6. Dimensionare barajului de greutate cu fundație evazată 1B6,0

Barajele cu fundaţie evazată au fost introduse în gama lucrărilor transversale de amenajare a reţelei de scurgere a torenţilor în anul 1962, de către R. Gașpar.

Acest tip de baraje se foloseşte pentru consolidarea talvegului ravenelor pe sectoarele de eroziune, pentru reţinerea aluviunilor, pe sectoarele de transport şi pentru asigurarea stabilităţii malurilor ravenelor prin crearea unui sprijin la bază constituit de aterisamentul format în amontele lucrării.

Forma constructivă a barajelor cu fundaţie evazată permite obţinerea simultană, la limită, atât a efortului de întindere cât şi a stabilităţii la răsturnare.

Barajele cu fundaţie evazată pot fi executate din beton, zidărie de piatră cu mortar de ciment, din beton armat în consolă şi beton în restul construcţiei.

Dacă prin evazarea fundaţiei nu se realizează stabilitatea la alunecare, se poate înclina fundaţia spre amonte sau se poate prevedea un pinten sub extremitatea amonte a fundaţiei.

Părţile componente ale barajului sunt:- Deversorul;- Corpul barajului, fundaţia;- Disipatorul de energie cu radierul, disipatori;- Zidurile laterale;- Pintenul terminat.

La execuţie se recomandă:Armarea consolelor în cazul terenurilor de fundaţie care pot suferi deformaţii apreciabile în urma

barării albiei;Asigurarea, mai ales pentru console, în funcţie a dozajului de ciment corespunzător clasei betonului

adoptat, luându-se măsuri împotriva antrenării cimentului de către apele de infiltraţie;Vibrarea betonului;Izolarea pe cât posibil a parametrului amonte împotriva infiltraţiilor;Crearea aterisamentului artificial, care măreşte stabilitatea la răsturnare a barajului şi permite

mărirea traseului de infiltraţie a apelor, respectiv o reducere a subpresiunilor hidrodinamice.

Dimesionarea hidraulică :4.1.1.Dimensionarea și verificarea deversorului

Fig. 4.1. – Secţiunea transversală a deversorului

Dimensionarea deversorului se face în funcţie de debitul maxim de calcul Qd, iar verificarea în funcţie de debitul maxim de verificare.

în care:- Qd – debitul de calcul, [m3/s]

Qd = 5,26 m3/s Suprafaţa b.h. amonte: Sg = 0,76 km2

- m – coeficient de debit m = 0,45 – pentru deversor cu profil practic- bd – baza deversorului, [m]- - unghiul de înclinare al umerilor deversorului cu verticala; - Hd – sarcina pe deversor la debitul de calcul [m] Hd = 1,0 m

Sarcina pe deversor Ho

v=1,15 m/s => 2

0

1,1 1.151

2 9,81H

α=1,1H0=1,074 m

Baza deversorului b

b=5,26

0,45 1 2 9,81 1,074 -0,8*tg 4,5*1,074

b=1,75 m

Deschiderea la partea superioară a deversoruluiEcuația de calcul:bd =b+2mH , unde:b- baza deversorului (m);m=1; -coeficient de taluz al deversorului ;bd =1,75+2*1*1bd =3,75 m

Grosimea la coronamenta=0,8 m

= 0,8

Datorită raportului =0,8 deversorul barajului funcţionează în regim de deversor cu profil practic.

4.1.2.Calculul hidraulic de amenajarea biefului aval

Dimensionarea disipatorului de energie

Pentru o disipare eficientă a curenţilor de viitură încărcaţi cu mari cantităţi de aluviuni, s-a optat pentru un disipator de energie cu radier, dinţi disipatori şi pereţi laterali.

