Cercetări privind siguran ța în exploatare a amenajărilor hidrotehnice [631853]

Cercetări privind siguran ța în exploatare a amenajărilor hidrotehnice

= 1 =
Capitolul I. Amenajări hidrotehnice

I.1. Considerații generale
Amenajările hidrotehnice sunt lucrări complexe ce sunt executate pentru combaterea
efectelor distructive ale apei sau pentru folosirea apei în diverse scopuri.
Construcțiile hidrotehnice sunt parte integrantă din amenajările hidrotehnice și reprezintă
construcțiile inginerești care intră în contact direct cu apa, împreună cu alte construcții sau
echipamente. Fiind lucrări de anvergură, atât c a alcătuire, cât și ca execuție și exploatare, la
proiectarea și realizarea lor participă diverse discipline tehnice: hidraulica, fizica construcțiilor,
geotehnica, mecanica pământurilor și a rocilor, seismologia, tehnologia materialelor, utilaje ,
instalaț ii, etc., necesitând studii, cercetări și proiectări amplu coordonate. Totodată, pentru
realizarea lor sunt implicate volume mari de lucrări (excavații, umpluturi, betoane de suprafață și
în subteran, lucrări pentru devierea apelor etc.), necesitând efortu ri deosebite din punct de vedere
tehnic și economic. [1]
Prin aceste construcții se urmărește folosirea apei în următoarele scopuri:
– alimentare cu apă potabilă și industrială;
– producerea de energie electrică;
– irigații;
– atenuare a viiturilor;
– lucrări de apărare și drenare;
– dezvoltarea transportului pe apă;
– dezvoltarea pisciculturii;
– agrement.
Construcțiile hidrotehnice prezintă o serie de caracteristici și particularități, deosebindu –
se de celelalte construcții inginerești datorit ă supunerii intense acțiunii apei prin:
– acțiunea mecanică : manifestată ca presiune hidrostatică și hidrodinamică;
– acțiunea fizică : eroziuni, afuieri, spălări, degradări de betoane și roci;
– acțiunea chimică : degradări de betoane prin coroziune provocate de diverse substanțe,
sufozii chimice în terenurile de fundație;
– acțiunea biologică asupra betoanelor sau altor materiale de construcție exercitată prin
intermediul algelor, bacteriilor, ciupercilor.
Construcțiile hidrotehnice au un impact semnificativ asupr a regiunilor învecinate datorită
lacurilor de acumulare ce se întind pe suprafețe mari, scoțând din folosință terenuri întinse,

Cercetări privind siguran ța în exploatare a amenajărilor hidrotehnice

= 2 =
uneori necesitând strămutări de așezări omenești, drumuri, producând modificări ecologice în
zonă. [1]
Lacurile artificiale de acumulare de pe întregul glob pământesc, permit suplimentarea cu
circa 25% a stocurilor stabile din curgerile anuale ale râurilor din întreaga lume. Tendința
generală este ca lacurile artificiale în special cele cu volum mare să fie dimensionate pentru a
satisface mai multe folosințe (irigații, producere de energie hidroelectrică, alimentări cu apă,
combaterea inundațiilor, piscicultura, turism etc.). Această concepție permite satisfacerea
diverșilor consumatori în cele mai avant ajoase condiții economice. [2]

