1. Stadiul actual al abordării fenomenului de interacțiune teren – structură în ingineria construcțiilor speciale 1.1. Construcții hidrotehnice… [618297]

1. Stadiul actual al abordării fenomenului de interacțiune
teren – structură în ingineria construcțiilor speciale

1.1. Construcții hidrotehnice

Construcțiile hidrotehnice reprezintă construcțiile inginerești și elementele conexe ale
acestora care fac parte din amenajările hidrotehnice. Amenajările hidrotehnice pot avea în general
scop energetic, de alimentare cu apă sau de regularizare a unor curs uri de apă și au de obicei o
importanță deosebită pe plan local sau național prin prisma distrugerilor provocate de avarierea
acestora. Construcțiile hidrotehnice înglobează aproape toate tipurile de structuri, de la clădiri
administrative sau care adăpost esc echipamente electrice sau hidroelectrice, ecluze, amenajări
portuare până la elemente masive precum barajele. Elementele anexe ale acestora pot fi galerii,
elementele aducțiunilor de apă (masive de ancoraj, supratraversări, elemente de disipare a energ iei
etc.).

Amenajarea hidrotehnică Porțile de Fier I

Barajul și lacul Vidraru

Exemple ale amenajărilor hidrotehnice românești de interes național pot fi considerate
amenajarea Dunării prin lacul de acumulare creat de barajul Porțile de Fier (1971) și amenajările
realizate în aval de acesta (figurile 1 -3), amenajarea hidroenergetică complexă a râului Bistrița cu
lacul de acumulare Izvorul Muntelui cu volumul de 1230 mil m3, amenajarea râului Argeș cu scopul
producerii energiei hidroelectrice prin hid rocentrala UHE Argeș și a lacului de acumulare Vidraru
(figura 4) , dar și atenuarea undelor de viitură și redarea în circuitul agricol a unor suprafețe expuse
efectelor inundațiilor sau nodul hidrotehnic Hațeg cu barajul și lacul Gura Apei (figura 5) , fiind de

altfel cel mai înalt baraj din România (168 m în secțiunea maestră) și centrala hidroelectrică CHRMR
– Centrala Hidroelectrică Râul Mare Retezat.

Figura 1. Amenajarea hidrotehnică a fluviului Dunărea

Figura 2. Vedere plană a amenajării hid rotehnice Porțile de Fier I

Figura 3. Amenajarea hidrotehnică Porțile de Fier – Profil longitudinal

Figura 4. Schema amenajării râului Argeș

Figura 5. Barajul Gura Apei – Secțiune transversală

Problemele de interacțiune cu terenul de fundare pentru construcțiile hidrotehnice sunt
importante, iar erorile în evaluarea corectă a acestora poate conduce la avarii enorme prin cedarea
elementelor structurale ale acestora. În cadrul elementelor masive (baraje, masive de ancoraj,
centrale hidroelectric e) este importantă transmiterea încărcărilor terenului de fundare și reacțiunile
acestuia în diversele ipoteze de exploatare sau a acțiunilor accidentale (viituri, seism) și punctele de
reazem în cazul structurilor unde distribuția eforturilor are caracter complex (baraje în arc). De notat
este și faptul că aceste construcții cuprind aproape toate tipurile de elemente geometrice precum
plăci, grinzi de fundare, arce sau fundații masive. Prescripțiile de proiectare și metodele de calcul au
evoluat în timp și datorită măsurătorilor efectuate în timpul exploatărilor acumulărilor existente,
măsurători ce au cuprins studiul distribuției eforturilor și presiunilor cat și accelerații și oscilații
seismice. Măsurătorile eforturilor la baza barajelor Hiwassee sau Sha sta [referință Prișcu vol 1] au
arătat distribuții diferite față de diagramele teoretice, eforturi ce depind de natura terenului de
fundare.
În 1928 este fondată Comisia Internațională a Barajelor Mari (ICOLD – International
Comission On Large Dams) cu co mitete naționale din 100 de țări și înregistrarea a 58519 baraje
până în acest moment. În cadrul acestei comisii sunt evaluate și monitorizate amenajările existențe
și sunt completate baze de date privind evoluția caracteristicilor și materialelor acestora în timpul
exploatării. Printre rezultate acestei entități se numără numeroase publicații și constatări tehnice
menite să îmbunătățească proiectarea, exploatarea și consolidarea amenajărilor hidrotehnice din
toată lumea.
Recent în România s -au realizat mi crohidrocentrale și captări de apă, iar în perioada
următoare există planuri de retehnologizare a unor amenajări hidrotehnice existente. Interacțiunea
dintre elementele structurale și terenul de fundare este de asemenea importantă în cadrul structurilor
existente propuse spre reabilitare/retehnologizare, dar și în cadrul amenajărilor de mică putere unde
dimensionarea optimă conduce la un impact mai redus asupra mediului înconjurător.

