STUDII TEHNICO – ECONOMICE ASUPRA EFECTELOR ÎNGUSTĂRII ALBIILOR DE RÂU PRIN LUCRĂRI HIDROTEHNICE Conducător de doctorat Prof. univ. dr. ing. Adrian… [303147]

[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.

[anonimizat].

Mulțumesc domnului ing. [anonimizat] S.C. AQUAPROIECT S.A. pentru permisiunea de a [anonimizat].

Mulțumesc domnului ing. [anonimizat] S.C. EXPERT PROIECT 2002 S.R.L. [anonimizat].

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

30.08.2016

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 15

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 21

4.4 Lucrări de regularizare ale albiilor prin diguri longitudinale 22

4.5 Lucrări de regularizare și apărare la poduri 26

4.6 Lucrări de regularizare la prizele de apă 28

4.7 Praguri de reținere a sedimentelor 30

4.8 Criterii de bază în alegerea soluțiilor 32

4.9 Apărări, consolidări și susțineri de maluri 32

CAPITOLUL 5 LUCRĂRI PROVIZORII DE REPROFILARE A [anonimizat] 48

CAPITOLUL 6 INFLUENȚA LUCRĂRILOR DE ÎNDIGUIRE ASUPRA DINAMICII ALBIEI 56

6.1 Influența lucrărilor de îndiguire asupra curgerii apelor mari 60

6.2 Influența traseului digurilor 61

6.3 [anonimizat] 62

6.4 Amplasarea digurilor după criteriul hidraulic 63

6.5 Amplasarea digurilor după criteriul geotehnic 65

6.6 Amplasarea digurilor după criteriul economic 67

6.7 Amplasarea digurilor după criteriul obligatoriu al traseului digului 68

CAPITOLUL 7 STUDIU TEHNICO – ECONOMIC PRIVIND AMENAJAREA RÂULUI MOLDOVA ÎN COMUNA CORNU 74

7.1 Date generale 74

7.2 Determinarea modelului digital al terenului 81

7.3 Rezultatele obținute în urma modelării matematice a modelului studiat 83

7.4 Evaluarea tehnico – economica a ipotezelor analizate 90

CAPITOLUL 8 CRITERII DE BAZA ÎN DETERMINAREA LUNGIMII RAMPELOR DE ACCES LA PODURI 96

8.1 Determinarea drumului in plan 96

8.2 Determinarea drumului în profil longitudinal 99

8.3 Stabilirea lungimii podului 100

CAPITOLUL 9 STUDIU TEHNICO – ECONOMIC ASUPRA RAMPELOR DE ACCES LA UN POD CE TRAVERSEAZĂ RÂUL TISA 102

9.1 Date generale 102

9.2 Modelul matematic utilizat pentru efectuarea calculelor 106

9.3 Determinarea modelului digital al terenului 111

9.4 Rezultatele obținute în urma modelării matematice a modelului studiat 112

9.5 Evaluarea tehnico – economică a lucrărilor 145

CAPITOLUL 10 CONCLUZII, CONTRIBUȚII ȘI PERSPECTIVE DE CERCETARE 148

10.1 Concluziile autorului 148

10.2 Contribuții 151

10.3 Perspective de cercetare 152

Bibliografie 153

ANEXE

Lista figurilor

Figura 2.1 Forme caracteristice ale albiei minore [1] 9

Figura 2.2 Meandre [1] 10

Figura 2.3 Evoluția traseului divagant al meandrelor [1] 11

Figura 2.4 Evolutia secțiunii transversale [1] 11

Figura 2.5 Deplasarea meandrelor pe Mississippi (Vicksburg) [1] 12

Figura 2.6 Formarea brațelor moarte [1] 12

Figura 3.1 Distribuția presiunilor pe o particulă de fund [1] 13

Figura 3.2 Forme tipice ale fundului albiei în diverse stadii ale mișcării a aluviunilor 14

Figura 3.3 Transportul aluviunilor în straturi [1] 15

Figura 4.1 Amenajarea confluențelor naturale [1] 17

Figura 4.2 Deplasarea gurii de vărsare spre aval [1] 18

Figura 4.3 Forme caracteristice de confluențe [1] 18

Figura 4.4 Inchiderea unui brat secundar [1] 20

Figura 4.5 Sceme de amenajare a cursurilor de apă cu epiuri [1] 22

Figura 4.6 Diguri de dirijare [3] 24

Figura 4.7 Diguri de dirijare cu traverse de colmatare [3] 25

Figura 4.8 Diguri nesubmersibile 25

Figura 4.9 Panouri de funda (a) și panouri de suprafață (b) pentur mișcarea afuierilor locale la pilele podului [1] 27

Figura 4.10 Regularizarea râului Jiu la Livezi pentru traversarea la pod și asigurarea prizei de apă [1] 29

Figura 4.11 Lucrări pentru îndepărtarea aluviunilor de fund de la o priză în curent liber [1] 29

Figura 4.12 Praguri de fund 31

Figura 4.13 Prag de reținere a aluviunilor 31

Figura 4.14 Iniebarea taluzurilor [6] 33

Figura 4.15 Îmbrăcăminți din fascine [6] 34

Figura 4.16 Consolidări din fascine 35

Figura 4.17 Pozarea saltelelor antierozionale tridimensionale [7] 36

Figura 4.18 Lucrări de montare a geocelulelor [8] 37

Figura 4.19 Apărare de mal cu saci de geotextil 38

Figura 4.20 Aparare de mal cu pereu din piatra bruta sprijinit pe o grind din beton ciclopian 38

Figura 4.21 Pereu uscat sprijinit pe un prism de anrocamente 39

Figura 4.22 Aparare de mal din pereu de beton – tip dale prefabricate 39

Figura 4.23 Apărarea taluzelor cu gabioane 40

Figura 4.24 Tipuri de ziduri de sprijin 41

Figura 4.25 Apărare de mal cu palplanșe 41

Figura 4.26 Exemple de palplanșe metalice și tipuri de îmbinări [9] 42

Figura 4.27 Utilizarea palplanșelor metalice la protejarea malurilor sau a digurilor 43

Figura 4.28 Punerea în siguranță a digurilor utilizând palplanșe 43

Figura 4.29 Palplanșe din beton și tipuri de îmbinări [9] 44

Figura 4.30 Utilizarea palplanșelor din PVC la protectia malurilor 45

Figura 4.31 Exemplu de ancorare a palplanșelor 45

Figura 4.32 Secțiune tip – apărare de mal din piloți executați pe loc și dale de beton 47

Figura 5.1 Pila 5 afectată de eroziunea malului drept al râului Argeș – 2013 50

Figura 5.2 Pod peste râul Argeș, în comuna Căteasca; Efectele afuierii – 2013 51

Figura 5.3 Podul nou de traversarea a conductelor – 2014 52

Figura 5.4 Podul vechi peste Argeș în primăvara anului – 2014 53

Figura 5.5 Tablierul podului vechi cazut în r. Argeș – 2015 și 2016 53

Figura 5.6 Podul nou rutier peste r. Argeș – afectat de eroziuni – 2015 54

Figura 5.7 Pilele noului pod rutier – 2016 54

Figura 5.8 Erodarea malului drept prin spatele pilei – 2016 55

Figura 5.9 Amonte de podul rutier nou, în dreptul podului de transport al conductelor petroliere – 2016 55

Figura 6.1 Poziționarea diverselor tipuri de diguri [11] 57

Figura 6.2 Înfluența lucrărilor de îndiguire [11] 60

Figura 6.3 Stabilirea traseului digurilor [11] 64

Figura 6.4 Curbe de compactare în funcție de 𝜸 și w [13] 67

Figura 6.5 Stabilirea cotei coronamentului digului [11] 69

Figura 6.6 Supraînălțarea nivelului apei prin îndiguire [11] 70

Figura 7.1 Amplasamentul lucrărilor 75

Figura 7.2 Plan de situație cu lucrările proiectate [14] 79

Figura 7.3 Secțiuni transversale dig cu anrocamente, cu saltea antierozionala, cu taluz înierbat 80

Figura 7.4 Secțiune transversală subtraversare prin dig [14] 80

Figura 7.5 Importarea în Global Mapper a norului de puncte din ridicarea topografica 81

Figura 7.6 Modelul digital al amplasamentului studiat 82

Figura 7.7 Cursul principal al râului în regim neamenajat 82

Figura 7.8 Nivelul apei în profilul P18 pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 83

Figura 7.9 Nivelul apei în profilul P10 pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 84

Figura 7.10 Nivelul apei în profilul P5 pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 84

Figura 7.11 Nivelul apei în profilul P18(V2) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 84

Figura 7.12 Nivelul apei în profilul P10 (V2) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 85

Figura 7.13 Nivelul apei în profilul P5 (V2) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 85

Figura 7.14 Recalibrare albie 86

Figura 7.15 Nivelul apei în profilul P18 (V3) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 87

Figura 7.16 Nivelul apei în profilul P10 (V3) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 87

Figura 7.17 Nivelul apei în profilul P5 (V3) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 87

Figura 7.18 Nivelul apei în profilul P18(V4) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 88

Figura 7.19 Nivelul apei în profilul P10 (V4) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 88

Figura 7.20 Nivelul apei în profilul P5 (V4) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 88

Figura 7.21 Nivelul apei în profilul P18 (V5) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 89

Figura 7.22 Nivelul apei în profilul P10 (V5) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 89

Figura 7.23 Nivelul apei în profilul P5 (V5) pentru probabilitatea de depășire Q1%, Q10% 89

Figura 7.24 Suprapunere nivele în profilul P18 pentru Q1%, 90

Figura 7.25 Suprapunere nivele în profilul P10 pentru Q1%, 91

Figura 7.26 Suprapunere nivele în profilul P5 pentru Q1%, 91

Figura 7.27 Suprapunere nivele în profilul P18 pentru Q10%, 91

Figura 7.28 Suprapunere nivele în profilul P10 pentru Q10%, 92

Figura 7.29 Suprapunere nivele în profilul P5 pentru Q10%, 92

Figura 8.1 Determinarea unghiului suplimentar [16] 97

Figura 8.2 Determinarea unghiului ”U” [16] 98

Figura 8.3 Determinarea unghiului ”U” [16] 98

Figura 8.4 Profilul longitudinal [16] 99

Figura 9.1 Poziția bazinului hidrografic Someș-Tisa pe teritoriul Romaniei 102

Figura 9.2 Repartiția principalelor rețele hidrografice și forme de relief pe suprafața spațiului hidrografic Someș-Tisa 104

Figura 9.3 Principalele subbazine hidrografice din spațiul hidrografic Someș – Tisa 104

Figura 9.4 Descriere grafică a ecuație energiei 107

Figura 9.5 Descrierea grafică a modelului folosit 108

Figura 9.6 Schema dupa care se face calculul influentei podurilor asupra debitelor maxime ale undelor de viitura 110

Figura 9.7 Amplasarea profilelor transversale de calcul 111

Figura 9.8 Model numeric al terenului și amplasarea profilelor transversale 112

Figura 9.9 Hidrograful viituri pe r. Tisa 114

Figura 9.10 Profile transversale, râu Tisa – probabilitatea de depășire de 1%-situația existentă 115

Figura 9.11 Limita de inundabilitate în ipoteza nr. 1 – debit mediu 117

Figura 9.12 – Variația vitezei în ipoteza nr. 1 – debit mediu 118

Figura 9.13 Limita de inundabilitate în ipoteza nr. 1 – debit maxim 119

Figura 9.14 Variația vitezei în ipoteza nr. 1 – debit maxim 120

Figura 9.15 Vedere în plan și secțiune longitudinală prin pod – ipoteza nr. 2 [20] 121

Figura 9.16 Profile transversale, râu Tisa – probabilitatea de depășire de 1%-ipoteza nr. 2 124

Figura 9.17 Limita de inundabilitate în ipoteza nr. 2 – debit maxim 125

Figura 9.18 Variația vitezei în ipoteza nr. 2 – debit maxim 126

Figura 9.19 Secțiune longitudinală prin pod, cu excavare intre culeea nr.1 și pila nr. 1 127

Figura 9.20 Profile transversale, râu Tisa – probabilitatea de depășire de 1%-ipoteza nr. 3 130

Figura 9.21 Limita de inundabilitate în ipoteza nr. 3 – debit maxim 131

Figura 9.22 Variația vitezei în ipoteza nr. 3 – debit maxim 132

Figura 9.23 Vedere în plan și secțiune longitudinală prin pod – ipoteza nr. 4 133

Figura 9.24 Profile transversale, râu Tisa – probabilitatea de depășire de 1%-ipoteza nr. 4 136

Figura 9.25 Limita de inundabilitate în ipoteza nr. 4 – debit maxim 137

Figura 9.26 Variația vitezei în ipoteza nr. 4 – debit maxim 138

Figura 9.27 Profil longitudinal prin pod – ipoteza nr. 5 139

Figura 9.28 Profile transversale, râu Tisa – probabilitatea de depășire de 1%-ipoteza nr. 5 142

Figura 9.29 Hidrograful viituri în secțiunea podului- ipoteza nr. 5 142

Figura 9.30 Limita de inundabilitate în ipoteza nr. 5 – debit maxim 143

Figura 9.31 Variația vitezei în ipoteza nr. 5 – debit maxim 144

Figura 9.32 Evaluarea cantităților de lucrări 147

Lista tabelelor

Tabel 1Parametrii geotehnici ai pământurilor [13] 66

Tabel 2 Valori orientative ale vitezelor medii admisibile pentru terenuri necoezive 72

Tabel 3 Valori orientative ale vitezelor medii admisibile pentru terenuri coezive 72

Tabel 4 Valori orientative ale pantelor taluzurilor 73

Tabel 5 Pagubele înregistrate în anii 1991-2006 (viitura apreciata cu asigurare Q5%) 74

Tabel 6 Rezultatele obținute pentru vitezele râului moldova în cele 5 ipoteze de calcul 93

Tabel 7 Evaluarea lucrărilor 95

Tabel 8 Evaluarea procentuală a lucrărilor după analizarea terenurilor scoase de sub inundații 96

Tabel 9 Declivități maxime admise în fucție de viteza de rulare [16] 100

Tabel 10 Principalele caracteristici morfometrice ale afluentilor importanti ai raului Tisa în zona de granita cu Ucraina 105

Tabel 11 Principalele caracteristici morfometrice ale raului Tisa în zona de graniță cu Ucraina 105

Tabel 12 Principalii afluenți ai r. Tisa care provin de pe malul românesc și se varsă în acest râu, 106

Tabel 13 Date caracteristice ale curgerii corespunzătoare debitului maxim 114

Tabel 14 Date caracteristice ale curgerii corespunzătoare debitului maxim 122

Tabel 15 Date caracteristice ale curgerii corespunzătoare debitului maxim 127

Tabel 16 Date caracteristice ale curgerii corespunzătoare debitului maxim 133

Tabel 17 Date caracteristice ale curgerii corespunzătoare debitului maxim 139

Tabel 18 Comparația valorilor caracteristice ale curgerii în secțiunea de calcul,corespunzătoare debitului maxim 145

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

Preocuparea pe plan internațional este majoră, existând numeroase congrese internaționale, workshop-uri, publicații care au drept obiectiv studierea efectelor îngustării alibiilor râurilor prin lucrări hidrotehnice.

