CUVÂNT ÎNAINTE

Căile navigabile sunt construcţii sau amenajări hidrotehnice

realizate pentru a deservi transportul pe apă. Lucrarea nu face

referire la transportul maritim, amenajările pentru navigaţie din

această zonă fiind apanajul celor care se ocupă de controlul

navigaţiei.

Importanţa studierii, proiectării, execuţiei şi exploatării căilor

navigabile interioare rezultă din deosebita eficienţă economică a

transportului pe apă – pentru o foarte largă gamă de mărfuri şi

pentru pasageri – în comparaţie cu transportul terestru sau aerian.

Prezenta lucrare reprezintă o reeditare a unei

lucrărianterioare, revăzută, adusă la zi cu datele statistice,

îmbunătăţită şi îmbogăţită cu o bogată anexă foto, prezentând

lucrări din domeniu.

5

Cartea este destinată studenţilor de la programul de studiu

Amenajări şi construcţii hidrotehnice dar şi celor de la specializări

înrudite sau celor care doresc să se informrze în acest domeniu al

construcţiilor.

Conţinutul este structurat pe şase capitole:

- transportul pe apă

- navele civile de transport şi caracteristicile lor

- calea navigabilă

- amenajarea căilor navigabile pe râuri, lacuri sau

canale artificiale

- ecluze de navigaţie

- ascensoare pentru nave.

Autorii

6

Cap. 1 TRANSPORTUL PE APĂ

1.1. Introducere

Navigaţia reprezintă deplasarea pe apă cu ajutorul navelor

sau a altor sisteme tehnice plutitoare.

Suprafaţa sau fâşia de apă care satisface necesităţile de

navigaţie în siguranţă se numeşte cale navigabilă.

Căile navigabile pot fi interioare (pe râuri, lacuri sau canale

artificiale) sau maritime (mări şi oceane).

Circulaţia navelor se poate face independent (pentru cele

autopropulsate) sau în convoaie (nave fără propulsie plus remorcher

sau împingător; convoaiele pot fi, deci tractate sau împinse).

Două sau mai multe nave legate bord la bord formează o dană

(două nave - dană dublă; trei nave - dană triplă; patru nave - dană

cvadruplă, dar această situaţie se întâlneşte mai rar). În domeniul

porturilor, dană este porţiunea de cheu destinată acostării unei

nave.

7

Totalitatea navelor care deservesc o cale navigabilă se numeşte

flotă. Tot flotă se numesc şi navele care aparţin unui armator.

Flota poate fi de transport sau poate fi alcătuită din nave

tehnice sau militare. Activitatea de transport a flotei se realizează

sub formă de curse.

Cursa se numeşte deplasarea efectuată de o navă sau de un

convoi de nave de la punctul de expediţie al mărfurilor până la

punctul de destinaţie al acestora. Ea este forma fundamentală a

procesului tehnologic de transport.

Comparând direcţia de mers cu sensul de curgere al râurilor se

deosebesc curse spre amonte şi curse spre aval. De asemenea se mai

pot clasifica cursele în:

- curse cu încărcătură şi curse în gol

- curse regulate şi curse neregulate (prin navlosire)

Cursele regulate leagă aceleaşi puncte de expediţie şi de

destinaţie a mărfurilor, pe o rută fixă (linie de circulaţie) şi după un

orar precis al plecărilor şi sosirilor din porturi (itinerar).

Cursa care se încheie în punctul iniţial de plecare se numeşte

cursă circulară.

Durata cursei (tc) reprezintă timpul necesar efectuării tuturor

operaţiilor dintre punctele de plecare şi de sosire, până când devine

8

posibilă reluarea procesului de transport în condiţii asemănătoare.

Graficul cursei este reprezentarea deplasării navei cu punerea în

evidenţă a tuturor duratelor operaţiilor de pe parcursul cursei.

Căile navigabile interioare deţin un rol important în efectuarea

transporturilor. Dezvoltarea transporturilor pe căile navigabile

interioare este însă un atribut al ţărilor cu o economie dezvoltată,

deoarece atât costul căilor navigabile, al porturilor cât şi al flotei este

foarte ridicat (care este totuşi compensat ulterior prin preţul de cost

mult mai redus al transportului pe apă comparativ cu transportul auto

sau pe căile ferate).

Transportul pe apă este mai eficient pentru mărfurile de masă

şi în vrac: cărbuni, minereuri, cereale, materiale de construcţii,

îngrăşăminte, produse petroliere, etc.

1.2. Transportul pe apă în Europa şi în lume

Căile navigabile interioare ale Europei se grupează în trei

sisteme importante:

9

− fluviile şi canalele din partea nordică şi vestică a

Europei: Sena, Ron, Rin, Weser, Ems, Elba, Oder şi

canalele care le unesc

− sistemul Dunării, format din Dunăre, afluenţii şi

canalele din cele 10 state pe care le străbate

− fluviile şi canalele din partea europeană a Rusiei

şi celorlalte foste componente ale U.R.S.S. din Europa:

Volga, Don, Neva, Dvina de Nord şi Dvina de Vest, Nipru

şi canalele care le leagă (sistemul are legătură cu 4 mări:

M. Neagră, M. Caspică, M. Baltică şi M. Albă)

Rinul este una din cele mai puternice magistrale de navigaţie din

Europa: acoperă transportul a 75% din producţia de cărbuni şi 70%

din cea siderurgică a Germaniei, importante cantităţi de produse

chimice, petroliere şi siderurgice din Franţa şi Olanda. Are la gura

de vărsare în M.Nordului marele port Rotterdam. Rinul este

asemuit cu o coloană vertebrală a transportului pe apă din Europa

Occidentală.

Pe Rin s-au executat importante lucrări de regularizări

(stabilizarea albiei, îndiguiri, mărirea capacităţii de transport a apei

şi îmbunătăţirea condiţiilor de navigaţie) în secolele XIX şi XX.

Zonele care nu au putut fi amenajate pentru navigaţia în curent

10

liber au fost barate şi ecluzate iar în multe locuri s-a renunţat la

albia naturală, executându-se canale de derivaţie ecluzate, paralele

cu sectoarele foarte dificile. Majoritatea ecluzelor sunt gemene, de

185 m lungime (una cu lăţimea de 12 m şi cealaltă de 23 m). Pe Rin

se circulă cu motonave şi convoaie împinse.

Motonavele sunt: de 1000 t (pescaj 1,6 m) pentru ape scăzute

şi de 1350 şi 2000 tone (pescaje 2,5 m şi 2,7 m) pentru niveluri

ridicate ale apei.

Convoaiele împinse, formate din două dane duble de barje de

1500 t şi împingător, se înscriu în lungimea utilă de 185 m a

ecluzelor.

Canalul Rin-Main-Dunăre este o cale navigabilă ce leagă

localităţile Aschaffenburg (de pe râul Main, afluent al Rinului) şi

Jockenstein (de pe Dunăre). El are o lungime de 677 km formată

din trei tronsoane principale:

- tronsonul vestic - 297 km şi 27 ecluze - realizat pe râul

Main între Aschaffenburg şi Bamberg (terminat în 1962)

- tronsonul central - 171 km şi 16 ecluze, (13 din cele 16

ecluze au economizoare), între Bamberg (pe Main) şi

Kelheim (pe Dunăre); este canal artificial pe 65 km între

Nürenberg şi Altmühl, reactualizarea vechiului canal

11

Ludwig (realizat în 1845 şi abandonat în 1950). A fost

terminat în 25 sept. 1992.

- tronsonul estic (dunărean) - 209 Km şi 9 ecluze - de la

Kelheim la Jochenstein (finalizat tot în 1992).

Întreaga amenajare s-a realizat în circa 70 de ani şi a fost

estimată la 3800 de mil. $. Canalul a fost inaugurat pentru

circulaţie pe întreaga lungime, la 25 sept. 1992. Majoritatea

ecluzelor au 190 m lungime şi 12 m lăţime (de la Regensburg până

la Jochenstein, ecluze gemene de 24 x 230 m).

Canalul Mittelland, din nordul Germaniei joacă un rol de

centură, unind patru fluvii importante: Rin, Weser, Elba şi Oder.

Pe cei 325 km (între Ems şi Elba) se află lucrări hidrotehnice

ca: ecluze cu bazine economizoare, ascensoare pentru nave, poduri

canal şi subtraversări.

Porţiunea de canal de la râul Ems la Hanovra a fost terminată

în 1918 şi era capabilă să preia nave de 600 t. Jumătatea de la

Hanovra la Elba a fost dată în exploatare în 1938 pentru nave de

1000 t. Prin redimensionarea secţiunii, canalul asigură azi pe

aproape toată lungimea sa circulaţia navelor de 1350 t.

12

Canalul traversează râul Weser pe un pod de beton armat (şi

este legat de râu printr-o ecluză) iar Elba pe un pod metalic (de

Elba este legat printr-un ascensor de nave).

Prin canalele Ihle şi Plane, canalul Mittelland se leagă spre

est cu oraşul Berlin iar prin canalele Havel-Oder şi Spree-Oder se

ajunge în fluviul Oder.

La vest, canalul se leagă prin ramificaţiile: Datteln-Wesel,

Datteln-Duisburg şi Datteln-Hamm cu bazinul carbonifer Ruhr, cu

Rinul şi cu Saxonia.

Sistemul de căi navigabile din nordul şi vestul Europei este

legat prin magistrala franceză Sena-Ron cu M.Mediterană iar prin

canalul Du Midi şi râul Garonne, cu oceanul Atlantic.

Dunărea, cu o lungime de 2850 km (de la Donaneschingen,

confluenţa râurilor Brege şi Brigach) este o mare arteră de

navigaţie a Europei. Are 120 de afluenţi în cele 10 ţări pe care le

străbate (şi trece prin 4 capitale: Viena, Bratislava, Budapesta,

Belgrad).

Partea folosită pentru navigaţie regulată are 2379 km - de la

Regensburg (Germania) până la Sulina. În amonte de Regensburg

se mai face o navigaţie periodică până la Ulm (KM. 2588).

Notă. Kilometrarea râurilor se face de la vărsare spre izvor!

13

Dunărea taie Carpaţii nord-vestici (continuaţi cu Alpii) la

Devin şi Carpaţii Meridionali (continuaţi cu Balcanii) la Porţile de

Fier. Aceste defilee împart Dunărea în trei sectoare:

- Dunărea superioară: de la izvor până la Porţile Devin

- Dunărea mijlocie: de la Devin până la Porţile de Fier

- Dunărea inferioară: de la Porţile de Fier până la vărsare în

M. Neagră.

Amenajarea Dunării superioare a început din 1836. Acest

sector este format din porţiuni înguste şi sinuoase care alternează

cu porţiuni de albie largă şi ramificată. Pe alocuri erau praguri

stâncoase pe care adâncimea apei la etiaj scădea sub un metru.

S-au executat atât lucrări de regularizare în curent liber

(închideri de braţe secundare, regularizări de sectoare de albie,

derocări-dragaje, străpungeri de coturi) cât şi amenajări în regim

barat (7 noduri hidrotehnice cu ecluze de navigaţie, executate între

1928 şi 1976) în final întregul sector având 19 trepte ecluzate.

Ecluzele tip Dunărea superioară au dimensiunile 24 x 230 m şi sunt

cu sasuri duble.

Dunărea mijlocie este un fluviu tipic de şes, cu vale largă (5-

20 km), sinuoasă, instabilă şi ramificată (sunt şi câteva zone care

14

ies din acest şablon, cu schimbări rapide de pantă şi albii

stâncoase).

În sectorul Devin-Gönyü, prin reducerea pantei de scurgere

(de la 0,35‰. la 0,17‰.) se produc depuneri şi sunt necesare

operaţii permanente de mărire a capacităţii de transport al

aluviunilor şi de dragaj. In zona Porţile de Fier se realizase între

1889 şi 1898, prin derocare-dragare, canalul Sip, lung de circa 6

km. În anul 106 Apolodor din Damasc realizează în zona Porţile de

Fier un canal de ocolire, paralel cu albia Dunării, cu o lungime de

circa 3225 m şi o lăţime la oglinda apei de circa 57 m !

Prin realizarea nodurilor hidrotehnice Porţile de Fier 1 şi

Porţile de Fier 2 toate problemele de navigaţie în acest sector au

fost rezolvate (prin adâncimea mare a apei în lacurile de acumulare

respective).Pe Dunărea mijlocie sunt prevăzute 5 noduri

hidrotehnice (incluzându-le pe cele două de la Porţile de Fier) cu

ecluze având lăţimea sporită la 34 m (faţă de 24 m pe Dunărea

superioară).

Lucrările pe Dunărea inferioară sunt mai puţin numeroase

deoarece condiţiile de navigaţie sunt relativ favorabile. Există unele

porţiuni foarte sinuoase (Drobeta - Turnu Severin - Lom - 200 Km

si Hârşova - Brăila).

15

Pe acest sector sunt propuse trei noduri hidrotehnice cu

ecluze de navigaţie (Turnu Măgurele - Nicopole, Cernavodă -

Topalu şi Măcin).

Cele mai mari probleme pentru navigaţia pe Dunărea

inferioară le ridică pragurile formate din depuneri de aluviuni (mai

ales pe sectorul Călăraşi - Hârşova de 115 Km; se fac mari volume

de dragaj, anual).

În august 2003 debitul Dunării a fost de doar 1700 m3/s ceea

ce a creat mari probleme de navigaţie (inclusiv pe Canalul Dunăre

– Marea Neagră) şi a dus şi la oprirea temporară a Centralei

Nuclearoelectrice de la Cernavodă (care funcţiona în acea perioadă

doar cu Grupul 1).

Lucrări importante sunt executate şi pe Dunărea maritimă

(Galaţi - Sulina): rectificări de albie, străpungeri de meandre şi

dragaje pentru a asigura o adâncime de 24 de picioare = 7,32 m

(conform convenţiei Dunării). În acest sens o problemă o constituie

"bara de la Sulina". Datorită ciocnirii între curentul litoral (de la

nord la sud pe lângă litoralul românesc) şi curentul de apă vărsat de

Dunăre în mare se produce disiparea energiei şi depunerea

aluviunilor sub forma unui grind paralel cu ţărmul: bara de la

Sulina (fig. I.1). Pentru spălarea ei de către Dunăre s-au construit

16

două jetele (diguri uşoare de apărare a şenalelor de acces) care au

trebuit să fie lungite în permanenţă deoarece în faţa noii guri de

vărsare se forma o nouă "bară".

Pentru a se îmbunătăţi ieşirea la mare s-a executat Canalul

Dunăre Marea Neagră. Acesta are două ecluze duble (gemene) de

25 x 310 m şi o lungime de 64,2 Km. El asigură o adâncime de apă

de 7,5 m şi are capătul de la M. Neagră în portul Constanţa, zona

Sud.

Figura nr. I-1 Jetele la „bara” Sulina

17

Ecluza de la Cernavodă poate lucra cu nivel alternant în

Dunăre (când mai scăzut, când mai ridicat decât în canal) iar ecluza

Agigea se particularizează prin sistemul său de umplere - golire,

proiectat în aşa fel încât să evite salinizarea apei din canal (folosită

pentru irigaţii şi alimentări cu apă).

Convoiul de calcul pe canalul Dunăre - M. Neagră este un

convoi împins format din trei dane duble de barje de 3000 t

(capacitate de încărcare) şi un împingător (figura I.2).

Figura nr. I-2

Fluviul Volga şi reţeaua de canale, fluvii şi lacuri din Rusia

şi republicile europene ale fostei U.R.S.S. reprezintă căi navigabile

capabile să lege mări situate la mare distanţă între ele: M. Albă (şi

M. Barenţ), M. Baltică, M. Caspică şi M. Neagră. Primele

amenajări pentru navigaţie au început în Rusia, în anul 1708 (Petru

18

I ; sistemul Vâşenovoloţk). Fluviul Volga este "coloana vertebrală"

a acestui sistem de căi navigabile interioare.

Oraşul Moscova este legat de Volga prin canalele Moscova -

râul Moscova (ce duce spre Volga) şi Moscova - Oka (care duce de

asemeni la Volga) pe care sunt amplasate 3+8 ecluze cu

dimensiunile de 30x290 m.

Canalul Volga-Don, lung de 101 Km, are 13 ecluze.

Sistemul de navigaţie permite circulaţia navelor de 3000 până la

4000 de tone. În tabelul următor se prezintă o comparaţie (din

punctul de vedere al volumelor de lucrări) între câteva mari canale

navigabile din lume:

Tabelul I-1

Numele canaluluiLungime

[km]

Săpături

(pământ+rocă)

[106⋅ m3]

Beton

[106⋅ m3]

Panama 81 160 3,9Suez 164 275 -

Moscova-Volga 128 154 2,9Canalul German de

Nord99 78 0,8

Canalul Dunare- 64,2 300 3,55

19

M.Neagră

Canalul Panama are o lungime de 81,3 km pe care sunt

amplasate 5 ecluze. Acestea permit traversarea unei diferenţe de

nivel de 26 m. Construcţia canalului a început în 1903 şi s-a

terminat în 1914. La ora actuală se pune cu mare acuitate problema

lărgirii canalului pentru a permite navigaţia unor nave de capacitate

mai mare (o lărgire şi reprofilare din aceleaşi motive a suferit şi

Canalul Suez.

1.3.Caracteristicile tehnico-economice ale transportului pe apă

Eficienţa transportului pe apă este determinată de următorii

factori principali:

1) Preţul de cost (lei/t⋅ Km)

2) Viteza de trafic şi comercială

3) Capacitatea de transport a căii navigabile

4) Caracterul de masă

5) Permanenţa şi regularitatea

6) Siguranţa transportului

20

1) Preţul de cost pentru transportul pe apă (fără transbordări) are

următoarele componente:

a) cotele de amortisment ale investiţiilor

pentru calea navigabilă şi pentru flotă

b) cheltuieli de întreţinere pentru calea

navigabilă (relativ mici) şi pentru flotă (mai mari)

c) Cheltuieli sociale şi retribuţii: prezintă o tendinţă de

scădere prin automatizarea transportului pe apă şi

extinderea navigaţiei prin împingere

d) cheltuieli de propulsare (costul

carburanţilor şi lubrifianţilor)

e) cheltuieli de asigurare şi cheltuieli

generale.

Preţul de cost al transportului pe apă (fără operaţiile de

încărcare descărcare) este mai mic decât al transportului auto sau

feroviar. Pentru distanţe mari de transport (peste 200 de km)

transportul pe apă este competitiv cu transporturile terestre chiar şi

incluzând încărcarea-descărcarea mărfurilor.

Pentru cursuri de apă amenajate pentru navigaţie în regim de

curgere liberă (fără ecluze), investiţia medie pe kilometru poate fi

21

mai redusă decât cea aferentă căilor ferate dar pentru canale

artificiale ecluzate ea este de, obicei considerabil mai mare.

2) Viteza de transport pe căile navigabile este mai mică decât pe

calea ferată (dacă discutăm de vitezele optime de circulaţie)

Se pun în discuţie două tipuri de viteze:

a) viteza tehnică, viteză cu care se pot deplasa, în

plin marş, navele sau vehiculele terestre

b) viteza comercială, sau de transmitere a

mărfurilor de la punctul de îmbarcare la cel de destinaţie,

ţinând cont de toate opririle şi timpii tehnologici pe traseu.

Comparaţia acestor viteze este prezentată în tabelul I.2.:

Vitezele comerciale evidenţiază diferenţe mai mici între

transportul feroviar şi cel fluvial decât cele tehnice (timpii de

staţionare şi pierderile pe traseu sunt mai mici decât la calea ferată).

3) Capacitatea de transport a căilor navigabile

a) pentru căile amenajate pe râuri şi fluvii, în

regim de curgere liberă este practic nelimitată si mult mai

mare ca a altor căi de transport

22

b) pentru râuri şi fluvii amenajate în regim barat

sau pentru canale ecluzate, capacitatea de transport este

limitată la capacitatea de trecere (trafic) a ecluzelor.

4) Caracterul de masă al transportului pe apă este dat de faptul

că navele folosite azi au capacităţi mari de încărcare. Chiar un şlep

relativ mic - 1000 t - are capacitatea de încărcare cât un tren de

marfă iar dacă ne gândim la faptul că şlepurile circulă în convoaie

atunci avantajul este în mod clar de partea transportului pe apă.

Tabelul I-2

Tipul de transport

Natura căii Tip de vehiculViteză tehnică (km/h)

Viteză comercială

(km/h)

Fluvial

Apă moartă,Spaţiu

Nelimitat

Convoi tractat 7-10 5-8Convoi împins 10-13 8-10

Motonavă 14-20 10-16

CanalConvoi tractat 5-7 3,5-6Convoi împins 6-10 4-8

Motonavă 11-15 7-13

Feroviar Cale ferată

Tren marfă aburi

30-35 15-20

Tren marfă diesel

40-55 * 40,95##

23

AutoAutostrada

Autocamioane mijlocii

58-66 *

Autocamioane grele

56-64 *

Drum naţional

Autocamioane 30-40 *

Datele însemnate cu : * sunt date după studii mai vechi.

## - în anul 2000

De asemenea transportul pe apă nu condiţionează atât de

restrictiv gabaritul mărfurilor transportate, ca în cazul vagoanelor

de cale ferată. Pe apă se pot transporta piese de mari dimensiuni şi

greutăţi (a se vedea, totuşi, gabaritul de aer de sub poduri etc.).

5) Regularitatea şi permanenţa transportului pe apă nu sunt pe

deplin satisfăcătoare pentru mai multe motive:

a - îngheţul apei - durata medie a perioadei de navigaţie

variază mult cu zona geografică: pe Dunăre 270-300 de

zile/an, pe fluviile din Rusia 170-270 zile/an, etc. Pentru a

combate acest neajuns se pot folosi spărgătoare de gheaţă sau

apă caldă de la răcirea unor termocentrale.

b - nivele scăzute sezoniere ale apei în râuri şi fluvii (sau

perioade secetoase). Se poate introduce un sistem de prognoză

24

hidrologică. Se poate circula cu încărcătură redusă (pescaj mai

mic) sau cu nave cu pescaj redus.

c- valuri mari produse de obicei de vânt (mai ales pe lacuri) -

pot duce la oprirea temporară a navigaţiei.

Întreruperile dau transportului pe apă un coeficient de

neregularitate şi fac necesară construirea de depozite tampon

(antrepozite) atât în portul de expediere cât şi în portul de

destinaţie.

În schimb, întreruperile pot fi folosite pentru revizuirea şi

repararea navelor.

6) Siguranţa transportului pe căile navigabile interioare este

foarte mare, naufragiile fiind rare. De aceea flota are o durată lungă

de exploatare iar cotele de amortizare anuală sunt mult mai reduse

decât la alte mijloace de transport, lucru ce pledează în plus pentru

rentabilitatea transporturilor pe căile navigabile interioare.

7) Alte caracteristici favorabile ale transportului pe apă sunt:

- mecanizarea într-un procent ridicat a operaţiunilor de

încărcare-descărcare

25

- personalul redus (numeric) de însoţire a mărfurilor (la

convoaie împinse:1 la 1000-2000 t)

- consumul redus de metal pentru construcţia navelor

raportat la unitatea de masă transportată, în raport cu

mijloacele de transport auto sau feroviare.

1.4. Principalii indicatori ai traficului

Principalii indicatori ai traficului sunt:

a) masa mărfurilor (numărul călătorilor)

b) parcursul mărfurilor şi distanţa de transport

c) intensitatea transportului

a)- Masa mărfurilor sau numărul călătorilor - cel mai important

indicator al traficului - se stabileşte prin balanţa transportului

(evidenţa produselor excedentare şi deficitare ale regiunii deservite

de calea navigabilă respectivă; se va ţine cont şi de traficul local de

mărfuri şi de mărfurile aflate în tranzit).

Sensul în care se transportă volumul cel mai mare de mărfuri

se numeşte sens direct de navigaţie iar celălalt, sens invers.

26

Masa mărfurilor transportate pe căile navigabile interioare ale

României a evoluat ca în tabelul următor:

Tabelul I-3

Anul

1938

1948

1960

1970

1975

1985

1989

1991 20

01

2006

Transport pe căi

navigabile interioare

[mil.t]

1,33

0,81

1,91

3,40

6,10

18,4

37,3

7

12,0

4

11,3

4

14,9

4

Cu toată creşterea în valoare absolută a cantităţii de mărfuri

transportate pe apă, de fapt procentul de participare a acestui tip de

transport în raport cu transporturile terestre (auto şi feroviare) la

traficul total a scăzut în ultimii ani. Şi procentul de participare a

transporturilor feroviare a scăzut. Una din principalele explicaţii ale

acestui fenomen este preluarea masivă a mărfurilor de către

transportul auto (cu sporirea semnificativă a problemelor de trafic şi a

poluării), mai ales pentru distanţe scurte şi cantităţi relativ reduse şi

de asemenea dezvoltarea puternică a transportului prin conducte

(gaze şi lichide).

27

b)- Parcursul mărfurilor (călătorilor) este un indicator care

caracterizează mai bine transportul decât simpla exprimare a

cantităţii de mărfuri transportate. Cum distanţele de transport pe apă

sunt de obicei mai lungi, se poate pune mai bine în evidenţă volumul

de activitate depus de transportul pe apă.

Parcursul mărfurilor - PM - (sau al călătorilor - PC) este

produsul între cantitatea de mărfuri transportată Q (numărul de

călători Y) şi distanţa de transport d:

∑ ⋅= ii dQPM [t⋅ km]

(I.0)

dY=PC ii ⋅∑ [călători⋅ Km]

(I.0)

Parcursul mărfurilor este indicatorul care reflectă producţia

industriei transporturilor (însă trebuie menţionat că sporirea

parcursului mărfurilor prin mărirea distanţei este un aspect

nefavorabil al eficienţei acestei activităţi).

Distanţa medie de transport se obţine prin împărţirea

parcursului la cantitatea de marfă (nr. de călători):

28

Q

PM=d [Km] (I.0)

sau

Y

PC=d [Km] (I.0)

c)- Intensitatea transportului este dată de raportul între parcursul

mărfurilor (călătorilor) şi lungimea căii de transport analizate L (sau

a reţelei de căi de transport):

L

PM=I [(t⋅ Km)/

Km] (I.0)

L

PC=I [(călători⋅ Km)/Km] (I.0)

În mod curent intensitatea este mai mică decât tonajul

mărfurilor (numărul călătorilor) transportate pentru că nu toate

mărfurile sunt transportate pe întreaga lungime a căii (reţelei) de

transport.

29

Cap. 2 NAVELE DE TRANSPORT SI CARACTERISTICILE

LOR

2.1 Generalităţi şi clasificare

Nava de transport este o construcţie capabilă să plutească şi să

încarce la bord mărfuri sau călători.

Există de asemenea nave civile şi cu alte destinaţii decât

transportul de mărfuri sau călători.

Navele care circulă pe apele interioare se clasifică după mai

multe criterii:

a) în funcţie de calea navigabilă pentru care au fost construite:

- nave pentru râuri şi fluvii

- nave pentru lacuri

- nave pentru canale navigabile

b) după destinaţie:

b1) de transport: - de mărfuri şi călători

- de pasageri

- de mărfuri

30

- de traversare

b2) de remorcare: - remorchere

- împingătoare

b3) de pescuit: - pescadoare

- nave de prelucrare şi frigorifice

b4) administrative: - sanitare

- şalupe:

- de inspecţie

- de supraveghere

b5) de sport

b6) tehnice: -drăgi, deroşeze, macarele plutitoare

-şalande, sonete plutitoare, elevatoare

plutitoare

b7) speciale: - de pompieri

- de salvare

- de studii

- spărgătoare de gheaţă

- elevatoare plutitoare

c) după modul de propulsare:

- autopropulsate

- fără propulsie proprie (tractate, împinse)

31

d) după materialul din care sunt construite:

- din lemn

- din oţel

- compozite (lemn şi oţel)

- din aluminiu

- din mase plastice şi fibră de sticlă

- din beton armat

Societatea care se ocupă cu stabilirea regulilor privind

securitatea construcţiei şi exploatării navelor ca şi cu clasificarea şi

eliberarea certificatelor de clasă, în România, se numeşte Registrul

Naval Român.

Cel mai vechi registru naval este "Lloyd's Register", înfiinţat

la Londra la sfârşitul secolului al XVII-lea. Alte organisme de

supraveghere şi clasificare a navelor: Bureau Veritas (Franţa),

Germanischer Lloyd (Germania), American Bureau of Shipping,

Registrul fluvial rusesc, etc.

Clasa se acordă pentru 4-6 ani (după care se reînnoieşte; la

patru ani pentru navele de călători, tancuri şi spărgătoare şi la şase

ani pentru celelalte nave).

32

2.2 Schema generală de alcătuire a unei nave

Principalele părţi constituente ale navei sunt:

1) Corpul navei:

a) Coca: osatură, bordaj, învelişul punţii

principale

b) Suprastructură: continuă sau din părţi

izolate (dunetă - la pupă, castel central, teugă - la

prova); toate acestea se mai numesc rufuri.

c) Elemente de compartimentare:

- punţi – similare planşeelor mîntr-o clădire

(de comandă, principală, de promenadă, a

bărcilor de salvare, etc.)

- pereţi verticali: longitudinali, transversali

2) Echipamente de navigaţie şi auxiliare:

-instalaţia de guvernare

-instalaţia de ancorare

-echipament de acostare

-echipament de remorcare

-utilaj de ridicat

33

-aparataj de navigaţie

-mijloace de semnalizare şi salvare

-instalaţia de propulsare

3) Dotări interioare: amenajări şi utilaj de deservire

Corpul navei reprezintă partea principală a navei.

Coca sau corpul propriu zis, este ansamblul de elemente de

rezistenţă şi învelişuri care asigura rezistenţa, calităţile nautice şi

capacitatea de încărcare a navei.

Osatura este scheletul de rezistenţă al navei iar bordajul este

îmbrăcămintea etanşă a corpului navei.

Învelişul punţii principale închide coca la partea superioară

(este de remarcat că pe apele interioare circulă şi unele nave

nepropulsate - barje, ceamuri, şlepuri - care nu au punte sau au

puntea principală incomplet închisă).

Bordul drept (în sensul de mers al navei) se numeşte tribord

iar bordul stâng-babord. Partea din faţă a navei se numeşte prova

(prora) iar partea din spate - pupă.

Piesa longitudinală de rezistenţă a osaturii este carlinga

centrală. Aceasta se termină la prora cu etrava iar la pupa cu

etamboul (suport pentru cârmă şi elice). În carlinga centrală sunt

34

încastrate coastele care la partea superioară sunt legate prin grinzile

de punte.

Suprastructura se execută deasupra punţii principale cu

scopul de a crea încăperi pentru echipaj şi călători, pentru a

adăposti unele instalaţii şi de a mări capacitatea de transport (la

nave nepropulsate suprastructura poate lipsi sau poate fi

reprezentată doar de cabina care adăposteşte timona).

