toat structura sau pentru elementul structural dac mrimea i direcia sunt determinate ntr-un punct pe structur sau pe elementul structural. Aciune liber Aciune care poate avea diverse distribuii spaiale pe ntreaga structur. Aciune independent Aciune care poate fi presupus statistic independent n timp i spaiu faa de orice alt aciune care se aplic pe structur. Aciune static Aciune care nu provoac acceleraii semnificative structurii sau elementelor structurale.

4

Aciune dinamic Aciunea care provoac acceleraii semnificative structurii sau elementelor structurale. Aciune cvasistatic Aciune dinamic reprezentat printr-o aciune static echivalent ntr-un model static. Valoare caracteristic a unei aciuni (Fk) Valoare principal reprezentativ a unei aciuni.NOTA n msura n care o valoare caracteristic se poate exprima statistic, aceasta poate fi aleas s corespund unei probabilitti prescrise de a nu fi depasit defavorabil n timpul unei perioade de referint tinndu-se seama de durata de via proiectat a structurii i de durata situaiei proiectate.

Durata de referin Perioada de timp aleas care se utilizeaz ca baz pentru evaluarea aciunilor variabile statistic, i uneori pentru aciuni accidentale. Valoare de grupare a unei aciuni temporare (0 T) Valoare aleas pn acum stabilit pe baze statistice astfel nct probabilitatea ca efectele cauzate de grupare sa fie depite este aproximativ aceeai cu efectul cauzat de valoarea caracteristic a unei aciuni individuale. Poate fi exprimat ca o parte determinat din valoarea caracteristic printr-un coeficient 0 1. Valoare frecvent a unei aciuni temporare (1 T) Valoare determinat pn acum aleas statistic astfel ncat ori timpul total, n cadrul perioadei de referina, n timpul creia este depsit, nu reprezint dect o mic parte a perioadei de referina, ori frecvena ce este depsit este limitat la o valoare dat. Poate fi exprimat ca o parte determinat din valoarea caracteristic printr-un coeficient 1 1. Valoare cvasipermanent a unei aciuni temporare (2 T) Valoare determinat astfel ncat perioada total de timp pentru care aceasta va fi depasit, reprezint o parte important din perioada de referin. Poate fi exprimat ca o parte determinat din valoarea carcteristic printr-un coeficient 2 1. Valoare asociat a unei aciuni temporare ( T ) Valoare a unei aciuni temporare care nsoeste aciunea principal ntr-o grupare. NOTA - Valoarea asociat unei aciuni temporare poate fi valoarea de grupare, valoarea frecvent sau valoarea cvasipermanent. Valoare reprezentativ a unei aciuni (F rep) Valoare folosit pentru verificarea unei stri limit. O valoare reprezentativ poate fi valoarea caracteristic (Fk) sau o valoare asociat. (( Fk ) 5

Valoare de calcul a unei aciuni (Fd) Valoarea obinut prin multiplicarea valorii representative cu un coeficient parial f. NOTA Produsul dintre valoarea reprezentativ i coeficientul parial F = Sd x f poate fi considerat ca valoarea de calcul a unei aciuni. Grupare de aciuni Set de valori de calcul care permite verificarea fiabilitaii structurale la o stare limit sub influena simultan a diferitelor aciuni. 4. Clasificarea aciunilor Aciunile asupra construciilor hidrotehnice de retenie se clasific n functie de durat, respectiv de frecvena i intensitatea cu care apar n timpul execuiei sau exploatrii construciilor . Clasificarea aciunilor se prezint n Tabelul 4.1. Tabelul 4.1 Nr. crt. 1. Categoria aciunii Permanente Simbol P Caracterizare Aciune pentru care variaia n timp a mrimii este neglijabil sau pentru care variaia este mereu n aceai direcie (monoton) pna cnd aciunea atinge o anumit valoare limit. Aciune cu o intensitate variabil n timp sau n mod intermitent i care n anumite perioade poate s lipseasc. Aciune care se aplic pe durate lungi sau n mod frecvent cu intensiti variabile sau practic egal cu valoarea caracteristic. Aciune a carei intensitate variaz sensibil n timp sau care poate lipsi pe intervale lungi de timp. Aciune care are intensitai semnificative dar care apare rar, eventual chiar niciodat pe durata de exploatare a construciei hidrotehnice.

2.

Temporare 2.1. Cvasipermanente de lung durat 2.2. Variabile de scurt durat

T C V E

3.

Excepionale (Accidentale)

Aciunile permanente (P) includ dupa caz urmatoarele ncrcri: greutatea proprie a corpului barajului, greutatea proprie a echipamentelor tehnologice permanente, 6

greutatea lesturilor care contribuie la asigurarea stabilitii construciei, fore din precomprimarea corpului barajului cu ancore pretensionate, starea de eforturi iniiale (ngheate) la injectarea rosturilor de contracie a barajelor arcuite. In categoria aciunilor temporare cvasipermanente de lung durat (C) se includ ncarcri ca: - presiunea apei corespunzatoare nivelului reteniei normale (NRN) n bieful amonte al construciei de retenie . Prin NRN se nelege nivelul maxim al reteniei n condiiile exploatrii normale a acesteia, exceptnd nivelurile care pot apare la evacuarea debitelor maxime (de dimensionare, verificare) n condiii normale de exploatare. In presiunea apei se consider, dupa caz, urmtoarele componente: presiunea hidrostatic din bieful amonte; presiunea hidrostatic din bieful aval; subpresiunea (static i dinamic) pe conturul subteran al construcei de retenie n condiii normale de funcionare a lucrrilor de etanare drenaj; presiunea din infiltraia apei prin sistemul unitar construcie de retenie teren de fundare (presiunea apei prin rosturi sau fisuri, presiunea apei din pori, presiuni intersiiale); presiunea hidrostatic din conducte, galerii de golire corespunzatoare nivelului reteniei normale (NRN) la priza de ap.

- mpingerea activa a pmntului inclusiv a aluviunilor depuse n lacul de acumulare i a suprasarcinilor; -mpingerea muntelui n cazul construciilor subterane auxiliare construciilor hidrotehnice de retenie ; - aciunea variaiilor climatice de temperatur pentru anul cu amplitudinea medie de variaie a temperaturilor medii anuale; - ncrcri tehnologice i ncrcri utile diverse cu caracter cvasipermanent; - efecte din tasri i deplasri difereniate ale fundaiei cand acestea nu sunt rezultatul unor schimbri majore a structurii terenului de fundare; - ncrcri produse de efectul deformaiilor mpideicate (contracia betonului, reacii alcalii - agregate de umflare a betonului etc.) n categoria aciunilor temporare variabile de scurt durat (V) se includ ncrcri ca: - presiunea apei (din bieful amonte, din bieful aval, subpresiune) corespunzatoare nivelului maxim al apei n loc (NRM) n conditii normale de exploatare a construciei; - presiunea hidrodinamic a apei asupra deversorului la deversri corespunztoare nivelului maxim al apei n lac (NRM); - mpingerea gheei determinat pentru grosimea medie multianual;