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

Morfologice albiei și secțiunea transversală a râului sunt influențate de forma văii.

Secțiunea transversală a văii poate avea două tipuri de profile, profil litera „V și U”.

Văile care au o secțiune transversală în forma literei „V”, caracteristic formațiunilor tinere, au profilul versanților/malurilor convex dominând cursurile de apă. Astfel albie minoră are secțiune îngustă și este lipsite în totalitate de albia majoră.

Văile care au o secțiune în formă de litera „U”, sunt văi cu profil trapezoidal, unde râul curge pe o albie întinsă format din aluviuni, aceste văi sunt caracteristice zonelor de șes, permițând formarea albiilor majore.

În general albia majoră nu este simetrică, de aceea suferă transformări morfologice mai lente decât ale albiei minore.

Traseul albiei majore este determinat de relieful văii, care poate limita și lățimea ei (excepție făcând lucrările de construcție artificiale cum ar fi îndiguirile,barările cursurilor de apă drumurile, rambleele de pod,etc.). Traiectoria albiei minore este mai sinuoasă și mai puțin stabilă.

Acolo unde punctele au viteze de curgere mai mari, din diferite secțiuni ale unui albii, se numește firul apei, acesta coincide cu talvegul.

În zona de schimbare de la curbă la contracurbă, talvegul traversează, mai mult sau mai putin, de pe un mal pe celălalt. Când schimbarea de direcție se face brusc, apare o traversadă defavorabilă (Figura 2.1 Secțiunea a-a). Atunci când două curbe, se racordează între ele cu un aliniament, se obține o traversadă favorabilă (Figura 2.1 Secțiunea b-b). În această secțiune a cursului de apă, în talvegului nu mai apar praguri, albia prezintă o trecere favorabilă mai ales pentru navigație.

Figura 2.1 Forme morfologice caracteristice albiei minore

Întodeauna traseul râului este determinat de linia talvegului, o influență redusă o are axul albiei minore și malurile înalte. Așadar traseul râului este alcătuit din aliniamente curbe și contracurbe.

Râurile, în funcție de relief (campie, deal, munte, împădurire, etc.) au un coeficient de sinuozitate, care exprimă raportul între lungimea cursului de apă și distanța măsurată în linie dreaptă între punctele excepționale considerate. Acesta variază la râurile din țara noastră având limite destul de largi.

Are următoarele valori:

1,0 … 1,05 pentru râurile de munte;

1,05 … 1,15 pentru râurile din zonele subcarpatice;

1,15 … 1,30 la râurile din zonele mai joase;

Există și câteva excepții, cum ar fi în Câmpia Română unde se întâlnesc valori de până la 1,60 iar în Dobrogea coeficientul de siunuozitate variază între 1,05 și 1,15.

În văile largi, râul este într-o continuă schimbare, datorită eroziunilor care se produc de obicei la malul concav, rezultând astfel tendința continuă de mărire a secțiunii de scurgere și lărgire a curbei în acel sector.

Odată cu lărgirea curbei, cresc și adâncimile albiei; aceasta însă numai până la o anumită evoluție a curbei, un adâncimea stagnează și vitezele apei sunt reduse.

Dacă curba are o lungime mai mare decât , se va crea o meandra (Figura 2.2). Lungimea între două bucle consecutive se numește pasul meandrei. Bucata de teren ce îi corespunde malului convex, încercuită de bucla meandrei, se numește lobul sau capul meandrei.

Suprafața adâncită a malului concav se numește firidă. Meandrele sunt forme instabile, sinuoase, care dacă nu sunt fixate, au o evolție, ocupând suprafețe de teren de circa 20 de ori lățimea albiei respective.

Bancurile, prin așezarea lor față de direcția de curgere a apei, precum și panta lor, contribuie la formarea meandrelor și dezvoltarea coturilor. Exista o analogie perfectă între aceste bancuri și pragul de fund, așezat înclinat direcția de curgere a apei având drept rol activarea circulației transversale.

Figura 2.2 Meandre

1 – lob; 2 – firidă.

Meandrele pot fii de două feluri:

divagante;

adâncite.

Meandre adâncite sunt prezente pe cursurile de râu cu debite mari precum, Siret, Prut, Dunărea, etc.

La meandrele adâncite, lărgirea albiei este obstrucționată de adâncimea albiei, eventual de malurile înalte ce delimitează albia majoră.

Prin observații vizuale și măsurători topografice, s-a observat tendința acestora de deplasare în spre aval.

Aceast fenomen se datorează datorită erodării mai intense a malului concav care se face în aval de vârful curbei iar direcția de înaintare 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 Evoluția albiei în secțiunii transversală

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

Evoluția a meandrelor este redusă și se determină pe perioade lungi de măsurători; aceste măsurători/observații s-au făcut pe fluviului Mississippi. (Figura 2.5.)

Figura 2.5 Deplasarea meandrelor pe râul Mississippi (Vicksburg)

Meandrele divagante au o evoluție repidă, schmibă de multe ori forma și rareori brusc pozitia în spațiu.

Ele mai poartă denumirea de meandre libere sau de câmpie aluvială. Aceste meandre se regăsesc în campii și acolo unde albiile sunt larg dezvoltate. În România avem meandrele Somesului, Jiului, Siretului, Oltului, toate în anumite regiuni de câmpie sau de podiș. Meandrele divagante mai au un subtip numit meandrele compuse, acestea au bucle mari, care le randul lor prezintă meandre foarte mici.

La regimu de curgere în timul viituri se produc cele mai multe transformări, atunci când curgerea apei în albia majoră are direcție normală pe direcția meandrelor. Ca urmare, unele ramificații ale meandrelor dispar prin înnisiparea produsă de depunerea aluviunilor, în timp ce în altă parte apar alte meandre noi, având traseu complet diferit. Având în vedere cele menționate mai sus, în sectoarele divagante ale râurilor, dispar și apar brațe, iar albia suferă transformări radicale (Figura 2.6.).

Figura 2.6 Crearea brațelor moarte

1 – braț mort; 2 – ostrov (popină)

MIȘCAREA ȘI TRANSPORTUL ALUVIUNILOR

Mișcarea aluviunilor

Deplasarea aluviunilor se produce în albiilor alcătuite din materiale necoeziv (nisip, pietriș) având diferite dimensiuni, unde forțele hidrodinamice acționează pe suprafața particulei necoezive.

Aceste forte sunt de două feluri:

forțe orizontale de antrenare;

forțe ascensionale.

Forțele ascensionale reprezintă forțele de presiune ce 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.

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

Figura 3.1 Distribuția presiunilor care acționează pe o particulă aluvionară

Forțele hidrodinamice orizontale și verticale sau ascensionale sunt variabile în timp din cauza fenomenelor de curgere turbulentă.

Forțele care se opun deplasării particulei sunt cele datorate greutății proprii a particulei în stare submersată și din frecarea între particulelor învecinate.

O importanță mare o are și influența gradului de expunere față de curent, de aici putem trage concluzia că mișcarea aluviunilor este o funcție complexă în timp și spațiu, influențată de caracteristicile hidraulice ale curentului apei și caracteristicile geometrice și mecanice ale particulelor. Atunci când forțele de antrenare orizontale sunt mai mari decât cele verticale (de stabilitate) sau când momentul forțelor ce acționează asupra particulei în raport cu punctul de răsturnare (diferit de la o particulă la alta) este mai mare decât momentul de stabilitate, particula începe să se pună în mișcare sau să se rostogolească până într-un punct, unde suma forțelor care acționează asupra particulei, este egal și partiula nu se mai delasează.

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

Alunecare;

Rostogolire;

Salturi;

Plutire.

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

Aluviunile care se deplasează pe fund albiei prin fenomenul de alunecare, rostogolire și salturi mici, se numesc aluviuni târâte.

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

Primele granule de dimensiuni mici, se pun în miscare atunci când pe fundul albiei de nisip al unui râu, viteza curentului apei depășește viteza critică de antrenare a particulei.

O parte din particule se agață de anumite neregularități ale fundului și de ele, în continuare, altele. Astfel se formează, mici devinelări locale ale fundului albiei, numite rifturi.

Dacă viteza apei în secțiunea studiată crește, ondulațiile se măresc și capătând un contur simetric, regulat, fenomen ce poartă numele de dune de fund.

Prin marirea vitezei de antrenare a particulelor, acestea se deplasează, lăsând plană albia fundului. La o nouă creștere a vitezei curentului de apă, apar alte ondulații ale patului albiei mult mai mari, numite antidune. Acestea au o formă ondulată ce dau senzația că se deplasează spre amonte, de unde și denumirea de antidune.

Figura 3.2 Formele fundului albiei în diverse stadii ale mișcării a aluviunilor

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

Transportul aluviunilor

Folosind efortul critic de antrenare determinate de Du Boys în anul 1879, în care acesta divide masa aluviunilor aflate în mișcare, în straturi având grosimi egale cu diametrul mediu al particulei ”d” și presupune că viteza straturilor, care se mișca independent, variază liniar.

Pentru redarea unor rezultate cât mai corecte, acesta presupune ca stratul inferior să aibă viteza zero, iar cel superior viteza, cu (Figura 3.3).

Debitul specific solid de fund are valoarea:

(3.)

Presupunând aceeași distribuție liniară pentru efortul de antrenare ce acționează la nivelul fundului albiei este: ,

Unde, este efortul necesar (critic) pentru antrenarea stratului ce se deplasează cu viteza ”v”.

Astfel ecuația devine:

(3.)

Figura 3.3 Transportul aluviunilor în straturi

Această relație se poate utiliza și la râurile de munte cu un pat aluvionar grosier, alcătuit din material uniform având granulometrii mai mari.

Relația are mai mult un interes teoretic, deoarece majoritatea relațiilor care utilizează 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

Deși formularea debitului târât funcție de coeficientul de rugozitate pare fundamentată teoretic, ea este în incongruență cu unele măsurători în natură și rezultate determinate pe cale exprimentale.

E. Meyer – Peter a propus o serie de relații pentru debitul aluviunilor târâte de fund.

Dintre acestea amintesc:

(3.)

unde:

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

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

– debitul specific târât cântărit în apă;

Relația Meyer – Peter pentru transportul aluviunilor este exprimată astfel:

. Ea se determina din ecuația începutului mișcării .

Această relație și coeficienții săi au fost verificați în ultimii ani atât pe cale experimentala cât și în natură.

Prin utilizarea relației de calcul s-au dovedit rezultate bune atât la râuri de șes, cât și pentru cele de deal și munte, pentru albii plane sau cu fundul neregulat, precum și pentru materiale necoezive uniforme sau neuniforme.

Limitele de aplicabilitate sunt:

pantele cuprinse între 1,5…20%o;

diametre 0,8….30 mm;

adâncimi de apă 0,1…1,2 m;

debite specifice 0,002…2 m3/s;

greutăți specifice ale aluviunilor, precum și formele particulelor.

LUCRĂRI DE REGULARIZARE ALE ALBIILOR RÂURILOR

Lucrări de regularizare la punctele de confluență

Confluența este locul de întâlnire a două sau mai multe cursuri de apă. La confluența cursurilor râurilor, de obicei albia suferă modificări, în principal de natură morfologică atât pentru albia minoră cât și pentru albia majoră.

Lucrări de regularizare sunt acele lucrări care acționează concomitent asupra traseului în plan, asupra secțiunilor de curgere a apei și care conduc la determinarea unei albii stabile cu curgere cât mai uniformă.

În determinarea configurația confluenței, cea mai mare pondere o are raportul granulozității materialului solid și turbiditatea celor două cursuri de apă.

Dacă după regularizarea sectorului studiat, afluentul are aport mai mare de aluviuni decât râul principal, capacitatea de eroziune și transport a râului principal este micșorată și au loc depuneri de material aluvionar.