I.2. Progrese în construcția barajelor
Istoria ne -a dovedit că de -a lungul timpului, oamenii s -au așezat lângă cursurile de apă
tocmai pentru a satisface nevoia de apă potabilă, atât pentru ei cât și p entru animale. Odată cu
creșterea comunității, accesul facil al fiecărui om la sursa de apă devine din ce în ce mai
anevoios. Din acest motiv, pentru putea continua dezvoltarea ca societate, oamenii au gândit și
realizat acumulări de apă cu scopul de a o distribui tuturor membrilor comunității și pentru a crea
rezerve de apă. Construirea de baraje pe cursurile de apă devine metoda principală prin care se
realizau acumulările de apă. În acest mod, s -au dezvoltat marile civilizații (Egipt, Persia,
Imperiul R oman , etc. ) punând bazele primelor acumulări de apă consemnate de istorie. [3]
Primele baraje realizate au fost cele din pământ și anrocamente. Sunt consemnate
barajele: Saad -El-Katara în Egipt (construit probabil cu circa 4800 de ani în urmă), unele baraje
ridicate cu peste 3000 de ani în urmă pe râurile Amu -Daria și Sir -Daria, barajele din Ceylon,
Siria, India, Japonia, încă de la începutul erei noastre. Baraje din pământ și anrocamente
construite în India și Japonia, în jurul anului 1000, mai sunt și astăzi în funcțiune. [1]
În România printre primele amenajări consemnată este Acumularea Dracșani (jud.
Botoșani) ce datează din timpul domniei lui Ștefan cel Mare.
Cu timpul cele mai favorabile amplasam ente pentru barajele de pământ și anrocamente s –
au amenajat, iar odată cu revoluția industrială cerința de apă a crescut. Prin descoperirea
betonului ca material de construcție și folosirea acestuia la scară largă, s -a evidențiat posibilitatea
realizării u nor baraje din beton, care să confere o capacitate de stocare a apei mai mare decât cele
din pământ. Acest aspect îmbinat cu noua folosință de apă (industria), au făcut ca ritmul de
realizare a amenajărilor hidrotehnice să explodeze. Din acest motiv, încep utul propriu -zis al
amenajărilor hidrotehnice să fie considerat în această perioadă.
Primele baraje de greutate au început să fie construite la începutul epocii moderne, având
secțiuni mai mult sau mai puțin dreptunghiulare și erau dimensionate mai mult e mpiric.

Cercetări privind siguran ța în exploatare a amenajărilor hidrotehnice

= 3 =
Barajele în arc au început să fie construite pentru prima dată în anii 527 -568 la frontiera
turco -siriană, dar progrese nu s -au realizat până în secolul XX, cu excepția câtorva baraje
construite în secolele XVI -XVII în Spania și Italia. Progresele realizate în tehnologia betonului a
dus ca primele 6 decenii ale secolului XX să se construiască peste 500 de baraje în arc .
Barajele cu contraforți au început să fie construite la sfârșitul secolului XIX și începutul
secolului XX, în paralel cu punerea l a punct a tehnologiei betonului armat. [3]
Progrese importante în proiectarea și construcția barajelor au fost realizate în parte ca un
rezultat al experienței dobândite din exploatarea cu succes a marii majorități a barajelor s au din
postanaliza accidentelor și incidentelor apărute în exploatarea sau construcția unora dintre ele.
Progresele cele mai importante s -au datorat însă lărgirii cunoștințelor de mecanica rocilor,
geotehnică, materiale de construcție, hidrologie, dezvoltă rii de noi modele matematice de calcul
potențate de calculatoarele electronice. Ele au condus la o evaluare mai precisă a încărcărilor pe
baraje, o mai bună înțelegere a comportării lor și au permis simularea matematică a unor scenarii
atipice inclusiv de rupere; pe această bază soluțiile au putut fi rafinate și optimizate în condițiile
asigurării unui grad de siguranță corespunzător. Proiectarea asistată de calculator, a devenit în
prezent o practică curentă, asigurând o eficiență maximă a procesului de pr oiectare, cu costuri
minime. [2]
Până în anul 1900 au fost realizate aprox. 400 de baraje cu o înălțime mai mare de 15m.
Acestea au rolul de a stoca apa pentru perioadele deficitare, de a atenua viiturile și de a controla
debit ele furnizate în aval. Totodată barajele înalte creează concentrări de căderi de apă utilizabilă
pentru generarea energiei hidroelectrice. Din acest considerent, după anul 1900 construirea de
baraje cunoaște o creștere spectaculoasă ( Figura I.1). [2]

Figura I.1 – Evoluția numărului de baraje după perioada construcției [2] [4]

Cercetări privind siguran ța în exploatare a amenajărilor hidrotehnice

= 4 =
În Tabelul I.1 este realizată o statistică a barajelor cu înălțimi de peste 15m în lume . Se
poate constata că în anul 1950 existau aproximativ 5200 de baraje consemnate, iar la sfârșitul
anului 1986 existau în lume puțin peste 37.000 de baraje din care mai mult de 85% au fost
construite în ultimii 3 6 de ani. Totodată se poate observa că cele mai multe baraje sunt construite
în China, având o creștere spectaculoasă a numărului de baraje construite în aproximativ 30 de
ani (intervalul 1950 – 1982).
Tot în China, este construit și cel mai înalt baraj din lume: Jinping 1 (Jinping 1st
Cascade), pe râul Yalong ( Tabelul I.2). Acesta este un baraj în arc, cu o înălțime H = 305 m și o
lungime a coronamentului L = 56 9 m.