MHC Săpânța – Clădire microhidrocentrală

MHC Săpânța – Sala mașini

1.2. Construcții hidroedilitare

Construcțiile hidroedilitare și de gospodărie comunală sunt construcțiile speciale din cadrul
sistemelor de alimentară cu apă și canalizare, sisteme ce includ stațiile de tratare și epurare. Acestea
sunt, în general, de intere s local și pot fi adiacente construcțiilor hidrotehnice. Construcțiile specifice
acestor sisteme sunt captările surselor de apă, stațiile de pompare, elemente structurale ale rețelelor
(supratraversări, masive de ancoraj), rezervoare de apă sau bazine afer ente proceselor tehnologice
din cadrul stațiilor de tratare sau epurare. Tot aici pot fi integrate clădirile administrative și
pavilioanele tehnologice care sunt de fapt clădiri ce găzduiesc anumite funcțiuni sau echipamente
tehnologice.

Stația de epurare Dudeștii Noi – Pavilion tehnologic

Sistemele de alimentare cu apă și canalizare sunt într -o continuă dezvoltare în țara noastră
prin Programul Operațional Sectorial de Mediu (POS Mediu) și continuat cu Programul Operațional
Infrastructura Mare (P OIM), programe prin care se stabilește strategia de investiții și alocare a
fondurilor europene în vederea dezvoltării infrastructurii în condiții de management eficient al
resurselor, protecția mediului și a biodiversității precum și promovarea adaptării la schimbările
climatice.
Problemele structurale și de interacțiune cu terenul de fundare sunt mai reduse față de cele
ale construcțiilor hidrotehnice, dar la fel de variate. Construcțiile aferente sistemelor de apă și
canalizare înglobează elemente din b eton armat îngropate precum bazine, stații de pompare sau
rezervoare de apă precum și structuri supraterane complexe precum supratraversările de conducte.

Supratraversare a conductelor de termoficare – Oradea, jud. Bihor

În cadrul dezvoltării infrastructurii în anumite zone urbane se pot adăuga în această categorie
sistemele de termoficare sau construcții conexe ale centralelor electrice de termoficare (CET) precum
estacade de conducte, platforme tehnologice, masive de anc oraj, structuri de susținere sau depozite

pentru zgură și cenușă. Aproape toate aceste structuri au un pronunțat caracter geotehnic în
dimensionarea structurală iar evaluarea corectă a interacțiunii cu terenul de fundare, umpluturilor
sprijinite sau condiț ii precum etanșeitatea la apă sau alte fluide conduce la soluții tehnico – economice
optime și la timpi de execuție reduși. De asemenea există necesitatea amplasării unor elemente
structurale în terenuri slabe precum umpluturi sau în vecinătatea altor stru cturi care nu pot fi
dezafectate.

