STUDII TEHNICO – ECONOMICE ASUPRA EFECTELOR ÎNGUSTĂRII ALBIILOR DE RÂU PRIN LUCRĂRI HIDROTEHNICE Conducător de doctorat Prof. univ. dr. ing. Adrian… [303144]

[anonimizat], [anonimizat]. univ. dr. ing. Adrian POPOVICI

Doctorand: [anonimizat] – Gabriel BALEA

BUCUREȘTI

2016

Cuvânt înainte

Teza de doctorat a fost elaborată în perioada 2013-2016 [anonimizat].

Recunoștința, [anonimizat], sugestii și critici, m-au susținut și au contribuit la realizarea acestui demers științific.

Domnului prof. dr. ing. [anonimizat], [anonimizat] a dat dovadă precum și pentru îndrumarea și sugestiile oferite.

Mulțumesc întregului colectiv al catedrei de Construcții Hidrotehnice pentru toate încurajările primite.

Mulțumesc domnului ing. [anonimizat] S.C. AQUAPROIECT S.A. pentru ridicările topografice puse la dispoziție necesare realizării prezentei teze de doctorat.

Mulțumesc domnului …………………, director tehnic al S.C. EXPERT PROIECT 2002 S.R.L. pentru datele tehnice necesare realizării studiului podului ce traversează râul Tisa.

[anonimizat], [anonimizat], [anonimizat], pentru înțelegerea și suportul acordat pe parcursul realizării acestei lucrări.

30.07.2016

CUPRINS

Declarație privind asumarea răspunderii

Cuvânt înainte

Listă figuri

Listă tabele

CAPITOLUL 1 INTRODUCERE 8

1.1 Considerații generale 8

1.2 Justificarea lucrării 8

1.3 Gradul de noutate al temei de cercetare 8

1.4 Structura tezei 8

1.5 Stadiul actual pe plan internațional 8

1.6 Stadiul actual pe plan național 8

CAPITOLUL 2 [anonimizat] 9

CAPITOLUL 3 MIȘCAREA ȘI TRANSPORTUL ALUVIUNILOR 13

3.1 Mișcarea și transportul aluviunilor 13

3.2 Transportul aluviunilor de fund 14

CAPITOLUL 4 LUCRĂRI DE REGULARIZARE ALE ALBIILOR RÂURILOR 16

4.1 Lucrări de regularizare la punctele de confluență 16

4.2 Lucrări de regularizare la bifurcații 19

4.3 Lucrări de regularizare ale albiilor prin epiuri 20

4.4 Lucrări de regularizare ale albiilor prin diguri longitudinale 22

4.5 Lucrări de regularizare și apărare la poduri 25

4.6 Lucrări de regularizare la prizele de apă 27

4.7 Praguri de reținere a sedimentelor 28

4.8 Criterii de bază în alegerea soluțiilor 30

4.9 Apărări, consolidări și susțineri de maluri 31

CAPITOLUL 5 LUCRĂRI PROVIZORII DE REPROFILARE A [anonimizat] 45

CAPITOLUL 6 INFLUENȚA LUCRĂRILOR DE ÎNDIGUIRE ASUPRA DINAMICII ALBIEI 52

6.1 Influența lucrărilor de îndiguire asupra curgerii apelor mari 55

6.2 Influența traseului digurilor 57

6.3 [anonimizat] 58

6.4 Amplasarea digurilor după criteriul hidraulic 59

6.5 Amplasarea digurilor după criteriul geotehnic 61

6.6 Amplasarea digurilor după criteriul economic 63

6.7 Amplasarea digurilor după criteriul obligatoriu al traseului digului 63

CAPITOLUL 7 [anonimizat] 70

7.1 Date generale 70

7.2 Determinarea modelului digital al terenului 77

7.3 Rezultatele obținute în urma modelării matematice a modelului studiat 79

7.4 Evaluarea tehnico – economica a ipotezelor analizate 86

CAPITOLUL 8 CRITERII DE BAZA ÎN DETERMINAREA LUNGIMII RAMPELOR DE ACCES LA PODURI 92

8.1 Determinarea drumului in plan 92

8.2 Determinarea drumului în profil longitudinal 95

8.3 Stabilirea lungimii podului 97

CAPITOLUL 9 STUDIU TEHNICO – ECONOMIC ASUPRA RAMPELOR DE ACCES LA UN POD CE TRAVERSEAZĂ RÂUL TISA 98

9.1 Date generale 98

9.2 Modelul matematic utilizat pentru efectuarea calculelor 103

9.3 Determinarea modelului digital al terenului 107

9.4 Rezultatele obținute în urma modelării matematice a modelului studiat 108

9.5 Evaluarea tehnico – economică a lucrărilor 139

CAPITOLUL 10 CONCLUZII, CONTRIBUȚII ȘI PERSPECTIVE DE CERCETARE 142

10.1 Concluziile autorului 142

10.2 Contribuții 145

10.3 Perspective de cercetare 145

Bibliografie 146

ANEXE

Lista figurilor

Figura 2.1 Forme caracteristice ale albiei minore [1] 8

Figura 2.2 Meandre [1] 9

Figura 2.3 Evoluția traseului divagant al meandrelor [1] 10

Figura 2.4 Evolutia secțiunii transversale [1] 10

Figura 2.5 Deplasarea meandrelor pe Mississippi (Vicksburg) [1] 11

Figura 2.6 Formarea brațelor moarte [1] 11

Figura 3.1 Distribuția presiunilor pe o particulă de fund [1] 12

Figura 3.2 Forme tipice ale fundului albiei în diverse stadii ale mișcării a aluviunilor 13

Figura 3.3 Transportul aluviunilor în straturi [1] 14

Figura 4.1 Amenajarea confluențelor naturale [1] 16

Figura 4.2 Deplasarea gurii de vărsare spre aval [1] 16

Figura 4.3 Forme caracteristice de confluențe [1] 17

Figura 4.4 Inchiderea unui brat secundar [1] 19

Figura 4.5 Sceme de amenajare a cursurilor de apă cu epiuri [1] 20

Figura 4.6 Diguri de dirijare [3] 22

Figura 4.7 Diguri de dirijare cu traverse de colmatare [3] 23

Figura 4.8 Diguri nesubmersibile 23

Figura 4.9 Panouri de funda (a) și panouri de suprafață (b) pentur mișcarea afuierilor locale la pilele podului [1] 25

Figura 4.10 Regularizarea râului Jiu la Livezi pentru traversarea la pod și asigurarea prizei de apă 26

Figura 4.11 Lucrări pentru îndepărtarea aluviunilor de fund de la o priză în curent liber [1] 27

Figura 4.12 Praguri de fund 28

Figura 4.13 Prag de reținere a aluviunilor 29

Figura 4.14 Iniebarea taluzurilor [6] 30

Figura 4.15 Îmbrăcăminți din fascine [6] 31

Figura 4.16 Consolidări din fascine 32

Figura 4.17 Pozarea saltelelor antierozionale tridimensionale [7] 33

Figura 4.18 Lucrări de montare a geocelulelor [8] 33

Figura 4.19 Apărare de mal cu saci de geotextil 34

Figura 4.20 Aparare de mal cu pereu din piatra bruta sprijinit pe o grind din beton ciclopian 35

Figura 4.21 Pereu uscat sprijinit pe un prism de anrocamente 35

Figura 4.22 Aparare de mal din pereu de beton – tip dale prefabricate 36

Figura 4.23 Apărarea taluzelor cu gabioane 36

Figura 4.24 Tipuri de ziduri de sprijin 37

Figura 4.25 Apărare de mal cu palplanșe 38

Figura 4.26 Exemple de palplanșe metalice și tipuri de îmbinări [9] 38

Figura 4.27 Utilizarea palplanșelor metalice la protejarea malurilor sau a digurilor 39

Figura 4.28 Punerea în siguranță a digurilor utilizând palplanșe 39

Figura 4.29 Palplanșe din beton și tipuri de îmbinări [9] 40

Figura 4.30 Utilizarea palplanșelor din PVC la protectia malurilor 41

Figura 4.31 Exemplu de ancorare a palplanșelor 41

Figura 4.32 Secțiune tip – apărare de mal din piloți executați pe loc și dale de beton 43

Figura 5.1 Pila 5 afectată de eroziunea malului drept al râului Argeș – 2013 46

Figura 5.2 Pod peste râul Argeș, în comuna Căteasca; Efectele afuierii – 2013 47

Figura 5.3 Podul vechi peste Argeș în primăvara anului – 2014 48

Figura 5.4 Podul nou de traversarea a conductelor – 2014 49

Figura 5.5 Tablierul podului vechi cazut în r. Argeș – 2014 49

Figura 5.6 Podul nou rutier peste r. Argeș – afectat de eroziuni – 2014 50

Figura 6.1 Poziționarea diverselor tipuri de diguri [11] 52

Figura 6.2 Înfluența lucrărilor de îndiguire [11] 54

Figura 6.3 Stabilirea traseului digurilor [11] 58

Figura 6.4 Curbe de compactare în funcție de 𝜸 și w [13] 61

Figura 6.5 Stabilirea cotei coronamentului digului [11] 63

Figura 6.6 Supraînălțarea nivelului apei prin îndiguire [11] 65

Figura 7.1 Amplasamentul lucrărilor 70

Figura 7.2 Plan de situație cu lucrările proiectate [14] 74

Figura 7.3 Secțiuni transversale dig cu anrocamente, cu saltea antierozionala, cu taluz înierbat 75

Figura 7.4 Secțiune transversală subtraversare prin dig [14] 75

Figura 7.5 Importarea în Global Mapper a norului de puncte din ridicarea topografica 76

Figura 7.6 Modelul digital al amplasamentului studiat 77

Figura 7.7 Cursul principal al râului în regim neamenajat 77

Figura 7.8 Nivelul apei în profilul P18 pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 78

Figura 7.9 Nivelul apei în profilul P10 pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 79

Figura 7.10 Nivelul apei în profilul P5 pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 79

Figura 7.11 Nivelul apei în profilul P18(V2) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 79

Figura 7.12 Nivelul apei în profilul P10 (V2) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 80

Figura 7.13 Nivelul apei în profilul P5 (V2) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 80

Figura 7.14 Recalibrare albie 81

Figura 7.15 Nivelul apei în profilul P18 (V3) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 82

Figura 7.16 Nivelul apei în profilul P10 (V3) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 82

Figura 7.17 Nivelul apei în profilul P5 (V3) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 82

Figura 7.18 Nivelul apei în profilul P18(V4) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 83

Figura 7.19 Nivelul apei în profilul P10 (V4) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 83

Figura 7.20 Nivelul apei în profilul P5 (V4) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 83

Figura 7.21 Nivelul apei în profilul P18 (V5) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 84

Figura 7.22 Nivelul apei în profilul P10 (V5) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 84

Figura 7.23 Nivelul apei în profilul P5 (V5) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 84

Figura 7.24 Suprapunere nivele în profilul P18 pentru Q1%, 85

Figura 7.25 Suprapunere nivele în profilul P10 pentru Q1%, 86

Figura 7.26 Suprapunere nivele în profilul P5 pentru Q1%, 86

Figura 7.27 Suprapunere nivele în profilul P18 pentru Q10%, 86

Figura 7.28 Suprapunere nivele în profilul P10 pentru Q10%, 87

Figura 7.29 Suprapunere nivele în profilul P5 pentru Q10%, 87

Figura 8.1 Determinarea unghiului suplimentar [16] 92

Figura 8.2 Determinarea unghiului ”U” [16] 93

Figura 8.3 Determinarea unghiului ”U” [16] 93

Figura 8.4 Profilul longitudinal [16] 94

Figura 9.1 Poziția bazinului hidrografic Someș-Tisa pe teritoriul Romaniei 98

Figura 9.2 Repartiția principalelor rețele hidrografice și forme de relief pe suprafața spațiului hidrografic Someș-Tisa 99

Figura 9.3 Principalele subbazine hidrografice din spațiul hidrografic Someș – Tisa 100

Figura 9.4 Descriere grafică a ecuație energiei 102

Figura 9.5 Descrierea grafică a modelului folosit 103

Figura 9.6 Schema dupa care se face calculul influentei podurilor asupra debitelor maxime ale undelor de viitura 105

Figura 9.7 Amplasarea profilelor transversale de calcul 106

Figura 9.8 Model numeric al terenului și amplasarea profilelor transversale 107

Figura 9.9 Hidrograful viituri pe r. Tisa 109

Figura 9.10 Profile transversale, râu Tisa – probabilitatea de depășire de 1%-situația existentă 110

Figura 9.11 Limita de inundabilitate în ipoteza nr. 1 – debit mediu 112

Figura 9.12 – Variația vitezei în ipoteza nr. 1 – debit mediu 113

Figura 9.13 Limita de inundabilitate în ipoteza nr. 1 – debit maxim 114

Figura 9.14 Variația vitezei în ipoteza nr. 1 – debit maxim 115

Figura 9.15 Vedere în plan și secțiune longitudinală prin pod – ipoteza nr. 2 [20] 116

Figura 9.16 Profile transversale, râu Tisa – probabilitatea de depășire de 1%-ipoteza nr. 2 119

Figura 9.17 Limita de inundabilitate în ipoteza nr. 2 – debit maxim 120

Figura 9.18 Variația vitezei în ipoteza nr. 2 – debit maxim 121

Figura 9.19 Secțiune longitudinală prin pod, cu excavare intre culeea nr.1 și pila nr. 1 122

Figura 9.20 Profile transversale, râu Tisa – probabilitatea de depășire de 1%-ipoteza nr. 3 125

Figura 9.21 Limita de inundabilitate în ipoteza nr. 3 – debit maxim 126

Figura 9.22 Variația vitezei în ipoteza nr. 3 – debit maxim 127

Figura 9.23 Vedere în plan și secțiune longitudinală prin pod – ipoteza nr. 4 128

Figura 9.24 Profile transversale, râu Tisa – probabilitatea de depășire de 1%-ipoteza nr. 4 131

Figura 9.25 Limita de inundabilitate în ipoteza nr. 4 – debit maxim 132

Figura 9.26 Variația vitezei în ipoteza nr. 4 – debit maxim 133

Figura 9.27 Profil longitudinal prin pod – ipoteza nr. 5 134

Figura 9.28 Profile transversale, râu Tisa – probabilitatea de depășire de 1%-ipoteza nr. 5 137

Figura 9.29 Hidrograful viituri în secțiunea podului- ipoteza nr. 5 137

Figura 9.30 Evaluarea cantităților de lucrări 140

Lista tabelelor

Tabel 1Parametrii geotehnici ai pământurilor [13] 60

Tabel 2 Valori orientative ale vitezelor medii admisibile pentru terenuri necoezive 67

Tabel 3 Valori orientative ale vitezelor medii admisibile pentru terenuri coezive 67

Tabel 4 Valori orientative ale pantelor taluzurilor 68

Tabel 5 Pagubele înregistrate în anii 1991-2006 (viitura apreciata cu asigurare Q5%) 69

Tabel 6 Rezultatele obținute pentru vitezele râului moldova în cele 5 ipoteze de calcul 88

Tabel 7 Evaluarea lucrărilor 90

Tabel 8 Evaluarea procentuală a lucrărilor după analizarea terenurilor scoase de sub inundații 91

Tabel 9 Declivități maxime admise în fucție de viteza de rulare [16] 95

Tabel 10 Principalele caracteristici morfometrice ale afluentilor importanti ai raului Tisa în zona de granita cu Ucraina 100

Tabel 11 Principalele caracteristici morfometrice ale raului Tisa în zona de graniță cu Ucraina 101

Tabel 12 Principalii afluenți ai r. Tisa care provin de pe malul românesc și se varsă în acest râu, 101

Tabel 13 Date caracteristice ale curgerii corespunzătoare debitului maxim 109

Tabel 14 Date caracteristice ale curgerii corespunzătoare debitului maxim 117

Tabel 15 Date caracteristice ale curgerii corespunzătoare debitului maxim 122

Tabel 16 Date caracteristice ale curgerii corespunzătoare debitului maxim 128

Tabel 17 Date caracteristice ale curgerii corespunzătoare debitului maxim 134

Tabel 18 Comparația valorilor caracteristice ale curgerii în secțiunea de calcul,corespunzătoare debitului maxim 138

INTRODUCERE

Considerații generale

Modelele matematice, prin conținutul lor informațional, calitativ și cantitativ, se dovedesc a fi descrieri foarte performante pentru studiile din domeniul ingineriei. Modelarea matematică presupune dezvoltarea unui model potrivit pentru reprezentarea modelului fizic (modelul real), aceasta conducând la descrierea regimurilor statice și dinamice ale componentelor ce interacționează.

Justificarea lucrării

Lucrarea își propune efectuarea de studii asupra albiilor de râu privind realizarea lucrări hidrotehnice, ce aduc schimbari esențiale în geomorfologia cursului râului.

Albiile râurilor sunt într-un proces dinamic de schimbare a secțiunii prin fenomene de transport a materialului solid care se amplifică prin lucrări hidrotehnice cum ar fi podurile, îndiguirile, lucrările de barare prin devieri repetate ale cursului râului.

Gradul de noutate al temei de cercetare

În ceea ce privește gradul de noutate a temei de cercetare menționez că, deși problematica influenței lucrărilor hidrotehnice concentrează o serie întreagă de lucrări de specialitate, modul de abordare este unul punctual și își propune cuantificarea tehnico – economică a studiilor efectuate în realitatea curentă.

Structura tezei

Prezenta teză de doctorat cuprinde zece capitole, fiecare dintre acestea fiind împărțite în mai multe subcapitole în care sunt tratate probleme și aspecte importante.

Stadiul actual pe plan internațional

Stadiul actual pe plan național

Pe plan national, în această lucrare este prezentat studiul privind influența lucrărilor hidrotehnice asupra curcerii și dinamicii albiei, având la bază modele concrete de determinare a efectelor produse de lucrările hidrotehnice.

ELEMENTE MORFOLOGICE ALE ALBIILOR, FORMAREA ȘI EVOLUȚIA ACESTORA

Elemente morfologice ale albiei precum și secțiunea transversală a râului sunt puternic influențate de forma văii.

În secțiune transversală văile pot avea două tipuri de profile, sub formă de litera „V și U”.

Văile cu profil transversal în forma de litera „V”, caracteristic formațiunilor tinere, neevoluate, au profilul versanților convex dominând la mare înălțime cursurile de apă. În această secțiune râurile au o albie minoră îngustă și sunt lipsite în totalitate de albia majoră.

Văile cu profilul transversal în formă de litera „U”, văi cu profil trapezoidal, în care râul curge pe un pat întins format din propriile aluviuni, sunt caracteristice zonelor de șes, permițând și formarea albiilor majore.

În general albia majoră este asimetrică și de aceea transformările ei morfologice sunt mai lente decât transformările morfologice ale albiei minore.

Traseul albiei majore este determinat de relieful înalt al văii, care limitează în general și lățimea ei (excepție făcând îndiguirile, ramblee de cale ferata, drumurile). Traseul albiei minore este în general mai sinuos și mult mai puțin stabil. Locul geometric al punctelor cu cele mai mari viteze de curgere din diferite secțiuni ale unui curs de apă se numește firul apei, acesta coincide în general cu talvegul.

În zona de trecere de la curbă la contracurbă, talvegul și axul curentului traversează, mai mult sau mai putin brusc, de la um mal la altul. Când trecerea se face brusc, apare o traversadă defavorabilă (Figura 2.1 Secțiunea a-a). Când cele două părți curbe ale talvegului se racordează cu un aliniament având o înclinare redusă față de axul cursului de apă, se obține o traversadă favorabilă (Figura 2.1 Secțiunea b-b). În lungul talvegului nu mai apar praguri și sectorul prezintă o trecere favorabilă pentru navigație.

Figura 2.1 Forme caracteristice ale albiei minore

De obicei traseul râului este determinat de linia talvegului, influență nesemnificativă având axul albiei minore sau malurile înalte. Traseul este alcătuit din curbe și contracurbe și aliniamente.

Coeficientul de sinuozitate al râurilor, exprimând raportul între lungimea cursului de apă și distanța în linie dreaptă între punctele extreme considerate, variază la râurile din țara noastră în limite destul de largi. El are valori de 1,0 … 1,05 la râurile de munte, de la 1,05 … 1,15 la râurile din zonele subcarpatice, premontane și de podiș, de 1,15 … 1,30 la râurile din zonele mai joase; în Câmpia Română se întâlnesc valori până la 1,60 iar în Dobrogea variază între 1,05 și 1,15.

Coeficientul de sinuozitate al Dunării între Baziaș și Sulina este de 1,55; pe brațul Sf. Gheorghe, în sectorul Ivancea Mică – Mahmudia, el atinge însa valoarea de 3,60.

Traseul râurilor în văile largi este într-o continuă transformare, datorită eroziunilor puternice care se produc la malul concav, rezultând astfel tendința continuă de dezvoltare a curburii în acel sector.

Paralel cu sporirea lungimii curbei, adâncimile albiei cresc; aceasta însă numai până la o anumită dezvoltare a curbei, când adâncimile încep să scadă. Dacă lungimea părții curbe este mai mare decât , se realizează o meandra (Figura 2.2). Distanța între două bucle consecutive este pasul meandrei. Porțiunea de teren corespunzătoare malului convex, înconjurată de bucla meandrei, se numește lobul sau capul meandrei.

Porțiunea adâncită a malului concav se numește firidă. Meandrele sunt în majoritatea cazurilor forme instabile ale traseului sinuos care, dacă nu sunt fixate, se pot dezvolta pe o lățime de teren de circa 20 de ori lățimea albiei râului respectiv.

Prin așezarea lor înclinată față de curent, precum și prin panta suprafeței lor, bancurile contribuie în măsură la dezvoltarea coturilor și formarea meandrelor. Exista o perfectă analogie între aceste bancuri și dispozitivul pentru activarea circulației transversale alcătuit dintr-un prag de fund, așezat înclinat față de curent și cu creasta în pantă.

Figura 2.2 Meandre

1 – lob; 2 – firidă.

Meandrele pot fi de două feluri: divagante sau adâncite.

Meandre adâncite prezintă la cursuri de râu cu debite mari precum, Prutul, Dunărea, râul Lăpus, etc.

La meandrele adâncite, dezvoltarea laterală este împiedicată în mare măsură de adâncirea albiei pe loc, eventual de malurile înalte ale albiei majore.

În timp, prin observații vizuale si măsurători topografice, s-a observat tendința lor de a se deplasa spre aval.

Aceast fenomen se produce datorită spălării mai intense a malului concav care se face în aval de vârful curbei și direcția de atac a curentului față de mal nu este normală, ci înclinată sub un unghi ascuțit (Figura 2.3. și Figura 2.4.).

Figura 2.3 Evoluția traseului divagant al meandrelor

Figura 2.4 Evolutia secțiunii transversale

1,2 si 3 – deplasările succesive ale malului concav (profil m – n. Figura 2.3.)

Viteza de deplasare a meandrelor este redusă și nu poate fi înregistrată decât dacă se dispune de ridicări pe perioade îndelungate (de exemplu deplasările fluviului Mississippi, pe Figura 2.5.).

Figura 2.5 Deplasarea meandrelor pe Mississippi (Vicksburg)

Meandrele divagante sunt acelea care evolueaza repede, care isi schimba des si uneori brusc pozitia in spatiu si a caror forma nu se incadreaza in cotiturile vaii propriu zise. Ele se mai numesc si libere, ratacitoare sau de campie aluviala. Astfel de meandre se gasesc in campii si aproape peste tot unde luncile sunt larg dezvoltate. Se pot cita în România, meandrele Somesului, Siretului, Oltului, toate in anumite regiuni de campie sau de podis. Meandrele divagante au un subtip – meandrele compuse. La ele se observa bucle mari, care le randul lor prezinta meandre foarte mici.

Cele mai importante transformări se produc în timpul apelor mari, când curgerea în albia majoră are uneori o direcție normală pe direcția meandrelor. Ca urmare, unele ramuri ale meandrelor dispar în cateva zile prin înnisiparea produsă de apele mari, în timp ce alte ramuri pot apărea mai departe, cu un traseu complet diferit. În aceste împrejurări, în sectoarele divagante ale râurilor, apar și dispar brațe și complexul existent suferă transformări radicale (Figura 2.6.).

