normativ np143-proiectare geotehnica

63
Anexă la Ordinul MDRAP nr…../2013 NORMATIV PRIVIND PROIECTAREA GEOTEHNICĂ A LUCRĂRILOR DE EPUISMENTE, Indicativ NP 134-2013 PROIECT

Upload: happayface

Post on 22-Oct-2015

203 views

Category:

Documents


14 download

TRANSCRIPT

Page 1: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

Anexă la Ordinul MDRAP nr…../2013

NORMATIV

PRIVIND PROIECTAREA GEOTEHNIC Ă A LUCRĂRILOR DE EPUISMENTE,

Indicativ NP 134-2013

PROIECT

Page 2: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

CUPRINS CAPITOLUL 1. .......................................................................................................................................... DATE INTRODUCTIVE PRIVIND REALIZAREA LUCRĂRILOR DE EPUIZMENT ....................... 1.1. Generalităţi 1.2. Definiţii ................................................................................................................................................

1.2.1 Epuizmentul ................................................................................................................................. 1.2.2 Asecarea ....................................................................................................................................... 1.2.3 Desecarea ..................................................................................................................................... 1.2.4 Drenajul ........................................................................................................................................

1.3. Termeni de referinţă ............................................................................................................................. 1.3.1 Modelul hidrogeologic ................................................................................................................. 1.3.2 Acviferul ...................................................................................................................................... 1.3.3 Permeabilitatea k .......................................................................................................................... 1.3.4 Porozitatea totală n ....................................................................................................................... 1.3.5 Coeficientul de cedare Kc (sinonim coeficient de înmagazinare) ................................................ 1.3.6 Coeficientul de reţinere Kr ........................................................................................................... 1.3.7 Transmisivitatea T........................................................................................................................ 1.3.8 Gradientul critic de antrenare hidrodinamică icr .......................................................................... 1.3.9 Absorbţia de apă q........................................................................................................................

CAPITOLUL 2. .......................................................................................................................................... TESTE EFECTUATE IN SITU ŞI ÎN LABORATOR PENTRU DETERMINAREA PERMEABILITĂŢII .................................................................................................................................. 2.1. Execuţia forajelor de investigaţii hidrogeologice. Instalaţii de foraj ................................................... 2.2. Pregătirea şi testarea forajelor de epuizment ....................................................................................... 2.3 Clasificarea forajelor hidrogeologice după gradul şi după modul de deschidere a stratului acvifer .... 2.4. Scheme si formule uzuale pentru calculul coeficientului de permeabilitate ........................................

2.4.1 Pompări din foraje ........................................................................................................................ 2.4.1.1 Foraj perfect în strat acvifer cu nivel liber .......................................................................... 2.4.1.2 Foraj imperfect în strart acvifer cu nivel liber .................................................................... 2.4.1.3 Foraj perfect în strat acvifer sub presiune ........................................................................... 2.4.1.4 Foraj în strat acvifer mixt .................................................................................................... 2.4.1.5 Foraj imperfect in strat acvifer sub presiune, infiltraţii numai prin peretele forajului ........

2.4.2 Turnări în foraje ........................................................................................................................... 2.4.2.1 Foraj perfect în strat acvifer cu nivel liber .......................................................................... 2.4.2.2 Foraj imperfect în strat acvifer cu nivel liber ...................................................................... 2.4.2.3 Foraj perfect în strat acvifer sub presiune ........................................................................... 2.4.2.4 Foraj imperfect în strat acvifer sub presiune ....................................................................... 2.4.2.5 Foraj imperfect, acvifer sub presiune, infiltraţii numai prin peretele forajului ...................

2.4.3 Raza de influenta a forajelor hidrogeologice ............................................................................... 2.4.4 Metode expeditive pentru evaluarea permeabilităţii in situ .........................................................

2.4.4.1 Scheme de calcul propuse de Hvorslev............................................................................... 2.4.4.2 Metoda Lefranc ................................................................................................................... 2.4.4.3 Metoda Hooghoudt ............................................................................................................. 2.4.4.4 Metoda Biroului de Hidroamelioraţii SUA (metoda Nazberg) ........................................... 2.4.4.5 Evaluarea coeficientului de permeabilitate în laborator .....................................................

2.4.5 Calculul coeficientului mediu de permeabilitate în terenuri stratificate ......................................

PROIECT

Page 3: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

CAPITOLUL 3. .......................................................................................................................................... PARAMETRII HIDROGEOLOGICI DE EXPLOATARE A FORAJELOR DE EPUIZMENT .............. 3.1. Saltul de nivel în foraje ........................................................................................................................

3.1.1. Foraj perfect în strat acvifer sub presiune ................................................................................... 3.1.2. Foraj perfect în strat acvifer cu nivel liber .................................................................................. 3.1.3. Foraj imperfect după gradul de deschidere. Pompare în regim permanent ................................

3.2. Viteza de admisie a apei în gaura de foraj şi debitul critic de epuizment ............................................ 3.2.1 Relaţia lui Sichardt ....................................................................................................................... 3.2.2. Relaţia lui Truelsen .....................................................................................................................

3.3. Denivelarea critică a apei în forajul de epuizment ............................................................................... 3.4. Evaluarea riscului de antrenare hidrodinamică a nisipului în funcţie de gradientul hidraulic al curgerii şi de coeficientul de neuniformitate al nisipului ............................................................................ 3.5 Formele de manifestare a procesului de antrenare hidrodinamică a nisipurilor ...................................

3.5.1 Sufozia ......................................................................................................................................... 3.5.2 Eroziunea internă ......................................................................................................................... 3.5.3 Afuierea ........................................................................................................................................ 3.5.4 Ruperea hidraulică şi refularea nisipului ..................................................................................... 3.5.5 Lichefierea ...................................................................................................................................

CAPITOLUL 4. .......................................................................................................................................... PRINCIPII GENERALE DE PROIECTARE A UNUI SISTEM DE EPUIZMENT ................................ 4.1. Alegerea metodei de epuizment în funcţie de granulozitatea şi permeabilitatea pământului din stratul acvifer............................................................................................................................................... 4.2. Metode de epuizment ...........................................................................................................................

4.2.1. Epuizment direct din excavaţie ................................................................................................... 4.2.1.1. Executarea excavaţiilor cu taluzuri nesprijinite ................................................................. 4.2.1.2. Executarea excavaţiilor, în incinte etanşe cu pereţi verticali .............................................

4.2.2. Executarea excavaţiilor cu taluzuri libere, sub protecţia ecranelor de etanşare .......................... 4.2.3. Epuizment prin foraje amplasate pe conturul excavaţiei ............................................................ 4.2.4. Epuizment cu instalaţii de filtre aciculare ................................................................................... 4.2.5. Epuizment prin sifonare .............................................................................................................. 4.2.6. Epuizment prin foraje autodescărcătoare, cu drenare descendentă sau ascendentă .................... 4.2.7. Epuizment prin grupuri de foraje care intră în interferenţă ........................................................

4.2.7.1. Foraje perfecte în strat acvifer cu nivel liber ..................................................................... 4.2.7.2. Foraje perfecte în strat acvifer sub presiune ......................................................................

CAPITOLUL 5. .......................................................................................................................................... MONITORIZAREA LUCRĂRILOR DE EPUIZMENT ........................................................................... CAPITOLUL 6. .......................................................................................................................................... DEZAFECTAREA LUCRĂRILOR DE EPUIZMENT ............................................................................. CAPITOLUL 7. .......................................................................................................................................... CONŢINUTUL CADRU AL PROIECTULUI DE EPUIZMENT ............................................................ 7. 1. Memoriul tehnic .................................................................................................................................. 7. 2. Breviar de calcul ................................................................................................................................. 7. 3. Caiet de sarcini .................................................................................................................................... 7. 4. Estimarea necesarului de utilaje şi materiale ...................................................................................... 7. 5. Borderou de planşe 7.6. Lista care cuprinde: actele normative, reglementările tehnice

PROIECT

Page 4: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

ANEXA I-REFERINTE TEHNICE SI LEGISLATIVE ............................................................................ ANEXA II ................................................................................................................................................... EXEMPLU DE CALCUL PENTRU UN SISTEM DE EPUIZMENT ALCĂTUIT DIN FORAJE CARE LUCREAZĂ ÎN INTERFERENŢĂ ŞI SUNT DISPUSE PE CONTURUL UNEI EXCAVAŢII DE FORMĂ DREPTUNGHIULARĂ ........................................................................................................

PROIECT

Page 5: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

Lista de simboluri at - atmosferă (bar) – unitate de măsură a presiunii A - suprafaţă; coeficient în relaţia Allen-Hazen C - coeficient de formă

D - Darcy, unitate de măsură a coeficientului de permeabilitate. 1Darcy=1,02 x 10-8 cm2

.

Distanţă

Df - diametrul coloanei filtrului d - diametru d10 - diametrul granulelor din stratul de nisip, corespunzător conţinutului de 10% df - diametrul granulelor de nisip din coroana filtrului F - factor de formă H, h - înălţimea coloanei de apă într-un strat acvifer Ha - înălţimea coloanei de apă în zona activă a unui foraj într-un strat acvifer cu nivel liber h0 - înălţimea coloanei de apă în foraj hf - lungimea filtrului

∆h - saltul de nivel (lungimea zonei de prelingere) în foraje executate în acvifere cu nivel liber

i - gradient hidraulic icr - gradient hidraulic critic ID - grad de îndesare a nisipului k - coeficient de permeabilitate Kf - coeficient de filtraţie (sinonim coeficient de conductivitate hidraulică) Kc - coeficient de cedare (sinonim coeficient de înmagazinare) Kr - coeficient de reţinere L, l - lungime (uzual); lungimea filtrului M - grosimea unui strat acvifer captiv Ma - mărimea zonei active în strat acvifer captiv, sub presiune n - porozitatea totală ne - porozitatea efectivă N - unitate de forţă (Newton) Nh - nivel hidrostatic Np - nivel piezometric Nd - nivel dinamic p - presiune q - debit specific; absorbţie de apă Q - debit; absorbţie de apă (litri) R, R0 - raza de influenţă a unui foraj de pompare Rp - rezistenţa de penetrare dinamică ro - raza găurii de foraj r - distanţa de la axa unui foraj la un piezometru sau alt foraj Sr - gradul de umiditate S, S0, .. Sn - denivelări ale apei într-un foraj