35

1-1

Figura nr. II-1

Elementele de compartimentare - punţi şi pereţi verticali - au

rolul de a realiza spaţiile cu funcţiile necesare în interiorul navei

dar şi acela de siguranţă în caz de accident (pereţi transversali

etanşi).

36

2.3 Caracteristici geometrice, plan de forme şi capacitate de

încărcare

Pentru a pune în evidenţă pe o planşă forma corpului navei

se desenează planul de forme. Acesta se obţine din intersecţia

suprafeţei exterioare a corpului navei (bordaj) cu planuri

echidistante şi paralele cu cele trei planuri principale de proiecţie:

- planul vertical - diametral - care taie nava după axa ei

longitudinală

- planul vertical al cuplei maestre - care taie nava la

jumătatea lungimii ei teoretice (sau acolo unde secţiunea

transversală este maximă - cupla maestră), perpendicular

pe planul vertical diametral

- planul orizontal de plutire - care taie nava după linia de

plutire.

Dimensiunile principale ale navei sunt:

- L - lungimea teoretică, este lungimea maximă de gabarit

- B - lăţimea teoretică, este lăţimea maximă de gabarit

- T - pescajul, se măsoară pe verticală, în cupla maestră, de

la linia de plutire până la marginea inferioară a carenei

(chilă) şi se numeşte pescaj de referinţă.

37

Figura nr. II-2 Formele în planul vertical diametral

Figura nr. II-3 Formele în planul orizontal - de plutire

PUPA PROVA

Figura nr. II-4 Formele în planul vertical al cuplei maestre

38

Dacă pescajul prova este egal cu pescajul pupa se spune că

nava stă în asietă dreaptă. În caz contrar se spune ca este apupată

sau aprovată. Aceste situaţii pot apare în timpul încărcării sau

descărcării navei.

Două valori importante ale pescajului sunt: pescajul navei

goale şi pescajul navei încărcate.

Francbordul - F - este înălţimea bordului liber şi se măsoară

de la linia de plutire până la punctul cel mai de jos al bordului

navei. Francbordul minim, în cazul navei încărcate, trebuie să

asigure condiţii de securitate navei (de exemplu pe timp de

furtună).

Deplasamentul navei - D - este greutatea volumului de apă

dislocuit de navă (tone).

Distingem deplasamentul navei încărcate şi deplasamentul

navei goale.

Diferenţa dintre cele două deplasamente este capacitatea de

încărcare brută (tdw).

Capacitatea de încărcare netă este capacitatea de încărcare

brută, minus greutăţile combustibilului, lubrifianţilor, apei,

proviziilor de alimente, echipajului şi a celorlalte materiale ce sunt

necesare pentru funcţionarea navei.

39

Tonajul registru reprezintă volumul total al spaţiilor închise

între corpul navei şi puntea etanşă. Tonajul registru net este

volumul destinat exclusiv mărfurilor (sau pasagerilor). 1 tonă

registru este volumul de 100 picioare cubice = 2,83 m3.

Coeficienţii de forma (fineţe) ai corpului navei au valori

subunitare şi arată gradul de profilare hidrodinamică în raport cu un

paralelipiped.

Coeficientul suprafeţei de plutire este raportul:

BL

S=α

(II.1)

unde: S - suprafaţa de plutire

Coeficientul cuplei maestre este

raportul:

TB=

⋅χβ (II.2)

unde: χ - suprafaţa cuplei maestre (udată)

40

χ

Coeficientul de plenitudine al carenei este raportul:

TLB

V=

⋅⋅δ (II.3)

unde: V - volumul carenei (volumul dislocuit de corpul

navei)

Cele mai frecvente nave autopropulsate care circulă pe apele

interioare sunt navele de pasageri, remorcherele (împingătoarele) şi

şalupele iar mai rar, motonave pentru mărfuri (cargouri).

Navele fără propulsie proprie sunt: şlepurile, tancurile şi

barjele. Şlepurile pentru piatră, lemnărie si alte produse de masă se

numesc ceamuri sau mahoane. Şlepurile pentru convoaie tractate au

sistem propriu de cârma. Barjele - nave fără propulsie pentru

convoaie împinse, nu au sistem propriu de cârmă.

Există şi o categorie de nave staţionare : pontoanele de

acostare la ţărmuri în taluz, instalaţii portuare off shore, etc.

2.4 Echipamentul de navigaţie şi auxiliar

41

a) Instalaţia de guvernare a navei permite menţinerea

direcţiei de mers împotriva forţelor de derivă sau schimbarea

direcţiei de mers atunci când acest lucru este necesar.

Nu dispun de instalaţie de guvernare: barjele pentru convoaie

împinse, navele din flota tehnică nedotate cu propulsie proprie şi

navele staţionare (pontoane de acostare, etc.).

Sistemele cele mai obişnuite sunt:

- cu cârmă (element de execuţie fiind safranul sau

pana cârmei )

- cu ajutaje (duze) orientabile

- cu propulsor cu palete verticale

Sistemul cel mai vechi şi mai răspândit este cârma, care

foloseşte forţa hidrodinamică ce apare pe pană (safran) atunci când

nava are o viteză relativă de deplasare faţă de apă. Cu cât viteza

relativă a navei faţă de apă este mai mare, forţa hidrodinamică va fi

mai mare. Această forţă hidrodinamică dă un moment de rotaţie

faţă de centrul de greutate al navei, care contribuie la schimbarea

direcţiei.

dF=M ⋅ (II.4)

V+V+V=V ecir (II.5)

42

unde:

Vr = viteza relativă a apei faţă de cârmă - viteza care dă forţa

hidrodinamică F

Vi = viteza de înaintare a navei

Vc = viteza curentului de apă (contracurent)

Ve = viteza apei refulată de elice

Manevrele de acostare se fac cu Ve.

Figura nr. II-5

Situaţia de mai sus se referă la o navă care circulă spre

amonte (contra curentului de apă, pe un râu).

43

F1 = componentă a lui F care creează un efect de frânare a

navei în timpul giraţiei

F2 = componentă a lui F care dă o derivă spre bordul opus

giraţiei (virajului)

Cârma poate fi obişnuită (a), compensată (b) sau

semicompensată (c), după poziţia centrului de presiune (C, în care

acţionează forţa hidrodinamică F) faţă de axul ei de rotaţie:

a) cârmă obişnuită b) cârmă compensată c) cârmă semicompensată

Figura nr. II-6

Navele pot fi dotate şi cu două pane de cârmă (iar în mod

excepţional chiar mai multe).

Sistemul cu ajutaje (duze) este bazat pe plasarea elicei într-

un ajutaj şi dirijarea jetului prin rotirea ajutajului sau prin

proiectarea prin ajutaj a unui jet de apă provenit de la o pompă

(ajutajul joacă şi rolul de propulsor). Sistemul poate avea 1, 2 sau

mai multe ajutaje.

44

b) Instalaţia de ancorare este a doua în ordinea de

importanţă a echipamentelor navei. Ea serveşte la fixarea navelor

de fundul căii navigabile pentru: staţionare, efectuarea unor

manevre de întoarcere în spaţiu îngust (în jurul ancorei), acostarea

în curent cu pupa înainte sau evitarea unor accidente (atunci când

se defectează instalaţia de guvernare, propulsorul sau când

condiţiile meteorologice sunt nefavorabile).

Spre locul de ancorare se vine cu prova împotriva curentului,

iar ancora de prova se aruncă doar când viteza încetinită a navei

tinde către zero. În cazuri speciale se poate face ancorarea şi cu

ancora de pupă, dar în prealabil se reduce viteza de deplasare prin

darea maşinilor "înapoi" (schimbarea sensului de rotaţie sau a

înclinării paletelor elicei).

l

45

Figura nr. II-7

Lungimea lanţului ancorei, h52=l ⋅÷

Pe timp nefavorabil lungimea l va fi mai mare pentru a fi

siguri că forţa de tracţiune se transmite ancorei pe orizontală.

Există ancore cu braţe fixe (cu două braţe sau cu patru braţe)

sau cu braţe mobile. Smulgerea ancorei se face cu un lanţ mai

subţire (călăuză) fixat la extremitatea cu braţe a ancorei:

Figura nr. II-8

Navele de ape interioare au de obicei două ancore la prova şi

una la pupa (la convoaiele împinse, ancorele prora sunt la prima -

primele - barje din convoi, iar ancora pupa la împingător).

c) Echipamentul de acostare constă din piesele fixe pentru

legare (babale, binte sau stâlpi de amaraj) şi din parâme (din fibre

46

vegetale - in, cânepă, sisal, bumbac, sintetice sau din oţel - cablu

flexibil din minim 6 toroane × 24 fire + 7 fire vegetale).

Piesele de legare sunt cilindri turnaţi din fontă sau realizaţi

din oţel sudat. Babalele sunt fixate pe o placă postament şi pot fi

simple, duble sau în cruce:

Figura nr. II-9

Parâmele sunt prevăzute la capete cu ochiuri (gaşe) şi trec

peste bordul navei prin "urechi" (drepte sau oblice; cu sau fără role;

fixate la 1,5 - 2,5 m de babale) pentru a nu se roade şi uza prea

rapid.

Forţa de rupere a parâmelor, conform Registrului Naval

Român va fi:

2500+N15=F ar ⋅ [daN] (II.4)

daN32500F r ≤ (II.5)

47

unde : Na = caracteristica de dotare a navei (calculabilă conform

prevederilor Registrului Naval Român)

Babalele, turnicheţii şi urechile de ghidare a parâmelor se

calculează la forţa de rupere a parâmei. Forţa de rupere a parâmei

este importantă şi pentru aprecierea condiţiilor de staţionare a

navelor în ecluze şi porturile de aşteptare.

d) Echipamentul de remorcare este prezent pe orice navă

propulsată sau nepropulsată (la prora, la pupa, pe borduri), după

cum nava va fi tractată, împinsă sau remorcată la ureche (lateral).

În afară de echipamentul de pe nava care urmează să fie

remorcată se mai pune şi problema echipamentului de remorcare de

pe nava care realizează această activitate.

Remorcherele au sistemele de remorcare în spate (pupa),

formate din 1-2 cârlige sau trolii cu parâme de legare a navei

tractate.

Împingătoarele au sisteme de remorcare în faţă (prora).

Cuplajul cu barjele poate fi elastic sau rigid.

În cuplajul rigid planul diametral al împingătorului nu poate

devia de la planul de simetrie al convoiului.

48

În cuplajul elastic - folosit pe căi navigabile înguste sau cu

raze de curbură mici - permite mişcări de 5 - 45 grade între planul

diametral (axa de simetrie) al împingătorului şi axa de simetrie a

convoiului (în cazul unor unghiuri de numai 5 - 10 grade cuplajul

este numit semirigid).

e) Utilajul de ridicat este destinat încărcării şi descărcării

mărfurilor de pe navă (granice, bigi) sau lansării bărcilor de salvare

(gruiuri de barcă).

Utilaje de încărcat mărfuri au de obicei doar navele de

mărfuri generale şi produse alimentare (propulsate sau şlepuri), dar

nu întotdeauna.

f) Aparatajul de navigaţie

Cele mai importante instrumente sunt:

- compasul magnetic (busola)

- giroscopul

- sonda (măsurarea adâncimilor; sonde manuale, mecanice,

cu ultrasunete)

- aparatura radio de navigaţie (radiofaruri, radiogoniometrie,

radare; aparate de radiocomunicaţii şi telegraf).

49

g) Mijloace de semnalizare. Pe nave se folosesc mijloace de

semnalizare optice şi acustice (sirenă).

Mijloacele optice folosite ziua sunt pavilioanele şi baloanele

iar pe timp de noapte, luminile de semnalizare:

- lumină alba - la catarg

- lumină verde - la tribord (dreapta)

- lumină roşie la babord (stânga)

- lumină albastră - la pupa

h) Instalaţia de propulsie foloseşte forţa motorului (cu aburi,

cu ardere internă), pe care o transformă în forţă de înaintare.

Instalaţia de propulsie poate fi:

- cu zbaturi (2 situate lateral sau unul în spate)

- cu elice (1, 2 sau 3 situate la pupa, uneori şi la prova; au 2-

5 pale).

- cu disc rotitor cu palete verticale (la pupa sau la prova)

- cu jet hidraulic (proiectat prin unul sau mai multe ajutaje

situate la pupa, care pot ţine loc şi de instalaţie de

guvernare)

50

- cu elice aeriană (la navele pe pernă de aer)

Pentru anumite nave (sport) sau nave vechi se foloseşte şi

instalaţia de propulsie cu vele care preia energia vântului şi o

transformă în forţă de înaintare.

O instalaţie de propulsie este formată din:

- motor

- sistem de transmisie (mecanic, hidraulic, electric)

- organ propulsor (zbaturi, elice, disc cu palete verticale,

ajutaje).

2.5 Dotări interioare ale navelor

Acestea constau în amenajări şi maşini auxiliare de

deservire.

Amenajările reprezintă: magazii, depozite frigorifice,

depozite de combustibil, tancuri de balast, pereţi de coliziune, chile

de ruliu, încăperi de locuit, instalaţii electrice, sanitare, de încălzire

şi ventilaţie etc.

Utilajele auxiliare de deservire sunt: pompe pentru apa de

balast, pompe de combustibil, pompe de incendiu, pompe de

51

evacuarea apei de sub pardoseala magaziilor şi a sălii maşinilor

(santină), pompe de apă potabilă, grupuri electrogene,

compresoare, ventilatoare, etc.

2.6 Calităţi nautice

a) Flotabilitatea exprimă capacitatea navei de a pluti cu

încărcătura maximă.

Linia de plutire până la care este permisă încărcarea navei se

numeşte linie de plutire maxima (L.P.M) şi este marcată pe bordul

navei, la jumătatea lungimii, prin marca de încărcare (albă sau

galbenă pe fond închis sau neagră pe navele vopsite în culori

deschise):

52

Figura nr. II-10

Tmax - pescajul maxim

F - francbordul (reprezintă o rezervă de flotabilitate; depinde

de condiţiile zonei de navigaţie şi de destinaţia navei).

Valorile francbordului sunt:

F=hval/2 - nave cu punte etanşă (II.6)

F=hval - nave deschise (II.7)

b) Stabilitatea la plutire este proprietatea navei de a reveni

la poziţia de echilibru după încetarea forţei perturbatoare care i-a

schimbat poziţia.

Forţele de deviere pot fi dinamice (vânt, valuri, tracţiunea

cablului de remorcă) sau statice (mişcarea navei în curbă,

aglomerarea pasagerilor într-un bord, etc.).

53

RULIU TANGAJ

C

ϕ

h

ϕ

M

C

ϕ

M

ϕ

M

Figura nr. II-11

Mr - moment de redresare

Go - centrul de greutate

hM - înălţime metacentrică

Cϕ - poziţia centrului de carenă la înclinaţia ϕ

G - D⋅ g

D - deplasament (t)

P - γ ⋅ V

V - volum carenă (m3)

Oscilaţiile de la un bord la altul, poartă denumirea de ruliu

(se discută stabilitatea transversală).

54

Oscilaţiile pe direcţia prova-pupa, în jurul axei transversale a

navei, se numesc tangaj (se discută de stabilitatea longitudinală la

plutire).

c) Manevrabilitatea este capacitatea navei de a-şi schimba

direcţia sau de a executa rondoul de întoarcere.

Schimbarea direcţiei se numeşte giraţie iar curba descrisă de

centrul de greutate al navei, curbă de giraţie.

Viteza de giraţie are următoarele valori:

- navele de călători: 30-100 grade/minut

- convoaie împinse: 6-20 grade/minut

Diametrul tactic (Dt) este spaţiul necesar pentru o întoarcere

la 180 grade (la navele fluviale este de circa 2-5 ori lungimea

vasului sau convoiului).

d) Insubmersibilitatea - reprezintă capacitatea navei de a

pluti şi de a-şi păstra stabilitatea chiar şi în cazul inundării unora

dintre compartimentele sale (corpul navei este fragmentat prin

pereţi despărţitori etanşi).

55

e) Autonomia este durata (respectiv distanţa) maximă de

mers pe care o poate realiza o navă, în condiţii obişnuite de

navigaţie, cu cantităţile nominale de carburanţi, apă şi alimente la

bord, fără aprovizionare pe parcurs.

La navele de ape interioare ea este de circa 8-15 zile.

2.7. Formarea şi mişcarea convoaielor de nave

Deplasarea şlepurilor, tancurilor şi barjelor (nave fără

propulsie) pe căile navigabile interioare se face, de obicei, în

convoaie.

Convoaiele pot fi tractate sau împinse. Pe distanţe mici, în

zone cu navigaţie foarte dificilă, navele fără propulsie (dar uneori şi

cele autopropulsate) pot fi deplasate prin halaj (tractare de pe mal;

edec) sau tuaj (tractare cu un cablu fixat pe mal şi strâns pe un

troliu la bordul unui remorcher special numit tuior).

Formarea convoaielor ţine cont de următoarele probleme:

a) sensul de navigaţie (spre amonte sau spre aval);

b) condiţiile de navigaţie (viteza curentului, nivelul

apelor);

56

c) gabaritele căii navigabile;

d) pescajul navelor;

e) tipul şi starea tehnică a navelor;

f) natura încărcăturii.

Convoiul trebuie să aibă rezistenţă la înaintare minimă si

manevrabilitate maximă.

Se numeşte dană un grup de nave legate bord la bord (fig.

II.12).

Un şir de nave se numeşte filă.

Compunerea convoaielor tractate. Spre amonte convoaiele

tractate se compun în filă (fig. II.13).

Spre aval, convoaiele tractate se realizează sub formă de

pachet (maxim 2 dane; fig. II.14).

57

dană dublă dană triplă dană cvadruplăFig. II-12

filă simplă

filă dublă

filă simplă-dană dublă

- remorcher - şlep

Fig. II-13

58

Fig. II-14

Şlepurile mai pot fi deplasate şi prin legare "la ureche"(fig.

II.15).

Fig. II-15

Compunerea convoaielor împinse se face doar în filă simplă.

Spre amonte se preferă convoaie în dană simplă:

Fig. II-16

- barjă - împingător

59

Spre aval se preferă convoaie în dană dublă sau triplă:

Fig. II-17

Convoiul tractat tip "Porţile de Fier I" este format din trei

dane triple de şlepuri de 1500 t:

Fig. II-18

60

Convoiul împins tip "Canal Dunăre - Marea Neagră" este

format din trei dane duble de barje de 3500 t (deplasament; 3000 t

capacitate de încărcare):

Fig. II-19

2.8 Rezistenţa la înaintare a navelor

Rezistenţa la înaintare este suma forţelor de rezistenţă

exercitate de mediu asupra navei şi este orientată în sens contrar

celui de deplasare al acesteia (forţe hidrodinamice, aerodinamice şi

componente ce apar din descompunerea greutăţii navei pe plan

înclinat, la navigaţia pe râuri, spre amonte).

Rezistenţa la înaintare depinde de :

61

- caracteristicile navei (rugozitatea corpului navei şi forma)

- caracteristicile mediului (pantă, vâscozitate, densitate şi

dimensiuni ale spaţiului de apă în care se navighează)

- viteza relativă a navei faţă de masa de apă (viteza în apă

stătătoare, v0).

Din punct de vedere al dimensiunilor, spaţiul de apă se

consideră nelimitat dacă:

- adâncimea apei este mai mare de 20 T (T - pescajul)

- lăţimea apei mai mare de 15 B (B - lăţimea navei).

Rezistenţa totală la înaintare este compusă din: rezistenţe

principale şi rezistenţe secundare (3-4% Rtotal).

Rezistentele principale sunt:

- Rf - rezistenţa din frecare

- Rp - rezistenţa turbionară (din presiune)

- Rv - rezistenţa datorită valurilor de însoţire.

Rezistenţele secundare sunt:

- Rap - rezistenţa apendicelor navei

- Ra - rezistenţa aerului (aerodinamică)

- Rw - rezistenţa datorită valurilor de vânt

- Ri - rezistenţa datorită pantei râului (la navigaţia spre

amonte).

62

Exemple de apariţie a rezistenţei la înaintare sunt prezentate

în desenele următoare:

a

b

c

Fig. II-20

63

Valurile ce se formează la deplasarea unei nave (valuri de

însoţire) sunt prezentate în desenul următor:

ϕ

2φθ

Fig. II-21

Întreaga rezistenţă de frecare se localizează în jurul corpului

navei într-un strat limită - δ, în care în natură avem, practic,

întotdeauna regim turbulent:

δ

Fig. II-22

64

Turbulenţa în stratul limită este prezentă dacă Re > 4⋅ 106

(Re < 2⋅ 105 arată ca avem un regim laminar). Numărul lui

Reynolds se determină cu următoarea relaţie:

υl

v=Rv

0e ⋅ (II.8)

Pentru Re = 2⋅ 105 ÷ 4⋅ 106 avem un regim tranzitoriu. În

relaţia II.8, υ este coeficientul de vâscozitate cinematică al apei:

Tabelul II-1

t0C 0 5 10 12 15 20 25 30

υ[10-6 x m2/s]

1.78 1.52 1.31 1.24 1.14 1.01 1.01 0.81

a) Rezistenta la înaintare în spaţiu nelimitat

( ) 20vS

2C+C=R fff ⋅⋅⋅∆

ρ (II.9)

- pentru regim turbulent şi tranzitoriu, unde:

( ) 2log 2-R

0,075=C

e

f - coeficient de frecare (II.10)

65

∆ Cf ≅ 0,4⋅ 10-3 - spor al coeficientului de frecare datorat

sudurilor de la cocă.

S - suprafaţa udată a corpului navei (carenei) [m2].

ρ - densitatea apei [kg/m3]

v0 - viteza navei relativ la masa de apă [m/s]

R+R=R vpreziduala (II.11)

conform celor propuse în 1870 de Froude.

Se calculează numărul lui Froude pentru lungimea vasului (lv):

lg

v=Fv

0lr,

⋅ (II.12)

Dacă: Fr,l < 0,15 - nave lente

Fr,l = 0,15 ÷ 0,25 - nave rapide

Pentru nave lente vom avea următoarea relaţie:

vS2

C=R 20rezrez ⋅⋅⋅ ρ (II.13)

în care Crez este un coeficient de rezistenţă reziduală:

66

⋅⋅

⋅= )0,5-(0,059+

0,0147

T

B+1

SC 2

rez ϕψ

χ (II.14)

χ - cupla maestră a navei

B;T - lăţimea şi pescajul navei

L – lungimea navei

lp - lungimea profilată la pupa navei

χψ l

= p

βδϕ= (II.15)

Figura nr. II-23

TB=

⋅χβ - coeficientul cuplei maestre (II.16)

TLB

vol.carena=

⋅⋅δ - coeficient de plenitudine al carenei (II.17)

Pentru nave rapide vom avea următoarea relaţie:

gDF=R b3

lr,rez ⋅⋅⋅⋅⋅ εεε ϕ (II.18)

unde:

67

- D - deplasamentul navei

- g = 9,81 m/s2

( )[ ]22-F10+10,12= lr,⋅⋅ε (II.19)

F1,25--1,28F-0,5

=lr,

lr,

⋅ϕεϕ (II.20)

T

B0,07+0,79=b ⋅ε (II.21)

Fig. II-24

Rezistenţele secundare sunt:

vS2

=R 20ap ⋅⋅⋅ ρϕ (II.22)

pentru ϕ cuprins între (0,2 ÷ 0,3) x 10-3

vS2

C=R 2velica

aeraa ⋅⋅⋅ ρ

(II.23)

68

Ca - coeficient aerodinamic, Ca=0,7 ÷ 0,8

Svelică - suprafaţa velică (care întâmpină rezistenţă aerodinamică

peste linia de plutire, fig. II-24)

v – viteza corpului navei faţă de masa de aer [m/s]

iDg=Ri ⋅⋅ (II.24)

i - panta râului

i = tg α ≈ sin α pentru unghiuri mici

Rw - nu se calculează dar se admite ca în cazul vântului tare Rw

să producă o mică pierdere de viteză.

Fig. II-25

b) Rezistenţa la înaintare în spaţiu limitat în adâncime

(cursuri naturale de apă)

( ) vS2

C+C=R 201fff ⋅⋅⋅∆

ρ1 (II.25)

69

în care:

C

v=v1

001 (II.26)

vS2

C=R 202rezrez ⋅⋅⋅ ρ

1 (II.27)

C

v=v2

002 (II.28)

Coeficienţii C1 şi C2 se scot de pe nişte diagrame în funcţie de

numărul Froude calculat pentru adâncimea apei (Fr,h) şi de raportul

h/T (adâncimea apei/pescaj):

Fig. II-26

în care:

hg

v=F0

hr,⋅ (II.29)

70

Fig. II-27

NOTĂ: în literatură există grafice cu mai multe curbe trasate.

c) Rezistenţa la înaintare în spaţiu limitat şi în adâncime

şi în lăţime (canale navigabile)

vS2

)C+C(=R 012

fff2 ′⋅⋅⋅∆ ρ(II.30)

în care:

01o

1

v = v + u

C′ (II.31)

vSC=R 20 2r ezre z ′⋅⋅⋅ 22

ρ(II.32)

C

u+v=v2

002′ (II.33)

71

C1 şi C2 se determină ca mai sus. Viteza suplimentară de

întoarcere a apei pe sub corpul navei, u, este (pentru o primă

aproximaţie):

10

−nv=u (II.34)

χΩ

=n (II.35)

în care:

n - coeficientul de profil al canalului

Ω - secţiunea udată a canalului

χ - cupla maestră a navei

Fig. II-28

Viteza "u" se determină prin aproximări succesive:

hB= 0 ∆⋅∆ Ω (II.36)

72

Δh - coborârea nivelului apei (şi respectiv a navei) în golul

dintre două creste de val de însoţire.

Δ h

Fig. II-29

Se pun condiţiile:

( )g2

u+v=h+g2

v 020

⋅∆

⋅

2

(II.37)

( ) ( )u+v--=v 00 ⋅∆ ΩΩ⋅Ω χ (II.38)

Se rezolvă prin aproximări succesive

d) Calculul rezistenţei la înaintare pentru convoaie

RK=R remorcareconvoi ∑⋅ (II.39)

73

unde:

ΣR - suma rezistenţelor la înaintare ale navelor din convoi

Tabelul II-2 - Coeficienţii de remorcare [Krem]

Nr. Formă convoi Convoi tractat Convoi împins

1 R + S 1,00 0,95

2 R + S + S 0,95 0,85

3 R + S + S + S 0,90 0,80

4 R + S + 2S 1,10 0,95

5 R + S + S + 2S 1,05 0,92

6 R + 2S + S 0,95 0,90

7 R + 2S + 2S 1,15 0,96

8 R + 3S 1,30 -

Puterea necesară remorcherului (sau împingătorului) pentru a

deplasa un convoi cu rezistenţa la înaintare Rconvoi, cu viteza "v" este

dată de relaţia:

ηη pt

convoi

75

vR1,10=P

⋅⋅⋅⋅

[CP] ; 1 CP = 0,736 KW (II.40)

74

în care:

- η t - randamentul transmisiei mecanice motor - propulsor

(pe remorcher)

- η p - randamentul propulsorului (elice, zbaturi, etc.)

Pentru valorile obişnuite ale randamentelor se obţine:

R15

1

10

1=P convoi⋅

÷ (II.41)

NOTĂ: În dorinţa de a se obţine viteze mari de deplasare pe

apă, mai ales pentru navele de pasageri sau de traversare, viteze care

să concureze pe cele ale vehiculelor terestre s-au conceput nave

speciale cu sisteme de sustentaţie diferite de plutirea obişnuită:

a) nave cu aripioare portante submersate (în repaos plutesc normal

iar în deplasare corpul navei se ridică deasupra nivelului apei

datorită portanţei ce apare pe aripile ce se menţin sub nivelul apei)

b) nave pe pernă de aer (v = 60 - 185 km/h) - cu ajutorul unor

ventilatoare şi cu o "fustă" specială în jurul navei, între navă şi apă

se realizează "perna de aer" (10 - 30 cm), pe care alunecarea este

foarte uşoară; tracţiunea se face cu elice aeriană.

75

Cap. 3 CALEA NAVIGABILĂ

3.1 Definiţie şi clasificări

Calea navigabilă (sau şenalul navigabil) este fâşia de apă care

îndeplineşte condiţiile necesare deplasării navelor autopropulsate şi

76

convoaielor într-un singur sens de circulaţie sau în două sensuri de

circulaţie.

Râurile, fluviile, canalele artificiale şi lacurile ( în general orice

întindere de apă) care vor fi folosite pentru navigaţie, trebuie să

asigure existenţa căii navigabile.

Clasificarea căilor navigabile se face după următoarele criterii:

a) după modul de realizare: căi navigabile naturale

şi artificiale

b) după poziţia geografică: căi navigabile interioare

(râuri, lacuri, canale) şi maritime

c) după regimul de scurgere: căi navigabile

interioare (fluviale) în regim de scurgere liberă şi în regim

barat

d) după durata de utilizare a perioadei de navigaţie:

permanente (pe toată durata de navigaţie) şi temporare.

e) după balizarea şi iluminarea căii: căi navigabile

dotate pentru circulaţia de noapte şi căi navigabile

necirculabile noaptea

f) după caracterul transporturilor: căi pentru

transport de mare capacitate şi căi pentru transport flotabil

(plute şi nave foarte mici)

77

g) după însemnătatea economică şi caracteristicile

de navigaţie: căi navigabile magistrale, principale, secundare

şi locale.

Tabelul III-1. Categoria căilor navigabile conform STAS

4273/83

Denumirea căii de

transport

pe apă

Grupa Deplasament navă[tone] Categoria căii

MagistralaVI

V

≥ 3000

1500 –3000

2*

2

PrincipalăIV

III

1000-1500

650-1000

3*

3

SecundarăII

I

400-650< 400

4*

4* - în cazuri bine justificate pot fi încadrate în categoria

imediat superioară.

În Europa de vest căile navigabile sunt împărţite în şase clase

(tab. III.2).

78

Tabelul III-2. [4; 5]

Clasa

Capacitate de

încărcare

[t]

Lungime navă

[m]

Adâncime

şenal

[m]

Lăţime şenal

[m]

Gabarit de aer

[m]Obs.

VI 3000 1006÷11

7

35÷100

1009,1÷40

- valorile de la

numărător sunt

pentru canale

- valorile de la

numitor sunt

pentru cursuri

naturale

canalizate

V 2000 953,5÷4,5

3÷3,5

35÷70

33÷1005,25÷9,1

IV 1350 802,5÷4

2,2÷3,5

20÷40

33÷704,0÷5,85

III 1000 67÷732,5÷3,5

2,5÷3,5

20÷37

334,00

II 600 50÷552,3÷3,5

2÷3

10÷48

20÷674,1÷7

I 300 38÷471,6÷3,5

1,9÷2,5

10÷15

12÷243,7÷4,5

În [4] se dau şi dimensiunile recomandate pentru ecluze pentru

fiecare din cele şase clase de căi navigabile.