7

- presiunea din aciunea valurilor produse de vnt, determinate pentru viteza medie multianual a vantului; - impactul cu corpuri plutitoare, nave. n categoria aciunilor excepionale (accidentale) (E) se includ: - presiunea apei (din bieful amonte, din bieful aval, subpresiune) corespunzatoare nivelului maxim al apei n lac (NRM) n conditii speciale de exploatare a constructiei (deteriorri ale sistemului de etansare-drenaj, fisuri la piciorul amonte pe contactul baraj fundaie etc); - aciunea seismic (efecte ineriale i hidrodinamice produse de cutremurul operaional OBE sau cutremurul de evaluare a siguranei SEE); - mpingerea gheii determinat pentru grosimea maxim multianual, precum i n cazul ruperii zpoarelor i a evacurii apelor mari n perioadele de iarna; - presiunea din aciunea valurilor produse de vnt determinate pentru viteza maxim multianual a vntului; - aciunea variaiilor climatice de temperatur pentru anul cu amplitudinea maxim de variaie a temperaturilor medii lunare. 5. Coeficieni i grupri ale ncrcrilor n conformitate cu SR EN 1990:2004 proiectarea la stri limit include: - stri limit ultime care implic securitatea oamenilor i/sau securitatea structurii; n unele cazuri n aceast categorie se includ i stri limit care implic protecia bunurilor; - stri limita de exploatare care implic funcionarea structurii sau a elementelor structurale n condiii normale de exploatare. Proiectarea la stri limit trebuie s se bazeze pe aplicarea unor stri limit relevante suficient de severe i variate astfel ncat s cuprind toate scenariile de aciuni efecte care pot aprea n timpul execuiei sau exploatrii construciei . Valoarea de calcul a unei aciuni (ncrcri) se determin prin nmulirea valorii caracteristice cu coeficientul ncrcrii (). Valoarea caracteristica a unei aciuni este o valoare reprezentativ a acesteia care trebuie specificat ca valoare medie, valoare superioar/inferioar sau valoare nominal. Valorile caracteristice ale ncrcrilor i distribuiile lor se determin conform prevederilor din capitolele 6 12 ale prezentului normativ sau n cazuri bine justificate pe baza altor reglementri sau fundamentri specifice . In funcie de starea limit la care se face calculul i categoria gruprilor de ncrcri (aciuni) se aleg coeficienii ncrcrii, conform tabelului 5.1.

8

Tabelul 5.1 Stri limit de calcul Stri limit ultime Stri limit de exploatare - ncrcrile se consider de regul cu valorile lor carcateristice - n cazurile de grupri care includ mai multe ncrcri temporare variabile de scurt durat (V) Coeficientul ncrcrii Verificarile la care se utilizeaz Verificri la strile limit ultime de rezisten i stabilitate n cazul gruprilor fundamentale Verificri la strile limit unde intervin efecte de durat i verificri la aciunea gruprilor speciale.

1.00 d < 1.00

n cazul ncrcrilor permanente (P) valorile coeficienilor ncrcrilor se determin conform tabelului 5.2. Nr.crt. 1. 2. 3. 4. Tipul ncrcrii Greutatea proprie a construciei de retenie i a echipamentelor tehnologice Greutatea proprie a cmuelii golirilor de fund sau a tunelelor de acces. Greutatea umpluturilor Efectul precomprimrii - prin tensionarea armturilor - prin injectare (la lucrri subterane) Eforturi iniiale la nchiderea rosturilor 1,10 0,90 Tabelul 5.2 maxim minim 1,05 1,10 1,10 0,95 0,90 0,90

1,10 1,00

0,90 0,80

5.

La determinarea valorilor de calcul limit ale aciunilor pentru coeficientul ncrcrii se alege valoarea maxim sau minim, astfel ca n cadrul gruprii de ncrcare sa se obin combinaia cea mai defavorabil.

9

n cazul ncrcrilor temporare cvasipermanente de lung durat (C), valorile coeficienilor ncrcrilor se determin conform tabelului 5.3. Tabelul 5.3

Nr.crt. Tipul incrcrii Presiunea i greutatea apei (hidrostatic din bieful 1. amonte i bieful aval, subpresiunea, presiunea din infiltraia apei prin sistemul baraj fundaie, presiunea apei din conducte i galerii de golire etc.). Presiunea apelor subterane pe camauiala 2. galeriilor i tunelurilor. mpingerea activ a pmantului 3. mpingerea muntelui 4. mpingerea vertical: - n cazul formrii parabolei de surpare - n cazul considerrii greutaii coloanei de roc pna la suprafa mpingerea lateral: - componenta uniform radial - componenta are o direcie oarecare Efectul variaiilor climatice de temperatur 5. Efectul diferenei de temperatur a apei i a 6. masivului exterior 7. ncrcri tehnologice i ncrcri utile 8. Tasri i deplasri neuniforme 9. ncrcri produse de efectul deformaiilor mpidicate, fenomene de contraia betonului, umflarea betonuluix)

1,00 1,20 (0,80) 1,20 1,50 1,20 1,20(0,80) 1,30 1,10 1,20 1,20x) 1,20 1,10

Coeficientul ncrcrii corespunde numai pentru incrcri statice. La determinarea valorilor de calcul limit ale aciunilor pentru coeficientul ncrcrii , se alege valoarea maxima sau minim (dat n parantez), astfel ca n cadrul gruparii de ncrcare s se obin combinaia cea mai defavorabil. n cazul ncrcrilor temporare variabile de scurt durat (V) valorile coeficienilor ncrcrilor i d se determin conform tabelului 5.4. Tabelul 5.4. Nr.crt. Tipul ncrcrii

d

10

1.

2. 3. 4. 5. 6.

Presiunea apei (hidrostatic, subpresiunea, presiunea din infiltraia apei prin sistemul baraj fundaie i din pori, presiunea n conducte i galerii de golire etc.), n condiiile nivelului apei din bieful amonte corespunztor debitului maxim evacuat n condiiile normale de exploatare. Presiunea hidrodinamic a apei asupra deversorului Presiunea de injecii la lucrri subterane. mpingerea gheii Presiunea datorit aciunii valurilor mpingerea corpurilor plutitoare i a navelor

1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,20

1,00 1,00 1,00 0,6 0,6 0,8

NOTA: Coeficienii ncarcarilor i d corespund numai pentru ncrcri statice Aciunile (ncrcrile) excepionale (E) care se includ numai n gruprile speciale se consider cu coeficientul incrcrii =1. Coeficienii ncrcrilor pentru aciuni (ncrcri) care nu au fost specificai n tabelele 5.1.5.4 vor fi stabilii n tema de proiectare odat cu valoarea caracteristic a aciunilor. Calculul i verificarea structurilor i elementelor structurale ale construciilor de retenie se fac la combinaiile cele mai defavorabile, practic posibile, ale diferitelor aciuni (ncrcri) denumite grupri de ncrcri. Gruprile de ncrcri se alctuiesc pentru fiecare perioad din viaa construciei de retenie . perioada de execuie; perioada de exploatare; perioada de revizii i reparaii.