Figura 2.6 Formarea brațelor moarte

1 – braț mort; 2 – ostrov (popină)

MIȘCAREA ȘI TRANSPORTUL ALUVIUNILOR

Mișcarea și transportul aluviunilor

Mișcarea aluviunilor se produce deobicei în cazul albiilor alcătuite din materiale necoeziv (nisip, pietriș) de diferite dimensiuni.

În acest caz, forțele hidrodinamice acționează pe suprafața particulei. Aceste forte se pot împărțite în forțe orizontale de antrenare și forțe ascensionale.

Forțele ascensionale sunt rezultante ale forțelor de presiune care acționează asupra părții inferioare și respectiv părții superioare a particulei (Figura 3.1.), cele din urmă fiind mai mici din cauza curburii liniilor de curent (accelerații locale).

Forțele orizontale depind de rezistențele de formă și de frecarea dintre particule.

Figura 3.1 Distribuția presiunilor pe o particulă de fund

Aceste forte hidrodinamice orizontale și ascensionale sunt variabile în timp datorită fenomenelor de turbulență.

Singurele forțe care se opun miscării provin din greutatea proprie a particulei în stare submersată și din reacțiunile particulelor învecinate.

Dacă se ține seama și de influența gradului de expunere față de curent, se poate trage concluzia că mișcarea aluviunilor este o funcție complexă de timp și spațiu, de caracteristicile hidraulice ale curentului și de cele geometrice și mecanice ale particulelor. Când forțele de antrenare pe orizontală sunt mai mari decât cele de stabilitate sau când momentul tuturor forțelor care acționează particula în raport cu punctul de răsturnare este mai mare decât momentul de stabilitate, particula începe să alunece sau să se rostogolească până într-un punct unde combinația forțelor care o acționează, îi permite să intre din nou în stare de repaus.

Urmare celor menționate mai sus putem distinge următoarele feluri de mișcări ale particulei:

Alunecare;

Rostogolire;

Salturi, plutire.

În mod normal, în natură nu se găsește un singur fel de mișcare ci întodeauna o combinație a acestora.

Aluviunile care se mișcă pe fund prin alunecare, rostogolire și mici salturi se numesc aluviuni târâte,

Aluviunile mai fine care se deplasează prin plutire și salturi mici se numesc aluviuni în suspensie.

Când pe patul de nisip al unui râu, viteza curentului depășește viteza critică de antrenare, primele granule de mică dimensiune se pun în miscare. Unele dintre acestea se prind de anumite neregularități ale fundului și de ele, în continuare, altele. Astfel se formează, mici ondulații locale ale fundului albiei, numite rifturi. Dacă viteza crește, ondulațiile se măresc și capătă un contur regulat, simetric, acest fenomen poartă numele de dune de fund. În continuare prin marirea vitezei de antrenare a particulelor, albia fundului devine din nou plană. La o nouă creștere a vitezei curentului, apar alte ondulații ale fundului mult mai mari, numite antidune. Forma rezultată creeaza impresia ca ondulațiile se deplasează spre amonte, de unde și denumirea de antidune.

Figura 3.2 Forme tipice ale fundului albiei în diverse stadii ale mișcării a aluviunilor

b – rifturi; b – dune; c – fund neted; d – antidune

Transportul aluviunilor de fund

Utilizând efortul critic de antrenare după Du Boys (1879), unde acesta împarte masa aluviunilor în mișcare, în straturi de grosimi egale cu diametrul mediu ”d” și presupune că viteza acestor straturi, care se pot mișca independent, variază liniar. Acoperitor acesta presupune ca stratul inferior are viteza zero, iar cel superior viteza, cu (Figura 3.3).

În acest caz, debitul specific solid de fund are valoarea:

(3.)

Dacă se presupune aceeași distribuție liniară și pentru efortul de antrenare care acționează la nivelul fundului albiei , fiind efortul necesar (critic) pentru antrenarea stratului care se mișcă cu viteza ”v”.

Astfel ecuația devine:

(3.)

Figura 3.3 Transportul aluviunilor în straturi

Această relație se utizează uneori la râurile de munte cu un pat aluvionar gros, alcătuit din material grosier uniform.

Ea prezintă mai mult un interes teoretic, întrucât majoritatea relațiilor utilizând efortul critic de antrenare sunt funcție de ().

U. S. W. E. S. admite o variație exponențială a diferenței ().

(3.)

unde:

”n” este coeficientul de rugozitate după Manning. Deși exprimarea debitului târât în funcție de coeficientul de rugozitate pare justificată teoretic, ea este în contradicție cu unele rezultate exprimentale și măsurători în natură.

E. Meyer – Peter a propus o serie de relații pentru debitul târât de fund. Dintre acestea menționez:
(3.)

unde:

B=0,25 coeficient; pentru funduri nisipoase B= 0,22;

K=K1/K2 pentru funduri puternic erodate, K=1 pentru funduri plane;

– debitul specific târât cântărit în apă;

Relația Meyer – Peter pentru transportul aluviunilor este tot de forma . Ea rezultă din ecuația începutului mișcării .

Această relație și coeficienții săi au fost verificați în ultimii ani atât în natură cât și în laborator.

Ea dă rezultate bune atât la râuri de șes, cât și pentru cele de deal și munte, pentru albii plane sau puternic vălurite, material necoeziv uniform sau neuniform. Limitele de aplicabilitate sunt pante 1,5…20 %o, pentru diametre 0,8….30 mm, adâncimi de apă 0,1…1,2 m, debite specifice 0,002…2 m3/s, greutăți specifice ale aluviunilor foarte variate, formele particulelor sferice până la cubice.

LUCRĂRI DE REGULARIZARE ALE ALBIILOR RÂURILOR

Lucrări de regularizare la punctele de confluență

Confluența este locul de întlnire a două sau mai multe cursuri de apă. Prin confluența cursurilor de apă, în acel sector, morfologia albiei minore cât și majore suferă modificări, în principal de natură morfologică.

Prin lucrări de regularizare se înțeleg acele lucrări care acționează împreună asupra traseului în plan, asupra secțiunilor de curgere și care conduc la obținerea unei albii stabile cu curgere cât mai uniformă.

Pentru configurația confluenței, cea mai mare importanță o are raportul granulozității materialului solid și turbiditatea al celor două cursuri de apă.

Dacă în urma unei regularizări, afluentul aduce mai multe aluviuni decât râul principal, capacitatea de eroziune și transport a acestuia este micșorată iar în aval, la vărsare se produc depuneri de material aluvionar.

Există și ceea de-a doua variantă posibilă, atunci când, debitul solid târât al afluentului se micșorează (prin lucrări de regularizare a torenților), atunci în aval la vărsare, se produce o adâncire a fundului cursului de apă principal.

Confluentele nefavorabile se pot îmbunătăți cu lucrări de regularizare, care variază de la caz la caz (Figura 4.1). Astfel, sporirea prea accentuată a secțiunii de curgere, în cazul unui unghi de incidență foarte ascuțit, se poate corecta prin construirea unui epiu de partaj. Acesta trebuie să aibă înălțimea variabilă, cu o valoare maximă la rădăcina (cota malului albiei medii). O serie de epiuri sau un dig de dirijare, construite pe malul opus al confluentei, realizează odată cu protecția acestuia o deplasare a firului apei și spălarea depozitelor de la gura de vărsare.

Figura 4.1 Amenajarea confluențelor naturale

a – epiu de partaj pentru unghiuri mici; b – depuneri și afuieri la o confluență;

c – consolidarea malului opus pentru unghiuri mari; d – diguri și epiuri la o confluență nestabilă

O mare importanță o are unghiul de confluență a celor două cursuri de apă, cel mai frecvent întâlnit în natură fiind unghiul drept.

Acest unghi nu este favorabil pentru stabilitatea albiei, deoarece curentul afluentului lovind pe direcția normală la plan curentul râului principal, necesită un mare consum de energie, capacitatea de transort a râului se diminuează iar la gura de vărsare a afluentului se produc depuneri.

Acest fenomen va duce la împingerea cursului de apă principal către malul opu, rezultând astfel erodarea malului și schimbarea direcției de curgere prin curbarea cursului de apă.

Unghiul ascuțit, mai deschis, are un aport mai favorabil, dar nici în acest caz însă nu se împiedică formarea la gura de vărsare a râului secundar în cel principal a unor bancuri importante.

Micșorarea sub anumite limite a unghiului de confluență poate avea urmări asupra sporirii acentuate a secțiunii de curgere în aceea zonă.

O confluență nestabilă poate fi regularizată prin închiderea brațelor secundare, fixarea malurilor concave și construirea unor epiuri pentru calibrarea secțiunii și dirijarea curentului. Dacă prin metodele obișnuite nu se poate realiza o regularizare eficientă, se poate recurge la deplasara gurii de vărsare în amonte sau în aval de punctul de confluență (Figura 4.2.).

Figura 4.2 Deplasarea gurii de vărsare spre aval

Figura 4.3 Forme caracteristice de confluențe

a – la traversadă; b – la malul convex; c – la malul concav; d – cu curburi inverse.

Astfel dacă panta de curgere a râului principal în aval de noul punct de confluență este mai mică decât în vechea confluență și vitezele scad sub valoarea critică de antrenare a aluviunilor aduse de afluent, se pot produce depuneri. În caz contrar, dacă panta este mai mare, datorită aportului de debit lichid al afluentului, se pot produce afuieri.

Prin deplasarea gurii de vărsare către amonte a afluentului, iar dacă acesta are un traseu aproape paralel cu răul principal și pe deasupra mai este supus și împotmolirii pe ultimul sector înainte de vărsare, se poate obține o cădere mai mare și astfel se elimina împotmolirea din zona gurii de vărsare.

La schimbarea poziției și orientării gurii de vărsare se pot întâlni trei cazuri caracteristice (Figura 4.3): confluență în regiunea pragurilor, în malul convex sau în malul concav al râului principal.

Din punctul de vedere morfologic confluența în concavitatea curbei este favorabilă, deoarece, din cauza vitezelor sporite, depunerile în râul principal sunt: foarte reduse sau nu se produc de loc. Dacă gura de vărsare a afluentului se gasește pe malul convex al unei curbe, aluviunile nu pot ajunge în curentul râului principal decât cel mult în timpul apelor mari.

Depozitele de aluviuni formate pe malul convex pot produce, prin îngustarea sectorului, surpări importante ale malului opus (malul concav). O deplasare a gurii de vărsare a afluentului spre aval, până la un mal concav al râului principal, poate să fie în mai multe împrejurări deosebit de folositoare. Cea mai bună dispoziție a gurii de vărsare este însă aceea care realizează intersecția axelor dinamice ale curenților celor două râuri imediat în aval de punctul de confluență. Acest lucru se obține în mod natural dacă, în punctul de confluență, curburile celor două râuri sunt de sens contrar.

Lucrări de regularizare la bifurcații

Divizarea unui curs de apă în mai multe brațe se datorează, în majoritatea cazurilor, nestabilității albiei. Dacă râul prezintă în plan un traseu divagant cu sinuozități foarte dezvoltate, străpungerea unei meandre poate duce la divizarea albiei în doua brațe și la apariția unei insule.

Uneori străpungerea se poate face după mai multe direcții, în acest caz albia se împarte local în mai multe brațe. Evoluția și consolidarea depozitelor de aluviuni, sub forma unor insule în mijlocul curentului, pot produce de asemenea diviazarea acestuia în două sau mai multe brațe.

Acest fenomen este destul de frecvent observându-se în vecinătatea punctelor de confluență, datorită depozitelor aduse de afluenți și deplasării gurii de vărsare a cursului secundar în cel principal.

Datorită existenței pe cursul râului a unor praguri împotriva afuierii, acest fenomen se produce mai greu.

De-a lungul timpului s-a observat ca latimea albiei unice în ecinătatea unor ramificații este mult mai mică decât suma tuturor lățimilor brațelor, dar adâncimea albiei minore este întodeauna mai mare, fapt datorat vitezelor de curgere mai mari prin remuul creat în amonte de această ramificație.

Debitele și pantele de curgere pe brațe imediat în amonte de ramificație fac ca suprafața apei să prezinte o înclinare transversală spre brațul cu panta de curgere mai mare, lucru ce se datorează condițiilor de curgere diferite (secțiunea albiei, rugozitatea, adancimea, etc), în aceasă zonă se produce o puternică circulație transversală.

Ramura inferioara a curentului de circulație transversală este încărcată cu aluviuni de fund, aceasta se îndreaptă către brațul cu panta de curgere mai mică. De aici rezultă că în acest braț va fi cea mai mare parte din aluviunile târâte.

Cunoașterea repartiției debitelor pe brațe, la diferite niveluri, este deosebit de necesară pentru proiectarea judicioasă a lucrărilor de regularizare. Albia cu mai multe brațe este mai puțin stabilă și prezintă unele inconveniente pentru navigație. Foarte adeseori, pentru îmbunătațirea curgerii și condițiilor de navigație se pune problema închiderii unor ramificații și amenajarea unui braț (mai rar două), pentru navigația curentă.

Închiderea brațelor trebuie foarte bine cumpănită în ce privește avantajele și urmările pe care le poate avea asupra curgerii pe râul respectiv și chiar asupra regiunii. Nu trebuie scăpat din vedere că brațele secundare și terenurile care le despart servesc în oarecare măsură ca spații de depozitare a aluviunilor și atunci când au volume și suprafețe întinse, ca bazine de compensare pentru apele mari. Închiderea completă a brațelor nu este recomandabilă nici din punct de vedere piscicol, nici în ceea ce privește peisajul.

Figura 4.4 Inchiderea unui brat secundar

I – dig de dirijare; II – epiuri; III – dig de închidere.

Prin închiderea unei ramificații se micșorează lungimea malurilor ce trebuie apărate, reabilitate și întreținute, se limină pericolul formării barajelor de gheața. Astfel debitul se concentreaza într-o singură secțiune de albie, pragurile sunt erodate și fundurile adâncite.

Închiderea unui braț nu este recomandabil să se facă dintr-o dată, din cauza perturbațiilor puternice care se pot produce în regimul de curgere al râului. Din acest punct de vedere, epiurile de închidere (Figura 4.4) sunt preferabile digurilor transversale. Acestea din urma sunt în general submersibile; coronamentul lor poate fi înălțat succesiv în măsura în care asigură curgerea apelor mari.

La amplasarea și dimensionarea unui dig de închidere trebuie să se mai țină seama de căderea care se creează în fața acestuia și care este egală cu căderea pe râul principal, între capetele extreme ale ramificației. Digul trebuie așezat într-o secțiune stabilă a albiei, cu maluri înalte pe ambele laturi, pentru a se evita ocolirea acestuia de apele mari și executarea unor lucrări costisitoare de legătură cu sistemul de îndiguire de pe maluri.

Lucrări de regularizare ale albiilor prin epiuri

Epiurile sunt lucrări transversale de regularizare, care se amplasează dinspre mal spre talvegul cursului de apă pentru a reduce lățimii albiei, prin fenomenul de colmatare care se produce în spatele lor.

Epiurile se folosesc în mod curent penrtu:

calibrarea albiei în vederea realizării secțiuinii de curgere prin regularizare;

îndepărtarea bancurilor de material aluvionar;

refacerea și protecția malurilor erodate;

dirijarea curentului din zona malurilor spre talvegul cursului apei;

activarea unor brațe sau închiderea brațelor secundare;

Delimitarea malului se face amplasând capul epiurilor dinspre talveg pe o linie continuă.

Deoarece prin efectul de stăvilire a apei epiurile poduc afuierile fundului în aval de acestea, ele se vor proiecta cu o baza elastică din saltea de fascine, gabioane sau materiale geocompozite cu rezistențe mecanice, care să poata urmări noua configurație a fundului albiei și să reziste la afuieri.

De obicei, în zona capului epiului, vitezele cresc și se fenomenul de erodare a terenului ia amploare, de aceea acesta zona de încastrare în mal se va întării pe o lungime de cca 5 – 6 m cu 1,5 … 2 ori lățimea coronamentului.

Figura 4.5 Sceme de amenajare a cursurilor de apă cu epiuri

Pentru reducerea afuierii, încastrarea în mal se așează pe o saltea de fascine sau un material geosintetic cu rezistențe mecanice, care poate prelua eforturi de întindere, care va depăși construcția atât spre amonte cât și spre aval cu circa 5 – 6 m și cu circa 7 -8 m spre talveg.

Pentru reducerea afuierii albiei prin deversarea epiurilor, taluzul aval se va face cu o pantă mai dulce decât cel din amonte sau se va executa în trepte.

Pentru a fi ferite de spălare în zona de încastrare în mal, epiurile se vor prevedea cu o încastrare de 8 … 10 m, după natura terenului din care este construit malul.

Epiurile pot fi:

submersibile, în care caz coronamentul va avea o înclinare de la mal spre firul albiei astfel:

la rădăcină, 1:10 …. 1:25;

corpul, 1:100 …. 1:300;

capul, 1:3 …. 2:8.

nesubmersibile, în trepte, în care caz coronamentul va fi orizontal.

Lucrări de regularizare ale albiilor prin diguri longitudinale

Digurile longitudinale sunt lucrări de fixare a concavităților, care se folosesc atunci când linia traseului de regularizare nu coincide cu linia malurilor.

În general, traseul digurilor longitudinale va urma linie curbă care să readucă și în final să dea un curs natural apei.

Aceste lucrări se vor racorda cu malul în zonele prestabilite.

Digurile longitudinale drept socp:

apărare a malurilor, fiind denumite diguri longitudinale de apărare a malurilor;

dirijarea cursului de apă pe un nou traseu, fiind denumite diguri longitudinale de dirijare a curentului;

Digurile longitudinale de dirijare se vor proiecta când se impune dirijarea apei pe sub poduri sau pentru atenuarea confluenței a doi curenți (Figura 4.6 a și b).

Digurile longitudinale de dirijare pot fi:

submersibile;

fără traverse de consolidare și colmatare;

cu traverse de consolidare și colmatare;

nesubmersibile (Figura 4.6 c).

Digurile de dirijare se vor încastra în mal pe cel puțin 5 – 6 m lungime, iar capul aval se va face mai rezistent sau se va lega de mal printr-o traversă de colmatare.

Digurile pentru apărarea malurilor sau digurile de dirijare din jurul podurilor se vor racorda cu aripile sau cu sferturile de con ale podurilor în culee (în situația când culeele sunt fundate pe piloți .

În cazul culeelor au fundații de suprafață și sunt amenințate de afuieri, digurile vor îmbrăca fundația culeii.

a1. sistem submersibil a2. sistem nesubmersibil

digiri longitudinale și transversale

b. diguri de dirijare la confluența a două cursuri de apă

1. epiuri; 2. diguri de dirijare

c. dig de dirijare din anrocamente

Figura 4.6 Diguri de dirijare

Întrucât prin îngustarea albiei de către diguri se marește forța de antrenare care are drept rezultat adâncirea acesteia, digurile se vor prevedea cu o bază mare și elastică pentru a putea urmări adâncimile și a nu fi periclitate de subspălare.

Pentru a nu se produce fenomenul de eroziune a digului, la traversarea acestuia de către apele de viitură, taluzul dinspre mal se va prevedea cu o pantă dulce și se va proteja cu materiale de constructie ce vor rezista la viteze mari în funcție de nivelul apei (piatra, geocompozite sintetice, etc).

Pe fundul afuiabil și puțin stabil se utilizează elemente de apărare alcătuite din fascine, saltele de gabioane, gabioane, geotextile, geocompozite sintetice, etc.

Este bine de stiut ca elementele alcătuite din nuiele să fie așezate sub nivelul apelor mici pentru ca acestea să nu intre în contact cu aerul și să nu putrezească și să fie protejate contra eroziunii apelor și materialelor solide transportate printr-o țesere cu un înveliș de piatră suficient de gros și stabil.

În Figura 4.7. se indică amplasarea unui dig de dirijare pentru restrângerea albiei și dirijarea aluviunilor la confluență. Digurile longitudinale se pot executa din aceleași elemente ca și apărările de mal de sub nivelul apei.

Figura 4.7 Diguri de dirijare cu traverse de colmatare

1 – dig de dirijare; 2 – traversă de colmatare; 3 – dig de dirijare la confluență.

În cazul în care se renunță la consolidarea malului și la colmatare, obligatoriu se vor prevedea diguri longitudinale nesubmersibile.

La proiectarea acestor diguri se vor prevedea fundații adânc încastrate pentru a nu fi ușor afuiate, iar când pericolul afuierii nu poate fi evitat prin aceasta măsura, fundațiile se vor prevedea cu o protectie spre apă, dintr-un perete de palplanșe metalice sau PVC sau ecran de beton (Figura 4.8).

Figura 4.8 Diguri nesubmersibile

Aceste diguri se vor prevedea cu o impermeabilizare pe taluzul amonte din geomembrană sau pereu din beton, cel din urmă având o grosime mai mare la baza decât la coronament în funcție de înălțimea digului.

Cota digului nesubmersibil se va preveda cel puțin cu 1,0 m peste nivelul maxim de asigurare.

Lucrări de regularizare și apărare la poduri

Lucrările de regularizare în zona podurilor sunt de 2 feluri:

după cum ele acționează asupra curgerii la apele mici și medii (lucrări în albia minoră) sau la apele mari ( lucări în albia majoră);

după modul de amplasare:

lucrări de regularizare în albia minoră sau cea majoră;

lucrări de dirijare ale curentului situate în imediata vecinătate a podului.

Lucrările de regularizare în albia minoră se execută pentru fixarea meandrelor într-o poziție optimă podului, închiderea unor brațe secundare, sporirea adâncimilor albiei, consolidarea albiei și evitarea erodării malurilor.

Pentru lucrările de regularizare se folosesc soluții tehnice uzuale: epiurile, pragurile de fund, digurile longitudinale de dirijare și transversale de închidere, apărarile de mal, etc.

Funcțiile specifice pentru lucrările de corectare și modelare a albiei și protecția împotriva eroziunii în vecinătatea podului sunt:

protecția fundațiilor podului împotriva afuierii locale;

stabilizarea malurilor albiei împotriva erozziunii potențiale și în zonele din amonte si aval de acesta;

mutări de albie pe alte deschideri ale podului pentru o stabilizare îmbunătățită a malurilor și aliniamentului albiei în zonele din vecinătatea podului;

păstrarea unei curgeri paralele cu direcția pilelor și culeilor podului pentru a minimiza afuierile locale;

îmbunătățirea eficienței hidraulice a curgerii privind trecerea apei, plutitorilor și sloiurilor;

îmbunătățirea traversărilor existente care au suferit avarii din cauza eroziunilor.

În acele sectoare unde abliile sunt înundabile la curgerea în regim de viitură sunt necesare măsuri de control ale albiei astfel încât la sfarșitul cercetărilor să se stabilească o locație stabilă pentru traversare.

În (Figura 4.9.a), circulația transversală pentru dirijarea aluviunilor târâte spre pilă și împiedicarea afuierilor locale este produsă de o serie de suluri de fascine scufundate pe fund sau geotextile. Acestea formează un fel de panouri de dirijare de fund. Unghiul α se alege între 18⁰ și 20⁰.

În (Figura 4.9.b), sistemul de fund este înlocuit cu panouri de dirijare de suprafață, plutitoare sau fixate pe piloți. Lungimea totală a sistemului se ia aceeași ca și în cazul precedent.

Numărul panourilor este 3…4, cu intervale egale cu lățimea pilei.

Figura 4.9 Panouri de funda (a) și panouri de suprafață (b) pentur mișcarea afuierilor locale la pilele podului

Înclinarea panourilor față de direcția curentului este α=12⁰…18⁰, iar adâncimea de cufundare, hp/2. Lucrările de regularizare în albia majoră servesc la: oprirea tendințelor de ocolire a podului prin eroziunea malurilor, exercitată de apele mari, apărarea împotriva inundațiilor, realizarea unui contur de curgere hidrodinamic precum și dirijarea apelor mari la pod, astfel ca să se realizeze o trecere cât mai gradată de la secțiunea curentă a râului la secțiunea de curgere a podului și invers (în aval).

Lucrarile de regularizare în albie, se întind pe cațiva kilometri în amonte și în aval de pod proiectat. În faza de proiectare trebuie avută grijă, deoarece este vorba despre o amenajare. Aceste modelări se pot face în programe specializate folosite la scară largă în timpurile noastre (Hec- Ras, Mike, etc).