∆S - saltul de nivel în foraje executate în acvifere sub presiune; variaţie de nivel între două denivelări

T - transmisivitate Tu - distanţa dintre nivelul dinamic din foraj şi culcuşul stratului acvifer t - temperatură în scara Celsius; timp; adâncime de încastrare a unei palplanşe U, Un,Uf - grad de neuniformitate granulometrică

PROIECT

Page 6: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

u.L. - unitate Lugeon de absorbţie a apei într-un foraj (1 uL ≈ 1,5 10-5 cm/s) va - viteză admisibilă V - volum Vp - volumul total al porilor Vpi - volumul porilor închişi Vwc - volumul de apă cedată Vwr - volumul de apă reţinută x - distanţa dintre axa forajului de turnare la piezometru β - unghi de înclinare γ - greutate specifică; greutate volumică γs - greutate specifică a scheletului mineral γw - greutate specifică a apei ζ - rezistenţa hidraulică µ - vâscozitate dinamică ρ - raza echivalentă a unui grup de foraje η - coeficient de formă τ - corecţia de temperatură Φ - diametrul unui tub ϕ - unghi de frecare interioară

PROIECT

Page 7: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

CAPITOLUL 1. DATE INTRODUCTIVE PRIVIND REALIZAREA LUCR ĂRILOR DE EPUIZMENT

1.1. Generalităţi Obiectul normativului (1) Prezentul normativ defineşte cerinţele, principiile, privind proiectarea geotehnică şi monitorizarea lucrărilor de epuisment. Domeniul de aplicare (1) Prezentul normativ se aplică acvifierelor poroase, cu permeabilitate de tip granular. Pentru acviferele cantonate în masive de roci stâncoase, cu permeabilitate de tip fisural, sunt necesare abordări speciale. (2) Normativul de epuizment reprezintă o componentă de bază a proiectării geotehnice şi se aplică în corelare cu actele normative şi reglementările tehnice specifice aplicabile, în vigoare, precum şi cu SR EN 1997-1 şi 2 (Eurocode 7). (3) Ca regulă generală, pentru fiecare amplasament se elaborează proiectul de epuizment bazat pe studii elaborate în conformitate cu prevederile Normativului privind documentaţiile geotehnice pentru construcţii, Indicativ NP 074. (4) Un proiect de epuizment trebuie să conţină şi soluţii alternative care să permită aplicarea unor corecţii sistemului de pompare chiar în timpul funcţionării acestuia (creşterea denivelărilor de pompare, suplimentarea numărului de foraje de epuizment ş.a.) în cazul în care nu pot fi atinşi parametrii de exploatare calculaţi. (5) Soluţiile tehnice adoptate pentru realizarea epuizmentelor trebuie să satisfacă cerinţele de eficacitate şi eficienţă economică, iar pentru situaţii deosebite se vor utiliza modelări matematice, simulări hidraulice şi altele de această natură. Utilizatori (1) Normativul se adresează investitorilor, beneficiarilor lucrărilor de construcţii, autorităţilor publice implicate în procesul de avizare şi autorizare a execuţiei lucrărilor de construcţii, precum şi proiectanţilor, verificatorilor de proiecte, experţilor tehnici, executanţilor, responsabililor tehnici cu execuţia, precum şi autorităţilor administraţiei publice şi organismelor de verificare/control.

1.2. Definiţii (1) În practica inginerească lucrările care se execută în scopul coborârii nivelului apei subterane sub cote impuse de realizarea ”în uscat” a fundaţiilor construcţiilor sunt cunoscute sub diverse denumiri: epuizment, asecare, desecare, drenare.

PROIECT

Page 8: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

1.2.1 Epuizmentul (1) Prin epuizment se înţelege ansamblul lucrărilor care se execută în amplasamentul construcţiilor cu fundare directă, sub nivelul pânzei freatice, pentru a face posibilă executarea ”în uscat” a excavaţiilor şi a elementelor de fundare. (2) În cazul în care, sub cota de fundare, există un acvifer captiv, sub presiune, care pune în pericol stabilitatea vetrei gropii excavate, epuizmentul trebuie extins şi la acest acvifer până când subpresiunea pe vatră scade sub sarcina geologică redusă prin excavare. (3) În funcţie de condiţiile hidrogeologice specifice amplasamentului, lucrările de epuizment se pot realiza sub diverse forme:

a) evacuarea directă a apei din groapa excavată; b) filtre aciculare cu sau fără vacuum; c) electroosmoză; d) reţele de foraje echipate cu filtre, pompe de aspiraţie sau pompe submersibile de diverse

tipuri; e) instalaţii de extragere şi evacuare a apei prin sifonare; f) foraje autodescărcătoare cu evacuare descendentă sau ascendentă ş.a.

(4) Durata necesară de funcţionare a unui sistem de epuizment începe din faza premergătoare deschiderii excavaţiilor şi se încheie după realizarea integrală şi etanşarea fundaţiei. În situaţii speciale, epuizmentul se poate prelungi şi după finalizarea lucrărilor de fundare a construcţiilor. (5) Dacă nu se impun măsuri speciale de menţinere a nivelurilor apelor subterane la cote coborâte în perioada post execuţie, echipamentele de epuizment se dezafectează şi nivelurile apelor subterane pot reveni la cotele iniţiale.

1.2.2 Asecarea (1) Este termenul consacrat domeniului lucrărilor miniere şi cuprinde ansamblul de lucrări de captare şi evacuare a apei subterane din amplasamentul zăcămintelor de minereuri, cărbuni, roci utile, etc. care se exploatează „în uscat” prin excavaţii subterane sau în cariere. (2) Asecarea se realizează prin reţele de foraje echipate cu filtre şi pompe submersibile din care se pompează apă până se realizează o suprafaţă de depresiune situată sub cota de exploatare a zăcământului. (3) Echipamentul de asecare intră în funcţiune înainte de deschiderea excavaţiilor pentru exploatarea zăcământului şi se dezafectează după încetarea activităţii de exploatare, dacă nu apar situaţii deosebite care să impună continuarea lucrărilor de asecare.

1.2.3 Desecarea (1) Cuprinde ansamblul lucrărilor de extragere şi evacuare a apei din terenurile agricole cu exces de umiditate, în vederea recuperării şi reintegrării acestora în circuitul agricol. (2) De regulă desecarea se realizează prin lucrări de drenaj orizontal pozate la adâncimi reduse. Funcţionarea sistemului se extinde pe perioada de existenţă a excesului de umiditate.

PROIECT

Page 9: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

1.2.4 Drenajul (1) Reprezintă cea mai utilizată metodă de captare şi evacuare gravitaţională a apei subterane. O formă specială de drenaj este cel întreţinut prin sifonare. Metoda poate fi aplicată atunci când înălţimea maximă de aspiraţie nu depăşeşte cca. 7.00m. (1) Drenajul descendent sau ascendent, prin foraje autodescărcătoare, reprezintă de asemenea o soluţie frecvent utilizată, dacă condiţiile hidrogeologice din amplasament sunt favorabile.

1.3. Termeni de referinţă

1.3.1 Modelul hidrogeologic Reprezintă forma de exprimare vizuală, bi sau tridimensională, şi descriptivă, din punct de vedere litofacial, structural şi parametric, a masivului de pământ în care se includ structurile hidrogeologice care interferează cu lucrările de epuizment.

1.3.2 Acviferul (1) Se referă la volumul de pământ, de formă stratiformă, lenticulară sau masivă în care este cantonată apa subterană liberă. Acviferul este delimitat cel puţin în bază de un strat impermeabil (culcuş). (2) Principalele tipuri de structuri acvifere sunt prezentate în Fig.1. 1, Fig. 1.2 şi Tabelul 1.1

Fig.1. 1 Schema clasificării acviferelor

PROIECT

Page 10: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

Fig.1. 2 Nivelul apei subterane în raport cu suprafaţa terenului

PROIECT

Page 11: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

Tabelul 1. 1 Tipuri de acvifere separate în funcţie de modul de închidere a structurii şi de nivelul apelor subterane

Tipul de acvifer

Caracteristici

Acvifer freatic

Delimitat de strat impermeabil numai în culcuş. În partea superioară acviferul este în legătură cu atmosfera

Cu nivel liber. Nivelul hidrostatic Nh este situat în interiorul stratului acvifer

Acvifer captiv

Delimitat de straturi impermeabile în culcuş şi în acoperiş

Sub presiune Nivelul piezometric Np al apei subterane este situat în complexul de straturi din acoperişul stratului acvifer

Cu nivel ascensional Nivelul piezometric se află sub cota terenului

Cu nivel artezian Nivelul piezometric se află deasupra cotei terenului

1.3.3 Permeabilitatea k (1) Proprietatea unui mediu poros de a fi traversat de către un fluid poartă numele generic de permeabilitate. (2) Permeabilitatea reflectă, pe de o parte, caracteristicile intrinseci ale mediului permeabil iar pe de altă parte particularităţile fluidului care străbate mediul respectiv. (3) Cuantificarea permeabilităţii se face pe baza a doi coeficienţi:

a) coeficientul de filtraţie kf (sinonim coeficient de conductivitate hidraulică), care reflectă atât particularităţile intrinseci ale mediului permeabil cât şi caracteristicile fluidului care-l străbate. Are dimensiuni de viteză.

b) coeficientul de permeabilitate k – Caracterizează numai mediul permeabil, are dimensiuni de suprafaţă şi se exprimă în Darcy (D). 1D = 1,02 10-8 cm2 Corespondenţa între cei doi coeficienţi se face prin relaţia:

γµ

fkk = 1. 1

în care µ este vâscozitatea dinamică, exprimată în 2m

sN ⋅, iar γ )( 3m

N greutatea specifică a fluidului

care străbate mediul permeabil. (4) În cazul în care fluidul care străbate mediul permeabil este apa dulce, cu temperatura t=200C, şi fără conţinut de fază gazoasă în stare liberă sau dizolvată pentru un coeficient de filtraţie kf=1 cm/s corespunde un coeficient de permeabilitate k=1040 103 Darcy sau 1,0608 10-2 cm2. (5) În hidrogeologia aplicată în construcţii, unde fluidul din acvifer este apa dulce, se obişnuieşte să se utilizeze noţiunea de coeficient de permeabilitate cu înţelesul de coeficient de filtraţie kf, exprimat în unităţi de viteză. (6) Pentru un mediu poros, coeficientul de permeabilitate reprezintă volumul V de apă liberă care străbate în intervalul de timp t∆ , după o direcţie normală, secţiunea A, sub un gradient hidraulic i:

PROIECT

Page 12: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

⋅∆

=T

L

Ait

Vk

1

1. 2

Coeficientul de permeabilitate are dimensiunile unei viteze şi în mod curent se exprimă în cm/s, m/s sau în m/zi.