Există și reversul, atunci când, debitul solid târât al afluentului este redus (prin execuția de lucrări de regularizare a torenților), atunci în aval la vărsare, se produce o erodare a fundului cursului principal.

Confluentele nefavorabile pot îmbunătăți cu lucrări de regularizare, care variază de la caz la caz (Figura 4.1). Astfel, marirea prea accentuată a secțiunii de curgere, în cazul în care avem un unghi de incidență foarte ascuțit, se poate corecta prin lucrări de construire a unui epiu de partaj.

Acesta au de obicei înălțimea variabilă, cu o valoare maximă la piciorul cotei malului albiei medii. O serie de lucrări de epiuri sau un dig de dirijare a curentilor apei, construite pe malul opus al confluentei, realizează protecția acestuia precum și o deplasare a firului apei de unde rezultă spălarea depozitelor aluvionare 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; d – diguri și epiuri la o confluență cu albie nestabilă

Unghiul de confluență are o mare importanță pentru cele două cursuri de apă, cel mai frecvent întâlnit în natură este unghiul drept.

Acest unghi nu este favorabil pentru stabilitatea patului albiei, deoarece curentul afluentului lovește pe direcția normală la planul râului principal, rezultă un consum mare de energie, capacitatea de transort a râului se reduce și de aici apar depuneri la gura de vărsare.

Acest fenomen conduce la orientarea cursului de apă principal către malul opus, rezultând astfel erodarea malului și în final schimbarea direcției de curgere a cursului de apă.

Unghiul ascuțit, mai deschis, are o contribuție favorabilă, dar nici în acest caz, la gura de vărsare a râului secundar în cel principal nu se împiedică formarea bancurilor.

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

O confluență nestabilă poate fi regularizată executând lucrări de închidere a brațelor secundare, fixarea malurilor și construirea unor epiuri pentru recalibrarea secțiunii și dirijarea curentului de apă.

Dacă prin metodele uzuale nu se poate realiza o regularizare eficientă în zona de vărsare, se poate realiza deplasarea gurii de vărsare în amonte sau în aval de punctul de confluență (Figura 4.2.).

Figura 4.2 Deplasarea gurii de vărsare către aval

Figura 4.3 Forme caracteristice ale confluențelor

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

Dacă panta râului principal în aval de noua confluență este mai mică decât în vechea confluență iar vitezele scad sub valoarea critică de antrenare a aluviunilor, se crează depuneri de material aluvionar depuneri. În caz contrar, dacă panta râului principal este mai mare, datorită regimului de curgere, se pot produce afuieri.

Prin mutarea gurii de vărsare către amonte, iar dacă acesta are un traseu aproape paralel cu cel al râului principal, dacă mai este supus împotmolirii pe ultimul sector înainte de vărsare, se va elimina acumularea la gura de vărsare a aluviunilor și astfel se obține o cădere mai mare a apei cursului secundar în cursul principal.

La schimbarea direcției de vărsare se pot întâlni trei tipuri de confluență (Figura 4.3):

confluență în regiunea pragurilor;

confluența în malul convex;

confluența în malul concav al râului principal.

Confluența în concavitatea unei curbe este favorabilă din punct de vedere morfologic, deoarece, din cauza vitezelor mari, depunerile în râul principal sunt reduse. Dacă gura de vărsare a afluentului se regăsește pe malul convex al curbei, aluviunile nu ajung în curentul râului principal decât cel mult în timpul regimului de curgere la ape mari.

Depozitele aluvionare formate pe malul convex pot produce, la surpări ale malului concav, prin îngustarea secțiunii și sporirea vitezelor. O cu deplasare a gurii de vărsare a râului secundar spre aval, până la un mal concav al râului principal, poate să fie deosebit de folositoare în anumite împrejurări. Cea mai bună poziție a gurii de vărsare este însă aceea în care confluența axelor dinamice ale curenților celor două râuri este imediat în aval de punctul de confluență. Acest lucru se obține fără intervenție artificială, dacă în punctul de confluență, curburile celor două râuri nu au același sens.

Lucrări de regularizare la bifurcații

Împărțirea unui curs de apă în mai multe brațe se datorează, în majoritatea cazurilor, nestabilității secțiunii albiei. Acest lucru este favorizat de străpungerea unei meandre dacă sectorul de râu prezintă în plan un traseu divagant, prezintă sinuozități dezvoltate, ducând în final la divizarea albiei în doua brațe și probabil la apariția unei insule.

Rareori străpungerea se poate face pe mai multe direcții, rezultând astfel o albie împărțită în mai multe brațe. Consolidarea depozitelor aluvionare, sub forma de insule în mijlocul curentului, conduce de asemenea la diviazarea râului principal în două sau mai multe brațe.

Acest fenomen este des întâlnit observându-se în vecinătatea punctelor de confluență, datorită aportului de aluviuni de pe afluenți și deplasării gurii de vărsare a cursului secundar în râul principal.

Datorită existenței pe cursul râurilor secundare a pragurilor împotriva fenomenului de afuiere, acest fenomen se produce mai greu deoarece aportul aluvionar este mult redus.

Observațiile îndelungate au condus la concluzionarea că lațimea albiei unice în vecinătatea unor ramificații este cu mult mai mică decât suma tuturor lățimilor brațelor secundare, dar adâncimea albiei minore este întodeauna mai mare fiind influențată de vitezele de curgere mai mari prin remuul creat în amonte de această ramificație.

Pantele și debitele pe brațele formate în amonte de ramificație fac ca suprafața luciului de apă să prezinte o înclinare transversală spre brațul care are panta talvegului cea mai mare, fapt datorat condițiilor de scurgere diferite (rugozitatea, secțiunea transversală albiei, adancimea, viteza, etc), în acest sector se produce o puternică circulație transversală.

Brațul inferior al curentului de circulație transversală este încărcată cu material aluvionar, aceasta are direcția către brațul cu panta talvegului mai mică. Astfel rezultă că pe brațul cu panta talvegului cea mai mică se vor găsi cea mai mare parte din aluviunile târâte.

Cunoașterea repartiției debitelor, vitezelor, la diferite niveluri de apă și regimuri de curgere, este necesară pentru proiectarea corespunzătoare din punct de vedere tehnico – economic a lucrărilor de regularizare. Albia care prezintă o ramificație dezvoltată este mai puțin stabilă și prezintă unele inconveniente pentru proiectarea lucrărilor hidrotehnice precum și pentru determinarea căilor de navigație. De obicei, pentru îmbunătațirea curgerii, se recurge la închiderea unor ramificații și amenajarea unui singur braț cel mult două, în cazul în care acel sector de râu este destinat navigației.

Închiderea brațelor trebuie analizată foarte bine din punct de vedere tehnico – economic deoarece în cele mai multe cazuri trebuiesc urmărite avantajele și urmările pe care le poate avea asupra curgerii pe sectorul respectiv și supra întregii regiuni corelate cu alte confluențe. Brațele secundare și terenurile care le despart sunt folosite ca spații de depozitare a aluviunilor aduse de râul respectiv și atunci când au volume și suprafețe întinse, sunt folosite ca bazine de compensare pentru regimul de curgere la apele mari. Blocarea completă a brațelor nu este recomandată nici din punct de vedere piscicol.

Figura 4.4 Inchiderea unui braț secundar

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

Prin închiderea unei bifurcații se reduce lungimea malurilor ce trebuie apărate, reabilitate sau întreținute și se limină pericolul formării zoaielor. Astfel debitul este cantonat într-o singură secțiune de albie, unde pragurile de fund sunt erodate și talvegul adâncit.

Închiderea unui braț se recomandă să se facă treptat, în faze, astfel încât să nu se producă perturbațiilor puternice care se pot produce în regimul de curgere al râului respectiv. Astfel din punct de vedere tehnic sunt preferabile epiurile de închidere (Figura 4.4).

De obicei, epiurile sunt submersibile; coronamentul poate fi înălțat treptat odată cu colmatarea în spatele acesora și în măsura în care asigură curgerea apelor în perioade de niveluri și debite mari.

Atunci când se propune construirea digurilor de închidere, la dimensionarea și amplasarea acestora trebuie să se mai țină cont de căderea care se creează după acesta și care este de regulă egală cu căderea pe râul principal, între capetele extreme ale ramificației. Digul de închidere trebuie așezat pe un pat stabil al albiei, cu maluri înalte, pentru a se putea evita ocolirea digului în regimul de curgere la viitură.

Lucrări de regularizare ale albiilor prin epiuri

Epiurile sunt lucrări de constructii transversale de regularizare ale albiilor, care se amplasează din mal către talveg pentru a secțiunea albiei, prin crearea artificială a fenomenului de colmatare care se produce în spatele lor.

Epiurile se folosesc în mod uzual penrtu:

calibrarea albiei;

distanțarea bancurilor de material aluvionar;

protecția malurilor erodate și refacerea;

dirijarea curentului de apă din zona piciorului malurilor spre talvegul apei;

activarea sau închiderea unor brațe.

Delimitarea malului se face amplasând capul epiurilor dinspre talveg pe o linie perpendiculară spre mal.

Epiurile poduc un efectul de stăvilar, astfel favorizează afuierile fundului albiei în aval de acestea și de aceea 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 în acel sector și să reziste la erodarea patului albiei.

Întotdeauna, în capul epiului, vitezele se măresc și apare erodare a terenului. De aceea se va face o încastrare în profunzimea malului pe o lungime de circa 6 m iar coronamentul are o lățime de 1,5 … 2 ori mai lată decât în câmp, funcție de natura terenului din care este construit malul.

Figura 4.5 Sceme de amenajare a cursurilor de apă folosind epiuri

Datorită posibilelor afuierilor, la încastrarea în mal se așează pe o saltea de fascine sau un material geosintetic având rolul de preluare a rezistențelor mecanice, care poate prelua eforturi de întindere și care va depăși epiul atât spre amonte cât și spre aval cu circa 6 m lățime și cu circa 8m lungime spre talveg.

Pentru diminuarea afuierilor albiei prin deversarea epiurilor, taluzul aval se prevede a se executa cu o pantă mai lină decât cel din amonte sau se va executa în trepte, pentru reducerea consumului de material.

Epiurile pot fi de două feluri:

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

la bază, 1:10 …. 1:25;

la corp, 1:100 …. 1:300;

la cap, 1:3 …. 2:8.

epiuri nesubmersibile, în trepte, unde coronamentul va fi orizontal.

Lucrări de regularizare ale albiilor prin diguri longitudinale

Lucrările de îndiguire longitudinală sunt lucrări ce fixează concavitățile, care se utilizează atunci când linia albiei de regularizare nu coincide cu linia malurilor.

Întotdeauna, traseul digurilor va urmării pe cât posibil linie curbă a albiei naturale, dar deseori se intervine asupra acesteia, urmând ca în final să dea un curs natural apei .

Aceste lucrări se vor racorda cu malul în zonele proiectate și prestabilite.

Digurile longitudinale au scopul de:

apărare a malurilor, de aici și denumirea de diguri longitudinale de apărare a malurilor;

dirijare a cursului de apă pe un nou traseu proiectat, purtând denumirea de diguri longitudinale de dirijare a curentului apei;

Digurile de dirijare se vor încastra în profunzimea malului pe cel puțin 6 m lungime, iar capul aval trebuie să fie o construcție mai rezistentă sau se va lega de mal opus printr-o traversă de colmatare.

Digurile de dirijare a curenților apei în jurul podurilor se vor racorda cu aripile de închidere în sferturile de con ale podurilor sau în culeea acestuia.

În cazul culeelor podurilor, având în vedere că fundații sunt de suprafață și sunt predispuse de afuieri, digurile vor îmbrăca fundația culeii.

Digurile longitudinale de dirijare a curentului apei se vor proiecta atunci când se impune dirijarea apei într-o anumită direcție, cum ar fi dirijarea curenților pe sub o anumită deschidere a podului sau pentru atenuarea confluenței a doi curenți (Figura 4.6 a și b).

Digurile longitudinale de dirijare la rândul lor pot fi:

diguri submersibile;

diguri fără traverse de consolidare și traverse de colmatare;

diguri cu traverse de consolidare și traverse de colmatare;

diguri nesubmersibile (Figura 4.6 c).

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 sau materiale locale

Figura 4.6 Diguri longitudinale de dirijare

Întrucât prin îngustarea albiei în zona digurilor, viteza apei crește, se mărește și forța de antrenare a aluviunilor de pe fundul albiei, având drept rezultat adâncirea albiei pe tronsonul respectiv. De aceea digurile vor avea o bază lărgită și elastică în albia râului pentru a putea urmări adâncirea acestuia și a nu fi periclitate digurile de subspălare. De obicei digurile longitudinale sunt combinate cu lucrări din fascine sau materiale geosintetice.

Pentru a se reduce fenomenul de eroziune a digului, la traversarea acestuia de către viitură, taluzul dinspre mal se va prevedea cu o pantă lină (1:2.5, 1:3) și se va proteja cu materiale de constructie ce vor rezista la viteze mari în funcție de nivelul apei (anrocamente cu dimensiunea mare, geocompozite sintetice, etc).

Pe fundul afuiabil al albiei, de obicei regularizată se utilizează elemente de apărare alcătuite din fascine, saltele de gabioane, gabioane, geotextile, geocompozite sintetice, etc.

Întotdeauna elementele alcătuite din fascine trebuie să fie așezate sub nivelul apelor mici deoarece acestea nu trebuie să intre în contact cu aerul fiindcă în timp putrezească și trebuie să fie protejate contra eroziunii apelor și aluviunilor solide transportate, precum și a plutitorilor, printr-o interțesere cu un înveliș de piatră suficient de gros și stabil.