Tipurile comune de lucrări de protecție împotriva afuierilor și controlului albiei în secțiunea podului sunt:

saltele de protecție împotriva afuierilor alcătuite din anrocamente, geocontainăre, fascine, etc;

protecția taluzelor și a malurilor (taluze pereeate, taluze apărate cu anrocamente, materiale geosintetice compozite);

diguri de dirijare paralele cu direcția principală a curgerii pentru dirijarea printr-o anumită deschidere a podului;

epiuri;

diguri de apărare din umpluturi locale pentru protecția împotriva inundațiilor a suprafețelor limitrofe podului;

lucrări de calibrare ale albiei, ce constau în excavații mecanice;

excavații și dragaje folosite pentru îndepărtarea depozitelor de sedimente din vecinătatea podului.

Lucrări de regularizare la prizele de apă

Lucrările de regularizare la captările de apă se execută pentru:

stabilizarea albiei în sectorul de priză și asigurarea contactului permanent între râu și priză;

dirijarea curentului în scopul obținerii unei ape cât mai curate și a adâncimilor necesare în fața instalațiilor de captare;

stabilizarea și apărarea malurilor din vecinătatea captării;

apărarea împotriva inundațiilor și înmlăștinării terenurilor;

Lucrările de regularizare pentru stabilizarea albiei și asigurarea contactului permanent între râu și priză trebuie executate în special pentru debitele mici și medii. La ape mari se poate admite ca râul să curgă prin două sau mai multe brațe cu un traseu oarecare. Lucrările de regularizare constau din străpungeri și rectificări, închideri de brațe, calibrări de secțiuni etc. (Figura 4.10).

Figura 4.10 Regularizarea râului Jiu la Livezi pentru traversarea la pod și asigurarea prizei de apă

1 – priza stației de pompare; 2 – epiu de fund pentru asigurarea prizei la ape mici;

3 – lucrări etapa I; 4 – idem, etapa II.

Lucrările de dirijare a curentului la prizele fără baraj urmăresc crearea unei circulații transversale favorabile care să apere captarea de împotmoliri. Acest lucru se obține prin crearea unui traseu curb, instalațiile de captare amplasându-se în acest caz pe malul concav, conform indicațiilor date mai înainte. O circulație transversală mai poate fi creată prin construirea unui pinten de fund cu coronamentul în pantă (Figura 4.11). Aceste dispozitive îndepărtează debitul solid târât de captare însa pot produce blocarea acesteia în timpul iernii cu ghețuri.

Figura 4.11 Lucrări pentru îndepărtarea aluviunilor de fund de la o priză în curent liber

a – prin realizarea unui traseu curb; 1 – canal de derivație; 2 – priză; 3 – mal stabil.

Pentru crearea unei circulatii transversale favorabile se pot utiliza panouri plutitoare de suprafață. Așezate în serie pe pontoane metalice, panourile pot fi scoase de pe amplasament iarna și în timpul apelor mari.

Praguri de reținere a sedimentelor

Pragurile de fund pentru reținerea sedimentelor se folosesc acolo unde fundul prezintă adâncimi mari din cauza eroziuni a apei.

Acestea au rolul de apărarea împotriva afuierii malurilor digurilor sau a capului epiurilor, cât și pentru a reduce viteza apei.

În acest caz se va proiecta un profil longitudinal în trepte, fiecare treaptă reprezentând un prag de fund. Distanța dintre lucrări la o înălțime h aleasă, se determină conform relației:

(4.1)

în care:

L – este distanța dintre lucrări (m);

h – înțltimea aleasă a lucrării (m);

if – panta naturală a fundului albiei;

ie – panta de compensație sau echilibru.

Pragurile de fund pentru reținerea sedimentelor, se proiectează pe toată lățimea albiei de la un mal la altul, având coronamentul mai ridicat către maluri decât spre talveg, pentru a permite scurgerea apelor la niveluri mici.

Există cazu când se proiectează praguri de fund doar pe o porțiune din albie, pentru a realiza forma voită a secțiunii de curgere; aceste praguri poartă numele de epiuri.

Coronamentul pragurilor de fund sau epiurilor se va proiecta în general la nivelul fundului albiei proiectate.

Pragurile se mai numesc și baraje de reținere a aluviunilor. Acestea se construiesc pe cursurile de apă cu regimul de curgere torențial, pentru consolidarea fundului albiei.

Pragurile de fund pot fi utilizate pe toată înălțimea fundului albiei în jurul pilelor unui pod atunci cand afuierile avansează periculos.

Pentru a obține rezultatele cele mai favorabile, amplasarea pragurilor de fund în curbe se va face astfel: primul la începutul curbei, ultimul la sfârșitul curbei, iar celălalte praguri se așează la distanța de 1,5 ori lățimea albiei de fund. Pentru a rezista acțiunii apelor, pragurile de fund se vor proiecta cu o încastrare în mal de cca. 5 m, iar contra afuierii în aval se vor prevedea saltele de fascine sau saltele geosintetice autolestante pe o lungime de 3,2h + 2e. În cazul afuierilor puternice acestea se vor asigura cu palplanșe sau cu piloți.

Dimensionarea pragurilor se face identic ca la traversele de închidere. Nu se recomanda folosirea bolovanilor de râu, decât în cazul când se folosesc ca elemente constructive în cutiile gabioanelor.

Tipurile de praguri de fund mai des utilizate sunt cele prezentate în Figura 4.12, cu următoarele recomandări:

se folosește pe râuri cu viteză sub 2 m/s și afuieri foarte mici;

se poate utiliza când rocă de bază este relativ la suprafață (sub 1,5 m);

se folosește când se produc afuieri importante, peste 10 m;

se folosește la prevenirea producerii afuierilor în jurul pilelor și culeelor podurilor.

Figura 4.12 Praguri de fund

Barajele de reținere a aluviunilor se execută din zidărie uscată sau cu mortar, căsoaie de lemn, gabioane, beton, etc. Pentru o întreținere mai ușoară, înălțimea lor se va limita la 2 … 4 m.

În figura 4.13. este prezentat un prag de reținere a aluviunilor din gabioane.

Figura 4.13 Prag de reținere a aluviunilor

Criterii de bază în alegerea soluțiilor

Prin lucrările de apărare se înțelege orice tip de construcție inginerească care are ca scop principal protejarea căilor de comunicații și a malurilor împotriva acțiunii de erodare sau afuiere a curenților apei.

Lucrările de apărare au în general un caracter local, limitat la zonele din aproprierea traseului căilor de comunicații cu cursul de apă. Ele trebuie însă tratate astfel ca să se încadreze într-un plan general de amenajare, privind întregul curs de apă. Lucrările se vor prevedea cu încastrări corespunzătoare în maluri stabile ale cursului de apă.

În alegerea soluțiilor se va ține seama de o serie de reguli:

de condițiile specifice ale curgerii concretizate prin elementele rezultate din calcul și în final înălțimea „h” a nivelului liber al apei;

de natura terenului în albie și în maluri, și de morfologia albiei naturale în general;

de posibilitățiile și evoluția în timp a erodării sau afuierii albiei;

de posibilitățile procurării materialelor de construcție, sau de folosire a materialelor locale, precum și de posibilitățile de depozitare și organizare a execuției.

La traversarea localităților lucrările trebuie încadrate în P.U.G. (Plan Urbanistic General) cu resprectarea ansamblului arhitectonic local, precum și adaptarea lor la tipurile de lucrări existente.

Este bine de știut ca în alegerea soluțiilor tehnice sa se vor evita soluțiile care ar aduce modificări sau schimbări bruște în regimul de curgere al curentului.

Apărări, consolidări și susțineri de maluri

Eroziunile laterale prin frecvența și agresivitatea lor, imprimă torentului un traseu instabil, neregulat, contribuind substanțial la mărirea transportului de aluviuni. Ele duc la decastrarea lucrărilor hidrotehnice transversale, declanșează fenomene de mal (alunecări surpări) pe lungimi mari, lărgesc albiile în defavoarea terenurilor cultivabile, sau de alte destinații, cu efectele nefaste asupra tot ce se află în zonele de mal.

Eroziunea laterală se poate combate pe două căi principale:

prin micșorarea vitezei, curentului de apă în lungul malurilor expuse eroziunii prin fie îndepărtarea curentului de maluri, cu anumite construcții hidrotehnice, fie se mărește în mod artificial rugozitatea albiei în zona respectivă.

prin consolidarea malurilor cu construcții hidrotehnice sau prin protejarea acestora cu îmbrăcăminți rezistente la eroziune, fără însă a micșora viteza curentului de apă.

Lucrările sus menționate nu trebuie să fie amplasate strict numai în zona afectată la un moment dat, ci ele trebuie extinse în aval și amonte de porțiunile efectiv erodate, deoarece forțele hidrodinamice care le provoacă variază ca intensitate și poziție în funcție de numeroși factori: nivelul apelor, poziția în plan a albiilor, geomorfologia, granulometria aluviunilor, gradul de încărcare a apei cu aluviuni, etc.

Înierbări

Înierbările se folosesc la stabilizarea taluzurilor canalelor și la fixarea taluzurilor naturale s-au artificiale.

Figura 4.14 Iniebarea taluzurilor

În funcție de panta taluzului, de lungimea și forma lui, de gradul de instabi1itate a terenului, de natura degradărilor și intensitatea lor, însămânțarea cu ierburi se poate face cu sau fără ajutorul unor lucrări pregătitoare (Figura. 4.14, M. Moțoc, ș,a.1975):

– executarea de șănțulețe pe suprafața taluzului pentru mărirea aderenței;

– modelarea terenului în formă de trepte, începând de la partea inferioară a taluzului către partea superioară;

– aplicarea stratului de pământ vegetal de 10-20 cm grosime;

– intercalat se folosesc suprafețe cu brazde de iarbă prinse în cuie de lemn pentru a se asigura o mai mare aderență a pământului pe taluz.

Pe taluzurile cu o mare predispoziție la eroziune, pentru a se asigura reușita însămânțărilor sunt necesare susțineri cu gărduleț . Reușita însămânțărilor depinde și de speciile folosite în acest scop. În general sunt indicate amestecurile de semințe a 3 – 5 specii, din care 60%-70/ graminee și 30%-40% leguminoase. Sunt preferate speciile care au dovedit viabilitatea în condiții asemănătoare celor din bazin.

Îmbrăcăminți din fascine

Acestea se realizează fie din fascine simple, fie din fascine lestate.

Tipurile sunt variate, după cum fascinele sunt utilizate singure sau în combinație cu alte materiale.

Tipul cel mai ușor de executat este îmbrăcămintea din fascine așezate pe taluz după linia

de cea mai mare pantă (Figura 4.15.) .

Dacă este necesară numai apărarea piciorului de taluz, consolidarea se poate realiza ca în (Figura 4.16.). Îmbrăcămintea de fascine suportă o viteza a curentului de apă de 2,5 – 5,0 m/s, fiind mai stabilă ca tipurile descrise.

Figura 4.15 Îmbrăcăminți din fascine

Figura 4.16 Consolidări din fascine

Saltea antierozională tridimensională

Este o saltea tridimensională de protecție antierozională cu un miez din monofilamente sintetice care formează o structură labirintică.

Saltelele de protecție antierozională sunt folosite pentru protecția pantelor și a pământului în lucrările de construcție a drumurilor, regularizări de râuri, amenajări peisagistice și lucrări de construcții depozite ecologice de deșeuri. Lucrările de protecție pe căile navigabile folosesc în zonele inundabile și pe taluzuri. Dimensionat corespunzător, materialul previne alunecarea și spălarea solului și a stratului de acoperire înlesnind în același timp creșterea rapidă a vegetației. În timpul ploilor torențiale care produc scurgerea cu viteză a apei pe pante, acestea acționează ca un strat suport pentru particulele de pământ și vegetație previne eroziunea și distrugerea stratului vegetal. Odată vegetalizată, suprafața protejată reduce vitezele de scurgere ale apelor, crescând astfel infiltrația și reducând cantitățile care se scurg.

Amplasat în imediata vecinătate a cursurilor de apă, protejează malurile împotriva antrenării particulelor și eroziunii cauzate de apa care curge.Structura deschisă a saltelelor antierozionale tridimensionale permite încărcarea cu pământ pe întreaga sa suprafață și adâncime. Astfel, favorizează infiltrarea apei din precipitații și previne eroziunea. Dezvoltarea rădăcinilor este susținută de structura tridimensională care oferă susținere rădăcinilor plantelor. Este rezistent la toate substanțele chimice sau biologice prezente în mod natural în sol, fiind în același timp foarte rezistent la radiațiile ultraviolete.

Figura 4.17 Pozarea saltelelor antierozionale tridimensionale

Asigurarea stabilității pantelor taluzelor folosind Geocelule

Geocelulele sunt sisteme de confinare tridimensionale celulare, formate din benzi perforate si texturate (care imbunatatesc considerabil caracteristicile materialelor de umplere). Aceste sisteme au multiple utilizari, printre care : cresterea capacitatii portante a terenurilor cu portanta scazuta, realizarea structurilor de sprijin, protectii de taluzuri si control erozional, protectii si aparari de maluri etc. Pentru a asigura o conlucrare cât mai buna cu materialul de umplere, materialul este texturat, iar golurile practicate in pereti asigura un drenaj eficient, permitând dupa caz si dezvoltarea vegetatiei.

Acestea vor fi montate pe stratul suport al corpului digului peste care se fa pune pamant care va fi inierbat ulterior, crescând astfel eficacitatea acestui material geocompozit.

Figura 4.18 Lucrări de montare a geocelulelor

Apărări cu prisme din saci de geotextil

Aceaste tipuri de apărări se realizează dintr-un prismul de reazem alcătuit dintr-un nucleu din saci de geotextil de 600 g/mp, cu dimensiunile în plan de (2,38 x 1,45) m. Aceștia se umplu cu material local la un grad de umplere de 80%. Peste sacii din geotextil se poate prevedea o manta din anrocamente de (150-500) kg/buc., în grosime de 1,00 – 1,20 m. În spatele prismului se pozează un material geotextil nețesut cu rolul de a împiedica extragerea materialului fin din mal la fluctuațiile de nivel din râu. Prismul rezultat are în general o panta de 1:1,5 spre apă și de 1:1 spre mal.

Aval și amonte consolidările de mal sunt prevăzute cu încastrări din același material.

În zonele în care eroziunile de mal sunt foarte accentuate, în vederea reconstituirii liniei malului, consolidarea acestuia se realizează prin diguri de dirijare, susținute de traverse cu rol de colmatare. Față de celelalte prisme, cel de față fiind realizat numai din saci de geotextil, are prevăzut ultimul rând de saci umpluți cu balast stabilizat (cca. 80-100 kg de ciment la 1,0 mc de balast).

De preferat este faptul ca ultimul rând de saci sa fie acoperit împotriva razele ultraviolete, prin punerea unui strat de anrocamente sau pamant vegental, sau prin utilizarea unor saci de geotextil speciali cu rezistență mai mare la U.V.

Figura 4.19 Apărare de mal cu saci de geotextil

Apărări din anrocamente si peree

Apărările din anrocamente și peree se execută din piatră naturală

Anrocamente

Anrocamentele se realizează din bolovani mari sau blocuri de piatră, așezate neregulat, asigurându-se astfel, o bună protecție a bazei taluzului și a suprafețelor de taluz în contact direct cu apa la viituri. Aceste lucrări se justifică în locurile unde bolovanii și piatra se găsesc în abundență, sau când sunt ușor de procurat și transportat la punctele de lucru.

Pereuri

Pereele se utilizează în cazul taluzurilor spălate de apă.

Pereele pot fi:

– pereuri uscate , în diverse variante constructive (Figura 4.20)

– pereuri rostuite, care deși sunt mai costisitoare rezistă mai bine la acțiunea

curenților încărcați cu aluviuni grosiere și plutitori.

Figura 4.20 Aparare de mal cu pereu din piatra bruta sprijinit pe o grind din beton ciclopian

Pereele uscate și pereele rostuite se pot folosi în combinație cu anrocamente sau cu anrocamente și fascine sau cu anrocamente și geotextile. În funcție de înclinarea taluzului, natura sa litologică, viteza de scurgerea a apei, se va alege un materialul de construcție pretabil pentru fiecare caz în parte.

Figura 4.21 Pereu uscat sprijinit pe un prism de anrocamente

Grosimea pereele poate fi constantă pe întreaga înălțime a taluzului sau se poate micșora de jos în sus. În zona de contact dintre pereu și terenul taluzului este bine să se execute un filtru invers. Un filtru invers este format din mai multe straturi de nisip si pietriș, care se succed în ordine inversă granulometriei pământului natural, adică stratul cu granulație fină se aplică pe taluz, iar straturile cu granulație din ce în ce mai grosieră spre exterior, înspre curent.

Pereele se pot executa pe toată suprafața taluzului cu fundația corespunzătoare sub diferite forme, având grosime 0,15 – 0,30 m. Deoarece pericolul fisurării este de neînlăturat la îmbrăcămințile din beton, trebuie neapărat lăsate rosturi de dilatare, de 10-15 mm umplute cu mastic bituminos.

Figura 4.22 Aparare de mal din pereu de beton – tip dale prefabricate

Apărări din gabioane

Apărările din gabioane se folosesc în toate tipurile de eroziuni ale malurilor doarece se preteză aproape la orice secțiune de albie.

Sunt foarte elastice și rezistente la afuieri. Totuși în cazul viiturilor cu aluviuni grosiere, în timp sârma poate fi distrusă. Aceste lucrări sunt indicate când viteza curentului nu depășește 4 m/s.

De obicei aceste apărări din cabioane trebuie să fie executate pe o saltea elastică de gabioane, sau pe un strat de fascine sau geotextil.

Figura 4.23 Apărarea taluzelor cu gabioane

Apărări din beton sau din zidărie de piatră cu mortar

Zidurile sprijin

Apărările se realizează pentru sprijinirea malurilor albiei. Formele si dimensiunile acestor ziduri sunt variate. Se execută din zidărie de piatră cu mortar sau din beton. Foarte importantă este adâncimea de fundare, care trebuie să fie suficient de mare pentru preîntâmpinarea afuierilor și tasărilor. La dimensionarea acestor structuri se are in vedere normativul NP 124, dar trebuie să se țină seama și de adâncimea de afuiere pe sectorul ce urmează a se utiliza acest tip de apărare de mal.

Zid de sprijin din beton

Zid de sprijin din zidărie de priatră brută cu mortar de ciment

Figura 4.24 Tipuri de ziduri de sprijin

Apărări de mal din palplanșe

Palplanșele sunt elemnte de construcție prefabricate din lemn, metal, beton armat sau din materiale sintetice, de forma unei grinzi cu lungime mare, introduse în pământ prin batere, vibrare sau presare, astfel încât să formeze pereți continui cu rol de susținere și etanșare.

Palplanșele sunt prevăzute cu îmbinări care asigură continuitatea peretelui din punct de vedere al etanșeității și al rezistenței.

Palplanșele se pot utiliza pentru lucrări definitive sau temporare.

Pentru protejarea malurilor lacurilor sau râurilor împotriva eroziunilor se pot utiliza cu succes palplanșe metalice sau din materiale sintetice.

Aceste tipuri de apărări de mal se folosesc în special la lacuri, în situația cand se impune, din motive tehnice sau urbanistice, ca malul să rămână vertical.

Figura 4.25 Apărare de mal cu palplanșe

Palplanșe metalice

În cele mai multe cazuri palplanșele sunt laminate la cald. Grație formei lor simetrice se pot utiliza cu ușurință și permit o fixare facila a tiranților, chiar si sub nivelul apei.

În secțiune, cele mai utilizate sunt în formă de S, U si Z. Acestea pot fi combinate rezultând secțiuni compuse în funcție de condițile de stabilitate, etanșeitate și rezistență pe care trebuie sa le îndeplinească.

Figura 4.26 Exemple de palplanșe metalice și tipuri de îmbinări

Palplanșele de tip Z sunt adaptate solicitărilor severe, datorită unui modul de inerție mare, iar din raportul rezistență/greutate reiese că sunt și economice.

Palplanșele laminate la rece au grosimi limitate, dar lățimi mari. Forma specifică este dată prin pliere.

Palplanșele combinate sunt indicate lucrărilor mari, care necesită moduli de inerție și de rezistență mari (cheiuri maritime, excavații de dimensiuni foarte mari).

Utilizarea palplanșelor metalice neprotejate în medii corozive nu este indicată. În cazul utilizării palplanșelor metalice pentru lucrări definitive sunt necesare măsuri de protecție anticorozivă în funcție de agresivitatea mediului (aplicarea unui strat de grund și a unei vopsele de protecție anticorozivă).

În cazul unor lucrări de punere în siguranță a digurilor, în vederea eliminării infiltrațiilor prin dig, a consolidării taluzului în amonte sau pentru supraînălțarea digului, se poate interveni cu succes prin realizarea unor pereți din palplanșe metalice, în corpul digurilor.

Figura 4.28 Punerea în siguranță a digurilor utilizând palplanșe

În structura digului, peretele de palplanșe asigură funcțiile permanente de etanșeitate, transferare a sarcinii și stabilizare. Se impiedica eroziunea și circulația apei prin dig, asigurandu-se stabilitatea chiar daca partea frontală este spalată de viitură. Peretele de palplanșe nu poate fi străpuns de rozătoare sau de rădăcini de copac.

În teren, peretele de palplanse este supus nesemnificativ fenomenului coroziunii (0,01mm/an).

Palplanșele metalice pot fi reutilizate, daca lucrarea la care au fost folosite este cu caracter temporar.

Palplanșe din beton armat

Palplanșele din beton armat sunt utilizate de regulă pentru lucrări definitive. Utilizarea lor pentru lucrări temporare nu este indicată deoarece procesul de recuperare este dificil din cauza greutății proprii mari.

Transportul, manipularea și introducere în teren presupun mașini și utilaje specializate. Introducerea în pământ se face prin batere sau vibrare.

Palplanșele din beton armat au secțiuni dreptunghiulare și sunt prevăzute cu imbinări pentru asigurarea etanșeității, dar această etanseitate este de regulă slabă, fiind necesare măsuri suplimentare de impermeabilizare.

Figura 4.29 Palplanșe din beton și tipuri de îmbinări

Palplanșe sintetice din PVC

Palplanșele sintetice – PVC (policlorura de vinil) și material compozit (rasini armate cu fibra de sticla) au apărut la sfârșitul anilor `70 ca o alternativă la folosirea oțelului.

Se pot pune în opera prin aceleași metode ca și cele metalice (batere, vibrare, presare), dar manipularea se face mai ușor, având în vedere faptul că au greutatea mult mai mică (de apoximativ 5 ori). Se pot bate individual, în perechi sau în panouri, în funcție de soluția tehnică aleasă.

Se pot utiliza la îndiguiri sau supraînalțarea digurilor, protecții de mal pentru lacuri, râuri, ecrane de etanșare, praguri de fund, protecție de pile, pereți de susținere, etc.

Avantajul acestor palplanșe este că nu trebuie tratate împotriva coroziunii, materialul sintetic din care sunt confecționate având o durată de viață de peste 50 de ani.

În cazul în care este nevoie, la fel ca și în cazul palplanșelor metalice, se pot ancora (Figura. 4.30).

Apărări de mal din piloți și dale de beton prefabricate

Aceste tipuri de apărări de mal se folosesc în special la lacuri, în situația cand se impune, din motive tehnice sau urbanistice, ca malul să rămână vertical.

Este un tip de apărare de mal mai des întâlnit decât palplașele metalice sau sintetice deoarece acestea nu pot fi introduse în terenuri stâncoase, semistâncoase sau necoezive macrogranulare. În această situație se folosesc piloți de dislocuire, tangenți, secanți sau cu interdistanțe. În cazul piloților executați cu interdistanțe, în spațiul dintre aceștia se pot monta panouri prefabricate din beton.

În cazul cheurilor fluviale sau maritime fundația acestora se realizează în cele mai multe situații din piloți.

Piloți executați pe loc. Piloți prefabricați.

Piloții sunt elemente structurale de fundare în adâncime, caracterizate printr-un raport mare (de obicei peste 15) între lungime și latura secțiunii transversale sau diametru.