Valorile de calcul ale aciunilor (ncrcrilor se stabilesc n funcie de condiiile specifice pentru fiecare din perioadele de viaa ale construciei de retenie. Gruprile de ncrcri sunt de dou categorii: grupri fundamentale i grupri speciale.

n gruprile fundamentale se includ: ncrcrile permante (P), ncrcri

11

cvasipermantente de lunga durata (C) a cror aciune simultan este posibil, ncrcri temporare de scurt durat (V) a cror aciune simultan cu a celor cvasipermanente este posibil. n gruprile speciale se includ: ncrcrile permante (P), ncrcri cvasipermantente de lunga durata (C), ncrcri temporare de scurt durat (V) i o singur ncrcare excepional (E). n stabilirea ncrcrilor C,V,E din grupri se vor avea n vedere probabilitaile de producere simultan. ncrcrile temporare cvasipermanente de lung durat (C) i temporare variabile de scurt durat (V), a cror aciune simultan este posibil, se iau n considerare atunci cand efectele lor sunt defavorabile pentru calculul la starea limit respectiv. n cazurile cnd ntr-o grupare de ncrcri se includ mai multe ncrcri temporare variabile de scurt durat (V), valorile lor de calcul se obin din valorile caracteristice corectate cu coeficienii de ncrcare d (Tabelul 5.4). Gruprile de ncrcri se alctuiesc funcie de starea limit la care se face calculul conform tabelului 5.5. Nr. crt. 1. 2. Starea limit la care se face verificarea Stri limita ultime de rezisten i stabilitate Stri limit de exploatare in condiii normale - starea limit de finisare -starea limit de deformaie Tabelul 5.5 Grupri de ncarcari Fundamentale Speciale i Pi + i C i + iVi Pi + C i + i d Vi + E1 i = 1..n i = 1..n Pi + C i + iVi I= 1..n

Not: n valorile de calcul ale aciunilor (ncarcrilor) cu caracter dinamic se va lua n consideraie coeficienii dinamici de amplificare. n cazul unor construcii de retenie de importan deosebit (clase de importan I sau II sau categorii de importan A sau B) se pot stabili prin tema de proiectare i alte grupri de ncrcri pe baza unor justificari tehnice corespunzatoare.

12

6. Greutatea proprie Greutatea proprie este o ncrcare permanent care se aplic treptat pe msura execuiei construciei de retenie, pna ajunge la valoarea limit practic constant n timp la terminarea construciei . Greutatea proprie pe construciile de retenie este compus dupa caz din urmtoarele ncrcri: greutatea proprie a corpului barajului, greutatea proprie a echipamentelor tehnologice permanente, greutatea lesturilor i fore din precomprimare care contribuie la asigurarea stabilitaii construciei. n fazele de proiectare a construciilor de retenie, daca nu exist date stabilite pe baz de ncercri n laborator sau pe piste experimentale, se admite a se considera la dimensionarea construciilor de retenie urmtoarele greutai volumice ale corpului barajului: baraje din beton cu agregate cu granula maxim de 30 mm b=24..24,5 kN/m3 cu agregate cu granula maxim de 120mm b=24,5..25,5 kN/m3 baraje din beton cilindrat (rolcret): b=23...25 kN/m3 baraje din pmnt stabilizat (soil cement) baraje (umpluturi) din anrocamente (vibrocompactate): - anrocamente din roci eruptive anrocamente din roci metamorfice i sedimentare p=21...23 kN/m3 p= 21...23 kKN/m3 p= 20...25 kN/m3

baraje (umpluturi) de pmnt (compactat) argile, argile nisipoase n stare de umiditate natural p= 18...21 kN/m3 nisipuri argiloase, nisipuri n stare de umiditate natural p= 18..22 kN/m3 - nisipuri n stare saturat p= 20..24 kN/m3 - pietri i balast n stare de umiditate natural p= 18..20 kN/m3 - pietri i balast n stare saturat p= 20..22 kN/m3 - bolovani n stare de umiditate natural p= 17..19 kN/m3 - bolovani n stare saturat p= 19..21kN/m3 Greutatea volumic a materialelor din corpul barajelor se va urmri n permanen pe parcursul execuiei n conformitate cu proceduri stabilite prin reglementri specifice. Greutatea specific a apei se va considera de regul a=10 kN/m3. Dac apa conine debit solid n suspensie, greutatea specific se poate considera pn la maximum a=10.5 kN/m3. n asemenea cazuri se vor face prelevri de probe de ap cu particule solide n suspensie pentru care s se fac n laborator determinri ale greutaii specifice.

13

Greutatea proprie este o ncrcare care apare treptat pe msura execuiei barajului . Uneori sistemul static al barajului pe perioada execuiei poate fi diferit de cel din perioada de exploatare (cazul barajelor arcuite cu rosturi de contracie deschise n perioada execuiei care se injecteaz nainte de intrarea n exploatare a barajului). n terenul de fundare exist o stare iniial de eforturi (litostatice); n timpul excavaiilor se produce o decomprimare a terenului iar pe masura execuiei barajului o rencrcare. n cazul barajelor ncadrate la clasele de importana I i II sau categoriile de importan A i B raspunsul barajului (deplasri, deformaii, eforturi) la ncarcarea din greutatea proprie se va determina cu considerarea programului calendaristic de execuie a lucrrii. Calculele se vor face tridimensional pentru ansamblul unitar baraj teren de fundare de preferin prin metoda elementelor finite (MEF). In cazul barajelor de beton i beton cilindrat ncadrate la clasele de importan I i II sau categoriile de importana A i B, dupa terminarea construciei ndeplinirea greutilor volumice considerate n fazele de proiectare se va verifica prin prelevri de carote din corpul barajelor pe baz de reglementri specifice. Prelucrrile statistice ale determinrilor greutailor volumice ale carotelor se vor referi la valoarea medie (Xm) i coeficientul de variaie (cv). Avnd un ir de determinri de greutai volumice Xi (i=1n) relaiile de calcul pentru Xm i cv sunt urmtoarele: Xm = 1

iXin

n

cv =

Xm

(6.1)

unde este abaterea standard (abaterea medie ptratic):

=

i( X1

n

i

X m )2pentru n 30 (6.2)

n 1

=

i( X1

n

i

X m )2 npentru n 30 (6.3)

n cazurile cnd Xm este mai mic dect valoarea considerat n proiectare i cv nu se ncadreaz n intervalul 0.001.0.008 se vor analiza msurile necesare pentru asigurarea siguranei n exploatare a construciei respective.

14

7. Aciunea apei 7.1 Aspecte generale

Aciunea hidraulic apei reprezint principala ncrcare pe construciile hidrotehnice de retenie. Ea se poate ncadra la aciuni temporare cvasipermanente (P) cnd se evalueaz pentru nivelul de retenie normal n bieful amonte (NRN), la aciuni variabile de scurt durat (V) cnd se evalueaz pentru nivelul de retenie maxim (NRM) n bieful amonte i funcionare normal a sistemului de etanare drenaj a fundaiei sau la aciuni excepionale (E) cand se evalueaz pentru NRM n bieful amonte i sistemul de etanare - drenaj a fundaiei deteriorat. Aciunea apei (presiuni hidrodinamice) produs de valuri, ghia sau cutremure se trateaza n capitole separate.

