Raport De Cercetare 2 Efectul Instabilitatii Tavegului Asupra Constructiilor De Barare [307062]

RAPORTUL DE CERCETARE NR. 2

EFECTUL INSTABILITĂȚII TALVEGULUI ASUPRA CONSTRUCȚIILOR DE BARARE

Conducător științific

Prof. univ. Dr. ing. Dan STEMATIU

Doctorand: [anonimizat]. Laurentiu-Mihai LUNGU

BUCUREȘTI

LISTA FIGURILOR

Figura 1 – Curbe de egal potențial 6

Figura 2 – Infiltrația laterală 9

Figura 3 – Delimitarea zonelor periculoase pentru fenomenul de sufozie 10

Figura 4 – Conjugare în regim de fund 12

Figura 5 – Conjugare în regim de suprafață 13

Figura 6 – Conjugarea biefurilor la diferite niveluri aval 14

Figura 7 – Lamă cu cădere liberă 14

Figura 8 – Dispoziția generală a amenajării Porțile de Fier I și secțiune prin barajul deversor 15

Figura 9 – [anonimizat] 2010 Porțile de Fier 1 15

Figura 10 – [anonimizat] 2013 Porțile de Fier 1 16

Figura 11 – Încărcarea câmpurilor deversoare la tranzitarea viiturilor Porțile de Fier 1 18

Figura 12 – Tranzitarea viiturii din aprilie 2006 Porțile de Fier 1 19

Figura 13 – Poziția cavernelor în prag Porțile de Fier 1 20

Figura 14 – Localizarea zonelor cu degradări Porțile de Fier 1 20

Figura 15 – Deteriorările depistate prin campania de măsurători 2010 Porțile de Fier 1 20

Figura 16 – Soluția de remediere a degradărilor pragului aval Porțile de Fier 1 21

Figura 17 – [anonimizat] 22

Figura 18 – Vedere în plan a frontului barat Movileni 23

Figura 19 – [anonimizat] 23

Figura 20 – Releveu al avariei din noiembrie 2010 24

Figura 21 – Pragul terminal prăbușit la barajul Movileni 25

Figura 22 – Viitura din 31 iulie 2008 cu debite peste 2500 m3/s baraj Movileni 26

Figura 23 – Intervenții constructive în regim de urgență avarie Movileni 27

Figura 24 – Dispoziție generală baraj Ogrezeni 28

Figura 25 – Vedere aval a stăvilarului de la barajul de priză Ogrezeni 29

Figura 26 – Avarie inițială 21-23.10.2011 baraj Ogrezeni 30

Figura 27 – Avarie extinsă martie 2012 baraj Ogrezeni 31

Figura 28 – Evoluția talvegului a barajului Ogrezeni 32

Figura 29 – Soluții de remediere Etapa I 33

Figura 30 – Soluții de remediere Etapa II 34

[anonimizat]. Metodele generale de rezolvare a acestor probleme au fost elaborate de cercetători precum: N. N. Pavloski, P. Ia. Polubarinova-Kocina etc. Pe baza acestor metode s-au rezolvat probleme importante pentru practică.

[anonimizat] a infiltrației poate fi înlocuită prin cea plană dacă este îndeplinită următoarea condiție:

unde: b și l [anonimizat] (l se măsoară în lungul curentului).

Când η < 2.0 rezollvarea problemei infiltrației trebuie să se efectueze prin metoda experimentală propusă de N. N. Pavloski.

Metode analitice de rezolvarea a problemelor infiltrației

Soluțiile analitice sunt bazate pe teoria generală a mișcării potențiale plane a unui fluid. Problema practică se reduce la determinarea funcției potențialului de viteză ψ(x,y) = C, care să satisfacă condițiile la limită date. Familia curbelor egale ale acestor două funcții formează o rețea ortogonală. Dacă la construirea acestei rețele se adoptă intervale egale între valorile funcțiilor φ și ψ, adică se adoptă condiția Δ φ = Δ ψ, o [anonimizat] sistem de pătrate curbilinii. Ea se numește rețea hidrodinamică.

Curba de egal potențial al vitezelor φ (x,y) = constant se mai numește și echipotențială sau izopotențială, ea fiind concomitent pentru curentul de infiltrației și curba de egală sarcină hidrodinamică H = z + p/γ = constant. Linia fundului biefului amonte, de la care începe mișcarea dată a curentului de infiltrație, este linia limită inițială de egal potențial al vitezei φ 0 = C0 și pentru ea înălțimea H0 este determinată de poziția suprafeței libere a apei din bieful amonte, deasupra planului de referință ales. Corespunzător, linia fundului biefului aval, pe care se termină infiltrația , este linia limită finală de egal potențial al vitezei φ n = Cn și pentru ea înălțimea este egală cu Hn.

Figura 1 – Curbe de egal potențial

Diferența de potențial H = H0 – Hn = H1 – H2 constituie pierderile de sarcină necesare pentru a învinge rezistențele hidraulice în lungul oricărei linii de curent de infiltrație. Pierderea de sarcină H se distribuie uniform de-a lungul tuturor celor n benzi de infiltrație, formate de fiecare pereche de linii de egal potențial de viteză φ. De aceea, diferența de sarcină dintre fiecare pereche de linii învecinate de egal potențial va fi aceiași:

unde: H – diferența dintre nivelurile biefurilor amonte și aval / pierderile de sarcină pe cale de infiltrație dintre două linii de egală sarcină hidraulică;

n – numărul de benzi de infiltrație formate de rețeaua hidrodinamică dată de către linii echipotențiale de viteză φ.