1.3.4 Porozitatea totală n (1) Se notează cu simbolul n şi reprezintă raportul dintre volumul total Vp al golurilor şi volumul total al probei de pământ analizat. Se exprima în procente din volumul total al probei de pământ.

[ ]%100⋅=V

Vn p

1. 3

(2) Din totalul golurilor care aparţin unui volum de pământ o parte sunt închise prin cimentare sau colmatare, astfel încât prin acestea nu poate circula apa liberă. (3) Dacă din volumul total Vp al golurilor se scade volumul golurilor închise, Vpi, porozitatea remanentă reprezentată prin suma golurilor care comunică între ele şi prin care apa liberă poate circula, raportată la volumul total V al probei de pământ, poartă numele de porozitate efectivă (ne).

[ ] nV

VVn pip

e ≤⋅−

= %100 1. 4

1.3.5 Coeficientul de cedare Kc (sinonim coeficient de înmagazinare) (1) Reprezintă raportul dintre volumul de apă Vwc cedată gravitaţional de către un volum unitar V de pământ saturat, la o scădere unitară a sarcinii hidraulice, şi volumul total al probei analizate.

[ ]%100⋅=V

VK wc

c 1. 5

1.3.6 Coeficientul de reţinere Kr (1) Se defineşte ca raportul dintre volumul de apă Vwr reţinută de scheletul mineral după drenarea liberă a apei, şi volumul total V al pământului analizat.

[ ]%100⋅=V

VK wr

r 1. 6

(2) Pentru pământurile saturate (Sr=1) suma volumului de apă cedată gravitaţional şi volumul de apă reţinută de către scheletul mineral este egală cu volumul total al golurilor dintre granulele minerale care comunică între ele. (3) În cazul pământurilor saturate, suma coeficienţilor de cedare şi de reţinere reprezintă coeficientul de porozitate totală.

[ ]%100 nV

VVKK wrwc

rc =⋅+=+ 1. 7

1.3.7 Transmisivitatea T (1) Acest parametru semnifică potenţialul acviferului de a ceda sau înmagazina apă. Se calculează cu relaţia:

MkT ⋅= 1. 8

PROIECT

Page 13: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

în care k este coeficientul de permeabilitate iar M este grosimea stratului permeabil care cedează sau înmagazinează apă. Se măsoară în m2/zi şi serveşte la estimarea debitelor ce pot fi pompte din forajele de epuizment.

1.3.8 Gradientul critic de antrenare hidrodinamică icr (1) Gradientul hidraulic la care începe procesul de dislocare şi evacuare a particulelor fine din pământurile granulare necoezive, reprezintă gradientul critic icr. (2) Procesul de antrenare hidrodinamică evoluează progresiv. Începe cu sufozia şi continuă cu eroziunea hidraulicăşi prăbuşirea.

1.3.9 Absorbţia de apă q (1) Reprezintă măsura permeabilităţii masivelor de roci fisurate şi ale rocilor granulare necoezive, şi se determină prin injecţii de apă efectuate sub presiune, pe tronsoane din gaura forajului. Se calculează cu formula

⋅⋅⋅⋅=

atm

litri

ptl

Qq

min

1. 9

(2) Unitatea de măsură a absorbţiei de apă este Lugeonul (u.L.). (3) O unitate Lugeon (u.L.) reprezintă volumul de apă Q=1 litru, absorbit pe un tronson cu lungimea

1=l metru din gaura forajului cu Φ= 50-70mm în timp de un minut sub presiune de injectare p= 10 at (100m coloană de apă). (4) Unei unităţi Lugeon îi corespunde un coeficient de permeabilitate:

scmk /105.1 5−⋅≅ 1. 10

PROIECT

Page 14: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

CAPITOLUL 2.

TESTE EFECTUATE IN SITU ŞI ÎN LABORATOR PENTRU DETERMINAREA PERMEABILIT ĂŢII

2.1. Execuţia forajelor de investigaţii hidrogeologice. Instalaţii de foraj (1) În practica curentă de şantier se poate utiliza o gama largă de instalaţii şi echipamente pentru executarea găurilor de foraj, cu condiţia ca acestea să îndeplinească parametrii de performanţă caracteristici acestor tipuri de lucrări. (2) În Fig. 2. 1, Fig. 2. 2, Fig. 2. 3 şi Fig. 2. 4 se prezintă câteva modele de instalaţii de foraj care se folosesc frecvent pentru executarea forajelor de epuizment.

Fig. 2. 1 Foraj cu circulaţie directă, prin pompare

Fig. 2. 2 Foraj cu circulaţie inversă, prin

aspiraţie

Fig. 2. 3 Foraj cu circulaţie inversă, cu aer lift

Fig. 2. 4 Foraj cu circulaţie inversă, cu ejector

PROIECT

Page 15: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

(3) Pentru investigaţii hidrogeologice este de preferat să se folosească apa ca fluid de foraj, utilizând procedeul cu tubare concomitent cu forarea pentru a menţine stabilitatea nisipului purtător de apa. În practica de şantier, însă, de cele mai multe ori forajele de pompare se executa cu noroi de foraj. (4) După executarea găurii de foraj se introduce coloana de tubaj până în talpa acestuia şi se evacuează noroiul din interiorul coloanei prin spălare cu jet de apă. În continuare, în interiorul coloanei de tubaj se introduce coloana de filtre, prevăzută cu centrori, şi pietrişul mărgăritar, pentru a realiza un filtru invers între stratul acvifer şi coloana filtrantă. (5) Dacă programul de investigaţii prevede testarea mai multor acvifere în acelaşi foraj (Fig. 2.5), execuţia forajului se va face începând de la suprafaţă, cu diametrul cel mai mare, până va fi traversat primul acvifer, după care gaura forată va fi tubată cu coloană metalică. Continuarea forajului se va face prin interiorul coloanei care închide primul acvifer, gaura forată va fi tubată pentru închiderea celui de al doilea strat acvifer ş.a.m.d.

2.2. Pregătirea şi testarea forajelor de epuizment (1) Dacă programul de investigaţii prevede testarea individuală a straturilor acvifere este necesară închiderea fiecărui strat cu coloană plină, conform Fig. 2. 5:

Fig. 2. 5 schema de tubare a unei găuri de foraj. I, II, III straturi acvifere; Np nivel piezometric

1

23

4

Fig. 2. 6 Schema echipării unei găuri de foraj cu coloană filtrantă şi coroană din material filtrant: 1 - coloană filtrantă; 2 – coroană din material filtrant; 3 – peretele găurii de foraj; 4 - strat acvifer permeabil; 5 – strat impermeabil

(2) Testele de permeabilitate se efectuează ascendent, începând cu stratul de la baza găurii de foraj. Se introduce coloana de pompare, prevăzută cu filtre în dreptul fiecărui strat ce urmează a fi testat şi cu centrori pentru a fi coaxială cu gaura forajului. (3) În jurul filtrului se realizează o coroană filtrantă, conform Fig. 2. 6. Măsurarea denivelării apei în găurile de foraj se realizează cu dispozitive speciale prevăzute cu cablu de lansare care permit identificarea adâncimii nivelului apei din foraj sub forma unui semnal optic, acustic sau prin afişaj digital (Fig. 2.7).

PROIECT

Page 16: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

Fig. 2. 7 Dispozitive cu senzori pentru măsurarea nivelului apei în foraj.

(4) Pentru efectuarea probei de permeabilitate se extrage coloana de tubaj pe înălţimea corespunzătoare stratului acvifer care va fi testat. Conform programului de testare se realizează prima treaptă de denivelare şi se pompează apa până ce curgerea intra în regim staţionar şi apa pompată este limpede. În mod asemănător se continuă testarea aceluiaşi strat la următoarele două sau mai multe trepte de denivelare, conform programului prestabilit. (5) Pentru pomparea apei din foraje pot fi utilizate pompe de aspiraţie (Fig. 2. 8), pompe submersibile acţionate electric precum şi pompe cu aer-lift tip Mammoth (Fig. 2. 9).

Fig. 2. 8 Schema pompării experimentale executată cu pompa de aspiraţie amplasată la suprafaţă: 1 – sorb; 2 – conducta de admisie; 3 – pompa; 4 – vas pentru măsurare a debitului

Fig. 2. 9 Pomparea cu aer lift, tip Mammoth: 1 – compresor de aer (p=5-6 at); 2 – conductă de aer; 3 – sorb; 4 - coloană de pompare prin care circula emulsie de aer cu apă; 5 – dezaerator; 6- conductă de apă; 7 – vas pentru măsurarea debitului pompat

(6) După testarea primului strat, coloana filtrantă se obturează prin cimentare la nivelul stratului pompat, se retrage coloana de tubare care etanşează următorul strat şi, în continuare, se procedează asemănător ca la primul strat (Fig. 2.10). Testarea selectivă a straturilor acvifere se poate realiza şi în sistem descendent, executând câte un foraj pentru fiecare strat ce urmează a fi testat. Din punct de vedere tehnic acest procedeu permite obţinerea unor rezultate foarte bune, dar necesită cheltuieli mai mari şi durată mai mare de timp pentru execuţie şi testare.

PROIECT

Page 17: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

Fig. 2. 10 Succesiunea de testare a straturilor acvifere:

a – testarea stratului I; b – testarea stratului II; c – testarea stratului III 1,2 – coloane de tubaj; 3 – coloana filtrantă; 4 – filtru din pietriş mărgăritar; 5 – conducta de refulare a apei pompate; 6 – dop din argilă sau ciment

2.3 Clasificarea forajelor hidrogeologice după gradul şi după modul de deschidere a stratului acvifer (1) Clasificarea după gradul şi după modul de deschidere a stratului acvifer precum şi schemele de execuţie şi de echipare a forajelor hidrogeologice sunt prezentate în Fig. 2. 11.