3.2 Gabarite de navigaţie

79

Se numeşte gabarit de navigaţie secţiunea în care se încadrează

navele cele mai mari (navele de calcul) care circulă pe calea

navigabilă respectivă, inclusiv distanţele de siguranţă.

Gabaritul de navigaţie este format din gabaritul de apă şi

gabaritul de aer.

Nava de calcul este nava ipotetică cu dimensiunile cele mai

mari (Lc, Bc, Tc şi înălţimea suprastructurii) întâlnite la navele ce

navighează pe calea respectivă.

Σ

Fig. III-1

Pe desen:

- ji - jocul (rezerva) de siguranţă între nave

80

- je - jocul (rezerva) de siguranţă exterioară (laterală)

7654321

7

1

rrrrrrrr ++++++=∑

(III.1)

Σr - adâncimea minimă sub chila navei

r1 - rezerva de navigaţie r2 - rezerva de viteză

r3 - rezerva de valuri r4 - rezerva de înnămolire (dragaj)

r5 - rezerva pentru denivelări ale apei datorate vântului care

suflă în lungul căii navigabile

r6 - rezerva pentru denivelări ale apei datorate undelor de

ecluzare

r7 - rezerva pentru denivelări ale apei datorate pornirii unei

hidrocentrale care preia apă din calea navigabilă

Tabelul III-5 [5] - Rezerva de navigaţie r1 [cm]

Adâncime navigabilă

hn [m]

Mărfuri uscateProduse petroliere sau

exploziveFund nisip sau pietriş

Fund stâncos

Fund nisip sau pietriş

Fund stâncos

< 1,5 10 15 15 30

1,5÷3,00 15 20 20 40

> 3 20 25 30 50

81

Rezerva de viteză r2

- pe râuri: )(g

v

h

TKKr c

aa ⋅⋅⋅−⋅=2

1202

2 (III.2)

- pe canale: ( )

g2v1-

v

u+vk=r

20

20

0a2 ⋅

⋅

⋅

2

(III.3)

în care:

B

L0,1-1,8=k

c

ca

⋅ (III.4)

Lc, Bc, Tc, - dimensiunile navei de calcul [m]

h - adâncimea apei [m]

v0 - viteza relativă a navei faţă de apă (viteza în apă stătătoare)

[m/s]

u - viteza suplimentară de întoarcere (vezi paragraful cu

rezistenţa la înaintare a navelor)

Rezerva de valuri r3

r-h=r 1v⋅3,03 (III.5)

82

în care: hv este înălţimea valului produs de circulaţia navei

(vezi paragraful privind efectele circulaţiei navelor); valori negative

pentru r3 nu se iau în consideraţie.

Rezerva de înnămolire (dragaj) r4

Această rezervă depinde de intensitatea depunerilor între două

dragaje şi se admite între 0,2 - 0,5 m.

Rezerva pentru acoperirea efectului acţiunii îndelungate a

vântului în lungul canalului r5 (poate fi ridicare sau coborâre de

nivel):

αcos102 245 w

h

Lr w−⋅= [m] (III.6)

în care:

Lw = lungimea luciului de apă supus acţiunii vântului (km)

h = adâncimea apei (m)

w = viteza vântului (m/s)

α = unghiul dintre axa canalului şi direcţia vântului

83

Rezerva pentru acoperirea coborârii de nivel datorată

mişcării nepermanente a apei în canal cauzată de umplerea ecluzei

(r6):

0

max6

Bg

Qr

cΩ=η

[m] (III.7)

în care:

η = coeficient de interferenţă < 2

Qmax = debitul maxim de alimentare a ecluzei (vezi paragraful

"Calculul timpului de umplere al ecluzelor") [m3/s]

g = 9.81 m/s2

Ω c = secţiunea udată a canalului [m2]

B0 = lăţimea canalului la oglinda apei [m]

Rezerva pentru acoperirea coborârii de nivel provocată de

pornirea bruscă a unei hidrocentrale care prelevează apă din canal -

dacă există - r7 (necesită de regulă calcule speciale).

Pentru distanţele de siguranţă (jocurile) între nave şi lateral

se recomandă următoarele valori:

84

B0,2=j ce ⋅ - canale cu taluze vizibile

B0,4)(0,35=j ce ⋅÷ - şenale dragate imerse în teren slab

B0,55)(0,45=j ce ⋅÷ - şenale dragate în teren stâncos

B0,2=j cminimi ⋅ - dacă navele nu au derivă laterală

θsin⋅⋅L2=j ci - când există derivă laterală (θ - unghi

de derivă)

θ θ

Fig. III-2

Pentru θ = 2o rezultă: L0,07=j ci ⋅

85

În cazul căilor navigabile cu un singur fir de circulaţie lăţimea

gabaritului de apă va fi:

)B0,2+L+B(1,15=M ccc ⋅⋅⋅⋅ θθ sincos (III.8)

Fig. III-3

Adâncimea de apă a gabaritului trebuie asigurată la nivelul

minim de navigaţie ( numit şi etiaj navigabil, asigurat 95 - 99 %) iar

înălţimea de aer - HA - trebuie asigurată la nivelul maxim navigabil

(la trecerea navelor pe sub poduri, conducte, cabluri etc.). Gabaritul

de aer se asigură faţă de nivelul maxim al apei cu asigurarea de 1 -

5%, în funcţie de categoria căii. După normativele ruseşti avem:

86

Tabelul III-4 [5]

Categoria căii navigabile

I II III IV

HA [m] > 13,5 10 - 12,5 7 - 10 3,5

La podurile peste Dunăre de la Cernavodă gabaritul de aer faţă

de nivelul maxim al Dunării regularizate este de 24,60 m (în

eventualitatea barării Dunării aval de Cernavodă acesta ar putea

rămâne de circa 21,60 m).

Distanţa dintre pilele podurilor trebuie să permită cel puţin

trecerea navei de calcul cu siguranţele laterale (je) cerute. Trebuie să

existe cel puţin două asemenea deschideri navigabile.

Adâncimea de navigaţie se va asigura, în funcţie de importanţa

căii navigabile, la nivelele minime, astfel:

Tabelul III-5

Categoria căii navigabile Asigurarea [%]

Cale magistrală 99 %

Cale principală 97 %

Cale secundară sau locală 95 %

87

Pentru o utilizare cât mai eficientă a capacităţii de transport a

căii navigabile se foloseşte un sistem de prognoză zilnică a

adâncimilor disponibile şi se lucrează cu gabarite diferenţiate: fie că

se folosesc nave cu diverse pescaje fie că se circulă cu încărcătură

redusă în perioadele cu niveluri scăzute.

3.3 Razele de curbură şi supralărgirea în curbe a căilor

navigabile

Traseul căilor navigabile este format din curbe şi aliniamente.

Pentru trecerea normală a navelor (se discută pentru nava de calcul)

prin sectoarele de cale în curbă sunt necesare anumite raze de curbură

minime:

- pentru motonave şi convoaie împinse (rigid legate):

L4R c⋅≥min (până la 6Lc) (III.9)

unde: Lc este lungimea navei de calcul

- pentru convoaie tractate:

L5R s⋅≥min (III.10)

88

unde: Ls lungimea şlepului cel mai lung din convoi

În puncte obligate, cu dificultăţi privind trasarea şi racordarea

cu alte căi navigabile (canale, râuri), la intrarea în porturi sau în

interiorul acestora se admite:

L3=R c⋅min (III.11)

ΔB

M

20ΔB

M+ΔB 2

M+ΔB 2

ΔB

Rext

Fig. III-4

89

Pentru a ţine cont de ipoteza (cea mai defavorabilă) întâlnirii a

două nave de dimensiuni maxime, în curbă se face o supralărgire

∆ B a gabaritului de navigaţie.

Supralărgirea se poate determina ca la căile ferate sau la

drumuri (supralărgire geometrică) dar mai corect se determină

supralărgirea reală pentru căile navigabile după schema din figura

III.4.

Se scrie puterea punctului faţă de cerc:

B-R2=B

Lext

2c ∆⋅

∆(III.12)

2

B+M+R=Rext

∆(III.13)

B+M+R2=R2 ext ∆⋅⋅ (III.14)

B-B+M+R2=B

L2c ∆∆⋅

∆

rezultă

M+R2L=B

2c

⋅∆ (III.15)

în care:

Lc - lungimea navei de calcul

90

R - raza de curbură a căii navigabile

M - lăţimea gabaritului de navigaţie

În mod acoperitor:

RL0,5=

R2L=B

2c

2c ⋅

⋅∆ (III.16)

Pentru a acoperi mişcarea de derivă a navei în curbă se

recomandă (în normativul SN 303 - 65) valoarea:

RL0,7=B

2c⋅∆ (III.17)

Supralărgirea se execută la malul convex (interiorul curbei)

pentru a mări şi vizibilitatea căii şi se prelungeşte în afara curbei cu

2/3 Lc. Apoi racordarea la lăţimea din aliniament se face pe distanţa

de 20∆ B (panta în plan de 1:20).

3.4 Controlul şi întreţinerea gabaritelor de navigaţie

91

Periodic, adâncimea şi lăţimea şenalului navigabil trebuie

controlate:

- o dată pe lună la căile pe care navigaţia se desfăşoară

neîntrerupt, ziua şi noaptea

- de două ori pe an la căile cu navigaţie de zi.

Verificarea adâncimii se poate face cu cabluri târâte pe fund

(pentru depistarea obstacolelor apărute), cu cadre formate din rigle

orizontale şi două rigle verticale gradate (care permit şi controlarea

adâncimii) sau cu sonarul.

Operaţia de verificare se începe când adâncimea apei devine

1,5 Tmax şi se continuă şi în perioada de etiaj (nivelele cele mai

scăzute la care se mai poate naviga).

Obiectele ce constituie obstacole se îndepărtează cu plase,

cabluri, cleşti, macarale şi scafandri.

Materialele depuse în strat relativ uniform (nisipuri, mâluri,

pietrişuri) se îndepărtează prin dragaj.

Dragajul este operaţia de săpare sub apă, ridicarea, transportul

şi depozitarea materialului rezultat în zone stabilite anterior. El se

execută cu nave tehnice echipate special numite drăgi.

Se practică un dragaj de exploatare (sau întreţinere) şi un

dragaj capital (destinat reprofilării secţiunii sau schimbării traseului

92

şenalului navigabil - în râuri - sau realizării iniţiale a şenalului; el

implică volume mai mari de lucrări decât dragajul de exploatare).

Dragajele se execută în perioada de scădere a nivelului apelor

după viitură (pe râuri) pentru că în perioada de creştere pe praguri au

loc depuneri.

93

Cap 4 AMENAJAREA CĂILOR NAVIGABILE

4.1 Metode de amenajare a cursurilor naturale pentru

navigaţie

Când un curs natural de apă nu satisface condiţiile necesare

pentru navigaţie el poate fi amenajat în următoarele moduri:

a) în regim de scurgere liberă

b) în regim barat (prin realizarea unor retenţii de

joasă sau de medie cădere se ridică nivelul apei şi se

modifică scurgerea; se pot înlocui porţiuni de albie cu canale

artificiale).

a) Amenajarea în regim de scurgere liberă (sau în curent

liber) este azi din ce în ce mai rară pentru că este dificil să se asigure

- în situaţia lipsei acute de apă - un pescaj suficient pentru nave de

tonaj ridicat, corespunzător nevoilor de transport actuale. Se execută

lucrări de regularizare a albiei şi dragaje.

Nivelurile de apă importante în regim de scurgere liberă sunt:

- etiajul de navigaţie (EN): nivelul cel mai scăzut din perioada

de navigaţie (admis pentru o anume cale navigabilă)

94

- nivelul maxim de navigaţie (NMN): nivelul cel mai ridicat

din perioada de navigaţie (pentru calea navigabilă analizată;

este important pentru proiectarea lucrărilor de traversare cu

pod, etc.).

Fig. IV-1

Pentru determinarea etiajului de navigaţie se prelucrează

înregistrările de nivel pe o perioadă cât mai lungă (30÷ 50 ani) şi se

trasează curba de durata a nivelurilor zilnice (H) din perioada de

navigaţie (exprimată în zile de navigaţie şi procente de asigurare). O

asemenea curbă este prezentată în figura IV-1. Curba de durată poate

fi folosită pentru determinarea posibilităţii de a utiliza cursul de apă

95

în regim de scurgere liberă pentru o flotă existentă (se intră cu

pescajul navei de calcul şi se citeşte asigurarea disponibilă pentru

etiajul de navigaţie; rezultă categoria de importanţă a căii navigabile).

Se poate intra în grafic cu procentul de asigurare dorit pentru calea

navigabilă şi se citeşte etiajul navigabil şi deci pescajul utilizabil.

Etiajul navigabil (EN) trebuie să aibă următoarele asigurări (în

funcţie de categoria căii navigabile):

- cale magistrală (cat.I): 95 ÷ 99 %

- cale principală (cat.II): 90÷ 95 %

- cale secundară (cat.III): 85÷ 90 %

De exemplu: pe Dunăre EN faţă de care se asigură o adâncime

(pescaj) de 2,5 m are asigurarea de 95 %.

Nivelul maxim de navigaţie (N.M.N.) se determină aşezând

nivelurile maxime zilnice (câte unul din fiecare an din perioada

observată) în ordine descrescătoare (în care ordine primesc numere

de la 1 la n).

Se calculează numărul de ordine al anului de calcul (N) şi

numărul de zile t (din anul de calcul, din hidrograful viiturii avute în

vedere) în care N.M.N. poate fi depăşit.

96

100

1)+(na=N

⋅(IV.1)

100

zk=t

⋅ (IV.2)

în care:

a - coeficient care se scoate din tabelul IV-1

n - numărul de ani din perioada de observaţie

t - numărul de zile cât poate fi depăşit N.M.N. în anul de calcul

(cu nr. determinat anterior - N)

k - coeficient care se scoate din tabelul IV-1

z - durata perioadei de navigaţie (zile)

NMN vafi cel din anul de calcul (N) şi va putea fi depăşit în

maxim t zile.

Tabelul IV-1 [5]

Categoria căii I II III IVClasa căii 1 2 3 4 5 6 7

Coeficienţia 2 3 4 5 5 4 4k 3 6 6 5 3 2 2

c) Amenajarea cursurilor naturale pentru navigaţie în regim

barat

97

Râurile a căror adâncime este insuficientă sau a căror viteză de

curgere este prea mare nu pot fi amenajate pentru navigaţie în curent

liber. De aceea prin intermediul unor lucrări de barare, profilul

longitudinal natural cu pantă continuă este transformat într-un profil

în trepte.

De asemenea, se pot realiza canale artificiale paralele cu albia

râului în zone cu mari probleme de navigaţie (cataracte, ...).

Diferenţa de nivel între două biefuri vecine (separate de un

baraj) se numeşte cădere.

Bieful este porţiunea de râu cuprinsă între două lucrări de

barare.

Amenajarea în regim barat a râurilor poartă şi denumirea de

"canalizare a cursului de apă" (literatura franceză şi germană).

Nivel normal de retenţie (N.N.R.) este nivelul realizat în

spatele barajului (lac de acumulare) la debite normale de exploatare.

Dacă N.N.R. se află în limitele malurilor albiei medii

(principale) atunci retenţia (nodul hidrotehnic) se numeşte de joasă

cădere.

98

Dacă N.N.R. depăşeşte cota malurilor albiei medii a râului

atunci retenţia se numeşte de medie cădere. Retenţiile de mare cădere

– peste 50 m – nu mai permit navigaţia în condiţii de economicitate.

Se consideră debite normale de exploatare debitele la care

nodul hidrotehnic (barajul şi lucrările de navigaţie aferente)

funcţionează normal, fără a-şi modifica specificul.

La amenajările de joasă cădere se consideră debite normale de

exploatare cele care nu duc la înecarea căderii prin creşterea nivelelor

aval de baraj. La amenajările de cădere medie debitul normal de

exploatare este cel de exploatare a turbinelor hidroenergetice.

Nivelul maxim de retenţie este nivelul cel mai mare care poate

apare în exploatare iar nivelul minim de retenţie este nivelul cel mai

scăzut (volumul util este gol).

Nivelul maxim navigabil este un nivel foarte important pentru

navigaţie (la trecerea pe sub poduri sau alte lucrări care traversează

aerian râul). La amenajările cu cădere joasă el se determină ca la

paragraful anterior iar la cele de cădere medie, în funcţie de

construcţia evacuatorilor de ape mari (cota crestei deversorului plus

sarcina pe deversor – grosimea lamei deversante).

b1) Amenajările de joasă cădere

99

Nivelul normal de retenţie nu depăşeşte cota malurilor albiei

medii dar, pentru a nu se produce inundarea terenurilor vecine la ape

mari, sunt necesare (pe cele două maluri, în funcţie de situaţia

cotelor) diguri până la cote superioare nivelurilor maxime (0,5 – 1 m

peste cota apei cu asigurarea de calcul a amenajării).

Amenajările de joasă cădere au drept principal scop realizarea

adâncimilor navigabile.

Alte scopuri ale retenţiilor de joasă cădere sunt:

- evacuarea controlată a debitelor uzinate de o

hidrocentrală

- captarea scurgerilor periodice în bazinele de

recepţie mici

- realizarea de iazuri şi heleştee (morărit,

piscicultură)

- amenajări pentru irigaţii şi alimentări cu apă de

interes local

- atenuarea viiturilor

- amenajări de agrement

100

hn=Tc+Σr

∆h Dragaj

α

i

Fig. IV-2

Notaţii pe desen:

H0 - cădere ce se realizează prin construcţia barajului

hn = Tc + Σ r - adâncimea minimă necesară navigaţiei (vezi

gabarite de navigaţie)

∆ h - adâncimea pe care este necesar dragajul pentru a realiza

adâncimea hn

z - adâncimea apei în albie (înainte de barare)

z + y - adâncimea apei lângă baraj (în bieful amonte) când

luciul apei se află la nivelul normal de retenţie

i - panta albiei râului

101

Distanţa la care se amplasează două retenţii vecine (L) se

determină cu relaţia:

( )[ ]i

1h-h-y+z=L n ⋅∆ (IV.3)

sau cu relaţia:

( )i

1h+h-y+z=L n ⋅∆ (IV.4)

în care: hn = Tc + Σ r

Se poate lucra şi fără dragajul de adâncimea ∆ h dar atunci L

scade şi vor trebui executate mai multe baraje pe o lungime de râu

dată.

La ape mari nivelul maxim depăşeşte coronamentul lucrării şi

aceasta funcţionează cu stavilele şi porţile de ecluză deschise. În

acest caz navigaţia se va desfăşura prin deschiderea navigabilă

existentă în corpul barajului. La ape mici şi medii navigaţia se

realizează prin ecluză.

Nodurile hidrotehnice de joasă cădere creează biefuri destul de

scurte şi nu se pot folosi decât în mică măsură pentru producerea de

hidroenergie (caz în care se utilizează turbine bulb).

102

În general, în componenţa unui nod hidrotehnic de joasă

cădere intră următoarele lucrări:

- o ecluză de navigaţie (eventual două)

- barajul de retenţie cu deschideri deversoare de

ape mari şi o deschidere navigabilă în caz de ape mari (când

căderea H0 este înecată şi ecluza funcţionează cu porţile

deschise, pentru tranzitarea debitelor mari),

- eventual o microhidrocentrală sau agregate

pentru captarea energiei mecanice.

Deschiderea navigabilă se dimensionează în funcţie de

dimensiunile navei de calcul (Bc, Tc) şi de rezervele (jocurile) laterale

de siguranţă (je) recomandate la paragraful despre gabarite de

navigaţie (navigaţia se va face într-un singur sens, prin aşteptare).

Dacă amenajarea de joasă cădere nu are prinre utilizări şi

navigaţia, deschiderea navigabilă şi ecluza pot lipsi.

În figura IV – 3 se prezintă schematic o amenajare de joasă

cădere.

⋅

∆⋅⋅⋅g2

v+zg2=v20ϕ (IV.5)

103

104

Fig. IV-3

În relaţia IV – 5 semnificaţia notaţiilor este ::

ϕ = coeficient de viteză

ϕ = 0,85 pentru pile dreptunghiulare

ϕ = 0.95 pentru pile rotunjite

g = 9,81 m2/s

Pentru navigaţie vom avea: ∆ zad = 0,18÷ 0,2 m

Rezultă: s

mzg2=v adad 88,16,1 −=∆⋅⋅⋅ϕ (IV.6)

Dimensionarea hidraulică a frontului deversant se face ca mai

jos:

105

( ) zg2bh+bh2=Q ad2222111navigabilmax ∆⋅⋅⋅⋅′⋅⋅⋅′⋅⋅ εϕεϕ 1 (IV.7)

În relaţia de mai sus b2 se determină din condiţii de navigaţie

(ca şi h2) iar b1 rezultă după hotărârea valorii h1.

Fig. IV-4

ε - coeficient de contracţie a curentului între pilele

deversorului

bg2

v+h

n0,1-1

20

c⋅⋅⋅⋅= ξε (IV.8)

în care:

nc - număr de contracţii pe deschidere

106

ξ = 1 pentru pile rotunjite

ξ = 0,75 pentru pile dreptunghiulare

Se va avea grijă ca suma lăţimilor tuturor deversoarelor plus

grosimile pilelor şi deschiderea navigabilă să nu depăşească lăţimea

albiei medii.

b2) Amenajările de medie cădere

Aceste lucrări permit realizarea unor căderi mai mari (până la

căderea maximă ecluzabilă pentru navigaţie) şi reţin volume de apă

de până la 10÷ 20 % din volumul scurgerii anuale. Aceste

caracteristici ne permit să le dăm o utilizare complexă în

gospodărirea apelor: navigaţie, producerea de hidroenergie,

alimentări cu apă, irigaţii, piscicultură, agrement, etc.

Amenajările de medie cădere (ca de exemplu Porţile de Fier I şi

II) inundă permanent albia majoră a râului.

Împărţirea unui sector de râu prin lucrări de medie cădere se

poate face după două scheme fundamentale:

- retenţii maxime posibile cu căderi inegale

(rezultând numărul minim de baraje pe sectorul dat)

- retenţii cu căderi egale (dar rezultă un număr mai

mare de baraje; avantajul este că devine posibilă tipizarea

echipamentului hidromecanic - porţi de ecluză, vane, etc.)

107

În componenţa unei retenţii de medie cădere intră:

- ecluza de navigaţie (sau ecluzele)

- barajul cu deversoare pentru gheţuri şi

plutitori, pentru ape mari şi pentru golire de fund

(conductă de golire de fund)

- hidrocentrala (dar aceasta poate fi şi în alt

amplasament)

Frontul deversant al unei retenţii de medie cădere poate arăta

ca în figura următoare:

Deversor plutitori

Deversor ape mari

Fig. IV-5

Calculul hidraulic al frontului deversant are următoarele etape:

108

Q+Q+Q=Q turbinedevviituramax ∆

(IV.9)

Q0,85)(0,75=Q instalatturbine ⋅÷ (IV.10)

Q inst = debitul instalat în hidrocentrală

∆ Q - pierderi de debit (neetanşeităţi vane, stavile şi porţi de

ecluză; vezi la capitolul despre ecluze). Debitul consumat la

ecluzare nu se ia în consideraţie deoarece este posibil ca în

momentul sosirii viiturii ecluza să fie în revizie.

Debitul pentru calculul deversorului rămâne:

Q-Q-Q=Q turbineviituramaxdev ∆

Pentru situaţia din desen avem:

qbn=qb+qb2+qb2=Q iiii332211d e v ⋅⋅∑⋅⋅⋅⋅⋅

(IV.11)

qi - debit specific al deversorului

în care:

109

hg2hbm=Q ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ σε (IV.12)

m - coeficient de debit

m = 0,3÷ 0,32 deversor cu prag lat

m = 0,48÷ 0,49 deversor cu profil practic

ε - coeficient de contracţie (vezi paragraful anterior)

σ - coeficient de înecare (σ = 1 pentru deversor neînecat şi

σ < 1 pentru deversor înecat)

h - sarcina deversorului

b - lăţimea deversorului

b

Q=hg2m=q

i

i2

3

i ⋅⋅⋅⋅⋅ σε (IV.13)

Valorile lui b1 şi h1 se determină în funcţie de sloiurile ce pot

apare pe râul respectiv:

b1 = (10÷ 25) m şi h1 = (1,15d + 0,15) m, în care:

d - grosimea sloiurilor (conform prognozei staţiilor

hidrometrice) [m]

Se poate deci calcula q1 şi apoi Q1. Valorile b3 şi h3 (sau

caracteristicile conductei de golire de fund) se determină în funcţie de

110

necesităţile de golire de fund şi de debit de servitute pentru albia

râului aval de baraj. Rezultă valoarea pentru Q3.

Pentru deversoarele de ape mari rămâne debitul:

qbn=Q-Q-Q=Q 22231dev2 ⋅⋅

(IV.14)

Lungimea totală a frontului deversoarelor de ape mari va fi:

q

Q=bn

2adm

222 ⋅

în care:

n2 - numărul deversoarelor cu lăţimea b2 [m] fiecare

q2adm - debit specific admis în funcţie de natura terenului de

fundaţie (în lucrări de specialitate)

Amplasarea ecluzei se va face cât mai departe de barajul

deversor pentru a proteja accesul navelor de curenţii transversali

către deversor (în bieful amonte), de vitezele transversale, vârtejuri,

valuri, etc. (în bieful aval). În cazul distanţei insuficiente între

intrarea (ieşirea) din ecluză şi deversor se vor executa diguri

longitudinale care să protejeze accesul navelor (porturi de aşteptare,

vezi paragraful despre porturi de aşteptare la ecluze). A se vedea in

Anexa foto amenajarea Porţile de Fier I.

111

Se recomandă următoarele elemente (în practică se va face

studiu prin modelare):

- unghiul între direcţia curentului râului şi

direcţia de acces la ecluză va fi sub 15÷ 200

- raza minimă de curbură la acces: R = 4 -

6Lc , în funcţie de tipul de navă (Lc - lungimea navei

de calcul)

- viteza maximă longitudinală a curentului:

2÷ 2,5 m/s

- viteza transversală a curentului: 0,2÷ 0,3

m/s

- locul de acces la ecluză să nu fie în zone

care pot forma depuneri de aluviuni

Amenajarea cursurilor naturale de apă prin realizarea de retenţii

(amenajarea în regim barat) are două categorii de influenţe asupra

acestora:

- modificări hidromorfologice

- modificări ale condiţiilor de navigaţie

Modificările hidromorfologice cele mai importante sunt:

112

- inundarea unor terenuri din lunca râului

(pe lungimea curbei de remuu spre amonte, pe

cursul principal şi pe afluenţi)

- depunerea de aluviuni în zona lacului de

acumulare (datorită reducerii vitezei de curgere în

lac)

- ridicarea nivelului apelor freatice din

terenurile învecinate cu lacul de acumulare (cota

acestora se va racorda la cota crescută a apei în lac)

şi modificarea stării de eforturi în fundaţiile

construcţiilor din apropierea lacului

- erodarea albiei în aval de baraj (apa

limpede - decantată în lac - are o capacitate maximă

de transportare a aluviunilor).

Modificările asupra condiţiilor de navigaţie sunt următoarele

(în majoritate favorabile navigaţiei):

- creşterea vitezei de navigaţie spre amonte

prin reducerea vitezei apei (în lac) şi reducerea

rezistenţei la înaintare (prin creşterea adâncimii şi

reducerea sau anularea pantei apei); consumul de

113

carburanţi va scădea din aceste motive (reducerea

rezistenţei la înaintare şi a duratei cursei)

- scurtarea traseului de navigaţie (lacul

având adâncime suficientă se poate naviga pe

traseele cele mai avantajoase)

- majorarea lăţimii şenalului navigabil şi

dispariţia sectoarelor cu raze de curbură mici,

înguste şi cu traversadă nefavorabilă pentru

navigaţie (a se vedea la "Regularizări de râuri").

Printre efectele nefavorabile se pot menţiona:

- reducerea capacităţii de transport pe râu la

capacitatea de trafic a ecluzei (vezi la ecluze)

- reducerea perioadei de navigaţie cu circa

10÷ 15 zile (datorită prelungirii efectelor perioadei

de îngheţ)

- apariţia valurilor de dimensiuni mai mari

pe lac decât pe râu (vântul poate prinde un luciu de

apă mai lung - fetch - pe direcţia sa dominantă de

manifestare); vor fi necesare nave mai solide,

francbord mai mare şi chiar porturi de refugiu pe

timp de furtună (dacă rezultă că este nevoie).

114

Dacă prin creşterea vitezei de circulaţie şi prin reducerea

lungimii traseului se câştigă mai mult timp decât se pierde prin

ecluzare atunci se poate spune că creşte şi viteza comercială iar

parcul de nave (flota) are o mai bună utilizare.

În Anexa foto este prezentată o lucrare semnificativă din

categoria celor de medie cădere :Amenajarea hidroenergetică şi de

navigaţie Porţile de Fier I.

4.2 Canale navigabile

a) Generalităţi şi clasificări

Ideea realizării unor canale de navigaţie în România nu este

nouă. „...În anul 1929 s-a votat o lege pe baza căreia urma să se

construiască un canal navigabil Bucureşti - Argeş – Dunăre” (Univ.

Ingineresc 361/1-15/02/2006). Ideea canalului Dunăre – Marea

Neagră este şi mai veche, de la sfârşitul secolului 19.

Spre deosebire de canalele destinate transportului de apă (la

care factorul cel mai important pentru dimensionare este debitul) la

calculul canalelor de navigaţie factorul determinant în dimensionare

este gabaritul de navigaţie.

115

Unele canale funcţionează în regim de scurgere liberă (leagă

două puncte ale unei căi navigabile de exemplu fostul canal Sip de la

Porţile de Fier) iar altele în regim ecluzat (în acest caz ele sunt

împărţite în biefuri prin prezenţa ecluzelor).

După rolul şi funcţia lor canalele se împart în trei categorii:

- canale de ocolire a unor zone cu condiţii

nefavorabile de pe o cale navigabilă fluvială (praguri,

vânt, curenţi puternici, etc.)

- canale de legătură ce permit circulaţia între

bazinele hidrografice vecine (trecând peste cumpăna

apelor; ele sunt ecluzate iar bieful din zona cumpenei

apelor se numeşte bief de creastă sau de partaj).