În Figura 4.7. se prezintă amplasarea unui dig de dirijare pentru reducerea lățimii albiei și dirijarea aluviunilor la confluență. Digurile longitudinale se pot executa din aceleași elemente de construcție ca și apărările de mal.

Figura 4.7 Diguri de dirijare folosind 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, în mod obligatoriu se vor prevedea diguri longitudinale nesubmersibile.

La proiectarea acestor diguri longitudinale se vor prevedea fundații încastrate adânc în roca de bază, pentru a nu fi ușor afuiate, iar în sectoarele de râu unde pericolul afuierii prin simpla încastrare în adâncime, 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 longitudinale nesubmersibile

Dacă materialul din corpul digului nu oferă etanșeitate acestuia, digurile se vor prevedea cu o impermeabilizare pe taluzul amonte din geomembrană, saltea bentonitică sau pereu din beton, cel din urmă având o grosime mai mare la baza decât la coronament în funcție de înălțimea digului.

Pentru evidarea deversării, cota digului se va preveda cel puțin cu 0,5 – 1,0 m peste nivelul maxim de asigurare.

Lucrări de regularizare și apărare la poduri

Lucrările de regularizare în zona podurilor se pot clasifica în 2 feluri:

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

Lucărări de regularizare după modul de amplasare:

lucrări de regularizare în albia minoră sau majoră;

lucrări de dirijare ale curentului în vecinătate a podului.

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

Pentru lucrările de regularizare se folosesc soluții tehnice uzuale dovedite eficiente de-alungul timpului: epiurile, pragurile de fund, digurile de dirijare și transversale de închidere, apărarile de mal, etc.

Rolul lucrările de corectare și modelare a albiei privind protecția împotriva eroziunii în vecinătatea podului sunt:

protecția fundațiilor podului împotriva afuierii locale;

stabilizarea malurilor albiei împotriva erodării materialului de la baza acestora, atât în zonele din amonte cât și aval de pod;

dirijarea albie pe alte deschideri ale podului pentru o stabilizare ridicată a malurilor și aliniamentului albiei în zonele din vecinătatea podului;

menținerea unei curgeri ale apei paralele cu direcția pilelor și culeilor podului pentru a reduce afuierile locale;

corectarea eficienței hidraulice a curgerii privind trecerea apei, plutitorilor și sloiurilor pe sub pod;

remedierea traversărilor existente care au suferit avarii provocate de eroziuni.

Pe zonele unde albiile sunt predispuse la inundații în regim de viitură, sunt necesare măsuri de monitorizare și control ale albiei astfel încât la sfarșitul cercetărilor să se stabilească o locație sigură pentru traversare.

În (Figura 4.9.a), circulația transversală pentru dirijarea materialului aluvionar spre pilă și reducerea afuierilor locale sunt produse lucrări din fascine scufundate pe fundul albiei. Acestea pot fi înlocuite cu materiale geosintetice cu lor mecanic.

Aceste lucrări sub nivelul apei, formează un fel de panouri de dirijare de fund. Unghiul de dirijare a curenților se alege între 12⁰ și 20⁰.

În (Figura 4.9.b), sistemul protecție pe fundul apei este înlocuit cu panouri de dirijare de suprafață, plutitoare sau fixate pe piloți ( exemplu: geocontainăre din saci de geotextil).

Lungimea totală a sistemului de proiecție trebuie dimensionată corespunzător și poate avea aceleași valoari pentru ambele sisteme de protecție.

Numărul de panouri este aproximativ 3…4, având intervale egale de pozare ăntre ele, cu grosimea pilei. Înclinarea sistemelor de protecție față de direcția curentului este α=12⁰…20⁰, iar adâncimea de scufundare, hpilă/2.

Figura 4.9 Panouri de fund (a) și panouri de suprafață (b) pentur reducerea afuierilor la pilele podului

Lucrările de regularizare în albia majoră servesc la:

stoparea tendințelor de ocolire a podului prin reducerea eroziunea malurilor;

apărarea împotriva inundațiilor;

crearea unei de curgeri hidrodinamice precum și dirijarea apelor mari pe sub pod, astfel încât să se facă o trecere cât mai succesivă de la secțiunea curentă a râului în amonte de pod, la secțiunea de curgere a podului și invers (în aval).

Lucrarile de regularizare în albie au dimensiuni destul de mari, se pot întinde pe cațiva kilometri în amonte și în aval de pod proiectat.

În faza de proiectare trebuie avută grijă, deoarece este vorba despre o amenajare hidrotehnică și trebuie determinată înfluența lucrărilor asupra curgerii și dinamicii albiei. Aceste modelări se pot face în programe specializate folosite la scară largă în timpurile noastre (Hec- Ras, Mike, etc).

Lucrări uzuale de protecție împotriva eroziunilor în dreptul podului:

apărarea malurilor și a taluzelor prin lucrări de pereere, apărate cu anrocamente sau materiale geosintetice compozite);

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

lucrări de epiuri;

diguri de dirijare a apei paralele cu direcția principală de curgere printr-o anumită deschidere a podului;

diguri de apărare alcătuite din materiale locale pentru protecția împotriva inundațiilor și a suprafețelor limitrofe contrucției podului;

lucrări de calibrare ale albiei, ce constau în excavații mecanice pentru închiderea unor brațe moarte și dirijarea către noul talveg;

lucrări de excavații și dragaje folosite pentru îndepărtarea depozitelor aluvionare din vecinătatea podului pentru marirea capacității de transport a albiei.

Lucrări de regularizare la prizele de apă

Lucrările de regularizare pentru prizele de apă se realizează pentru:

dirijarea curentului astfel încât să se obțină o apă cât mai curate și crearea adâncimilor propice pentru funcționarea instalațiilor de captare a acesteia;

stabilizarea și apărarea malurilor împotriva eroziunilor din vecinătatea captării;

stabilizarea albiei pe sectorul de amplasare a prizei de captare, pentru asigurarea contactului între râu și aceasta;

protejarea lucrărilor împotriva inundațiilor;

Lucrările de regularizare pentru stabilizarea și consolidarea albiei precum și asigurarea contactului permanent între râu și structura priză trebuie realizate în special la debitele mici și medii. Excepțional, la ape mari se poate admite ipoteza că râul curge prin două sau mai multe brațe cu un traseu oarecare. Lucrările de regularizare constau în recalibrări, închideri de brațe, dirijare de curenti, etc. (Figura 4.10).

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

captării prizei de apă

1 – priza; 2 – epiu de fund;

3 – praguri de colmatare, etapa I; 4 – praguri de colmatare, etapa II.

Lucrările de dirijare a curentului la prizele fără baraj de retenție a apei în spate, urmăresc realizarea unei circulații transversale propice care să apere captarea de depunerea materialului aluvionar ăn dreptul acesteia. Acest lucru se realizează prin crearea unui traseu curbilinui, iar captare este amplasate în malul concav. O circulație transversală mai poate fi realizată prin crearea unui pinten de fund cu coronamentul în pantă (Figura 4.11). Aceste dispozitive distanțează debitul solid de captare, însa sunt cazuri în care s-a produs blocarea prizei în timpul iernii cu sloiuri de gheață.

Figura 4.11 Lucrări de construcție pentru îndepărtarea aluviunilor de fund

la o priză în curent liber

1 – canal de derivație; 2 – priză; 3 – mal stabil.

Pentru realizarea unei circulatii transversale propice sectorului de râu pe care este amplasată priza de captare, se pot utiliza panouri plutitoare de suprafață. Acestea sunt așezate în serie pe pontoane metalice și pot fi scoase de pe amplasament iarna și în timpul apelor mari.

Praguri pentru reținerea sedimentelor

Pragurile de fund pentru reținerea sedimentelor se utilizează acolo unde fundul prezintă eroziuni mari.

Acestea au atribuția de apărarea împotriva eroziunilor malurilor digurilor, precum și reducerea viteza apei în aceea secțiune.

În acest caz se va realiza un profil longitudinal în trepte, unde fiecare treaptă reprezintă un prag de fund. Distanța dintre pragurile de fund, având 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 fundului albiei;

ie – panta proiectată a albiei.

Pragurile de fund pentru retenția sedimentelor, se proiectează pe toată deschiderea albiei dintr-un mal în altul, având coronamentul mai ridicat spre maluri decât spre talveg, pentru a facilita scurgerea apelor la niveluri mici, și îndepărtarea curentului apei din zona malurilor.

Există cazul în care se pozează praguri de fund doar pe o porțiune din albie, pentru a realiza secțiunea dorită a secțiunii de scurgere, atunci aceste praguri se numesc epiuri.

Cota coronamentului pragurilor de fund sau a epiurilor se va proiecta la nivelul fundului albiei.

Pragurile de fund mai poartă numele și de baraje de reținere a aluviunilor, însă acestea se vor proiecta la o cotă superioară fundului albiei râului.

Acestea se proiectează și se construiesc pe cursurile de apă cu regimul torențial de scurgere, pentru consolidarea patului albiei.

Pragurile de fund pot fi utilizate pe toată deschiderea fundului albiei, în jurul pilelor podului atunci cand eroziunile în jurul înaintează periculos.

Pentru a obține rezultate satisfăcătoare, amplasarea pragurilor de fund în curbe se va face tinând cont:

primul prag se amplasează la începutul curbei,

ultimul prag se amplasează la sfârșitul curbei,

Celălalte praguri se așează la distanța de cca. 1,5 ori lățimea secțiunii albiei. Pentru a rezista acțiunilor curenților apei, pragurile de fund se vor proiecta cu o încastrare în profunzimea malului de cca. 6 m, iar contra afuierii în aval de acestea, se vor prevedea saltele de fascine sau geosintetice autolestante.

În cazul în care sunt predominante afuieri puternice acestea se vor asigura cu palplanșe metalice sau din PVC sau cu ajutorul piloți din beton.

Dimensionarea pragurilor pentru reținerea aluviunilor se realizează identic ca la traversele de închidere (colmatare). Nu se recomanda folosirea bolovanilor de râu, deoarece nu oferă închiderea spațiile spațiilor dintre aceștia și pot crea zone propice dezvoltării eroziunilor prin spațiile rămase libere, decât în cazul când se folosesc ca elemente constructive în cutiile gabioanelor.

Pragurile de fund folosite mai des sunt cele prezentate în Figura 4.12, cu următoarele recomandări:

se folosesc pentru râuri cu viteză sub 2 m/s și afuieri foarte mici;

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

se folosesc pentru evitarea producerii afuierilor în jurul pilelor și culeelor podurilor.

Figura 4.12 Praguri de fund din gabioane

Barajele pentru reținere materialului aluviunar sunt construcți ce se execută din zidărie de piatră uscată sau cu mortar, din gabioane sau beton, etc. Pentru o întreținere mai ușoară, se recomandă ca înălțimea lor se va limita la 2 … 4 m.

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

Figura 4.13 Prag de reținere a aluviunilor din gabioane

Criterii de bază în alegerea soluțiilor

Prin lucrările de apărare se percepe orice tip de construcție inginerească care are ca obiectiv protejarea malurilor împotriva acțiunii de erodare sau afuiere a curenților apei, precum și protejarea căilor de comunicații.

Aceste lucrări au în general un caracter local, ce se limitează la zonele fimitrofe traseului căilor de comunicații cu cursul de apă. Lucrările hidrotehnice trebuie însă tratate astfel încât să se încadreze în planul general de amenajare pe râul respectiv. Lucrările se vor prevedea cu fundații și încastrări corespunzătoare în maluri stabile funcție de fiecare curs de apă în parte.

În alegerea soluțiilor optime se va ține seama de o serie de factori:

de criteriile specifice ale curgerii concretizate prin elementele rezultate din modelarea sectorului de râu și în final determinarea înălțimea nivelului liber al apei „h” ;

de morfologia albiei naturale pe cursul respectiv, precum și de natura terenului în albie și în maluri pe sectorul studiat;

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

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

Atunci când lucrările sunt proiectare în interiorul localităților, acestea trebuie încadrate în Plan Urbanistic General, precum și adaptarea lor la tipurile de lucrări existente în zonă.

Atunci când se va face selecționarea soluțiilor tehnice, se vor evita soluțiile care ar putea conduce la modificări sau schimbări bruște în regimul de curgere natural al curentului.

Apărări, consolidări și susțineri de maluri

Eroziunile malurilor, prin frecvența și agresivitatea lor, imprimă râului un traseu neregulat, contribuind substanțial la mărirea gradului aluvionar și inclusiv la transportul acestuia. Eroziunile conduc la dezgolirea fundațiilor lucrărilor hidrotehnice și pot provoca alunecarea, surparea malurilor pe distanțe mari, măresc secțiunea albiile în defavoarea terenurilor neinundate, cu efectele nefaste asupra tuturor lucrărilor ce se află în zonele de mal.

Eroziunea laterală se poate elimina prin două metode:

prin reducerea vitezei, curentului de apă în de-a lungul malurilor supuse eroziunii sau îndepărtarea curentului apei de maluri prin lucrări hidrotehnice, sau mărind artificial rugozitatea albiei pe sectorul respectiv;

prin consolidarea malurilor cu construcții hidrotehnice, prin protejarea acestora cu îmbrăcăminți rezistente la fenomenul de eroziune, dar fără micșorarea viteza curentului de apă în zona respectivă.

Lucrările hidrotehnice menționate mai sus nu trebuie să fie amplasate doar în zona afectată de eroziuni la un anumit timp, ci trebuie să fie extinse în amonte și aval de zona afectată, deoarece forțele hidrodinamice care le provoacă variază ca intensitate în timp și spațiu schimbându-și poziția funcție de următorii factori: nivelul apelor, geomorfologia, dimensiunile aluviunilor, gradul de încărcare a apei cu material aluvionar, așezarea în plan a albiei, etc.