Presiunile hidrostatice i hidrodinamice acioneaz normal pe suprafaa de aplicare. In cazul barajelor din materiale zonate, presiunea hidrostatic se aplic pe elementul de etanare chiar dac acesta este plasat n interiorul corpului barajului (diafragme, nuclee la baraje din materiale locale). Tensorul presiunilor interstiiale sau din pori a apei este un tensor sferic. Presiunea apelor de infiltraie pe conturul subteran al unui baraj considerat etan se denumete uzual subpresiune. Conturul subteran al barajului este o linie de curent iar subpresiunea, ca orice presiune hidraulic, acioneaz normal pe suprafaa de aplicare.7.2. Presiunea hidrostatic amonte-aval pe paramentele barajelor Presiunea hidrostatic (pz) actionnd asupra paramentelor barajului sau a oricarei construcii care creaz retenii variaz liniar cu adncimea: pz= a Z (7.1)

unde a este greutatea specific a apei ( a= 10 kN/m3 sau n cazuri bine justificate a= 10,5 kN/m3) iar z adncimea punctului unde se calculeaz presiunea hidrostatic faa de planul oglinzii apei.

.

15

Fig. 7.1 Aciunea apei n profilul transversal al unui baraj de greutate.

n cazul unui profil transversal de baraj de greutate cu paramente nclinate (fig.7.1) forele hidrostatice care acioneaz asupra profilului barajului se calculeaz pentru 1 ml de baraj n lungul coronamentului pentru componentele lor orizontale i verticale: 1 o Forele hidrostatice orizontale: Ph, am = a H2 2 1 Ph, av = a h2 (7.2) 2 o Fortele hidrostatice orizontale: Pv, am =

1 a 1 x H2 2 1 Pv, av = a x h2 2

(7.3)

unde H este adncimea lacului la piciorul amonte al barajului, h adncimea apei la piciorul aval al barajului, 1 i nclinrile faa de vertical ale paramentului amonte i respectiv aval. Nivelurile apei n bieful aval se determin din cheia debitelor funcie de debitele ce urmeaz a fi deversate n gruparea de ncrcri la care se face calculul (debit salubru, debit de servitute, debit maxim cu o anumita probabilitate anual de apariie atenuat n lac etc.). n cazul cnd n bieful aval sunt variaii mari de nivel, pentru acest

16

bief se va considera nivelul critic, corespunztor situaiei celei mai dezavantajoase la starea limit de calcul luat n considerare. Nivelurile apei n bieful amonte, respectiv adncimile apei se consider funcie de clasificarea aciunii (C,V,E) din gruparea de ncrcri la care se face calculul. 7.3 Subpresiuni pe talpa de fundaie a barajelor. Presiunile hidrostatice amonte, aval se vor considera proporionale cu adncimea apei conform relaiei (7.1), de regul pn la piciorul amonte, respectiv aval al barajului. n acest caz subpresiunea acioneaza numai pe talpa de fundaie. n cazul barajelor de inalimi mici i mijlocii sau fundate la adncimi mari faa de cota terenului, presiunea hidrostatic la valoarea ei integral se poate considera numai pn la nivelul terenului n care este nglobat construcia. Presiunea apei pe conturul ngropat (subteran) al barajului, n aceast ipotez se determin pe baza pierderilor de sarcin liniare ale infiltraiei amonte-aval de-a lungul liniei de curent corespunztoare conturului ngropat al barajului. Subpresiunea pe talpa construciilor de retenie se poate descompune n dou componente: static i dinamic (fig.7.1). Subpresiunea static (Ss) depinde de nivelul apei n bieful aval, valoarea ei n orice punct de pe conturul subteran al talpii de fundaie fiind egal cu nlimea coloanei de ap din bieful aval din punctul respectiv. Subpresiunea dinamic (Sd) corespunde nivelului liniei piezometrice n punctul considerat de pe talpa barajului, msurat de la nivelul apei din bieful aval. n stabilirea diagramelor de supresiuni la proiectele noi de construcii de retenie se vor avea n vedere rezultatele monitorizarii subpresiunilor de la baraje existente. Unele rezultate din monitorizarea subpresiunilor se prezint pentru exemplificarea n figurile 7.2 i 7.3. n proiectarea construciilor de retenie ncadrate n clasele de importan I i II sau categoriile de importan A i B, diagramele de subpresiuni n diversele ipoteze de verificare se determin pe baza spectrului hidrodinamic al infiltraiilor prin terenul de fundare al construciei de retenie stabilit prin metode numerice de calcul (elemente finite, elemente de grani etc.) sau pe modele fizice (analogie electro-hidrodinamic) bii tridimensionale. n fazele preliminare al construciilor de retenie din clasele de importan I i II i la proiectarea construciilor hidrotehnice din clasele III, IV i V diagrama de subpresiune se stabilete funcie de msurile de etanare i drenaj al terenului de fundare, geologia terenului de fundare (discontinuitile din masa rocii, gradul de interconectare a fisurilor n reeaua de fisuri, variaia permeabilitaii n lung sau transversal pe zonele de forfecare sau pe falii, adncimea de fundare, calitatea contactului baraj-teren de fundaie, nlimea construciei de retenie).

17

Fig. 7.2. Diagrame normalizate de subpresiuni msurate la baraje de greutate i arcuite din Elveia

18

Fig. 7.3. Linii de egal presiune interstiial msurate i calculate n profilul transversal al unui baraj de greutate prevzut cu voal de etanare i reea de drenaj.

Diagrama de subpresiune se traseaz prin interpolri liniare pe baza evaluarii subpresiunilor n puncte caracteristice conform relaiei: ps = a hav + mi a Hd (7.4)

unde hav corespunde cu nlimea coloanei de ap din bieful aval fa de punctul unde se determin ps ; Hd este diferena de nivel dintre bieful amonte i bieful aval; mi coeficieni de subpresiune n punctele caracteristice. Punctele caracteristice cu notaiile folosite pentru coeficienii de subpresiune sunt urmatoarele: piciorul amonte (mam), voalul ecranul de etanare (m0), primul ir de drenuri (m1), al doilea ir de drenuri (m2), piciorul aval al barajului (mav, n general egal cu 0). n Tabelul 7.1 i figura 7.4 se dau coeficienii de subpresiune (mi) pentru construciile de retenie de clasa I de importan i pentru cele de clasa II cu nalimi H>50 m fundate pe roci fisurate prevzute cu lucrri de impermeabilizare. n cazurile cnd se dau dou valori pentru mi, valoarea de pe primul rnd (numrtor) corespunde funcionarii normale a sistemului de etansare-drenaj iar valoarea de pe rndul doi (numitor) situaiei cu sistem de etanare deteriorat i reea de drenaj colmatat. n cazul construciilor hidrotehnice de retenie cu inaltimi H 30 m, respectiv de clasele de importan III, IV i V precum i de clasa de importan II, fundate pe terenuri stncoase nefisurate, de buna calitate, ngropate n terenul de fundare pe o adncime de minimum 0.10H prevzute cu msuri constructive pentru o bun legtur pe contactul baraj-fundaie coeficienii din Tabelul 7.1 se pot reduce cu maximum 20%.