- canale de acces de la o cale navigabilă la

un centru economic sau populat important (se evită

transbordarea mărfurilor cu ajutorul mijloacelor de

transport terestre).

b) Cercetări preliminare pentru proiectarea canalelor

navigabile se realizează pentru a se pune în evidenţă următoarele

probleme:

116

1) necesitatea şi oportunitatea înfiinţării unei căi navigabile

artificiale

2) posibilităţile tehnice de realizare a canalului

3) alegerea soluţiei corespunzătoare din punct de vedere

economic

Numai regiunile puternic dezvoltate economic pot justifica

realizarea unor canale de navigaţie artificiale prin traficul existent şi

de perspectivă al mărfurilor şi călătorilor. Dacă se va da canalului o

utilizare complexă poate intra în discuţie şi transportarea unui debit

de apă în paralel cu navigaţia (ca exemplu, Canalul Dunăre – Marea

Neagră).

Se vor analiza caracteristicile topografice şi geologice ale

terenului pe traseul propus pentru canal şi de asemenea densitatea

construcţiilor, poziţia şi cota cursurilor de apă şi a căilor de transport

terestre intersectate, valoarea economică a terenurilor agricole ce vor

fi scoase din circuitul agricol.

Cercetările se încheie cu elaborarea unui studiu tehnico-

economic (de fezabilitate) pentru mai multe variante (pentru fiecare

dintre ele stabilindu-se secţiunea transversală şi viteza optimă de

navigaţie pentru a se obţine un preţ minim al transportului).

117

c) Traseul în plan şi profilul longitudinal al canalului

navigabil

Alegerea traseului în plan se face cu scopul de a uni centrele

populate şi zonele industriale propuse prin studiul tehnico-economic

(de fezabilitate). Se vor mai avea în vedere şi alţi factori, ca:

- posibilităţi de alimentare a canalului şi de

scurgere a apei

- modul de funcţionare a canalului şi

siguranţa în exploatare

- posibilităţi de întreţinere a lucrărilor

- posibilităţi de deservire a agriculturii cu

apă pentru irigaţii sau a altor consumatori.

Traseul se studiază prin linia mijlocie, adică axa canalului. Se

vor realiza aliniamente cu lungime moderată racordate cu raze de

curbură cât mai largi (pentru o bună vizibilitate şi condiţii optime de

navigaţie).

Se vor respecta recomandările de la paragraful anterior

privitoare la razele de curbură şi supralărgirea în curbe şi de

asemenea prescripţiile de realizare a traseelor stabile pentru albiile de

râuri (de la "Regularizări de râuri") dacă debitul transportat este

118

semnificativ (de exemplu, Canalul Dunăre – Marea Neagră poate

transporta circa 200 – 250 m3/s).

Aliniamentele lungi nu se vor realiza pe direcţia vânturilor

dominante pentru că se pot forma valuri mari iar la capetele

sectorului pot apare remuuri de ridicare (deversarea apei din canal)

sau de coborâre (scăderea adâncimii apei sub cea minim necesară

pentru navigaţie).

La canalele navigabile nu este obligatorie compensarea

volumelor de umplutură şi de săpătură ce apar în execuţie pentru că

realizarea canalelor în umplutură prezintă riscuri importante

(degradări ale canalului, infiltraţii sau chiar inundaţii) şi necesită

lucrări de etanşare.

Pe traseul canalului se pot prevedea porţi de siguranţă (sau de

compartimentare) în următoarele cazuri:

- la trecerea canalului din săpătură în

umplutură

- la capetele sectoarelor ce străbat terenuri

alunecătoare sau în pantă

- pe traseul aliniamentelor lungi aşezate pe

direcţia vânturilor dominante (şi care nu au putut fi

evitate; porţile se închid la vânturi puternice).

119

Porţile de siguranţă sunt de tipul porţilor rulante (sertar cu unu

sau două panouri şi trebuie să acopere întreaga lăţime a canalului în

condiţii de curgere a apei cu viteze ridicate - uneori chiar până la 8

m/s).

Dacă diferenţa de nivel între capetele canalului este mică

atunci se poate recurge la soluţia canal cu scurgere liberă iar în caz

contrar la cea cu canal ecluzat.

Dacă se traversează cumpăna apelor profilul longitudinal al

canalului va fi format din trepte ascendente, bief de creastă şi trepte

descendente.

Treptele de cădere ale ecluzelor se vor face pe cât este posibil

egale iar distanţa între ecluze va fi cât mai mare (după cum permite

terenul).

Nu se execută biefuri a căror cotă de fund este mai scăzută

decât a celor două biefuri vecine (amonte şi aval) pentru că în caz de

necesitate apa nu va putea fi evacuată decât prin pompare.

Ramblee (umpluturi) sau deblee (săpături) mai înalte (adânci)

decât 25÷ 30 m nu sunt recomandate. Se acceptă asemenea situaţii în

condiţii foarte bine justificate: pentru a evita realizarea unor biefuri

de creastă sau a unor tunele de navigaţie (de exemplu, la Canalul

120

Dunăre – Marea Neagră, pe secturul Basarabi – Agigea adâncimea

săpăturii depăşeşte uneori chiar 70 m).

Fig. IV-6

121

În ce priveşte săpăturile adânci trebuie avut în vedere că

nivelul apelor subterane din zonele învecinate se va racorda la nivelul

apei din canal putând prejudicia exploatările agricole şi captările de

apă subterană. De asemenea se poate produce fenomenul de sufozie

în taluzele canalului (definire în paragraful despre efectele circulaţiei

navelor ; protecţiile de mal se vor poza pe filtru invers din material

granular sau pe filtru din geotextil).

Situaţia ideală este când diferenţa de nivel între apa subterană

şi cea din canal este de circa 0,5m. (Fig. IV.6. - Secţ. 2-2).

Situaţia când nivelul apei din canal este mult deasupra celui al

apei freatice nu este de dorit pentru că se vor produce pierderi de apă

din canal (exfiltraţie) care vor trebui compensate prin alimentarea

canalului cu apă (situaţia cea mai grea se întâlneşte în cazul biefurilor

de creastă).

Fig. IV-7

122

Unele probleme apar în legătură cu executarea canalelor pe

coaste (terenuri cu pantă pe direcţie perpendiculară faţă de traseul

canalului) - Fig. IV-8.

Fig. IV-8

Situaţia din figura de mai sus este nefavorabilă deoarece există

riscul de defectare a etanşării şi de înmuiere şi alunecare a umpluturii

(cu "secarea" canalului şi inundarea terenurilor vecine).

În cazul necesităţii executării canalului pe o coastă se acceptă

soluţia din figura următoare:

123

Fig. IV-9

d) Secţiunea transversală a canalelor navigabile

Secţiunea transversală a canalelor navigabile se caracterizează

prin mărime şi formă. Ea se dimensionează diferit de secţiunea

canalelor destinate transportului de apă.

Lăţimea şi adâncimea apei vor trebui să permită înscrierea în

secţiune a gabaritului de apă (iar la trecerea pe sub poduri să se

asigure gabaritul de aer; vezi paragraful "Gabarite de navigaţie").

În acelaşi timp secţiunea trebuie să fie suficient de mare în

raport cu cupla maestră a navei de calcul (χ ) astfel încât rezistenţa la

înaintare să nu aibă valori ridicate.

Forma secţiunii transversale poate fi: parabolică (tip albie

naturală), trapezoidală, poligonală sau dreptunghiulară.

Cele mai folosite sunt secţiunile trapezoidale şi poligonale iar

în teren stâncos sau în săpături adânci secţiunea dreptunghiulară

(de asemenea, la trecerea canalului prin localităţi).

124

Fig. IV-10

Fig. IV-11

Fig. IV-12

125

Fig. IV-13

Forma parabolică ar corespunde cel mai bine profilului de

echilibru natural (asemănător râurilor) dar este greu de executat şi de

întreţinut. De aceea ea se înlocuieşte cu secţiunea poligonală, la care

se recomandă următoarele pante de taluze:

- 1:2÷ 1:3 în zona cu îmbrăcăminte de

protecţie (pe care acţionează valurile);

- 1:3,5÷ 1:6 sub zona protejată cu

îmbrăcăminte, pentru a rezista la curenţii provocaţi de

propulsoarele navelor;

- 1:15÷ 1:20 pentru fundul canalului

(deoarece chiar dacă fundul s-ar face orizontal tot s-ar

produce o adâncire spre axul canalului - din cauza

circulaţiei mai intense - iar materialul erodat s-ar

depune pe taluze; în plus se obţine un plus de secţiune

126

udată a canalului care contribuie într-o oarecare măsură

la reducerea rezistenţei la înaintare).

În limitele pantelor recomandate pentru taluze şi ţinând seama

de stratificaţia terenului se va verifica stabilitatea la alunecare

folosind cunoştinţele de la disciplina "Geotehnică".

Mărimea secţiunii transversale a canalelor navigabile se

analizează cu ajutorul coeficientului de profil (sau de blocaj):

χΩ

=n (IV.15)

în care:

Ω =secţiunea udată a canalului [m2]

χ = cupla maestră a navei de calcul [m2]

Valorile minimale ale coeficientului de profil se stabilesc în

funcţie de categoria căii navigabile şi de viteza de navigaţie pe care

dorim să o utilizăm în exploatare (legată prin coeficientul de profil,

de rezistenţa la înaintare).

Dacă în secolul XIX şi la începutul secolului XX se proiectau

canale cu n =3÷ 3,5, datorită necesităţii creşterii vitezei de navigaţie

s-a trecut la valori minime de 4 sau chiar 5 (pentru căi magistrale).

127

La canalul Rin-Main-Dunăre s-a adoptat n = 7,4 iar pentru

canalul Dunăre - Marea Neagră s-au studiat variante cu n = 6;7 şi 8 şi

s-a adoptat n = 7.

Între două canale cu secţiune udată egală (şi deci cu acelaşi

coeficient de profil n) se preferă cel cu secţiune mai îngustă şi mai

adâncă celui cu secţiune largă şi mai puţin adâncă deoarece limitarea

spaţiului de navigaţie în adâncime duce la o creştere mai mare a

rezistenţei la înaintare decât limitarea în lăţime:

Fig. IV-14

Fig. IV-15

128

În figurile IV-14 şi IV-15 sun prezentate canale care au

coeficient de profil egal. Se preferă tipul de secţiune din figura IV-14

(rezistenţa la înaintare mai mică).

Construirea unei secţiuni poligonale se face ca mai jos:

Lăţimea la oglinda apei va fi:

a2+j+j2+B2=B iec ⋅⋅⋅ (IV.16)

Tm=a c⋅ (IV.17)

unde m este indicele taluzului (1:m)

Dacă se consideră un unghi de derivă θ pentru navele de

calcul, atunci, în loc de Bc se va lua Bc cos θ . Valorile pentru jI, je şi

Σ r sunt cele discutate la paragraful "Gabarite de navigaţie".

După construcţia secţiunii se verifică:

n =Ωχ (IV.18)

129

Σr

Fig. IV-16

Observaţie: se ia cupla maestră a unei singure nave de calcul.

Dacă este necesară sporirea coeficientului de profil n se va trece

la adâncirea secţiunii până la obţinerea valorii necesare (se

prelungesc taluzele cu pante 1:3,5÷ 1:6 în jos, de la punctele D şi F).

În cazul construirii unei secţiuni trapezoidale se va alege o

pantă de 1:2÷ 1:3 pentru taluze (care se va verifica din punctul de

vedere al stabilităţii la alunecare); protecţia de taluz poate coborî

până la fundul canalului.

Taluzele de deasupra nivelului apei vor asigura o înălţime de

2÷ 3m pentru a se proteja navale faţă de vântul lateral. Din motive de

130

întreţinere a canalului pe ambele maluri se realizează câte un drum cu

lăţimea minimă de 3m (la 2÷ 3m deasupra nivelului apei; se admite

valoarea de 1,5÷ 2m pentru canale realizate în umplutură pentru

reducerea umpluturii).

Mărimea secţiunii canalelor navigabile se dimensionează şi

ţinând seama de considerente tehnico-economice:

- realizarea unei secţiuni udate mici duce la

cheltuieli de investiţie mici dar prin coeficientul de profil

mic şi rezistenţa la înaintare mare se ajunge la cheltuieli de

exploatare ridicate;

- realizarea unei secţiuni udate mari (şi deci n

mare) duce la investiţii ridicate şi cheltuieli de exploatare

mai reduse.

Analizând cheltuielile pentru o perioadă de exploatare

îndelungată se poate aduce un nou argument în favoarea realizării

unor canale cu secţiune udată mare (şi deci coeficient de profil mare)

pe lângă acela al unei viteze de navigaţie mai mare.

e) Viteza economică de circulaţie

Viteza economică de circulaţie poate fi analizată sub două

aspecte:

131

- să se determine viteza economică pentru un canal

cu secţiune dată;

- să se determine secţiunea necesară unui canal

pentru o viteză de navigaţie dorită.

Viteza economică este acea viteză la care (prin rezistenţa la

înaintare şi cheltuielile de propulsare) preţul de cost al transportului

(fără transbordări) este minim.

În afara cheltuielilor de propulsare se mai au în vedere

următoarele:

- alte cheltuieli de exploatare, pe durata cursei,

pentru împingător şi barje (sau alte nave avute în vedere);

- coeficientul de utilizare a capacităţii de încărcare;

- cheltuieli pentru împingător în timpul manevrelor

şi staţionării;

- durata cursei.

Cheltuielile de propulsare privesc următoarele aspecte:

- puterea necesară pentru împingător (sau motor)

în funcţie de rezistenţa la înaintare;

- consumul specific de carburanţi şi lubrifianţi;

- preţul de cost pentru carburanţi şi lubrifianţi.

132

Calculele se fac tabelar iar rezultatele se reprezintă grafic,

pentru determinarea minimului cheltuielilor. Valori obişnuite ale

vitezelor economice de navigaţie sunt date în paragraful "Caracteri-

sticile tehnico-economice ale transportului pe apa".

f) Efectele circulaţiei navelor asupra canalelor şi protecţiei

de mal

Prin circulaţia navelor pe canale se produc următoarele

fenomene:

- valuri de însoţire (care au o acţiune mecanică

asupra taluzelor);

- o coborâre de scurtă durata a nivelului apei (pe

lungimea navei) şi curenţi de întoarcere (menţionaţi la

paragraful "Rezistenţa la înaintare a navelor"); efectul

acestora este o presiune suplimentară asupra taluzelor

canalului;

- curenţi de fund generaţi de propulsoarele navelor

(elice, zbaturi, etc.), cu acţiune de erodare a fundului

canalului şi depunere pe taluze.

133

Studiind aceste fenomene rezultă că fundul canalului nu trebuie

făcut orizontal iar taluzele trebuie protejate cu diferite îmbrăcăminţi.

Acestea pot fi:

- netede (beton simplu, armat sau asfaltic), pe

canalele care au şi scop de transport al apei (pot realiza şi

etanşarea canalului);

- rugoase (anrocamente, peree nerostuite), pe

canale destinate exclusiv navigaţiei.

Toate tipurile de protecţii de mal se aşează pe un filtru invers

format din 1÷ 3 straturi de material granular pentru a stopa

fenomenul de sufozie (migrarea particulelor fine din teren în canal

prin traversarea protecţiei de mal împreună cu apa exfiltrată atunci

când nivelul momentan al apei în canal este mai scăzut decât nivelul

apelor subterane).

Protecţiile se vor ridica cu o înălţime y1 deasupra nivelului

maxim al apei în canal şi vor coborî cel puţin cu o valoare y2 sub

nivelul minim al apei din canal.

y1=1,1÷ 1,2hr iar după unii autori chiar 1,4

în care:

hr= Înălţimea de ridicare a valurilor pe taluz

y2=0,85y1 iar după unii autori y2=1,1y1.

134

De regulă protecţia se continuă sub apă până în punctul de

schimbare a pantei taluzului.

Fig. IV-17

Se mai menţionează în literatura de specialitate şi relaţia:

( ) m 2>B

n0,003-0,21,8=y0

2

Ω⋅⋅⋅ (IV.19)

în care:

n - coeficientul de profil

În ce priveşte înălţimea de ridicare a valurilor pe taluz (hr) se

găsesc în literatură mai multe formule, dintre care menţionăm:

- formula Djunkovski:

135

αtg⋅⋅⋅ hk3,2=h vr (IV.20)

în care:

hv= înălţimea valului produs de navă

m

1=αtg = panta taluzului

k=0,77 pentru protecţii rugoase

k=1 pentru protecţii netede

- formula recomandată de normativul VSN 3-70:

m0.05-1

m0,1+h0,5=h

vr ⋅

⋅⋅⋅β

(IV.21)

în care:

m= pantă taluz

β = 1,4 - protecţii netede

β = 1 - pereu de piatră

β = 0,8 - anrocamente

Înălţimea valurilor produse de circulaţia navelor (hv) se poate

calcula cu diverse formule:

136

- formula Bojici:

v02

h = c v2 g

⋅ ⋅⋅

β (IV.22)

în care:

c =1 - nave cu elice

c = 0,85 - nave cu zbaturi

n

3,1=β , cu χ

Ω=n - coeficient de profil

v0 = viteza de circulaţie a navei relativ la masa de apă [m/s]

g = 9,81 m/s2 - acceleraţia gravitaţională

- formula din normativul SN 92-60:

h=h vv ′⋅η

în care:

137

LB+1

LB+2

=0

0

η (IV.23)

g2v

n

1-n

n+4,2

1-1-12,5=h

20

2

v ⋅⋅

⋅

⋅′ (IV.24)

în care:

B0 - lăţimea canalului la oglinda apei

L - lungimea navei

hv - înălţimea valului lângă taluz

h'v - înălţimea valului lângă navă

Subpresiunea ce poate apare pe îmbrăcămintea taluzului la

coborârea nivelului cu ∆ h în momentul trecerii navei se poate

estima conform desenelor de mai jos:

Notaţiile folosite sunt:

∆ h - coborâre de nivel produsă de circulaţia navei pe canal

(vezi paragraful "Rezistenţa la înaintare a navelor")

∆ hf - coborârea nivelului apei freatice prin exfiltraţie prin

îmbrăcăminte

138

Fig. IV-18

Fig. IV-19

139

h)l0,1-(1=h pf ∆⋅⋅∆ (IV.25)

lp - lungimea plăcilor de beton (lp ≤ 6m)

)h-h(=p fa0 ∆∆⋅γ (IV.26)

ad g

uvp γ⋅=∆ 0 (IV.27)

unde:

g = 9,81 m/s2

γ a - greutatea specifică a apei

u - viteza suplimentară de întoarcere (vezi paragraful "Rezi-

stenţa la înaintare a navelor")

Subpresiunea atinge, deci, valoarea maximă pi:

p+p=p d0i ∆

în care ∆ pd este componenta dinamică a subpresiunii.

Presiunea dată de izbirea valului produs de circulaţia navei

asupra protecţiei de mal se poate evalua conform desenului următor:

140

Fig. IV-20

Semnificaţia notaţiilor este următoarea:

hr - înălţimea de ridicare a valului pe taluz

hv - înălţimea valului produs de circulaţia navei

15,1 2 += ml

h1,34=p va ⋅⋅γmax (IV.28)

h0,5=p va ⋅⋅γmin (IV.29)

Calculul din presiunea de izbire a valului se aplică doar

protecţiilor de taluz din plăci (dale) de beton (ce se calculează ca

plăci pe mediu elastic). Pentru protecţiile din anrocamente se

141

estimează stabilitatea pietrelor pe taluz prin greutatea pe bucată (G)

şi diametrul echivalent (Dech).

⋅

⋅⋅γγ

γϕγ

ap

a

3

(m)

3vp

3

-

hk=G (IV.30)

unde:

γ p - greutatea specifică a pietrei folosite pentru realizarea

îmbrăcăminţi

ϕ (m) - coeficient legat de panta taluzului

k - coeficient al tipului de îmbrăcăminte (k=0,025 -

anrocamente; k=0,019 - 0,021 - pereu de piatră)

hv - înălţimea valului produs de circulaţia navei

( )

vh

mm λϕ

31+=, unde 10=

vh

λ

3

1

γp

ech

G1,25=D (IV.31)

relaţie ce se obţine prin prelucrarea relaţiei anterioare pentru G.

142

Orice tip de îmbrăcăminte s-ar propune pentru canal este

obligatoriu ca să fie aşezată pe un filtru invers compus din unu până

la trei straturi din material granular sau pe un filtru realizat din

material geotextil. Prezenţa filtrului invers va preveni fenomenul de

sufozie (antrenarea particulelor fine din teren) ce ar putea apare la

retragerea valului de pe taluz sau la alte scăderi ale nivelului apelor în

canal dacă nivelul apelor freatice este mai ridicat decât nivelul apei în

canal.

Numărul straturilor de filtru din material granular depinde de

lăţimea rosturilor dintre dalele de beton (brost) sau de diametrul

echivalent al pietrelor folosite pentru realizarea îmbrăcăminţii (Dech)

şi de asemenea de diametrul mediu al particulelor terenului ce

formează terenul de substrat (d0).

Pentru ca particulele de diametru d0 să nu poată trece printre

particulele din filtru (primul strat) sau pentru ca particulele din

straturile inferioare ale filtrului să nu poată trece printre particulele

straturilor superioare ale acestuia se adoptă coeficientul interstrat:

156=d

d=i

i

i ÷−1

ψ (IV.32)

143

Fig. IV-21

Definind coeficientul de neuniformitate al materialului granu-

lar folosit pentru execuţia filtrului invers cu relaţia:

8510

60 ÷≤=d

dN (IV.33)

(după unii autori N poate lua valori chiar până la 10).

Se poate da pentru coeficientul interstrat şi următoarea relaţie:

( )[ ]1-N0,9+9d

d=i

i

i ⋅≤−1

ψ (IV.34)

144

Fig. IV-22

În toată dezvoltarea problematicii filtrelor inverse se consideră

că diametrele luate în discuţie sunt diametrele medii (d50) ale stratului

din care se va executa stratul de filtru.

Proiectarea filtrului se poate face cunoscând gradul de neuni-

formitate al materialului disponibil sau impunând o valoare pentru N

şi lăsând constructorului sarcina de a folosi un material cu acel grad

de neuniformitate (sau mai bun).

145

Diametrul mediu al ultimului strat de filtru va satisface, după

caz, una din relaţiile următoare:

D0,2d echn ⋅≥ - pentru protecţii cu anrocamente sau peree

b2d rostn ⋅≥ - pentru protecţii din dale de beton (IV.35)

Grosimea fiecărui strat filtrant se determină cu relaţia:

4,5d3,84=t i

ii

ψln⋅⋅ cu condiţia: cm10ti ⋅≥ (IV.36)

din motive constructive.

După unii autori se pot adopta şi următoarele valori pentru

grosimile straturilor de filtru:

i it 8 d≥ ⋅ pentru filtrele din agregate de râu, rotunjite

i it 6 d≥ ⋅ pentru filtru din piatră spartă, particule colţuroase

Acestea se cuplează cu relaţia ti≥ 10 cm (constructiv).

Proiectarea se încheie propunând pentru diametrele medii

calculate ale straturilor de filtru câte un sort granular.

146

Dalele de beton pot fi prefabricate sau turnate la faţa locului.

În cazul dalelor turnate la faţa locului (cu dimensiuni de maxim 6 m)

se poate executa filtru invers doar în zona rosturilor de turnare, câte

50 cm de fiecare parte a acestora.

Notaţiile sunt evidenţiate în figura următoare:

Fig. IV-23

g) Legătura canalelor de navigaţie cu râuri sau cu alte

canale

147

De cele mai multe ori canalele de navigatie comunică cu râuri

sau cu alte canale navigabile (uneori ele sunt în legătură cu porturi,

lacuri, etc.).

Mai ales atunci când legătura se face cu un fluviu sau râu este

necesar să avem în vedere reducerea accesului aluviunilor pe canal.

Pentru aceasta legătura se va face în zonele în curbă, la malul concav,

unde curenţii interiori din albia râului dirijează aluviunile de fund

către malul convex (interior).

Fig. IV-24

În general este favorabil ca gura canalului să se orienteze spre

aval dar trebuie să se ţină seama şi de direcţia traficului dominant

(TD ; direcţia în care circulă majoritatea navelor). Vezi figura IV –

24.

148

Dacă traficul dominant (TD) pe râu este orientat spre amonte

este avantajoasă orientarea gurii canalului spre aval pentru că la

intrarea din râu în canal nava va avea o bună manevrabilitate la

viteze mici faţă de maluri (dar în realitate viteze mari faţă de masa de

apă).

Atunci când traficul dominant pe râu este orientat spre aval

situaţia impune orientarea gurii canalului spre amonte dar această

rezolvare este dezavantajoasă pentru că manevrabilitatea navelor va

fi bună la viteze mari ale navei faţă de maluri (viteza de navigaţie

necesară guvernării se adună cu viteza râului şi apar riscuri de

accidente la accesul în canal).

Fig. IV-25

Pentru situaţia traficului secundar (TS) apropiat de cel

dominant sau pentru legătura cu râuri relativ înguste (care nu permit

149

întoarcerea navei de calcul la intrare-ieşire din canal) legătura se

execută cu una din următoarele forme speciale (semibulb sau bulb).

Fig. IV-26 Legătură tip semibulb

TS - trafic secundar

TD - trafic dominant

În cazul traficurilor de aceeaşi importanţă ambele sensuri

rezolvarea legăturii râu-canal se poate face sub formă de bulb:

Atât legătura tip semibulb cât şi cea tip bulb urmăresc

realizarea unei guri a canalului cât mai înguste, pentru a stopa

150

intrarea aluviunilor transportate de râu în zona gurii canalului (se

poate realiza, de asemenea, şi un prag sub adâncimea de navigaţie, cu

acelaşi scop).

Fig. IV-27 Legătură tip bulb

În cazul legăturii între două canale - unde transportul de

aluviuni nu este important - rezolvarea se poate face ca în figura IV.

28.

151

Fig. IV-28 Legătură tip trompetă

h) Intersecţia canalelor navigabile cu râuri sau cu alte

canale

În punctele unde un canal navigabil se intersectează cu un râu

sau cu un canal (intersecţia nu presupune obligatoriu şi legătură de

navigaţie) sunt necesare lucrări inginereşti pentru rezolvarea uneia

din următoarele situaţii:

1) intersecţia la acelaşi nivel când un râu sau pârâu se varsă în

canalul navigabil sau când acesta se intersectează cu un râu

navigabil.

2) intersecţia prin subtraversare, când un râu sau un canal

nenavigabil (de exemplu, destinat transportului de apă)

soseşte la o cotă inferioară şi trece pe sub canalul navigabil

152

in galerii cu faţă liberă sau soseşte la o cotă apropiată şi

subtraversează canalul navigabil în sifon.

3) intersecţia prin supratraversare (pod canal) când canalul

navigabil intersectează un fluviu aflat la cotă inferioară

(care, eventual poate fi şi el navigabil).

Intersecţia la acelaşi nivel, atunci când un pârâu sau râu

debuşează în canalul navigabil implică realizarea unui deznisipator şi

a unui disipator de energie (se evită colmatarea canalului navigabil cu

aluviuni dar si erodarea sa în zona debuşării):

Fig. IV-29

153

Fig. IV-30

În cazul intersecţiei canalului navigabil cu un râu navigabil

problema se rezolva prin executarea unui bulb dublu.

Fig. IV-31

154

Aceasta soluţie are totuşi dezavantajul că variaţiile de nivel ale

râului vor perturba nivelul apei în canal (o soluţie ar putea fi

ecluzarea intrărilor în canal).

Intersecţia prin subtraversare se poate realiza în sifon (sub

presiune) sau în galerii cu faţă liberă. Execuţia sifoanelor se poate

face cu puţuri de nămol sau cu vane şi conducte de spălare şi în

formă de „S”.

Fig. IV-32

vmax=3 m/s - pentru sifoane cu funcţionarea continuă

vmax=4 m/s - pentru sifoane cu funcţionare intermitentă

155

Fig. IV-33

Zonaintrare

Nisabatardou

Gratar

Canalnavigabil

Fig. IV-34 - Sifon în formă de "S"

156

Secţiunea transversală a sifonului şi materialul folosit pot fi:

- secţiune rotundă (tuburi de oţel sau fontă la

diametre mici sau tuburi de beton armat sau

precomprimat la diametre mari)

- secţiune pătrată sau dreptunghiulară (beton armat

turnat la faţa locului)

Calculul pierderilor de sarcină în sifon se poate face cu relaţia:

⋅⋅∑⋅

⋅∆

R4

l++1

g2v=h loc

2 λξ

(IV.34)

nişigratarintrareloc += ξξξξξ ++cot - coeficienţii pierderilor

locale de energie

R4

l

⋅⋅λ

- factorul pierderilor longitudinale de energie pe traseul

sifonului

l - lungimea circuitului hidraulic

R - raza hidraulică

λ - parametru adimensional al pierderilor longitudinale

dependent de numărul Reynolds şi de rugozitatea relativă (pierderi

prin frecare), coeficient de rezistenţă hidraulică Darcy.

157

Se recomandă ca sifoanele să fie formate din mai multe

conducte (linii) paralele pentru a se putea închide pe rând pentru

reparaţii şi pentru a se deschide mai puţine linii la debite mici

(asigurându-se astfel viteze mai mari decât cele la care s-ar produce

împotmolirea sifonului prin depunerea aluviunilor).

Fig. IV-35

Subtraversarea în galerii cu faţă liberă (cu una sau mai multe

linii paralele) –fig.IV.35- se proiectează să nu funcţioneze sub

158

presiune decât cel mult pe o perioadă scurtă de timp (galeriile pot să

funcţioneze la plin dar sub presiune redusă).

Secţiunea galeriilor se adoptă ovoidală (din motive hidraulice

şi statice) cu una sau mai multe linii în paralel.

Intersecţia prin supratraversare se poate realiza prin

construcţia de poduri canal (în structură metalica sau din beton

armat).

Supratraversări se fac peste văi foarte adânci sau peste râuri

navigabile ce nu se pot întrerupe. În literatura de specialitate sunt

citate podurile canal următoare:

1) canalul Mittelland peste fluviul Elba (pod-canal metalic +

beton armat, cu cuva de 29,7 x 2,75 m şi 750 m lungime),

Fig. IV-36

159

2) canalul Mittelland peste fluviul Weser (pod-canal din beton

armat cu cuva de 24 x 2,50 m şi 292 m lungime),

3) podul canal peste Elba la Magdeburg (vezi şi anexa foto)

are cuva cu o lăţime de 32 m iar lungimea sa este de 1 km (s-a

executat în 6 ani şi a costat circa 500 de milioane de euro).

1. Pod cu: - 1 deschidere x 100 m din metal

- 2 deschideri x 50 m din metal

- 20 deschideri x 30 m din beton

2. Pod cu: - 2 deschideri x 50 m din beton

- 6 deschideri x 32 m din beton

Observaţii. Deschiderile mari asigură condiţii de navigaţie pe

fluviile intersectate. Gabaritul de aer de sub podurile canal se

proiectează după clasa de importanţă a fluviului traversat. Este

importantă realizarea etanşărilor la rosturi şi mai ales la mal, la

legătura cu canalul.

i) Pierderi de apă şi alimentarea canalelor de navigaţie

Pierderile de apă din canalele de navigaţie sunt inevitabile şi în

anumite situaţii creează probleme deosebite (Pentru canalele de

joncţiune şi mai ales în biefurile de creastă).