Lucrăile hidrotehnice capabile pentru înlăturarea acestor fenomene sunt:

Înierbări

Înierbările se utilizează la stabilizarea și fixarea taluzurilor malurilor, naturale s-au artificiale.

Figura 4.14 Iniebarea taluzurilor

În funcție de panta taluzului, de forma și dimensiunea acestuia, de materialul din care este construit, de gradul de instabi1itate a terenului, de natura degradărilor, însămânțarea cu plante sau ierburi se poate face cu sau fără unor lucrări prealabile (Figura. 4.14):

– executarea de șanțuri cu dimensiuni reduse pe suprafața taluzului pentru mărirea aderenței;

– modelarea taluzului corpului digului în trepte, începând de la partea bază către coronament;

– așternerea unui stratului de pământ vegetal cu grosime de 10-20 cm;

– dacă se folosește înierbarea cu brazde de iarbă, acestea trebuie ancorate de corpul digului cu cuie de lemn pentru a se asigura o mai mare aderență a pământului pe taluz până la fixarea rădăcinilor de dig.

Pe taluzurile predispuse la eroziune, pentru a se asigura reușita însămânțărilor se fac lucrări ajutătoare prin amplasarea la bază a susțineri cu gărduleț din lemn. Pentru reușita însămânțărilor trebuiesc bine alese speciile de plante folosite, în funcție de zona geografică. În general sunt propuse amestecurile de semințe cca. 3 – 5 specii, din care 60% – 70% graminee și 30% – 40% leguminoase. De-a lungul timpul s-au dovedit că doar doar anumite specii sunt benefice, acelea care au viabilitatea în amplasamentul lucrărilor.

Îmbrăcămințile din fascine

Acestea se pot face fie din fascine simple, fie din fascine lestate cu piatră.

Tipurile și dimensiunile sunt variate, în funcție de utilizarea lor, fascinele utilizate singure sau în combinație cu alte materiale.

Tipul cel mai ușor de realizat este îmbrăcămintea din fascine așezate pe taluz până la nivelul mediul al apei în albia respectivă.

Dacă este necesară numai apărarea bazei taluzului, consolidarea se poate executa ca în (Figura 4.16.). Îmbrăcămintea de fascine sunt pretabile la o viteza a curentului de apă cuprinsă între 2,5 – 5,0 m/s.

Figura 4.15 Îmbrăcăminți din fascine

Figura 4.16 Consolidări din fascine

Saltea antierozională tridimensională

Este o saltea de protecție împotriva eroziunilor cu un nucleu din monofilamente sintetic care formează o structură de labirint.

Acestea sunt folosite pentru protecția pantelor taluzului la lucrările de construcție, la regularizări de râuri, la oprirea șiroirilor de pe taluzul rampelor de acces la poduri, la amenajări peisagistice și lucrări de construcții depozite de deșeuri.

Această saltea, dimensionată corespunzător, previne alunecarea și erodarea pământului și a stratului de acoperire protejând în același timp creșterea rapidă a vegetației. În timpul ploilor cu regim torențiale care produc scurgerea cu viteză a apei pe pante, acestea acționează ca un strat suport pentru particulele fine de pământ și vegetație crescută pe acesta printre salteaua tridimensională, previne eroziunea și distrugerea stratului vegetal. Odată cu creșterea vegetației, suprafața este protejată și reduce vitezele de scurgere ale apelor, crescând astfel infiltrația și reducând cantitatea de apă ce se scurge pe taluz.

Amplasat în apropierea cursurilor de apă, protejează malurile împotriva antrenării particulelor fine de material și eroziunii cauzate de viteza curenților de scurgere.

Având în vedere structura deschisă a acestor materiale sintetice, aceasta permite încărcarea cu pământ pe întreaga sa suprafață.

Astfel, ajută la infiltrarea apei din precipitații și previne eroziunea taluzelor malurilor.

Dezvoltarea rădăcinilor este ajutată de structura tridimensională a acestui geosintetic, care oferă susținere rădăcinilor plantelor. Prin compoziția ei, este rezistentă la substanțele chimice și/sau biologice prezente în mod natural în sol, fiind foarte rezistent la radiațiile solare.

Figura 4.17 Pozarea saltelelor antierozionale tridimensionale

Asigurarea stabilității pantelor taluzelor folosind geocelule

Geocelulele sunt sisteme tridimensionale celulare, alcătuite din benzi de material sisntetic perforate și texturate (îmbunătățind apreciabil caracteristicile materialelor de umplere). Aceste sisteme funcționalitate multiplă, printre care: creșterea capacității portante a terenurilor unde portanță acestora este redusă, realizarea protecția taluzelor și control antierozional precum și protecția apărărilor de maluri etc. Pentru a asigura o colaborare strânsă între materialul de umplere și geosintetic, materialul este texturat, iar în pereti pentru un drenaj eficient se asigură golurile, permițând și dezvoltarea vegetației.

Acestea vor fi montate pe taluzul malului corpului digului, fixat cu cuie din lemn sau bare de metal, peste care se pune pământ care va fi inierbat, sporind astfel eficacitatea acestui material geocompozit.

Figura 4.18 Lucrări de montare a geocelulelor

Apărări cu prisme din saci de geotextil

Aceaste tipuri de lucrări 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 sunt umpluți 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 din geotextil

Apărări din anrocamente și peree

Apărările din anrocamente și peree se execută din piatră naturală.

Anrocamente

Anrocamentele sunt alcătuite din bolovani mari sau blocuri de piatră, așezate neregulat, facilitându-se astfel, o bună protecție a piciorului taluzului și a pantelor acestuia în contact direct cu apa la viituri. Aceste lucrări se utilizează în mod curent acolo unde unde bolovanii și piatra se găsesc din abundență, dar și în alte zone prin transportul acestora.

Pereele

Pereele se utilizează pentru protecția și prevenierea spălării taluzurilor de apă.

Acestea pot fi:

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

– peree rostuite, acestea sunt mai costisitoare dar conferă o rezistență mai mare la acțiunea curenților de apă 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 utiliza în combinație cu anrocamente și fascine sau cu anrocamente și materiale geotextile. În funcție de panta taluzului, de materialul din care este construit , de viteza apei, se va alege un materialul de construcție și protecție pretabil pentru fiecare caz în parte.

Figura 4.21 Pereu uscat sprijinit pe un prism de anrocamente

Grosimea pereelor poate fi constantă pe întreaga înălțime a taluzului sau poate varia de la bază spre coronament. În zona de contact dintre terenul taluzului și pereu întodeauna trebuie să se execute un filtru invers sau să se monteze un geotextil cu rol de filtru invers. Un filtru invers este realizat din mai multe straturi de nisip si pietriș cu granulozități reduse, care se succed în ordine inversă granulometriei pământului taluzului (invers cum s-ar face în mod natural depunerea aluviunilor), adică granula cu diametrul cel mai mic se pune la contactul cu taluzul, iar straturile cu granulație din ce în ce mai grosieră spre exterior.

Pereele se pot realiza pe toată suprafața taluzului malului sub diferite forme, cu grosimi cuprinse între 0,15 – 0,30 m. Pentru reducerea fisurilor 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 și au un cost redus.

Sunt elastice și prezintă rezistențe mari la afuieri. S-a observat că în timp, din cauza viiturilor cu aluviuni grosiere, sârma poate fi distrusă. Aceste lucrări sunt indicate când viteza curentului este de maxim 4 m/s.

De obicei aceste apărări din cabioane se execută pe o saltea elastică de gabioane, sau pe un strat de fascine sau geotextil în funcție de utilizarea lor.

Figura 4.23 Apărarea taluzelor cu gabioane

Apărări din beton sau din zidărie de piatră cu mortar

Zidurile sprijin

Apărările folosind zidurile de sprijin se realizează pentru sprijinirea malurilor albiei.

Dimensiunile și formele acestor ziduri pot fi variate. Acestea se pot executa din zidărie de piatră cu mortar sau din beton. Foarte importantă este adâncimea de fundare, aceasta trebuie să fie suficient de mare pentru evitarea afuierilor și tasărilor care pot duce la rotirea zidurilor de sprijin.

La dimensionarea acestor structuri se are în vedere normativul NP 124 (Normativ de proiectare a lucrărilor de susținere), 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. [9]

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 de construcție de fundare în adâncime, caracterizate printr-un raport mare (de obicei peste 15) între lungimea și diametrul lor.

Piloții se clasifică în funcție de următoarele criterii:

După materialul din care sunt executați;

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

După variația secțiunii transversale;

După modul de execuție;

După direcția solicitării față de axa longitudinală;

După modul de transmitere a încărcărilor axiale la teren;

După poziția axei longitudinale.

După materialul din care sunt executați, aceștia pot fi:

Din lemn;

Din metal;

Din beton simplu;

Din beton armat sau beton precomprimat;

Compuși.

Dupa modul de execuție, aceștia pot fi:

Executați pe loc;

Prefabricați.

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

De dislocuire;

De îndesare.

După modul de transmitere a încărcărilor axiale la teren, aceștia 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 continuu de schimbare a secțiunii albiei prin fenomene de transport a materialului aluvionar care se amplifică prin lucrări hidrotehnice cum ar fi podurile, îndiguirile sau lucrări de barare a cursului de apă.

Îngustarea secțiunii naturale de scurgere produce fenomene complexe precum creșterea vitezelor apei în zona ștrangulată, 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 se revenit la condiți de curgere în regim natural, dar nu în imediata vecinătate a lucrărilor.

Fenomenul de erozine sau afuiere langă pilele podurilor este datorat și coborârii nivelului talvegului râului aval de construcție prin exploatări de balast. Aceasta coborâre a talvegului modifică total conjugarea hidraulică a biefurilor.

Ca urmare, vitezele de curgere cresc și apare o turbulență accentuată, cu efecte asupra antrenării materialului din albie. Fortele hidrodinamice de antrenare a materialului aluvionar sunt foarte mari, materialele din albie fiind transportate, fapt ce conduce la creerea unor probleme deosebit de grave cum ar fi: erodarea albiei râului, 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 și la dimensionarea raționala a lucrărilor hidrotehnice din punct de vedere tehnico – economic.

Lucrările prezentate în acest studiu de caz, sunt lucrări de consolidare și protecție a malurilor râului Argeș se află în zona localității Căteasca (în apropierea km 95+000 a autostrăzii A1 București – Pitești).

Acestă lucrare a fost analizată și investigată și monitorizată pe parcursul a trei ani, din anul 2013 pana în data curentă a anului 2016.

Investiția a fost 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 prezentate mai sus, s-au făcut 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 activă, un pod rutier ce face legătura între cele două maluri ale râului 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 nr. 5 a podului de transport conducte petroliere este 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 drumul 703B.

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

Menționez 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.

Figura 5.3 Podul nou de traversarea a conductelor – 2014

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 5.4 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.

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 – 2015

În urma observațiilor vizuale din anul 2016 s-a observat ca fenomenul de eroziune la pilele noului pod rutier este accentuat, lăsând piloți pe care sprijină radierul pile descoperiți cu aproximativ 1,6 m înălțime așa cum se poate observa din figura de mai jos.

Tot în acestă secțiune pe malul drept al râului Argeș se poate observa cum râul încercă să-și creze secțiunea necesară de scurgere la viitură prin erodarea malului în spatele pilei podului rutier.

Acest fenomen începuse din vara anului 2014.

Figura 5.7 Pilele noului pod rutier – 2016

Figura 5.8 Erodarea malului drept prin spatele pilei – 2016

Tot odată s-a observat o stagnare a evoluțiilor eroziunilor malurilor în amonte de podul rutier, lângă podul de transport al conductelor rutiere și deunerea de aluviuni pe malul stâng, cu toate că în zonă au fost viituri și în anul 2014 și în anul 2015.

Figura 5.9 Amonte de podul rutier nou,

în dreptul podului de transport al conductelor petroliere – 2016

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 și 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 pentru reducerea eroziunii în dreptul construcțiilor.

INFLUENȚA LUCRĂRILOR DE ÎNDIGUIRE ASUPRA DINAMICII ALBIEI

Digurile sunt elemente din pamant sau materiale locale, definite prin trasee lungi, în raport cu înalțimea, care alcătuiesc fronturi de apărare a terenurilor din spatele corpului digului, împotriva inundațiilor.

O îndiguire este împărțită în trei zone:

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

– incinta îndiguită (reprezentată de zona aparată de inundație);

– zona digului (reprezintă efectiv doar ampriza digului).

Hidrograful viituri variază de la o secțiune la alta a râului și suferă modificări după îndiguire pe sectorul secțiunii studiate, datorită ridicări nivelelor prin încorsetarea (ștrangularea) scurgerii.

Clasificarea digurilor:

1. Clasificarea digurilor după rolul lor funcțional:

– diguri de râu pentru apărarea împotriva inundațiilor pe timpul viiturilor;

– diguri de lac (sunt diguri ce conturează suprafața lacului, pot eliminarea zonelor cu adâncime mică și favorizează înmulțirea țânțarilor);

– diguri maritime (sunt diguri destinate apărării împotriva valurilor și ocuparea unor terenuri din mare).

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

– diguri longitudinale;

– diguri transversale;

– diguri de remu (sunt acele diguri care urmaresc firul apei pâna la partea superioară a remuului produs de îngustarea scurgerii în zona îndiguită);

– diguri de separare a folosințelor (acestea mai poarta numele și de diguri de compartimentare);

– diguri inelare (sunt acele diguri care apara o incintă pe toate laturile sub formă de inel sau insulă).