Piloții se clasifică în funcție de următoarele criterii:

Materialul din care sunt executați;

Efectul pe care procedeul de punere în operă a pilotului îl are asupra terenului din jur;

Variația secțiunii transversale;

Modul de execuție;

Direcția solicitării față de axa longitudinală;

Modul de transmitere a încărcărilor axiale la teren;

Poziția axei longitudinale.

După materialul din care sunt executați, piloții pot fi:

Din lemn;

Din metal;

Din beton simplu;

Din beton armat sau beton precomprimat;

Compuși.

Dupa modul de execuție, piloții pot fi:

Executați pe loc;

Prefabricați.

După efectul pe care procedeul de punere în operă a pilotului îl are asupra terenului din jur, piloții pot fi:

De dislocuire;

De îndesare.

După modul de transmitere a încărcărilor axiale la teren, piloții pot fi:

Purtători pe vârf;

Flotanți.

Piloții executați pe loc se realizează prin forare, batere, vibrare sau vibropresare.

Pilot executat pe loc este acel pilot al cărui corp, în totalitate sau în cea mai mare parte, se realizează prin turnarea betonului într-o gaură efectuată chiar pe locul de execuție al pilotului.

Pilot executat pe loc prin vibrare sau vibropresare este acel pilot a cărui gaură se realizează prin înfigerea în pământ prin vibrare sau vibropresare a unui tubaj prevazut cu un varf care se deschide după ce atinge cota proiectată sau cu un varf pierdut, betonarea corpului pilotului efectuându-se pe măsura extragerii tubajului.

Pilot executat pe loc prin batere este acel pilot de îndesare a cărui gaură se realizează prin batere.

Pilotul forat este un pilot de dislocuire a cărui gaură se realizează prin forare.

Piloții prefabricați se instalează în teren prin batere, vibrare, presare sau înșurubare.

Piloții prefabricați sunt piloți din lemn, metal, beton armat sau beton precomprimat care se confecționează în atelier sau pe șantier și se înfige în pământ prin batere, vibrare, vibropresare, înșurubare, cu sau fără subspălare.

Alegerea tipului de pilot, inclusiv calitatea materialului pilotului și metoda de punere în operă, se face conform indicațiilor de la 7.4.2 (4)P din SR EN 1997-1/2004 și trebuie să țină seama și de următoarele aspecte:

— încărcarea ce trebuie preluată de piloți;

— posibilitatea conservării și verificării integrității piloților care sunt puși în operă;

— tipul, alcătuirea și deformațiile admisibile ale construcției proiectate;

— condițiile specifice amplasamentului: vecinătăți, instalații subterane etc.;

— lungimea necesară a piloților;

— nivelul apelor subterane și variația acestuia;

— utilaje de execuție avute la dispoziție;

— viteza de execuție;

— experiența locală în privința comportării construcțiilor similare fundate pe piloți de un anumit tip.

Figura 4.32 Secțiune tip – apărare de mal din piloți executați pe loc și dale de beton

LUCRĂRI PROVIZORII DE REPROFILARE A MALURILOR RÂULUI ARGEȘ, ÎN ZONA LOCALITĂȚII CĂTEASCA

Albiile râurilor sunt într-un proces dinamic de schimbare a secțiunii prin fenomene de transport a materialului solid care se amplifică prin lucrări hidrotehnice cum ar fi podurile, îndiguirile, lucrările de barare prin devieri repetate ale cursului râului.

Îngustarea secțiunii naturale produce fenomene complexe precum creșterea vitezelor apei in secțiunea barata, ducând la antrenarea hidraulica, eroziune, creșterea nivelului apei în amonte din cauza unui gradient hidraulic mai mare decât în regim natural și depunerea materialului erodat în aval, unde s-a revenit la condiți de curgere în regim natural.

Fenomenul de erozine sau afuiere langă pilele podurilor este datorat și recesiunii nivelului talvegului râului aval de construcție. Aceasta recesiune a talvegului modifică total conjugarea hidraulică a biefurilor.

Ca urmare, vitezele de curgere cresc și apare o turbulență accentuată, cu efecte de antrenare a materialelor din albie. Fortele de antrenare sunt foarte mari, materialele din albie sunt antrenate, fapt ce conduce la creerea unor probleme deosebit de grave cum ar fi: erodarea excesiva a albiei raului, erodarea malurilor și creerea unor fenomene de subspalare la zidurile de sprijin ale malurilor și pilelor podului, soldate cu avarierea lor.

În stabilirea studiilor hidraulice și soluțiilor de proiectare pentru construcțiile hidrotehnice, poduri, rampe de acces este important a înțelege caracteristicile, fenomenele și comportarea râului în atât în zona îngustată cat și în amonte/aval.

Necesitatea acestor studii duce la o mai bună cunoasterea a fenomenelor si la dimensionarea raționala a lucrărilor hidrotehnice aferente.

Amplasamentul în care se impune realizarea lucrărilor de consolidare și protecție a malurilor râului Argeș se află în zona localității Căteasca (în apropierea km 95+000 a autostrăzii A1 București – Pitești).

Investiția este reprezentată de activitatea de construire – refacere a traversării conductelor de transport a produselor petroliere peste râul Argeș în zona Căteasca, zonă în care fenomenul de eroziune al malurilor râului Argeș pune în pericol stabilitatea pilelor traversării conductelor peste râul Argeș.

În prezent traversarea peste râul Argeș a conductelor de transport a produselor petroliere se realizează prin două sisteme de susținere. O parte a conductelor sunt suspendate printr-un sistem de cabluri iar o altă parte sunt susținute de o grindă cu zăbrele triunghiulare din țeavă.

Datorită riscului prăbușirii unor pile (Pila 4 și Pila 5) în urma fenomenelor de eroziune al malului și de coborâre a talvegului râului Argeș, se impune modificarea sistemului de susținere al conductelor. Noul sistem propus constă dintr-o grindă semicirculară de tip Vierendeel cu o deschidere de 90,0 m. Grinda va rezema pe două noi pile cu înălțimea de cca. 12,0 m. Sistemul de fundare pentru cele două noi pile este format din două radiere care descarcă la rândul lor pe cate 6 (șase) piloți.

Pentru protejarea celor două noi pile se vor realiza câte doi pereți mulați în spațiul dintre pile și malul râului Argeș, urmând ca acești pereți mulați să asigure o protecție a acestor două noi pile.

Ca o lucrare complementară, pentru a evita accidentele tehnice până la realizarea ecranelor din pereți mulați se propun lucrări de reprofilare a malurilor râului Argeș pe o lungime totală de 400 m.

Din punct de vedere al gradului de erodare, pe sectorul Baraj Golești – Baraj Zăvoiul Orbului, au apărut fenomene accentuate de eroziune a malurilor și a talvegului (10-13 m față de situația din 1977). O consecință este scurtarea lungimii sectorului, prin eliminarea pe cale naturală a meandrării albiei. Acest fenomen amplifică viteza de erodare a talvegului.

În aval de punctul de traversare al conductelor peste râul Argeș, la circa 500 m, din cauza fenomenelor de eroziune activa, un pod s-a prabușit, cu toate că au fost luate măsuri, prin protejarea pilelor cu geocontainere și stabilopozi.

De asemeni, în zona traversării, râul prezintă o meandră în formă de litera S.

În mod normal curenții de suprafață au o acțiune de erodare a malului concav în timp ce curenții de fund , încărcați cu aluviuni depun aceste aluviuni pe malul convex. În cazul de față, viteza apei depășește însă viteza critică de antrenare a aluviunilor, acestea nu se mai depun, iar fenomenul de eroziune se manifestă chiar și în malul convex (Figura 5.1).

De asemenea, efortul de antrenare hidrodinamică este mai mare decat efortul critic de antrenare, τ>10 τcr, lucru care duce la coborârea patului albiei.

În urma acestor fenomene, lucrările de consolidare de mal ce au fost realizate în trecut pentru protejarea pilelor subtraversării au fost parțial sau în totalitate distruse.

Figura 5.1 Pila 5 afectată de eroziunea malului drept al râului Argeș – 2013

În Figura 5.1. se poate observa că fenomenul de eroziune se manifestă activ, expunând Pila 5, chiar daca malul este convex.

Astfel pentru remedierea problemelor aparute la cele 2 pile ale supratraversării se propune o reprofilare a malurilor râului Argeș, aceasta având un caracter provizoriu până la executare ecranelor din pereti mulati ce o să protejeze pilele supratraversării.

Lucrãrile de reprofilare a malurilor se vor executa în zona localității Căteasca (în apropierea km 95+000 a autostrazii A1, București – Pitești), amonte și aval de traversarea conductelor peste râul Argeș. Lucrările sunt situate la circa 350 m amonte de noul pod rutier utilizat de șoseaua 703B.

Podul vechi, aflat la circa 50 m în amonte de cel nou, a fost grav avariat de eroziunile accentuate în deosebi pe malul stâng al râului Argeș.

Menționăm că, podul vechi nu a fost protejat prin realizarea unor lucrări de stabilitate a cursului râului și nu avea un prag de fund îngropat în aval care să diminueze eroziunile albiei și să oprească modificările formei albiei minore cu efecte asupra stabilității culeelor.

Figura 5.2 Pod peste râul Argeș, în comuna Căteasca; Efectele afuierii – 2013

Lucrările de reprofilare de mal pun în siguranță supratraversarea dar, din cauza fenomenelor rapide de eroziune au caracter temporar, fiind proiectate să îndepărteze riscul de prăbușire a malurilor, până la execuția pereților mulați. Pereții mulați se vor executa în spațiul dintre noile pile și malul reprofilat al râului Argeș.

De asemenea, lucrările proiectate au drept scop mărirea capacității de transport a debitelor lichide și solide prin mărirea secțiunii de curgere a râului și deci micșorarea locală a vitezelor.

Acestea sunt lucrări de terasamente și constau din lucrări de excavații pentru calibrarea albiei minore la o secțiune trapezoidală.

Albia minoră reprofilată are înclinarea taluzelor de 1:2, pantă ce a rezultat în urma calculelor de stabilitate a taluzelor.

Deoarece lațimea albiei minore este mică iar malurile foarte abrupte și înalte, cursul de apă nu poate fi deviat. Adâncimea minimă apei are valori cuprinse între 1,5 m și 1,8 m, chiar și în perioada de ape mici. Pentru menținerea unui grad de siguranță, reprofilarea malurilor se va face până la cota +208,00 m.d.M.N., cotă situată deasupra talvegului cu aproximativ 3,00 m.

Lucrarile au fost executate in anul 2013, lucrări ce urmau sa protejeze temporar pilele podului de transport al conductelor petroliere, cât si noul pod construit pentru accesul autovehiculelor, ce face legătura intre cele două malui.

În primavara anului 2014 dupa trecerea viiturilor am mers pe teren pentru a vedea daca solutia provizorie aleasă a avut vreun efect împotriva eroziunilor accentuate.

Mentionez ca lucrarile proiectate trebuiau sa se încadreze într-un buget limitat, de aceea s-a realizat numai o reprofilare a malurilor pâna la execuția pereților mulați.

Dupa o observație vizuală se pare ca efectul eroziunii se mărește. Nivelul apei în sectiunea studiată a fost foarte crescut, la cca 1 – 1,5m sub coronament.

Cu toate ca secțiunea de curgere a fost mărită, debitul afluent a fost destul de mare astfel încat sa produca pagube însemnate. Stratificatia terenului este și ea favorabilă eroziunilor deoarece formațiunile sedimentare ale Depresiunii Getice corespund astfel intervalului Paleogen cuaternar, au un fundament mixt, au grosimi mari – de mii de metri și includ depozite foarte eterogene: conglomerate, gresii, nisipuri, argile prafoase nisipoase, etc., materiale ce pot fi usor spălate la viitura.

Podul vechi este fundat pe piloți aflati sub pile, dar neexistând strat suport de contact, în primavara care a urmat, tablierul podului ce traversa râul a cedat, cazând în râul Argeș.

Cu toate ca pilotii au fost executați corespunzator, sarciniile transmise de suprastructură au fost mari, neexistând contact între piloți si terenul de fundare, acestia au cedat, ducând la cedarea pilei.

Figura 5.3 Podul vechi peste Argeș în primăvara anului – 2014

Odată cu căderea pilei, tablierului podului s-a prabușit în apă, creând astfel un prag de fund.

Acest prag de fund este benefic pentru partea amonte prin ridicarea nivelului apei în amonte și reducerea curentilor ce antrenează matarialul aluvionar, protejând pilele noii structuri de traversare a conductelor de transport petrolier. De asemenea functioneaza ca un prag de colmatare, aluviunile târâte fiind reținute în amonte.

Figura 5.4 Podul nou de traversarea a conductelor – 2014

Figura 5.5 Tablierul podului vechi cazut în r. Argeș – 2014

La 50 m de vechiul pod rutier există noul pod rutier care face legătura între cele două maluri ale râului Argeș.

Pentru această nouă construcție, prăbușirea tablierului podului rutier vechi nu este un ajutor ci dimpotriva, produce o zona de curgere turbulentă.

Conform Figurii 5.6 se pote observa ca deja au apărut fenomene accentuate de eroziune la noile pile aflate în râul Argeș.

Pilele sunt fundate pe piloti forati, dar acestea nu sunt protejate la nivelul apei.

În mod normal pilele ar trebuit să aibă o protectie din anrocamente sau gabioane cu închiderea acestora în mal pentru a putea evita efectele eroziunii.

Figura 5.6 Podul nou rutier peste r. Argeș – afectat de eroziuni – 2014

Având în vedere că secțiunea albiei râului Argeș în sectorul studiat este îngustă, prin protejarea pilelor podurilor cu lucrări clasice de anrocamente, gabioane sau geocontainăre, această secțiune se va îngusta și mai mult.

Astfel debitul în regimul viituri este îngustat într-o secțiune mai mică rezultând cresterea vitezelor si implicit continuarea erodării malurilor.

Ca urmare a acestor fenomene, se impun lucrări cu un impact redus asupra secțiunii de scurgere, lucrările de protejare a pilelor cu pereți mulați de mare adâncime.

Până la realizarea acestor pereți mulați, s-au facut lucrările de reprofilare de mal au caracter temporar, fiind proiectate să înlăture riscul iminent de prăbușire a malurilor și să mărească local capacitatea de transport a albiei, reducându-se astfel vitezele curentului de apă.

INFLUENȚA LUCRĂRILOR DE ÎNDIGUIRE ASUPRA DINAMICII ALBIEI

Digurile sunt construcții din pamant sau materiale locale, caracterizate prin trasee lungi, în raport cu înalțimea, care formează fronturi de apărare a terenurilor din spatele lor, împotriva inundațiilor.

O îndiguire are trei zone:

– zona între dig și malul albiei principale (zona dig-mal);

– incinta îndiguită (zona aparată de inundație);

– zona digului (ocupată de dig, ampriza digului).

Hidrograful variază de la o secțiune la alta a râului și se modifică după îndiguire pentru un sector din secțiune studiată, datorită supraânălțării nivelelor prin încorsetarea scurgerii.

Clasificarea digurilor:

1. Clasificarea digurilor după rolul funcțional:

– diguri de râu pentru combaterea inundațiilor în timpul viiturilor;

– diguri de lac (inclusiv pentru eliminarea zonelor cu adâncime mică, favorabile

înmulțirii țânțarilor);

– diguri maritime (apărare împotriva fluxului, valurilor și câștigarea unor terenuri

din mare).

2. Clasificarea digurilor după modul de amplasare față de cursul de apa:

– diguri longitudinale,

– diguri transversale (leaga digul longitudinal cu terasa neinundabilă sau

compartimentează unitatea inundabilă),

– diguri de remu (urmaresc cursul de apă și afluenții acestuia spre amonte pâna la

limita remuului produs de ștrangularea scurgerii în zona îndiguită),

– diguri de separare a folosințelor (de compartimentare; în interiorul incintei

îndiguite),

– diguri de centură (sau inelare; diguri inchise ce apara o incintă pe toate laturile-insulă).

Digurile longitudinale se amplasează în albia majoră a râului, în apropierea și în lungul albiei medii și paralele cu talvegul.

Digurile de remuu pe afluenți constituie chiar digurile transversale de capat pentru îndiguirea cursului principal. Raza minima de racordare a digurilor transversale și de remu cu digul longitudinal se va determina după condițiile hidraulice locale, pentru evitarea virtejurilor (rmin = 50 m).

Figura 6.1 Poziționarea diverselor tipuri de diguri

Dl – dig longitudinal, Dt – dig transversal, Dr – dig de remu, Dc – dig transversal de compartimentare, Di – dig inelar, Li – Limita zonei inundabile, Tn – terasă neinundabilă

3. În funcție de condițiile hidrologice, digurile longitudinale pot fi:

– diguri tip Lunca Dunării (viituri cu h = 1,5÷3 m și o durata de 30÷60 zile);

– diguri tip Delta Dunării (viituri cu h = 0,5÷1 m și durată pâna la 120 zile);

– diguri tip râurile interioare (viituri cu h = 0,5÷2,5 m și durata de 1÷10 zile).

4. Dupa importanță, digurile se clasifica în:

a. După durata de funcționare:

– permanente – diguri care se proiectează pentru o durată de exploatare egală cu

durata lor de existență;

– provizorii – diguri care se proiectează pentru o durată de exploatare mai mică

decât durata lor de existență.

b. După însemnătatea funcțională a lucrărilor în cadrul unui complex hidroameliorativ, potriivt căreia lucrările pot fi:

– diguri principale – digurile din cadrul unui complex care, în caz de distrugere

parțială sau totală, ar provoca scoaterea din funcțiune a unității de producție, fie

micșorarea semnificativă a unității de producție;

– diguri secundare – digurile din cadrul unui complex care, în caz de distrugere

parțială sau totală, nu atrag după ele efecte de natura celor menționate mai sus.

c. După importanța economică și socială a lucrării:

– categoria 2* – apară mijloace fixe peste (20.000÷50.000 ha) sau peste 10.000

locultori

– categoria 3 – apară mijloace fixe (5.000÷20.000 ha) sau 2.000÷10.000 locultori

– categoria 4 – apară mijloace fixe (sub 5.000 ha) sau sub 2.000 locultori

*Se admite încadrarea într-o categorie superioară atunci când în incintă sunt localități sau obiective economice importante. În funcție de categoria de importanță, asigurarările/probabilitățile de calcul și de verificare vor fi:

– pentru categoria 2* – 1 % și 0,1%

– pentru categoria 3 – 2% și 0,5%

– pentru categoria 4 – 5% și 1 %

Influența îndiguirilor asupra regimului hidrologic se manifestă asupra debitelor și nivelelor de apă.

Cel mai important efect este cel de dezatenuare a viiturii pentru sectoarele situate aval de zona îndiguită.

Debitul dezatenuat va fi :

Qdez = Qa V / (V-Wat) (6.1)

unde:

Qa – debitul maxim afluent (al viiturii de calcul în regim neândiguit);

V – volumul viiturii de calcul;

Wat – volum de apa, la nivelul viiturii de calcul, care se gaseste în incinta care se

va îndigui (zona din albia majoră).

Tot datorită ștrangulării albiei prin îndiguire, în amonte de sectorul îndiguit se creaza un remu pozitiv (de ridicare a nivelului apei) pe o lungime ”D”:

D = 2x / ia (6.2)

unde:

x – supraînalțarea nivelului ca urmare a încorsetării sectorului îndiguit,

ia – panta de scurgere, la nivelul de calcul în regim neândiguit, pe sectorul

amonte de cel îndiguit.

În sectorul îndiguit are loc o nouă distribuție a debitelor și vitezelor iar panta luciului de apa se modifică, cu urmări directe asupra albie. În unele porțiuni ale sectorului îndiguit se constată depuneri intense în albia reprofilată iar în alte porțiuni (acolo unde este o mare necoincidență a axului dinamic al scurgerii la ape medii și mari) eroziunea malurilor este deosebit de intensă în perioada imediat urmatoare trecerii vârfului viiturii. Îndiguirile pe lungimi reduse (câțiva kilometri) se comporta ca lucrările de dirijare în albie la traversari (poduri): în sectorul amonte creează remu și depuneri, în sectorul îndiguit afuieri, iar în cel aval, depuneri. Îndiguirile pe lungimi mari (zeci sau sute de kilometri) dau o scurgere mai liniștită pentru că panta longitudinală a apei nu se modifică prea mult și luciul apei suferă doar o translație în sus.

Pe sectoarele cu pante mici și curent cu turbiditate mare (încărcare mare cu aluviuni în suspensie), cu tot sporul de viteză datorat îngustării albiei se produc colmatari intense și în albia principală dar mai ales în zona dig-mal.Apare astfel necesitatea supraînalțării continue a digurilor. Efectul de dezatenuare este mult mai puternic în cazul digurilor lungi. Pericolul formării slouirilor, pe sectorul îndiguit este mai redus decât înainte de îndiguire, dacă digurile au fost amplasate corect.

Pentru combaterea neajunsurilor specificate mai sus se va alege cu atenție distanța dig-mal și traseul digurilor. Uneori apare rațional să se folosească unele compartimente ale incintei îndiguite ca poldăre (acumulări laterale) de atenuare a viiturilor (dar acest lucru trebuie gândit de la început și trebuie prevăzute lucrări pentru accesul și pentru evacuarea apei din poldere), iar în sectorul superior al râului să se realizeze acumulări pentru regularizarea debitelor.

Trebuie amintit că la inundațiile provocate de Dunăre în 2005, digurile din zona Olteniei au fost tăiate în câteva locuri pentru ca, prin inundarea unor suprafețe agricole să se prevină inundarea unor localități (funcționonarea a fost asemănătoare cu a polderelor dar au lipsit lucrările pentru accesul și pentru evacuarea apei din poldere (deversoare pentru accesul apei și conducte de golire sau stăvilare pentru evacuarea ei).

Influența lucrărilor de îndiguire asupra curgerii apelor mari

Un prim efect al lucrărilor de îndiguire asupra curgerii apelor pe sectorul de râu îndiguit și amenajat, constă în creșterea valorii debitului maxim la vârful viituri cu cantitatea , față de debitul maxim în regim natural, care reprezintă debitul dezatenuat prin scoaterea de sub inundație a suprafeței îndiguite din albia majoră a rîului.

Figura 6.2 Înfluența lucrărilor de îndiguire

– debit dezatenuat prin îndiguire, z – cota superioară a feței libere a apei, ZAM – cota albiei majore la nielul malurilor, zmax – nivelul maxim al iituri în cele două regimuri, – supraînălțarea de nivel totală, Q0 – debitul de umplere a albiei minore, Qmax – debitul la vârf al viituri în cele două regimuri, tv – timpul de producere a vîrfului în cele două regimuri, – volumul de apă dezatenuat, – supraînălțarea de nivel prin încorsetare, – supraînălțarea de nivel prin dezatenuare.

Valoarea debitului dezatenuat este cu atît mai mare cu cât suprafața scoasă de sub inundație și lungimea sectorului de râu îndiguit sunt mari. Deasemenea, vârful viituri în regim îndiguit este declarat în timp, în avans, față de momentul înregistrării debitului în situația anterioară îndiguirii, datorită faptului că și viteza maximă a curentului în albie este mai mare.

Al doilea efect principal al lucrărilor de îndiguire constă în reducerea secțiuni de curgere a apelor mari prin albia majoră (efectul de încorsetare a secțiunii de curgere).