19

Tipul de baraj i msuri de etanaredrenaj n terenul de fundare

mam

Tabelul 7.1 Coeficieni de subpresiune m0 m1 m2 mav

1.Baraje de greutate i alte construcii hidrotehnice masive din beton care creaz retenii 1.1 Far sisteme de etanare i 1.00 drenaj. 1.2 Cu un singur rnd de drenuri 1.00

-

0.30 0.50-

-

0.000.00

1.3 Cu voal (ecran) de etanare

1.00

0.40 0.60 0.40 0.60 0.40 0.60 0.40 0.60 0.60 0.80 -

-

0.00

1.4 Cu voal (ecran) de etanare i 1.00 un rnd de drenuri 1.5 Cu voal (ecran) de etanare i 1.00 dou rnduri de drenuri 2. Baraje de greutate cu rosturi 1.00 lrgite, evidate i cu contrafori (n axul plotului) 3. Baraje arcuite 1.00

0.20 0.35 0.20 0.35

-

0.00

0.10 0.15

0.00

0.00

*

0.40 0.60 -

-

0.00

4. Baraje de greutate din rolcret 1.00 (beton cilindrat)

0.00

* n cazul barajelor evidate i cu contrafori la limita aval a capului (plcii) amonte. n cazul construciilor hidrotehnice de retenie cu avantradier legat etan de construcia hidrotehnic, diagrama subpresiunilor se determin considernd coeficienii de supresiune de la punctul 1.1 din tabelul 7.1 i cu mam deplasat la limita amonte a avantradierului.

20

Fig. 7.4. Diagrame de subpresiuni pentru condiii normale de funcionare a sistemelor de etanare i drenaj pentru baraje de greutate clasele de importan I i II n anumite condiii: 1 linia voalului de etanare, 2 linia primului rnd de drenuri, 3 linia celui de al doilea rnd de drenuri. n cazul cnd ntre corpul barajului deversor i radierul disipatorului de energie nu se asigura un rost deschis, prin care apa se poate infiltra liber, diagrama de subpresiuni se determin mutnd pozitia lui ma =0 de la piciorul aval al barajului n rostul aval urmtor deschis prin radierul disipatorului sau la limita aval a dispatorului de energie. n cazul construciilor hidrotehnice la care pe o anumita zon de contact baraj teren de fundare de la piciorul amonte se produc eforturi de ntindere, pe zona respectiv subpresiunea se va considera egal cu valoarea integral a presiunii hidrostatice din bieful amonte, adic zona respectiv de contact se va considera fisurat. n cazul drenajului forat (prin pompaj) se accept ca n seciunea forajelor de drenaj pentru gruprile fundamentale, subpresiunea s fie egal cu diferena de nivel ntre galeria de drenaj i talpa fundaiei barajului cu condiia monitorizrii permanente a funcionrii denajului i funcionrii sigure a sistemului de pompare care s fie alimentat cu dou surse independente de energie. n diagrama de subpresiuni n lungul barajelor de greutate cu drenaj forat se va considera c n rosturile dintre ploturi subpresiunea static se msoar de la nivelul apei din bieful aval, iar racordul cu subpresiunea din dreptul galeriei de drenaj se va face cu dou ramuri de parabole. n cazul barajelor cu rosturi lrgite, evidate sau cu contrafori n zona de evidare (cu roca fundaiei la zi) subpresiunea se va considera egal cu diferena ntre nivelul apei din bieful aval i cota rocii din zona de evidare. Racordarea pe direcia longitudinal a barajului cu subpresiunile din axul ploturilor sau contraforilor se va face cu ramuri de parabole.

21

7.4. Subpresiuni la ecluze n cazul ecluzelor amplasate pe canale sau n zone izolate de aciunea direct a biefurilor amenajrii, regimul pnzei subterane este determinat n principal de urmtoarele niveluri: - Nivelul amonte redus. Acest nivel reprezint nivelul care se stabileste imediat n aval de ecranele impermeabile din fundaie i de etanrile laterale prevzute la capul amonte; n cazul n care nu se dispune rezultatele unor cercetri adecvate, pierderile de sarcin de-a lungul conturului subteran al capului amonte, se pot detrmina prin metoda coeficienilor de rezisten hidraulic pe traseul dintre bieful amonte si bieful aval, respectiv pentru ecluze pe canal ntre portul de ateptare amonte i cel aval, considernd influena lucrrilor de etanare, a eventualelor drenuri etc. - Nivelul maxim al biefului aval corespunztor regimului hidrologic al cursului rului sau al lacului amenajrii din aval. - Nivelurile de curgere ale debitelor colectate n drenajele laterale realizate n umpluturile ecluzei. Modelele matematice si fizice de studiu al regimului infiltraiilor n jurul ecluzelor trebuie s in seama de caracterul tridimensional al curgerii i de condiiile limit stabilite de nivelurile menionate mai nainte. Practic se accept i o rezolvare aproximativ pe baza urmtoarelor prevederi: - In lungul ecluzei, curba de depresie se consider o parabol Dupuit ntre ordonata nivelului amonte redus la care este tangent i nivelul maxim bief aval; la ecluza cu mai multe trepte se va pune condiia ca aceast curb s nu coboare sub nivelurile minime ale apei n camerele adiacente ale ecluzei; de asemenea , curba de depresie se va plafona la cotele platformelor intermediare ale treptelor ecluzei. - n cazul ecluzelor cu drenuri longitudinale amplasate deasupra nivelurilor maxime ale biefului (treptei) aval de regul cu 1,00 1,50 m, curba de depresie va fi limitat superior de nivelurile de curgere din drenuri, admind urmtoarele: pantele de curgere din drenuri se accept de 0,5 - 0,2% debitele pierdute n limita unei camere a ecluzei duc la ridicarea nivelurilor pnzei subterane lng bajoaiere cu circa 0,10 Ha (dar minimum 1m) pentru umpluturi permeabile din terenuri nisipoase controlate si 0,3 - 0,4 Ha pentru umpluturi din argile prfoase; cderea activ Ha este diferena ntre nivelul apei din sas i fundul drenajului. Ca situaie excepional se va considera blocarea funcionrii drenurilor din umplutur i ridicarea corespunztoare a curbei de depresie. n cazul ecluzelor amplasate n zona de influen a biefurilor amenajrii, regimul infiltraiilor n jurul ecluzei se stabilete n funcie de poziia frontului de barare i a ecranelor de etanare care limiteaz aciunea biefului amonte; pentru ecluzele amplasate n amonte de aceste lucrri se vor lua ca niveluri de calcul cele corespunztoare biefului amonte. Ecluzele din avalul lucrrilor respective se trateaz similar celor izolate de aciunea direct a biefurilor amenajrii.