Panta hidraulică este reprezintă diferența de sarcină hidrodinamică între două linii învecinate raportată la lungimea Δs a unei linii de curent între două echipotențiale:

Valoarea pantei hidraulice i (gradient hidraulic) variază la trecerea de la o celulă a rețelei la alta. Debitul ce trece între două linii de curent este egal cu diferența dintre valorile funcțiilor de curent ψ1 si ψ2, adică ΔQ= ψ2- ψ1. Deoarece pentru o rețea hidrodinamică diferența Δ ψ dintre orice linii de curent învecinate este aceeași, debitul ΔQ dintre orice pereche de linii de curent învecinate este, de asemenea, aceiași.

Viteza de infiltrație în orice punct se determină prin intermediul formulei:

unde: k – coeficientul de permeabilitate;

ΔH – diferența de sarcină hidrodinamică a liniilor învecinate;

Δs – lungimea liniei de curent învecinate.

Presiunea în orice punct se determină prin formula:

unde: γ – greutate specifică a lichidului;

H – sarcina hidrodinamică pentru linia echipotențială φ, care trece prin punctul i.

Deoarece întregul domeniu de infiltrație se împarte prin liniile de curent într-un șir de tuburi de urent și, totodată, la construirea rețelei hidrodinamice diferența funcțiilor de curent se consideră aceiași pentru fiecare pereche de linii de curent învecinate, debitele de infiltrație ale tuburilor de curent sunt egale între ele.

unde: m – numărul de tuburi de curent;

ΔQ – debitul unui tub de curent.

Aplicații ale spectrului hidrodinamic

Din punct de vedere al dimensionării construcției interesează următoarele mărimi care se pot determina din spectrul hidrodinamic: presiunea pe talpa de fundație sau o suprafață curbă de alunecare, viteza maximă de infiltrație, debitul de infiltrație.

Presiunele pe talpa de fundație se determină prin interpolare între liniile echipotețiale, de-a lungul cărora se cunoaște preseiunea. Vitezele de infiltrație se determină calculând în prealabil pantele liniei piezometrice. Panta liniei piezometrice între două puncte vecine ale rețelei situate la distanța Δl pe aceeași linie de curent, având presiunea p1 și p2 și energia de poziție z1 și z2 are expresia:

Tinând seama că spectrul hidrodinamic a fost costruită pentru căderea h = 1 panta piezometrică într-un tub de curent, limitat de două linii de curent și două linii echipotențiale vecine are expresia:

unde n reprezintă numărul de linii echipotențiale pe toată zona de infiltrație.

Viteza medie are expresia:

Debitul infiltrat se determină pe baza vitezelor de-a lungul unei linii echipotențiale:

unde m este numărul fâșiilor dintre liniile de curent.

Infiltrația laterală

Dacă culeele construcției se sprijină pe un strat impermeabil, se consideră posibil să se evalueze infiltrația laterală ca o problemă plană și calculul să se efectueze după cum urmează:

Se trasează planul în zona malului. Presupunând că suprafața liberă a apei din bieful amonte reprezintă linia inițială φ0, iar cea din bieful aval drept linia finală φ și considerând configurația culeei drept linia de curent ψ, se construiește rețeaua hidrodinamică după unul dintre procedeele cunoscute;

Liniile de egală sarcină hidrodinamică obținute din rețeaua φ = constant și φ = constant sunt liniile de egală cotă a suprafeței libere a curentului de infiltrație;

Viteza de infiltrație, având aceeși verticală, se determină cu formula:

unde: k – coeficientul de permeabilitate;

i – gradientul hidraulic.

Debitul de infiltrație prin secțiunea dintre două linii de curent amplasate la distanța Δl se determină cu ajutorul următoarei formule:

unde: Δb – distanța dintre liniile de curent.

Presiunea de infiltrație asupra culeei este determinată prin presiune hidrostatică corespunzătoare adâncimii h a apei în verticala dată, iar variația presiunii în lungul conturului se determină cu rețeaua hidrodinamică.

Figura 2 – Infiltrația laterală

Fenomenul de sufozie

Fenomenele fizico-mecanice care pot ave loc în trenul de fundație sunt următoarele:

sufozia terenului;

afuierea terenului la piciorul aval al stăvilarului.

Sufozia terenului este caracteristică terenurilor necoezice și constă în deplasarea particulelor mici ale terenuluisub acțiunea apei de infiltrație, ca și cum acestea s-ar găsi în suspensie de-a lungul firelor de curent. Prin antrenarea particulelor mici crește volumul porilor, deci permeabilitatea terenului, prin urmare crescând vitezele de infiltrație și fenomenul de sufozie se intensifică. Datorită acestui fenomen se pot produce goluri mari în teren și tasări neuniforme ale fundației care periclitează siguranța construcției.

Fenomenul mecanic al sufoziei trebuie deosebit de sufozia chimică, care constă în dizolvarea în apa de infiltrație a unor lentile de sare sau ghips, existente în terenul de fundare.

În fenomenul de sufoziei un rol important îl joacă aerul din porii terenului și gazele care se pot degaja în anumite condiții din apă. Aerul și gazele pot da naștere unor presiuni locale care modifică panta piezometrică și deci vitezele de infiltrație. Astfel, fenomenul de sufozie este foarte complex. El încetează uneori în mod spontan datorită colmatării golurilor dintre particulele mai mari de către particulele mai mici, antrenate din amonte de zona respectivă. La solurile coezive, argiloase, sufozia se poate produce, datorită forțelor de coeziune dintre particule.

Din cercetările realizate în domeniu rezultă că gradienții hidraulici la care începe producerea sufoziei depind în mare măsură de neomogenitatea pământului , așa cum rezultă din graficul de mai jos, unde se recomandă adoptarea unui coeficient de siguranță cu valori cuprinse între 1.5 – 2.0 pentru un gradient hidraulic maxim admis.