160

Pentru fiecare bief în parte se pune problema compensării

acestor pierderi astfel încât să nu fie afectată adâncimea necesară

pentru navigaţie (compensarea se face prin alimentarea canalului cu

un debit egal cu cel pierdut).

Pierderile prin evaporaţie depind de condiţiile climatice şi

suprafaţa expusă evaporaţiei şi se exprimă în coloană de apă

evaporată în 24 ore (he) sau prin debitul specific evaporat pe 1 Km de

canal (qe):

he=2÷ 8 mm/24h

Kms

l

3,624hB=q e0

e ⋅⋅⋅

(IV.37)

- în care B0 - lăţimea canalului la oglinda apei (m)

Pierderile prin infiltraţie depind de natura terenului în care

este excavat canalul si de nivelul apelor subterane. Ele pot fi

exprimate prin coloană de apă infiltrată în 24 ore (hi) sau prin debitul

specific infiltrat pe 1 Km de canal (qi): De exemplu pentru teren

nisipo-argilos putem avea hi=15 mm/24h.

Debitul se va calcula cu următoarea relaţie:

161

iq = 0,037 k⋅ ⋅ Ω l/s.Km (IV.38)

Ω - suprafaţa apei în canal (B0 x Lcanal) în m2

B0 – lăţimea canalului la oglinda apei

k=0,1 - argilă

k=0,5 - nisip

k=0,9 - pietriş

În literatura de specialitate sunt date relaţii de calcul pentru

situaţia apelor subterane aflate la adâncime mare şi pentru apele

subterane aflate la adâncime redusă.

Pierderi datorate neetanşeităţii vanelor şi porţilor de la ecluze

depind de căderea ecluzei (H0) şi de lungimea totală a etanşărilor ce

s-ar putea defecta:

- pierderi pe metru de cădere a ecluzei:

qneet = (5÷ 10) l/s. mcădere = (5÷ 10)H0 l/s (IV.39)

- pierderi pe metru liniar de etanşare imperfectă:

qneet = 1,5÷ 2,5 l/s .metanşare când H0<10 m (IV.40)

162

qneet = 2,5÷ 3,5 l/s .metanşare când H0>10 m

H0 - căderea ecluzei (diferenţa de cotă între nivelele de apă ale

celor două biefuri separate de ecluză, în m).

Pierderile de apă prin ecluzare reprezintă volumele de apă

folosite pentru umplerea ecluzelor (care se alimentează din bieful

avut în vedere).

La efectuarea unei ecluzări spre aval se consumă (pierde)

următorul volum de apă (din bieful de canal aflat în amonte de

ecluză).

HLB=HA=V 00SAS ⋅⋅⋅

D-V=V SASecl.aval (IV.41)

unde:

D - deplasamentul navei de calcul (1 t deplasament = 1 m3

apă)

A - aria în plan a sasului (B x L)

B - lăţimea ecluzei

L - lungimea camerei (sasului) ecluzei

163

Fig. IV-37

La efectuarea unei ecluzări spre amonte se pierde următorul

volum de apă:

Fig. IV-38

D+V=V SASecl.amonte (IV.42)

La două ecluzări succesive, una spre amonte, una spre aval, se

pierde volumul egal cu 2VSAS (deci, în medie, la o ecluzare se pierde

din bieful amonte un volum de apă egal cu volumul sasului ecluzei).

164

Cumulând toate pierderile de mai sus se poate calcula debitul

pierdut din canal (şi care va trebui să fie compensat prin alimentare

cu apă):

360024Vn+Hq+

360024LB)h+h(

=Q SASe0neet

canal0iepierderi ⋅

⋅⋅⋅

⋅⋅(IV.43)

în care:

ne - numărul mediu de ecluzări pe zi

Vn=V SASe ⋅∑ - volumul total pierdut prin ecluzare poate fi

exprimat mai complex atunci când ecluza funcţionează un timp în

simplu sens şi un timp în dublu sens:

nHA+nHA0,5=V sse0

dse0 ⋅⋅⋅⋅⋅∑ (IV.44)

unde:

A = BxL – suprafaţa în plan a sasului (m2)

neds - numărul de ecluzări în dublu sens

ness - numărul de ecluzări în simplu sens

n+n=n sse

dsee

165

Pentru cazul când ness=ne

ds rezultă:

nHA0,75=V e0 ⋅⋅⋅∑ (IV.45)

Traversarea unui bief de creastă, din care se alimentează

ecluzele situate la ambele capete, pune următoarele probleme:

- calculul pierderilor de apă

- hotărârea modului de alimentare a biefului:

pompare din treaptă în treaptă, lac de acumulare la o cotă

superioară biefului sau bazin alimentat prin pompare (din

râul care implică cele mai mici cheltuieli de pompare).

Fig. IV-39

166

Fig. IV-40

j) Etanşarea canalelor

Deoarece pierderile de apă prin infiltraţii au valori semnificative

la canalele executate în terenuri permeabile (atunci când apele

subterane au nivel mai scăzut decât apa din canal) şi prezintă riscuri

majore în cazul canalelor executate în umplutură, apare ca strict

necesară etanşarea lor în aceste situaţii.

Etanşarea se poate realiza prin mijloace temporare (care au ca

principal scop reducerea permeabilităţii terenului) sau prin mijloace

de durată (realizarea unor căptuşeli).

Mijloacele temporare de etanşare se pot alege dintre

următoarele:

- colmatarea porilor prin lansarea pe canal a unor

suspensii de argilă (cu contribuţia curenţilor de infiltraţie)

167

- stropirea suprafeţelor în contact cu apa cu

reziduuri petroliere

- tratarea suprafeţelor de etanşat cu substanţe

chimice

Procedeele de etanşare de mai sus necesită o refacere periodică

a lucrării şi de aceea ele au mai mult un caracter provizoriu.

Mijloacele de etanşare de durată şi care au o răspândire mare

sunt căptuşelile. Ele se pot realiza în următoarele soluţii constructive:

- etanşare cu straturi de argilă protejată cu straturi

de pietriş, moloz sau deşeuri de carieră (uneori folii sintetice,

beton de pământ, etc.)

- etanşarea cu beton (de ciment sau asfaltic)

Cazurile în care se realizează etanşări sunt prezentate în

figurile următoare:

168

Fig. IV-41 Canal în umplutură (rambleu)

Etanşarea se va ridica peste cota maximă a apei în canal cu

∆ h, valoare mai mare decât cea care ar putea fi depăşită prin "sifon

capilar" (dacă etanşarea e din argilă, de exemplu). Căptuşelile din

dale se vor ridica deasupra nivelului maxim din canal cu o valoare cu

cel puţin 20÷ 30 cm peste înălţimea de ridicare a valurilor pe taluz

(hr).

Cazul cel mai dificil pentru realizarea etanşării este cel al

canalelor realizate în totalitate în săpătură în terenuri permeabile,

atunci când nivelul apelor freatice este apropiat de nivelul apei din

canal (etanşarea trebuie executată pe tot conturul canalului, sub

epuizmente).

169

Fig. IV-42 Canal executat parţial în umplutură, parţial în săpătură

(în teren impermeabil)

Fig. IV-43 Canal executat complet în săpătură (debleu) în

teren permeabil

Soluţiile constructive de etanşare prin mijloace de durată sunt

prezentate în figurile următoare:

170

Fig. IV-44 Etanşare cu argilă

- a - acoperire cu pietriş, moloz, deşeuri de carieră

0,3÷ 1,00 m

- d - grosime strat de argilă pentru etanşare

Tabelul IV-2

h (m) < 2,00 2,00÷ 3,0

0

> 3,00

d (m) 0,2÷ 0,3 0,3÷ 0,4 0,4÷ 0,6

171

Figura nr. IV-45 Etanşare cu beton

Etanşarea cu beton se recomandă la canele mici, unde săpătura

suplimentară pentru executarea etanşării cu argilă este mare în

raport cu volumul total de săpătură. Grosimile recomandate pentru

etanşarea cu beton sunt date în tabelul următor:

Tabelul IV-3 Etanşare cu beton

Tip de etanşare

Cu beton simplu

Cu beton armat

Cu beton asfaltic

d (cm) 20÷ 30 15÷ 20 12Cap 5 ECLUZE DE NAVIGATIE

5.1 Generalităţi şi clasificări

172

Ecluza de navigaţie este o construcţie hidrotehnică destinată

circulaţiei navelor între două biefuri (amonte şi aval) cu niveluri

diferite de apă. Trecerea navei de la cota biefului amonte la cota

biefului aval (sau invers) prin ecluză se numeşte ecluzare.

Principalele părţi componente ale ecluzei sunt sasul (camera

ecluzei), capetele (amonte şi aval) şi porturile de aşteptare (amonte şi

aval).

Sasul este mărginit lateral de bajoaieri iar în zona capetelor de

porţi.

Ecluzele sunt dotate cu sisteme de umplere şi golire (formate

în general din galerii şi orificii de ieşire-intrare a apei) care sunt

controlate cu ajutorul unor vane. Prin manevrarea vanelor sasul poate

fi umplut (sau golit) cu apă şi odată cu aceasta nava care staţionează

în ecluză este ridicată la nivelul biefului amonte (sau este coborâtă la

nivelul biefului aval).

Umplerea şi golirea se realizează gravitaţional.

Capetele sunt situate la extremităţile amonte şi aval ale sasului

şi adăpostesc porţile, vanele sistemului de umplere-golire,

batardourile pentru reparaţii, mecanismele de comandă, camere cu

aparatură de control şi alte dotări necesare funcţionării ecluzei.

173

Porturile de aşteptare permit acostarea navelor in condiţii de

siguranţă pentru a-şi aştepta rândul la ecluzare şi de asemenea

facilitează accesul rapid şi în siguranţă al navelor în ecluză sau

ieşirea şi îndepărtarea de ecluză.

Construcţiile de acostare din porturile de aşteptare, realizate in

conformitate cu schema de exploatare a portului, se racordează cu

capetele ecluzei prin intermediul construcţiilor de ghidare (dirijare).

Făcând o scurtă referire la istoricul ecluzelor de navigaţie se

poate arăta că începând de prin anul 1300 au fost construite în

Olanda şi mai apoi în Germania şi Italia primele semiecluze (aveau

doar poartă aval şi bajoaieri şi permiteau trecerea navelor mici peste

zone de praguri sau mici diferenţe de nivel). Totuşi, părintele ecluzei

este Leonardo da Vinci, care a introdus forma actuală (cu sas, porţi

amonte şi aval şi vane de alimentare) în jurul anului 1497.

Ecluzele se pot clasifica după mai multe criterii:

a) după materialul folosit la construcţie:

- ecluze din lemn

- ecluze din zidărie

- ecluze din beton armat

- ecluze din palplanşe

174

H - adâncime utilă pentru navigaţie

Fig. V-1

b) după numărul de sasuri în paralel:

- ecluze simple

- ecluze duble (gemene, dacă sasurile au

dimensiuni egale) sau chiar triple

c) după numărul de sasuri consecutive:

- ecluze cu o singură treaptă de cădere (fig. V. 1.)

175

- ecluze cu două sau mai multe trepte de cădere

(egale între ele - fig.V.2.)

Fig. V-2

O comparaţie între ecluzele cu cădere unică şi cele în mai multe

trepte evidenţiază următoarele probleme:

- avantajele căderii unice sunt: timpul de ecluzare

mai scurt, capacitatea de trecere a ecluzei mai mare,

echipamentul hidromecanic (porţi, vane, mecanisme) mai

redus (numeric).

- dezavantajele căderii unice sunt legate de

necesitatea construirii unei porţi aval foarte înalte, de

consumul mai mare de beton (radier foarte gros, ce dă şi

presiuni foarte mari pe teren; uneori fundarea trebuie făcută pe

176

piloţi), de volumul mai mare de excavaţii şi de faptul că uneori

va trebui să executăm epuizmente, pentru a putea lucra sub

nivelul apelor freatice.

Câteodată, în cazul ecluzelor de cădere unică ce acoperă o

mare diferenţă de nivel între cele două biefuri (ecluze puţ) se recurge

la executarea unui timpan de beton între cei doi bajoaier ai capului

aval pentru a reduce înălţimea porţii aval (fig.V.3.).

Ca exemplu se citează ecluza puţ de pe Irtâş (afluentul

fluviului Obi, Rusia) cu o cădere de 42 m.

d) după existenţa zidului de cădere (Fig. V.4.):

- ecluze cu zid de cădere (pe canale, pe râuri dacă

ecluza este pe un canal de derivaţie şi uneori chiar şi în

albie la căderi mari)

- ecluze fără zid de cădere (pe râuri, în cazul

ecluzelor situate în albie)

Zidul de cădere reduce înălţimea porţii amonte şi de aceea el

se execută uneori şi la ecluzele situate în albia râurilor (de exemplu la

Porţile de Fier I)

177

Fig. V-3

- a -

- b -

Fig. V-4

178

e) după numărul de porţi:

- ecluze cu porţi amonte şi aval

- ecluze cu porţi amonte, aval şi intermediare

(fig.V.5.)

-

Fig. V-5 Ecluză cu porţi intermediare

Ecluza cu porţi intermediare se execută pe căile navigabile

unde circulă nave de lungime mare (lungimea navei de calcul, care

necesită sasuri de lungime L) şi nave de lungime mai mica (de

exemplu nave de călători, motonave, care necesită sasuri de lungime

l) în proporţii apropiate, în scopul de a economisi apa folosită la

ecluzare şi a scurta timpul de ecluzare.

Daca traficul e intens, aceeaşi situaţie poate fi rezolvată cu două

sau trei ecluze paralele de lungimi diferite, ecluza cea mică fiind

179

numită şi ecluză de viteză (pentru că ecluzarea decurge mai rapid).

Ecluzele paralele pot fi:

- de aceeaşi lăţime şi cu lungimi diferite,

- cu lăţimi şi lungimi diferite,

- cu lăţimi diferite şi de aceeaşi lungime,

- cu lăţime şi lungimi egale (gemene ; se poate

exemplifica cu ecluzele de pe Canalul Dunăre – Marea

Neagră).

Prin apropierea ecluzelor paralele bajoaierul intermediar poate

fi comun celor două construcţii dar ele pot fi aşezate şi pe cele două

maluri alr fluviului, ca la amenajarea Porţile de Fier I.

Fig. V-6

180

În cazul unei ecluze care face legătura între un canal navigabil

şi un râu cu variaţii mari de nivel căderea Ho poate fi când de la râu

către canal, când de la canal către râu. În această situaţie ecluza

trebuie echipată cu porţi capabile să preia presiunea hidrostatică a

apei în ambele sensuri (porţile plane sunt cele mai bune).

Ecluza de la Cernavodă, care face legătura între Dunăre şi

Canalul Dunăre-Marea Neagră se află tocmai în această situaţie

(vezi fig.V.6.).

În etapa de exploatare a canalului racordat cu Dunărea

amenajată in curent liber există posibilitatea apariţiei căderii şi

dinspre canal spre Dunăre (când nivelele acesteia sunt sub +7,50) şi

de aceea poarta dinspre Dunăre este realizată în soluţia poarta plană

coborâtoare şi calculată să preia încărcări pe ambele feţe).

În etapa ulterioară, când Dunărea va fi barată aval de

Cernavoda (probabil la Topalu) atunci ecluza va avea căderea doar

de la Dunăre (nivel maxim în lac la circa +18,50 m dMN sau la circa

+15,00 m dMN în cazul barării Dunării la Măcin) spre Canalul

Dunăre-Marea Neagră (cota +7.50 m dMN).

Pentru situaţia defectării porţilor sau pentru operaţiile de

întreţinere există, amonte de poarta amonte si aval de poarta aval

nişe pentru batardouri (batardourile sunt realizate de obicei din fâşii

181

şi preiau, dinspre amonte sau dinspre aval, cota de apă din porturile

de aşteptare).

În unele cazuri, pentru a permite intervenţii mai rapide,

ecluzele au porţile de serviciu dublate cu porţi de avarie (care pot

prelua nivelele de apă şi respectiv presiunile hidrostatice, din

porturile de aşteptare. Poarta de avarie de la capătul amonte este de

aceeaşi înălţime cu cea de serviciu iar cea de la capul aval este mai

mică decât cea de serviciu (fig.V.7).

Poarta de serviciu de la amonte se pune la uscat eliberând

gravitaţional volumul de apă dintre ea şi poarta de avarie. Poarta de

serviciu de la aval se pune la uscat golind prin pompare sasul şi apa

din zona capului aval până la poarta de avarie.

Fig. V-7 Utilizarea porţilor de avarie

182

PA - poartă de avarie ; PS - poartă de serviciu

5.2 Dimensiunile principale ale ecluzelor şi niveluri de calcul ale

apei

Dimensiunile principale ale ecluzei sunt:

- lungimea utilă a sasului (Lu), calculată în funcţie

de lungimea navei de calcul (Lc);

- lăţimea utilă a sasului (Bu), calculată în funcţie de

lăţimea navei de calcul (Bc);

- adâncimea utilă de navigaţie (H), care în cazul

porţilor care au prag se determină pe prag, la nivele minime

în porturile de aşteptare şi se calculează în funcţie de

pescajul navei de calcul (Tc);

- lungimile capetelor (lk) care depind de tipul de

porţi utilizat, de tipul de sistem de umplere-golire adoptat şi

de soluţiile constructive, de prezenţa batardourilor şi

eventual a porţilor de avarie; în calcule preliminare se poate

estima: lk=(0.15-0.20)Lu (considerată lungime convenţională

a capului).

183

Lungimea capului se compune din trei părţi: zona de intrare

(li); nişa porţii (ln) şi zona zidului de preluare a împingerii porţii (lp).

În lungimile li şi lp intră, după caz, şi lungimile necesare nişelor de

batardou şi porţilor de avarie. La capătul aval li poate lipsi sau poate

fi considerată zona de racordare cu bajoaierul.

184

185

Figura nr. V-8

Dimensiunile principale ale ecluzelor

Lungimea utilă a sasului se măsoară în felul următor:

186

Hp - înălţime prag (busc)Hp = 0.5-1.00 mNMAm - nivel maxim amonteNmAv - nivel minim avalNmAm - nivel minim amonte

- la ecluze cu alimentare frontală, de la liniştitorul

amonte la nişa porţilor aval;

- la ecluze cu alimentare distribuită, de la zidul de

cădere la nişa porţilor aval (sau de la nişa porţilor amonte la

nişa porţilor aval, când nu există zid de cădere).

Lungimea utilă se calculează diferit pentru nava de calcul-

convoi tractat şi pentru nava de calcul-convoi împins sau motonavă.

În cazul convoiului tractat (ca navă de calcul) se procedează ca

în figura V.9:

∆B

∆Bα∆l∆lα

Figura nr. V-9 Lungimea sasului pentru convoaie tractate

∆ l ≅ 5 m - lungimea parâmelor de legare între danele de

şlepuri în timpul ecluzării

α - distanţă de siguranţă între capetele convoiului şi limitele

lungimii utile a sasului

L0.015+1= c⋅α (V.1)

187

- α are valori de circa 3.5-5.5 m

( )l+ln+l=L src ∆⋅ (V.2)

- în care n este numărul de dane de şlepuri în convoi

α⋅2+L=L cu (V.3)

În cazul convoaielor tractate sau al motonavelor se procedează

ca în figura următoare:

l+ln=L ibC ⋅ (V.4)

- în care n este numărul de dane de barje care contribuie la

lungimea convoiului.

Lungimea utilă se determină tot cu (V.3) şi (V.1). Lăţimea utilă

a sasului (Bu) se determină în funcţie de lăţimea navei de calcul (Bc):

( ) B2+B=B1.15-1.07=B ccu ∆⋅⋅ (V.5)

188

Valorile rezervei de lăţime ∆ B nu trebuie să fie mai mici

decât cele din tabelul V-1.

αα

Bu

∆ B

∆B

lîlblb

Figura nr. V-10 Lungimea sasului pentru convoaiele împinse sau

motonave

Tabelul nr. V-1

Bu < 10 m 10 - 18 m > 18 m

∆B

0.2 m 0.4 m 0.5 m

Analiza lăţimii utile este prezentată în figurile V.9 şi V.10.

Dacă bajoaierii ecluzei nu au prevăzute elemente de protecţie

împotriva frecării navelor atunci Bu este egală cu lumina interioara a

sasului (Bu din figura V.8). Dacă bajoaierii ecluzei sunt protejaţi cu

189

grinzişoare (din lemn, beton) contra frecării (cu grosimi de circa 25

cm fiecare) atunci Bu se măsoară între feţele grinzişoarelor de

protecţie (B'u din figura V.8). În acest caz lumina sasului (lăţimea

reală) va fi egală cu lăţimea utilă plus 2 x 25cm.

În ecluză trebuie asigurate adâncimi minime pe pragurile

porţilor (H în figura V.8) şi în sas (H+Hp) adâncimi care trebuie

asigurate la nivelele minime ale apei (în porturile de aşteptare şi în

sas). După unii autori avem:

T1.4)-(1.2=H c⋅ (V.6)

După exprimări mai elaborate este necesar ca adâncimea apei

în sas (Hs) să fie:

i+r+TH+H=H 1cps ∆≥ (V.7)

Notaţiile folosite sunt:

- Tc - pescajul navei de calcul

- r1 - rezerva normală de navigaţie

- r1 = 0.25 m pentru ecluze de beton (Hs<2.5 m)

- r1 = 0.4 m pentru ecluze de beton (Hs>2.5 m)

190

- ∆ i - coborârea dinamică a nivelului apei datorată inerţiei

maselor de apă din galeriile sistemului de umplere-golire (care

continuă să mai iasă un timp şi după egalizarea nivelelor sas-port

aval)

ALa=i ech00 ⋅⋅

∆µ

(V.8)

în care:

- µ 0 - coeficientul de debit al sistemului de umplere-golire

- a0 - secţiunea transversală a galeriilor de umplere-golire în

dreptul vanelor de comandă

LB=A uu ⋅ - aria în plan a sasului (V.9)

"'e c he c he c h LLL += (V.10)

- lungimea echivalentă a sistemului de umplere-golire

distribuită, cu galerii.

- L'ech - lungime echivalentă a părţii neramificate

- L''ech - lungime echivalentă a părţii ramificate

191

Lungimile echivalente, coeficientul de debit µ 0 şi a0 se

determină la paragraful privitor la calculul hidraulic al umplerii-

golirii ecluzelor.

Exemple

1) Ecluză cu umplere-golire concentrată la capete:

Lech=30m, µ 0=0.75, a0/A = 1/200, ∆ i = 0.11m

2) Ecluză alimentată distribuit:

Lech=250m, µ 0=0.65, a0/A=1/150 (sau 1/200),

∆ i = 1.08 m (sau 0.81m)

Dacă înălţimea pragului buscat (Hp) este de 0.5 până la 1.00 m

ea poate acoperi deci valoarea lui ∆ i la ecluzele alimentate dis-

tribuit.

Adâncimea navigabilă pe pragurile ecluzelor fără zid de cădere

se poate calcula cu relaţia:

Z+r+T=H 21

21c ∑∑ (V.11)

Adâncimea navigabilă pe pragurile ecluzelor cu zid de cădere

va fi:

192

Z+r+T=H 31

31c ∑∑ (V.12)

Semnificaţia notaţiilor Tc şi r1 este cea prezentată anterior;

celelalte notaţii sunt:

- r2 - rezervă de viteză (afundarea navei în mers; vezi la

paragraful "Gabarit de navigaţie")

- r3 = 1-1.5m - spor de adâncime necesar la capul amonte la

ecluzele cu zid de cădere, pentru a compensa diferenţa între

rezistenţa la înaintare a navei pe prag şi în sas (rezistenţe diferite

datorită adâncimilor diferite)

- Σ 31 Z - coborâre dinamică a nivelului apei din porturile de

aşteptare

- Z1 - datorită umplerii sau golirii ecluzei vecine în bief

- Z2 - datorită vântului îndelungat

- Z3 - datorită pornirii unei eventuale hidrocentrale situate în

bieful aval sau opririi uneia situate în bieful amonte.

Efectul dinamic al umplerii-golirii ecluzei pentru ecluza

vecină constă într-o undă negativă (de înălţime - Z1) în bieful amonte

(la umplere) sau o undă pozitivă (Z1) în bieful aval (la golire).

193

Viteza acestor unde este:

Bg=c

o

Ω⋅ (V.13)

în care:

Ω = secţiunea udată a canalului

Bo = lăţimea canalului la oglinda apei

g = 9,81 m/s2

Lungimea acestor unde este:

Tc= u⋅λ (V.14)

Tu (sau Tg) = timp de umplere (golire) al ecluzei

Înălţimea, maximă a undelor este dată de:

cB

Q=Z

o1 ⋅

maxmax (V.15)

Z1 are valori de circa 0,4 - 0,5 m.

194

Unda se propagă în lungul biefului şi se reflectă de ecluza de

la celălalt capăt al acestuia şi la întoarcere interferă cu unda

incidentă. Important este nivelul minim dinamic (ce poate apare pe

canal, în portul de aşteptare sau pe pragul ecluzei) studiat cu unda

interferată de înălţime z1 int:

Z=Z 1int1 max⋅±η (V.16)

în care:

η = coeficient de interferenţă ce depinde de gradul de amor-

tizare a undei (pentru amortizare se pot face porturi de aşteptare cu

secţiune udată mare sau supralărgiri speciale pe canal).

De asemenea, unda formată la o ecluzare interferă şi cu undele

de la ecluzările următoare (dacă traficul e intens).

Coborârea dinamică de nivel dată de acţiunea vântului se poate

determina cu:

hwL102

=Z2-4

2αcos⋅⋅⋅⋅

(V.17)

în care:

L = lungime bief (km) expus la vânt

195

w = viteza vântului (m/s)

α = unghi între axa biefului şi direcţia vântului

h = adâncimea apei în bief (m)

Ordinul de mărime a lui Z2 este de circa 0,1 m.

5.3 Porturi de aşteptare la ecluze

Porturile de aşteptare sunt construcţii situate amonte şi aval de

ecluză care fac legătura şi permit trecerea de la ecluză la calea

navigabilă deservită de aceasta .

Ele trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:

- să asigure intrarea şi ieşirea cât mai rapidă a

navelor din ecluză, contribuind în acest fel la mărirea

capacităţii de trafic

- să asigure condiţii bune de staţionare a navelor

atât în timpul umplerii sau golirii ecluzelor, cât şi în timpul

trecerii altor nave prin port

- să permită efectuarea comodă şi sigură a

manevrelor în toate situaţiile ce pot apare în exploatare

196

Dimensiunile şi forma în plan a portului depind de procedeele

de acces şi intrare a navei în ecluză:

a) intrarea rectilinie şi ieşirea prin ocolire

b) intrarea în curbă şi ieşirea rectilinie

a) Intrarea rectilinie şi ieşirea prin ocolire se pot realiza prin

construirea unui port de aşteptare cu dispoziţie nesimetrică faţă de

axul longitudinal al ecluzei. Acest tip de port permite intrarea navei

în ecluză în mod liber, cu mijloacele proprii de guvernare (se poate

aplica şi la convoaie tractate şi la convoaie împinse).

Porturile nesimetrice prezintă o serie de avantaje:

- prezintă cele mai sigure condiţii de intrare pentru

nave (mai ales când Bc este apropiat de Bu)

- manevra de ocolire la ieşire se face cu o viteză

iniţială suficientă pentru o bună guvernabilitate a navei

- latura rectilinie a portului se poate dota cu un

perete de protecţie contra vântului lateral (protecţie ce se

poate realiza şi cu perdele forestiere) ceea ce dă un grad

sporit de siguranţă pentru manevrele navelor în port.

Dintre dezavantajele porturilor dispuse nesimetric se pot

menţiona:

197

- nava (convoiul) care aşteaptă intrarea în ecluză

trebuie să staţioneze la distanţă relativ mare de capul ecluzei

ceea ce duce la lungirea duratei unui ciclu de ecluzare şi deci

la reducerea capacităţii de trafic

- dimensiunile în plan ale portului de aşteptare

rezultă mai mari în comparaţie cu alte variante

- lungimea frontului de acostare este mai mare (şi

trebuie amenajat front de acostare pe toată lungimea

rectilinie) decât la porturile cu dispoziţie simetrică.

b) Intrarea în curbă şi ieşirea rectilinie se pot realiza în

porturi cu dispoziţie simetrică faţă de axul longitudinal al ecluzei sau

în porturi cu dispoziţie nesimetrică. Intrarea în curbă se poate face

prin procedeul de acces liber sau prin ghidare (nava menţine

contactul cu construcţiile de ghidare în timpul intrării; procedeu

aplicat mai ales pentru convoaiele împinse).

Avantajele principale ale porturilor simetrice sunt:

- posibilitatea ieşirii din ecluză cu viteză sporită;

- staţionarea navelor care aşteaptă intrarea în

ecluză se face mai aproape de capul ecluzei decât în porturile

nesimetrice;

198

- dimensiuni mai mici al portului (nu mai sunt

necesare supralărgiri pentru ieşirea prin ocolire);

- lungimi mai mici pentru frontul de acostare amenajat cu con

strucţie în profil vertical (front de acostare pe ambele părţi ale

portului în cazul traficului intens).

Porturile cu dispoziţie simetrică au şi o serie de dezavantaje:

- intrarea ghidată, prin contactul navei cu construcţia de dirijare

este însoţită de riscuri pentru navă;

Fig. V-11

- viteza de ieşire mare poate crea valuri mari şi deci condiţii mai

dificile pentru staţionarea navelor acostate care-şi aşteaptă

rândul la ecluzare;

199

- vântul şi curenţii pe direcţie transversală îngreunează intrarea;

contra vântului lateral se pot realiza perdele forestiere în lungul

portului.

În figura V.11 este prezentat un port cu dispoziţie nesimetrică.

În figura V.12 este prezentat un port cu dispoziţie simetrică.

Fig. V-12

Folosirea unui port cu dispoziţie nesimetrică pentru aplicarea

schemei de exploatare cu intrare în curbă şi ieşire din ecluză în linie

dreaptă se face ca în figura V.13 (atunci când A este o navă de

dimensiuni mari iar B este o navă mai mică).

Pentru a se facilita manevra de intrare conform schemei din

figura V.13 s-au gândit două sisteme:

200

Fig. V-13

- reducerea la jumătate a lungimii traiectoriei în S

prin rotirea parţială a navei în jurul unui punct fix de pe

cheul prevăzut cu o evazare (fig. V.14);

- deplasarea navei acostate (B) până în axul ecluzei

cu ajutorul unor jeturi de apă care îi imprimă o mişcare

transversală de translaţie.