După gradul de deschidere

Perfect Imperfect

După modul de deschidere

Perfect Imperfect Perfect Imperfect

Scheme de execuţie şi de echipare a forajelor

Observaţii Fără coloană

de filtru. Pereţii găurii de foraj sunt stabili

Coloană de filtru pe toată grosimea sau numai pe parte din grosimea stratului permeabil interceptat de gaura de foraj.

Fără coloană de filtru. Pereţii găurii de foraj sunt stabili.

Coloană de filtru pe toată grosimea sau numai pe parte din grosimea stratului permeabil interceptat de gaura de foraj.

Fig. 2. 11 Clasificarea forajelor după gradul şi după modul de deschidere a stratului acvifer. Scheme de execuţie şi de echipare a forajelor

PROIECT

Page 18: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

2.4. Scheme si formule uzuale pentru calculul coeficientului de permeabilitate

2.4.1 Pompări din foraje

2.4.1.1 Foraj perfect în strat acvifer cu nivel liber

Fig. 2. 12: Foraj singular

• Foraj singular

( ) ( )SHS

r

RQ

hH

r

RQ

k−

=−

⋅=

2

lnln0

20

20

ππ

2. 1

Fig. 2. 13: Grup de pompare cu unul sau două piezometre

• Cu un singur piezometru

( )( )11

0

1

2

ln

SSHSS

r

rQ

k−−−

2. 2

( )( )11

0111

2

ln)2(ln)2(ln

SSHSS

rSHSrSHSR

−−−−−−

=

2. 3

• Cu două piezometre

( )( )2121

1

2

2

ln

SSHSS

r

rQ

k−−−

2. 4

( )( )2121

122211

2

ln)2(ln)2(ln

SSHSS

rSHSrSHSR

−−−−−−

=

2. 5

2.4.1.2 Foraj imperfect în strart acvifer cu nivel liber

Fig. 2. 14: Definirea zonei active a unui foraj imperfect în strat acvifer cu nivel liber

PROIECT

Page 19: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

(1) În cazul forajului imperfect apare noţiunea de zonă activă care se defineşte ca adâncimea Ha, sub nivelul hidrostatic, până la care se resimte influenţa denivelării apei în gaura forajului. (2) În funcţie de grosimea acviferului, adâncimea zonei active poate fi mai mare decât grosimea acestuia sau mai mică.

a) Pentru Ha>H coeficientul de permeabilitate se calculează cu formula lui Forchheimer

[ ] 400022

0

)(25.0)(

log73.0

SH

hSH

SH

rhSHH

r

RQ

k

a

a

aa −

−−−

+−−=

2. 6

b) Pentru Ha<H coeficientul de permeabilitate se determină cu aceeaşi formulă, în care H se

înlocuieşte cu Ha. În relaţia de mai sus se poate considera r0=0 daca r0≤h0 şi aportul de debit prin fundul găurii de foraj poate fi neglijat în raport cu debitul care intră prin pereţii laterali.

Grosimea zonei active Ha se poate calcula prin încercări succesive cu relaţia

4000 )(25.0

121

SH

hSH

SH

rh

SH

a

a

a

a

−−−

−+−

=

2. 7

sau din Tabelul 2. 1

Tabelul 2. 1 Determinarea zonei active Ha=f(S,h0)

Sh

S

+0

0,2 0,3 0,5 0,8 1,0

Sh

H a

+0

1,30 1,60 1,70 1,85 2,00

2.4.1.3 Foraj perfect în strat acvifer sub presiune

Fig. 2. 15: Foraj perfect în strat acvifer sub presiune

• Foraj singular

MS

r

RQ

k 0

log

366.0=

2. 8

PROIECT

Page 20: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

Fig. 2. 16 Grup de pompare cu unul sau doua piezometre

• Cu un singur piezometru

( )1

1

log

366.0SSM

r

RQ

k−

=

2. 9

( )1

011 logloglog

SS

rSrSR

−−

=

2. 10

• Cu două piezometre

( )21

1

2log366.0

SSM

r

rQ

k−

=

2. 11

( )21

1221 logloglog

SS

rSrSR

−−

=

2. 12

2.4.1.4 Foraj în strat acvifer mixt

Fig. 2. 17: Foraj singular în strat acvifer mixt

• Foraj singular

( )220

2

ln

ohMHM

r

RQ

k−−⋅

2. 13

2.4.1.5 Foraj imperfect in strat acvifer sub presiune, infiltraţii numai prin peretele forajului

Fig. 2. 18: Foraj singular cu filtru înecat (l<0,3M)

• Pentru l<0,3M

0

32.1log

336.0

r

l

lS

Qk =

2. 14

PROIECT

Page 21: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

Fig. 2. 19:Foraj singular cu filtru înecat (pentru l>0,3M)

• Pentru l>0,3M

−=

R

MA

r

M

l

M

MS

Qk

4log

4log2

2

336.0

0

2. 15

Factorul

=M

lfA se determină grafic din Fig. 2. 20

Fig. 2. 20: Grafic pentru determinarea factorului A

2.4.2 Turnări în foraje

2.4.2.1 Foraj perfect în strat acvifer cu nivel liber

Fig. 2. 21: Foraj perfect în strat acvifer cu nivel liber

• Foraj singular

220

0

log735.0

Hh

r

RQ

k−

=

2. 16

• Cu două piezometre

))(2(

log735.0

2121

1

2

SSSSH

x

xQ

k−++

=

2. 17

PROIECT

Page 22: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

2.4.2.2 Foraj imperfect în strat acvifer cu nivel liber

Fig. 2. 22: Foraj imperfect în strat acvifer cu nivel liber

• Foraj singular

)(

log366.0

00

0

Hhh

r

RQ

k−

=

2. 18

• Cu două piezometre

)(

log366.0

210

1

2

SSh

x

xQ

k−

=

2. 19

2.4.2.3 Foraj perfect în strat acvifer sub presiune

Fig. 2. 23: Foraj perfect în strat acvifer sub presiune

• Foraj singular

)(

log366.0

0

0

HhM

r

RQ

k−

=

2. 20

• Cu două piezometre

)(

log366.0

21

1

2

SSM

x

xQ

k−

=

2. 21

2.4.2.4 Foraj imperfect în strat acvifer sub presiune

Fig. 2. 24: Foraj imperfect în strat acvifer sub presiune(l<0,3M)

• Infiltraţii numai prin

peretele forajului - Când l<0,3M (Fig. 2. 24)

0

6.1log

366.0

r

l

lS

Qk =

2. 22

Când l > 0.3 M (Fig. 2. 25)

−=

00

4log

4log2

2366.0

r

MA

r

M

l

M

HS

Qk

2. 23

PROIECT

Page 23: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

Fig. 2. 25: Foraj imperfect în strat acvifer sub presiune (l > 0.3 M)

în care

=M

lfA se determina cu ajutorul graficului din

Fig. 2. 20.

2.4.2.5 Foraj imperfect, acvifer sub presiune, infiltraţii numai prin peretele forajului

Fig. 2. 26: Foraj imperfect în strat acvifer sub presiune. Infiltraţii numai prin peretele forajului. Zona activă mai mică decât grosimea stratului.

40

2

log366.0

lM

M

l

M

SM

r

RQ

ka

aa

a −=

2. 24

în care mărimea zonei ),( SlfMa = se determină din

graficul prezentat în Fig. 2. 27

Fig. 2. 27: Grafic pentru determinarea zonei active Ma

PROIECT

Page 24: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

2.4.3 Raza de influenta a forajelor hidrogeologice (1) Raza de influenţă se determină în timpul turnărilor sau pompărilor experimentale folosind grupuri de foraje în care sunt incluse şi forajele piezometrice. De cele mai multe ori, însă, pentru turnări sau pompări experimentale se foloseşte un singur foraj. În acest caz pentru determinarea razei de influenţă se utilizează formule empirice stabilite pe baza unui volum mare de determinări experimentale ceea ce a permis verificarea acestora. (2) Câteva formule mai des utilizate în calculele hidrogeologice pentru determinarea razei de influenţă sunt redate în Tabelul 2.2.

Tabelul 2. 2 formule uzuale pentru calculul razei de influenţă R[m]

Formula Unitatea de măsură

pentru k Domeniul de aplicabilitate

kHSR 575= m/s Foraje executate în straturi acvifere cu nivel liber

kHSR 2= m/zi

kSR 3000= m/s Foraje executate în straturi acvifere sub presiune

kSR 2.10= m/zi

kHSR 2+= ρ m/zi Strat acvifer cu nivel liber Sisteme de drenare de formă circulară, cu raza

ρ . kSR 2.10+= ρ m/zi Strat acvifer sub presiune

Notaţii: H – înălţimea apei în foraj; S – denivelare; k – coeficientul de permeabilitate; ρ – raza cercului pe care sunt amplasate forajele dintr-un grup care lucrează în interferenţă.

2.4.4 Metode expeditive pentru evaluarea permeabilităţii in situ

2.4.4.1 Scheme de calcul propuse de Hvorslev

• Turnare cu nivel variabil, sub nivelul hidrostatic al acviferului (Fig. 2.28). Acvifer cu nivel liber sau sub presiune

2

1

12

ln)( H

H

ttF

Ak

−=

2. 25

Fig. 2. 28: Turnarea cu nivel variabil, sub nivelul hidrostatic

Fig. 2. 29: Graficul de variaţie în timp a vitezei de denivelare

PROIECT

Page 25: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

• Turnare cu nivel constant, sub nivelul hidrostatic al acviferului (Fig. 2.36)

Fig. 2. 30: Turnare cu nivel constant, sub nivelul hidrostatic

eFH

qk =

În relaţiile 2.25 şi 2.26 A este aria secţiunii coloanei de apă din foraj (pentru foraj înclinat secţiunea este o elipsă); F-factor ce depinde de condiţiile din zona pătrunderii apei din gaura forajului în stratul permeabil. Factorul F, pentru diverse scheme de foraj, se calculează conform relaţiilor date în Tabelul 2. 3.

2. 26

Tabelul 2. 3: Scheme şi formule pentru calculul factorului F Schema forajului Condiţii Factorul F

A

Foraj cu coloană de tubaj până la bază. Rocă granulară sau stâncoasă cu permeabilitate uniformă.