Figura 3 – Delimitarea zonelor periculoase pentru fenomenul de sufozie

Fenomenul de afuiere

Prin afuiere se întelege erodarea unor zone de la suprafața terenului de fundare și deplasarea materialului spre aval, datorită forței de antrenarea a curentului de infiltrație. Zona cea mai periculoasă de afuiere este la piciorul aval a construcției de retenție, acolo unde curentul de infiltrație iese la suprafață.

Pentru determinarea vitezei de spălare, care produce afuierea, se fac pompaje din puțuri. O formulă astfel determinată pe cale experimentală este următoarea:

unde: k – coeficientul de permeabilitate.

Formula valabilă în cazurile în care la ieșirea din teren apa trece printr-un filtru invers. O metodă de determinare a gradientului hidraulic critic (icr) care produce afuierea este următoarea: se știe că în orice punct al terenului de fundație presiunea hidrodinamică pe unitatea de volum are expresia , unde i este gradientul hidraulic în punctul considerat. Acestă presiune este tangentă la linia de curnt care trece prin punctul respectiv. În zona biefului amonte ea este întreptată de sus în jos, mărind stabilitatea terenului. În zona biefului aval ea are tendința de a ridica particulele.

Valoarea gradientului critic se determină astfel:

unde: γu – greutatea volumetrică a materialului uscat;

γ – greutatea volumetrică a apei;

n – porozitatea terenului.

În terenurile nisipoase-argiloase icr are valoarea 0.9 – 1.3. Gradientul hidraulic maxim apare la ieșirea apei în bieful aval, la capătul radierului.

CONJUGAREA BIEFURILOR

Tipuri de conjuragarea biefurilor

La cele mai multe baraje, evacuarea apelor mari se face prin deversare, fiind cea mai obișnuită formă de conjugarea a biefurilor. În acest sens se deosebesc următoarele:

fără salt, atunci când panta albiei în aval de baraj este mai mare decât cea critică (I > Icr) și regimul de curgere în aval este rapid;

cu salt, atunci când panta albiei în aval de baraj este mai mică decât cea critică (I<Icr) și regimul de curgere în aval este lent. La rândul lui , saltul se poate produce în două moduri, în regim de fund sau în regim de suprafață.

Regim de fund

Regim de fund apare cel mai frecvent la conjugările de biefuri. El este caracterizat prin faptul că lama deversantă este dirijată de paramentul aval spre fund. Vitezele sunt astfel mai mari în zona inferioară a curentului decât la suprafață.

În regimul de fund, saltul poate fi de trei feluri, în funcție de poziția sa:

salt în poziție critică, care începe în secțiunea contractată a lamei deversante, imediat în aval de baraj. Această formă de salt apare numai când adâncimea naturală în aval hav este egală cu adâncimea conjugată a adâncimii contractate h’c:

unde:

hc – adâncimea contractată a lamei deversante;

q – debitul specific;

α – coeficientul de neuniformitate al vitezei în aval (α = 1,00..1,10).

salt îndepărtat, care începe la o anumită distanță în aval de baraj. Relația de existență este:

În acest caz regimul rapid se continuă până în secțiunea în care adâncimea apei deversate crește până la conjugarea h’av a adâncimii hav;

salt apropiat, care se formează chiar lângă paramentul barajului. Această formă de conjugare apare când există relația:

Saltul este înecat, foarte avantajos din punctul de vedere al disipării energiei.

Figura 4 – Conjugare în regim de fund

a – salt în poziție critică; b – salt îndepărtat; c – salt înecat.

Regim de suprafață

Regimul de suprafață apare când piciorul aval al deversorului este astfel curbat încât, la ieșirea de pe parament, lama de apă este dirijată spre suprafața curentului din aval de baraj. El este frecvent întâlnit la amenajările fluviale de cădere medie și debit mare. Vitezele în bieful aval sunt mai mari spre suprafață decât spre fund.

În regimul de suprafață, saltul poate fi de două feluri, salt superficial liber și înecat:

saltul superficial liber este caracterizat prin existența unui vârtej de fund la piciorul barajului. Lama de apă este dirijată la suprafața acestui vârtej. Această formă de salt se menține atât timp cât adâncimea apei în aval se menține în limita:

în care hlim rezultă ca soluție a sistemului:

unde:

H – diferența de cotă între nivelul apei în amonte și fundul albiei în bieful aval;

a – înălțimea piciorului aval;

hc – adâncimea contractată pe pragul aval;

θ – unghiul de înclinare a pragului;

q – debitul specific;

φ – coeficientul de viteză.

Figura 5 – Conjugare în regim de suprafață

a – salt superficial liber; b – salt superficial înecat.

O condiție suplimentară de existență a saltului de suprafață este ca înălțimea pragului să fie mai mare decât o valoare minimă amin dată de relația:

în care hcr reprezintă adâncimea critică în bieful aval.

saltul superficial înecat este caracterizat prin existența simultană a unui vârtej de fund și a unui vârtej superficial. Condiția de apariție a acestei forme de conjugare este:

Forma de racordare cu saltul superficial înecat se menține într-un interval mare de variație a nivelurilor aval. Când adâncimea aval crește totuși foarte mult (cazuri rar întănite în practică), saltul superficial înecat trece consecutiv prin alte trei forme de conjugare: salt de fund restabilit, racordare mixtă cu salt neînecat, racordare mixtă cu salt înecat.

Forma de conjugare prin salt, depinde deci atât în regim de suprafață cât ți în regim de fund, de adâncimea apei în aval. Ținând seama că această adâncime depinde la rândul ei de debitul evacuat, rezultă că pentru același baraj forma de racordare poate varia odată cu debitul. Este deci necesar ca studiul conjugării biefurilor să se facă pentru toată gama de debite evacuate.

