ELEMENTE MORFOLOGICE ALE ALBIILOR, FORMAREA ȘI EVOLUȚIA ACESTORA [303146]

[anonimizat] a râului sunt influențate de forma văii.

Secțiunea transversală a [anonimizat] „V și U”.

Văile care au o secțiune transversală în forma literei „V”, [anonimizat]/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”, [anonimizat] o [anonimizat], permițând formarea albiilor majore.

[anonimizat].

[anonimizat] ([anonimizat], [anonimizat].). Traiectoria albiei minore este mai sinuoasă și mai puțin stabilă.

[anonimizat], [anonimizat].

[anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat] o traversadă defavorabilă (Figura 2.1 Secțiunea a-a). [anonimizat], se obține o traversadă favorabilă (Figura 2.1 Secțiunea b-b). În această secțiune a [anonimizat], 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.) [anonimizat]. 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;

[anonimizat] 1,60 iar în Dobrogea coeficientul de siunuozitate variază între 1,05 și 1,15.

[anonimizat]-o [anonimizat], rezultând astfel tendința continuă de mărire a secțiunii de scurgere și lărgire a curbei în acel sector.

[anonimizat]; aceasta însă numai până la o anumită evoluție a curbei, un adâncimea stagnează și vitezele apei sunt reduse.

Dacă curba are o [anonimizat] o meandra (Figura 2.2). Lungimea între două bucle consecutive se numește pasul meandrei. [anonimizat], se numește lobul sau capul meandrei.

Suprafața adâncită a malului concav se numește firidă. [anonimizat], [anonimizat] 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 aproprierea 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 patru 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 capat 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. Dupa importanță lor, digurile se clasifica în:

a. 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. 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. 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.