Tabelul I.1 – Evoluția numărului de baraje cu H > 15 m [2] [4]
Anul
Continentul 1950 1982 1986 2015
Africa 133 665 763 2098
Asia 1554 4194 4569 12308
Australia -Oceania 151 448 492 507
Europa 1323 3961 4114 5977
America 2099 7303 8479 12919
China 8 18595 18820 23842
Total 5268 35166 37237 57651

Tabelul I.2- Cele mai înalte baraje din lume [4]
Nr.
Crt. Numele barajului H
[m] Țara Tip
1 Rogun (c) * 335 Tadjikistan Pământ
2 Bakhtiyari (c) * 315 Iran Arc
3 Jinping 1 305 China Arc
4 Nurek 300 Tadjikistan Pământ
5 Lianghekou 295 China Anrocamente
6 Xiaowan 294 China Arc
7 Xiluodu 286 China Arc
8 Grande Dixence 285 Elveția Greutate
9 Baihetan 277 China Arc
10 Inguri 272 Georgia Arc
*(c) – baraj aflat încă în construcție

Având în vedere volumul total de apă , există în lume cantități uriașe stocate în spatele
unor baraje ( Tabelul I.3). În prezent cea mai mare acumulare este cea realizată de către barajul
Kariba situat pe râul Zambezi, amplasat la granița dintre Zimbabwe și Zambia, cu o înălțime de
H = 128 m și o lungime la coronament de L = 579 m. În spatele barajului se formează o
acumulare de 180.600.000.000 m3, adică 180 .6 km3.

Cercetări privind siguran ța în exploatare a amenajărilor hidrotehnice

= 5 =
Tabelul I.3- Cele mai mari lacuri de acumulare din lume [4]
Nr.
Crt. Numele barajului V
[km3] Țara Tip
1 Kariba 180.60 Zimbabwe/Zambia Arc
2 Bratsk 169.00 Rusia Greutate
3 High Dswan Dam 162.00 Egipt Arc
4 Akosombo 150.00 Ghana Anrocamente
5 Daniel Johnson (Manic 5) 141.85 Canada Contraforți
6 Guri 135.00 Venezuela Greutate
7 Bennett W.A.C. 74.30 Canada Anrocamente
8 Krasnoyarsk 73.30 Rusia Greutate
9 Zeya 68.40 Rusia Greutate
10 Hidase (c) 63.00 Etiopia Greutate

În România sunt construite 191 de baraje ce au o înălțime mai mare de 15 m.
În Tabelul I.4 este prezentată o statistică cu cele mai înalte baraje din România. După
cum se poate observa, c el mai înalt este barajul Gura Apelor de pe Râul Mare. Acesta are o
înălțime H = 168 m, cu o lungime a coronamentului de L = 464 m [5],
Totodată, există și acumulări de apă considerabile ( Tabelul I.5). Cel mai mare volum de
apă este acumulat de către barajul Porțile de Fier I, V = 1.45 km3 de apă.

Tabelul I.4- Cele mai înalte baraje din România [5]
Nr.
Crt. Numele barajului H
[m] Râul Tip
1 Gura Apelor 168 Râul Mare Anrocamente
2 Vidraru 166 Argeș Arc
3 Izvorul Muntelui 127 Bistrița Greutate
4 Poiana Mărului 125 Bistra Mărului Anrocamente
5 Siriu 122 Buzău Anrocamente
6 Vidra 121 Lotru Anrocamente
7 Drăgan 120 Drăgan Arc
8 Râușor 120 Râul Târgului Anrocamente
9 Cerna Închidere 110 Cerna Anrocamente
10 Cerna Principal 110 Cerna Anrocamente

Tabelul I.5- Cele mai mari lacuri de acumulare din România [5] [6]
Nr.
Crt. Numele barajului V
[hm3] Râul Tip
1 Porțile De Fier I 1450 Dunăre Greutate/Pământ
2 Stânca -Costești 1400 Prut Greutate/Pământ
3 Izvorul Muntelui 1230 Bistrița Greutate
4 Vidraru 450 Argeș Arc
5 Porțile De Fier II 400 Dunăre Greutate/Pământ
6 Făgăraș Hoghiz 375 Olt Greutate/Pământ
7 Vidra 340 Lotru Anrocamente
8 Valea Sadului 306 Jiu Pământ
9 Gogoșu 300 Dunăre Greutate/Pământ
10 Fântânele 212 Someșul Cald Anrocamente