Digurile longitudinale sunt construcții care se pozează în albia majoră a râului, în apropierea și în lungul albiei medii și pe cât posibil paralele cu talvegul.

Digurile de remuu pe afluenți sunt reprezentate de digurile transversale de închidere pentru îndiguirea cursului principal al râului. Raza minima de racordare a digurilor transversale și a digurilor de remu cu sectorul îndiguit cu diguri longitudinale, se va determina după determinarea modelului hidraulic în sectorul respectiv; recomandarea pentru evitarea virtejurilor este ca raza minimă de racordare să fie rmin = 50 m.

Figura 6.1 Amplasarea 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. Clasificarea digurilor longitudinale în funcție de condițiile hidrologice:

– diguri caracteristice Luncii Dunării (unde înălțimea apei la viitură este de h = 1,5÷3 m și timpul total de 30÷60 zile);

– diguri caracteristice Deltei Dunării (unde înălțimea apei la viitură este de h = 0,5÷1 m și timpul total de pâna la 120 zile);

– diguri caracteristice râurile interioare (unde înălțimea apei la viitură este de h = 0,5÷2,5 m și timpul total de 1÷10 zile).

4. Clasificarea digurilor dupa importanță lor, digurile se clasifica în:

a. clasificarea digurilor după durata de funcționare sunt:

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

perioada de existență a digului;

– diguri provizorii – aceste diguri se proiectează pentru o durată de exploatare mai mică decât perioada de existență a lor.

b. clasificarea digurilor după importanța funcțională a lucrărilor tehnice în cadrul complexului hidroameliorativ, digurile pot fi:

– diguri principale – digurile din cadrul unei amenajări hidrotehnice care, în caz de cedare parțială sau totală, ar provoca oprirea unitățiilor de producție, fie reducerea semnificativă a activității;

– diguri secundare – digurile din cadrul unei amenajări hidrotehnice care, în caz de cedare parțială sau totală, nu are repercursiuni asupra unităților de producție.

c. Clasificarea digurilor după importanța socio- economică lucrării:

– categoria 2 – apară suprafețe de teren cuprinse între (20.000÷50.000 ha) sau peste 10.000 locultori

– categoria 3 – apară suprafețe de teren cuprinse între (5.000÷20.000 ha) sau 2.000÷10.000 locultori

– categoria 4 – apară suprafețe de teren cuprinse între (sub 5.000 ha) sau sub 2.000 locultori

În categoria a doua se admite și o încadrarea într-o clasă superioară atunci când pe raza localități sunt obiective economice importante. În funcție de categoria de importanță, asigurarările/probabilitățile de calcul și de verificare vor fi:

– categoria 2 – 1 % și 0,1%

– categoria 3 – 2% și 0,5%

– categoria 4 – 5% și 1 %

Întodeauna, înfluența îndiguirilor asupra regimului hidrologic se manifestă prin modificarea debitelor și nivelurilor de apă.

Cel mai important efect este reprezentat de dezatenuare volumului viiturii pentru sectoarele situate aval de zona îndiguită.

Debitul dezatenuat va fi :

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

unde:

Qa – debitul maxim afluent (în regim neîndiguit);

V – volumul viiturii de calcul;

Wat – volum de apa, la nivelul viiturii de calcul, care se gaseste în incinta care urmează să fie îndigui (reprezentată de zona din albia majoră).

Din cauza îngustării secțiunei albiei prin îndiguire, în amonte de zona îndiguită se creaza un remu (prin ridicarea nivelului apei) pe o anumită lungime ”D”:

(6.2)

unde:

x – supraînalțarea nivelului ca urmare a ștrangulării sectorului îndiguit,

ia – panta de scurgere, la nivelul de calcul în regim neîndiguit.

Astfel pe zona îndiguită are loc o realocare a distribuție debitelor și vitezelor iar panta suprafeței apei se modifică, cu urmări directe asupra curgerii și dinamicii albie. Pe unele zone ale sectorului îndiguit se observă depuneri aluvionare intense în albia reprofilată iar pe alte zone (acolo unde este necoincidență mare a axului dinamic al scurgerii la ape medii și mari) erodarea malurilor este deosebit de profundă în perioada imediat urmatoare trecerii viiturii. Îndiguirile pe sectoare reduse (câțiva kilometri) se manifestă ca lucrările de dirijare în albie la traversari (cum ar fi podurile). Pe sectorul amonte se creează remu și depuneri aluvionare, în sectorul îndiguit se pot produce afuieri, iar în cel aval, nu imediat de zona îndiguită, se vor observa depuneri. În zona îndiguirilor pe sectoare lungi (zeci sau sute de kilometri) s-a observat o scurgere mai liniștită deoarece panta longitudinală a apei nu se modifică semnificativ și suprafața apei suferă doar o translație în amonte.

Pe zonele unde pantele prezintă declivități mici și turbiditate mare a curentului apei și o încărcare mare cu aluviuni, cu toate că viteză este semnificativ mare, datorat ștrangulării albiei se produc depuneri intense și în albia principală dar și în zona dig-mal. De aici apare astfel necesitatea supraînalțării continue a digurilor în timp după trecerea viiturilor. Efectul de dezatenuare este mult mai energic în cazul digurilor lungi. Pericolul formării soaielor, pe sectorul îndiguit este mai redus decât înainte de îndiguire deoarece vitezele cresc, dar numai dacă digurile sunt amplasate corect.

Pentru diminuarea efectelor neplăcute specificate mai sus se va alege cu atenție distanța de amplasare și traseul digurilor. Uneori apare rațional să se folosească acumulări laterale (poldăre) pentru atenuarea viiturilor (dar acest lucru trebuie proiectat de la început și gandit în schema de amenajare deoarece trebuie prevăzute deversoare atât pentru accesul apei cât și pentru evacuare), iar în sectorul superior al râului, amonte de polder, să se construiască acumulări pentru regularizarea debitelor.

S-a observat că la inundațiile provocate de fluviul Dunăre în anul 2005, digurile din zona localității Olteniei au fost sparte artificial în câteva locuri pentru ca, prin inundarea unor suprafețe agricole să se prevină inundarea localităților limitrofe (practic cu acestă străpungere s-a realizat o amenajare hidrotehnică de urgență prin crearea unui polder dar au lipsit lucrările pentru accesul și pentru evacuarea apei din poldere, asteptând evaporarea apei pentru a se putea valorifica din nou terenurile agricole.

Influența lucrărilor de îndiguire asupra curgerii apelor mari

Lucrărilor de îndiguire au efect asupra asupra curgerii apelor pe sectorul de râu amenajate și constă în mărirea valorii debitului maxim la vârful viituri cu cantitatea , față de debitul maxim aflat în regim natural, reprezentând debitul dezatenuat prin scoaterea de sub inundație a suprafeței din spatele digurilor din albia majoră a râului.

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 mult mai semnificativă cu cât suprafața scoasă de sub inundație și lungimea zonei de râu îndiguită este mai mare.

Deasemenea, vârful viituri în regim amenajat este menționat în timp, în avans, față de momentul înregistrării debitului în situația sectorului neamenajat, deoarece viteza maximă a curentului apei în albie este mai mare.

Un alt efect principal al lucrărilor de îndiguire este reprezentat de efectul de încorsetare a secțiunii de curgere.

Exprimând grafic cheile limnimetrice ale celor două regimuri decurgere, regim îndiguit și în regim natural, din graficul (Figura 6.2) de mai sus se poate vedea că supraînălțarea totală ΔZ1 în regim amenajat (îndiguit), față de regimul natural, este de forma expresiei:

(6.3)

Unde:

– ΔZ1 reprezintă supraînălțarea de nivel produsă de ștrangularea secțiunii de curgere prin încorsetarea albiei majore datorită îndiguirii;

– ΔZ2 – reprezintă supraînălțarea de nivel produsă de ștrangularea debitului maxim în regim neamenajat;

– reprezintă debitului dezatenuat prin lucrări de îndiguire. Menționez faptul că într-o zonă aleatorie a cursului de apă, sporul de debit și mărirea nivelului aferentă ΔZ2 sunt efectuate lucrări de îndiguirile din amonte de acea secțiune, în timp ce supraînălțarea de nivel a apei ΔZ1 este produsă de lucrările de îndiguirile din aval și din secțiunea respectivă.

De aici rezultă că nivelul apei într-o secțiune oarecare este influențat atât de lucrările de îndiguirile din amonte cât și de cele din aval de sectorul studiat.

Acest aspect este foarte important si trebuie avut în vedere la proiectarea, dimensionarea și exploatarea lucrărilor de îndiguire, deoarece de fiecare dată când se execută lucrări de îndiguire pe sectoare noi de albie a unui râu este obligatorie analiza influenței lucrărilor de îndiguire, încorsetare pe care acestea o au asupra sectoarelor din amonte și aval de această regularizare.

În mod special aceste lucrări trebuiesc monitorizate deoarece obiective economice, zone urbane și rurale, sau zone agrigole au fost inundate în regimului de curgere la viitură deși erau lucrări de apărare dimensionate corespunzător, însa ulterior au fost executate lucrări de îndiguire prin mijloace locale, nestudiate, pe sectoare amonte sau aval, care s-au dovedit ca au avut o influență negativă asupra regimul debitelor și nivelurilor în timpul viiturilor.

În afara efectelor menționate, îndiguirea cursurilor de apă mai prezintă și alte afecte:

Modificarea morfologică în albia râului, materializate depuneri aluvionare în albia majoră și amplificarea eroziunilor patului albiei și malurilor albiei minore;

Modificarea cinematicii curenților în regimul de ape mari;

Modificări în formarea podurilor de gheață și a sloiurilor, datorate ștrangulării.

Modificări în regimului de curgere al apelor;

Influența traseului digurilor

Pe lângă modificările specificate mai sus, prin ștrangularea secțiunii de curgere și diminuarea efectului albiei majore la atenuarea viiturilor, lucrările de îndiguire au efecte strâns legate de dinamica și curegerea în albia râului.

La majoritatea cursurilor râurilor, albia minoră are de obice un traseu în plan meandrat.

Prin îndiguirea albiei în scopul stopării inundațiilor din spatele digurilor, traseul digului nu poate urmarii în totalitate traseul albiei minore, asfel încât în timpul viituri, direcția generală de curgere diferă semnificativ față de regimul de curgere în albia minoră. Observațiile vizuale făcute atât în natură cât și pe modele hidraulice asupra aspectului curgerii la viitură au arătat că în momentul deversării cotelor malurilor, albia minoră și albia majoră se influențează reciproc. Acest fenomen a fost materializat și observat și în cazul în care albia minoră are un traseu rectiliniu, dar fenomenul este mai prezent în cazul albiilor minore cu traseul meandrat. [17]

Experimentele făcute pe modele hidraulice la scară redusă cu flotor de suprafață și de adâncime medie, au dovedit că în cazul digurilor de pământ care mărginește albia majoră sunt paralele, în zonele limitrofe albiei minore, curenții apei din albia majoră sunt influențați sinuozitatea în plan al traseului acestei albii studiate.

Pe de altă parte, în albia majora în zonele laterale la baza digurilor, curgerea apei este paralelă cu digul. Dacă albia minoră prezintă meandre, efectul asupra curgerii și dinamicii apelor mari este cu mai mic, cu cât adâncimea apei în albia majoră este mai mare.

Pentru experimentul privind influența lucrărilor hidrotehnice de îndiguire asupra curgerii și dinamicii albiei la viitură, pentru modelarea hidraulică, trebuie reprodus, traseul albiei, având caracteristicile în plan identice cu cele ale albiei minore din realitate.

Din spectrul curgerii și din distribuția vitezelor de suprafață și de medie adâncime sa observat că traseul lucrărilor de îndiguire influențează semnificativ atât spectrul curenților de suprafață cât și distribuția vitezelor în direcția curgerii față de modelul hidraulic unde digurile sunt paralele pe cele două maluri. Așadar în timpul viiturilor dacă există dig doar pe un singur mal, acționează asupra curgerii și dinamicii albiei ca și construcțiile transversale de regularizare, având rolul de dirijare al curenților de apă spre malul opus.

Pe de altă parte, în aval de zona încorsetată maxim, albia minoră nu influențează spectrul curgerii și dinamicii apelor de suprafața în regim de viitură.

Influența distanței dig – mal

Albiile majore ale râurilor au un rolul de a tranzita debitul în timpul viiturii.

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

Alegerea optimă a distanței dig – mal mari prezintă o serie de avantaje dintre care specific:

Descărcarea debitelor maxime, la regimul de curgere al viiturilor, rezultând supraînălțări mici față de nivelurile apei din regim de referință;

Apărarea unei zone a digului față de acțiunea curenților și plutitorilor transportați din zona albiei minore;

Posibilitatea modificării traseului albiei minore fără a pune în pericol stabilitatea traseului digurilor;

Tranzitarea sloiurilor de gheață fără a obtura secțiune de curgere și eliminând pericolul formării aglomerărilor de gheață sub poduri;

Asigurarea unor condiții de fundare satisfăcătoare construcției digurilor.

Totodată există și o serie de dezavantaje precum:

Scoaterea din folosință a unor suprafețe de teren mai mari, din cauza deschiderii mari a albiei majore;

Posibilitatea creării meandrelor în albia minoră între diguri, cu efecte nefaste atât asupra stabilității malurilor digurilor cât și asupra capacității de transport a albiei la viitură;

Poate favoriza depunerea de aluviuni, rezultând colmatarea albiei, cu consecințe directe asupra curgerii în condiții de siguranță, necesitatatea înălțării coronamentului digului din cauză ridicării cotei patului albiei.