22

O situaie particular prezint ecluzele incluse n frontul de retenie n cazul n care acesta se prelungete de la capul aval (sau intermediar) spre capul amonte nchizndu-se n versant sau n linia digurilor de aprare; lucrrile de etanare n profunzime (voal, ecran) i cele de drenaj prevzute la fundaia barajului se execut n acest caz i sub sasul ecluzei. Diagramele subpresiunilor pe talpa sasului se determin de regul prin metode numerice de calcul (elemente finite, elemente de grani) sau experimental (analogia electro-hidrodinamic); de asemenea, se poate aplica metoda coeficienilor de rezistent hidraulic, considernd mai multe ipoteze de pierderi de presiune de-a lungul conturului subteran, pentru diferite trasee, la o serie de ploturi ale sasului ntre nivelurile biefurilor amonte i aval. n cazul ecluzelor fr radier sau cu radier permeabil, bajoaierele independente fundate pe roc de bun calitate i cu permeabilitate sczut - suport pe talpa de fundaie o diagram trapezoidal de subpresiuni avnd ca ordonate: nivelul maxim din sas, respectiv nivelul reglat de drenurile din spatele bajoaierului; calculul presiunilor pe paramentul exterior ecluzei se face ca n cazul ecluzelor cu drenuri longitudinale prezentat mai nainte. n limita zonei comprimat permanent pe contactul ecluz-teren de fundare, subpresiunile variaz liniar, fiind influenate i de lucrrile de etanare (voal, ecran), drenaj n fundaie; n amonte de sistemul de etanare subpresiunea se consider constant i egal cu nivelurile din bieful amonte. n partea dinspre paramentul amonte, dac apar zone de ntindere pe contactul ecluz-teren de fundare se va accepta ipoteza desprinderii construciei de pe roca de fundaie pe toat zona ntins, iar subpresiunea pe zona de deprindere se va lua constant cu valoare maxim. Nivelurile de scurt durat provenind din: - micarea nepermanent n avanporturi din procesul de ecluzare; - reglajul zilnic al puterii hidrocentralei; - eventuale deversri laterale la egalizarea nivelurilor n treptele succesive ale ecluzei, determin cotele construciilor i ale platformelor, precum i condiiile de verificare a stabilitii i rezistenei construciilor ecluzei, dar nu se vor putea folosi la determinarea nivelurilor de ap din umplutur; acestea din urm se vor stabili pe baza nivelurilor relativ de lung durat provocate de regimul hidrologic al curentului, de modul de exploatare a acumulrii i n general de elementele care definesc micarea cu carcter permanent. Nivelurile pnzei freatice din umpluturile longitudinale ale ecluzei au n general variaii foarte lente n timpul unei zile; n calcule se admite considerarea unor decalaje n sens defavorabil ale nivelurilor apei din ecluz i cele din umplutur.

23

7.5. Presiuni din infiltraia apei prin sistemul construcie de retenie din beton teren de fundare n cazul unei construcii hidrotehnice de retenie din beton n care nu exist galerii, sisteme de drenaj, goluri, fisuri, cu rosturile de contracie etane, variaia presiunii apei din pori n profil transversal se consider liniar de la valoarea integral a presiunii hidrostatice de pe paramentul amonte la valoarea integral a presiunii hidrostatice de pe paramentul aval, care este nul n punctele situate deasupra nivelului apei din bieful aval. n cazul cnd n corpul construciei hidrotehnice de retenie exist puuri sau galerii de drenaj, galerii, caverne sau alte goluri, presiunile apei din pori se determin pe baza spectrului hidrodinamic al infiltraiei. Rosturile i fisurile din corpul construciilor hidrotehnice de retenie se consider nchise n zonele comprimate i deschise n zonele unde se produc eforturi la ntindere n seciuni normale pe planul lor. Presiunea din infiltraia apei n rosturile i fisurile nchise (comprimate) se consider c variaz liniar, similar cu presiunea apei din pori. Presiunea din infiltraia apei n rosturile i fisurile deschise se consider constant i egal cu valoarea integral a presiunii hidrostatice de la parament. 7.6. Presiuni hidrodinamice pe deversare Presiunea hidrodinamic asupra profilului deversant se manifest n timpul descrcrii apelor peste ploturile deversante ale barajelor i este o aciune temporar variabil de scurt durat (V), cnd debitul evacuat corespunde condiiilor normale de exploatare, respectiv o aciune excepional (E), cnd debitul evacuat corespunde condiiilor speciale de exploatare. n cazul barajelor deversoare de clase de importan I i II sau categorii de importan A i B presiunile hidrodinamice pe deversoare la evacuarea apelor mari se determin pe baz de calcule hidraulice sau de experimentri n laboratoare pe modele fizice. n cazul barajelor deversoare de clase de importan III, IV i V, presiunile hidrodinamice se determin prin calcule hidraulice i prin analogie cu msurtori la deversoare similare aflate n exploatare. n cazul profilelor deversoare cu curgere liber (fr stavile) presiunea hidrostatic pe paramentul amonte se va corecta lund n consideraie efectele hidrodinamice ale curgerii. Rezultanta acestor presiuni (Phd) are forma:

h (7.5) Phd = a H 2 2 a m 2 hl2 1 l H unde H este adncimea apei n bieful amonte, msurat de la nivelul apei n lacul de acumulare pn la cota piciorului amonte al barajului, respectiv pn la planul de24

alunecare (la limita ecranului de etanare) n cazul cnd verificarea la alunecare a barajului se face pe o suprafa din terenul de fundare; hl nlimea lamei deversante; m coeficient de debit al deversorului. n cazul barajelor de nlimi mici i mijlocii (Hb< 30 m) cu lame deversante avndnlimi hl > 0.3 Hb, efectele hidrodinamice ale curgerii peste deversoare sunt importante i se vor face verificri ale stabilitii la alunecare a barajului n aceast ipotez. Fora hidrodinamic pe 1 ml n lungul deversorului n zona cilindric de racord a barajului cu disipatorul se determin conform teoriei impulsului cu relaia: Fr= q v (kN/ml) (7.6)

unde este densitatea apei n tone/m3 , q debitul specific deversat n m3/s.ml i v viteza apei n sectiune m/s. Componentele rezultantei Fr pe direciile orizontal i vertical sunt urmtoarele: Fr,v = Fr cos

2

i

Fr,o = Fr sin

2

(7.7)

unde este unghiul paramentului aval cu orizontala. Presiunile hidrodinamice care acioneaz pe radierele disipatoarelor de tip bazin fr obstacole n calea curgerii se determin acceptnd o variaie liniar a presiunilor de la valoarea minim a (h2-hd) n dreptul adncimii contractate la valoarea maxim a h2 la o distan pe orizontal de 7 h2 fa de seciunea adncimii contractate. hd = 0.85 1 0,55 3 h2 1 p 2 hc " h hc (7.8)

unde hc este adncimea contractat, h2 adncimea n bieful aval, h// - adncimea conjugat, p nlimea deversorului (diferena ntre cota crestei deversorului i cota radierului disipatorului). n cazul unor baraje de clase de importan I i II prevzute cu disipatoare cu obstacole n calea curgerii sau cu geometrii mai complicate, presiunile hidrodinamice se vor determina prin calcule cu metode numerice (elemente finite, elemente de grani etc) sau prin experimentri n laboratoare pe modele fizice.