Cercetări privind siguran ța în exploatare a amenajărilor hidrotehnice

= 6 =
I.3. Clasificarea construcțiilor hidrotehnice
1. Clasificarea după rol și specific [7]
După rolul pe care îl îndeplinesc în cadrul amenajărilor hidrotehnice, construcțiile
hidrotehnice se împart în două mari categorii:
– construcții generale , care se aplică în mai multe sau în toate ramurile economiei apelor;
 construcțiile de retenție : barajele de toate tipurile, digurile;
 construcțiile de derivație : stăvilarele cu părțile lor fixe și mobile;
 construcțiile de regularizare : digurile pentru dirijarea și devierea cursurilor de apă,
construcțiile de consolidare a malurilor și fundului albiilor, construcțiile pentru reținerea
depunerilor;
 construcțiile de descărcare , pentru a evacua apele din lacurile de acumulare sau
derivație, din canale, din camerele de apă;
 construcțiile pentru captarea apei , pentru a capta apa și a o dirija spre aducțiune;
 construcțiile de aducțiune : canalele, conductele, galeriile hi drotehnice.
– construcții speciale , care se aplică într -o singură ramură a economiei apelor și sunt specifice
folosinței acesteia.
 construcțiile hidroenergetice , camerele de echilibru, conductele și galeriile forțate,
centralele hidroelectrice cu anexele lor, canalele și galeriile de fugă;
 construcțiile hidroameliorative , instalații de captare, bazine de decantare, rețele de
irigații și desecare, colectoare, drenaje;
 construcțiile pentru căi interioare de transport pe apă , canale, ecluze, ascensoare de
vase, debarcadere, cheiuri portuare, docuri;
 construcțiile portuare situate pe căi interioare de navigație și porturile maritime;
 construcțiile pentru alimentări cu apă și canalizări : prize speciale, instalații pentru
îmbunătățirea calităților apei, stații de pompare, rețele de distribuție, rețele de colectare,
instalații de epurare;
 construcțiile pentru amenajări piscicole și stuficole : iazuri, heleșteie;
 construcțiile aferente căilor de comunicații terestre : traversări peste cursuri de apă,
apărări de drumur i și căi ferate;
 construcțiile pentru folosințe diverse : amenajări sportive, de agrement, sanitare etc.

Cercetări privind siguran ța în exploatare a amenajărilor hidrotehnice

= 7 =
2. Clasificarea după importanță
Pentru stabilirea coeficienților de siguranță și a debitelor necesare pentru dimensionarea
construcțiilor hidrotehnice, este necesară o clasificare a acestora. STAS 4273 -83 clasifică
construcțiile hidrotehnice cinci clase de importanță (Tabelul I.6) [8].

Tabelul I.6 – Caracterizarea construcțiilor și instalațiilor hidrotehnice cu o anumită clasă de importanță [8]
Clasa de
importanță Caracterizarea construcțiilor și instalațiilor hidrotehnice
I Construcții hidrotehnice a căror avariere are urmări catastrofale sau la care
întreruperile în funcționare sunt inadmisibile
II Construcții hidrotehnice a căror avariere are efecte grave sau a căror
funcționare poate fi întrerupta în mod excepțional, pentru scurt timp
III Construcții hidrotehnice a căror avariere pune în pericol obiective social –
economice
IV Construcții hidrotehnice a căror avariere are o influență redusă asupra altor
obiective social -economice
V Construcții hidrotehnice a căror avariere nu are urmări pentru alte obiective
social -economice

Totodată, în funcție de riscul asociat, NTLH -021 reglementează încadrarea barajelor prin
4 categorii de importanță ( Tabelul II.6)

3. După capacitatea de producție [7]
După capacitatea de producție amenajările hidroenergetice, se împart în patru categorii,
funcție de mărimea puterii instala te (Tabelul I.7).

Tabelul I.7 – Stabilirea categoriei construcțiilor și instalațiilor hidrotehnice pentru producerea energiei [7]
Puterea instalată (kW) Categoria
peste 250000 1
250000 – 50000 2
50000 -5000 3
sub 5000 4