1.3. Construcții hidroameliorative

Construcțiile hidroameliorative includ regularizări de râuri, lucrări de irigații, amenajări
piscicole, lucrări de desecare și ale elemente conexe în general cu caracter agricol. Din punct de
vedere structural se aseamănă cu construcțiile hidrotehnice și hidroedilitare, fiind în general la o
scară mai mică, deși ansamblul lor poate aduce o contribuție importantă din punct de vedere al
infrastructurii la nivel național. Printre elementele st ructurale ce alcătuiesc aceste construcții se
numără pragurile deversoare din beton, pereurile, polderele, canalele, stăvilare și alte acumulări
temporare sau permanente.
Evaluarea precară a structurilor de protecție la inundații poate conduce la pagube materiale
importante, de aceea siguranța și întreținerea acestora are un rol important. Interacțiunea cu terenul
de fundare apare în cazul digurilor, pragurilor din beton, barajelor de pământ sau a stăvilarelor care,
asemenea construcțiilor hidroedilitare , atunci când este evaluată corect, conduce la soluții tehnico –
economice optime și un impact redus asupra mediului.
Se consideră că elementele de calcul și experiența dovedită în cazul construcțiilor
hidrotehnice se poate aplica, la o scară mai mică, ș i în cazul acestor structuri.

1.4. Obiectivul și c onținutul tezei de doctorat

1.4.1. Obiectivul tezei de doctorat

Scopul prezentei lucrări este, în prima parte a sa, de a identifica modul în care interacțiunea
dintre terenul de fundare și structura de rezistență a construcțiilor speciale influențează starea de
eforturi și deformații pentru diverse tipuri de modelare numerică și de a îmbunătăți prin eventuale
corecții a curatețea calculelor structurale din cadrul proiectării curente. În a doua parte autorul
studiază stabilitatea la alunecare a fundațiilor și elementelor masive printr -un studiu de caz completat
de încercări experimentale, studiu prin care se evaluează comp ortarea elementelor structurale după
producerea alunecării și creșterea forțelor de frecare rezistente prin introducerea unor elemente
(pinteni) ce măresc coeficienții de frecare prin fenomenul de brăzdare.
În ultimii ani s -au perfecționat algoritmi anal itici prin care să se poată înlocui terenul de
fundare cu modele matematice echivalente, iar în prezenta teză de doctorat autorul supune practicii
proiectării curente câteva dintre aceste modelări matematice cu aplicabilitate în domeniul ingineriei
structu rale. Astfel s -au construit scheme statice ale unor reazeme elastice de tip Kerr sau Pasternak
– Kerr și s -a analizat efectul acestora în calculele de rezistență ale elementelor de tip placă din beton
rezemată pe un mediu de fundare elastic în vedere posib ilei implementări ulterioare în ghiduri sau
coduri de proiectare. Nu în ultimul rând autorul susține calculele de dimensionare cu metoda
elementului finit în proiectarea curentă și încearcă să adapteze soluții analitice acestui procedeu de
calcul care a de venit popular deoarece permite inginerilor modelarea unor ansambluri structurale
complexe.

1.4.2. Conținutul tezei de doctorat

În Capitolul 1 se face o scurtă introducere a importanței studiului interacțiunii dintre
structuri și terenul de fundare în ingineria construcțiilor speciale și se subliniază caracterul variat al
acestor structuri, precum și a problemelor ce pot fi cauzate în urma avariilor acestora. Un lucru
important reprezintă dezvoltarea actuală a României din punct de vedere al infrastructurii și
necesitatea expertizării și reabilitării unor lucrări existente, fiind importantă realizarea unor
metodologii care să vină în sprijinul unor viitoare investiții în domeniul hidrotehnic sau hidroenergetic.
Capitolul 2 reprezintă o sinteză a reazemelor elastice și a principiilor de simplificare a
acestora în proiectarea structurală curentă. În prima parte a acestuia (subcap itolul 2 ) se sintetizează
prevederile normativului de referință pentru calculul fundațiilor din ța ra noastră (NP112 -2014)
privind modelarea reazemelor elastice ale fundațiilor și metode analitice de calcul pentru acestea,
mai exact mediul elastic tip Winkler. În a doua parte a capitolului (subcapitolele 3 -4) se prezintă
metode moderne de rezemare pe me diu elastic – reazeme elastice cu doi sau trei parametri și mediul
elastic continuu.