Pentru stabilitatea albiei, este necesară o analiză comparativă a rezultatelor obținute prin calcule hidraulice complexe, observații vizuale și măsurători topografice pe acel sector de râu, luând în considerație și particularitățile cursului de apă, atât din punct de vedere hidraulic cât și al morfologiei albiei.

Determinarea supraînălțării de nivel printr-un calcul analitic „” produse prin reducerea distanței între diguri poate fi determinată – orientativ – cu ajutorul următorei relații de calcul pentru unui regim de curgere casi-uniform:

(6.4)

– h, hM reprezintă adîncimea medie a apei de curgere în albia minora, respectiv în ceea majoră, pentru debitului de calcul Q;

– B reprezintă lățimea medie a albiei minore;

– BM1 – lățimea inițială a albiei majore;

– BM2 – lățimea modificată a albiei majore prin încorsetare cu digurile;

– nm, nM – coeficienții de rugozitate pentru albia minoră și majoră.

În cazul în care BM2 = 0, ceea ce reprezintă evaluarea digurilor până la limita albiei minore, supraînălțarea maximă a apei respectiv a cotei coronamentului pentru a păstra aceeași gardă de siguranță poate fi calculată cu relația:

(6.)

Amplasarea digurilor după criteriul hidraulic

Din punct de vedere al alegerii traseului, îndeplinirea maximă a tuturor criteriilor nu este posibilă, deoarece între ele pot exista cerințe contradictorii.

Dacă se face distanțarea traseului digului de albia minoră a cursului de apă, pentru a obținerii unor încorsetări reduse, acest lucru conduce la apărarea unei suprafețe cât mai mici de teren, și pot exista inconveniente de execuție a digurilor, datorită parametriilor geotehnice mai puțin faorabile.

Astfel, la determinarea în plan a traseului digurilor, pe cât este posibil, digul trebuie să urmărească o linie paralelă cu talvegul, urmărind curbele mari ale râului. Nu se pot fac aliniamente prea lungi și nici nu se urmăresc în totalitate toate coturile albiei.

În mod normal, digurile ce delimitează regimul de curgere, nu trebuie sa împiedice evoluția continua a albiei râului. În aval de curbe (digurile sunt mai apropiate de malul concav), distanța dig-mal se mărește, digurile se desitanțează la malul concav (exterior curbei) și încep să se încorseteze (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 prezintă semne de instabilitate, se pot aplica urmatoarele reguli:

– se stabilizează albia prin lucrări de regularizare;

– se îndepartează digurile față de maluri;

– se realizează și o dublură a digurilor.

Dintre cele trei strategii prezentate se va alege strategie care este cea mai viabilă din punct de vedere tehnico – economic pe acel sector de râu în faza începerii proiectării, la studiului de fezabilitate.

Stabilirea regimului de curgere a apelor în regim natural și stabilirea regimului de curgere prin lucrări de îndiguire reprezintă una din principalele probleme ce trebuie în detaliu dezvoltate la stabilirea traseului digului. Prin lucrări de recalibrare/regularizare ale albiei majore, se creează o ștrangulare a albiei, care influențează puternic scurgerea atât din punct de vedere al modificării nivelurilor, cât și din punct de vedere al modificării liniei curentului principal.

Digurile se abordează paralel cu direcția de curgere a apei la viitură, urmărind curbele cu rază mare ale albiei.

Când se face îndiguirea pe ambele maluri, aceasta se fac pe cât posibil paralelă între cele două maluri. Razele curbelor de racordare vor avea valori mai mare sau egale cu 5 x B unde B este lățimea dintre diguri.

Dacă la traversarea sectorului îndiguit, sloiurile ajung diguri, pentru evitarea formării zăpoarelor, razele minime de racordare vor fi de 10 x B.

Distanta minimă între digurile albiei va fi aleasă astfel încât prin încorsetare, nivelului apei (x) să nu fie mai mare de 0,5÷1 m față de nivelul în regim natural. Această distanță poate fi aleasă între 50÷300m.

De exemplu:

– pentru fluviul Dunărea distanța între diguri ea este în jur de 250÷300 m;

– pentru râurile interioare mari distanța între diguri este de 150÷200 m;

– pentru râurile mijlocii sau mici, distanța între diguri este de cca. 50÷100 m.

Dacă împrejurările impun anumite distanțe mai mici sau razele de curbură care sunt sub valorile minime de racordare recomandate, se vor prevedea protecții ale digurilor pe taluz la contact cu apa, în special la piciorul amonte al acestora fiind o zonă supusă eroziunilor.

Razele minime de curbură recomandate pentru diguri sunt :

– la fluviul Dunăre 300÷400 m;

– la râurile mari 200÷300 m;

– la râurile mijlocii și mici 100÷200 m.

Amplasarea digurilor după criteriul geotehnic

Traseul digurilor trebuie sa evite pe cât posibil zonele cu teren de fundare nesatisfăcătoare (turbe, mâluri, mlaștini, terenuri de fudare cu permeabilitate ridicată). În cazul în care nu poate evita terenul de fundare prezentat mai sus, acest lucru conduce la adoptarea unei soluții tehnice de fundare a suprastructurii digului pentru tronson respectiv.

Terenurile de fundare sunt formate din pamânturile cu granulozități diferite, alcătuirea granulometrică reprezintă raportul în procente dintre greutatea fiecărei clase de particule.

Crearea lucrărilor de construire a îndiguirilor, care să reziste la toate solicitările statice și dinamice, este condiționată parametrii geotehnici ai terenurilor pe care urmează s-ai utilizează ca material de construcții.

În funcție de dimensiunea granulei, materialul de construcție pentru corpul digului se poate clasifica în 4 categorii:

Pietriș d > 5 mm

Nisip 0,074 < d < 5 mm

Praf d < 0,074 mm

Argilă d < 0,074 mm

Luând ca structură conținutul de argilă, cercetările din România asupra pământurilor din

zonele posibile inundabile, au pus în evidență 5 caracteristici:

Tabel 1Parametrii geotehnici ai pământurilor

Sub efectul încărcării exercitate de corpul digului, în terenul de fundare, apa este drenată din pori, reducându-se volumul acestora. Această fenomen poartă denumirea de consolidare terenului de fundare și implicit al corpului digului care prin propria greutate și efortul exercitat din compactarea materialului, elimină apa din pori.

Așadar consolidarea poate fi de două feluri:

Consolidarea naturală, aceasta se produce în timp, sub efectul propriei greutății a construcției. Ea poate dura de la câteva luni sau chiar ani, în funcție de caracteristicile mecanice ale pământului și înalțimea corpului digului;

Consolidarea artificială, este îndeplinită cu ajutorul uilajelor de compactare în funcție de natura pământului.

Operația de tasare cu ajutorul utilajelor, poartă numele de compactarea terasamentelor, și se materializează în bune condiții doar atunci când utilajul exercită o forță destul de mare pentru putea învinge frecarea dintre particule. Materialul pus în operă are o anumită granulometrie și o umiditate optimă de compactare. Pentru un volum de pământ, conținutul de apă este reprezentat de raportul dintre greutatea apei și greutatea pământului în stare uscată:

(6.)

Prin variația cantității de apă s-a determinat raportul dintre greutatea volumetrică și greutatea specifică, au o lavoare maximală pentru un conținut de apă, denumit umiditatea optimă de compactare (Wo).

Crescând forța de compactare, se pot determina pe un grafic o serie de curbe de compactare având comun punctul punctul M, o greutate specifică a pământului în stare uscată, pentru o cantitate optimă de apă.

Acest punct comun „M” este reprezentat de două principale:

are rezistență la forfecarea între particule, deoarece golurile sunt reduse la minimum prin expulzarea apei din pori;

are impermeabilitate scăzută, deoarece apa părunde cu greu printre particulele strâns legate.

Figura 6.4 Curbe de compactare în funcție de 𝜸 și w

De aceea atunci când se proiectează corpul digului, calitatea materialului pus în operă trebuie să fie superioară, în funcție de materialul folosit trebuie sa avem o umiditate optimă de compactare pentru al pus în operă.

Astfel, în practică se adopte o umiditate mai mică decât umiditatea optimă de compactarecare este cuprinsă între 1 – 3%, pentru a se împiedica pericolul unor presiuni hidrostatice interstițiale, care au ca efect reducerea rezistenței la forfecare a pământului.

Amplasarea digurilor după criteriul economic

După criteriul economic traseul ce urmează să fie îndiguit trebuie să fie cât mai apropiat de albia râului pentru ca suprafața de teren scoase de sub inundații să fie cât mai mare.

Analiza din punct de vedere al criteriului economic pe care trebuie să îl satisfacă amplasarea unui dig, constă în studierea unui grup de soluții diferite de amplasare ce trebuie să facă referință la obiectivele de apărat și la construcția propriu – zisă a digului.

În alegerea criteriul economic se reflectă condițiile social–economice cât și criterul hidraulic și geotehnic.

Pentru o determinare cât mai corectă a amplasării digului din punct de vedere economic, trebuie ca suprafața apărată să fie maximă, iar volumul corpului digului cât mai redus.

Pierderile care se evită prin realizarea lucrărilor de îndiguire trebuie să aibă un raport cost-beneficiu supraunitar.

Din motive economice, în multe cazuri se preferă situația deversării coronamentului digului în locul supraînaltării acestuia, deoarece valoarea pagubelor datorate deversări este mai mică decât terasamentele necesare supraînălțării.

De asemenea, din nevoia de menținere a costului investițional al construcției cât mai redus, se renunță la o împermeabilizare rambleului și/sau a terenului de fundare. Din punct de vedere al criteriului economic, soluția care se alege va fi totdeauna un compromis, la care raportul dintre costul lucrărilor și riscul existent, trebuie analizat cu atenței.

Acest risc, se numește risc calculat sau risc tehnic, care persistă în fața aplicării celor mai noi tehnici de cercetare și dimensionare în domeniu.

Evaluarea acestuia se face după urmatoarele criterii:

Pierderi de bunuri materiale și evitare pierderii vieților omenești;

Pierderi financiare considerabile dar fără pierderi de vieți omenești;

Pierderi financiare medii spre reduse, dar fără pierderi în vieți.

Amplasarea digurilor după criteriul obligatoriu al traseului digului

După criteriul obligatoriu, digurile trebuie să satisfacă nevoia de apărare a obiectivelor socio – economice primejduite de inundații.

Pagubele evitate prin lucrări îndiguire trebuie sa aibă o justificare în raport cu costul lucrarilor.

Astfel ca pe suprafata digului să actioneze un numar redus de forțe, este necesar ca lucrările de îndiguire să fie combinate cu acumulări laterale (poldăre)pentru regularizarea debitelor, cu lucrări de regularizare a albiei pentru mărirea secțiunii de transport a apei, cu amenajări ale scurgerilor de pe versanti.

La proiectarea lucrărilor de îndiguire trebuie sa ținem seama de două aspecte:

1. Stabilirea profilului longitudinal, implicit și cota coronamentului,

2. Stabilirea secțiunii transeversale a digului.

1. Stabilirea profilului longitudinal constă determinarea cotei coronamentului digului, determinarea diferențelor cotă teren în raport cu cota coronamentului, precum si volumele de terasamente rezultate la construcția digului.

Pentru proiectarea digului având în vedere criteriile de stabilire, se vor avea în vedere următoarele:

– nivelul apei la viitura cu probabilitatea de depăsire de calcul și de

verificare;

– poziția în plan a digului;

– utilizarea terenurilor ocupate de ampriza digului sau apărate împotriva inundațiilor;

– geologia terenului pe care urmează să fie amplasat digul;

– lungimea coronamentului digului.

Cota coronamentului digului se determină pentru diferite secțiuni pe toată lungimea acestuia, în funcție de nivelul maxim al apei în regim de viitură, la care se adaugă cota de gardă.

Cota de gardă sau înălțimea de siguranță se determină prin însumarea cotei valului datorită fetch-iului (1) cu cota suplimentară (2) privind aproximațiile metodelor de calcul sau prin ridicarea ulterioară a nivelului albiei.

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 digului se calculează 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) (determinată prin masurători);

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

h – adâncimea medie a apei (m),

k – rugozitatea taluzului: 1÷1,25 – taluz betonat sau dalat, 0,75÷1,0 – pavaj de piatră, 0,68÷0,9 – taluz inierbat, 0,5÷0,77 – pereu din bolovani nerostuit sau piatră sparta.

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

Dacă lungimea luciului de apă este mai mică de 1 km, se poate admite hv = 0,5m. Garda suplimentară (3) de obicei se ia 0,3m plus eventuala ridicare a cotei patului albiei prin fenomenul de colmatare, când sunt studii cu privire a acestui fenomen pe sectorul respectiv.

În practica curentă, cota de execuție a coronamentului este superioară cotei de proiectare deoarece acesta suferă tasări în timp, în principal datorită propriei greutăți. În mod uzula valoarea tasărilor trebuie sa fie pâna la 10 cm și de aici apare și supraînalțarea digului cu cca. 10 cm față de cota proiectată pentru asigurarea împotiva inundațiilor a terenurilor din spatele acestuia.

Pentru stabilirea debitelor și nivelelor maxime de calcul și de verificare, trebuiesc avute în vedere următoarele aspecte:

– debite și nivele maxime ale ploi torențiale;

– debite și nivele maxime rezultate din topirea zăpezilor;

– debite și nivele maxime din ipoteze 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 de apărare împotriva inundațiilor .