05,5 rF =

B

Foraj cu coloană de tubaj până la limita dintre permeabil şi impermeabil

04rF =

C

Extinderea forajului pe o lungime L sub capătul coloanei de tubaj

++

=

20

2

0 41

2ln

2

r

L

r

L

LF

π

D

Foraj extins pe lungimea L sub coloana de tubaj în roca granulară sau stâncoasă, stratificată, cu permeabilitate orizontală şi verticală

0

ln

2

r

mLL

Fπ=

vh kkm /= şi 08rL > PROIECT

Page 26: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

E

Foraj care pătrunde pe adâncimea L sub coloana de tubaj care este încastrată în stratul impermeabil superior

++

=

20

2

0

1ln

2

r

L

r

L

LF

π

F

Foraj cu coloană de tubaj până la limita dintre permeabil şi impermeabil, cu partea inferioară a coloanei umplută cu nisip din stratul permeabil

0

0

41

4

r

Lr

F

π+

=

G

Foraj cu coloană de tubaj în stratul permeabil umplută la partea inferioară cu nisip din stratul permeabil 0

0

2

111

5.5

r

Lr

F

π+

=

H

Foraj executat în strat omogen cu cavitate sferică la bază

04 rF π=

2.4.4.2 Metoda Lefranc

(1) Această metodă se recomandă pentru evaluarea permeabilităţii nisipurilor şi pietrişurilor cu permeabilitate scmk /10 2−≥ . (2) Schema echipamentului de încercare prin procedeul Lefranc este redată în Fig. 2.31. În interiorul unei coloane metalice de tubaj (1), din material uşor, cu diametrul de 50 mm, prevăzută la bază cu un şiu (2), se introduce o prăjină (3) care are la capăt un trepan (4) prevăzut cu orificii (5) pentru circulaţia apei. Din haba (6), cu ajutorul pompei (7), se pompează apă prin interiorul prăjinii (3). Jetul de apă care iese prin orificiile trepanului dislocă materialul de pe fundul găurii permiţând, prin apăsare şi rotire uşoară, înfigerea coloanei de tubaj (1). Adâncimea găurii săpate sub şiul coloanei se recomandă să fie de 50 cm. Apa care este pompată prin interiorul prăjinii (3) iese prin spaţiul inelar dintre prăjină şi coloană şi deversează liber în haba (6). Cantitatea de apă absorbită în stratul permeabil este egală cu consumul din haba (6), care reprezintă diferenţa dintre volumul de apă injectat şi volumul de apă reîntors la suprafaţă. (3) Cunoscând cantitatea de apă absorbită în strat, dimensiunile cavităţii de sub şiul coloanei şi presiunea coloanei de apă la nivelul stratului permeabil se poate evalua permeabilitatea stratului pe care îl traversează gaura forajului. Procedeul permite întocmirea unui grafic continuu de variaţie a pierderilor de apă cu adâncimea, putându-se pune bine în evidenţă straturile cu permeabilităţi diferite. (4) Coeficientul de permeabilitate la nivelul unui strat se determină cu relaţia:

[ ]Ch

Qsmk =/

2. 27 PROIECT

Page 27: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

în care: [ ]smQ /3 este debitul de apă absorbit în strat; [ ]mh - presiunea apei în coloană calculată la

nivelul apei subterane, exprimată în metri coloană de apă; [ ]mC - un coeficient de formă care se calculează în funcţie de forma şi dimensiunile d şi l ale cavităţii de sub şiul coloanei de foraj. (5) Când cavitatea se asimilează cu o sferă, valoarea coeficientului C se ia

dC π2= şi relaţia 2.27 devine:

dh

Qk

π2=

2. 28

(6) Când cavitatea se apreciază că are o formă cilindrică cu lungimea l şi diametrul d, cu condiţia ca 2/ ≥dl , valoarea coeficientului C se va lua astfel:

1=C pentru 2/ =dl 4=C pentru 5.2/ =dl 5=C pentru 3/ =dl

(7) Presiunile recomandate pentru măsurători prin procedeul Lefranc sunt funcţie de permeabilitatea terenului. Ca ordin de mărime, presiunile care se recomandă să fie folosite sunt redate în graficul din Fig. 2. 32, fiind cuprinse între dreptele 1-1 şi 2-2. (8) În mod obişnuit procedeul Lefranc se aplică comod până la adâncimi de 25-30 m, însă adâncimile investigate pot ajunge la 60-70 m şi chiar mai mult.

Fig. 2. 31 Schema de măsurare a permeabilităţii prin procedeul Lefranc: 1-coloana de tubaj; 2-şiu; 3-prăjină; 4-trepan; 5-orificiu; 6-habă; 7-pompă

PROIECT

Page 28: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

Fig. 2. 32: Domeniul presiunilor, exprimate în metri coloană de apă, recomandate pentru măsurătorile efectuate prin procedeul Lefranc

2.4.4.3 Metoda Hooghoudt

Se aplică pentru permeabilităţi sub nivelul pânzei freatice, prin denivelare şi cu măsurarea vitezei de revenire a nivelului apei la cota iniţială. Schema de aplicare a metodei este redată în Fig. 2. 33 şi Fig. 2. 34.

∆S in ∆t

S1

S0h0

r0

Suprafata apei

Stratul impermeabil Fig. 2. 33 Talpa forajului este situată deasupra stratului impermeabil. Alimentare laterală şi prin talpă.

[ ]zimS

S

rht

hrk /log

)2(10046,1

1

0

00

02

06

+∆⋅=

2. 29

Fig. 2. 34 Talpa forajului intersectează stratul impermeabil. Alimentare numai laterală.

[ ]zimS

S

t

rk o /log1023,5

1

02

5

∆⋅=

2. 30

PROIECT

Page 29: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

2.4.4.4 Metoda Biroului de Hidroamelioraţii SUA (metoda Nazberg)

Se utilizează pentru determinarea permeabilităţii în masivele de pământ fără apă, pentru

502000

≥≥>r

hsihTu .

Metoda constă în turnarea apei în foraj, menţinând nivelul constant până la intrarea curgerii în regim staţionar. Se foloseşte un dispozitiv tip Boylle-Mariotte, conform modelului din Fig. 2. 35

Fig. 2. 35 Schema dispozitivului de turnare a apei în foraj, cu menţinerea constantă a nivelului: 1-tub de preaplin; 2-

tubul de nivel; 3-tub de alimentare; 4,5,6-robineţi

r0

Fig. 2. 36 Schema de aplicare a metodei

Nazberg

• Cazul 1

• Cazul 2

hTu 3≥

[ ]zimh

r

h

r

hQ

k /2

11log303,2

2

2

00

π

+

=

Debitul infiltrat Q se ia în m3/zi iar raza forajului r0 în metri.

2. 31

hTh u ≥>3

[ ]zimThh

r

hQ

ku

/)2(

log2,20

+=

2. 32

PROIECT

Page 30: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

2.4.4.5 Evaluarea coeficientului de permeabilitate în laborator

(1) Determinarea permeabilităţii în laborator se face în conformitate cu prevederile STAS 1913/6-76. (2) O evaluare calitativă a permeabilităţii poate fi făcută şi pe baza curbei granulometrice a nisipului (STAS 1913/5-85), folosind relaţia Allen-Hazen.

210dACk τ⋅= 2. 33

care este valabilă pentru mmd 31.0 10 << şi 510

60 <d

d, în care A este o mărime funcţie de unităţile de

măsură în care se exprimă coeficientul de permeabilitate. Pentru k exprimat în m/zi, A=1. (3) În relaţia 2.33, C este un coeficient care exprimă gradul de impurificare a nisipului cu fracţiune argiloasă. Are valori de ordinul a 1000-700 pentru nisip curat şi 700-500 pentru nisip cu argilă; d10 este diametrul efectiv al granulelor, în mm; τ – corecţia de temperatură care se determină cu relaţia

Ct003.070.0 +=τ . (4) Înlocuind expresia corecţiei τ în relaţia 2.33 se obţine:

)03.070.0( 0210 CtdACk +⋅= 2. 34

(5) Pentru variaţia coeficientului de permeabilitate în limitele 1-8m/zi, relaţia 2.33 conduce la erori în plus de cca. 30-40%. (6) Într-un caz simplificat, când se dispune numai de curba granulozităţii nisipului, evaluarea ordinului de mărime a permeabilităţii se poate face cu relaţia

[ ] 210/ dscmk = 2. 35

în care 10d reprezintă diametrul în mm al granulelor corespunzător conţinutului de 10% (diametrul

efectiv).

2.4.5 Calculul coeficientului mediu de permeabilitate în terenuri stratificate (1) În cazul terenurilor stratificate, alcătuite din alternanţe de pământuri cu permeabilităţi diferite, dacă se cunoaşte coeficientul de permeabilitate al fiecărui strat, atunci coeficientul mediu de permeabilitate al întregului complex se determină cu următoarele relaţii:

i

n

i

ii

n

imo

h

hkk

1

1

=

=

Σ

Σ=

2. 36

în care mok este coeficientul de permeabilitate mediu pe direcţia paralelă cu stratificaţia şi

i

in

i

i

n

imv

k

h

hk

1

1

=

=

Σ

Σ=

2. 37

în care mvk este coeficientul de permeabilitate mediu pe direcţia perpendiculară pe stratificaţie.

(2) Coeficientul de permeabilitate mediu al întregului complex se calculează cu relaţia

PROIECT

Page 31: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

mvmom kkk ⋅= 2. 38

Ordinul de mărime al coeficientului de permeabilitate pentru unele tipuri de pământuri este dat în Tabelul 2.4. Tabelul 2. 4 Valori orientative ale coeficientului de permeabilitate pentru unele pământuri

Tipul de pământ Coeficientul de

permeabilitate k[cm/s] Tipul de pământ

Coeficientul de permeabilitate k[cm/s]

Argilă 710−< Pietriş cu matrice argiloasă

prăfoasă 35 1010 −− −

Praf fin şi mijlociu

57 1010 −− − Pietriş cu matrice nisipoasă 24 1010 −− −

Praf mare 35 1010 −− − Pietriş cu nisip 12 1010 −− −

Nisip

Fin 24 1010 −− − Bolovăniş cu matrice argiloasă nisipoasă

24 1010 −− − Mijlociu 23 1010 −− −

Mare 12 1010 −− − Bolovăniş cu pietriş 110−>

PROIECT

Page 32: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

CAPITOLUL 3.