25

8. mpingerea pmntului

8.1 Generaliti mpingerea pmntului este o aciune temporar cvasipermanent (C) care acioneaz pe baraje i alte construcii din frontul barat, ecluze, ziduri de sprijin etc. n general urmtoarele aciuni se ncadreaz la mpingerea pmntului: - mpingerea activ a pmntului, inclusiv suprasarcina; - mpingerea activ a aluviunilor depuse n lacul de acumulare; - presiunea pmntului n stare de repaus asupra pereilor construciilor hidrotehnice; -mpingerea pasiv a pmntului, reaciune generat de eventuale deformaii/deplasri semnificative ale construciilor hidrotehnice. n cazul construciilor hidrotehnice de retenie subterane (galerii de golire, tunele de acces, galerii de drenaj etc.) aciunea masivului de roc asupra construciilor se numete mpingerea muntelui. n evaluarea mpingerii pmntului se va ine seama de poziia terenurilor n raport cu nivelul apei. n cazul terenurilor situate deasupra nivelului apei, mpingerea pmntului se determin considernd n calcul greutatea volumic a terenului cu umiditate natural. n cazul terenurilor situate sub nivelul apei, mpingerea pmntului se determin considernd n calcul greutatea volumic a terenului submersat i presiunea integral a apei. mpingerea pmntului se determin avnd n vedere condiiile specifice de lucru a construciei hidrotehnice de retenie i categoria de stare limit la care se face calculul. n calculele de stabilitate general a construciei hidrotehnice de retenie, terenul se consider n stadiul de echilibru limit stare limit ultim (mpingerea pmntului se transmite pe suprafaa de calcul). n calculele de rezisten, deplasri i deformaii, pmntul se consider n stadiul de eforturi dinainte de stadiul de echilibru limit. n cazul deformaiilor suficient de mari pentru trecerea terenului n stadiul de echilibru limit corespunztor acestui stadiu mpingerea pmntului se transmite direct pe suprafaa de contact a terenului cu construcia.

26

Suprafaa considerat n calcule corespunde cu suprafaa lateral plan a construciei la contactul cu pmntul sau o suprafa convenional n interiorul terenului (n cazul n care suprafaa de contact nu este plan sau ntre construcie i pmnt exist un element de descrcare). n cazul n care ntre paramentul construciei i pmnt este prevzut un dren de piatr spart, se consider c mpingerea pmntului se transmite pe suprafaa de separaie dintre dren i pmnt. n cazul n care suprafaa de calcul pe care acioneaz mpingerea pmntului trece prin pmnt i nu coincide n totalitate cu paramentul construciei hidrotehnice, mpingerea pmntului trebuie determinat pentru mai multe suprafee de calcul, iar la verificarea construciei hidrotehnice trebuie luat suprafaa de calcul i valoarea mpingerii pmntului cele mai dezavantajoase pentru starea limit analizat. Valorile limit ale mpingerii pmntului, corespunztoare stadiului de apariie a suprafeei de alunecare se stabilesc dup metoda echilibrului limit lund n consideraie, de regul, att frecarea ct i coeziunea pmntului pe suprafaa de alunecare. 8.2. mpingerea activ a pmntului mpingerea activ a pmntului este aciunea (presiunea) pe care o dezvolt pmntul asupra paramentelor (pereilor) construciilor hidrotehnice cu tendina de a deplasa sau de a rsturna construcia hidrotehnic. mpingerea activ a pmntului se determin pe baza teoriei echilibrului la limit a maselor de pmnt. Construciile hidrotehnice de retenie trebuie s ndeplineasc condiiile de stabilitate general, adic s poat prelua mpingerea pmntului la valoarea maxim pe care o poate dezvolta masivul de pmnt n stare de echilibru limit. n determinarea valorii maxime a mpingerii active a pmntului se vor considera parametrii rezistenei de forfecare ai pmntului: unghi de frecare interioar ( ) i coeziunea (c).

8.3. mpingerea activ a aluviunilor mpingerea activ a aluviunilor este produs de depunerile de sedimente n lacurile de acumulare n vecintatea paramentului amonte al construciilor de retenie. n general, sedimentele n lacurile de acumulare se depun n mod uniform n straturi orizontale i fr coeziune. Presiunea activ a aluviunilor depuse asupra construciilor hidrotehnice cu parament aproape vertical se determin cu relaia :

27

' pa , h = al y tg 2 (45 / 2)

(8-1)

' unde al este greutatea volumic a aluviunilor n stare submersat, y - adncimea punctului pe paramentul construciei hidrotehnice msurat de la suprafaa depunerilor aluvionare.

n cazul depunerilor neconsolidate, din materiale fine, argiloase n lacurile de acumulare adnci, unghiul de frecare interioar ( ) se apropie de 0 i relaia (8-1) devine: ' pa , h = al y (8-2) Grosimea straturilor de sedimente din lacurile de acumulare se stabilete pe baza caracteristicilor geotehnice i a debitelor solide transportate de cursurile de ap, prin calcule de prognoz a colmatrii lacului de acumulare. Grosimea maxim a depunerilor se stabilete n funcie de durata de via fizic a construciei hidrotehnice de retenie, considernd i msurile de decolmatare a lacului de acumulare prevzute n proiect. 8.3. mpingerea pmntului n stare de repaus mpingerea pmntului n stare de repaus (echilibru) corespunde cu presiunea pe care o dezvolt pmntul asupra paramentelor (pereilor) construciilor hidrotehnice nainte de a se ajunge la starea de echilibru limit. Aceast mpingere exercit presiuni pe paramentul (peretele) construciei hidrotehnice cu tendina de a o deplasa pe talpa de fundaie sau de a o rsturna. mpingerea pmntului n stare de repaus (pe,h) asupra construciilor hidrotehnice rigide cu parament (perete) vertical sau aproape vertical se calculeaz cu relaia :' pe, h = al y

1

(8-3)

unde este coeficientul Poisson iar ceilali parametri au fost explicitai mai nainte. 8.4. Presiunea reactiv a pmntului Presiunea reactiv a pmntului apare la zidurile de sprijin, bajoaierele ecluzelor i la alte construcii hidrotehnice ca urmare a deformaiilor acestor construcii n sensul ctre umplutura de pmnt produse de presiunea apei, variaiile de temperatur etc. Aceast presiune se consider n calcul simultan cu mpingerea pmntului n stare de repaus suma mpingerii pmntului n stare de repaus i a presiunii reactive a pmntului se limiteaz la valoarea mpingerii pasive a pamntului.