Figura 6 – Conjugarea biefurilor la diferite niveluri aval

a – cădere liberă a lamei; b – salt superficial liber; c – salt superficial înecat.

Lamă de apă cu cădere liberă

Lama cu cădere liberă se realizează când piciorul aval al barajului este prevăzut cu o trambulină aruncătoare, sau când paramentul aval este vertical sau în surplombă. La incidența lamei cu bieful aval se formează două vârtejuri cu ax orizontal, unul spre piciorul aval al barajului și altul asemănător cu cel al conjugării în regim de fund.

Figura 7 – Lamă cu cădere liberă

1 – baraj deversor; 2 – radier de protecție

Coborârea talvegului la lucrările hidrotehnice

Modificări morfologice ale albiei aval de barajul Porțile de Fier I

Barajul Porțile de Fier I amplasat pe fluviul Dunărea, amonte de orașul Turnu Severin, face parte din Sistemul Hidroenergetic și de Navigație Porțile de Fier, realizat în comun de România și Serbia.

Figura 8 – Dispoziția generală a amenajării Porțile de Fier I și secțiune prin barajul deversor

După cei peste 40 ani de exploatare a sistemului Porțile de Fier I, geometria albiei aval s-a modificat datorită fenomenului de eroziune. Acest fenomenul a fost accentuat odată cu viiturile din 2005 și în special 2006, când debitul afluent maxim a fost de 15800 m3/s, iar durata intervalului de deversare în condiții severe a fost de cca. o lună și jumătate (4 aprilie – 14 mai).

Figura 9 – Eroziuni aval de baraj – măsurători 2010 Porțile de Fier 1

În august 2007  în urma investigațiilor efectuate de Serbia, investigații care au acoperit toată suprafața aval de disipator, pe o lungime de 100 m (în suprafața totală 441 m x 100 m), prin 53 de profile dispuse la intervale de 8 m, au evidențiat evoluția eroziunilor în albia Dunării, aval de disipator, și de asemenea, au depistat apariția degradărilor în betonul de la pragul terminal al disipatorului, care prezintă caverne extinse. Măsurătorile au fost repetate cu ocazia expertizei realizate de partenerul sârb în anul 2010 (Figura 9).

Cea mai mare adâncime a gropii erozionale în roca de bază era de 11,44 m în aval de câmpul deversor  IX. Aval de câmpul deversor VIII eroziunea era de 6,96 m, aval de câmpul deversor X de 10,88 m, iar aval de câmpul XI de 10,11 m. O nouă campanie de măsurători s-a realizat în anul 2013 pentru a se determina rata de evoluție a fenomenului și pentru a obține date cantitative privind cavernele din pragul disipatorului. O selecție a rezultatelor este prezentată în Figura 4.3.

Figura 10 – Eroziuni aval de baraj – măsurători 2013 Porțile de Fier 1

În urma comparației între măsurătorile din anul 2013 cu cele din anul 2010 au rezultat următoarele modificări ale fundului albiei:

în zona câmpurilor deversoare X și XI eroziunea se întinde pe o suprafață de cca. 1400 m2, diferența maximă a eroziunii față de situația din 2010 fiind de 2 m;

în zona câmpurilor deversoare XII și XIII, zona de erodare se întinde pe o suprafață cca. 425 m2, diferența maximă a eroziunii față de situația din 2010 fiind de 2,5 m;

în zona câmpurilor deversoare VIII și IX, zona eroziunii are o suprafața de cca. 300 m2, diferența maximă a eroziunii față de situația din 2010 fiind de 3,5m;

în restul zonei aval de baraj nu s-au înregistrat modificări semnificative, în unele zone fiind depistate chiar depuneri.

Măsurătorile au pus în evidență diferențe mari ale adâncimii gropii de eroziune în lungul câmpurilor deversoare. Au fost analizate două posibile cauze: natura rocilor și respectiv regimul deversărilor.

Natura rocilor de fundare

În ceea ce privește natura rocilor din amplasament trebuie precizat faptul că barajul Porțile de Fier I este amplasat într-o zonă  stâncoasă foarte eterogenă. La cartografierea detaliată a suprafețelor de fundare au fost stabilite 10 unități complexe în funcție de caracteristicile litologice și fizico-mecanice asemănătoare. În funcție de amploarea eroziunilor și de prezența unităților geologice – inginerești a masei de rocă s-au definit cinci zone de eroziune:

Zona 1 cuprinde  zona aval de câmpurile deversoare I, II și III care este caracterizată de prezența rizbermei care îndepărtează eroziunea de câmpurile deversoare.

Zona 2 cuprinde zona aval de câmpurile deversoare IV și V.  În această zonă predomină șisturile (Sm), gnaisele biotitice șistoase (Sgb) și cataclazitele (Kc). Cea mai mare adâncime a gropii erozionale în roca de bază este de 7.80 m în aval de câmpul deversor IV.

Zona 3 cuprinde zona aval de câmpurile deversoare VI și VII. În această zonă predomină gnaiselei biotitice (Gb), de asemenea și zonele de falii (Mm). Cea mai mare adâncime a gropii erozionale în roca de bază este de 7.06 m în aval de câmpul deversor VII.

Zona  4 cuprinde zona în aval de câmpurile deversoare VIII-XI. În această zonă predomină gnaiselei biotitice (Gb), gnaisele cuarțo – biotitice (Gbq), de asemenea o participare semnificativă o au și zonele de falii (Mm). Cea mai mare adâncime a gropii erozionale în roca de bază este de 11,44 m în aval de câmpul deversor IX. Eroziuni mari mai sunt și în aval de câmpurile X, de 10,88 m, și XI, de 10,11 m.