Atunci când sectorul de râu este îndiguit, nivelul apei crește datorită îngustării secțiunii de scurgere. Cu cât digurile sunt mai aproiate, cu atât nivelul apei este mai ridicat (xadmisibil = 0,5÷1 m).

Figura 6.6 Supraînălțarea nivelului apei prin îndiguire

Calculul analitic al supraînalțării apei prin îndiguire se poate face prin aplicarea lui Bogdanffy:

A – înainte de indiguire

– din: (6.)

Se admite ca R = h (R – raza hidraulică; h – adâncimea medie a albiei).

Rezultă, pentru albiile medie:

(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.

, (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).

După îndiguire, vitezele cresc, si trebuie avut în vedere a acestea să nu depășească limita admisibilă a erodării digurilor și patului 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 va alege varianta cea mai avantajoasă din punct de vedere tehnico – economic.

2. Profilului transversal al digurilor se stabilește prin:

– lățimea coronamentului ( b );

– panta taluzelor amonte și aval;

– determinarea protecție taluzelor.

Lățimea coronamentului se stabilește din nevoia de circulației pe acesta (în acest caz coronamentul trebuie amenajat pentru circulație) și prin determinarea curbei de 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 greutatea pământului yp > 15 kN/m3, iar pentru yp sub această valoare pantele taluzurilor se vor redimensiona.

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” s-au determinată pe PISTA EXPERIMENTALĂ, ce s-a realizat 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 că 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 apropierea digurilor, nivelul apei crește astfel încât pentru a menține garda de siguranță de 50 cm trebuie făcută o supraînalțare a digului cu cca 30 cm. Din această apropiere 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 crescută a investiției față de varianta 3, dar prin scăderea terenului scos de sub inundații avand o valoare de 538,500,00 Euro, se ajunge la valori mai scăzute ale investiției decât în varianta nr. 3.

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 viabilă 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 în plan

La proiectarea traseului rampelor de acces și a drumului la poduri, trebuie avute în vedere condițiile naturale, tehnice și economice.

Traseul cel mai scurt de racordare între două puncte impuse, este reprezentat de linia dreaptă. Numai că, în realitate, aproape în toate cazurile, între cele două puncte ale traseului apar obstacole naturale sau artificiale ce trebuie ocolite, sau sunt impuse puncte de trecere obligate.

Acest lucru se reflectă în traseul final al drumului și a rampei de acces, care datorită condițiilor face ca acesta să arate ca o linie frântă, aceste puncte de frântură poartă denumirea de ”vârfuri de unghi”. Trecerea de la un aliniament la altul se face prin introducerea curbelor, de obicei formate din arce de cerc.

Prezența curbelor prezintă unele dezavantaje pentru determinarea lungimii rampelor de acces la poduri:

Măresc lungimea traseului în raport cu linia dreaptă;

Față de aliniament, sunt reduse confortul si siguranța circulației în deosebi pe sectoarele unde viteza de circulație este crescută;

Vizibilitatea în curbă este redusă în mod deosebi în cazul terenurilor acoperite (păduri, deblee); ca urmare sunt necesare lucrări suplimentare de înlăturare a arborilor din aceea secțiune, crearea de ramblee, raze lărgite ale curbelor.

Pentru determinarea unghiurilor racordărilor drumurilor, notăm punctele de intersecți a două aliniamente cu litera ”V”, iar litera ”n” reprezintă numărul curbei. Elementele de geometrie ale curbei formate din arc de cerc se deteremină în funcției de dimensiunea unghiului ”U” dintre cele două aliniamente și raza cercului de racordare notat cu litera ”R”.

Figura 8.1 Determinarea unghiului „U”

Pentru stabili unghiului suplimentar ”a” se plelungește aliniamentul AVn și se ia un segment ”n”. Din extremitatea punctului ”x”, se duce 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 prin construcție grafică: astfel segmentul suplimentar ”a” se măsoară din vârful unghiului ”Vn” pe amândouă aliniamentele. Punctele ”x și y” astfel obținute se unesc printr-o dreaptă ”b”, după care se determină valoarea acestei drepte:

(8.3)

Figura 8.2 Determinarea unghiului ”U”

Raza de racordare ”R” se determină în funcție de clasa tehnică a drumului și de condițiile geomorfologice ale terenului, respectiv viteza de proiectare, precum și condițiile locale stipulate și impuse de situația sectorului respectiv. Cu ajutorul elementelor descrise mai sus se obține tangenta ”T” lungimea curbei Cn și bisectoarea Bn (Figura 8.3).

Tangenta ”Tn”, adică distanța dintre 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”

Punctul de tangență la începere curbei se numește tangentă de intrare și se notează cu ”Ti”, iar cel de sfârșit la curbei se numește tangentă de ieșire și se notează cu ”Te”.

Punctele ”Ti” și ”Te” au aceleași indice ”n” și este reprezentat de numărul curbei.

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

(8.5)

Bisectoarea ”Bn”, măsurată pe direcția bisectoarei unghiului ”U” se va stabili din triunghiul ”VnTinO” sau se poate citi grafic din programe de desen tehnic.

(8.6)

Astfel elementele U, T, R, B, C sunt determinate și împreună cu viteza de proiectare, caracterizează și descriu curba.

Determinarea drumului în profil longitudinal

Profilul longitudinal reprezintă, o intersecției a unui plan vertical cu suprafața terenului natural și cu suprafața drumului proiectat. (Figura 8.4).

Fierărui punct de pe traseu îi corespunde în profilul longitudinal o pereche de cote, raportate față de un sistem de referință de obicei Stereo 70: cota terenului și cota proiectată.

Diferența dintre cota terenului și cota proiectată se numește cotă de execuție și poate fi pozitivă sau negativă in funcție de poziția platrofrmei față de linia terenului. Cand cota execuției este pozitivă, drumul se află în umplutură sau rambleu, iar dacă cota este negative, drumul se află în săpătură sau debleu.

Figura 8.4 Profilul longitudinal

Pentru a garanta autovehiculelor o deplasare cât mai uniformă, cu viteze de circulați cât mai apropiate de viteza astfel proiectată, este necesar ca declivitățile să fie cât mai mici pe distanțe cât mai lungi. Posibilitatea îndeplinirii acestor condiții exemplificate mai sus, depinde însă în cea mai mare măsură de relieful în care este proiectat 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, etc.

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

Pentru evitarea sporirii declivității prin compunerea 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 propune că pe curba serpentinelor care au raze de 20…30 m declivitatea maximă adimisă este de 3…4%.

Acolo unde drumul are 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% și pe care circulația vehiculelor grele sau foarte grele este preponderentă, pentru a nu produce deranjarea participanților la trafic care circulă cu masini de clasă ușoara, se propune a se executa o bandă de circulație specială, destinată acestor tipuri de autovehicule grele.

Stabilirea lungimii podului

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

Deschiderile podului trebuie să fie suficient de mari pentru a diminua remuul în amonte de pod, pentru a putea proteja terenurile și zonele adiacente acestuia;

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

Prin transformarea punctuală a albiei, trebuie să nu cauzeze afuieri generale sau locale în jurul fundațiilor podului și oriunde în lungul cursului râului;

Deschiderile trebuie sa nu obtureze trecerea plutitorilor;

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 proiectării acestuia.

În decursul ultimilor ani, 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;

Se evaluează caracteristicile hidraulice și geomorfologice ale cursului de apă acolo unde este amplasat podul (tipul de albie, viteză, cheia limnimetrică);

Se stabilește profilul longitudinal al oglinzii apei și vitezele în secțiunea podului raportate la deschiderile podului, acceptând ipoteza de pat fix a albiei;

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

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

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

La adoptarea gărzii de siguranță trebuie luate în calcul incertitudinile estimării nivelurilor maxime ale oglinzii apei determinate prin calcul hidraulic, pe lângă asigurarea tranzitării plutitorilor.

În funcție de condițiile din amplasament 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 determinarea lungimii inițiale 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 apei crește (remuul) din cauza contracțiilor pilelor podurilor, putând fi determinat 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

Figura 9.30 Limita de inundabilitate în ipoteza nr. 5 – debit maxim

Figura 9.31 Variația vitezei în ipoteza nr. 5 – debit maxim

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 9.32 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 , 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 atât în zona strangulată cât și în amonte sau aval.

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

Astfel în primul raport de cercetare s-au facut observații vizuale pe o perioadă de trei ani ale amplasamentului ce cupridnde 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 din albia și malurile neprotejate pot fi afectate de regimul de curgere la viitura, prin erodarea acestora. În această secțiune existau: pod pentru supratraversarea conductelor cu petrol și în aval de acesta podul vechi ce face legătura între cele 2 maluri ale râului Argeș. Datorită eroziunilor au fost afectate malurile ajungând ca fundația de piloți a podului rutier să cedeze, provocând apoi prabușirea tablierului podului care a creeat 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 functionează 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 se produce o zona de curgere turbulentă ce antrenează materialul de lângă pilele noului pod rutier.

Pilele noului pod rutier sunt fundate pe piloti forati, dar acestea nu sunt protejate deloc la nivelul apei.

În prezent s-a observat agravarea fenomenului de eroziune a pilelor într-o perioadă destul de scurta de cca. 1 an. Acest fenomen a condus la dezgolirea noii fundații pe piloti de sub pila noului pod rutier pe o înalțime de cca. 1,60 m.

În concluzie, 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 că nivelul în regim natural este mai mare decât nivelul în regim amenajat prin recalibrarea albiei minore și 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 apropierea digurilor, nivelul apei crește astfel încât pentru a menține garda de siguranță de 50 cm trebuie făcută o supraînalțare a digului cu cca 30 cm. Din această apropiere a digurilor rezultă o suprafață mai mare de teren scoasă de sub inundații de cca. 107,70 ha, teren ce poate îndeplini altă folosință.

Astfel din punct de vedere tehnico – economic se poate 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, acestea în timp spală piciorul amonte al digului punându-i în pericol stabilitatea;

Varianta 3 se consideră 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;

Cu toate că valorile de investiție în variantele 4 și 5 sunt ridicate, dar scăzând din prețul total al investiției valoarea terenului scos de sub inundații, ce poate fi valorificat ulterior, se ajunge la un cost mai scăzut decât în varianta 3. 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 lățimea suprafeței localității, 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, de aici reiese că varianta nr. 3 rămâne varianta viabilă de amenajare a acestui sector de râu.

În ultimul raport de cercetare, raportul nr. 3 a fost studiată influența construcției rampelor de acces la pod asupra curgerii și dinamicii albia râului Tisa.

Calculele hidraulice pe râul Tisa în dreptul localității Sighetu Marmației determinate 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 cinci ipoteze posibile.

Pentru întreg sectorul modelat au fost utilizate 115 de profile transversale. Modelarea matematică a fost făcut în regim de calcul nepermanent folosind 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 astfel o zonă de ștrangulare. Făcând o analiza asupra determinărilor efectuate, s-a observat, în comparație cu toate ipotezele de calcul studiate, 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 minimum 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 evidență faptul că ipoteza nr. 3 este ipoteza recomandată de amenajare a acestei 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 din vecinătatea râului, prin erodare la piciorul acestora.

Concluzionând spunem ca lucrările hidrotehnice în albiile râurilor se continuă în prezent pe scară internațională, pentru cucerirea de noi teritorii locuibile și cultivabile în luncile și deltele cursurilor de apă, pentru creearea legăturilor de comunicare supraterane și subterane între comunitățile riverane, pentru regularizarea scurgerilor 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 de 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 analize tehnico – economice a soluțiilor propuse de amenajare.

La această teză de doctorat au fost analizate sectoare de râu având la bază date reale din teren, la nivelul anilor 2015.

Pentru primul studiu de caz s-au facut observații periodice timp de trei ani pe amplasamentul râului Argeș în zona localității Căteasca, într-o zonă puternic meandrată și încorsetată de supratraversarea a trei poduri pe un sector de albie relativ scurt.

Pentru ce de-al doilea studiu de caz, de pe râul Moldova s-a făcut tranzitarea viituri în cinci ipoteze posibile.

Această tranzitare a viituri, s-a făcut cu Pentru determinarea modelului soft-ul Hec-Ras. numeric al terenului s-a folosit ridicarea topografică a amplasamentului care ulterior a fost introdusă în soft-ul Global Mapper, de unde s-a obtinut modelul digital al terenului.

Acest model digital al terenului a stat la baza tranzitării viturii în softul Hec-Ras.

În cel de-al treile studiu de caz, reprezentat de amplasarea podului peste râul Tisa s-a utilizat un model digital al terenului (DTM) completat de încă 115 profile măsurate pe teren.

Acestă interolare între DTM și profilele din teren a fost făcută cu soft-ul Global Mapper.

Pentru determinarea cât mai corectă a amplasăii podului s-au analizat un număr de cinci ipoteze posibile de amplasare, utilizând soft-ul Hec – Ras pentru determinarea tranzitării viturii în regim nepermanent (folosind un hidrograf de viitură) și determinarea vitezelor apei în secțiunea acestuia.

Aceste soft-uri folosite sunt programe actuale de calcul pentru simularea curgerii și dinamicii albiei.

Lucrările hidrotehnice au fost cuantificate din punct de vedere tehnico – economic având la bază date actuale de prețuri.

Perspective de cercetare

Rezultatele obținute până acum pot fi utilizate pentru dezvoltarea unor direcții viitoare de cercetare care să aprofundeze perfecționarea modelelor de evaluare a eroziunilor din albii precum și a înfluenței lucrărilor hidrotehnice asupra curgerii și dinamicii râurilor adaptate la datele climatice ale zilelor noastre.