28

Presiunea reactiv a pmntului pe o suprafa de calcul vertical produs prin deplasarea paramentului (peretelui) construciei ctre umplutura de pmnt orizontal se determin cu relaia: Pr,h =

y H

KEs

(8.4)

unde y este ordonata punctului msurat de la suprafaa pamntului; H nlimea umpluturii; E modulul de deformaie liniara; K = 2 kN/m3; s deplasarea pe orizontal a paramentului la adncimea y. 8.5 mpingerea pasiv a pmntului mpingerea pasiv a pamntului este reaciunea pe care o dezvolt pamntul pe paramentul (peretele) unei construcii hidrotehnice sub aciunea acestei construcii, atunci cnd ea se deformeaz ctre umplutura de pamnt. mpingerea pasiv a pamntului se ia n consideraie numai cnd exist certitudine c construcia se deplaseaz sau se deformeaz suficient astfel ca s mobilizeze pmntul pentru ca acesta s poat rspunde cu o reaciune, mpingerea pasiv a pmntului . n general, mpingerea pasiv a pmntului nu se ia n consideraie ncazul construciilor hidrotehnice care au o adncime de ncastrare n terenul de fundaie mai mic de 5 m. mpingerea pasiv a pamntului se determin pe baza teoriei echilibrului limit a maselor de pmnt. n vederea asigurrii stabilitii generale a construciei hidrotehnice, n calcule se ia n consideraie valoarea minim a reaciunii pe care o poate dezvolta pmntul n stare de echilibru limit, dup ce a fost atins aceast stare, respectiv dup producerea tuturor deformaiilor necesare mobilizrii terenului. Dac aceste deformaii nu s-au produs, mpingerea pasiv a pmntului nu a fost mobilizat i ca urmare valoarea acesteia este zero. n cazul terenurilor necoezive (c=0) mpingerea pasiv se determin cu relaia:' pp,h = al y tg 2 45 0 + / 2

(

)

(8.5)

unde toi parametrii au fost explicitai mai nainte n cazul terenurilor coezive (c 0) relaia de calcul a mpingerii pasive are forma: pp,h = ' al

y tg 2 45 0 + / 2 + 2 c tg 45 0 + / 2

(

)

(

)

(8.6)

29

9. Aciunea valurilor produse de vnt

9.1. Generaliti Valurile se formeaz datorit aciunii prelungite a vntului (circa 6 ore) n lacurile de acumulare, n canale sau pe cursurile de ap. Valurile pe lng efectul de eroziune a suprafeelor cu care vin n contact produc ncrcri pulsatorii (presiunidepresiuni) orientate perpendicular pe paramentul amonte al barajelor care se suprapun peste presiunile hidrostatice. Aceste ncrcri sunt relativ puin importante pentru barajele nalte, dar importana lor crete pentru barajele de nlimi mai mici sau pentru calculul stavilelor de coronament. Presiunea valurilor este o ncrcare temporar variabil (V) dac se determin pentru viteza medie multianual a vntului i o ncrcare excepional (E) dac se determin pentru viteza maxim multianual a vntului. n evaluarea aciunii valurilor produse de vnt se au n vedere urmtoarele elemente ale valului (fig. 9.1).

Fig. 9.1 Mrimi caracteristice i de calcul al valurilor. Elementele valurilor: h nlimea medie a valului, msurat de la baza valului la creasta valului (m); v - lungimea medie de und a valului, msurat din crest n creast (m); Tv perioada medie a valului (s); 2 (rad/s) ; v - frecvena circular medie a valului = Tv h S = + ho - supranlarea medie a crestei valului deasupra nivelului de calcul 2 al reteniei (m); 30

h ho - coborrea medie a suprafeei libere a valului sub nivelul de calcul al 2 reteniei (m); ho supranlarea oglinzii apei linitite datorit aerrii produse de vnt; Hcrit adncimea critic a apei la care ncepe disiparea valului (m); Hdef adncimea apei la care ncepe deferlarea valului pe plaj (m).

i =

Elementele valurilor se calculeaz n funcie de urmtorii parametri: v viteza de calcul a vntului pe direcia de formare a valului (m/s), stabilit pe baza msurtorilor i nregistrrilor pe un ir de cel puin 25 de ani i reduse la nlimea de 10 m deasupra nivelului oglinzii apei lacului de acumulare; D lungimea de formare a valului sau lungimea liber de btaie a vntului la oglinda apei din lac n metri (fetch); Dmax/Dmin - raportul dintre lungimea maxim i lungimea minim de formare a valului; tv durata aciunii nentrerupte a vntului, de regul 6 ore; H adncimea apei n zona de calcul a nlimii valului (m) ; g acceleraia gravitaiei (m/s2). Lacurile de acumulare n funcie de adncimea apei au sau nu au influen asupra caracteristicilor valurilor. n zona de adncime mare a lacurilor H > v fundul lacului nu influeneaz asupra caracteristicilor valurilor. n zona de adncime mic a lacurilor Hcrit0,5 v , se utilizeaz diagrama din figura 9.5, n care se reprezint corelaia ntre hv p%/ h p % i h p % /g Tv2 .

Fig. 9.5 Diagram pentru determinarea supranlrii medii a crestei valului cu probabilitatea anual de depire p% deasupra nivelului apei linitite.

n alte cazuri dect cele prezentate mai nainte, stabilirea caracteristicilor valului se va face n conformitate cu Indreptar pentru determinarea elementelor valurilor datorit aciunii vntului MEF-ISPH Bucureti, 1987.

34

Fig. 9.6 Diagrame de presiuni (depresiuni) din valuri pe baraje cu parament amonte vertical: a faza de compresiuni, b faza de depresiuni.

n zona paramentului amonte al barajului se produc periodic n timp supranlri, respectiv coborri ale nivelului liber al valurilor ( ), care se pot determina cu urmtoarea relaie aplicabil pentru paramente verticale i H 0.5 v (fig. 9.6)

(t ) = h cos

2 t h 2 t 2H cos 2 cth Tv v v Tv

(9.6)

Relaia (9.6) servete pentru determinarea supranlrii maxime ( hs max ) i coborrii maxime (hi max) a nivelului liber al valului la parament fa de nivelul apei linitite. Supranlarea suprafeei libere a valului ( cr ) pentru care ncrcrile din val pe parament sunt maxime se obine atunci cnd: cos 2 t = Tv

v 8H h 3 v

(9.7)

Presiunile din val sub cota oglinzii apei linitite din lac sau sub cota suprafeei libere a valului cnd acesta se afl sub cota oglinzii apei linitite se determin cu relaia (fig. 9.6 b):2 z h e v

p ( z) = a

h2 2 t cos e v a Tv v

4 z

h2 2 t cos 2 a Tv v

4 v 1 e

z

35

4 t 2 2 h 3 e v cos a Tv 2 v

6 z

cos

4 t 2 t cos Tv Tv

(9.8)

n cazul cnd cota suprafeei libere a valului se afl deasupra cotei oglinzii apei linitite, presiunile din val sunt pozitive i se determin cu expresiile: p ( ) = 0 p0 = p(z) pentru z = pentru z = 0

(9.9)

n cazul cnd cota suprafeei libere a valului se afl sub cota oglinzii apei linitite, ncrcrile din val sunt depresiuni (presiuni negative) i se determin cu expresiile: p0 = 0 p( ) = p(z) pentru z = 0 pentru = z (9.10)

Relaiile 9.6...9.10 se folosesc pentru calculul presiunilor din val n diverse puncte pe paramentul amonte al barajului i la momente caracteristice. Prin integrarea diagramelor astfel obinute se determin forele pulsatorii din valuri care solicit barajul.

Fig. 9.7 Diagrame de presiuni i subpresiuni produse de aciunea valurilor pe paramentul vertical al unei construcii hidrotehnice de retenie. 1 v ) (fig. 9.7) valoarea maxim a 2 rezultantei presiunilor produse de valuri pe paramentul vertical al construciei de retenie se calculeaz prin integrarea diagramei trasate cu valorile din Tabelul 9.2 n zonele de adncime mic a lacului (H