Fig. V-14

201

Manevra de intrare prin ghidare, aplicată pentru convoaie

împinse (sau eventual motonave) în porturile cu dispoziţie simetrică

este prezentată în fig. V.15. Convoiul este împins în contact cu

construcţia de dirijare (de ghidare) şi în acelaşi timp i se menţine, cu

ajutorul instalaţiei de guvernare a împingătorului, o poziţie paralelă

cu axul longitudinal al ecluzei.

Fig. V-15

În cazul ecluzelor duble porturile de aşteptare pot avea, de

asemenea, dispoziţie simetrică (fig. V.16) sau nesimetrică (fig. V.17).

202

Fig. V-16

Fig. V-17

Amplasarea porturilor de aşteptare pentru ecluzele situate pe

râuri (în nodurile hidrotehnice de joasă sau medie cădere) este

descrisă în paragraful referitor la amenajarea căilor navigabile în

regim barat.

203

Dimensiunile porturilor de aşteptare, lungimea, lăţimea şi

adâncimea apei, trebuie să asigure condiţii de efectuare în siguranţă a

tuturor manevrelor cât şi condiţii de staţionare pentru navele acostate.

Dimensiunile în plan se stabilesc în funcţie de traiectoria

descrisă de centrul de greutate al navei de calcul, în cazul manevrei

de ieşire din ecluză prin ocolire (port nesimetric) sau în funcţie de

lungimea construcţiilor de acostare şi de dirijare, în cazul intrării

ghidate în ecluză (port simetric).

Stabilirea dimensiunilor porturilor nesimetrice se face cu

elementele din fig. V.18.

Pentru lungimi se dau relaţiile următoare:

- L1 - lungime pe care nava (reprezentată de centrul de greutate G)

se mişcă în linie dreaptă

tv+L0.5=l+L0.5=L 1cac1 ∆⋅⋅⋅ 1 (V.18)

- Lc - lungime navă de calcul (lc - lungime convoi împins

minus împingătorul sau lungime şlep maxim din convoiul tractat ls)

- v1 - viteză de ieşire conform tab. V.2

204

- ∆ t - timpul de intrare în giraţie (de reacţie) caracteristic

navei (funcţie de masa navei, instalaţia de guvernare şi viteza de

navigaţie); se dă în cartea tehnică a navelor.

α

∆

∆α

Figura nr. V-18

Pentru convoaie împinse ∆ t = 15-50 s.

- L2 - distanţa pe care se execută manevra de ocolire în S, for-

mată din două arce de cerc (cu rază R şi unghi α ) şi o porţiune de

aliniament la2:

c)-(Rc+l=L a2 ⋅2

2 (V.19)

R - rază de curbură a traiectoriei; Rmin=3Lc

205

tv=la ∆⋅ 2

2

2 2 (V.20)

- v2 - viteză de ocolire din tab. V-2

- c - distanţa între axul ecluzei şi axul navei care a terminat

manevra de ocolire

- ∆ t - interval de timp necesar navei să treacă de la mişcarea

de giraţie într-un bord la mişcarea de giraţie în celălalt bord (ca în

relaţia V.18); ∆ t=15-50 s.

Tabelul nr. V-2 Viteze de navigaţie pentru nave în porturile de

aşteptare şi în ecluză (m/s)

Formaţia de nave

Acces Intrare Ieşire Ocolire

şi îndepăr-

tare

Trecere din sas în

sas

Convoi

tractat

0.7-0.8 0.6-0.7 0.8-1 1.2-1.4 0.6-0.7

Convoi împins

0.8-0.9 0.7-0.8 1-1.2 1.4-1.6 0.7-0.8

Moto-navă

1-1.2 0.9 1.2 1.5-2 0.9

206

Navă de călători

1.1-1.3 1 1.4 1.7-2.2 1

Între bordul navei care iese din ecluză şi construcţia de

acostare rectilinie trebuie să existe o distanţă de siguranţă j0 (fig.

V.18.):

R8

L=j c

0 ⋅

2

(V.21)

Cu această valoare se poate trece la exprimarea distanţei c:

j-j+B+B=c 0iic ∆ (V.22)

în care:

- ji - rezervă de siguranţă între nave

B0.2=j ci ⋅ (V.23)

- Bc - lăţimea navei de calcul

-∆ Bi - supralărgirea interioară la mişcarea în curbă, care se

poate lua aproximativ egală cu supralărgirea exterioară ∆ Be

207

(discutate la paragraful referitor la raze de curbură şi supralărgirea în

curbe pe căi navigabile):

RL0.35BB

2c

ei ⋅≈∆≈∆ (V.24)

Lungimea L3 - lungime ocupată de navă după terminarea

manevrei de ocolire - se determină cu:

tv+L0.5=l+L0.5=L cac3 ∆⋅⋅ 33 (V.25)

- Lc - lungimea navei de calcul (lc - pentru convoi împins

minus

împingătorul; ls - lungimea şlepului maxim din convoiul

tractat);

- v3 - viteza de îndepărtare (tab. V-2)

În cazul convoaielor tractate relaţia (V.25) devine:

l+l0.5-L=L asconvoi3 3⋅ (V.26)

208

Lungimea L4 - lungime pe care se face racordarea la lăţimea

canalului, se determină cu:

)B-B(20)(10=L canalp4 ⋅÷ (V.27)

Lungimea frontului de acostare ce se va executa pe latura

portului aflată în aliniament cu sasul ecluzei va fi:

cacostarefront LLL=L ⋅++ 5,021 (V.28)

- Lc - lungimea navei de calcul (la convoaie tractate se va

interpreta ca lungime a convoiului)

Lăţimea portului (Bp) se determină la nivelul minim al apei în

port (atunci când portul e delimitat de amenajări în taluz) pentru nave

cu pescajul maxim (cu ideile de la secţiunea transversală a canalelor

navigabile):

eieicp B+B+j+j+B2=B ∆∆⋅ (V.29)

unde:

209

B0.2=j=j cie ⋅ (V.30)

Stabilirea dimensiunilor porturilor simetrice cu intrarea navei

prin ghidare se face având în vedere elementele din fig. V.19:

Figura nr. V-19

Lungimea portului (Lp) se compune din:

- L1 - lungimea construcţiilor de dirijare (ghidare) care pot fi în linie

dreaptă sau parabolice, cu racordarea în plan 1:4 - 1:6.

210

Construcţiile de ghidare se protejează cu tablă de oţel inoxidabil

în zona de contact cu nava.

( )2

B-Bm=L

up1 ⋅′ (V.31)

pentru construcţii de dirijare liniară, şi

( ))B-B(m=

2B-B

m2=L upup

1 ⋅⋅⋅ (V.32)

pentru construcţie de dirijare parabolică (x2= 2my).

În mod economic se pot proiecta construcţii de dirijare com-

binate: pe o porţiune XT = L1/3 sub formă de parabolă iar pe restul

lungimii L1 liniare (panta cea mai economică 1:4 - 1:5; în porturile de

aşteptare de pe Canalul Dunăre-Marea Neagră m=5)

- L2 - lungimea construcţiei de acostare pentru una sau două

nave de calcul (după cum traficul este mai intens sau mai puţin

intens).

- L3 - lungimea de racordare la lăţimea portului la cea a canalu-

lui (poate lipsi dacă cele două lăţimi sunt egale).

Porturile simetrice au construcţii de acostare pe ambele laturi.

Lăţimea portului (Bp) se determină cu relaţia:

211

j2+B3=B icp ⋅⋅ (V.33)

Ea se determină faţă de nivelul minim al apei în port, la nivelul

pescajului navei de calcul.

Rezerva ji trebuie luată mai mare decât la portul nesimetric şi

anume (în calculele preliminare):

B0.5)-(0.4=j ci ⋅ (V.34)

- Bc - lăţimea navei de calcul

Stabilirea finală a lăţimii portului se face odată cu stabilirea

adâncimii de apă a acestuia (Hp), având grijă ca prin coeficientul de

profil al portului să se asigure condiţii optime de staţionare pentru

navele acostate. (Coeficientul de profil este, ca şi la canale, raportul

între secţiunea udată a portului şi cupla maestră a navei de calcul).

Adâncimea de apă a porturilor de aşteptare (Hp) se ia în primă

instanţă egală cu adâncimea de navigaţie pe pragul ecluzei.

Se determină apoi secţiunea udată a portului şi se apreciază

condiţiile de staţionare a navelor acostate:

212

- în timpul umplerii (port amonte) sau golirii (port aval)

ecluzei, în funcţie de debitul maxim de umplere-golire

- în timpul trecerii navei care a părăsit ecluza şi execută

manevrele de ocolire şi îndepărtare (cu viteză relativ ridicată)

producând valuri de însoţire şi o coborâre de nivel ∆ h a suprafeţei

apei.

De multe ori problema definitivării adâncimii şi lăţimii

(rezervelor ji) portului de aşteptare se cere rezolvată prin modelare.

5.4 Operaţiile şi timpii componenţi ai procesului de ecluzare

În funcţie de traficul existent pe calea navigabilă la un anumit

moment ecluzarea navelor se poate face în sens unic sau în dublu

sens. Acest mod de exploatare al ecluzei este legat de neuniformitatea

traficului pe calea navigabilă (aşa cum s-a mai arătat, sensul de

navigaţie cu trafic mai mare este numit sens direct iar celălalt, sens

invers).

Ecluzarea în sens unic (port nesimetric)

În această situaţie, nava care îşi aşteaptă rândul la ecluzare

poate staţiona mai aproape de capul ecluzei pentru că nu încurcă

213

ieşirea nici unei nave (în sensul celălalt netrecând nave). Lungimile

pe care trebuie să le parcurgă navele rezultă din figura V.20.

Figura nr. V-20

Operaţiile şi timpii corespunzători ecluzării în sens unic (de la

aval spre amonte) sunt:

1) intrarea navei în sas; timpul de intrare: ti = Lintr / vintr

2) închiderea porţilor aval; t ≅ 1.5-2.5 min (este o

caracteristică a echipamentului mecanic de acţionare a porţii)

3) umplerea sasului; timpul de umplere Tu ≅ 5-15 min – (în

funcţie de caracteristicile sistemului de umplere-golire)

4) deschiderea porţii amonte; t ≅ 1.5 - 2.5 min

5) ieşirea navei din sas; tiesire = Lieşire / vieşire

6) închiderea porţii amonte; t = 1.5-2.5 min

214

7) golirea sasului; timp de golire ≅ Tu

8) deschiderea porţilor aval; t = 1.5-2.5 min

Rezultă timpul de ecluzare în sens unic:

SU 18

iT = t∑

Ecluzarea în dublu sens (port nesimetric)

Navele care aşteaptă să intre în ecluză trebuie să stea mai

departe de capul acesteia pentru a permite ieşirea navei care circulă

în sens contrar. Lungimile ce vor fi parcurse de nave sunt prezentate

în fig. V.21.

Lungimea de acces şi lungimea de ocolire apar doar la

porturile cu distribuţie nesimetrică şi sunt egale:

L0.5-L+L=L=L c21ocac ⋅ (V.35)

în care:

- L1 şi L2 au fost calculate la determinarea lungimii portului

nesimetric

215

- Lc - lungimea navei de calcul (vezi comentariul la "Porturi de

aşteptare")

Figura nr. V-21

Operaţiile şi timpii corespunzători ecluzării în dublu sens (prima

trecere, de la aval la amonte) sunt:

1) accesul navei către ecluză; tac = Lac / vac

2) intrarea navei în sas; ti = Li / vi

3) închiderea porţilor aval; t ≅ 1.5-2.5 min

4) umplerea sasului; timp de umplere Tu ≅ 5-15 min

5) deschiderea porţii amonte; t ≅ 1.5-2.5 min

6) ieşirea navei din sas; tieşire = Lieşire / vieşire

7) ocolirea şi îndepărtarea navei; toc = Loc / voc

216

Rezultă următorul timp pentru ecluzarea în dublu sens:

t=T i71D S ∑ (V.36)

Vitezele de acces, intrare, ieşire, ocolire şi îndepărtare ca şi

viteza de trecere din sas în sas (la ecluzele în trepte) sunt prezentate

în tabelul V.2. Ele satisfac atât din punctul de vedere al rezistenţei la

înaintare a navei cât şi din cel al siguranţei manevrelor.

În porturile simetrice, atunci când intrarea se face prin ghidare,

atât la ecluzare în sens unic cât şi la ecluzarea în dublu sens, prima

operaţie este accesul la ecluză. Acesta este egal cu deplasarea prin

ghidare şi prin urmare (vacces sub 1 m/s):

L=L 1acces (calculată la "Porturi de aşteptare" ; vacces sub 1 m/s)

După ieşirea navei din sas (la ecluzarea în dublu sens) nu

mai există operaţia de ocolire; ea este înlocuită cu operaţia de înde-

părtare de ecluză:

L+L=L c1î (V.37)

L1 - lungimea construcţiei de ghidare

217

Lc - lungimea navei de calcul (pentru convoaie împinse se

poate discuta de lc = lungimea convoiului minus lungimea

împingătorului, iar pentru convoaie tractate ls - lungimea şlepului cel

mai lung din convoi).

În afara precizărilor privind accesul şi îndepărtarea navelor

toate operaţiile de ecluzare cu porturile simetrice sunt identice cu

cele de la ecluze cu porturi nesimetrice.

5.5 Capacitatea de trafic a ecluzei

Construcţia unei ecluze pe o cale navigabilă limitează capaci-

tatea de trafic a căii la capacitatea sa proprie de trafic.

Capacitatea de trafic (sau de transport) a ecluzei este repre-

zentată de cantitatea de mărfuri (în tone) care poate trece prin ea în

perioada de navigaţie dintr-un an (considerând că ecluza funcţi-

onează în toată această perioadă).

Capacitatea de trafic teoretică (Pt) este cantitatea maximă de

mărfuri ce pot trece într-un an (perioada de navigaţie) prin ecluză:

218

Czn=P cmaxt ⋅⋅ maxmax [t/an] (V.38)

în care:

- nmax - numărul maxim de ecluzări pe zi

- zmax - numărul maxim de zile de navigaţie de care dispunem

într-un an

- Ccmax - capacitatea maximă de încărcare a navei de calcul (t)

În practică nu se poate realiza capacitatea teoretică de trafic.

Capacitatea efectivă de trafic (Pef) este dată de:

Czn=P cmedmedmarfurimedef ⋅⋅ [t/an] (V.39)

în care:

- nmed marfuri - numărul mediu de ecluzări pe zi pentru nave de

mărfuri (pentru că mai trec şi nave de pasageri, nave tehnice, nave

goale, etc.);

- zmed - numărul mediu de zile de navigaţie pe an

- Cc med - capacitatea medie de încărcare a convoiului de calcul

(t)

Faptul că traficul are intensităţi diferite în cele două sensuri ne

permite să numim sens direct cel în care trec mai multe nave (număr

219

de ecluzări în sens direct = nd) şi sens invers sensul în care trec prin

ecluză mai puţine nave (număr de ecluzări ni). Schematic situaţia se

prezintă ca în figura V.22.:

Figura nr. V-22

Graficul ecluzărilor din perioada de navigaţie se poate pre-

zenta ca în figura V.23.

n+n=n dmaximaxmax (V.40)

Numărul de ecluzări în dublu sens va fi 2ni iar numărul de

ecluzări în sens unic va fi nd-ni. Pentru 24 ore rezultă:

Tn2+T)n-n(=1440=6024 DSiSUid ⋅⋅⋅⋅ minminore (V.41)

220

Figura nr. V-23

Făcând notaţiile:

n

n=ld

dmax

(V.42)

n

n=li

imax

(V.43)

relaţia (V.39) devine:

n=Tl2+T)l-l( DSiSUid

max

min1440⋅⋅⋅ (V.44)

şi deci:

221

)Tl2+T)l-l(=n

DSiSUid ⋅⋅⋅min1440

max

(V.45)

Numărul mediu de ecluzări pentru mărfuri este:

n-n-n-n=n tehnicpasagerigoalenavemedmarfurimed

(V.46)

C

nk=nnc

3marfurimed

max⋅(V.47)

- k3 - coeficient de utilizare a flotei = 0.6-0.8

- Cnc - coeficient de neuniformitate a circulaţiei

Cnc=1.2-1.6

Numărul mediu de zile de navigaţie este:

med 1z = k z⋅ max (V.48)

- k1 - coeficient de utilizare a perioadei de navigaţie = 0.9-0.95

Capacitatea medie de încărcare a convoiului de calcul se poate

exprima cu relaţia:

Ck=C cmax2cmed ⋅ (V.49)

222

- k2 - coeficient de utilizare a capacităţii de încărcare a navei =

0.6-0.8

În acest fel putem scrie:

P=PC

kkk=P ttnc

321ef ⋅⋅⋅⋅ η (V.50)

în care:

- η = 0.25 - 0.5 - randamentul ecluzei (după unii autori, 0,25

– 0,45)

Cunoscând capacitatea efectivă de trafic a ecluzei se pot rezolva

două probleme:

1) Determinarea timpului de umplere necesar pentru a se

realiza o capacitate de trafic (efectivă) cerută.

2) Determinarea capacităţii de încărcare a convoiului de calcul

pentru a se realiza o capacitate de trafic cerută.

Pentru rezolvarea acestor probleme se folosesc relaţiile (V.42),

(V.43), (V.45) şi (V.50).

223

5.6 Sisteme de umplere - golire a ecluzelor

Sistemul de umplere-golire al unei ecluze este format din

totalitatea construcţiilor şi instalaţiilor care servesc la controlul

nivelului apei în sas. El are în componenţă: priza de apă, galeriile,

evacuarea apei în aval şi echipamentele hidromecanice (vane,

batardouri). După caz, unele dintre aceste dotări pot lipsi.

Există două tipuri principale de sisteme de umplere-golire:

A) Sisteme de alimentare frontală (concentrata în zona amonte a

sasului) şi evacuare concentrată în zona aval a sasului.

B) Sisteme cu alimentare şi evacuare distribuite în lungul

sasului (intrarea şi ieşirea apei se fac prin orificii plasate în

lungul sasului după diferite scheme).

A) Sisteme de umplere - golire frontale (concentrate). La

aceste sisteme apa pătrunde în sas pe la capătul amonte dar sunt

cunoscute şi excepţii (apa poate fi introdusă şi evacuată din sas în

mod concentrat în zona capului aval - exemplu ecluza Wallsee de pe

Dunăre sau la mijlocul lungimii sasului).

224

Ecluzele alimentate frontal sunt mai ieftine decât cele

alimentate distribuit dar sunt mai puţin perfecţionate şi condiţiile de

staţionare a navelor în sas sunt mai precare.

Fig. V-24

Cu notaţiile din figura V.24 se pot exprima condiţiile cerute

pentru a se putea executa un sistem de alimentare frontală.

2000LH u0 ≤⋅ şi 3HH 0 ≤ (V.51)

dar şi: H0 <10 m

Principalele tipuri de sisteme frontale sunt:

225

a) cu orificii practicate în porţi (amonte şi aval)

b) cu galerii scurte de ocolire a porţilor (amonte şi aval)

c) prin manevrarea porţilor amonte (la aval unul din sistemele

de mai sus)

d) prin camere de disipare a energiei la amonte; la aval golirea

se face prin procedeele de mai sus.

a) Sistemele cu orificii practicate în porţi se pot aplica de

obicei doar la căderi mici (până la 3.5 m) şi câteodată sunt păstrate ca

sisteme de rezervă.

Dacă orificiile sunt mici rezolvarea poate fi cea din figura

V.25.

Pentru a reduce agitaţia apei în sas şi a îmbunătăţi condiţiile de

staţionare a navei concomitent cu mărirea orificiilor se poate adopta

soluţia cu orificiu înecat din figura V.26.

În cazul ecluzelor fără zid de cădere şi care au căderea mai

mică de 7.5 m se poate adopta sistemul cu orificiu înecat şi prag de

disipare (fig. V.27).

226

Fig. V-25

Fig. V-26

Fig. V-27

227

Sistemul este utilizabil şi la poarta aval, pentru golire.

Un sistem mai perfecţionat cu orificii practicate în porţi, este

cel din figura V.28, la care jetul de apă este dirijat într-o cameră de

disipare a energiei (utilizabil şi la poarta aval):

Fig. V-28

d) Sistemele cu galerii scurte de ocolire a porţilor sunt utilizabile

atât pentru umplere (la capul amonte) cât şi pentru golire (la capul

aval). Ele au apărut odată cu realizarea ecluzelor din zidărie sau

din beton. Galeriile se pot executa cu secţiune constantă sau

variabilă (spre ieşire ele lărgindu-se sub formă de difuzor sau

ramificându-se, fig. V.29 şi V.30).

228

Fig. V-29

Prin ciocnirea curenţilor de apă care pătrund în sas de pe cei

doi bajoaieri, se produce disiparea unei părţi din energia acestora.

Gurile de ieşire în sas ale galeriilor pot fi orientate şi către zidul

de cădere (tot în scopul disipării energiei).

229

Fig. V-30

c) Alimentarea frontală prin manevrarea porţilor se poate

realiza cu ajutorul porţilor plane ridicătoare, porţilor plane

ridicătoare-coborâtoare, porţilor segment şi al porţilor sector.

Utilizarea porţilor segment este prezentată în figura V.31:

Alimentarea prin intermediul porţilor plane este prezentată în

figurile V.32 (poartă ridicătoare) şi V.33 (poartă ridicătoare-

coborâtoare).

230

Fig. V-31

Fig. V-32

231

Fig. V-33

d) Sistemele de alimentare frontală prin camere de disipare

a energiei situate în grosimea zidului de cădere pot recurge şi la

galerii controlate de vane cilindrice (care coboară direct pe verticală

şi au gurile de evacuare în camera de disipare). Camerele de disipare

pot avea secţiunea evazată spre ieşirea în sas în scopul reducerii

vitezei apei. O soluţie de acest tip este prezentată în figura V.34.

Pentru a se înlătura unele din neajunsurile alimentării

concentrate frontal (pantă mare a apei în sas, timp de umplere mai

mare) se pot executa sisteme de alimentare concentrată nefrontal. De

exemplu orificiile de introducere a apei în sas pot fi amplasate la

mijlocul lungimii sasului. Prin mărirea numărului de orificii de

introducere a apei în sas preţul de cost al soluţiei creşte faţă de

232

alimentarea concentrată frontal dar condiţiile de alimentare se

îmbunătăţesc, făcând trecerea spre sistemele de umplere distribuită.

Fig. V-34

B) Sisteme de umplere-golire distribuită. Acestea duc la pante

longitudinale ale apei în sas (în timpul umplerii) mult mai reduse iar

în varianta "sisteme echiinerţiale" panta practic se anulează.

Sistemele de umplere distribuită au ca elemente principale

galeriile amplasate în lungul ecluzei, în bajoaieri sau în radier. Din

233

aceste galerii apa pătrunde în sas prin orificii sau fante (laroane, în

cazul galeriilor amplasate în bajoaieri).

Intrarea galeriilor la capul amonte, controlul acestora cu vane şi

batardouri (care va fi deschis în paragraful "vane pentru sistemul de

umplere golire al ecluzelor") şi ieşirea la capul aval sunt

asemănătoare cu cele de la sistemele concentrate, cu galerii scurte de

ocolire a porţilor (intrarea şi ieşirea vor fi tratate în finalul acestui

paragraf).

Sistemele distribuite sunt de patru tipuri principale:

a) cu galeriile amplasate în bajoaieri

b) cu galeriile amplasate în radier

c) echiinerţiale

d) separative

a) Sistemele cu galerii amplasate în bajoaieri pot fi şi ele de

mai multe subtipuri:

- cu ieşirea apei direct prin laroane (fig. V.35)

- cu galerii transversale de legătură amplasate în

radier şi ieşirea apei prin fante situate pe acestea (fig.

V.36)

234

- cu galerii transversale legate alternativ de câte

una din cele două galerii principale din bajoaieri (fig.

V.37).

Fig. V-35

235

Fig. V-36

Fig. V-37

236

b) Sistemele cu galerii amplasate în radier pot avea ieşirea

apei pe verticală sau pe orizontală (prin "aşezarea" unor casete cu

orificii laterale peste orificiile cu ieşire pe verticală). Ele pot fi:

- cu o galerie centrală (fig. V.38)

- cu două galerii şi ieşire verticală (fig. V.39)

- cu patru galerii şi ieşire orizontală (fig. V.40)

- variante combinate, inclusiv galerii în bajoaieri

combinate cu galerii în radier (care fac trecerea spre

ecluzele alimentate echiinerţial, fig. V.41).

Fig. V-38

237

Fig. V-39

238

Fig. V-40

Fig. V-41

239

c) Sistemele echiinerţiale sunt sisteme care prin calibrarea

corespunzătoare a galeriilor şi orificiilor ca şi prin alegerea unui

traseu adecvat al galeriilor duc la o funcţionare uniformă pe toată

durata umplerii (alimentare echilibrată hidrodinamic) şi creează

condiţii foarte bune de staţionare a navelor în sas (uneori practic nici

nu mai este necesară legarea navei în timpul umplerii sasului).

O schemă de principiu a acestor sisteme este prezentată în

figura V.42.

Fig. V-42

q=va q2=va q3=va 033022011 ⋅⋅⋅⋅⋅ (V.52)

unde:

ai - secţiunea galeriei a1>a2>a3

240

vi - viteza apei în galerie

q0 - debitul de alimentare a sasului pe fiecare orificiu

Rezolvarea practică se poate face aplicând una din următoarele

scheme (cu un grad sporit de ramificare a debitului, fig. V.43, 1, 2, 3,

4).

Fig. V-43

Schema 1 se poate rezolva ca în figura V.41 (sau similar). În

figura V.44 se prezintă rezolvarea schemei 2.

241

Fig. V-44

O modalitate de aplicare a schemei 3 se prezintă în figura

V.45.

Fig. V-45

În mod similar se aplică şi schema principială 4 din figura

V.43.

242

d) Sistemele separative apar ca strict necesare atunci când

ecluza separă un bief cu apă dulce (utilizat şi pentru preluarea apei

pentru irigaţii, etc.) de un bief cu apă sărată (mare sau lac sărat).

Pentru a se evita în cât mai mare măsură amestecarea apei

dulci cu cea sărată se realizează sisteme separate pentru umplere

(care se va face la nivelul apei din sasul gol - nivel aval) şi golire

(care se va face prin radier, apa sărată având densitatea mai mare). În

figura V.46 se prezintă o variantă a acestui sistem.

Fig. V-46

243

A şi B - galerii de umplere

C - galerie de golire

De asemenea, în aval de poarta aval se poate prevedea un

sistem cu aer comprimat care lansează, de pe radier, o perdea de bule

de aer, pentru a reduce amestecul apei dulci cu cea sărată la ieşirea

navei din sas.

Pentru predimensionarea tuturor sistemelor distribuite se

adoptă următoarele valori:

- pentru galeriile de alimentare (suma secţiunilor galeriilor):

⋅

÷≈ Aa

230

1

150

10 (V.53)

LB=A uu ⋅ - aria în plan a sasului

a0 - aria galeriilor în dreptul vanelor

De obicei:

1.571=a

a aa

00 ÷≥ şi (V.54)

a - aria galeriilor în lungul sasului

- pentru orificiile de ieşire a apei în sas (suma suprafeţelor orifi-

ciilor):

244

a1.3)(0.95=S a1.4)(1.2=S 000 ⋅÷⋅÷ sau

(V.55)

Suprafaţa unui singur orificiu poate varia în limite destul de

largi (0.032 m2 - ecluze cu orificii multiple; 1.15 m2 - ecluze cu

orificii obişnuite; în mod curent 0.2-0.4 m2).

Valorile propuse iniţial se acceptă sau se modifică în

momentul calculului hidraulic al umplerii-golirii ecluzei, astfel încât

timpul de umplere (golire) cât şi condiţiile de staţionare a navelor în

sas şi în porturile de aşteptare să fie satisfăcătoare.

Distribuţia longitudinală a orificiilor în sas este o problemă

foarte importantă. Atunci când s-a făcut trecerea de la ecluzele cu

alimentare concentrată frontală la cele cu alimentare distribuită prima

etapă a fost ecluza cu alimentare concentrată nefrontal, debitul

introducându-se în zona centrală a sasului. Apoi s-a mărit numărul de

orificii ajungându-se la distribuirea acestora pe toată lungimea

sasului.

Datorită pierderii longitudinale de sarcină în sistemul de

alimentare (şi cu cât ecluza este mai lungă) orificiile nu dau debite

egale şi se poate ajunge în unele cazuri la pante longitudinale ale

245

suprafeţei de apă în sas chiar mai mari decât la ecluzele alimentate

frontal.

În practică s-a constatat că este mai bine să se facă repartiţia

orificiilor nu pe toată lungimea sasului ci pe zone:

- o zonă centrală, simetrică faţă de mijlocul lungimii sasului

(fig. V.41, fig. V.47),

- două zone repartizate simetric faţă de mijlocul lungimii

sasului (fig. V.44, fig. V.45, fig. V.48).

Fig. V-47

Dintre sistemele cu o singură zonă (centrală) cele mai indicate

sunt cele din figurile V.41 şi V.47 c. Cu cât lungimea pe care se

246

distribuie debitul este mai mare cu atât rezultă pante ale apei în sas (i)

şi denivelări ale suprafeţei (z) mai mici (cu condiţia ca orificiile să

debiteze cât mai uniform - vezi paragraful privind aprecierea

condiţiilor de staţionare a navelor în sas).

Fig. V-48

Dintre sistemele cu două zone de distribuire a orificiilor cel

mai bun este cel din figura V.45. Urmând acelaşi model se poate

construi şi un sistem cu orificiile distribuite pe 4 zone (fig. V.49).

247

Fig. V-49

Pentru a se îmbunătăţi funcţionarea la umplere a sistemului cu

4 zone se poate deschide anticipat galeria 1 (pe care apa trebuie să

parcurgă un drum mai lung).

Rezolvarea zonei de priză a sistemului de umplere-golire se

poate face în următoarele variante constructive:

- cu guri de galerie pe feţele laterale ale

bajoaierilor (eventual aşezate în zona nişei porţilor buscate)

aşezate la nivelul radierului sau eventual coborâte parţial

(fig. V.50)

- cu guri de galerie aşezate frontal la capul ecluzei

(fig. V.51)

248

- cu galerie transversală în radier, cu grătar la

partea superioară (fig. V.52).

Fig. V-50

249

Fig. V-51

Fig. V-52

250

Realizarea zonei de evacuare a apei din sistemul de

umplere-golire se face prin aplicarea uneia din următoarele soluţii:

- prin guri de galerie situate deasupra nivelului radierului

(galeria poate fi ramificată în două până la 4 fire înainte de evacuare -

fig. V.53)

- galerii ce ies sub nivelul radierului în galerii transversale fără

grătar (fig.V.54-a)

- galerii transversale în radier cu grătar la partea superioară

(una până la trei galerii - fig. V.54 - b).