PARAMETRII HIDROGEOLOGICI DE EXPLOATARE A FORAJELOR DE EPUIZMENT

3.1. Saltul de nivel în foraje (1) Prin coborârea nivelului apei în gaura forajului care interceptează un strat acvifer, curgerea apei din strat prin gaura forajului întâmpină o rezistenţă care se materializează sub forma unei pierderi de sarcină hidraulică cunoscută sub numele de salt de nivel piezometric, ∆S, în cazul acviferelor sub presiune şi zonă de izvorâre sau înălţime de prelingere, ∆h, în cazul acviferelor cu nivel liber. (2) Rezistenţa hidraulică totală, ζ0, reprezintă suma a două componente:

a) ζ1 – rezistenţa hidraulică datorată imperfecţiunii forajului după gradul de deschidere b) ζ2 – rezistenţa hidrauluică datorată imperfecţiunii după modul de deschidere, care

reprezintă un cumul de rezitenţe datorate imperfecţiunilor filtrului, şi coroanei filtrante din jurul filtrului, contaminării stratului acvifer din zona adiacentă filtrului cu noroi de foraj şi colmatării cu particule fine depuse în procesul de sufozie ş.a.

(3) Evaluarea saltului de nivel este importantă deoarece fără luarea în considerare a acestui parametru se pot face erori de calcul privind coeficientul de permeabilitate al acvifereului, debitul de pompare şi cotele de denivelare a apei subterane ce trebuie realizate conform proiectului de epuizment. Pentru evaluarea saltului de nivel pot fi utilizate diverse scheme şi formule de calcul, astfel:

3.1.1. Foraj perfect în strat acvifer sub presiune

Fig. 3. 1 Saltul de nivel în cazul forajului perfect executat în strat acvifer sub presiune

Rezistenţa hidraulică a forajului

−−= +

+ 0

1

1

00 loglog3,2

r

r

r

r

SS

SS n

n

n

nn

nζ 3. 1

Saltul de nivel (piezometric)

n

n

nn

r

rSS

S1

10

log3,2 +

+−−=∆ ζ 3. 2

În relaţiile 3.1 şi 3.2, n reprezintă numărul piezometrului.

3.1.2. Foraj perfect în strat acvifer cu nivel liber Pentru straturile acvifere cu nivel liber, saltul de nivel ∆h, cunoscut şi sub numele de zonă de izvorâre sau de prelingere, se poate calcula cu formula lui Ciornâi – Şestacov, notaţiile corespunzând Fig. 3.1.

PROIECT

Page 33: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

020

0

)51.0/

log73.0( hhk

Q

r

kQh −+−=∆

3. 3

3.1.3. Foraj imperfect după gradul de deschidere. Pompare în regim permanent (1) În cazul forajelor imperfecte după gradul de deschidere (Fig. 3.2) rezistenţa hidraulică totală se determină în funcţie de: poziţia filtrului în raport cu patul şi acoperişul stratului acvifer, conform Tabelului 3.1, raportul dintre grosimea stratului acvifer şi raza forajului 0/ rM şi raportul dintre

lungimea filtrului şi grosimea stratului Ml / (Fig. 3.3).

Fig. 3. 2 Foraj imperfect după gradul de deschidere

Tabelul 3. 1: Mărimea zonei oarbe C a coloanei filtrante în funcţie de poziţia filtrului în stratul acvifer

Caracteristicile stratului acvifer Poziţia filtrului

Cu nivel liber În interiorul stratului 000 lHC −<

Adiacent patului impermeabil 000 lHC −=

Sub presiune Adiacent acoperişului impermeabil 0=C În interiorul stratului lMC −<<0 Adiacent patului impermeabil lMC −=

a) Filtru adiacent patului sau acoperişului stratului acvifer Dacă pomparea se execută în regim permanent şi filtrul este adiacent patului sau acoperişului stratului acvifer sub presiune rezistenţa hidraulică totală se determină din Tabelul 3.2. Pentru stratul acvifer cu nivel liber, determinarea rezistenţei hidraulice totale se face tot pe baza Tabelului 3.2, înlocuind 2/,2/ 0000 SllsiSHM −=−= , în care notaţiile corespund figurii Fig. 3.2.

b) Filtrul în interiorul stratului acvifer Când filtrul este situat în interiorul stratului acvifer sub presiune rezistenţa hidraulică totală se poate determina din graficele prezentate în Fig. 3.3. Pentru straturile acvifere cu nivel liber se folosesc aceleaşi grafice punând .2/,,2/ 001000 SCCsillSHM −==−=

Pentru calculul coeficientului de permeabilitate în funcţie de caracteristicile forajului şi ale stratului acvifer se folosesc relaţiile din Tabelul 3.3

PROIECT

Page 34: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

Fig. 3. 3 Grafice pentru determinarea rezistenţei hidraulice totale, ζ0, pentru cazul când filtrul este situat în

interiorul stratului acvifer sub presiune Tabelul 3. 2 Valorile rezistenţei hidraulice totale, ζ0, în cazul unui strat acvifer sub presiune în care filtrul este adiacent patului sau acoperişului stratului

0/ rM 0,5 1 3 10 30 100 500 1000 2000

Ml / 0,05 0,00212 0,0675 1,150 6,300 17,750 39,95 63,00 74,50 84,50 0,1 0,00195 0,0610 1,020 5,200 12,250 21,75 35,10 40,90 46,75 0,3 0,0148 0,0454 0,645 2,395 4,600 7,25 10,90 12,45 14,10 0,5 0,00085 0,0247 0,328 1,130 2,105 3,25 4,82 5,50 6,20 0,7 0,00027 0,0084 0,119 0,440 0,845 1,34 2,01 2,29 2,59 0,9 0,0002 0,0008 0,026 0,064 0,151 0,27 0,43 0,51 0,58 1,0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Tabelul 3. 3 Formule pentru calculul coeficientului de permeabilitate

Stratul acvifer Formula Observaţii

Cu nivel liber ( )0

0

2

ln0

SHS

r

RQ

k−

+

ζ

Foraj singular

( )( )2121

211

2

2

ln

SSHSS

r

rQ

k−−−

−+

ζζ

Foraj cu două piezometre

Sub presiune 0

0

2

ln0

MS

r

RQ

ζ

+

= Foraj singular

( )21

21

2

2

ln1

SSM

r

rQ

k−

−+

ζζ

Foraj cu două piezometre

PROIECT

Page 35: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

(1) În Tabelul 3.3, r1 şi r2 reprezintă distanţele de la forajul central la piezometre, iar ζ1 şi ζ2 sunt rezistenţele hidraulice calculate între forajul F0 şi un piezometru pn sau dintre două piezometre (pn – pn+1). (2) Un exemplu de calcul al rezistenţei hidraulice, saltului de nivel şi înălţimi de izvorâre (prelingere) este dat în Anexa II.

3.2. Viteza de admisie a apei în gaura de foraj şi debitul critic de epuizment

3.2.1 Relaţia lui Sichardt (1) Pentru evaluarea ordinului de mărime a vitezei admisibile cu care apa intră în gaura forajului, fără a influenţa negativ starea fizică a stratului acvifer şi a filtrului invers din jurul găurii, se poate aplica relaţia lui Sichardt:

[ ]smk

va /15

= 3. 4

(2) Din practica hidrogeologică s-a constat că relaţia 3.4 conduce la valori prea mari ale vitezei admisibile. Se recomandă ca pentru viteza admisibilă să se folosească relaţia:

[ ]smkk

va /6030

K= 3. 5

(3) Debitul maxim ce poate fi extras dintr-un foraj este: [ ]smvhrQ af /2 3

0max π= 3. 6

în care fh reprezintă lungimea filtrului prin care apa pătrunde în gaura forajului.

3.2.2. Relaţia lui Truelsen (1) Această relaţie ţine seama de granulozitatea nisipului din stratul acvifer. Conform recomandării lui Truelsen, ţinând seama de diametrul eficace 10d al nisipului din stratul acvifer, viteza admisibilă se determină cu relaţia:

[ ]smd

va /280

10= 3. 7

în care 10d se ia în mm. (2) Debitul maxim ce poate fi extras din foraj, se determină cu relaţia:

[ ]smd

hrQ f /280

2 3100max π=

3. 8

fh fiind lungimea coloanei filtrante prin care apa pătrunde în gaura forajului.

3.3. Denivelarea critică a apei în forajul de epuizment (1) Din motive de prudenţă, pentru a nu exista riscul iniţierii proceselor de antrenare hidrodinamică a nisipului din stratul acvifer, în practica de şantier se recomandă ca denivelarea maximă în timpul pompării să nu depăşească jumătate din înălţimea coloanei de apă din foraj.

2/HScr ≤ 3. 9

PROIECT

Page 36: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

3.4. Evaluarea riscului de antrenare hidrodinamică a nisipului în funcţie de gradientul hidraulic al curgerii şi de coeficientul de neuniformitate al nisipului (1) În acest scop se poate utiliza diagrama Istomina (Fig. 3.4)

Fig. 3. 4 Diagrama Istomina pentru determinarea gradientului critic

în funcţie de coeficientul de neuniformitate al nisipurilor (2) Gradientul critic de antrenare hidrodinamică se determină în laborator conform STAS 1913/16-75. Atât pentru gradientul critic determinat din diagrama Istomina cât şi pentru viteza critică de antrenare hidrodinamică se ia un coeficient de siguranţă C=1,5-2. (3) Pentru diminuarea riscului de antrenare hidrodinamică a nisipului din stratul acvifer, pompele submersibile folosite la epuizment se pozează la cel puţin 1,00m deasupra limitei superioare a stratului de nisip sau în zona filtrului, în dreptul unui segment de coloană oarbă cu lungime de minim 1,50m (v. ANEXA II).

3.5 Formele de manifestare a procesului de antrenare hidrodinamică a nisipurilor (1) În funcţie de viteza de curgere a apei prin mediul poros, care este condiţionată de mărimea coeficientului de permeabilitate şi de gradientul hidraulic, antrenarea hidrodinamică a particulelor solide se poate manifesta sub formă de sufozie, eroziune, afuiere, rupere hidraulică şi lichefiere.

3.5.1 Sufozia (1) Acest fenomen se manifestă prin dislocarea şi transportul particulelor fine prin spaţiile intergranulare, fără ca structura de rezistenţă a pământului să fie deranjată. În domeniul de desfăşurare a fenomenului de sufozie permeabilitatea pământului creşte. Peste o anumită limită de producere a sufoziei, structura pământului cedează prin prăbuşire. Pământurile cele mai susceptibile la sufozie sunt nisipurile afânate, cu un grad mare de neuniformitate.