Zona 5 cuprinde zona aval de câmpurile deversoare XII-XIV. În această zonă predomină gnaisele biotitice (Gb). Cea mai mare adâncime a gropii erozionale în roca de bază este de 6.58 m aval de câmpul deversor XII.

Acest lucru denotă că cea mai adâncă groapă erozională în roca de la bază s-a înregistrat în zona a 4-a. Cauzele geologice sunt asociate prezenței gnaiselei biotitice și probabil și fracturarea rocii de bază. În ceea ce privește rezistența la eroziune, harta geologică detaliată a zonei în aval de barajul deversor evidențiază că în dreptul fiecărui câmp deversor se întâlnesc diferite grade reprezentativitate ale rocilor, cu rezistență diferită la eroziune. Ca urmare, erodabilitatea diferită a rocii aval de baraj poate fi o cauză a distribuției eroziunilor dar nu determinantă.

Regimul deversărilor

Din analiza hidrogramelor corespunzătoare deversărilor din perioadele de ape mari ale anilor 1972 – 2008 rezultă ca principala cauză a neuniformității în distribuția eroziunilor și profunzimea foarte mare a unora este regimul deversărilor. Începând cu anii 1990 manevrele de ridicare a stavilelor diferă foarte mult față de manevrele reglementate prin  regulamentul de exploatare din 1978, elaborat pe baza încercărilor pe model, care impuneau încărcarea uniformă a tuturor câmpurilor deversoare. În Figura 4.4 se pot urmări debitele descărcate pe câmpuri și durata deversărilor.

Figura 11 – Încărcarea câmpurilor deversoare la tranzitarea viiturilor Porțile de Fier 1

Dacă în primele două decenii de exploatare debitul afluent era evacuat prin majoritatea deschiderilor cu valori aproape identice, la viiturile din 2005 și 2006 câteva câmpuri centrale au deversat debite duble față de restul câmpurilor. Localizarea eroziunilor maxime este direct corelabilă cu regimul de exploatare. Eroziunile cele mai mari au fost înregistrate aval de câmpurile deversante VII – X, care au fost și cele mai solicitate. Datele înregistrate privind deversarea peste aceste câmpuri arată regimul deversărilor:

câmpul deversor VIII a funcționat cel mai mult și peste acesta s-a deversat 14,87 % din volumul total de apă peste baraj; acest câmp deversor este singurul care a funcționat timp de 48 ore cu debit specific de 30 m3/s/ml; în această perioadă celelalte câmpuri nu au funcționat;

câmpul deversor IX a funcționat un interval de timp mai mare, cu un debit specific mare de 21,8 m3/s/ml;

câmpul deversor X a deversat debitul mediu specific cel mai mare și debitul specific instantaneu cel mai mare (65,3 m3/s/ml, respectiv 69,6 m3/s/ml);

câmpul deversor XI a funcționat 72 ore cu o capacitate maximă de 1.142 m3/s fiind cea mai lungă perioadă de funcționare a unui singur câmp deversor la capacitatea maximă.

Figura 12 – Tranzitarea viiturii din aprilie 2006 Porțile de Fier 1

Din analiza comparativă a datelor privind eroziunile precum și debitele și volumele deversate rezultă clar că cele mai adânci gropii erozionale s-au format în zonele câmpurilor deversoare prin care s-au evacuat cele mai mari debite maxime și cu cea mai mare durată a deversării. Repartizarea neuniformă a duratei și a volumelor de apă deversate pe câmpuri este cauza principală a formării adâncimilor neuniforme ale eroziunii de-a lungul câmpurilor deversoare.

Cavernele din pragul disipatorului

Degradarea betonului feței aval a pragului disipatorului a fost înregistrată pentru prima dată în luna mai 1988. Având în vedere că și înainte de acest an au avut loc deversări cu debite mari și de lungă durată, probabil că degradările au început odată cu deversările semnificative peste barajul deversor. Măsurătoarea de verificare, realizată în august 2007, a localizat zonele cu beton degradat (Figura 13). Acestea erau la fața aval a disipatorului cilindric la câmpurile deversoare VIII-XIV parțial la câmpurile V și VII.

Figura 13 – Poziția cavernelor în prag Porțile de Fier 1

Dat fiind faptul că procesul de eroziune aval și de degradare a pintenului disipatorului este evolutiv, s-a realizat o nouă campanie de măsurători subacvatice. Măsurătorile s-au realizat în februarie 2010.

Figura 14 – Localizarea zonelor cu degradări Porțile de Fier 1

Rezultatele măsurătorilor au fost prelucrate pe ploturi, cu indicarea poziției și a adâncimii probabile a cavernelor depistate (Figura 15).

Figura 15 – Deteriorările depistate prin campania de măsurători 2010 Porțile de Fier 1

Există degradări la pintenul disipatorului la aproape toate câmpurile deversoare iar cele mai mari degradări sunt la câmpul deversor XIII. Degradarea fetei aval a disipatorului este continuă începând cu câmpul deversor IX până la câmpul XIV. La câmpurile XI – XIV degradările sunt peste cota 29.5 mdM și probabil sunt legate cu degradările din zona orizontală a disipatorului. Cea mai mare adâncime a cavernei din această zonă a degradării este de cca 3.0 m. Lungimea totală a zonei deteriorate a feței aval este de cca 110 m.

O primă cauză este abraziunea produsă de impactul particulelor de rocă dură, desprinse din albia aval și antrenate de vârtejul rotativ care se formează în avalul pragului disipatorului. O a doua cauză este cavitația inițiată de asperitățile betonului și vitezele foarte mari de curgere la decolarea de pe prag. Fenomenele de cavitație s-au amplifică odată cu formarea cavernelor în beton, având deci un caracter evolutiv.