Soluţia adoptată trebuie să asigure o disipare cât mai bună a

energiei apei pentru a asigura condiţii optime de staţionare a navelor

în portul de aşteptare. S-au imaginat şi sisteme de evacuare a apei

dincolo de zona de acostare a navelor în portul de aşteptare.

251

Fig. V-53

a)

252

b)

Fig. V-54

5.7 Aprecierea condiţiilor de staţionare a navelor în sas şi în

porturile de aşteptare

În cazul alimentării concentrate frontal, în mod evident şi cu

valori mai mari, la pătrunderea apei în ecluză se formează o pantă

longitudinală iniţială a suprafeţei apei din sas (iv). Unda reflectată de

cealaltă poartă a ecluzei se întoarce cu o pantă inversă. Panta

longitudinală a apei în sas oscilează pe toată durata umplerii iar

valoarea ei maximă este cea de la începutul umplerii (înainte de

prima reflectare a undei de poarta aval).

253

În figura V.55. este prezentată problema pantei suprafeţei de

apă în cazul alimentării pe sub poartă. Mişcarea de ridicare a porţii

este descompusă într-o succesiune de mişcări cu durată scurtă (∆ t),

perioadă în care debitul pătruns în ecluză creşte cu ∆ Q.

Adâncimea medie fictivă:B

χ−Ω

Valorile debitului pe intervalele de timp ∆ t vor fi:

cBzQ ⋅⋅∆=∆ (V.56)

în care:

∆ z - grosimea tranşei de apă a undei de transport în intervalul

∆ t

B - lăţimea sasului

c - celeritatea (viteza de propagare a undei de transport)

B

-g=c

χΩ⋅ (V.57)

g - acceleraţia gravitaţională

254

sHB= ⋅Ω - secţiunea udată a sasului gol (în secţiune

transversală)

χ - cupla maestră a navei aflată în sas

Fig. V-55

Se scoate ∆ z din ecuaţia (V.56):

cB

Q=z

⋅∆∆ (V.58)

255

Lungimea străbătută de unda de transport în timpul ∆ t este:

tc=l ∆⋅∆ (V.59)

Cu relaţiile (V.55) şi (V.56) se scrie panta suprafeţei de apă din

sas înainte de prima reflectare a undei:

t

Q

cB

1=

tccB

Q

=l

z=

lz=i 2

vv ∆

∆∑⋅⋅∆⋅∑

⋅∆∑

∆∑∆∑ (V.60)

sau:

( ) ( )χχ -g

1

t-t

Q-Q=

t

Q

-g

1=i

1

1v Ω⋅

⋅∆

∆∑⋅Ω⋅

(V.61)

Pentru panta locală se poate scrie relaţia (V.60) în forma:

cB

1

dt

dQ=i 2v ⋅

⋅ (V.62)

256

Cu toate că sistemelor de alimentare concentrată frontală li s-

au adus numeroase îmbunătăţiri ele nu pot da o alimentare rapidă a

ecluzei din cauza pantei longitudinale mari care s-ar produce.

Panta longitudinală iv poate fi redusă dacă apa nu va mai fi

introdusă concentrat frontal ci concentrat în alte puncte ale sasului

(concentrat nefrontal), ca de exemplu la mijlocul lungimii sasului

(fig.V.56).

În acest caz vom avea:

2z=

cB2

Q

=z1

2 ⋅(V.63)

257

Fig. V-56

iar

i2

1=

cB

1

t

Q

2

1=i 122 ⋅

⋅⋅

∆∆⋅ (V.64)

NOTĂ:

z1 = zv - cazul alimentării concentrate frontal

i1 = iv - cazul alimentarii concentrate frontal

Analog se poate judeca şi în cazul introducerii debitului în

două puncte (la L/4 şi la 3L/4) aşa cum se arată în figura V.57 a:

258

Fig. V-57

Pentru figura V.57 a rezultă:

i0.25=i 13 ⋅ (V.65)

iar pentru figura V.58 b rezultă:

i0.125=i 14 ⋅ (V.66)

Deci cu cât se măreşte numărul punctelor de introducere a

debitului de alimentare cu atât scade panta longitudinală a apei (dacă

debitele pe orificii sunt egale).

În plus, caracterul pantei este diferit, pentru că ea nu mai este

organizată "într-o singură apă" (un singur plan înclinat) ci este

259

divizată în porţiuni cu pantă alternativ spre amonte şi spre aval,

situaţie net mai bună pentru staţionarea navei.

Se poate pune problema şi în alt mod: se poate mări debitul

(deci se poate scurta timpul de umplere) cu menţinerea pantei

suprafeţei de apă egală cu cea de la alimentarea concentrată frontală.

De fapt se pot adopta şi situaţii intermediare între aceste două

abordări ale problemei pantei apei în sas în timpul umplerii.

Pentru formularea condiţiei de staţionare a navelor în sas

trebuie arătat că în timpul umplerii-golirii ecluzei se produc în sas şi

în porturile de aşteptare, vârtejuri, pulsaţii de nivel şi de presiune a

apei, concentrări de viteze şi unde de transport. Toate aceste

fenomene acţionează asupra navei şi sunt preluate de parâmele cu

care aceasta este legată (de bolarzii flotanţi în sas sau de bolarzii

ficşi de pe cheu, în portul de aşteptare).

Staţionarea navei este asigurată dacă forţa ce trebuie preluată

de o parâmă de legare este mai mică decât forţa admisibilă (care este

în funcţie de rezistenţa parâmei, deci de tipul şi grosimea acesteia).

Studierea forţelor care acţionează asupra navei staţionate în sas

se face cu elementele din figura V.58.

Forţa totală care se exercită asupra navei în timpul umplerii

este descrisă de relaţia următoare:

260

P+P+P+P=P+P=P ivivloclonglocalmax (V.67)

în care:

Ploc - forţă datorată şocurilor, variaţiilor de presiune şi agitaţiei

apei, mai importantă pentru navele mici şi practic neglijabilă pentru

convoaie (Ploc = 0 dacă se face o disipare bună a energiei)

Pv - forţă datorată vitezei cu care apa curge pe lângă capul

navei, de natura rezistenţei la înaintare; în momentul iniţial v = 0

duce la Pv = 0

Pi - forţă de natura forţei de inerţie, ce devine nulă când nava

se află în echilibru, cu parâmele întinse

cB

D

dt

dQ=iDD=P 2

0=t

viv ⋅⋅

⋅≈⋅ αsin (V.68)

vitg ≈≈ ααsin , pentru unghiuri sub 6,50.

261

α

α

Piv

Fig. V-58

Piv - forţă datorată pantei longitudinale a suprafeţei de apă în

timpul umplerii

D - deplasamentul navei

Pentru ecluze alimentate frontal se aplică relaţia:

P<cB

D

dt

dQ=PP adm2

0=t

iv0)=(t ⋅⋅

≈max (V.69)

262

în care Padm este forţa admisibilă în funcţie de tipul şi numărul

de parâme de legare.

Pentru ecluze alimentate distribuit relaţia (V.69) devine:

P<cB

D

dt

dQP adm2

0)=(t

sas0)=(t ⋅⋅

⋅Ψ≈max

(V.70)

în care:

Ψsas - coeficientul ce caracterizează calitatea schemei de

alimentare:

Ψ sas = 1 - alimentare frontală

Ψ sas = 0.6 - 0.7 - sisteme distribuite cu galerii longitudinale şi

orificii pe toată lungimea sasului

Ψ sas = 0.4 - 0.5 - sisteme distribuite cu orificii pe o singura

zonă, în partea centrală a sasului

Ψ sas = 0.2 - 0.3 - sisteme distribuite cu orificii pe două sau trei

zone

Forţa admisibilă Padm (din relaţiile V.69 şi V.70) depinde de

gradul de uniformitate al întinderii parâmelor de legare.

263

La parâme întinse manual (cu forţe de ordinul a 20 - 30 daN)

datorită neuniformităţii legării se consideră că toată forţa se predă la

o singură parâmă (atât pentru navele mari, legate pe ambele borduri -

fig. V.58 - cât şi pentru navele mici legate pe un singur bord; de

asemenea şi în porturile de aşteptare).

La parâmele pretensionate mecanic (cu trolii; forţa de

întindere, de circa 1/100 - 1/50 din forţa de rupere, este repartizată

aproximativ uniform) se admite că predarea forţei totale să se facă la

două parâme în aceeaşi direcţie de legare. Se aplică relaţiile

următoare:

- întindere manuală:

P=P 0)=(t1parima max (V.71)

- pretensionare mecanică a parâmelor:

512

P=P

0)=(t1parima ,max ⋅ (V.72)

în care 1,5 este un coeficient de neuniformitate.

264

Forţa hidrodinamică maximă (Pmax) egală cu Padm se exprimă

prin formule convenţionale care depind doar de deplasamentul navei

(D):

- în Franţa:

D900

1

100

1=Padm ⋅

÷

0 (V.73)

- în Germania şi Austria:

D600

1

750

1=Padm ⋅

÷ (V.74)

- în SUA (pentru toate navele fluviale):

daN5000=Padm ⋅ (V.75)

- în Rusia şi celelalte state ale CSI (foste membre ale URSS):

5 30 D35

1=F ad6=Padm ⋅⋅ [daN] (V.76)

265

Fad - forţa admisibilă în parâmă, depinzând de material şi de

dimensiunile parâmei

De asemenea se aplică începând din 1965 pentru ecluze cu

alimentare distribuită relaţia:

D3 00 .8=P 3

1

a d ⋅⋅ [daN] (V.77)

La convoaie tractate Pad se calculează pentru fiecare navă (sau

dană de nave) separat iar la convoaiele împinse Pad se calculează

pentru barja cea mai mare din convoi (pentru că fiecare navă -

inclusiv barjele - este dotată cu parâme în funcţie de caracteristicile ei

proprii şi nu de ale unui posibil convoi în care ar putea fi inclusă).

Pentru staţionarea în siguranţă a navelor în porturilor de

aşteptare se aplică o relaţie similară cu V.70:

P<cB

D

dt

dQ=P port

adm20=t

portport

0)=(t ⋅⋅

⋅Ψmax (V.78)

în care:

λσλ

⋅⋅⋅

Ψ2+1

2+1=port (V.79)

266

Semnificaţiile notaţiilor rezultă din fig. V.59.

χ

Fig. V-59

Obs. În porturile simetrice pot fi acostate nave şi pe ambele laturi ale portului.

S-a notat:

L

L=c

0λ (V.80)

ΩΩ

p

cp -=

χσ (V.81)

267

Forţa hidrodinamică admisibilă în port, care trebuie preluată ca

şi în sas de una sau două parâme, se determină cu relaţia:

3300 D0.5)(0.4=P portad ⋅⋅÷ [daN] (V.82)

În literatură există şi alte formule aplicabile atât în sas cât şi în

porturile de aşteptare.

Registrul Naval Roman prevede că la convoaiele împinse

calculul Pad se face în ipoteza că barjele şi împingătorul "fac corp

comun" (deci la suma deplasamentelor navelor din convoi).

Totuşi nu este necesar ca parâmele să aibă o forţă de rupere

mai mare de 32500 daN - în cazul parâmelor din oţel (cabluri cu φ

24 - 32 mm) sau 39000 daN - în cazul parâmelor sintetice.

5.8 Calculul hidraulic al umplerii (golirii) ecluzelor

În timpul procesului de umplere (golire) mişcarea apei în

galerii, în sas şi în bieful amonte (respectiv aval) are loc în regim

nepermanent deoarece:

268

- “căderea” ecluzei se reduce de la H0 - la începutul

umplerii – la zero

- sistemul de alimentare funcţionând gravitaţional,

cu sarcina (căderea) variabilă, va duce la debite de alimentare

şi viteze ale apei variabile.

Se va verifica dacă regimul hidraulic ales asigură staţionarea

liniştită a navelor în sas şi în portul de aşteptare (este chiar

preferabil să se determine timpul de umplere în funcţie de condiţiile

de staţionare a navelor).

Umplerea pe sub poartă

Notaţiile avute în vedere sunt prezentate în figura V.60

Pe figură s-a notat:

a - secţiunea de scurgere de sub poartă (secţiunea geometrică)

a'- secţiunea contractată a vânei de apă care iese din orificiul

de sub poartă (în această secţiune viteza are repartiţie uniformă - v')

z0 - sarcina orificiului de sub poartă în perioada cât

funcţionează ca orificiu liber (neînecat)

H0 – căderea ecluzei

Hî - sarcina (căderea) la care se produce înecarea orificiului de

sub poartă

269

Ht - sarcina (căderea) la momentul oarecare t

Debitul prin orificiul liber va fi:

va=Q ′⋅′ (V.83)

Βu⊥

Fig. V-60

în care:

ε⋅′ a=a (V.84)

ε - coeficient de contracţie

270

zg2=v 0⋅⋅⋅′ ϕ (V.85)

φ - coeficient de viteză

ϕεµ ⋅= - coeficient de debit (V.86)

Coeficientul de debit se calculează cu ajutorul cunoştinţelor de

la "Hidraulică". Relaţia (V.83) devine:

zg2a=va=Q 0⋅⋅⋅⋅′⋅′ µ (V.87)

Scriind ecuaţia de continuitate referitor la umplere (volumul de

apă trecut prin orificiu este egal cu volumul de apă cu care se umple

sasul) se obţine:

dH-A=dtQ ⋅⋅ (V.88)

Semnul "minus" apare din cauză că sarcina H este în scădere.

LB=A uu ⋅ - suprafaţa în plan a sasului

271

Înlocuind se obţine:

dHA=dtzg2a 0 ⋅⋅⋅⋅⋅⋅ -µ (V.89)

Ecuaţia de continuitate poate fi transcrisă pentru cele două

situaţii ale orificiului în timpul umplerii (separând variabilele):

ORIFICIU LIBER: dtzg2A

a=dH- 0 ⋅⋅⋅⋅⋅ µ (V.90)

ORIFICIU ÎNECAT: dtg2A

a=

H

dH- ⋅⋅⋅⋅µ (V.91)

Relaţiile (V.90) şi (V.91) se numesc ecuaţii diferenţiale ale

umplerii. Se mai notează:

tî - timpul la care se produce înecarea orificiului de sub poartă

tp - timpul cât durează ridicarea porţii (până la crearea orificiului

cu secţiunea geometrică a0, necesară umplerii)

a0 - orificiul geometric maxim de sub poartă (când manevra

acesteia s-a terminat)

A) Calculul timpului de umplere a ecluzei în cazul tî > tp este

reflectat în tabloul hidraulic din fig. V.61.

272

DI - domeniul I, pe durata manevrării porţii - ORIFICIUL

LIBER

DIIa - manevra porţii terminată - ORIFICIU LIBER

DIIb - manevra porţii terminată - ORIFICIU ÎNECAT

Se va face integrarea ecuaţiilor diferenţiale ale umplerii pe cele

trei domenii.

µ0

µ

Fig. V-61

Domeniul I este caracterizat de următoarele condiţii:

ORIFICIU LIBER

0 < t < tp

H0 < H < Hp

273

t

ta=a

po ⋅ (V.92)

μ0= constant (coeficient de debit al orificiului cu secţiunea a0)

Hp - sarcina sistemului de alimentare la t = tp

Se integrează ecuaţia V.90:

tzg2t

t

Aa=H 00

t

p

0H

H 0

dd0

⋅⋅⋅⋅⋅⋅− ∫∫ µ

(V.93)

2t

tAa

=H2 t

0p

00H

H⋅

⋅⋅

−µ

0

(V.94)

ttA

zg2a2

1-H=H 2

p

ooo0 ⋅

⋅⋅⋅⋅⋅

⋅µ

(V.95)

Relaţia (V.95) este ecuaţia sarcinii H în domeniul I. Cu

ajutorul ei se poate scrie debitul sistemului de alimentare pe

domeniul I:

Hg2a=va=Q 0o0 ⋅⋅⋅⋅⋅ µ (V.96)

274

În fapt, pe D I, H = z0

În punctul de la limita domeniului I se obţine pentru t = tp şi

H = Hp:

tA

zg2a2

1-H=H p

0000p ⋅

⋅⋅⋅⋅⋅

µ (V.97)

Domeniul II a este caracterizat de următoarele condiţii:

ORIFICIU LIBER

tp < t < tî

a0= constant

µ 0= constant

Hp < H < Hî (În fapt, pe D II a, H = z0)

Se integrează ecuaţia V.90:

∫∫ ⋅⋅⋅⋅⋅

−t

t

000H

Hp

p

tA

zg2a=H dd

µ(V.98)

t

t

oooH

H pp

tA

zg2a=H ⋅

⋅⋅⋅⋅−

µ (V.99)

275

( )pooo

p ttA

zgaHH −

⋅⋅⋅⋅−=

2µ (V.100)

Relaţia (V.100) este ecuaţia sarcinii în domeniul II a (putând fi

folosită la determinarea debitului din sistemul de alimentare cu

(V.96)).

La limita domeniului II a vom avea pentru t = tî şi H = Hî :

)t-t(A

zg2a-H=H pî

000pî ⋅

⋅⋅⋅⋅µ (V.101)

în care se poate înlocui Hp cu valoarea dată de (V.97).

Domeniul II b este caracterizat de următoarele condiţii:

ORIFICIU ÎNECAT

tî < t < Tu

a0 = constant

µ 0 = constant

Hî < H < 0

Tu - timpul de umplere al ecluzei

Se integrează ecuaţia V.91:

276

∫∫ ⋅⋅⋅⋅

−t

t î

dd

tA

g2a=

H

H 00H

Hî

µ(V.102)

t

t

00H

H îî

tA

g2a=H ⋅

⋅⋅⋅⋅−

µ2 (V.103)

)t-(tA

g2a2

1-H=H i

00i ⋅

⋅⋅⋅⋅

µ (V.104)

Relaţia (V.104) este ecuaţia sarcinii sub care funcţionează

sistemul de umplere pe domeniul II b (şi se poate folosi la

determinarea debitului cu V.96). Se poate înlocui Hî cu cel dat de

V.101. La limita domeniului, când t = Tu şi H = 0 avem:

)t-T(A

g2a2

1=H îu

00î ⋅

⋅⋅⋅⋅

µ (V.105)

din care se scoate timpul de umplere:

g2a

HA2+t=T

00

îîu

⋅⋅⋅⋅⋅

µ(V.106)

B. Calculul timpului de umplere a ecluzei în cazul tî < tp

Tabloul hidraulic al umplerii este prezentat în figura V.62.

277

DIa - domeniul de funcţionare cu orificiu liber - poarta în

mişcare (ridicare)

DIb - domeniul de funcţionare cu orificiul înecat - poarta în

ridicare

DII - domeniu de funcţionare cu orificiu înecat - poarta

complet ridicata (orificiu a0)

µ

µ

Fig. V-62

Se integrează ecuaţiile diferenţiale ale umplerii pe cele trei

domenii (orificiu liber sau orificiu înecat).

Domeniul I a este caracterizat de următoarele condiţii:

ORIFICIU LIBER

278

0 < t < tî

a = a0 t/tp

µ 0 = constant

H0 < H < Hî

Se integrează ecuaţia V.90:

tttA

zg2a=H

t

p

000H

Hdd

00

∫∫ ⋅⋅

⋅⋅⋅⋅−

µ(V.107)

2t

tAzg2a

=H-2

0

t

p

000

H

H

0⋅

⋅⋅⋅⋅⋅µ

(V.108)

ttA

zg2a2

1-H=H 2

p

0000 ⋅

⋅⋅⋅⋅⋅

⋅µ

(V.109)

Relaţia V.109 redă ecuaţia sarcinii sistemului de alimentare pe

domeniul I a şi permite calculul debitului cu relaţia V.96.

La limita domeniului I a, când t = tî şi H = Hî rezultă:

ttA

zg2a2

1-H=H 2

îp

ooooî ⋅

⋅⋅⋅⋅⋅

⋅µ

(V.110)

Domeniul I b este caracterizat de următoarele condiţii:

ORIFICIU ÎNECAT

279

tî < t < tp

a = a0 t/tp

µ 0 = constant

Hî < H < Hp

Se integrează ecuaţia V.91:

tttA

g2a=

H

dH

p

00H

H î

dt

t î

∫∫ ⋅⋅

⋅⋅⋅−

µ(V.111)

t

t

2

p

00H

Hî

o 2t

tA

g2a=H ⋅

⋅⋅⋅⋅

⋅−µ

2 (V.112)

)t-t(tA

g2a4

1-H=H 2

î2

p

00î ⋅

⋅⋅⋅⋅

⋅µ

(V.113)

Relaţia V.113 reprezintă ecuaţia sarcinii sistemului de

alimentare pe domeniul I b şi permite exprimarea debitului pe acelaşi

domeniu prin relaţia V.96.

La limita acestui domeniu: t = tp şi H = Hp:

)t-t(tA

g2a4

1-H=H 2

î2p

p

00îp ⋅

⋅⋅⋅⋅

⋅µ

(V.114)

280

Domeniul II este caracterizat de următoarele condiţii:

ORIFICIU ÎNECAT

tp < t < Tu

a=a0= constant (V.115)

µ 0 = constant

Hp < H < 0

Se integrează ecuaţia V.91:

∫∫ ⋅⋅⋅⋅

−t

t

00H

Hp

p

tA

g2a=

H

Hd

d µ(V.116)

t

t

00H

H pp

tA

g2a=H ⋅

⋅⋅⋅−

µ2

)t-(tA

g2a2

1-H=H p

00p ⋅

⋅⋅⋅⋅

µ (V.117)

Relaţia V.117 reprezintă ecuaţia sarcinii sistemului de

alimentare pe domeniul II şi permite calculul debitului de alimentare

cu relaţia V.96.

La limita domeniului II vom avea t=Tu şi H=0:

)t-T(A

g2a2

1=H pu

00 ⋅⋅⋅⋅

⋅µ (V.118)

281

Deci timpul de umplere al ecluzei în cazul tî < tp se poate

calcula cu relaţia:

g2a

HA2+t=T

00

ppu

⋅⋅⋅

⋅⋅

µ(V.119)

Umplerea ecluzelor prin galerii de ocolire a porţilor

Fenomenele care au loc în timpul umplerii se produc în

regim hidraulic nepermanent: deoarece sarcina (căderea) sub care

lucrează sistemul de alimentare este în continuă scădere (de la H0 la

zero) debitul şi viteza apei în galerii sunt în permanenţă variabile.

Notaţiile folosite în calcule sunt prezentate în fig. V.63.

Pe traseul unui fir de curent 1 - 2 care circulă gravitaţional

prin galeria de alimentare se scrie ecuaţia lui Bernoulli:

h+h+p

+2gv=

p+

2gv+H ri

2221

21

t γγ (V.120)

282

Β u⊥

Fig. V-63

dll

v

g

1=hi ∂

∂∫ (V.121)

hi - sarcina de inerţie ce apare în galerii la momentul iniţial

al umplerii dar care ulterior devine nulă

Termenii: p1/g şi p2/g sunt egali (p1 = p2 = patm; γ = γ apă)

Termenii: v12/2g şi v2

2/2g sunt egali (viteza de apropiere a

apei în punctul 1 şi viteza de îndepărtare în punctul 2 sunt

aproximativ egale, reprezentând celeritatea)

Ht - sarcina (căderea) sub care funcţionează sistemul de

alimentare la momentul t

283

hr - suma pierderilor de sarcina pe traseul apei în sistemul de

alimentare

Ca urmare se poate scrie:

h=H rt (V.122)

Exprimarea pierderilor de sarcină se poate face ca mai jos:

2gv+...+

2gv+

2gv=h

20

vana

22

2

21

1r ζζζ (V.123)

∑ ζζ vana

0

i

2

i

20

r +v

v2gv=h (V.124)

în care:

- v0 - viteza în secţiunea controlată de vană

- ζ i - coeficienţi de rezistenţă hidraulică

- vi - viteze in alte porţiuni (şi secţiuni) ale sistemului de

alimentare

284

a

Q=v ;

a

Q=v ;

a

Q=v

a

Q=v

0

t0

2

t2

1

t1

i

ti

(V.125)

Qt – debitul care trece la momentul t prin galeriile sistemului

de alimentare

Deci:

a

a=v

v

i

0

0

i

şi expresia V.122 devine:

H=+a

a2gv=h tvana

i

0

2

i

20

r

∑ ζζ (V.126)

În aceasta relaţie expresia Σ ζ i(a0 /ai)2 este o constantă ce

depinde de caracteristicile geometrice ale galeriilor şi nu depinde

de regimul de curgere.

Coeficientul de rezistenţă hidraulică ζ vana este variabil în

timp, în funcţie de gradul de deschidere al vanei:

285

(t)= vvana ζζ

Viteza în secţiunea de control a vanei va fi:

H2g

+a

a

1=(t)v t

vi

0

2

i

0

ζζ

∑(V.127)

Expresia:

ϕ

ζζ

=

+a

a

1

vi

0

2

i

∑(V.128)

reprezintă coeficientul de viteză

Având în vedere că coeficientul de debit µ = ϕ ⋅ ε şi că

coeficientul de contracţie ε = 1 (neexistând contracţii în galerii) se

poate considera că:

ζζ

µ

vi

0

2

+a

a

1=

∑(V.129)

286

Relaţia vitezei devine:

H2g=(t)v t0 µ

sau renunţând la indicele t:

2gH=(t)v0 µ (V.130)

Având în vedere că pe perioada deschiderii vanei ζ v este

variabil rezultă că şi coeficientul de debit este variabil. Notând cu tv

- timpul de deschidere al vanei şi cu Tu - timpul de umplere al

ecluzei, tabloul hidraulic al umplerii este cel din fig. V.64.

În figură µ 0 - este coeficientul de debit în situaţia vanei

complet deschise iar

t

t=(t)

v0µµ (V.131)

Se scrie ecuaţia de continuitate referitoare la egalitatea

volumului de apa ce trece prin sistemul de alimentare cu volumul

287

de apă cu care se umple sasul (semnul minus se datorează faptului

că H este în scădere de la H0 la zero):

µ

µ(t)

µ

µ µ

Fig. V-64

HA=t(t)va 00 dd − (V.132)

În relaţia V.132 şi următoarele se notează prin a0 secţiunea în

dreptul vanei însumată pentru galeriile de pe ambii bajoaieri ai

ecluzei.

Ecuaţia de continuitate este în variabilele H şi t care se

separă:

288

AdH=dt2gHa0 −µ

- A - suprafaţa în plan a sasului (fig.V.63)

dtA

2ga=

H

dH- 0 µ

(V.133)

Relaţia V.133 este ecuaţia diferenţială a sarcinii H sub care

funcţionează sistemul de alimentare al ecluzei.

Datorită variaţiei coeficientului de debit pentru obţinerea

timpului de umplere al ecluzei ecuaţia V.133 trebuie integrată

separat pe cele două domenii (I şi II) prezentate în figura V.64.

Domeniul I se caracterizează prin următoarele elemente:

H<H<H t<t<0 t

t=(t) v0v

v0µµ

- Hv - sarcina sistemului în momentul terminării manevrării

vanei (tv)

289

td ttA

2 ga=

H

d H- 0

t

v

00H

H

0 ∫∫µ

(V.134)

2t

tA

2ga=H2-

2

0

t

v

00

H

H

0

µ

ttA

2ga4

1-H=H 2

v

000

µ(V.135)

Relaţia V.135 reprezintă ecuaţia sarcinii sub care funcţionează

sistemul de alimentare pe domeniul I şi permite calculul debitului

din sistem cu relaţia V.96.

La limita domeniului I: t = tv şi H = Hv:

tA

2ga4

1-H=H v

000v

µ (V.136)

Domeniul II se caracterizează prin următoarele elemente:

0<H<H ; T<t<t ; constant= vuv0µ

tA

2 ga=

H

dH-t

t00H

H

vvd∫∫

µ(V.137)

t A

2ga= H 2-

t

t00

H

H

vV

µ

290

)t-(tA

2ga2

1-H=H v

00v

µ (V.138)

Relaţia V.138 este ecuaţia sarcinii sistemului de alimentare

pe domeniul II şi permite calculul debitului cu V.96.

La limita domeniului II: t = Tu şi H = 0:

)t-T(A

2ga2

1=H vu

00v

µ (V.139)

Deci:

t+2ga

H2A=T v

00

vu

µ(V.140)

Dacă se înlocuieşte rădăcina pătrată din Hv cu relaţia V.136

se obţine pentru timpul de umplere relaţia:

2t+

2ga

H2A=T

v

00

0u

µ(V.141)

291

Pentru a se putea vedea cât de important este timpul de

deschidere a vanei se consideră două ipoteze extreme:

- deschidere instantanee: tv = 0

2ga

H2A=T

00

0u

µ(V.142)

- deschiderea vanei durează cât umplerea ecluzei: tv = Tu

2ga

H4A=T

00

0u

µ(V.143)

Se vede că între cele două extreme timpul de umplere se

dublează. Formula timpului de umplere (V.141) ar fi mai uşor de

aplicat dacă s-ar folosi timpul relativ de deschidere a vanei:

T

t=Ku

v (V.144)

Această exprimare conduce la:

292

0.5K)-(12ga

H2A=T

00

0u

µ(V.145)

Valori mai obişnuite ale lui K se cuprind în intervalul 0.4-0.8

dar el se alege simultan cu asigurarea condiţiilor de staţionare a

navelor în sas şi respectiv în porturile de aşteptare.

Umplerea ecluzelor prin sisteme distribuite

Având în vedere structura unui sistem de alimentare

distribuit, acesta se aseamănă până la un punct cu sistemul de

alimentare concentrată prin galerii de ocolire a porţilor. Aceste

sisteme au comune următoarele elemente: priza de apă, traseul

galeriilor până la vanele de alimentare, vanele şi batardourile,

traseul galeriilor de la vanele de control amonte până la intrarea în

sas.

Sistemul distribuit are în plus în alcătuire: galerii de-a lungul

sasului (în bajoaieri sau în radier), orificii de ieşire a apei în sas şi

eventual galerii transversale sau cu alt traseu în radier (în scopul

realizării unei alimentări cât mai echilibrate dinamic; galerii

secundare).