3.5.2 Eroziunea internă (1) În unele situaţii, şi în deosebi la contactul construcţiilor cu terenul nisipos, prin acţiune erozivă, curenţii subterani pot produce goluri cu dimensiuni variabile. Aceste goluri create prin eroziune sunt foarte periculoase pentru stabilitatea construcţiilor, necesitând măsuri imediate de colmatare prin injecţii cu suspensii solide sau produse chimice. (2) Eroziunea se produce regresiv, începând de la suprafeţele libere către interiorul masivului de pământ, curentul de apă antrenând în mişcare fracţiuni granulometrice din ce în ce mai mari, în funcţie

PROIECT

Page 37: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

de viteza de curgere. În jurul golurilor create prin eroziune se realizează un filtru invers care, uneori, poate contribui, într-o oarecare măsură, la refacerea stabilităţii pământului. (3) Fiecărui tip de pământ îi corespunde o viteză critică de eroziune şi antrenare hidrodinamică. Această viteză depinde, pe de o parte, de dimensiunile granulelor din care este alcătuit pământul respectiv, iar pe de altă parte de forţele de coeziune care ţin legate între ele particulele minerale. Viteza critică de eroziune scade odată cu reducerea dimensiunii granulelor minerale, dar la un moment dat, scăzând în continuare dimensiunile granulelor, încep să acţioneze din ce în ce mai mult forţele de coeziune, ceea ce necesită o viteză de curgere mai mare pentru a se produce eroziunea.

3.5.3 Afuierea Afuierea reprezintă un proces de eroziune hidrodinamică a pământurilor necoezive (nisip şi pietriş) generat de curgerea apelor de suprafaţă sau a curenţilor subterani concentraţi la contractul cu elementele unei construcţii.

3.5.4 Ruperea hidraulică şi refularea nisipului (1) Fenomenul se produce în cazul unor terenuri stratificate în care deasupra acviferului captiv, sub presiune, sarcina geologică este egală sau mai mică decât presiunea acviferului (2) Dacă subpresiunea depăşeşte sarcina geologică, straturile de deasupra acviferului încep să se deformeze prin încovoiere, apar fisuri şi crăpături în boltă şi în final pot ceda prin rupere rapidă. Concomitent cu ruperea acestui pachet de straturi, nisipul din stratul acvifer subiacent poate să treacă brusc în stare de fluidizare şi să refuleze în groapa de excavare sub forma unei mase fluide de nisip cu apă. (3) Refularea nisipului este un fenomen care se produce foarte rapid. Dacă nu se anticipează şi nu se iau măsurile necesare, refularea nisipului poate surprinde utilajele şi personalul muncitor care lucrează în gropi de excavare, galerii, canale ş.a. Atenţie deosebită trebuie acordată şi forajelor care traversează straturi de nisip afânat, deoarece denivelarea apei în gaura de foraj sub o anumită cotă poate crea gradienţi hidraulici capabili să declanşeze refularea nisipului şi colmatarea parţială a forajului respectiv.

3.5.5 Lichefierea (1) Lichefierea reprezintă fenomenul de pierdere a capacităţii portante a nisipurilor submersate când acestea sunt supuse la acţiuni dinamice ciclice provocate de cutremure, explozii puternice, utilaje care produc vibraţii, trafic feroviar şi auto intens ş.a. şi se datorează creşterii presiunii apei din pori şi reducerii frecării dintre granulele minerale şi fluidizarea nisipului. (2) Evaluarea potenţialului de trecere a nisipului în stare de lichefiere, se face conform reglementărilor tehnice specifice, aplicabile, în vigoare, privind pământurile necoezive, lichefiabile. PROIECT

Page 38: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

CAPITOLUL 4.

PRINCIPII GENERALE DE PROIECTARE A UNUI SISTEM DE EPUIZMENT

4.1. Alegerea metodei de epuizment în funcţie de granulozitatea şi permeabilitatea pământului din stratul acvifer (1) Metodologiile de lucru adoptate la realizarea excavaţiilor în prezenţa apei subterane depind de o serie de factori între care se menţionează dimensiunile construcţiilor, adâncimea de fundare a acestora, natura terenului de fundare etc. (2) În prezent echipamentele tehnice şi tehnologiile de lucru folosite în mod curent pe şantierele de construcţii permit realizarea fundaţiilor directe la adâncimi mari, în condiţii geologice şi hidrogeologice dintre cele mai dificile. (3) Cu titlu informativ în Fig. 4.1 se prezintă o varinată de alegere a soluţiilor de coborâre a nivelului apei subterane în funcţie de granulozitatea şi permeabilitatea pământurilor în care urmează să fie realizate fundaţiile.

0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100

d (mm)

Fig. 4. 1 Grafic pentru alegerea soluţiilor de coborâre a nivelului apei subterane în funcţie de granulozitatea şi

permeabilitatea pământurilor Simbolurile din Fig. 4.1 au următoarele semnificaţii: A. Drenaj impracticabil. Posibilă evacuarea prin pompare a apei colectată în săpătura deschisă B. Electroosmoză, eventual filtre aciculare cu vacuum C. Filtre aciculare D. Pompare din foraje echipate cu filtre

PROIECT

Page 39: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

E. Soluţii combinate a) Pomparea apei din foraje echipate cu filtre. b) Executarea excavaţiilor direct sub apă, cu dragline, graifere, instalaţii de dragare, etc. c) Evacuarea apei din incinte etanşe cu pereţi verticali, realizate din palplanşe, piloţi secanţi,

pereţi mulaţi, ecrane de injecţii, etc. d) Drenaj descendent prin foraje autodescărcătoare, dacă există un strat inferior care să poată

prelua debitul de scurgere gravitaţională a apei din incintă.

4.2. Metode de epuizment

4.2.1. Epuizment direct din excavaţie

4.2.1.1. Executarea excavaţiilor cu taluzuri nesprijinite

(1) Excavaţiile cu taluzuri nesprijinite (Fig. 4.2), se pot executa, de regulă, pentru gropi de fundare cu adâncime relativ mică sub nivelul apei subterane. Condiţiile în care se aplică acest sistem de epuizment sunt determinate, pe de o parte, de limitarea afluxului de apă în groapa de excavare, pentru a nu îngreuna desfăşurarea săpăturilor, iar pe de altă parte de asigurarea unor gradienţi de curgere la ieşirea apei din taluzuri mai mici decât gradientul critic de antrenare hidrodinamică a particulelor solide care intră în constituţia pământului respectiv. (2) La stabilirea tehnologiilor de execuţie în acest sistem de excavare este necesară verificarea stabilităţii taluzurilor, cu luarea în considerare a influenţei curbei de exfiltraţie a apei din masivul de pământ către săpătură. (3) Metoda de epuziment direct din groapa de excavaţie cu taluzuri nesprijinite poate fi aplicată numai în cazul în care stabilitatea taluzurilor libere poate fi asigurată pe toată durata de desfăşărare a epuizmentului.

Fig. 4. 2 Coborârea nivelului apei subterane prin epuizment direct din săpătură

(4) Pentru evaluarea ordinului de mărime al afluxului de apă în groapa de excavare prin taluzuri şi prin fundul săpăturii se poate utiliza formula

qAhmQ =]/[ 3 4. 1

în care: q este un debit specific ale cărui valori, în funcţie de granulozitatea nisipurilor, sunt redate în Tabelul 4.1, iar A [m2] este suprafaţa gropii de excavare, prin care se produce exfiltraţia.

PROIECT

Page 40: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

Tabelul 4. 1: Valori orientative pentru q în funcţie de granulozitatea nisipului Tipul de pământ Valoarea debitului specific q [m3/oră m2] Nisip fin 0,10 - 0,20 Nisip mijlociu 0,20 - 0,50 Nisip mare 0,50 - 2,00

(5) La executarea gropilor de excavare în pământuri coezive, puţin permeabile, este obligatorie investigarea straturilor acvifere de sub fundul gropii pentru a lua măsurile necesare în cazul unor subpresiuni, care, dacă depăşesc anumite valori, ar putea conduce la ruperea vetrei excavaţiei. (6) Când excavarea gropilor cu taluzuri nesprijinite se face în pământuri necoezive, de tipul nisipurilor grosiere şi pietrişurilor, unghiul β al taluzului provizoriu se poate evalua cu relaţia:

φβ tgtg 2/1= 4. 2 în care φ este unghiul de frecare internă al materialului necoeziv, în stare uscată.

4.2.1.2. Executarea excavaţiilor, în incinte etanşe cu pereţi verticali

(1) În cazul pământurilor necoezive şi în mod deosebit al pământurilor slab coezive, de tipul prafurilor şi nisipurilor prăfoase, excavaţiile sub nivelul apei subterane se execută sub protecţia unor sprijiniri. (2) Cele mai uzuale metode de protecţie a excavaţiilor care se execută sub nivelul apei subterane sunt reprezentate prin ecrane verticale din pereţi mulaţi, piloţi secanţi sau ecrane din palplanşe de diverse tipuri. (3) Elementele de sprijinire au dublu rol: ca elemente de rezistenţă capabile să preia împingerea pământului pentru a putea executa săpăturile cu taluzuri verticale şi ca elemente de etanşare pentru reducerea exfiltraţiilor de apă către săpătură. (4) Dimensionarea sistemelor de sprijinire depinde de mărimea sarcinilor pe care acestea trebuie să le preia din împingerea pământului precum şi de necesitatea de a asigura reducerea afluxului de apă în excavaţii până la o limită acceptabilă şi coborârea gradientului hidraulic sub valoarea gradientului critic la care se poate declanşa antrenarea hidrodinamică. (5) Sprijinirile pot să străbată în întregime stratul permeabil şi să se încastreze în stratul impermeabil (Fig. 4.3a) sau pot să străbată stratul permeabil numai pe o anumită adâncime dacă acesta are o grosime mare (Fig. 4.3.b).

Fig. 4. 3: Excavaţii executate sub protecţia ecranelor de etanşare şi sprijinire: a- ecranul este încastrat în rocă impermeabilă; b-ecranul se opreşte în stratul permeabil

(6) În primul caz, dacă elementele de sprijinire sunt bine încastrate în stratul impermeabil, epuizmentul din interiorul excavaţiei trebuie făcut numai pentru volumul rezidual de apă care saturează porii pământului de sub nivelul iniţial al apei subterane şi pentru eventualele exfiltraţii care se mai produc printre palplanşe prin rosturile dintre panourile pereţilor mulaţi sau printre piloţii secanţi.