Reprezentând grafic cheile limnimetrice în regim îndiguit și în regim natural într-o secțiune oarecare de calcul, din figura de mai sus se obseră că supraînălțarea totală ΔZ1 în regim îndiguit, față de regimul natural, este formată din:

(6.3)

Unde ΔZ1 este supraînălțarea de nivel produsă de reducerea secțiunii de curgere prin încorsetarea albiei majore; ΔZ2 – supraînălțarea de nivel produsă de creșterea debitului maxim în regim natural cu valoarea corespunzătoare debitului dezatenuat prin îndiguire. Se menționează faptul că într-o secțiune oarecare a cursului de apă considerat, sporul de debit și supraînălțarea de nivel aferentă ΔZ2 sunt produse de îndiguirile din amonte de acea secțiune, în timp ce supraînălțarea de nivel ΔZ1 este produsă de îndiguirile din aval și din secțiunea respectivă. Rezultă deci că nivelul apei într-o secțiune dată este influențat atât de îndiguirile din amonte cât și de cele din aval de această secțiune. De acest aspect foarte important trebuie ținut cont la dimensionarea și exploatarea lucrărilor de îndiguire, în sensul că de fiecare data când se îndiguiesc noi sectoare de albie pe cursul unui râu este obligatorie analiza influenței pe care acestea o au asupra sectoarelor din amonte și aval. Se menționează în mod special acest lucru întrucât s-au întregistrat numeroase cazuri în care obiective economice, centre urbane și rurale, sau zone agrigole au fost inundate în timpul viiturilor deși dispuneau de lucrări de apărare dimensionate corespunzător, însa ulterior au fost realizate o serie de lucrări de îndiguire prin mijloace locale, pe sectoare amonte sau aval, care au influențat în mod negativ regimul debitelor și nivelurilor în timpul viiturilor pe zonele respectie.

În afara influențelor menționate, îndiguirea albiilor cursurilor de apă mai are și alte afecte din care enumerăm:

Modificarea cinematicii curenților la ape mari;

Modificări morfologice în apă, materializate în general prin depuneri de aluviuni în albia majora și eroziuni ale patului și malurilor albiei minore;

Modificari în regimului apelor featice și regimul hidrosalin al terenurilor limitrofe;

Modificari în formarea sloiurilor si podurilor de gheață.

Influența traseului digurilor

Pe lângă modificările produse asupra regimului debitelor și nivelul la ape mari, prin încorsetarea secțiunii de curgere și reducerea efectului albiei majore la atenuarea viiturilor, lucrările de îndiguire au efecte puternice și asupra dinamicii curegerii.

La majoritatea cursurilor de apă, albia minoră are un traseu în plan meandrat. Prin îndiguirea albiei in scopul combaterii inundațiilor traseul digului nu poate urmarii în tocmai traseul albiei minore, asfel încât în timpul apelor mari, direcția generală de curgere diferă sensibil de cea din albia minoră. Observațiile efectuate atât în natură cât și pe modele hidraulice asupra aspectului general al curgerii la ape mari au arătat că în momentul depășirii cotelor malurilor, albia minoră și albia majoră se influențează reciproc. Acest fenomen a fost observat chiar în cazul în care albia minoră are un traseu rectiliniu, fiind însa mult mai intens în cazul albiilor minore cu traseu meandrat. [17]

Experiențele efectuate pe modelul hidraulic cu flotor de suprafață și de medie adâncime au arătat că în cazul digurilor care delimitează albia majoră sunt paralele, în zonele adiacente albiei minore curenții din albia majoră sunt influențați de curbura în plan al traseului albiei minore.

În schimb, în albia majora în zonele laterale din apropierea digurilor, curgerea are loc pe o direcție paralelă cu cea a digurilor. Efectul meandrări albiei minore asupra dinamicii curgerii apelor mari este cu atât mai mic cu cât adâncimea în albia majoră crește.

Pentru studiul experimental al influenței traseului lucrărilor de îndiguire asupra dinamicii curgerii apelor mari, pe modelul hidraulic a fost reprodus, cu ajutorul unor panoui metalice (flexibile), un traseu sinuos de pe malul stâng, având caracteristicile în plan identice cu cele ale albiei minore.

Din spectrul curgerii de suprafață și din distribuția vitezelor relative de suprafață și de adâncime medie se constată că traseul lucrărilor de îndiguire influențează atât spectrul curenților de suprafață cât și distribuția vitezelor în planul curgerii și în secțiunea transversală față de cazul în care digurile pe cele două maluri sunt paralele. Astfel în timpul viiturilor digul de pe malul stâng, acționează asupra curgerii ca și construcțiile transversale de regularizare, având loc o concentrare a curenților către albia majoră care solicită atât malul convex al albiei minore cât și digul care delimitează albia majoră.

Pe de altă parte, în avalul zonelor de ștrangulare maximă, albia minoră practic nu influențează spectrul curgerii de suprafața la ape mari.

Influența distanței dig – mal

Albiile majore ale cursurilor de apă au un rol important în tranzitarea debitelor de viitură.

Elementul principal care caracterizează mărirea albiei majore a unui curs de apă amenajat prin lucrări de îndiguire este distanța dig – mal.

Adoptarea unei distanțe dig – mal mari prezintă o serie de avantaje dintre care:

Descărcarea debitelor maxime, în timpul viiturilor, cu supraînălțări mici față de nivelurile din regim de referință;

Asigurarea unei zone de protecție a digului față de acțiunea curenților și plutitorilor din zona albiei minore;

Posibilitatea modificării traseului albiei minore fără a afecta stabilitatea si traseul digurilor;

Tranzitarea sloiurilor fără pericolul formării aglomerărilor de gheață sub poduri;

Asigurarea unor condiții de fundare mai bune.

Ca dezavantaje putem enumera:

Scoaterea din folosință a unor suprafețe mai mari de teren;

Posibilitatea meandrării albiei minore în spațiul dintre diguri, cu efecte negative atât asupra stabilității digurilor cât și asupra capacității de transport a albiei la ape mari, datorită rezistențelor suplimentare introduse de traseul meandrat al albiei;

Favorizarea depunerii aluviunilor, cu consecințe directe asupra reducerii gărzii de siguranță a digurilor prin ridicarea cotei patului albiei majore.

Asupra distanței optime dig – mal nu se pot face recomandări certe. Pentru stabilirea ei. Este necesară o analiză comparativă a rezultatelor obținute prin calcule hidraulice complexe și de detaliu în diverse variante de amenajare pe sectoarele respective, luând în considerație și particularitățile specifice fiecărui curs de apă în parte, atât din punct de vedere hidraulic cât și al evoluției morfologice a albiei în plan și în secțiune.

Determinarea supraînălțării de nivel produse prin micșorarea distanței între diguri poate fi facută – orientativ – cu ajutorul următorei relații de calcul stabilită în condițiile unui regim casi-uniform de curgere a apei:

(6.4)

– în care h, hM reprezintă adîncimea medie de curgere în albia minora, respectiv în albia majoră, corespunzătoare debitului de calcul Q; B – lățimea medie a albiei minore; BM1 – lățimea inițială a albiei majore (suma distanțelor dig-mal de pe cele două maluri); BM2 – lățimea modificată a albiei majore; nm, nM – coeficienții de rugozitate apreciați pentru albia minoră, respectiv pentru albia majoră.

În cazul în care BM2 = 0, ceea ce reprezintă aprecierea digurilor până la limita albiei minore, supraînălțarea maximă de nivel poate fi calculată cu relația:

(6.)

– în care notațiile au semnificațiile menționate anterior.

Amplasarea digurilor după criteriul hidraulic

Din punct de vedere al alegerii traseului, satisfacerea maximă a tuturor criteriilor nu este însă posibilă, între ele existând cerințe contradictorii.

Dacă se realizează îndepărtarea traseului digului de albia minoră a cursului de apă, în vederea obținerii unor strangulări reduse, acest fapt conduce la apărarea unei suprafețe cât mai mici de teren, și poate la dificultăți de execuție a digurilor, datorită condițiilor geotehnice mai puțin faorabile.

Astfel, la alegerea traseul digurilor pe cât este posibil, digul trebuie să aibă o linie paralelă cu talvegul, urmărind curbele mari ale râului. Nu se fac aliniamente prea lungi și nici nu se urmăresc toate coturile albiei principale.

În mod normal, digurile nu trebuie sa împiedice dezvoltarea continua a albiei. In aval de curbe (unde digurile sunt mai apropiate de malul concav) distanta dig-mal începe sa se mareasca (digurile se îndepărtează) la malul concav (exterior curbei) și să se micșoreze (digurile se apropie) la malul convex.

Figura 6.3 Stabilirea traseului digurilor

B-lățimea culoarului îndiguit; R-raza de curbură a digului

Daca albia principală este instabilă, se pot aplica urmatoarele strategii:

– se stabilizează albia prin regularizare;

– se îndepartează digurile față de maluri;

– se realizează și o a doua rețea de diguri de rezervă (daca malurile albiei se

apropie de primele diguri, reteaua a doua de diguri se face în spatele primului dig; daca malurile albiei se îndeparteaza de dig prin depuneri, al doilea rând de diguri se face între primele diguri si malul albiei medii); a doua rețea de diguri se execută într-o etapă ulterioară execuției primelor diguri.

Dintre cele trei strategii prezentate se va adopta aceea strategie care este cea mai corectă din punct de vedere tehnico – economic pe acel sector de râu în urma realizării studiului de fezabilitate.

Determinarea regimului de scurgere a apelor în regim natural și determinarea regimului de curgere prin lucrări de îndiguire constitue una din principalele probleme ce trebuie avute în vedere la stabilirea traseului digului. Prin lucrări de regularizare ale albiei majore, se creează o încorsetare a acesteia, influențând puternic curgerea atât din punct de vedere al modificării nivelurilor, cât și din punct de vedere al modificării liniei curentului principal.

Digurile se trasează paralel cu direcția de curgere la ape mari, urmărind curbele cu rază mare ale albiei.

La curbe, distanța dig-mal se micșoreaza la malul concav în amonte de curba iar pe malul convex, în aval de acesta. Când se fac diguri pe ambele maluri, acestea se fac pe cât posibil paralele între ele. Razele curbelor de racordare nu vor fi mai mici de 5 x B unde B este lățimea culoarului îndiguit.

Dacă la scurgerea sloiurilor apele ajung la diguri, pentru evitarea formării zăpoarelor, razele de racordare vor fi de 10 x B sau mai mari. Distanta minimă dig-malul albiei medii va fi astfel aleasă încât supraânalțarea nivelului apei (x) provocată de îndiguire să nu fie mai mare de 0,5÷1 m. Această distanță poate fi între 50÷300m. De exemplu, pentru Dunare ea este în jur de 250÷300 m, pentru râurile interioare mari este de ordinul a 150÷200 m iar pentru râurile mijlocii sau mici, circa 50÷100 m.Dacă se impun distanțe mai mici sau razele de curbură sunt sub valorile minime recomandate, se vor executa obligatoriu protecții ale digurilor pe taluz în contact cu apa.

Razele minime de curbură recomandate pentru diguri sunt :

– la Dunăre 300÷400 m;

– pe râurile mari 200÷300 m;

– pe râurile mijlocii și mici 100÷200 m.

Amplasarea digurilor după criteriul geotehnic

Traseul digurilor trebuie sa evite zonele cu teren de fundare necorespunzator (turbe, mâluri, mlaștini, nisipuri sau pietrisuri grosiere). În cazul în care nu este posibil acest lucru soluția de fundare a suprastructurii digului va fi adaptată la situația terenului pe respectivul tronson.

Pamânturile sunt formate din particule de forme și diametre diferite, alcătuirea granulometrică exprimând raportul procentual dintre greutatea fiecărei clase de particule.

Realizarea lucrărilor de îndiguire, care să reziste la toate solicitările, este condiționată de caracteristicile si parametrii geotehnici ai pîmânturilor ce urmează a se utilizează ca material de construcții.

În funcție de granulometrie, din punct de vedere al materialului de construcții pentru ramblee se poate face o clasificare a pământurilor în 4 categorii:

Pietriș d > 5 mm

Nisip 0,074 < d < 5 mm

Praf (fără coeziune) d < 0,074 mm

Argilă (cu coeziune) d < 0,074 mm

Luând ca bază conținutul de argilă, cercetările din țara noastră asupra pământurilor din

zonele inundabile, au scos în eidență 5 caracteristici:

Tabel 1Parametrii geotehnici ai pământurilor

Sub efectul unor încărcări asupra terenului de fundare, apa este evacuată din pori, reducându-se în mod corespunzător volumul acestora.

Această fenomen poartă denumirea de consolidare.

Astfel consolidarea poate fi de două feluri:

Consolidarea naturală, ce se produce în timp, sub efectul greutății proprii a construcției. Ea poate dura câteva luni și uneori chiar ani, în funcție de caracteristicile mecanice ale pământului și mărirea sarcinii (înălțimea rambleului);

Consolidarea artificială, realizată cu ajutorul diferitelor uilaje de compactare în funcție de natura pământului.

Operația de tasare prin mijloace, denumită în mod curent compactarea terasamentelor, se realizează în bune condiții atunci când se acționează cu sarcini suficient de mari pentru a învinge frecarea dintre particule, când se sortează materialul pentru a se obține o granulometrie bună și când se lucrează cu un conținut de apă potrivit. Pentru o unitate de volum de pământ, conținutul de apă este dat de raportul dintre greutatea apei și greutatea specifică a pământului în stare uscată:

(6.)

Prin variația cantității de apă s-a constatat că greutatea volumetrică și greutatea specifică, uscată au o lavoare maximă pentru un anumit conținut de apă, denumit conținut optim (Wo).

Daca energia de compactare crește se pot obține pe un grafic o serie de curbe de compactare ce au, fiecare, într-un punct M, o greutate specifică a pământului în stare uscată maximă, pentru un conținut optim de apă.

Acest punct prezintă două caracteristici principale:

Are cea mai mare rezistență la forfecare, deoarece golurile sunt reduse la minimum;

Are cea mai mare impermeabilitate, deoarece apa părunde greu între particulele strânse (îndesate).

Figura 6.4 Curbe de compactare în funcție de 𝜸 și w

De aceea pentru realizarea corpului digului de o calitate superioară este bine de stiut ca în funcție de materialul folosit trebuie sa avem si un grad optim de umiditate al materialului ce urmează să fie pus în operă.

De fapt, este de dorit să se adopte o valoare mai mică decât conținutul optim cu cca. 1 – 3%, pentru a se evita pericolul unor presiuni hidrostatice interne, care au ca efect reducerea rezistenței la forfecare a structurii de pământ.

Amplasarea digurilor după criteriul economic

După criteriul economic traseul digurilor trebuie să fie cât mai apropiat de albie pentru ca suprafața de teren protejată de inundații să fie cât mai mare.

De fapt, analiza criteriului economic pe care trebuie să-l îndeplinească un dig, constă din studierea unui grup de condiții cu caractere destul de diferite ce trebuie să se refere pe de o parte la obiectivele de apărat, iar pe de altă parte la construcția propriu – zisă de apărare.

Criteriul economic reflectă atât o serie de condiții social economice cât și celelalte criterii hidraulice și geotehnice.

Din punct de vedere economic, suprafața apărată trebuie să fie maximă, iar volumul de terasamente cât mai redus. În general, se consideră pentru lucrările de îndiguire de la Dunăre că, în condiții economice, pentru un km de dig revin cca 350 ha apărate, în timp ce pentru râurile interioare la un km de dig revin cca 146 ha.

Pierderile care se evită prin executarea unei lucrări de îndiguire trebuie să aibă un raport cost beneficiu satisfăcător.

Din acest motiv, în multe cazuri digurile nu pot fi făcute la înălțimea necesară pentru evitarea completă a deversării coronamentului. De asemenea, din necesitatea de a se menține costul construcției cât mai redus, de regulă se renunță la o împermeabilizare specială a rambleului sau a terenului de fundare.Din punct de vedere economic, soluția care se alege va fi totdeauna un compromis, la care costul lucrărilor și riscurile existente, adică posibilitatea și consecințele inundării suprafeței apărute, prin ruperea digului sau deversarea lui, se cântăresc cu atenței.

Acest risc, denumit uneori risc calculat sau risc de natură tehnică, persistă chiar la aplicarea celor mai moderne metode de cercetare și dimensionare.

Aprecierea acestuia poate fi făcută după urmatoarele criterii:

Pierderi catastrofale în vieți și bunuri materiale;

Pierderi grele în vieți și bunuri materiale;

Pierderi financiare apreciabile, dar probabil fără pierderi de vieți umane;

Pierderi financiare medii, fără pierderi în vieți.

Amplasarea digurilor după criteriul obligatoriu al traseului digului

Amplasarea digurilor după criteriul obligatoriu, trebuie să satisfacă cerințele de apărare a obiectivelor periclitate de inundații.

Pagubele care se evită prin indiguire trebuie sa fie într-un raport rezonabil cu costul lucrarilor.

Pentru ca digurile sa fie cât mai putin solicitate, este bine ca îndiguirile să se combine cu realizarea de acumulări pentru regularizarea debitelor, cu lucrări de mărire a capacității de transport a albiei și obligatoriu, cu amenajarea scurgerii pe versanti.

Proiectarea digurilor implică două aspecte:

1. Stabilirea profilului longitudinal și a cotei coronamentului,

2. Stabilirea profilului transversal al digului (secțiunii).

1. Stabilirea profilului longitudinal constă în stabilirea cotelor pentru coronamentul digului și utilizarea acestora împreuna cu cotele terenului pentru a determina:

– diferențele de cotă teren-coronament dig;

– volumele de terasamente (în funcție de secțiunea propusă pentru dig) pe tronsoane de dig și cumulate.

În proiectarea digului prezintă interes și urmatoarele date:

– cota maximă a apelor (viitura cu asigurarea/probabilitatea de calcul și de

verificare);

– aliniamentele și curbele digului;

– folosința terenurilor ocupate de dig sau apărate contra inundării;

– stratificația geologică pe traseul digului;

– lungimea digului.

Cota coronamentului se determină în diferite secțiuni, în funcție de nivelul maxim al apei la care se adaugă înalțimea de gardă.

Înălțimea de siguranță normală se determină prin însumarea înălțimii valului datorită fetch-iului (1) cu înalțimea suplimentara (2) pentru acoperirea eventualelor ridicări ale cotei terenului albiei (prin depuneri) sau aproximațiilor metodelor de calcul.

Figura 6.5 Stabilirea cotei coronamentului digului

1- înălțimea valului pe taluz (hv, hv`), 2- gardă de asigurare, 3 – aproximarea metodei de calcul

Înaltimea de ridicare a valului pe taluz se poate calcula cu formula lui Djunkovski:

h'v = 3,2 x hv x K x tg α [m] (6.)

iar hv, conform formulei lui Diakonov, este:

hv = 0,0372 x W0,71 x L0,24 x h0,54 [m] (6.)

in care:

W – viteza vântului (m/s) (de la stațiile meteorologice sau din normative de calcul

a vitezei vântului);

L – lungimea luciului de apă pe direcția vântului (km),

h – adâncimea medie a apei (m),

K – coeficient care depinde de rugozitatea taluzului:

K = 1÷1,25 – taluz betonat sau dalat,

K = 0,75÷1,0 – pavaj de piatră,

K = 0,68÷0,9 – taluz inierbat,

K = 0,5÷0,77 – pereu din bolovani nerostuit sau piatră sparta.

tg α = 1/m – panta taluzului dinspre apă.

Dacă L < 1 km se poate admite hv = 0,5m. Înalțimea suplimentară (3) se ia de până la 0,3m plus valoarea eventualelor colmatari ale albiei, când sunt de presupus depuneri în albie.

Cota de execuție a coronamentului este superioară cotei de proiectare (de aparare) cu valoarea tasărilor cumulate estimate în fundația și în corpul digului. De obicei faloarea tasărilor trebuie sa fie pâna la 10 cm.

În ceea ce privește debitele și nivelele maxime cu asigurarea/probabilitatea de calcul și de verificare, se au în vedere:

– debite (nivele) maxime din ploi torențiale;

– debite (nivele) maxime din topirea zăpezilor;

– debite (nivele) maxime din ploi torențiale și topirea zăpezilor;

– debite (nivele) maxime accidentale.

Aceste debite și nivele se stabilesc pe baza metodologiei folosită de I.N.H.G.A. de unde prin modelarea debitelor se pot obține niveluri de apă pe tronsonul respectiv.

Asigurarile/probabilitățile de calcul se stabilesc conform normativelor în viguare și conform recomandarilor strategiei naționale .

În regim îndiguit nivelul apei crește datorită încorsetării scurgerii. Supraînalțarea va fi cu

atât mai mare cu cât digurile sunt mai apropiate de malurile albiei principale (xadmisibil = 0,5÷1 m).

Figura 6.6 Supraînălțarea nivelului apei prin îndiguire

Calculul supraînalțării prin îndiguire se face prin aplicarea urmatoarei metode de calcul analitic [Bogdanffy, 1]:

A – înainte de indiguire

– din: (6.)

Pentru râuri se admite aproximația R = h (R – raza hidraulică; h – adâncimea medie a albiei).

Rezultă, pentru albiile medie, majoră stânga și majoră dreapta:

(6.)

unde:

v – viteza medie în secțiune înainte de îndiguire;

i – panta de scurgere;

c – coeficientul lui Chezy;

B – dupa indiguire (6.)

– vitezele medii în secțiune în regim îndiguit,

– supraînalțarea de nivel prin îndiguire (încorsetare).

, (6.)

Se exprimă vitezele de curgere în regim îndiguit: (6.)

, etc.

Debitul în secțiunea îndiguită va fi: (6.)

În care:

în relația de mai sus:

– debitul de calcul,

– se propun ca distanțe dig-mal.

Supraînălțarea x se determină din relația de calcul a debitului Q prin încercări sau cu ajutorul graficului Q = f(x) (x admisibil este de obicei 0,5÷1m).

Vitezele după îndiguire crește, calculate astfel până la limita admisibilă a erodării digurilor si a albiei.

Valorile acestor viteze, pentru terenuri necoezive și pentru terenuri coezive sunt date în tabelele următoare:

Tabel 2 Valori orientative ale vitezelor medii admisibile pentru terenuri necoezive

Tabel 3 Valori orientative ale vitezelor medii admisibile pentru terenuri coezive

Pentru calculele tehnico-economice, se analizează mai multe variante de poziționare a digurilor care să dea supraînalțări diferite cu circa 0,3÷0,5m între ele. Dintre aceste variante se alege cea mai sigură și mai economică.

2. Profilului transversal al digurilor se stabilește prin:

– lățimea la coronament ( b );

– panta taluzelor amonte și aval;

– determinarea sistemului de protecție la piciorul taluzelor.

Lățimea coronamentului se stabilește din necesitatea circulației pe dig (pentru întreținere sau chiar pentru amplasarea unor căi de comunicație permanente) și pentru stabilirea punctului de ieșire al curbei infiltrațiilor.

De obicei este de evitat ce pe digurile cu continut mare de materiale argiloase să nu se circule în perioade ploioase deoarece se formează șleauri, care în timp afectează integritatea digului.

Din literatura de specialitate, pentru pantele taluzurilor se recomandă următoarele valori:

Tabel 4 Valori orientative ale pantelor taluzurilor

Valorile din tabel sunt valabile pentru γp > 15 kN/m3, iar pentru γp sub această valoare pantele taluzurilor se vor mări.

Pentru determinarea curbe de infiltrații prin și determinarea stabilități optime a pantelor se a trece la studierea digului de preferabil înr-un program de element finit unde se poate modela cu exactitate situația reală din teren.

STUDIU TEHNICO – ECONOMIC PRIVIND AMENAJAREA RÂULUI MOLDOVA ÎN COMUNA CORNU

Date generale

Studiul de caz se referă la lucrări proiectate în bazinul hidrografic Siret, atât pe malul drept cât și stâng al râului Moldova pe sectorul cuprins între localitățile Brăiești și Băisești, comuna Cornu Luncii, județul Suceava.

În urma viiturilor din ultimii ani s-au produs inundații în localitățile Braiești și Băiești din comuna Cornu Luncii unde au fost afectate căile de comunicatii care fac legatura între Fălticeni și Gura Humorului.

La debite peste medii râul Moldova înghite mari suprafețe de teren agricol prin erodarea malului stang.

Tabel 5 Pagubele înregistrate în anii 1991-2006 (viitura apreciata cu asigurare Q5%)

Lucrările din Studiul de Fezabilitate, realizat în 2006 și aprobat în 2007 au fost evaluate la debitul cu asigurarea de 5%, iar în 03.02.2010 s-a aprobat STRATEGIA NATIONALA DE MANAGEMENT AL RISCULUI LA INUNDAȚII PE TERMEN MEDIU ȘI LUNG prin care se prevede ca pentru toate lucrarile cu rol de apărare împotriva inundațiilor se va lua în calcul debitul cu asigurarea de 1% pentru zonele rurale si 10% pentru zonele agricole (fără locuințe sau bunuri sociale și economice importante).