Fig. 4.2. - Schiţă pentru dimensionarea disipatorului de energie

Lăţimea la bază a disipatorului de energie s-a stabilit funcţie de lăţimea lamei deversante la partea superioară corespunzătoare debitului maxim de calcul: Lățimea la bază a disipatorului

ld = bd + 0,5=3.75+0.5ld=4.25 m

Lungimea bazinului disipator se calculează cu următoarea relație:LB=lb+β*

unde:lb-depărtarea la care cade vâna deversantă;ls-lungimea saltului reținut în bazin;β-0,70…0,80

LB=3,17+0,75*8,61=9,62 m

Dimesionarea radieruluiÎn avalul barajului s-a prevăzut un radier cu pereți laterali și pinten terminal.Energia specifică în secțiunea tranversală din avalul lucrării se determină cu:

E0=ym+H0

E0= 6+1.074=7,074 mE0=7.074 m > 4 m => pe radier se vor prevedea 2 rânduri de dinți disipatori cu înalțimea de 0.6

pentru rândul amonte si 0.4 pentru rândul aval, iar distanța dintre rânduri de 0.8 m.

Grosimea radierului s-a stabilit constructiv de 0,70 m, ţinând seama şi de înălţimea de cădere a lamei deversante. În scopul protecţiei radierului împotriva unor eventuale eroziuni regresive a curentului ce trece prin disipator, la capătul aval al acestuia se va prevedea un pinten terminal, încastrat în albie la 1,50 m adâncime.

Fig. 4.3.Dispunerea dinților disipatori

Lungimea radierului

lr=lb+ym(1+λ)+H0

unde:lb- lungimea de bătaie ( după M.D. Certousov)Ym- diferența de nivel dintre radier și baza deversorului;

lr =3.17+6(1-0,403)+1.074lr=7.77 m

0 01,33 ( 0,3 )b ml H y H

1,33 1,074(6 0,3 1,074)bl

lb=3.17 m

Dinții disipatori sunt executați din beton de calitate superioară și bine fixați prin armătură pe radier pentru o disipare mai buna.Aceștia au fața amonte vertical cu muchii nerotunjite,pentru a evita producerea cavitației.Deoarece s-au prevăzut primul rand de dinți cu suprafața amonte înclinată,pe rândul al doilea s-au adaptat dinți pătrați.

Pereții laterali (de gardă)Se cunoaște înalțimea stabilită în funcție de adâncimea maximă a apei și de înălțimea terenului

care trebuie sprijinit.Dinții disipatori sunt dispuși pe două rânduri, în șah, având dimensiunile: rândul din amonte

0,6 m și rândul din aval 0,4 m.Ultimul rând de dinți disipatori se va amplasa la distanța de 0,8 m față de rândul din amonte și la 1,5 m de la extremitatea aval a radierului.

yz≥(d+0.6H0) , unde:d- înălțimea dinților disipatori de energiedin primul rindH0-sarcina pe deversor

yz=d+0.6H0=0.6+0.6+1.074yz=1.25 m

Grosimea la coronament a zidurilor lateraleaz=0.4-0.6 m => az=0.5 m

Fig. 4.4.Elementele constructive ale pereților laterali

Calculul și dimensionarea rizbermeiRizberma reprezintă o construție care protejează zona aval a bazinului disipator,zonă în care are

loc difuzare curentului de apă.Deoarece la capătul aval al disipatorului de energie,energia curentului este încă mare, apar pulsații și oscilații, iar capacitatea de erodare este încă ridicată.Așadar, rizberma a fost realizată în scopul de areduce intensitatea de macroturbulență și debitele specifice până la valori apropiate de cele de regim neamenajat.

Rizberma se poate executa din anrocamente, saltea de gabioane, etc. Se va adopta construcție din saltea de gabioane.

-Lungimea rizbermei lr

lr=(2.5-3.0)ls =2.5*8.61lr=21,52 m

-Lungimea saltului ls=6(h2-h1)=6(1.55-0.115)

ls=8.61 mh1 - prima înălțime conjugată a apeih2 – a doua înălțime conjugată a apei

2 2

0 1 2 2 21 1 1 1

2 ( ) 2c

c d d

Q QE h

g l h m h g l h m h

2 2

1 2 2 21 1 1 1

1,1 5,26 5,267,074 0,82

2 9,81 0,82 (4,25 0,2 ) 2 9,81 4,25 0,2h

h h h h

Ecuația se rezolvă prin încercări successive:

h1=0.115 m

Pentru saltul reţinut în bazin:

5,26

0,1 4,25 0,1 3,17d b

Qq

l l

q=1.15 ,3/s*m

2

2 2

0,115 8 1,1 1,151 1

2 9,81 0,115h

4.1.3.Dimensionarea corpului și fundației barajului in zona deversată

Determinarea înclinării paramentului aval λ

Barajul se va executa din zidărie de piatră cu mortar – ciment M100 şi va avea înălţimea în zona deversată (Ym) de 6 m.