Degradările  betonului sunt de natură abrazivă dar și de natură cavitațională. Cauza primară este însă abraziunea. Turbulența și vârtejurile, produse la deversare în aval de prag, antrenează particule de rocă dură rezultate din eroziunea albiei aval de baraj.

Soluția de punere în siguranță a barajului

Cavernele erozionale din pinten, cu caracter evolutiv, pun în pericol siguranța barajului. Dacă prin evoluție cavernele penetrează până la galeria de drenaj aval, aceasta este inundată. Chiar dacă prin poarta etanșe restul galeriilor pot fi izolate, controlul subpresiunilor asigurat de galeria aval nu se mai asigură. Creșterea subpresiunilor poate la limită periclita stabilitatea la alunecare a barajului.

Soluția propusa pentru remedierea cavernelor din fata inclinata aval a pragului disipatorului prevede:

Figura 16 – Soluția de remediere a degradărilor pragului aval Porțile de Fier 1

execuția unei diafragme aval, din coloane forate secante, la cca 3 m aval de prag, care servește drept cofraj pentru plombarea cu beton a cavernelor și a blocului de beton de protecție; diafragma, cu fundarea cu 3 m mai jos decât fundația pragului, constituie și o protecție fata de subspalare a pragului terminal în condițiile în care albia aval mai coboară prin eroziune;

betonarea cavernelor din pragul disipatorului si a spațiului intre pragul disipatorului si diafragma; pentru realizarea unui corp comun cu betonul vechi se folosesc ancore și se injectează rostul dintre betonul vechi și cel nou;

protejarea cu placi metalice a suprafeței de curgere pe zona orizontala a disipatorului si pe zona betoanelor nou turnate pentru a se evita fenomenul de cavitație.

Avarie disipator terminal al barajului și centralei Movileni

Acumularea Movileni este realizată în albia minoră și majoră a râului Siret, până în prezent fiind ultimul lac de acumulare din cadrul sectorului amenajat al râului Siret. Barajul, cu o înălțime constructivă de 19.50 m, este de tip stăvilar cu 7 deschideri de câte 16 m fiecare, obturate cu stavile segment, dintre care trei cu clapeta, restul de 4 stavile fiind stavile segment simple. Aval de baraj este un disipator cu doua trepte, urmat de o risbermă mobila. In perioada relativ lunga de la începutul proiectării (1990) si pana la finalizarea execuției (2007) fenomenele de eroziune a albiei au condus la coborârea talvegului în amplasamentul Movileni cu cca. 2,50 m. Ca urmare, s-a realizat o nouă treaptă de disipare pentru conjugarea biefurilor (treapta a -a), sub forma unui bazin disipator cu lungimea de 51 m.

Figura 17 – Barajul Movileni – vedere aval

Centrala hidroelectrică este amplasata adiacent barajului, la malul drept si are bazinul de liniștire aliniat cu disipatorul. Debitele turbinate sunt conduse in bazinul disipator treapta printr-un canal ce asigură un racord de 900 între bazinul de liniștire si șenalul aval. Soluția de racord cu albia râului prin ultima treaptă de disipare a fost impusă de modificarea schemei inițiale, în care bazinul de liniștire al centralei era continuat de un canal de aducțiune, paralele cu albia, către o centrală de mică putere în aval.

Figura 18 – Vedere în plan a frontului barat Movileni

Barajul deversor, de tip stăvilar cu ploturi independente, are radierul de 42 m lungime. Lungimea la coronament a barajului este 142 m, iar înălțimea este de 19,50 m. Din punct de vedere static, barajul este de tip deversor cu pile, radiere și culei independente. Barajul deversor, disipatorul de energie și zidurile laterale amonte și aval sunt fundate pe stratul aluvionar.

În câmpurile deversoare, rosturile permanente se află la 4 m în fata pilelor, pe direcția amonte-aval (câte două rosturi pe câmp cu excepția câmpurilor marginale în care este un singur rost la 4 m de fata pilelor. Pilele au grosime de 4 m. Din cele 7 câmpuri deversoare, echipate cu stavile segment de 16 x 8,5 m, trei sunt echipate cu clapete de 2 m înălțime pentru evacuarea plutitorilor și a ghețurilor la cota NNR, acestea sunt amplasate în câmpurile 1,2 și 7. Pentru manevre ușoare în perioada de iarnă, clapetele și piesele înglobate de acționare sunt încălzite.

Figura 19 – Secțiune amonte – aval baraj Movileni

Natura terenului de fundare

În secțiunea Movileni roca de baza aparține pleistocenului. Stratul de coperta, format in general din doua sau mai multe straturi formate din nisip, praf sau argila, nisip, praf are grosimea variabila de 0,5m – 4,5 m si o structura discontinua. Astfel, nisipurile sunt in general nisipuri cu îndesare medie sau afânate iar argilele sunt plastic consistente sau plastic vârtoase. Stratul de aluviuni se găsește sub stratul de coperta si este alcătuit din aluviuni grosiere, formate din nisipuri si pietrișuri cu rar bolovăniș, având o grosime variabila cuprinsa intre 6,00m- 15,00m. Sub stratul aluvionar se găsește complexul argilos-nisipos al cuaternarului (pleistocen) cu grosimea variind de la l,00 m la 5,00m, alcătuit din intercalații lenticulare de argile (argile grase, argile prăfoase, argile nisipoase), nisipuri (nisipuri prăfoase sau argiloase, nisipuri cu pietrișuri) si prafuri (prafuri nisipoase sau argiloase), intre care se întâlnesc nivele de apa sub presiune.