Figura 7.1 Amplasamentul lucrărilor

Ca urmare lucrarilor hidrotehnice executate au fost dimensionate ținând cont de această strategie:

cotă coronament diguri mal stang = nivel 1% + gardă 0.50 m

cotă coronament diguri mal drept = nivel 10% + gardă 0.50 m

Debitele maxime cu diferite probabilități de depășire pe râul Moldova la Brăiești (amonte de confluența cu râul Suha Mare) sunt:

Qmax 1% = 1.350 mc/s

Qmax 2% = 1.140 mc/s

Qmax 5% = 860 mc/s

Qmax 10% = 655 mc/s

Conform datelor furnizate de beneficiar (Administrația Națională “Apele Române” Administrația Bazinală de Apă Siret – Bacau), debitul maxim istoric s-a înregistrat la data de 26.07.2008 și a fost de 850 mc/s (corespunde cu Qmax 5%).

Astfel pentru râul Moldova în secțiunea prezentată s-au realizat următoarele lucrări:

Reprofilare de albie pe lungimea de 11.790 ml

Constă în lucrări de terasamente executate atât cu excavator pe șenile cât și cu draglina în scopul reprofilării albiei râului Moldova:

– în scopul tranzitării debitului de formare, urmărind cursul activ principal al albiei la data proiectării, s-a considerat ca panta albiei reprofilate sa fie panta albiei naturale, executându-se lucrari de excavații în maluri în scopul obținerii materialului necesar pentru diguri; astfel lațime albie la fund pe anumite zone se măreste la L=40 ml, panta taluzelor malurilor 1:1,5;

– 4 tăieri de coturi

Cele 4 tăieri de cot au rolul de a îndepărta bratul activ al albiei râului Moldova, de zona amprizei digului proiectat.

Materialul excavat, rezultat în urma tăierilor de cot precum și din largirea brațului activ pe anumite tronsoane de albie, va fi folosit ca umplutură compactată în corpul digurilor și pentru închideriile brațelor părăsite.

În cazul în care, la data execuției lucrărilor, albia râului își schimbă morfologia (tronson + secțiuni), materialul necesar umpluturii digurilor a fost luat din albia minoră, funcție de situația traseului brațului activ al albiei la data execuției lucrărilor.

Lucrări de îndiguire pe lungimea L= 12.000 ml

Pentru apărarea împotriva inundațiilor a localităților Brăiești – Băisești, aflate pe malul stâng precum și a terenurilor agricole de pe malul drept s-au executat lucrări de îndiguire în soluția constructivă urmatoare:

– umpluturi – realizate din pământuri locale compactate în straturi succesive, cu grosimea „după compactare” determinată pe PISTA EXPERIMENTALĂ, ce s-a realizat în mod obligatoriu înainte de începerea execuției propiu-zise, pe ampriza digului proiectat.

În urma calculelor hidraulice de tranzitare a debitelor de calcul și verificare au rezultat lucrări de îndiguire atat pe malul stâng cat și pe malul drept:

Lucrări de îndiguire pe malul stâng L=10.345 ml pentru apararea localitatilor Brăiești, Băisești comuna Cornu Luncii;

Lucrări de îndiguire pe malul drept L=1.655 ml pentru apărarea terenurilor agricole.

Secțiune transversală a digului are dimensiunile :

– lățime la coronament 4 m

– pantă taluze: – udat m1 = 2,5

– spre incintă m2 = 3

– tasare totală (fundație + corp dig) 10 cm

– înălțime medie – dig mal stâng 1,75 m

– dig mal drept 1.05 m

– pe lungimea de 6.845 ml, digul longitudinal mal stâng are taluzele protejate numai prin înierbare cu strat vegetal de 20 cm grosime.

Pe lungimea de 3.500 ml, digul longitudinal mal stâng are:

– taluzul udat protejat cu saltea antierozionala (plase spatiale armate) pentru armarea pământului cât și pentru stabilizarea stratului vegetal de pe taluze.

– taluzul către incintă și coronament – protejat prin înierbare cu strat vegetal de 20 cm grosime

Consolidări taluz dig udat pe lungimea L= 3.500 ml

Consolidarea s-a făcut cu saltea antierozională (plase spațiale armate) pentru armarea pământului cât și pentru stabilizarea stratului vegetal de pe taluze. Această saltea antierozională realizată din polietilenă și armatură, constituie un suport ușor, elastic și rezistent pentru malurile supuse eroziunii (s-a pozat pe tronsoanele de dig unde atât brațele cât și albia raului Moldova se apropie foarte mult de amplasamentul digului mal stâng)

Consolidări de maluri

Pentru asigurarea stabilității amprizei digului care traverseaza zone joase, precum și brate părăsite, s-au proiectat consolidări de maluri care constau din:

– prism din anrocamente – cu înalțimea de h=2.00 m cu greutatea anrocamentelor G=300 ÷ 500 kg, având o sectiunea trapezoidala cu:

– lațime la coronament 1.50 m

– taluze: 1:1,5 m spre apă și 1:1.1 spre incintă

– saltea de fascine – cu grosimea de 0.30 m și lungimea liberă de 2.00 m

Cota de fundare a prismului din anrocamente este la cota talvegului albiei râului Moldova, salteaua de fascine pozându-se sub cota talvegului natural.

Lucrări de stabilizare a talvegului albiei

Sunt proiectate 9 praguri de fund constând din:

– pozare geotextil 600 g/mp fundație prag

– prism din anrocamente cu latimea de 5.00 m și adâncimea de 1.00 m față de cota talvegului albiei, taluze 1:1 greutate anrocamente G ≥ 300 kg/buc.

– consolidări din anrocamente a pragului, amonte 5 m și aval 10 m pe ambele maluri ale pragului.

Traverse închidere brațe părăsite L=1.600 ml

Subtraversări dig

Pentru evacuarea apelor de suprafață provenite din precipitațiile stocate în spatele digului mal stâng (în incintă), au fost prevăzute și proiectate și executate 6 subtraversări amplasate în corpul fiecarui tronson de dig astfel:

-subtraversare S1 cu Dn 1000 mm la Tronson I -1 buc.

-subtraversare S2 cu Dn 1000 mm la Tronson II – 1 buc.

-subtraversare S3 cu Dn 1000 mm la Tronson III – 2 buc.

-subtraversare S4 cu Dn 1000 mm la Tronson IV -2 buc.

În cazul digul de pe malul drept (îndiguirea s-a realizat doar pe 2 sectoare de mal) nu s-a proiectat nici o subtraversare, considerându-se ca apele pluviale se vor drena către aval, respectiv în afluentul pârâul Suha Mare.

Fiecare subtraversare este prevazută cu clapet de închidere spre râu și vană de perete spre incintă.

Toate aceste 6 subtraversări au rolul de a evacua apele pluviale acumulate de pe suprafața intravilanului localităților Brăiești, Băisești, Comuna Cornu Luncii.

Figura 7.2 Plan de situație cu lucrările proiectate

Figura 7.3 Secțiuni transversale dig cu anrocamente, cu saltea antierozionala, cu taluz înierbat

Figura 7.4 Secțiune transversală subtraversare prin dig

Determinarea modelului digital al terenului

Pentru tranzitare debitelor în regim natural, debite ce au fost furnizate de I.N.H.G.A., avem nevoie de rigidizare tridimeansională (3D) a modelului de calcul.

Aceaste puncte sunt preluate după rdicarea topografică făcută pe amplasamentul lucrărilor, puncte ce au coordonate x,y,z.

Aceste puncte au fost introduse in Global Mapper, de unde s-a obtinut modelul digital al terenului.

Figura 7.5 Importarea în Global Mapper a norului de puncte din ridicarea topografica

Prin interpolare punctelor topografice aflate ân coordonate Stereo 70 s – a obținut modelul digital al terenului.

Figura 7.6 Modelul digital al amplasamentului studiat

Pentru a putea trece la etapa următoare aceea de tranzitare a debitelor cu probabilitățile de depășire de Q1%, Q 2%, Q5%, Q 10%, în programul de calcul HEC-RAS avem nevoie de cursul principal al râului în regim neamenajat, deoarece acest sector studiat are o multitudine de brate care se activează numai pe perioada apelor mari.

De aceea din profilele topografice materializate pe teren s-a mers pe cota cea mai mică, din profil în profil si a ortofotoplanurilor, pentru tereminarea cursului principal al râului.

Figura 7.7 Cursul principal al râului în regim neamenajat

După parcurgerea tuturor pașilor anteriori se poate trece la modelarea în HEC – RAS. În acest program au fost întroduse debitele furnizate de I.N.H.G.A., rugozitatiile Manning ale albiei minore si majore (0,04 respectiv 0,08), cursul principal al râului și profilele transversale.

Pe lângă lucrările deja executate, s-a studiat și influența lucrărilor de îndiguire asupra dinamicii albiei în mai multe ipoteze posibile.

Rezultatele obținute în urma modelării matematice a modelului studiat

Pentru a putea determina cât mai exact influența îndiguirilor asupra dinamicii albiei s-au analizat cinci ipoteze posibile.

Astfel după rularea nivelurilor apei la diferite probabiltăți de depășire de Q1% respectiv Q10%, s-au obținut valori ale nivelului și variația vitezei apei.

Pentru exemplificarea calculului s-au ales 3 profile transversale:

Profilul P18 – profil în amonte

Profilul P10 – profil median

Profilul P5 – profil în aval

Ipoteza nr. 1 – tranzitarea debitelor în regim natural;

După rulare s-au putut determina nivelele apei pentru fiecare probabilitate de depăsire în fiecare profil în parte.

Figura 7.8 Nivelul apei în profilul P18 pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10%

Figura 7.9 Nivelul apei în profilul P10 pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10%

Figura 7.10 Nivelul apei în profilul P5 pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10%

Ipoteza nr. 2 – tranzitarea debitelor influențate de prezența digurilor conform proiect, fără recalibrarea albiei minore;

Figura 7.11 Nivelul apei în profilul P18(V2) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10%

Figura 7.12 Nivelul apei în profilul P10 (V2) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10%

Figura 7.13 Nivelul apei în profilul P5 (V2) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10%

Ipoteza nr. 3 – tranzitarea debitelor influențate de prezența digurilor conform proiect și recalibrarea albiei minore conform proiect;

Figura 7.14 Recalibrare albie

Recalibrarea albiei s-a facut pe talvegul principal al râului, neschimbând in totalitate cursul natural al râului (corficientul de rugozitate albie minoră Manning este 0,025). Au fost închise și brațele secundare pe care curgea râul la viitura. Prin recalibrarea albiei s-a observat cresterea vitezelor de curgere a râului, astfel s-au propus un numar de 9 praguri de fund pentru oprirea fenomenului de erodare a talvegului. Aceste 9 praguri o sa fie prezente și în varianta 4 și 5 de calcul precum și închiderea brațelor secundare.

În varianta 3 – varianta cu recalibrarea albiei, nivelul apei a scazut față de primele 2 variante, numai în profilul P10 a crescut fiind influențat de digul de pe malul drept. Recalibrarea albiei are la bază o latime de 40 m

Astfel după rularea debitelor s-au obținut urmatoarele niveluri:

Figura 7.15 Nivelul apei în profilul P18 (V3) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10%

Figura 7.16 Nivelul apei în profilul P10 (V3) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10%

Figura 7.17 Nivelul apei în profilul P5 (V3) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10%

Ipoteza nr. 4 – tranzitarea debitelor influențate de prezența digurilor de pe malul stâng aflate la o distanță mai aproape cu 60 m față de albia minoră recalibrată;

Figura 7.18 Nivelul apei în profilul P18(V4) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10%

Figura 7.19 Nivelul apei în profilul P10 (V4) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10%

Figura 7.20 Nivelul apei în profilul P5 (V4) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10%

Ipoteza nr. 5 – tranzitarea debitelor influențate de prezența digurilor de pe malul stâng aflate la o distanță mai aproape cu 60 m față de albia minoră recalibrată și dig mal drept aflat mai aproape cu 40 m de albia minoră recalibrată;

Figura 7.21 Nivelul apei în profilul P18 (V5) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10%

Figura 7.22 Nivelul apei în profilul P10 (V5) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10%

Figura 7.23 Nivelul apei în profilul P5 (V5) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10%

Evaluarea tehnico – economica a ipotezelor analizate

Din modelarea studiată pe râul Moldova s-a demonstrat faptul ca prin încorsetare, nivelul apei creste în amonte mai mult decât în aval, cresc vitezele și în mod automat apare fenomenul de eroziune a talvegului.

În profilul P18 si P5 s-a observat ca nivelul în regim natural este mai mare decât nivelul în regim amenajat prin recalibrarea albiei minore si alegerea altui traseu decât cel în mod natural.

În profilul P10, profil ce este influențat de ambele maluri nivelul apei în regim amenajat (varianta 3) este mai mare decât în regim neamenajat; dar tendința în celelalte profile este de micșorare a nivelului apei.

Prin încorsetarea și mai mult a albiei râului (varianta 4 și 5) prin aproprierea digurilor, nivelul apei crește astfel pentru a menține garda de siguranță de 50 cm trebuie făcută o supraînalțare a digului cu cca 30 cm. Din această apropriere a digurilor rezultă o suprafață mai mare de teren scosă de sub inundații de cca. 107,70 ha.

În urmatoarele 3 profile sunt suprapuse toate cele 5 ipoteze de calcul ale influenței digurilor asupra dinamicii albiei pentru debitul de Q1% și Q10%.

Figura 7.24 Suprapunere nivele în profilul P18 pentru Q1%,

h1= 415,67 m, h2= 415,67 m, h3= 415,57 m, h4= 415,97 m, h5= 415,94 m.

Figura 7.25 Suprapunere nivele în profilul P10 pentru Q1%,

h1= 402.71 m, h2= 402.71 m, h3= 403.02 m, h4= 403,13 m, h5= 403,13 m.

Figura 7.26 Suprapunere nivele în profilul P5 pentru Q1%,

h1= 394,36 m, h2= 394,96 m, h3= 394,14 m, h4= 394,40 m, h5= 394,43 m.

Figura 7.27 Suprapunere nivele în profilul P18 pentru Q10%,

h1= 415,22 m, h2= 415,22 m, h3= 415,03 m, h4= 415,38 m, h5= 415,38 m.

Figura 7.28 Suprapunere nivele în profilul P10 pentru Q10%,

h1= 402,21 m, h2= 402,21 m, h3= 402,43 m, h4= 402,64 m, h5= 402,64 m.

Figura 7.29 Suprapunere nivele în profilul P5 pentru Q10%,

h1= 393,67 m, h2= 393,67 m, h3= 393,44 m, h4= 393,63 m, h5= 393,68 m,

În tabelul de mai jos au fost centralizate rezultatele obținute pentru fiecare ipoteza pe cele trei profile P18, P10, P5 prezentate pe planul de situație, din toate cele 5 ipoteze studiate.

Tabel 6 Rezultatele obținute pentru vitezele râului moldova în cele 5 ipoteze de calcul

Astfel din punct de vedere economic aceste ipoteze au fost evaluate după cum urmează:

În prima ipoteza de calcul s-a facut o tranzitare a debitelor de viitură făra a se prevedea vreo lucrare pentru oprirea acestui fenomen fapt ce a condus la avarierea gospodariilor si inundarea unor suprafețe importante de teren agricol. Conform tabelului nr. 5, s-au estimat bagubele produse, în valoare de 9.393.750,00 Lei adică 2.114.566,45 Euro.

În ipoteza a doua, s-a facut tranzitarea viituri influențate de prezenta digurilor conform proiectului, fapt ce a dus la protejarea localitățiilor, având o valoare a construcțiilor de 11.746.060,42 Lei cu T.V.A. adică 2.644.079,87 Euro cu T.V.A. ( curs valutar BNR la 30.01.2015– 1 Euro= 4,4420 lei).

În ipoteza a treia, s-a facut tranzitarea viituri influențate de prezenta digurilor conform proiectului, si recalibrarea albiei, având o valoare a construcțiilor de 16.472.744,66 Lei cu T.V.A. adică 3.708.073,26 Euro cu T.V.A. ( curs valutar BNR la 30.01.2015).

În ipoteza a patra, s-a facut tranzitarea viituri influențate de prezența digurilor, dar digul de pe malul stâng este mai apropare de talvegul albiei recalibrate cu 60 m față de varianta 3, si recalibrarea albiei. În această variantă nivelul apei a crescut ducând la înălțarea digului cu cca, 20 – 30 cm pe zona aval începând cu profilul 18. Această supraînălțare este necesară pentru a respecta nivelul de gardă peste debitul de 1% pe malul stâng.

Valoare a construcțiilor de 17.733.596,12 Lei cu T.V.A. adică 3.991.895,40 Euro cu T.V.A. ( curs valutar BNR la 30.01.2015)

Având în vedere că digul a fost adus mai aproape de râu, în spatele lui suprafață de teren scoasă de sub inundații a fost de 99,90 ha, suprafață ce poate fi utilizată sub diverse forme.

În ipoteza a cincea, s-a facut tranzitarea viituri influențate de prezența digurilor, unde digul de pe malul stâng este mai apropare de talvegul albiei recalibrate cu 60 m și digul de pe malul drept este mai aproape cu 40 m de talvegul albiei recalibrate față de varianta 3, si recalibrarea albiei. În această variantă nivelul apei a crescut ducând la înălțarea digurilor cu cca, 30 – 40 cm pe zona aval începând cu profilul 18 pe ambele maluri. Influența încorsetării albiei pe malul drept este destul de mica față de variant 4, de ordinul a max. 5 cm pe zona aval, datorându-se faptului că zona este îndiguită pe distanță mică si apa la debitul de viitură poate pătrunde în pădurile de pe malul drept mult în amonte de dig.

Astfel suprafața scoasă de sub inundații devine 99,90 ha mal stang + 7,80 ha mal drept, rezultă o suprafață totală apărată față de ceea din proiect de 107,70 ha.

Valoare de investitie a construcțiilor este de 17.921.848,60 Lei cu T.V.A. adică 4.034.271,70 Euro cu T.V.A. ( curs valutar BNR la 30.01.2015)

Tabel 7 Evaluarea lucrărilor

În varianta 4 și 5 cu digurile mai aproape de talvegul recalibrat, se obtine o suprafață de 107,70 ha scoasă de sub inundații, care înmulțită cu pretul terenului de 0,5 Euro/mp ar rezulta o valoare de 538.500,00 EURO.

Cu toate ca variantele 4 și 5 au valoare mai mică decât prețul total al varianta 3, deoarece scădem valoarea terenului scos de sub inundații din pretul total al investiției, acestă suprafață teren este posibil să nu fie utilizabilă deoarece din statistica din România dezvoltarea localităților se face pe lungime unui curs de râu sau drumuri și mai puțin pe lățime, agricultură pe acel teren nu se poate face din cauza pământurilor existente fiindcă este reprezentată în mare parte de nisipuri și pietrisuri, pământuri ce nu sunt proprice agriculturii, varianta nr. 3 rămâne varianta fiabilă de amenajare a acestui sector de râu.

Tabel 8 Evaluarea procentuală a lucrărilor după analizarea terenurilor scoase de sub inundații

CRITERII DE BAZA ÎN DETERMINAREA LUNGIMII RAMPELOR DE ACCES LA PODURI

Determinarea drumului in plan

Proiectarea traseului rampelor de acces și a drumului se face ținând cont de condițiile naturale, tehnice și economice.

Între două puncte date, traseul cel mai scurt este linia dreaptă. În realitate, de cele mai multe ori, între cele două extreme ale traseului apar obstacole naturale sau artificiale ce trebuie ocolite, sau puncte de trecere obligate. Aceasta face ca traseul ulterior al drumului să apară ca o linie frântă, punctele de frântură purtând denumirea de ”vârfuri de unghi”. Trecerea de pe un aniliament pe altul este permisă de introducerea curbelor, de obicei arce de cerc.

Introducerea curbelor prezintă unele dezavantaje pentru determinarea lungimii rampelor de acces:

Măresc lungimea traseului în raport cu linia dreaptă;

Confortul și siguranța circulației sunt mai reduse decât în aliniament, în special sectoare unde viteza de circulație este ridicată. Pentru asigurarea confortului și a siguranței circulației, trebuie luate măsuri speciale de amenajare a curbelor, prin: introducerea unor curbe de tranziție, execuția căii cu o singură pantă, supralărgirea rampelor și implicit a căii de rulare.

Vizibilitatea în curbă este micșorată în special în cazul terenurilor acoperite (păduri, deblee); ca urmare sunt necesare lucrări suplimentare de defrisări, creearea de ramblee și chiar exproprieri.

Drumul în plan al rampelor de acces la poduri trebuie proiectat astfel încat să se evite aliniamentele cu lungime mai mare și curbe cu raze mici.

Punctele de intersecți a două aliniamente se notează cu ”V”, însoțită de un indice ”n” ce reprezintă numărul curbei, respectiv al vârfului de unghi. Elementele de geometrie ale curbei arc de carc se teremină în funcției de unghiul ”U” dintre cele două aliniamente și raza cercului de racordare ”R”.

Figura 8.1 Determinarea unghiului suplimentar

Pentru determinare unghiului suplimentar ”a” se plelungește suplimentar aliniamentul AVn și se ia un segment ”n”. Din extremitatea ”x” a acestui segment, se ridică o perpendiculară ”xy”, care se măsoară grafic xy=b:

, (8.1)

(8.2)

În cazul unghiurilor ascuțite (Figura 8.2), valoarea unghiului ”U” se determină tot printr-o constructie grafică: segmentul ”a” se măsoară din vârful de unghi ”Vn” pe amândouă aliniamentele. Punctele ”x și y” obținute se unesc printr-o dreaptă ”b”, care se măsoară cât mai precis:

(8.3)

Figura 8.2 Determinarea unghiului ”U”

Raza ”R” a curbei se alege în funcție de clasa tehnică a drumului și de condițiile de relief, respectiv viteza de proiectare, precum și condițiile locale cerute și impuse de situația existentă. Cu ajutorul acestor elemente se determină tangenta ”T” lungimea curbei Cn și bisectoarea Bn (Figura 8.3).

Tangenta ”Tn”, adică distanța cuprinsă între vârful de unghi”Vn” și punctul de tangență al arcului de cerc cu aliniamentul, se determină dintr-unul din cele două triunghiuri VnOTin sau VnOTen, sau se citește automan dintr-un program de grafica (ex. AutoCad):

(8.4)

Figura 8.3 Determinarea unghiului ”U”

Când începe curba, punctul de tangență se numește tangentă de intrare și se notează cu ”Ti”, iar punctul unde se termină curba se numește tangentă de ieșire și se notează cu ”Te”.

Punctele ”Ti” și ”Te” primesc aceleași indice ”n” ca și vârful de unghi ce reprezintă numărul curbei.

Lungimea arcului de cerc ”Cn” cuprinsă între punctele ”Tin și Ten” se determină cu formula:

(8.5)

Bisectoarea ”Bn”, adică distanța de la vârful de unghi până la mijlocul curbei, măsurată pe direcția bisectoarei unghiului ”U” se determină din triunghiul ”VnTinO” sau se poate citi grafic din programe de desen tehnic.

(8.6)

Astfel elementele U, R, T, C, B ale curbei arc de cerc se înscriu în dreptul curbei respective și împreună cu viteza de proiectare, caracterizează și descriu curba.

Determinarea drumului în profil longitudinal

Profilul longitudinal este proiecția desfășurată pe un plan, a intersecției unui plan vertical prin axa drumului cu suprafața terenului natural și cu suprafața căii de rulare (Figura 8.4).

Proiecția intersecției cu suprafața terenului natural reprezintă o linie neregulată și se numește linia terenului, iar proiecția intersecției cu suprafața căii drumului se prezintă sub forma unei linii continue regulate. Fiecare punct al traseului îi corespunde în profilul longitudinal o pereche de cote, raportate față de un sistem de referință: cota terenului și cota proiectată. Diferența dintre cele două cote se numește cotă de execuție și poate fi pozitivă dacă platforma se află sub linia terenului. Cand cotele de execuție sunt pozitive, drumul se află în umplutură sau rambleu, iar dacă sunt negative, drumul se află în săpătură sau debleu.

Proiectarea necorespunzătoare a liniiei drumului în profil longitudinal are repercursiuni, atât asupra economiei transportului, cât și asupra costurilor execuției și întreținerii.