Impunem grosimea la coronament a barajului în zona deversată (a); a = 0,8 m şi determinăm înclinarea paramentului aval cu relaţia dedusă din condiţia de calcul la întindere din compresiune excentrică a secţiunii C – D, ce separă elevaţia de fundaţie, în ipoteza de solicitare apă + aluviuni submersate.

x2(ym*γz+σc)+x*a(3*ym* γz+2σc)+a2(ym γz+σc )- 6 =0

în care:

- = Rt = 2.70 tf/m3 – efort maxim de întindere pentru zidărie de piatră cu mortar de ciment M 100-γz =2.5 tf/m3 - greutatea specifică a zidăriei- γs =2.65 tf/m3 - greutatea aluviunilor în stare submersă- γw=1.0 tf/m3 - greutatea volumetrică a apei- n = 0,4 – porozitatea aluviunilor din aterisament - greutatea aluviunilor în stare submersă

- coeficientul împingerii active a aluviunilor

- unghiul de frecare internă a aluviunilor din aterisament- Y = Yf + Ym Yf = 2.6 m = 0,3Y – înălţimea fundaţieiYm=6,0 m - înălţimea utilă a barajuluiY=8.6 m- înălţimea totală a barajului (fundaţie+elevaţie)

- Hd = 1.0 m – sarcina pe deversor

h2=1.55 m

3 21( 3 )

6 m ps a m m dMR Y k y y H

3 216 0,99 0,33 6 (6 3 1)

6MR

3 21

6 0,99 0,33 6 (6 3 1)6

MR =57.9 tf/m3

x2(ym*γz+σc)+x*a(3*ym* γz+2σc)+a2(ym γz+σc )- 6=0x2(6*2.5+27)+x*0.8(3*6*2.5+2*27)+0.82(6*2.5+27)-6*57.96=0

42x2+79 x-320.88=0 Δ=79.22+4 42 320.88=60180.48

1,2

42 245,31

2 42X

x1=2.42 m

x=λ*Hb => b

x

H

λ=0.403Pentru dimensionarea barajului s-au luat în considerare următoarele date (fig.4.4.): Înălțimea barajului:

Y = Yf + Ym = 8.6 m Elementele constructive ale elevației:

-Grosimea la coronament a=0,6 m-Înclinarea paramentului aval

-Lățimea la bază

b=a+λ*y=4.25 m Elementele contructive ale fundației

-Adâncimea fundației în partea aval și în partea amonte :Yc1 = 2.6 mYc2 = 2.2 m

-Dimensiunile consolelor în partea aval și amonte:hc1 = 0,4 mhc2 = 0,3 mC1 = 0,8 m C2 = 0,6 m -Lățimea fundației

B=C1+C2+b=5.55 m

Fig. 4.4. Elementele constructive ale barajului de greutate cu fundaţie evazată

Pentru dimensionarea statică s-a procedat astfel:- s-au determinat sarcinile pe deversor care le suportă barajul (corespunzător condiţiilor concrete din

teren) şi s-au calculat în primă aproximaţie valoarea acestora şi a momentelor care solicită barajul;- s-a dimensionat corpul barajului fără consolă, având deci secţiunea trapezoidală, presupunând

stabilitatea sa la răsturnare şi la alunecare este asigurată;- s-a determinat lungimea consolelor punând condiţia de a se realiza stabilitatea necesară la răsturnare

KR = 1,3 şi o presiune pe teren inferioară celei admisibile;- s-a stabilit înălţimea consolelor punând condiţia de a se realiza stabilitatea necesară la răsturnare şi

ca eforturile ce iau naştere datorită solicitării la încovoiere şi la forfecare a consolelor să fie inferioare rezistenţelor de calcul ale materialului de construcţie folosit.