Avaria de la disipatorul terminal

In luna noiembrie 2010, zidul aval al treptei a disipatorului s-a prăbusit in groapa de eroziune din aval pe o lungime de cca 71 m. Prăbușirea s-a produs în centrul regularizării aval. S-a produs de asemenea si subspălarea pragului pe o lungime de cca. 53,25 m spre malul stâng. La racordul cu zidul mal drept al canalului de fugă al centralei hidroelectrice pragul a suferit o deplasare spre aval cu aproximativ 1,00 m concomitent cu subspălarea pragului pe o lungime de cca. 17,75 m.

Figura 20 – Releveu al avariei din noiembrie 2010

Au fost afectate de asemenea zidurile aval de racord mal drept și mal stâng și protecțiile elastice ale regularizării aval pe primii cca. 200 m. În urma investigațiilor efectuate cu scafandrii în luna noiembrie și a observațiilor vizuale la fața locului, rezultă că zidul de racord aval mal drept cu pragul deversor al canalului de fugă al centralei, precum și o mică porțiune din acest prag spre aval să fie subspălate.

Figura 21 – Pragul terminal prăbușit la barajul Movileni

Mai trebuie menționat faptul că urmare a viiturilor repetate, la valori ale debitelor tranzitate prin acumulare mai mari de 2000 mc/s, s-au dezvoltat încă din anul 2008 eroziuni in aval de treapta a III- a disipatorului. Eroziunile au avut o evoluție pe verticală si regresive, spre amonte, afectând construcțiile terminale din beton ale zidurilor aval de racord si a disipatorului treptei a III-a.

Cauzele avariei

Cauza majoră a avariei este coborârea talvegului aval ca urmare a unei „eroziuni generală a albiei râului”. Acumulările situate amonte de nodul hidrotehnic Movileni rețin aproape în totalitate debitul solid, care, coroborat cu exploatarea masivă a balastului de către stațiile de sortare, au contribuit decisiv la apariția și dezvoltarea fenomenului. Coborârea nivelurilor aval cu cca. 5 ÷ 6 m, a avut consecințe negative asupra conjugării biefurilor si a sistemului de disipare de la baraj, prin deteriorări ale treptei a -a și parțial a risbermei fixe (treapta II-a).

Figura 22 – Viitura din 31 iulie 2008 cu debite peste 2500 m3/s baraj Movileni

Avaria s-a produs și ca urmare a unor cauze favorizante. Soluția constructivă de compromis, cu debușarea debitelor turbinate în risbermă, a contribuit la curgerea neuniformă a apei peste pragul treptei a III- a disipatorului. Risberma mobilă a fost subdimensionata și nu a asigurat o disipare a energiei remanente după ieșirea din treptele primare de energie.

Intervențiile constructive pentru remedierea avariei

Pentru remedierea situației create de eroziunea regresiva soluția de reparații proiectată a constat in realizarea unui prism de stabilizare adiacent limitei aval a treptei a -a de disipare si a zidurilor de racord aval mal drept si mal stâng, amenajarea gropii de eroziune create imediat in aval de treapta a -a a disipatorului ca bazin de disipare treapta a IV-a, prin realizarea unui prag deformabil la cca. 100 m aval de pragul aval al treptei a III-a de disipare și protecția malurilor drept si stâng ale regularizării aval acolo unde s-au produs eroziuni care au afectat protecția inițiala cu gabioane;

În regim de urgentă, pentru stoparea fenomenului și exploatarea în continuare a centralei s-au executat o serie de lucrări din cele prevăzute (Figura 23):

prism de stabilizare amonte (adiacent limitei aval a treptei a -a de disipare) si lucrările de protecție a zidurilor de racord aval mal drept si mal stâng. Prismul si protecțiile laterale au fost realizate din anrocamente si stabilopozi si cuburi de beton. Lățimea la coronament a prismului a fost intre 8,00 m si 12,86 m;

consolidarea spre aval a prismului de stabilizare executat in prima etapa prin completarea acestuia pe încă 12,00 m la coronament cu anrocamente având greutatea intre 500 -1500 Kg, protejate la coronament si spre albia aval cu o carapace de stabilopozi de 2,20 m dispuși pe un rând. Prismul de stabilizare rezultat in final are o lățime la coronament cuprinsa intre 20,00 m si 25,00 m, acoperind astfel si zona de ruptură a radierului bazinului disipator treapta a III-a, acolo unde este cazul.

Figura 23 – Intervenții constructive în regim de urgență avarie Movileni

Avarie baraj de priză Ogrezeni

Acumularea Ogrezeni și lucrările aferente sunt amplasate pe cursul mijlociu al râul Arges, aval de podul autostrazii Bucuresti – Pitești, în extravilanul comunei Bolintin – Ogrezeni, jud. Giurgiu, la cca. 30 km de municipiul Bucuresti.

Amenajarea hidrotehnică de la Ogrezeni are rolul de a capta și deriva un debit de pînă la 26 m3/s, din râul Argeș, pentru alimentarea cu apă a municipiului București în condiții de deplină siguranță, cu reducerea substanțială a consumului de reactivi în stația de tratare Crivina și asigurarea cu apă potabilă a capitalei pe o perioadă de 3 – 5 zile în caz de poluare accidentală sau la viituri de peste 1.800 m3/s pe râul Argeș.

Sistemul constructiv este de tipul cu pile independente, unde sarcinile preluate de pile și radier sunt transmise terenului de fundare prin intermediul unor piloți Wolfsholz. Amenajarea are un front de retenție alcătuit dintr-un baraj fix de beton, deversant, lung de 49.10 m, situat spre malul drept, care se continuă cu stăvilarul. Acesta este compus dn 6 deschideri de câte 26 m , fiecare deschidere fiind echipată cu 2 stavile clapetă 13.00 x 2.00 m. La malul stâng sunt 3 deschideri de spălare închise cu stavile plane.