În cadrul Capitolului 3 se prezintă primul studiu de caz privind variația stării de eforturi în
structura unui bazin din beton armat din cadrul unei stații de epurare. Pe ntru un bazin din beton
armat dimensionat se analizează variația eforturilor în radier în funcție de diferite rigidități are
resorturilor tip Winkler ce constituie reazemul elastic la nivelul radierului acestuia. Se observă
diferențe semnificative pentru c reșteri ale acestor rigidități, recomandarea autorului fiind ca
structurile de acest gen să fie verificate pentru variații ale acestui parametru al reazemului simplificat
tip Winkler și luarea măsurilor aferente în cazul în care se constată posibile crește ri sau concentrări
de eforturi.
Capitolul 4 cuprinde al doilea studiu de caz al influenței rigidității resorturilor reazemelor tip
Winkler asupra radierelor din beton, și anume un radier al hidrocentralei MHC Săpânța solicitat de
patru turbine și încărcă rile normale de exploatare. Radierul este executat în umplutură, fapt ce a
determinat evaluarea a două tipuri de reazeme elastice cu rigidități diferite. Acest studiu de caz
analizează simplificarea schemei de calcul prin introducerea reazemelor pentru a e vita modelarea
întregului radier și efectul acestora asupra stării de eforturi și deformații. Prin calculul structurii în
ansamblu s -a evitat realizarea de fundații ale turbinelor izolate de structură și implicit s -a redus
consumul de materiale asigurând î n același timp o masă stabilizatoare adecvată împotriva vibrațiilor.
În cadrul Capitolului 5 se prezintă al treilea studiu de caz, și anume o comparație între
reazemele de tip Winkler, Kerr, Pasternak – Kerr și mediul continuu solid, în care ultimul este
considerat referința. Autorul construiește reazemele de tip Kerr și Pasternak – Kerr în programul de
calcul automat SAP2000 (cu care se realizează de altfel calculele statice) aplicând relațiile analitice
prezentate în capitolul 2. Pentru această analiză s e aleg mai multe cazuri de încărcare, considerate
ca fiind des întâlnite în proiectarea curentă și se evaluează starea de eforturi și deformații într -un
element de tip placă cu dimensiunile în plan 5×4 m. Calculele se realizează pentru mai mulți parametri
de compresibilitate ai terenului de fundare și se urmăresc variațiile eforturilor și deformațiilor, iar
comparația acestora se face după un sistem de abateri descris de autor.
Capitolul 6 prezintă problemele de contact în proiectarea curentă și descrie conceptul de
rigiditate la încovoiere a unui element de tip grindă din beton amplasată pe mediu elastic. Într-un
mic studiu de caz comparativ ce înglobează două tipuri de reazeme elastice (ti p Winkler respectiv
mediul continuu solid) se analizează diferențele eforturilor de încovoiere dintre cele două modele de
calcul și se propun moduri de corecție pentru rigiditățile resorturilor reazemului elastic tip Winkler.
În prima parte a Capitolului 7 se prezintă modul de verificare a fundațiilor și elementelor
masive la alunecare în practica proiectării curente și a normelor specifice actuale. Autorul descrie
calculul forțelor de frecare rezistente și sintetizează date înregistrate privind coeziunea la nivelul
tălpii de fundare a barajelor precum și coeficienți de frecare recomandați pentru diferite tipuri de
terenuri.
În a doua parte a capitolului autorul introduce noțiunea de creștere a rugozității tălpii
fundației pentru apariția fenomenului de f recare prin brăzdare. Practic se introduc elemente tip pinten
pe talpa fundației și se evaluează aportul acestora în calculul forțelor de frecare rezistente. Elementul
de nou este aplicarea acestor relații din tribologie în calculul fundațiilor și aportul acestor elemente
de tip pinten atât în forțele de frecare rezistente statice, cât și în cele cinetice (după declanșarea
alunecării). Ca studiu de caz se propune fundația unui suport de conducte tehnologice de șlam dens
din cadrul unei estacade. Fundația es te solicitată de forțe orizontale date de conducte. În completare
se realizează încercări experimentale pentru patru tipuri de astfel de fundații și două terenuri diferite
de fundare pentru care se determină separat forțele de frecare rezistente statice și cinetice.
Capitolul 8 încheie prezenta lucrare prin intermediul concluziilor finale privind cele două idei
dezvoltate în decursul cercetării (reazeme elastice și stabilitatea la alunecare a fundațiilor). Se
evidențiază contribuțiile autorului și se prop un direcțiile de cercetare ulterioare.