Figura 8.4 Profilul longitudinal

Pentru a asigura vehiculelor o deplasare cât mai uniformă, cu viteze de circulați cât mai apropiate de viteza de proiectare, este necesar ca prin proiectare să se adopte declivități cât mai mici pe distanțe cât mai mari. Posibilitatea îndeplinirii acestor condiții depinde însă în cea mai mare măsură de gradul de accidentare al reliefului în care se desfăsoară drumul sau de înalțimea podului unde se dorește racordarea acestuia la teren cu ajutorul rampelor de acces.

Declivitățile maxime s-au stabilit pe cale teoretică și practică, în funcție de viteza de circulație pe sectorul de drum, în funcție de cotele terenului și cotele construcției, și de puterea motorului autovehiculuilui, etc.

În tabelul nr. 9 sunt prezentate declivitățile maxime admisibile, în funcție de viteza de proiectare. De multe ori, în condiții de relief accidentat declivitățile maxime se suprapun unor curbe în plan cu raze minime, ceea ce face ca declivitatea reală să sporească prin compunerea declivității longitudinale cu rampa de supraînălțare în curbă.

Pentru a evita sporirea declivității prin suprapunerea celor două valori, în astfel de cazuri se recomandă ca declivitatea maximă în curbele cu raza minimă să fie redusă cu 1…3% iar în acest sens se menționează că pe curba principala a serpentinelor care au raze de 20…30 m declivitatea maximă adimisă este de 3…4%.

Acolo unde porțiunile de drum cu declivitate continuă prelungită peste 5%, după fiecare diferență de nivel de max. 80 m, este obligatorie introducerea unei odihne de minimum 100 m lungime pe care declivitățile nu trebuie sa fie mai mari de 2%.

Tabel 9 Declivități maxime admise în fucție de viteza de rulare

Pentru asigurarea circulației cu viteză de proiectare de 40,60 sau 80 km/h la drumurile din clasa tehnică II-III precum și la rampele de acces pe poduri, pe sectoarele cu declivități mai mari de 4% prelungite și pe care circulația vehiculelor grele și foarte grele este preponderentă, pentru a nu produce deranjarea participanților la trafic care circulă cu masini de clasă ușoara, se obișnuiește a se executa o bandă de circulație specială, destinată acestor tipuri de autovehicule grele.

Stabilirea lungimii podului

Pentru stabilirea lungimii podului trebuie să plecăm de la următorul proces iterativ:

Deschiderea/ile trebuie să fie suficient de largi pentru a limita remuul în amonte de pod, pentru a putea proteja terenurile și zonele adiacente;

Deschiderea trebuie să nu provoace contracții necorespunzătoare sau realinieri ale cursului natural al râului;

Transformarea trebuie să nu cauzeze afuieri generale sau locale în jurul fundațiilor podului și oriunde în lungul cursului râului;

Deschiderile trebuie sa nu se blocheze cu plutitori;

Trebuie menținută o gardă de sigurața de la nivelul apei pana la intradosul grinzilor podului, corelată cu importanța căii de legătură facilitată prin construirea podului;

Proiectul trebuie să fie conform cu legislația în vigoare la data respectivă a proiectării.

De-a lungul timpului atat în tară cât și în strainătate, s-au făcut procese iterative de proiectare a deschiderii podului pe baza experienței acumulate și cuprinde următoarele etape:

Se stabilește debitul de calcul conform reglementărilor și nivelul oglinzii apei în amplasament în regimul natural de curgere;

Evaluează caracteristicile hidraulice și geomorfologice ale cursului de apă în amplasamentul podului (tipul de albie, viteză, cheia limnimetrică);

Alege o deschidere de probă a podului și dispunerea ei în profilul transversal al albiei râului din amplasament;

Se stabilește profilul oglinzii apei și vitezele în secțiunea podului pentru deschiderea de probă aleasă acceptând ipoteza de pat fix al albiei;

Se determină creșterea nivelului oglinzii apei în amonte de pod, produse de fenomenul de contracție a curgerii în zona podului;

Se calculeaza cota minima a afuierilor in albie, in amplasamentul propus;

Trebuie verificate condițiile de trecere pe sub pod a diversilor plutitori, transportați la viituri și riscul de blocare a deschiderilor.

În alegerea gărzii de siguranță trebuie luate în calcul incertitudinile estimării nivelurilor maxime ale oglinzii apei pe lângă asigurarea tranzitării plutitorilor.

În funcție de condițiile locale și de nivelul maxim al oglinzii apei, garda de siguranță este de cca. 0,50…2,50 funcție de clasa de importanță a podului și de categoria de drum pe care acesta o facilitează. Aceste recomandari sunt în conformitate cu normativul „privind proiectarea hidraulică a podurilor și podețelor” PD 95-2002.

Lacey a propus pe baze empirice, lungimea inițială a deschiderilor podului.

(8.7)

unde Q este debitul exprimat în ”m3/s”, iar Ws este lățimea oglinzii ape în „m” corespunzatoare debitului de calcul

Coeficientul ”C„ are valori cuprinse între 3,3 – 4,8. Limita inferioara este recomandata pentru albii fixe cu maluri relativ rezistente la eroziuni, iar limita superioară pentru albii mobile.

În cazul obișnuit al curgerii subcritice, în amonte de pod, nivelul oglinzii apei se mărește (remuul) din cauza contracțiilor pilelor podurilor și se determina cu formula:

(8.8)

unde hL – pierderile de sarcină în secțiunea podului

S – panta longitudinală a albiei

STUDIU TEHNICO – ECONOMIC ASUPRA RAMPELOR DE ACCES LA UN POD CE TRAVERSEAZĂ RÂUL TISA

Date generale

Bazinul hidrografic Someș – Tisa este situat în partea de nord-vest a României în zona delimitată prin coordonatele: 450 51’ 17” – 460 27’ 48” latitudine nordica si 290 09’ 22” – 250 06’ 00” longitudine estică având o suprafață totală de 22380 km2 (cca. 9.4 % din suprafața României). Suprafața totală a bazinului hidrografic Someș – Tisa este de 22380 km2.

Figura 9.1 Poziția bazinului hidrografic Someș-Tisa pe teritoriul Romaniei

Acest spațiu cuprinde, din punct de vedere administrativ aproape integral județele Bistrița – Năsăud și Maramureș, parțial județele Cluj, Sălaj, Satu Mare și suprafețe mici din județele Alba și Bihor.

Din punct de vedere al unităților de relief care compun acest bazin se pot spune urmatoarele:

Zona muntoasă cu altitudini mai mari de 800 – 1000 m ocupa cca. 17% din suprafața bazinului și este repartizata astfel : lanțul muntos din partea de nord-est a bazinului alcatuit din Munții Gutâi, Lăpus, Țibleș, Rodna, Bargău și Călimani la care se adaugă, în partea de sud-vest a bazinului, Munții Apuseni. Suprafata totală a bazinului hidrografic a raului Someș (exclusiv Crasna) acoperită cu munți este de cca. 2640 km2 iar altitudine medie a zonei este de cca. 1250 mdMN . Altitudinea maximă din zonă muntoasă se gasește în masivul Rodnei unde se înregistrează 2280 mdMN pe vârful Ineu

Zona de dealuri, podișuri și depresiuni cu altitudini cuprinse între 150-200 mdMN și 800 mdMN ocupă o suprafață de cca. 11354 km2, ceea ce reprezinta cca. 74% din suprafața bazinului r. Someș (exclusiv Crasna). Acesta zonă reprezintă partea centrală a bazinului fiind delimitată la nord, nord-est, est și sud-vest de regiunile muntoase;

Zona de câmpie cu o altitudine de 100 – 140 mdMN situată în partea de nord-vest a bazinului (Cimpia Satmarului) care urmareste cursul principal al râului Someș și care reprezintă cca. 4% din suprafața bazinului hidrografic al acestui râu.

Zona de luncă, supusă cel mai des fenomenelor de inundație, însoțește tot cursul de apă al râului Someș începând din aval de localitate Sant (Someșul Mare) precum și cursurile de apă ale afluentilor principali ai acestuia. Lățimea luncii crește din amonte către aval astfel : între localitatea Sant și Rodna Veche pe r. Someș Mare, lățimea luncii nu depășește 300 m, în aval de Rodna Veche pâna la confluența cu r. Rebra, lățimea luncii nu depășește 500 m, aval de confluența cu r.Rebra pâna la Nimigea, lațime luncii poate ajunge pâna la 1 km, iar între Nimigea și Dej lunca Somesului are o lățime medie de 1-2 km. Lațimea de 2 km este depășită între aval confluența Sieu și amonte confluența Somesul Mic.

Figura 9.2 Repartiția principalelor rețele hidrografice și forme de relief pe suprafața spațiului hidrografic Someș-Tisa

Principalele unitati hidrografice sunt: Someș cu cele trei subunități Someșul Mare, Someșul Mic și Someșul aval confluența Someșului Mare cu Someșul Mic, Crasna și Tisa (Figura 9.3).

Figura 9.3 Principalele subbazine hidrografice din spațiul hidrografic Someș – Tisa

Râul Tisa care formeaza granița României cu Ucraina pe o lungime de 61 km are pe teritoriul României în zona de graniță cu Ucraina, o suprafață de bazin de 4540 km2 și o pantă medie a bazinului de 20/00. Suprafața totală a bazinelor hidrografice ale cursurilor de apa care se află pe teritoriul Romaniei și se varsă în râul Tisa pe parcursul celor 61 km de graniță comuna cu Ucraina însumeaza cca. 3237 km2.

Principalele caracteristici morfometrice ale afluenților importanti care se varsă în r. Tisa pe zona de graniță cu Ucraina pe traseul celor 61 km de pe ambele maluri ale râului se prezintă în tabelul nr. 10.

Tabel 10 Principalele caracteristici morfometrice ale afluentilor importanti ai raului Tisa în zona de granita cu Ucraina

Principalele elemente morfometrice ale râului Tisa pe zona de graniță cu Romania se prezintă în tabelul nr. 11.

Tabel 11 Principalele caracteristici morfometrice ale raului Tisa în zona de graniță cu Ucraina

În zona de graniță comună cu Ucraina de pe teritoriul României se varsă în r. Tisa doua grupe de afluenți: o grupa de afluenți importanti care se varsă în r. Tisa pe parcursul celor 61 km de graniță: r. Viseu, Iza, Sapînta, Valea Iepii, Sarasau, Bic, Saros, Baia si Sugatag și o grupa de afluenți care se varsă în r.Tisa dupa ce aceasta intră numai pe teritoriul Ucrainei : r. Tur, Egher și Batarci;

Grupul afluenților mici: Valea Iepii, Sarasau, Bic, Saros, Baia si Sugatag, care se varsă în r. Tisa pe zona de graniță au lungimi de cca. 8 km , suprafață de bazin de cca. 18-20 km2 și altitudini medii cuprinse între 360 – 610 m;

Afluenții Tisei care provin din zona de graniță cu Ucraina, de pe teritoriul Romanesc și se varsă în acest curs de apa peste linia de frontierei de stat sunt : Turul, Batarci cu afluentul Tarna Mare și Egherul cu afluentul Hodos.

Tabel 12 Principalii afluenți ai r. Tisa care provin de pe malul românesc și se varsă în acest râu,

dupa linia de graniță

Modelul matematic utilizat pentru efectuarea calculelor

Calculele hidraulice pe râul Tisa în dreptul localității Sighetu Marmației, s-au efectuat cu softul HEC-RAS, care reproduc propagarea undelor de viitură în regim natural și în regim amenajat, evidențiind caracteristicile hidraulice ale albiei și efectele lucrărilor hidrotehnice studiate.

Modelul de calcul poate determina datele caracteristice ale curgerii a apei în mișcare nepermanentă și permanentă, în regim hidraulic uniform sau gradual variat, pentru râuri în regim hidrologic natural sau amenajat (conform lucrărilor incluse în scheme de amenajare sau proiectate) cu albii unifilare, dar și pentru albii dendritice și inelare.

Modelul matematic se bazează pe integrarea prin diferențe finite a ecuațiilor mișcării nepermanente și permanente.

Cotele suprafeței libere a apei sunt calculate de la un profil la altul rezolvând ecuația (9.1) a energiei printr-o rutină iterativă numită metoda pasului standard. Ecuația energiei este scrisă după cum urmează:

Figura 9.4 Descriere grafică a ecuație energiei

y2+z2+y1+z1++he (9.1)

unde:

y1, y2 – adâncimea apei în secțiunile transversale ;

z1, z2 – cota radierului în albia minoră ;

v1 , v2 – vitezele medii ;

– coeficientul lui Coriolis ;

g – accelerația gravitațională ;

he – pierderea de energie ;

Pierderea de energie între două secțiuni este compusă din pierderi de sarcină și pierderi de contracție sau expansiune . Relația pentru pierderile de energie este:

he = L*Sf + c () (9.2)

unde L – lungimea sectorului ponderat; Sf – panta frecărilor între două secțiuni;

c – coeficientul de pierderi prin expansiune sau contracție;

Lungimea ponderată se calculează cu:

L = (9.3)

unde: L lab , ch , rab = lungimile sectorului de râu în albia majoră stânga, minoră, majoră dreapta iar Q lab , ch , rab = media aritmetică a debitelor în majoră stânga, minoră, majoră dreapta.

Figura 9.5 Descrierea grafică a modelului folosit

Modul de lucru folosit este să împartă scurgerea din albie folosind cele ”n” valori indicate la secțiunile transversale ca bază pentru împărțire. Modulul de debit este calculat pentru fiecare subdiviziune cu următoarea relație din ecuația lui Manning.

Q = k*S ( 4 ) , k = (9.4)

unde:

k – modul de debit; n – rugozitatea pentru subdiviziune;

A – aria pentru subdiviziune; R – raza hidraulică pentru subdiviziune;

Programul însumează toate modulele de debit pentru a obține modulul de debit pentru albia majoră stângă, dreaptă și pentru albia minoră.

Cota suprafeței libere a apei într-un profil transversal este determinată prin rezolvarea iterativă a ecuațiilor (9.1) și (9.2) și anume :

Presupune o cotă a suprafeței libere a apei la profilul amonte (aval la regim supercritic).

Funcție de cota presupusă calculează modulul de debit total și înălțimea cinetică.

Construirea modelului hidraulic, a implicat urmatoarele operatii:

introducerea traseului raului principal și a afluenților importanti sub forma de arce și noduri;

introducerea secțiunilor transversale;

introducerea coeficientilor de rugozitate din albia minora si majora;

introducerea valorilor debitelor maxime si/sau a hidrografelor de debit la capatul amonte;

modelarea structurilor hidraulice din albie, incluzand podul;

introducerea gridului de calcul;

definirea setarilor modelului de calcul.

Condițiile limită impuse în mod curent de model sunt cheia limnimetrică în secțiunea limită aval și hidrograful de intrare în secțiunea limită amonte.

Principalele etape de parcurgere a procesului de reglaj (tarare) sunt următoarele:

Fixarea secțiunilor de excepție a stațiilor hidrometrice, și a profilelor transversale corespunzătoare;

Construcția modelului, constând în extragerea datelor de bază din profilele transversale și longitudinale privind geometria albiei, descrierea schemei hidrotehnice existente și a hidrografelor (de debit și de nivel) de control;

Reglajul modelului matematic propriu zis (calibrarea sau taratea) constă în obținerea coincidențelor rezultatelor modelului cu observațiile hidrologice (debit sau nivel maxim, timp de creștere și total, volum pe ramura de creștere și descreștere, volum total, coeficient de formă) ale undelor de viitură înregistrate.

Reglarea (tararea) modelelor matematice hidraulice reprezintă un proces complex, care în funcție de caracteristicile regimului de mișcare, al algoritmului de calcul abordat, depinde de o serie de parametri.

Principalii parametri asupra cărora se poate acționa în cadrul procesului de reglaj (tarare) ai modelului matematic ce reproduce propagarea undelor de viitură sunt:

coeficienții de rugozitate (ni), care modelează rezistența hidraulică a albiilor;

introducerea kilometrajului de acumulare al albiilor majore în sensul axului general de propagare a viiturii înregistrate;

determinarea zonelor de grind și a cotelor acestora de unde începe inundarea albiei majore, depistarea și modelarea zonelor depresionare locale (situate sub cota malurilor albiei minore) din albia majoră cu efect de polder care nu participă la scurgere, dar influențează propagarea și volumul viiturilor înregistrate;

depistarea și modelarea zonelor de remuu;

reglarea optimă a coeficienților de calcul ai modelului, prin reglarea mărimii pașilor de calcul de timp și de distanță în lungul râului (DT, DX), a numărului de cicli la integrarea ecuațiilor etc.

Principalele date oferite de model sunt:

Caracteristicile hidraulice privind:nume profil,debite maxime, nivelurile debitelor maxime, adâncimi relative, lățimi la oglinda apei, secțiuni de scurgere și viteze medii în albia minoră și în albiile majore, cote diguri, distanțe parțiale și cumulate, etc.

Repartiția debitelor și a vitezelor în curgere dinamică pe tronsoane de calcul,

Caracteristici hidraulice privind tranzitarea și atenuarea undei de viitură de verificare prin lacul de acumulare, pentru secțiunea proprie de calcul.

Redarea grafică a rezultatelor hidraulice pe profilul longitudinal, precum și în secțiunea profilelor transversale introduse, cu pozarea nivelelor curbei suprafeței libere, epura vitezelor, și alte date care se pot obține.

Efectul podurilor asupra nivelurilor corespunzătoare debitelor undelor de viitură importante se calculează în general în trei zone distincte : una imediat aval de secțiune podului unde are loc o expansiune a scurgerii, una în secțiunea efectivă a podului respectiv care se poate realiza prin cateva metode diferite și o zona în imediata apropiere a podului în partea amonte a acestuia unde are loc o contracție a scurgerii înainte de intrarea acesteia prin sectiunea libera a respectivei construcții (Figura 9.6).

Figura 9.6 Schema dupa care se face calculul influentei podurilor asupra debitelor maxime ale undelor de viitura

O prezentare detaliata a modului în care se introduc datele de baza care modeleaza geometria cursului de apa pe care se face simularea scurgerii se gaseste în “User’s Manual”- Cap.6 Entering and editing data.

Date de baza topografice utilizate pentru modelul 1D:

profile transversale prin intreaga albie minoră și majoră;

relevee la structurile inginerești (poduri, praguri, etc.);

planuri de situație și/sau DTM;

aerofotograme georeferențiate;

Determinarea modelului digital al terenului

Modelarea curgerii apei pe râul Tisa în vecinătatea localității Sighetu Marmației, a fost realizată pe un sector de cca. 40 km începând din amontele localității Sighetu Marmației și terminând în aval de această localitate.

Amplasarea profilor transversale de calcul, pe sectorul modelat, este prezentată în figura următoare:

Figura 9.7 Amplasarea profilelor transversale de calcul

La baza întocmirii acestui studiu au stat date topografice întocmite în anul 2014.

Datele topografice necesare, au constat în modelul numeric al terenului completat de ridicări topografice clasice în teren, în zona albiei.

Distanța medie între profilele transversale de calcul a fost de cca. 200 m.

Figura 9.8 Model numeric al terenului și amplasarea profilelor transversale

Măsurătorile topografice au fost efectuate în Sistem de Proiecție – Stereo 70, având ca plan de referință Marea Neagră 75. În vederea întocmirii unei modelari hidraulice cu o precizie a rezultatelor cat mai mare, aceste măsurători topografice s-au concretizat în principal în 115 profile transversale pe r. Tisa în zona localității Sighetu Marmației.

Ridicarea topografică împreună cu modelul numeric al terenului au fost importat in Global Mapper, aici fiind aplicate filtrele necesare s-a obținut în final DTM-ul modelului studiat.

Modelul numeric al terenului are dimensiunile necesare modelării cât mai corecte din punct de vedere hidraulic astfel încat DTM –ul sa nu influențeze modelarea hidraulică datorită condițiilor de datorită limitării suprafeței în plan.

Cu datele terenului obținute din Global Mapper, s-a trecut la pasul următor acela de a importa DTM-ul în HEC-RAS 5.0.1 acolo unde pentru fiecare variantă în parte au fost introdusi parametrii de calcul (rugozitate, blocarea albiilor ce aduc sau nu aport de debit) au fost studiate caracteristicile albiei și implicit a curgerii râului Tisa pe sectorul studiat.

Rezultatele obținute în urma modelării matematice a modelului studiat

Lucrările analizate în cadrul prezentului raport de cercetare au fost încadrate în clase de importanță conform standardelor și normativelor în vigoare, în concordanță cu prevederile și tintele prevăzute în STRATEGIA NATIONALĂ DE MANAGEMENT AL RISCULUI LA INUNDATII PE TERMEN MEDIU SI LUNG, HG nr. 846/11.08.2010, publicata in Monitorul Oficial nr. 626/06.09.2010.

Astfel lucrarile ce urmeaza a se studia au fost calculate la un debit maxim cu probabilitatea de depășire Q1%= 2400 m3/s

În prezentul raport de cercetare, pentru determinarea solutiei optime din punct de vedere tehnico – economic de dimensionare a lungimii rampelor de acces în zone cu terase inundabile, au fost studiate 5 (cinci) ipoteze de calcul:

Ipoteza nr. 1 – în care este descrisă situația actuală și limita de inundabilitate;

Ipoteza nr. 2 – amplasarea unui pod cu 3 (trei) deschideri în secțiunea analizată;

Ipoteza nr. 3 – excavarea sub pod pe malul stâng al r.Tisa;

Ipoteza nr. 4 – amplasarea unui pod cu 4 (patru) deschideri;

Ipoteza nr. 5 – amplasarea unui pod cu 3 (trei) deschideri și trei descărcătoare laterale în rampa de acces mal stâng.

Ipoteza nr. 1 – regimul actual de scurgere

În prima ipoteză de calcul a fost studiat regimul actual de curgere (regimul natural) și s-a făcut calibrarea modelului de calcul.

Coeficienții de rugozitate, care caracterizează rezistența hidraulică a albiei, au fost adoptați conform literaturii de specialitate și prin similaritate cu alte sectoare de râu monitorizate hidrometric.

Astfel, pentru albia minoră a fost adoptat un coeficient de rugozitate mediu de 0,040, iar pentru albia majoră a fost adoptat un coeficient de rugozitate mediu de 0,07.

Condiția limită aval a fost o cheie limnimetrică pe care s-a determinat în funcție de secțiunea de curgere din primul profil de calcul din aval și panta talvegului râului Tisa din zona aval. Panta medie a râului Tisa pe sectorul studiat este de 0,16%.

Hidrograful acestei unde de viitură se definește prin trei elemente cunoscute: durata totală Tt=102 ore, durata de creștere Tc= 21 ore și coeficientul de formă cu valoarea de 0,34.

De asemenea s-a considerat că unei unde de viitură care are ca debit de vârf debitul de asigurare Q1%=2400 m3/s îi corespunde un volum de 291 mil. m3.

Condiția limită amonte a constituit-o un hidrograful de debit prezentat în (Figura 9.9).

Figura 9.9 Hidrograful viituri pe r. Tisa

Pentru exemplificarea rezultatelor obținute, tinând cont și de următoarele variante de modelare cu poziția podului propus ce traversează r. Tisa, s-a ales să se prezinte valorile obținute ale modelării hidraulice în profilele 109, 108, 107.

Rezultatele calculelor hidraulice pe râul Tisa, conform regimului existent de curgere se prezintă astfel:

Tabel 13 Date caracteristice ale curgerii corespunzătoare debitului maxim

Variația nivelurilor maxime corespunzătoare debitului maxim cu probabilitatea de depășire de 1% pe râul Tisa, în zona localității Sighetu Marmației, conform regimului existent de amenajare, se prezintă astfel:

Figura 9.10 Profile transversale, râu Tisa – probabilitatea de depășire de 1%-situația existentă

Dupa determinarea nivelului maxim al debitului Q1% s-a determinat limita de inundabilitate și viteza în secțiunea de curgere.

Totodata s-a facut și modelarea curgerii pentru debitul mediu multianual al r. Tisa care are o valoare de 77 m3/s și s-a determinat grafic limita de inundabilitatea și diagrama vitezelor pe suprafața de curgere. Se poate obseva ca debitul mediu multianual curge numai prin zona de albie minoră, de aceea la urmatoarele ipoteze de calcul nu a mai fost analizat, acesta neavând influență asupra construcției ce urmează a se analiza.