Pilele au grosimea de 4m, înălțimea de 8.20 m și lungimea de 14.00 m. Radierul are grosimea de 2.50 m și este fundat pe nisip și piețriș. În amonte și aval radierul este prevăzut cu pinteni, fundați tot pe piloți Wolfsholz.

Figura 24 – Dispoziție generală baraj Ogrezeni

După 10 ani de funcționare normală, la una din pilele situate lângă deschiderile de spălare a apărut o fisură din cauza fenomenului de sufozie. Soluția de remediere a constat din consolidarea terenului de sub pilă prin injecții cu ciment, precum și din refacerea perdelei de etanșare din amonte.

Figura 25 – Vedere aval a stăvilarului de la barajul de priză Ogrezeni

Avaria de la barajul de priză Ogrezeni

În perioada 21-23.10.2011 degradările incipiente ale rizbermei mobile s-au transformat în avarie, constând în eroziunea fundației rizbermei fixe a disipatorului de energie de la descărcătorul de ape mari și degradarea acesteia.

Primele 6 rânduri de plăci ale rizbermei fixe, pe o suprafață de cca. 1000 m2 s-au prăbușit în fundație, iar pragul terminal al rizbermei fixe s-a rupt în câteva locații. Debitele evacuate la baraj se scurgeau în aval în mare parte pe sub acest prag.

Figura 26 – Avarie inițială 21-23.10.2011 baraj Ogrezeni

Avarie extinsă martie 2012

Fenomenele care au provocat prima avarie au avut caracter evolutiv iar după numai patru luni, într-o perioadă cu debite relativ mici, avaria s-a extins afectând aproape în întregime rizberma. Fenomenele de subspălare se manifestă și la zidul de gardă de la malul stâng. Atât peretele mulat, care cât și zidul de sprijin aferent au deplasări spre albie și rotiri. S-a produs o alunecare a malului apărat, iar materialul din ebulment a ajuns în rizbermă, pe sub fundația acestora. La malul drept partea terminală a pereului regularizării mal drept, la limita aval a rizbermei s-a prăbușit.

Figura 27 – Avarie extinsă martie 2012 baraj Ogrezeni

Fenomenul care a generat avaria este coborârea talvegului râului aval de baraj care a modificat total conjugarea hidraulică a biefurilor și în același timp a dezechilibrat lucrările terminale ale rizbermei. Racordarea cu salt înecat a fost compromisă, vitezele de curgere pe rizbermă și aval de aceasta au crescut și a apărut o turbulență accentuată, cu efecte de antrenare a materialelor din albie. Forțele de antrenare sunt foarte mari, dovadă fiind migrarea masivă spre aval a blocurilor rizbermei mobile.

Coborârea talvegului a dezgolit parțial fața din spre aval a peretelui de gel beton pe care se sprijinea pragul terminal al rizbermei fixe. care nu a fost dimensionat ca element structural dat fiind faptul că era integral îngropat.

Rămas fără sprijin în aval peretele s-a rupt și creat o cale de spălare a materalului din fundația rizbermei fixe, prin eroziune regresivă. Pe seama golului creat apa a început să curgă predominant pe sub pragul terminal al rizbermei, accentuînd rata de dezvoltare a eroziunii regresive.

Figura 28 – Evoluția talvegului a barajului Ogrezeni

Intervențiile constructive pentru remedierea avariei

Etapa I – Pentru oprirea fenomenului de eroziune regresivă și fixarea patului albiei față de tendința de propagare spre amonte a coborârii talvegului se propune ca în prima etapă, în regim de urgență să se realizeze în aval de rizberma fixă, la cca 50 … 60 m, un perete de palplanșe duble solidarizate, încastrate cu fișe suficientă în patul actual al albiei.

Figura 29 – Soluții de remediere Etapa I

Etapa II – Lucrările propuse pentru această etapă sunt impuse de instabilitatea zidului de sprijin în care sunt pozate orificiile de descărcare a spălării deznisipatorului și instabilitatea zidului de gardă aval mal stâng. Instabilitățile se datoresc tot fenomenelor de subspălare care au un caracter evolutiv.

Figura 30 – Soluții de remediere Etapa II

Bibliografie

S.H. BUZĂU. Soluții pentru stoparea fenomenelor de eroziune, aplicate la A.H.E. Călimănești și A.H.E. Movileni. Seminarul Siguranța în exploatare și eficientizarea producției de energie în Hidroelectrica “. Alba Iulia, Aprilie 2010

2. Stematiu, D., Popovici, A., Covaceanu,D. Foundation Aging Phenomena for some Romanian Dams. Transactions of 24 Congress on Large Dams, Q95, R10, Kyoto, June, 2012.

3. Stematiu, D. Evaluarea stării de siguranța in exploatare pentru AHE Movileni. August 2016.

1. Energoprijekt – Hidroinzinjering. ”Expertiza starii disipatorului a barajului deversor

SHEN Portile de Fier I cu propunere de masuri pentru protectia suplimentara” ,

Belgrad”, iunie 2010.

2. Novak, D., Popescu, M. Soluție tehnică pentru remedierea eroziunilor apărute la

disipatorul de energie al barajului deversor Porțile de FierI. Hidrotennica, vol. 58, Nr. 6-7

2013

3. Stematiu, D., “Expertiza starii disipatorului barajului deversor Portile de Fier I” faza II “

Studiul de fezabilitate” – Punct de vedere al consultantului roman, octombrie 2011.