Fig. 4.5. – Schiţa forţelor orizontale şi verticale

4.1.4.Calculul forțelor și a momentelor de răsturnare în jurul muchiei aval

Calculul forțelor orizontale și a momentelor de răsturnare în jurul muchiei aval (punct A)

Împingerea aluviunilor E0

20

1

2 ps aE y k

20

10,99 8,6 0,33

2E

E0=12.8 tf

E0* =12.8*2.86=36.61 tf*m

Împingerea apei P0

P0= *y*γw (y+2H)

P0= *8.6*1*(8.6+2*1)=45.58 tf

= (8,6+1,0)=3,2 m= *E0=3.2*45.58=145.85 tf*m

MR- momentul de răsturnareMR=145.85+36.61=182.46 tf*m

Calculele forţelor verticale şi a momentelor de stabilitate faţă de muchia aval (punct A) EV=H*C1*γw

EV=1*0.8*1=0.8 tf1 0,8

0,8 0,403 8,6 4,642 2vE

Cf a y m

0,8 4,64 3,71v vE v EM E f tf m

1 1

2b C

v z

H y h CP

6 8,6 0, 4 0,82,5 14, 2

2vP tf

1 0,80,8 0,403 8,6 4,64

2 2vP

Cf a y m

14,2 4,64 65,88V VP V PM P f tf m

G1=a* =0.8*2.5(8.6-2.2)G1=12.8 tf

1 1

0,84,25 0,8 4,65

2 2G

af b C m

G1=4.65*12.8=59.52 tf*m G2= =[0.8+0.4(8.6-2.2)]*2.5*2.2 G2=18.48 tf

2

2 2

4, 25 0, 403 2, 20,6 1,54

2 2C

G

b yf C M

= G2=1.54*18.48=28.46 tf*m

1 13

( ) 2,6 0,4 0,82,5

2 2f C

z

y h CG

G3=3.65 tf

1

3

1

12 0,8 2,6 2 0,4

5,55 5,853 3 2,6 0,4

f CG

f C

y hCf B m

y h

= G3=5.85*3.65=21.35 tf*m

G4=( =(0.3+2.2)[4.25-0.4(8.6-2.2)G4=4.225 tf

2 2 2

4

2 2

2 2 0,6 0,403 2,2 2,2 2 0,80,552

3 3 2,2 0,8C C C

GC C

C y y hf m

y h

= G4=0.552*4.225=2.33 tf*m

2 2

5 2

2,5 0.48,6 2,2

2 2z

CG y y

G5=20.48 tf

5 1

2 2 0.403 8,60,8 3,09

3 3G

yf C m

= G5=3.09*20.48=63.28 tf*m

Tabel 4.1.Centralizarea calculelor

Nr.crtForța Fi

(tf)Brațul forței fi

(m)Moment M(tf*m)

G1 12.8 4.65 59.52G2 18.48 1.54 28.46G3 3.65 5.85 21.35G4 4.225 0.552 2.33G5 20.48 3.09 63.28EV 0.8 4.64 3.71PV 14.2 4.64 65.88P0 45.58 3.2 145.85E0 12.8 2.86 36.61

4.1.5. Stabilitatea barajului la răsturnare

Stabilitatea barajului la răsturnare este asigurată atunci când KR , iar =1,3 pentru clasa IV de importanță a lucrării.

în care:Ms – momentul forţelor de stabilitate faţă de extremitatea aval

Ms = =244.53 tf*mMR – momentul forţelor de instabilitate faţă de extremitatea avalMR = 182.46 tf*m

244,531,34

182,46RK

1.34>1.3 –Verificare la răsturnare este satisfăcută4.1.6.Verificare stabilității la alunecare plană pe talpa fundațieiCondiția de verificare la alunecare:

1 10

v na a

F fK K

F

f=0,67 pentru nisip amestecat cu prundiș

=91.25 tf

1

0,65 91, 25

58,38aK

Kal=1,07- Verificarea la alunecare plană pe talpa fundației este satisfăcută

4.1.7. Presiunea pe talpa fundației

2 22 2 91,25

2 244,53 182,463v

B

S R

F

M M

=38,19 tf/m=3,819 daN/cm2< 5 daN/cm2 – Verificarea este satisfăcută