293

Metoda de calcul aplicată la sistemele cu galerii de ocolire a

porţilor este deci valabilă şi la sistemele distribuite cu condiţia ca la

calculul coeficientului de debit dat de relaţia V.129 să se introducă

şi pierderile de sarcină suplimentare care apar în galeriile din

lungul sasului (pierderi longitudinale), la orificii şi eventualele

galerii secundare. Relaţia de calcul a coeficientului de debit va avea

forma generală:

longitζζζ

µ

++a

a

1=

vanăi

0

2

i

∑(V.146)

în care:

- ζ longit – coeficient de pierderi longitudinale în galeriile

sistemului de alimentare

( )( ) 2

0

2

02

2

02

0longit

1

6

1122

+

⋅−+

⋅−−⋅=

σζ

n

a

a

a

n

n

a

a

n

nn

Rc

gl (V.147)

- g - acceleraţia gravitaţională (9,8 m/s2)

- n – număr de orificii pe o galerie de alimentare

294

- R - raza hidraulică a galeriei

- c – coeficientul Chezy

- σ - aria unui orificiu de intrare a apei în sas

- a – aria ambelor galerii de alimentare în lungul sasului

- a0 - aria ambelor galerii de alimentare în dreptul

vanelor

- l0 – distanţa dintre orificiile de alimentare

Pierderile longitudinale se calculează pentru firul de curent

care parcurge drumul cel mai lung (ieşind prin orificiul cel mai

îndepărtat).

Lungimea echivalentă a sistemului de alimentare (Lech) este

compusă din lungimea echivalentă a sistemului neramificat (L'ech -

până la primul orificiu, porţiune echivalentă sistemului de

alimentare concentrată cu galerii de ocolire a porţilor) şi lungimea

echivalentă a sistemului ramificat (L''ech - partea din sistem pe care

sunt distribuite orificiile)

∑′

a

al=L

i

0iech (V.148)

în care:

295

- li - lungimea diferitelor tronsoane de galerie cu secţiune ai

- a0 - secţiunea de control a galeriei în dreptul vanei de

alimentare

aa

2

-Nl=L 0

0ech ⋅′′ 10 (V.149)

în care:

- l0 - distanţa dintre două orificii

- N0 - numărul total de orificii (pe ambele laturi ale sasului)

- a - aria galeriei în zona cu orificii

Lungimea echivalentă a sistemului de alimentare distribuit

este:

echechech LLL ′′+′= (V.150)

Observaţie:

Pentru calculul de detaliu al pierderilor de sarcină respectiv

al coeficientului de debit se va apela şi la cunoştinţele de la

disciplina "Hidraulica construcţiilor".

296

Fig. V-65

Tabloul hidraulic al umplerii ecluzei prin sistemul de

alimentare distribuită este prezentat în figura V.65.

- H(t) - curba de variaţie a sarcinii (căderii) sistemului de

alimentare

- Q(t) - curba de variaţie a debitului ce trece prin sistemul de

alimentare

- E(t) - curba de variaţie a energiei curentului de apă din

sistemul de alimentare

/s]m[ 2gHa=Q(t) 3µ (V.151)

297

[kW] 9,81QH=E(t) (V.152)

în care H se introduce în m iar Q în m3/s

5.9 Ecluze cu bazine economizoare

De câte ori problema compensării pierderilor de apă dintr-un

bief de canal este dificilă sau costisitoare (de exemplu la

alimentarea cu apă a unui bief de creastă) ecluza (ecluzele) care

delimitează acel bief va fi special dotată pentru a se economisi apa

folosită la ecluzare.

O parte din volumul de apă din sas nu va fi evacuată în bieful

aval ci în unul sau mai multe bazine situate lateral, numite

economizoare. La umplerea sasului se va introduce mai întâi apa

stocată în economizoare iar apoi, până la umplerea completă, se ia

apă din bieful amonte (cel deficitar în apă).

Economizoarele sânt construcţii de înmagazinare a apei

disponibile, executate pe o parte sau pe ambele părţi ale ecluzei.

Ele se folosesc atunci când sursele de apă pentru compensarea

pierderilor de apă (prin ecluzare şi celelalte) sunt insuficiente şi de

298

asemenea pentru economia de energie (în cazul în care bieful

deficitar ar trebui alimentat prin pompare).

Economizoarele se pot construi în două variante:

- bazine deschise situate în trepte sau pe ambele părţi ale

ecluzei

- bazine închise, etajate, separate prin planşee etanşe.

Pentru că trecerea apei din sas în economizoare şi invers să

se poată face gravitaţional căderea ecluzei (H0) se va împărţi în 2 +

n tranşe de apă (de obicei egale, n fiind numărul de bazine

economizoare care urmează să se execute. În acest fel vom avea o

tranşă (volum) de apă situată deasupra cotei primului economizor

(cel cu cota cea mai ridicată) şi o tranşă de apă situată sub cota

ultimului economizor (cel cu cota cea mai joasă).

Pentru circulaţia apei între sas şi economizoare se execută

galerii care leagă sistemul de alimentare al ecluzei de

economizoare, galerii ce sunt controlate de vane. Secţiunea

galeriilor se calculează în mod similar cu cea a galeriilor sistemului

de alimentare.

Cazul ecluzei cu un singur economizor este prezentat în

figura V.66.

299

Fig. V-66

Volumul de apă din tranşa de apă I trebuie să încapă în

economizor:

hA=hA 1100 ⋅⋅ (V.153)

În mod curent se realizează economizoare cu A1 = A0 şi

atunci rezultă:

h=h 01 şi3

H=h0

0 (V.154)

300

Operaţiile care se fac la golirea ecluzei sunt următoarele:

- trecerea tranşei de apă I (33% din volumul sasului) în

economizor (1)

- evacuarea tranşelor II şi III în bieful aval

Umplerea ecluzei decurge în felul următor:

- umplerea tranşei III cu volumul de apă reţinut în

economizor (2)

- umplerea tranşelor II şi I din bieful amonte.

Aceste operaţii pun în evidenţă economisirea unui procent de

33% din volumul de apă necesar ecluzării (cu ajutorul unui singur

economizor).

În cazul ecluzei cu două economizoare căderea H0 se împarte

în 2 + 2 tranşe de apă cu înălţimea h0 = H0 /4 (fig.V.67).

301

Fig. V-67

Operaţiile ce au loc la golirea ecluzei sunt:

- tranşa I trece în economizorul A (1) (25% din volumul

sasului)

- tranşa II trece în economizorul B (2) (25% din volumul

sasului)

- Tranşele III şi IV se evacuează în bieful aval

Umplerea necesită următoarele operaţii:

- volumul de apă din economizorul B (25% din volumul

sasului) umple tranşa IV din sas (3)

302

- volumul de apă din economizorul A (25% din volumul

sasului) umple tranşa III din sas (4)

- tranşele II şi I sunt umplute din bieful amonte

La ecluza cu două economizoare rezultă o economie de apă

de 50% din volumul sasului.

Dacă s-ar construi o ecluză cu trei economizoare căderea H0

s-ar împărţi în 2 + 3 tranşe de apă (fiecare având 20% din volumul

sasului). Reţinând în economizoare trei tranşe de apă am obţine o

economie de 60% din volumul de apă al sasului.

Executarea unor ecluze cu mai mult de trei economizoare nu

mai este rentabilă pentru că economia de apă creşte lent (în timp ce

investiţiile cresc mai rapid) iar timpul de umplere se lungeşte prea

mult ducând la reducerea capacităţii de trafic a ecluzei.

Se mai poate realiza economie de apă şi cu ajutorul ecluzelor

gemene dacă se fac galerii de legătură (controlate de vane) între

sistemele de umplere ale celor două sasuri vecine. Economia

maximă de apă (50% din volumul sasului) se poate obţine daca se

fac ecluzări simultane, cu un sas spre amonte şi cu celălalt spre aval

(fig.V.68).

303

Fig. V-68

Operaţiile ar decurge ca mai jos:

- golirea a 50% din sasul A în sasul B (pe principiul vaselor

comunicante); tranşa IA trecând în tranşa IIB (1)

- golirea tranşei IIA în aval

- umplerea tranşei IB din bieful amonte

5.10 Porţi de ecluză

Există o mare varietate de porţi de ecluză, fiecare dintre ele

având o aplicabilitate mai largă sau mai limitată.

304

Tipul de poartă este legat de soluţiile alese pentru sistemele

de alimentare (mai ales la sistemele frontale), de căderea ecluzei,

de poziţia porţii (ca poartă de serviciu sau de avarie – ca poartă

amonte sau aval), de posibilităţile de execuţie şi transport, etc.

O clasificare a porţilor de ecluză evidenţiază următoarele

tipuri principale (şi locul lor de aplicare):

a) porţi buscate (cap amonte, cap aval, cap intermediar)

b) porţi sertar sau rulante (cap aval, cap intermediar)

c) porţi plane:

- ridicătoare (cap amonte, cap aval - soluţia cu timpan)

- ridicătoare - coborâtoare (cap amonte)

- coborâtoare (cap amonte)

d) porţi segment (cap amonte)

e) porţi sector (cap amonte, cap aval, cap intermediar)

f) porţi clapetă (cap amonte)

a) Porţi buscate

Porţile buscate poartă această denumire datorită pragului

(busc) pe care reazemă şi etanşează la partea inferioară. Ele pot fi

alcătuite dintr-un singur canat sau din două canaturi.

305

Porţile într-un singur canat se comportă din punct de vedere

static asemănător cu o grindă simplu rezemată şi încărcată cu o

încărcare uniform distribuită (la fel se comportă şi porţile plane de

toate tipurile).

Pentru a se putea roti ele au partea inferioară, spre nişă

(spaţiul în care se retrage poarta când este deschisă) un dispozitiv

de rezemare cu cap semisferic, numit crapodină.

La partea superioară au un lagăr inelar de rotaţie.

Pe tot conturul, mai puţin muchia superioară, ele au

prevăzute garnituri de etanşare.

O poartă cu un canat arată ca în figura V.69.

Porţile buscate cu două canaturi se comportă din punct de

vedere static apropiat de arce, deoarece pragul buscat formează cu

bajoaierii două unghiuri θ de 20 - 22° iar ca urmare a rezemării

celor două canate pe busc, pe nişe şi reciproc între ele în structura

lor apar şi forţe axiale (N1). O poartă buscată cu două canaturi este

prezentată în figura V.70.

306

Fig. V-69

Pentru predimensionare se recomandă următoarele valori:

B0.08)(0.06=e u⋅÷ B0.11)(0.09=d u⋅÷ (V.155)

θcos⋅2

d+B=lu

p cm15)(10+l=l pn ⋅÷ (V.156)

Înălţimea porţilor situate la capul amonte şi presiunea

hidrostatică pe porţi sunt prezentate în figura V.71.

307

θ

θ

θ

Fig. V-70

ω

ωω

ω

Fig. V-71

308

Diagrama de presiune hidrostatică se împarte în n suprafeţe

egale

n2H= =....=== u

2

ii321 ⋅⋅γ

ωωωωω (V.157)

în care:

- n - numărul de antretoaze (grinzi secundare) din structura

de rezistenţă a porţii.

Se aşează câte o antretoază în dreptul centrului de greutate al

fiecărei suprafeţe ω i şi toate vor rezulta identice dimensional (iar

poarta va avea o grosime uniformă pe verticală).

Înălţimea porţii buscate amonte rezultă:

b+H+a=h up.am

în care:

- a = 0.1 - 0.15 m - înălţime de gardă

- b = 0.3 - 0.4 m - rezemare pe prag (busc)

309

Forţele care acţionează asupra unei antretoaze a porţii rezultă

încărcând-o pe aceasta cu porţiunea ω i din diagrama de presiune

hidrostatică. Forţa uniformă în lungul antretoazei va fi:

[daN/m] =l

l=q i

p

pii ω

ω ⋅(V.158)

Rezultanta Qi va fi:

i i pQ = q l⋅ (V.159)

În figura V.72. sunt prezentate forţele ce acţionează asupra

porţii.

θ

θ

θ

θ

θ

θ

Fig. V-72

310

Rezultă pentru forţe:

θθ

tgcos

⋅⋅

2

Q=H=N i

ii (V.160)

θθ sinsin ⋅⋅

⋅ 2lq

=2

Q=R=H

piiii (V.161)

Dimensionarea porţii se face folosind cunoştinţele de la

disciplina "Construcţii metalice".

Înălţimea porţilor situate la capătul aval al ecluzei şi forţele

hidrostatice care acţionează asupra lor sunt prezentate în figura

V.73.

b+H+H+a=h u0p.av

b) Porţile sertar sau rulante sunt porţi plane utilizate mai

ales la capetele aval şi intermediar ale ecluzelor, atunci când există

spaţiu suficient pe una din laturile ecluzei (deoarece nişa lor se

dezvoltă nesimetric) aşa cum se vede în figura V.74.

311

Fig. V-73

Fig. V-74

312

Poarta se deplasează cu ajutorul unor roţi pe căi de rulare

(şine) aflate pe radier.

c) Porţile plane prezintă utilizare mai ales la capul amonte al

ecluzelor dar se pot utiliza şi la ecluzele puţ amenajate cu timpan la

capul aval (fig.V.3. - variantă de poartă plană ridicătoare).

Porţile plane ridicătoare-coborâtoare sunt folosite pentru a

realiza alimentarea concentrată frontală pe sub poartă. Ele execută

în prima fază o mişcare pe verticală creând un orificiu

dreptunghiular sub poartă prin care se face alimentarea ecluzei. În a

doua fază poarta coboară în nişa existentă în radier, navele trecând

pe deasupra lor (fig.V.33).

Poarta plană ridicătoare execută, după egalarea nivelului de

apă între sas şi port, o mişcare pe verticală (în nişte nişe care se

continuă în stâlpi deasupra cotei maxime a bajoaierilor) până când

între muchia inferioară a porţii şi nivelul apei se creează un spaţiu

egal cu gabaritul de aer proiectat al căii navigabile pe care este

situată ecluza.

Navele circulă pe sub poartă (fig.V.75).

313

Fig. V-75

Poarta este acţionată cu ajutorul unor cabluri şi trolii sau cu

servomotoare cu ulei. Pentru ca să nu fim obligaţi să

supradimensionăm mecanismele de acţionare o parte din greutatea

ei va fi echilibrată cu contragreutăţi (forţa de ridicare Fr fiind

diferenţa între greutatea porţii Gp şi greutatea contragreutăţilor

utilizate Gc (fig. V.76).

314

Fig. V-76

Poarta plană coborâtoare - după egalarea nivelului de apă

între port şi sas - execută o mişcare de coborâre într-o nişă

executată în radier (navele circulă pe deasupra ei, ca şi în cazul

porţii ridicătoare - coborâtoare) - fig.V.77.

Fig. V-77

315

d) Porţile segment sunt utilizate la capul amonte al ecluzelor,

de multe ori realizând şi alimentarea concentrată frontală. În acest

caz ele execută în prima fază o rotaţie ascendentă, eliberând un

orificiu prin care se realizează alimentarea ecluzei iar apoi se rotesc

descendent şi coboară într-o nişă realizată în radier (fig.V.31-a).

Navele circulă peste poartă .

De asemenea umplerea s-ar putea realiza şi peste poartă, caz

în care ea ar trebui profilată şi calculată ca deversor (fig.V.31-b).

e) Porţile sector arată în principiu ca în figura V.78 şi se pot

folosi atât la capetele amonte ale ecluzelor cât şi la capetele

intermediare sau aval. În literatură sunt menţionate cazuri de

utilizare a acestui tip de porţi pentru realizarea alimentării frontale

(fie numai îndepărtarea lentă a porţilor fie combinat cu alte

sisteme) şi a golirii sasului.

f) Porţile clapetă sunt nişte porţi plane dar care sunt

articulate pe radier şi care pentru deschidere se culcă (prin rotire cu

90 de grade) într-o nişă realizată în radier (fig. V.79).

316

Fig. V-78

Fig. V-79

317

5.11 Vane pentru sistemul de umplere - golire al ecluzelor

Vanele împreună cu echipamentul lor de acţionare sunt

elemente importante ale echipamentului hidromecanic al ecluzelor,

fără care nu s-ar putea realiza umplerea şi golirea (exceptând

sistemele de umplere şi golire prin manevrarea porţilor).

Având în vedere intensa lor manevrare (de până la 30 ori pe

zi) şi faptul că defectarea lor ar duce la întreruperea navigaţiei,

vanele trebuie să îndeplinească în primul rând condiţia de a fi

solide şi sigure în exploatare (fiabile). Alte condiţii pentru vane ar

fi :

- etanşare cât mai bună

- funcţionare fără vibraţii, cavitaţie sau absorbţie mare de aer

- manevrabilitate sub sarcină în caz de avarie

- acces comod pentru revizii şi reparaţii

Tipul de vană şi mecanismele de acţionare influenţează

gabaritul şi construcţia capetelor ecluzelor.

Pentru a se putea interveni pentru repararea şi întreţinerea

vanelor este necesar ca acestea să poată fi izolate de circuitul

hidraulic prin batardouri situate amonte şi aval de vană (sau numai

318

amonte, în anumite cazuri la capul amonte al ecluzei) pe galeria

deservită.

Principalele tipuri de vane utilizate sunt:

a) vanele plane glisante sau rulante

b) vanele segment normale sau inverse

c) vanele cilindrice înalte sau joase

d) vanele fluture cu ax orizontal sau vertical

e) alte tipuri de vane mai rar folosite (lămâie, clapetă, ...).

a) Vanele plane glisante se deplasează pe şinele amplasate în

nişe prin alunecare. De obicei şinele se execută din oţel inoxidabil

iar patinele vanei (părţile în contact cu şina) din lemn, bronz sau

alte materiale sintetice (de exemplu lignofolul, un material rezultat

din impregnarea lemnului de mesteacăn cu răşini sintetice şi

presarea la temperaturi ridicate). Mişcarea lor este asemănătoare cu

a unor sertare.

Vanele plane glisante pot avea secţiunea transversala

verticală în formă de pană pentru a reduce frecările şi deteriorările

ghidajelor şi patinelor (figura V-80).

319

Fig. V-80

Vanele plane rulante se deplasează tot pe şine amplasate în

nişe dar în loc de patine sunt prevăzute cu roţi (role). Numărul

minim de roţi este 4 (câte două la fiecare grindă de capăt a vanei)

dar în cazul vanelor mari este bine să se amplaseze mai multe roţi

pe fiecare grindă de capăt (sau 4 cărucioare cu minim 2 roţi

fiecare).

Schema de principiu a unei vane plane, cu batardourile

aferente, este prezentată în figura V.81.

320

Fig. V-81

Vederea în plan a aceleiaşi vane este prezentată în figura

V.82.

Etanşarea la plafonul galeriei (detaliul 3 din fig. V.81) se

poate face tot cu garnitură tip P sau garnitură presată prin greutatea

vanei (ca la radierul galeriei) aşa cum se vede în figura V.83.

Acţionarea vanelor plane - ca şi a celorlalte vane - se poate

face electromecanic sau hidraulic. Acţionarea electromecanică

constă în prezenţa unui cablu de ridicare ce se strânge pe rola unui

troliu acţionat electric sau se poate realiza cu cremarieră pusă în

mişcare de o roată dinţată acţionată de un motor electric.

321

Fig. V-82

Echipamentul hidraulic constă dintr-un cilindru de presiune

care primeşte ulei sub presiune de la un grup de pompe de ulei,

cilindru ce poate executa mişcări în ambele sensuri.

322

Fig. V-83

c) Vanele segment normale (fig.V.84) sau inverse (fig.V.85) au

aceeaşi alcătuire de principiu ca şi porţile segment: aparate de

reazem (articulaţii), cadre verticale de capăt şi platelaj dublu

(două straturi de tablă între care se poate introduce lest) curbat

după un cerc.

323

Fig. V-804

Fig. V-815

324

O problemă importantă a vanelor segment normale este

antrenarea masivă de aer prin puţul vanei. Din acest motiv vanele

inverse sunt mai avantajoase (cu condiţia ca nişa batardoului, situat

aval de vană, să fie etanşată contra pătrunderii aerului).

Cu toate că puţul vanei este destul de mare se poate constata

şi un avantaj al acestor vane: nu necesită nişe laterale (etanşarea se

face cu garnituri tip P).

c) Vanele cilindrice înalte sau joase necesită o porţiune de

galerie verticală care să prezinte în plan orizontal un orificiu

circular. Vanele cilindrice înalte sunt nişte cilindri fără baze şi cu

înălţime suficient de mare ca să depăşească nivelul maxim amonte

(vanele cilindrice se pot utiliza la capul amonte şi eventual la capul

intermediar al ecluzelor şi la legătura ecluzelor cu bazinele

economizoare).

Vanele cilindrice joase sunt dotate cu baza superioară a

cilindrului şi necesită etanşare laterală pentru ca presiunea

hidrostatică să nu se exercite asupra bazei superioare.

Vanele cilindrice înalte absorb aer prin puţul vanei iar cele

joase sunt greu de controlat şi întreţinut. La căderi mari ambele

tipuri produc vibraţii şi în ultima vreme se folosesc destul de rar.

325

Schemele de principiu ale vanelor cilindrice sunt prezentate în fig.

V.86 (vană cilindrică înaltă) şi fig. V.87 (vană cilindrică joasă).

Fig. V-826

Fig. V-837

326

d) Vanele fluture cu ax vertical sau orizontal au ca schemă de

principiu imaginea din fig. V.88.

Fig. V-848

Porţiunea de galerie între secţiunile 1 şi 2 este metalică şi

include vana şi sistemul de acţionare. Ea este fixată la poziţie prin

flanşe cu şuruburi şi se poate scoate pentru reparaţii (este executată

şi montată complet în uzină).

Galeria controlată de vana fluture poate fi pătrată,

dreptunghiulară sau circulară (cea mai bună situaţie pentru motive

de etanşare).

327

Pentru a permite circulaţia apei vana se roteşte cu 90 de

grade.

Mecanismul de acţionare şi puţul vanei sunt izolate de apă,

uşor de vizitat şi de întreţinut.

La căderi mari şi deschidere parţială vanele fluture

funcţionează cu vid şi vibraţii, ceea ce reprezintă principalul lor

dezavantaj.

d) dintre tipurile de vane mai rar întâlnite se pot cita vanele clapetă

şi vanele "lămâie" (fig.V.89).

Fig. V-85

328

Cap. 6 ASCENSOARE PENTRU NAVE

Ascensoarele pentru nave sunt construcţii speciale care fac

legătura de navigaţie între două biefuri cu diferenţă de cotă mare

(începând chiar de la valori de 10 m dar până la circa 200 m).

Ca şi ecluzele, ele au porturi de aşteptare amonte şi aval.

Ascensoarele existente sau în construcţie (atât pe căile

navigabile interioare cât şi în unele porturi) pot să transporte nave

de până la 1600 t.

Deplasarea navelor se poate face pe verticală, pe plan

înclinat şi uneori chiar şi pe orizontală, realizând astfel traficul

naval între biefurile unui canal artificial sau între un canal artificial

şi un fluviu.

În alcătuirea unui ascensor de nave intră:

- o cuvă mobilă, de obicei metalică, echivalentă sasului

ecluzei (şi cu dimensiunile utile calculate în acelaşi fel);

aceasta este prevăzută la capete cu porţi etanşe

- un sistem de ridicare – coborâre a cuvei (sasului)

62

- o structură de susţinere şi ghidare (metalică sau din beton

armat)

În funcţie de sistemul de ridicare ascensoarele verticale sunt

de trei tipuri :

a) cu piston – cu acţionare hidraulică (fig. 86 – a)

b) cu plutitor – cu acţionare hidraulică (fig. 87 –b)

c) cu contragreutăţi – cu acţionare mecanică (fig. 88 –c)

Ascensoarele cu piston sunt cuplate întotdeauna câte două.

Fiecare sas este susţinut de unu sau mai multe pistoane amplasate

în cilindri, cu etanşarea corespunzătoare. Cilindrii (umpluţi cu apă)

comunică între ei prin galerii controlate de vane, circuitul hidraulic

fiind închis (etanş). Instalaţia funcţionează pe principiul balanţei

hidrostatice şi se pune în funcţiune prin adăugarea unei cantităţi

suplimentare de apă în sasul aflat în poziţia superioară.

Ascensoarele cu plutitor se pot prezenta în trei variante

constructive: cu puţ sub sas (fig. 89 –c), deasupra sasului sau cu

cameră submersibilă.

La ascensoarele cu plutitori sasul este susţinut de unu sau mai

mulţi plutitori, ridicarea, sau coborârea făcându-se prin schimbarea

greutăţii sasului (adăugarea unei cantităţi de apă).

63

Fig. 90

Sasul ascensorului cu cameră submersibilă este construit pe

principiul submarinelor. El este o incintă etanşă în care pătrunde

nava şi este dotat cu rezervoare care se pot umple cu apă (astfel

sasul coboară în puţul ascensorului până la cota biefului aval) sau

goli (sasul se ridică, prin plutire, prin puţul ascensorului până la

cota biefului amonte).

Ascensoarele mecanice au sasul metalic, acesta deplasându-se

pe nişte ghidaje verticale. Pentru ca forţa necesară ridicării să nu fie

atât de mare greutatea sasului este echilibrată de o contragreutate

64

(sau chiar de un sas identic; motorul de acţionare va trebui să

învingă doar forţele de frecare din sistem).

Există şi ascensoare mecanice cu cameră uscată, care, cu

ajutorul unui pod rulant de mare capacitate preiau nava pe o

platformă şi o mută (prin mişcări pe verticală şi orizontală) dintr-un

bief în celălalt.

O a doua categorie de ascensoare sunt cele cu plan înclinat

(fig. 91), la care sasul se deplasează longitudinal sau transversal pe

nişte căi de rulare montate pe plan înclinat (greutatea sasului va fi

contrabalansată de o contragreutate care rulează pe acelaşi plan

înclinat dar în sens opus faţă de sas sau chiar de un sas identic).

Fig. 92

65

Ascensoarele cu plan înclinat pot avea sas cu apă, platformă

uscată (pe care nava reazemă pe dispozitive speciale de cauciuc,

hidraulice etc.) sau pot să transporte un volum (sub formă de pană)

de apă pe un canal înclinat pe care se deplasează o stavilă mobilă.

Altă categorie de ascensoare este cea a ascensoarelor cu

tambur (fig. 93), alcătuite din două sasuri cilindrice montate într-un

tambur care se poate roti cu 180 grade (ele nu pot acoperi diferenţe

mari de nivel dar au capacitate mare de trafic).

Fig. 94

66

Ascensorul balanţă (fig. VI.4) are două sasuri identice fixate

prin grinzi cu zăbrele articulate într-un sistem asemănător unei

balanţe. Problema cea mai delicată a acestui sistem de ascensor este

realizarea articulaţiilor.

Fig. VI.4

67

BIBLIOGRAFIE

1 Arsenie D.I. – Curs de hidraulică, hidrologie şi hidrogeologie I.I.S. Constanţa 1981

2 Bonţideanu S.P. – Navigaţia şi manevra navelor fluviale – Ed. Tehn. Bucureşti 1958

3 Colecţia revistei Hidrotehnica4 Dan Eugen – Căi navigabile interioare – Institutul

Politehnic Traian Vuia Timişoara 19805 Dan Eugen – Îndrumător de proiect pentru căi navigabile

interioare – Institutul Politehnic TraianVuia Timişoara, 1984

6 Dan Eugen – Contribuţii la hidrodinamica ecluzelor cu alimentare frontală – Teză de doctorat, 1972

7 Hâncu Corneliu Dan – Căi Navigabile – Ovidius University Press Constanţa 1999

8 Manoliu Ion – Regularizări de râuri şi căi navigabile interioare – Ed. Tehn. Bucureşti 1959

9 Manoliu Ion – Regularizări de râuri şi căi de comunicaţie pe apă – Ed. Didactică şi Pedagogică Bucureşti, 1973

10 Manualul inginerului hidrotehnician – Ed. Tehn. Bucureşti 1970

11 Manual pentru calculul construcţiilor – Ed. Tehn. Bucureşti 1977

12 Marinescu M. – Căile navigabile în România , evoluţia şi perspectivele lor de dezvoltare – Revista transporturilor – 9/1965

13 Normativul SN 303-65 – Proiectarea ecluzelor14 Normativul VSN 3-70 – Proiectarea canalelor navigabile15 Prună F. – Exploatarea navelor maritime şi fluviale – Ed.

68

Tehn. Bucureşti 196716 Registrul Naval Român – Reguli pentru clasificarea şi

construcţia navelor – 197017 STAS 4273-61 – Clasificarea căilor navigabile18 STAS 8202-81 - Amenajări pentru transportul pe apă şi alte

activităţi nautice – Terminologie.19 STAS 11208-90- Lucrări portuare. Plan general. Prescripţii

de proiectare.20 Stere C.– Popescu R. – Nicolescu D. – Căi navigabile şi

ecluze –îndrumător de proiectare (partea I) Institutul de Construcţii Bucureşti – 1986

69

Cuprins

1. Transportul pe apă........................................................................7

1.1 Introducere .................................................................................7

1.2 Transportul pe apă în Europa şi în lume.....................................9

1.3 Caracteristicile tehnico-economice ale transportului pe apă....20

1.4 Principalii indicatori ai traficului..............................................26

2. Navele de transport şi caracteristicile lor...................................30

2.1 Generalităţi şi clasificare..........................................................30

2.2 Schema generală de alcătuire a unei nave................................33

2.3 Caracteristici geometrice, plan de forme şi capacitate de

încărcare..........................................................................................36

2.4 Echipamentul de navigaţie şi auxiliar.......................................41

2.5 Dotări interioare ale navelor.....................................................51

2.6 Calităţi nautice.........................................................................51

2.7 Formarea şi mişcarea convoaielor de nave.............................. 55

2.8 Rezistenţa la înaintare a navelor.............................................. 60

3. Calea navigabilă.........................................................................76

3.1 Definiţie şi clasificări...............................................................76

3.2 Gabarite de navigaţie................................................................79

70

3.3 Razele de curbură şi supralărgirea în curbe a căilor

navigabile........................................................................................87

3.4 Controlul şi întreţinerea gabaritelor de navigaţie.....................90

4. Amenajarea căilor navigabile ....................................................93

4.1 Metode de amenajare a cursurilor naturale pentru

navigaţie..........................................................................................93

4.2 Canale navigabile....................................................................114

5. Ecluze de navigaţie...................................................................170

5.1 Generalităţi şi clasificări………………………….…………170

5.2 Dimensiunile principale ale ecluzelor şi niveluri de calcul ale

apei…………………………………………………………….. .180

5.3 Porturi de aşteptare la ecluze................................................. 191

5.4 Operaţiile şi timpii componenţi ai procesului de ecluzare.....208

5.5 Capacitatea de trafic a ecluzei............................................... 213

5.6 Sisteme de umplere - golire a ecluzelor.................................219

5.7 Aprecierea condiţiilor de staţionare a navelor în sas şi în

porturile de aşteptare....................................................................246

5.8 Calculul hidraulic al umplerii (golirii) ecluzelor...................260

5.9 Ecluze cu bazine economizoare…………………….………291

5.10 Porţi de ecluză…………………………………………….298

71

5.11 Vane pentru sistemul de umplere - golire

al ecluzelor……………………………………...…..….…….…311

6. Ascensoare pentru nave ……………………………..……….322

Bibliografie...................................................................................324

ANEXĂ FOTO referitoare la CĂI NAVIGABILE şi PORTURI

(sub formă de foldere conţinând 531 fotografii)

72

73