Figura 9.11 Limita de inundabilitate în ipoteza nr. 1 – debit mediu

Figura 9.12 – Variația vitezei în ipoteza nr. 1 – debit mediu

Figura 9.13 Limita de inundabilitate în ipoteza nr. 1 – debit maxim

Figura 9.14 Variația vitezei în ipoteza nr. 1 – debit maxim

Ipoteza nr. 2 –amplasarea unui pod cu 3 (trei) deschideri în secțiunea analizată

În această ipoteză de calcul s-a propus amplasarea unui pod cu 3 deschideri cu lumina între pile de 96 m, respectiv 2 deschideri de 67 m. Podul are o lungime de 278 m și lațimea de 27 m.

Acesta urmeaza să facă legatura între cele 2 maluri (malul Românesc și cel Ucrainian) ale râului Tisa prin intermediul rampelor de acces cu racordarea acestora la drumurile existente (conform proiect S.C. EXPERT PROIECT 2002 S.R.L.).

Prin amplasarea podului secțiunea de curgere a r. Tisa v-a fi îngustată astfel se vor produce modificari asupra curgerii și dinamicii albiei.

Pilele pe care se sprijină tablierul podului au lațimea de 4 m fiind încastrate într-un radier ce descarcă efortul din sarcina podului pe o structura alcătuită din 34 piloti având fișa de 10 m, iar culeele sunt fundate pe 18 piloți.

În această ipoteză lungimea rampelor de acces la pod este:

Rampă mal drept: 440 m

Rampă mal stâng: 720 m

Figura 9.15 Vedere în plan și secțiune longitudinală prin pod – ipoteza nr. 2

Coeficienții de rugozitate medii, adoptați pentru sectoarele de albie amenajată au variat între 0,04 si 0,043 în albia minora.

Pentru a nu creea probleme în exploatare, pilele centrale ale podului au fost îndepărtate din albia minoră astfel încat sa se reduca spre minim problemele a eroziune la baza acestora.

Rezultatele calculelor hidraulice pe râul Tisa, conform ”ipotezei 2” de curgere se prezintă astfel:

Tabel 14 Date caracteristice ale curgerii corespunzătoare debitului maxim

Variația nivelurilor maxime corespunzătoare debitului maxim cu probabilitatea de depășire de 1% pe râul Tisa, în zona localității Sighetu Marmației, conform ipotezei nr. 2 de amenajare, se prezintă astfel:

Figura 9.16 Profile transversale, râu Tisa – probabilitatea de depășire de 1%-ipoteza nr. 2

Dupa determinarea nivelului maxim al debitului Q1% s-a determinat grafic limita de inundabilitate și viteza în secțiunea de curgere.

Figura 9.17 Limita de inundabilitate în ipoteza nr. 2 – debit maxim

Figura 9.18 Variația vitezei în ipoteza nr. 2 – debit maxim

Ipoteza nr. 3 – excavarea sub pod pe malul stâng

În această ipoteză, pentru reducerea vitezelor în secțiunea podului se propune excavarea pe malul stâng al r. Tisa pe o lățime de 70 m și o lungime de 700 m din profilul 109 pana în aval de profilul 108.

Prin această excavare nu se propune lățirea albiei minore, ci o coborâre a albiei majore între culeea 1 și pila 1. Astfel în această zonă cota terenului a fost coborâtă cu cca. 1,90 m.

Talvegul se află coborât cu 2 m față de de cota superioară excavată.

Suprafața medie excavată, în funcție de profil este de cca 142 m2. Astfel rezultă un volum de material excavat de 99.400 m3, material ce este folosit la execuția rambleelor pentru accesul pe pod.

Pentru a mentine o gardă de siguranță ridicată, pila nr. 1 și culeea nr. 1 au fost adâncite cu 2 m față de poziția inițială din ipoteza nr. 2.

Astfel suprafața dintre pila 1 si culeea 1 va funcționa ca un deversor, întrând în funcțiune doar la debite mari în cazuri excepționale.

Figura 9.19 Secțiune longitudinală prin pod, cu excavare intre culeea nr.1 și pila nr. 1

Rezultatele calculelor hidraulice pe râul Tisa, conform ”ipotezei 3” de curgere se prezintă astfel:

Tabel 15 Date caracteristice ale curgerii corespunzătoare debitului maxim

Din rezultatele obținute se poate vedea variația vitezei în raport cu ipoteza nr. 2. Astfel din punct de vedere hidraulic această ipoteză este fiabilă reducând viteza sub 4 m/s, evitându-se astfel antrenarea particulelor grosiere în secțiunea studiată.

Din literatura de specialitate albia râului Tisa, în secțiunea studiată este alcătuită din prundiș mijlociu, pietriș mare, preponderent blolovăniș mic, materiale ce nu sunt usor antrenate la înalțimea apei la viitura și viteze pana la 4 m/s.

Variația nivelurilor maxime corespunzătoare debitului maxim cu probabilitatea de depășire de 1% pe râul Tisa, în zona localității Sighetu Marmației, conform ipotezei nr. 3 de amenajare, se prezintă astfel:

Figura 9.20 Profile transversale, râu Tisa – probabilitatea de depășire de 1%-ipoteza nr. 3

Dupa determinarea nivelului maxim al debitului Q1% s-a determinat grafic limita de inundabilitate și viteza în secțiunea de curgere în ipoteza nr. 3.

Prin amplasarea rampelor de acces înalțimea apei nu este semnificativă, iar lațimea albiei este mare.

Astfel se observă ca și în ipoteza nr. 2 ca rampele de acces la pod nu acționează ca o acumulare nepermanentă. Albia majoră este lată permitând tranzitarea debitului de viitura fară a se simți influența majora a rampelor de acces. Dar totusi în aval de pod se face închidere unor mici brațe dar fără influență semnificativă pe tronsonul amonte de pod.

Limita de inundabilitate în ipoteza nr. 3 este identică cu ceea din ipoteza nr. 2.

În schimb variația vitezelor este clar înfluențată prin coborârea cotei terenului pe malul stâng al albiei minore.

Figura 9.21 Limita de inundabilitate în ipoteza nr. 3 – debit maxim

Figura 9.22 Variația vitezei în ipoteza nr. 3 – debit maxim

Ipoteza nr. 4 – amplasarea unui pod cu 4 (patru) deschideri

Dotorită necesității de determinare a soluției optime din punct de vedere tehnico – economic, în cadrul acestei ipoteze de amenajare, suplimentar față de lucrările prevăzute în cadrul ipotezei nr. 2 și 3, se prevede execuția unei noi deschideri pe malul stâng al r. Tisa. Nu se propun lucrări de excavare sub deschiderile podului.

Astfel podul în prezenta ipoteza de calcul are 3 deschideri cu lumina între ele de 67 m și o deschidere cu lumina de 96 m.

Datorită noii configurație a podului cu încă o deschidere suplimentară, acesta are în prezent lungimea totala de 350 m, iar rampa de acces de pe malul stang sa micșorat cu 70 m.

În această ipoteză lungimea rampelor de acces la pod este:

Rampă mal drept: 440 m

Rampă mal stâng: 650 m

Figura 9.23 Vedere în plan și secțiune longitudinală prin pod – ipoteza nr. 4

Rezultatele calculelor hidraulice pe râul Tisa, conform ”ipotezei 4” de curgere se prezintă astfel:

Tabel 16 Date caracteristice ale curgerii corespunzătoare debitului maxim

Din rezultatele obținute se poate vedea variația vitezei unde aceeasta are aproximativ aceleași valori în raport cu ipoteza nr. 2.

Variația nivelurilor maxime corespunzătoare debitului maxim cu probabilitatea de depășire de 1% pe râul Tisa, în zona localității Sighetu Marmației, conform ipotezei nr. 4 de amenajare, se prezintă astfel:

Figura 9.24 Profile transversale, râu Tisa – probabilitatea de depășire de 1%-ipoteza nr. 4

Dupa determinarea nivelului maxim al debitului Q1% s-a determinat grafic limita de inundabilitate și viteza în secțiunea de curgere în ipoteza nr. 4.

La fel ca în ipoteza nr. 2 și 3, rampele de acces nu creează o acumulare nepermanentă.

Diferențele nivelurilor apei sunt destul de mici la fel ca si variația vitezelor ce se poate observa în figura de mai jos.

Figura 9.25 Limita de inundabilitate în ipoteza nr. 4 – debit maxim

Figura 9.26 Variația vitezei în ipoteza nr. 4 – debit maxim

Ipoteza nr. 5 – amplasarea unui pod cu 3 (trei) deschideri și trei descărcătoare laterale în rampa de acces mal stâng

În această ultimă ipoteza, pentru micșorarea vizezei în secțiunea de scurgere în dreptul podului, s-a propus executarea a 3 goliri laterale ovoide cu dimensiunile maxime 12,00 x 3,50m.

Aceste goliri laterale sunt amplasate în rampa de acces mal stâng, în albia majora și vor funcționa numai în regim de ape mari.

Golirile laterale sunt construite pe linia terenului natural, fără excavare în adâncime și întră în funcțiune la cote diferite 276.97, 278.46, 278.75 avand distanța între ele de 90 m.

Prima golire laterala amplasată la cota 276.97, are cota cea mai joasa deoarece se dorește îndepărtarea curentului de apa de culeea nr. C1 pe un anumit interval de timp până intră toate golirile în funcțiune pentru a se reduce spre minim problemele datorate eroziunii din spate a culeei C1 a podului.

Amonte și aval de acestea nu sunt prevăzute lucrari de regularizare, astfel zona aval v-a fi inundată dar fără afectarea localitătii limitrofe amplasamentului podului.

Figura 9.27 Profil longitudinal prin pod – ipoteza nr. 5

Rezultatele calculelor hidraulice pe râul Tisa, conform ”ipotezei 5” de curgere se prezintă astfel:

Tabel 17 Date caracteristice ale curgerii corespunzătoare debitului maxim

Din rezultatele obținute se poate vedea variația vitezei în raport cu toate ipotezele prezentate mai sus.

Variația nivelurilor maxime corespunzătoare debitului maxim cu probabilitatea de depășire de 1% pe râul Tisa, în zona localității Sighetu Marmației, conform ipotezei nr. 5 de amenajare, se prezintă astfel:

Figura 9.28 Profile transversale, râu Tisa – probabilitatea de depășire de 1%-ipoteza nr. 5

Dupa determinarea nivelului maxim al debitului Q1% s-a determinat grafic limita de inundabilitate și viteza în secțiunea de curgere în ipoteza nr. 5.

La fel ca în ipoteza nr. 2, 3 și 4, rampele de acces nu creează o acumulare nepermanentă.

Acest lucru se poate observa și din graficul de mai jos al hidrografului de viitură.

Figura 9.29 Hidrograful viituri în secțiunea podului- ipoteza nr. 5

Evaluarea tehnico – economică a lucrărilor

Rezultatele calculelor hidraulice corespunzătoare amenajării podului și rampelor de acces au pus în evidență influența acestuia față de curgerea apei. Din tabelul centralizator de mai jos se pot observa pentru fiecare ipoteza în parte, fluctuațile nivelului apei și mai ales al vitezelor în funcție se soluția constructivă aleasă.

Tabel 18 Comparația valorilor caracteristice ale curgerii în secțiunea de calcul,corespunzătoare debitului maxim

Prin amplasarea podului se crează o zonă de ștrangulare. Analizând tabelul centralizator de mai sus s-a observat, în comparație cu celelalte ipoteze de calcul, că ipoteza nr. 3 este cea mai fiabilă deoarece în aceasta s-au obținut valori ale vitezelor de ordinul cel mai mic astfel încat în zona podului să se reducă spre minim fenomenul de eroziune în jurul pilelor.

Pentru acest tip de albie și înalțimi de apă, din literatura de specialitate este recomandat ca viteza apei să nu fie mai mare de 4 m/s.

Pentru determinarea cât mai corectă a evaluării economice, s-a tinut cont de modelarea hidraulică. La construcția podurilor s-a tinut cont de dimensionarea rampelor de acces și protejarea acestora cu lucrări din beton pe forma spertului de con avand o pantă de racordare cu terenul de 1:1. Panta rampelor de acces este de 2% racordată la panta podului.

Conform limitelor de inundabilitate prezentate s-a observat faptul ca prin amplasarea podului și crearea rampelor de acces pe acesta, în profilul 108, nu se produce o acumulare nepermanentă în amonte.

Astfel soluția optimă din punct de vedere hidraulic este reprezentată de ipoteza nr. 3, deoarece satisface nevoia de micșorare a vitezei în secțiunea de curgere a podului pentru a se evita antrenarea hidrodinamică a particulelor din albie și diminuarea efectului eroziunii în jurul pilele podului.

Din punct de vedere economic variantele studiate se prezintă astfel:

În cadrul primei ipoteze de calcul nu se fac lucrari, fiind doar prezentat regimul actual de curgere.

Aceasta varianta are costul investitional zero.

Evaluarile cantităților ipotezelor nr. 2, 3, 4, 5 se pot vedea detaliat în tabelele anexate.

Cetralizarea evaluării cantităților este: (la 25.03.2016 1 Euro= 4, 4639 Lei)

Ipoteza nr. 1: 0 Lei / 0 Euro

Ipoteza nr. 2: 67,704,930.09 Lei / 15,167,214.79 Euro

Ipoteza nr. 3: 67,373,387.78 Lei / 15,092,942.89 Euro

Ipoteza nr. 4: 78,615,488.00 Lei / 17,611,390.94 Euro

Ipoteza nr. 5: 68,729,406.12 Lei / 15,396,717.25 Euro

Figura 9.30 Evaluarea cantităților de lucrări

Făcând o evaluare procentuală a cantităților, ipoteza cu costul cel mai redus este ipoteza nr. 3 având o valoare investițională de 67.373.387,78 Lei / 15.092.942,89 Euro (1 Euro= 4,4639 lei).

Diferența în ipoteza nr. 3 față de celelalte este aceea că materialul excavat de sub pod se folosește ca umplutură pentru rampa de acces și constul de transport este mai mic, de aici apare și prețul mai scăzut al acestei ipoteze.

Astfel din punct de vedere tehnico – economic Ipoteza nr . 3 este ipoteza favorabilă.

CONCLUZII, CONTRIBUȚII ȘI PERSPECTIVE DE CERCETARE

Concluziile autorului

În prezent modelarea matematică asistată de calculator este folosită la scară largă.

Această metodă este semnificativ mai economică decât medodele analitice sau determinările pe model la scară redusă.

În prezenta lucrare de cercetare în domeniul ingineriei s-a facut modelarea matematică și analiza înfluenței lucrărilor hidrotehnice asupra curgerii și dinamicii albiei.

Lucrarea de doctorat are la bază trei studii de caz:

Lucrări de reprofilare ale malurilor râului Argeș în zona localității Căteasca, Jud. Argeș;

Studiu tehnico – economic privind amenajarea râului Moldova în comuna Cornu Luncii;

Studiu tehnico – economic asupra rampelor de acces la un pod ce traversează râul Tisa.

Secțiunea transversală ca și celelalte elemente morfologice ce formează albia râului sunt puternic influențate de forma văii.

Transportul materialului aluvionar poate produce efecte negative asupra construcțiilor aflate în albia râului [poduri, baraje (în aval de acestea), conducte subterane ce traversează albia, etc] prin spălarea materialului de sub construcție, ducând la pierderea capacității portante a terenului și implicit a construcției.

În stabilirea studiilor hidraulice și soluțiilor de proiectare pentru construcțiile hidrotehnice, poduri, rampe de acces este important a înțelege caracteristicile, fenomenele și comportarea râului în atât în zona îngustată cat și în amonte/aval.

Necesitatea acestor studii duce la o mai bună cunoasterea a fenomenelor si la dimensionarea raționala a lucrărilor hidrotehnice aferente.

Astfel in primul raport de cercetare s-au facut observatiile vizuale pe o perioadă de trei ani ale amplasamentului a 3 poduri într-o secțiune puternic influențată de forma văii și de nivelul de curgere al apelor.

Studiul de caz este reprezentat de podurile ce traversează râul Argeș în zona localității Căteasca.

Aici s-au putut observa că lucrările hidrotehnice, precum albia și malurile neprotejate pot fi afectate de regimul de curgere la viitura, prin erodarea acestora. În această secțiune existau podul pentru supratraversarea conductelor cu petrol si în aval de acesta podul vechi ce face legătura între cele 2 maluri ale râului Argeș. Datorită eroziunilor au fost afectate maluri ajungând ca fundația podului rutier să cedeze, aceasta cedând s-a prabusit si tablierul podului creând astfel un prag de fund în albie.

Acest prag de fund este benefic pentru partea amonte prin ridicarea nivelului apei în amonte și reducerea curentilor ce antrenează matarialul aluvionar, protejând pilele noii structuri de traversare a conductelor de transport petrolier. De asemenea functioneaza ca un prag de colmatare, aluviunile târâte fiind reținute în amonte.

Astfel pilele podului pentru supratraversarea conductelor cu petrol au fost protejate pâna la definitivarea lucrărilor finale (execuție pereți mulati) lucrări ce erau propuse înainte de cedarea podului rutier vechi.

La 50 m în aval de podul rutier vechi, înainte de prăbușire, s-au început lucrările la noul pod rutier în aval de podul rutier vechi. Prin caderea tablierului în râul Argeș în aval de acest prag de fund sa creat se produce o zona de curgere turbulentă ce antrenează materialul de lângă pilele noului pod rutier.

Pilele sunt fundate pe piloti forati, dar acestea nu sunt protejate deloc la nivelul apei.

În prezent s-a observat agravarea fenomenului de eroziune a plilelor într-o perioadă destul de scurta de cca. 1 an.

Ca urmare a observațiilor acestor fenomene, lucrările hidrotehnice trebuiesc protejate atât în adâncime cât și la suprafață.

În raportul de cercetare nr. 2 s-a studiat prin modelare matematică a sectorului de râu Moldova în zona localității Cornu Luncii înfluența lucrărilor hidrotehnice asupra curgerii râului.

Din modelarea studiată pe râul Moldova s-a demonstrat faptul ca prin încorsetare, nivelul apei creste în amonte mai mult decât în aval, cresc vitezele și în mod automat apare fenomenul de eroziune a talvegului.

Modelarea a fost făcută pentru cinci ipoteze posibile.

În profilul P18 si P5 s-a observat ca nivelul în regim natural este mai mare decât nivelul în regim amenajat prin recalibrarea albiei minore si alegerea altui traseu decât cel în mod natural.

În profilul P10, profil ce este influențat de ambele maluri nivelul apei în regim amenajat (varianta 3) este mai mare decât în regim neamenajat; dar tendința în celelalte profile este de micșorare a nivelului apei.

Prin încorsetarea și mai mult a albiei râului (varianta 4 și 5) prin aproprierea digurilor, nivelul apei crește astfel pentru a menține garda de siguranță de 50 cm trebuie făcută o supraînalțare a digului cu cca 30 cm. Din această apropriere a digurilor rezultă o suprafață mai mare de teren scosă de sub inundații de cca. 107,70 ha, teren ce poate îndeplini altă funcționalitate.

Astfel din punct de vedere tehnico – economic putem spune că:

Prima variantă nu satisface nevoile de punere în siguranță a localităților;

Lucrările din varianta 2 apără localitățile de inundații dar fiindca nu sunt închise brațele adiacente cursului principal, aceste în timp spală piciorul amonte al digului punându-i în pericol stabilitatea;

Varianta 3 o consider din punct de vedere tehnico – economic ca fiind cea mai viabilă deoarece apăra localitătile, și face posibilă protejarea digurilor prin închiderea brațelor și recalibrarea albiei, prin îndepărtarea talvegului albiei de dig;

În varianta 4 și 5 cu toate ca au valoare mai mică decât prețul total al varianta 3, deoarece scădem valoarea terenului scos de sub inundații din pretul total al investiției, acestă suprafață teren este posibil să nu fie utilizabilă deoarece din statistica din România dezvoltarea localităților se face pe lungime unui curs de râu sau drumuri și mai puțin pe lățime, agricultură pe acel teren nu se poate face din cauza pământurilor existente fiindcă este reprezentată în mare parte de nisipuri și pietrisuri, pământuri ce nu sunt proprice agriculturii

În ultimul raport de cercetare, raportul nr. 3 a fost studiată influența lucrărilor hidrotehnice (construcția rampelor de acces la pod) asupra albia râului Tisa.

Calculele hidraulice pe râul Tisa în dreptul localității Sighetu Marmației ca șă în raportul de cercetare nr. 2, s-au efectuat cu softul HEC-RAS, program ce reproduce propagarea undelor de viitură în regim natural și în regim amenajat, evidențiind caracteristicile hidraulice ale albiei și efectele lucrărilor hidrotehnice studiate.

Pentru o determinare cât mai corectă s-au analizat un numar de 5 ipoteze posibile.

Pentru întreg sectorul modelat au fost utilizate 115 de profile transversale. Modelarea matematică a fost făcut în regim de calcul nepermanent folosit hidrograful de viitură descris în capitolele anterioare cu debitul maxim de Q1%=2400 m3/s.

Rezultatele calculelor hidraulice corespunzătoare ale amenajării podului și rampelor de acces au pus în evidență influența acestora față de curgerea apei.

Prin amplasarea podului se crează o zonă de ștrangulare. Astfel făcând o analiza asupra determinărilor efectuate, s-a observat, în comparație cu toate ipoteze de calcul, că ipoteza nr. 3 este cea mai fiabilă deoarece în aceasta s-au obținut valori ale vitezelor de ordinul cel mai mic astfel încat în zona podului să se reducă spre minim fenomenul de eroziune în jurul pilelor.

Pentru acest tip de albie și înalțimi de apă, din literatura de specialitate este recomandat ca viteza apei să nu fie mai mare de 4 m/s.

Conform limitelor de inundabilitate prezentate s-a observat faptul ca prin amplasarea podului și crearea rampelor de acces pe acesta, în profilul podului, nu se produce o acumulare nepermanentă în amonte.

Din ipotezele studiate s-a făcut o evaluare tehnico – economică a acestora, în funcție de tipul amenajării. Acest lucru a pus în evitență faptul că ipoteza nr. 3 este ipoteza favorabilă de amenajare a aceste zone raportată la criteriul tehnico – economic.

Din concluziile aferente celor trei raporte de cercetare care au stat la baza realizării acestei teze de doctorat, apare necesitatea rezolvării problemelor de eroziunea a malurilor, care lăsate neprotejate pot afecta construcțiile în vecinătatea râului, prin erodare la piciorul acestuia.

Concluzionând spunem ca lucrările hidrotehnice în albiile râurilor se continuă în prezent pe tot globul, pentru cucerirea de noi teritorii locuibile și cultivabile în luncile și deltele cursurilor de apă, pentru regularizarea scurgerilor, pentru supratraversare și subtraversarea albiei râurilor și atenuarea furiei viiturilor.

Astfel lucrările hidrotehnice trebuie să convietuiască în relații bune cu scurgerea apei, „încercând sa nu-și facă simțită prezența lor în albie” prin lucrări regularizare, apărare, etc. Bine alese și analizate din punct de vedere tehnico – economic funcție de fiecare sector studiat.

Contribuții

Contribuțiile se pot identifica în fiecare studiu de caz și se bazează în principal pe aspecte ce țin de identificarea anumitor probleme și deficiențe prin analize și documentare pe teren, modelelarea matematică a curgerii și dinamicii albie, precum și analiza tehnico – economică a soluțiilor propuse de amenajare.

La această teză de doctorat au fost analizate sectoare de râu având la bază date reale din teren, date la nivelul anilor 2015.

Au fost folosite programe actuale de calcul pentru simulare a curgerii și dinamicii albiei.

Lucrările hidrotehnice au fost cuantificate din punct de vedere tehnico – economic avand la baza date actuale de prețuri.

Perspective de cercetare

Rezultatele obținute până acum pot fi utilizate pentru dezvoltarea unor direcții viitoare de cercetare care să vizeze determinare eroziunilor din albii pe cât mai multe sectoare de râuri precum și înfluența lucrărilor hidrotehnice asupra curgerii și dinamicii râurilor adaptate la datele climatice ale zilelor noastre.