PROIECT

Page 41: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

(7) În cel de-al doilea caz epuizmentul trebuie să asigure evacuarea atât a volumului rezidual de apă din incintă cât şi afluxul de apă care se produce pe sub ecran. (8) Adâncimea de încastrare a elementelor de sprijin se determină astfel încât să fie satisfăcute două condiţii: să fie preluată în întregime împingerea pământului şi să se elimine riscul de antrenare a nisipului din fundul săpăturii. (9) Conform schemei din Fig. 4.4, la o denivelare h lungimea minimă a liniei de curent este:

thL 2+= 4. 3 şi corespunde gradientului hidraulic maxim

th

hi

2max +=

4. 4

(10) Dacă icr este gradientul critic la care nisipul începe să fie antrenat, pentru a nu se produce fenomenul de antrenare este necesar ca imax < icr. Dacă se are în vedere şi un coeficient de siguranţă C, condiţia de asigurarea a stabilităţii nisipului la fenomenul de antrenare se poate scrie sub forma

C

ii cr=max

4. 5

Fig. 4. 4 Adâncimea de încastrare a ecranului sub fundul gropii pentru a evita antrenarea hidrodinamică

(11) Ţinând seama de relaţia 4.4. prin care se stabileşte gradientul critic de antrenare hidrodinamică corespunzător unui curent ascendent, pentru valorile obişnuite ale caracteristicilor fizice ale pământurilor: n=40%, γs=26.5kN/m3, prin egalarea relaţiilor 4.4. şi 4.5., aproximând icritic=1, rezultă adâncimea minimă de încastrare a elementului de sprijin şi etanşare sub fundul excavaţiei.

)1(2

−= Ch

t 4. 6

(12) În mod obişnuit se ia în considerare un coeficient de siguranţă C=2 şi relaţia 4.6. devine

2/ht = 4. 7 (13) Pentru calculul afluxului de apă în groapa de excavare se poate utiliza formula

qhkLhmQ =]/[ 3 4. 8

în care

++=

th

h

H

thfq ; este un debit specific dat în Tabelul 4.2.; h [m] – denivelarea; k [m/oră] –

coeficientul de permeabilitate al terenului şi L [m] – lungimea peretelui de sprijin.

PROIECT

Page 42: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

Tabelul 4. 2: Valorile debitului specific q=f(H,h,t)

th

h

+

H

th +

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,95

0,00 1,02 0,80 0,67 0,58 0,50 0,42 0,38 0,31 0,24 0,20 0,25 1,08 0,84 0,70 0,60 0,52 0,45 0,39 0,32 0,25 0,21 0,50 1,12 0,89 0,74 0,64 0,56 0,48 0,41 0,34 0,27 0,22 0,75 1,20 0,95 0,81 0,70 0,61 0,53 0,46 0,39 0,3 0,23 1,00 1,39 1,13 0,98 0,88 0,78 0,70 0,61 0,52 0,42 0,36

4.2.2. Executarea excavaţiilor cu taluzuri libere, sub protecţia ecranelor de etanşare (1) În cazul unor fundaţii adânci care trebuie să se execute sub nivelul apei subterane, în orizonturi acvifere puternic permeabile, excavaţiile se execută sub protecţia unor ecrane etanşe care, de regulă, se duc până la primul strat impermeabil situat sub cota de fundare (Fig. 4.5.).Deoarece în acest caz ecranele au rolul de a asigura numai etanşarea terenului permeabil, de regulă, acestea se execută din noroi autoîntăritor. (2) Distanţa d de la limita săpăturii până la ecranul de etanşare se stabileşte pe bază de calcule de stabilitate a taluzurilor. Distanţa d trebuie să fie suficient de mare ca în cazul producerii unor alunecări ale taluzurilor să nu fie afectat ecranul.

Fig. 4. 5 Amplasarea ecranului de etanşare faţă de taluzul excavaţiei: a-secţiune; b-vedere în plan; 1-ecran de etanşare; 2-pompă de epuizment

(3) Dacă ecranul este bine executat, volumul de apă Vw ce trebuie evacuat prin pompare directă se poate evalua cu relaţia

VnmV ew 1001

][ 3 = 4. 9

în care ne este porozitatea efectivă a pământului din incintă, până la cota de excavare, iar V [m3] volumul de pământ din incintă, situat sub nivelul apei subterane. (4) În cazul în care nu se poate asigura o etanşare perfectă a incintei, datorită variaţiei litologice a orizontului acvifer, in interiorul incintei de ecrane se pot executa şi foraje de epuizment sau se pot folosi filtre aciculare (Fig. 4.6).

(5) După executarea ecranului de etanşare, excavarea terenului se poate face concomitent cu evacuarea apei remanente din volumul de pământ cuprins în spaţiul din interiorul incintei de ecrane, cu condiţia ca denivelarea apei subterane să aibă un avans faţă cota excavaţiei, de minimum 1,50m-2,00.

PROIECT

Page 43: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

Fig. 4. 6: Scheme de lucru în cazul în care ecranul de etanşare este imperfect: a-cu foraje de epuizment; b-cu filtre aciculare

4.2.3. Epuizment prin foraje amplasate pe conturul excavaţiei (1) Acest procedeu de coborâre a nivelului apei subterane este foarte des folosit la executarea excavaţiilor şi constă din realizarea unui şir de foraje de epuizment amplasate pe conturul excavaţiei şi pomparea simultană a acestora. (2) Proiectarea unui sistem de denivelare a apei subterane prin foraje de epuizment trebuie să stabilească numărul de foraje necesar şi distanţa optimă dintre acestea astfel încât, prin pompare simultană, să se poată realiza coborârea apei subterane până la cote stabilite în prealabil. (3) Deoarece acest procedeu se aplică mai des în lucrările de construcţii, modul de dimensionare a unui sistem de depresionare prin foraje de epuizment amplasate pe conturul excavaţiei este detaliat printr-un exemplu (ANEXA II).

4.2.4. Epuizment cu instalaţii de filtre aciculare (1) Procedeul de depresionare a straturilor acvifere cu ajutorul filtrelor aciculare se aplică la pământurile slab coezive, de tipul prafurilor nisipoase şi nisipurilor fine prăfoase, cu permeabilitate relativ scăzută, susceptibile de antrenare hidrodinamică.

Fig. 4. 7 Schemă de principiu pentru un capăt de înfigere a unui filtru acicular: a-în timpul înfigerii; b-în timpul depresionării stratului acvifer

(2) În principiu, metoda de depresionare cu filtre aciculare constă în introducerea în teren, prin apăsare, batere, vibrare sau spălare cu jet de apă sub presiune, a unor ţevi de 2-3’’ (φ=5÷7.5cm), prevăzute la capătul inferior cu un tub filtrant de 1-2m lungime, din ţeavă de oţel perforată şi înfăşurată cu o sită din sârmă inoxidabilă. Tubul filtrant are la partea inferioară un şiu de forma unui pivot care favorizează înfigerea filtrului în pământ. (3) În cazul folosirii jetului de apă pentru înfigerea filtrului, pivotul de la partea inferioară a tubului filtrant este prevăzut cu o supapă care permite trecerea apei într-un singur sens, conform schemei din Fig. 4.7. (4) Înfigerea filtrului prin apăsare, batere sau vibrare are dezavantajul că pământul din jurul filtrului se îndeasă,

PROIECT

Page 44: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

ceea ce are drept consecinţă reducerea porozităţii şi, implicit, reducerea permeabilităţii. (5) Introducerea filtrului prin jet de apă sub presiune prezintă o serie de avantaje tehnice care fac ca acest sistem să fie preferat. Modul de introducere a filtrelor prin jet de apă sub presiune este ilustrat în Fig. 4.8.

Fig. 4. 8: Succesiunea fazelor de înfigere a filtrelor acciculare cu jet de apă sub presiune: 1-filtru accicular; 2-furtun; 3-filtru invers; 4-dop de argilă (6) Jetul de apă introdus sub presiune de la 5-6 atm. până la maxim 8-10atm., dislocă materialul şi provoacă antrenarea acestuia către suprafaţa terenului, prin exteriorul ţevii. În funcţie de viteza curentului ascendent sunt transportate cu prioritate particulele fine creându-se în jurul ţevii, pe o rază de 15-25cm, un filtru invers. Pe măsura dislocării şi antrenării materialului de către jetul de apă, filtrul pătrunde în teren sub greutatea proprie, fiind dirijat şi manevrat de către un muncitor.

Fig. 4. 9: Dispunerea electrozilor în cazul drenării electroosmotice

(7) Denivelarea apei în filtrul acicular se poate face prin aspiraţie de la suprafaţă cu ajutorul pompelor. (8) Dacă permeabilitatea terenului este mică, cum este în cazul prafurilor nisipoase şi nisipurilor fine prăfoase, la suprafaţa terenului, în jurul ţevii filtrului, pe o adâncime de 1.0-1.5m, se realizează prin batere un dop de argilă. Filtrul se conectează la o pompă de vacuum care creează o diferenţă de presiune între stratul acvifer şi interiorul filtrului acicular de până la 0.7-0.8atm., favorizând trecerea forţată a apei din strat în instalaţia de filtre. (9) În cazul pământurilor fine nisipoase, prăfoase, cu un procent mai ridicat de particule fine argiloase, pământuri care cedează mai greu apa, aplicarea vacuumului poate fi însoţită de drenarea electroosmotică.

(10) Drenarea electroosmotică se bazează pe crearea unei diferenţe de potenţial între doi electrozi metalici introduşi în teren, dintre care unul, catodul, îl constituie ţeava filtrului acicular, conectată la

PROIECT

Page 45: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

polul negativ al unei surse de curent continuu de 30-60 volţi, aceasta putând fi un convertizor de sudură electrică sau un grup electrogen iar celălalt, anodul, o bornă sau ţeava metalică conectată la polul pozitiv al unei surse de curent (Fig. 4.9.).

Fig. 4. 10 Schema de amplasare a filtrelor acciculare pe conturul excavaţiei

(11) Prin crearea unei diferenţe de potenţial între cei doi electrozi apa din porii pământului, împreună cu cationii metalici, se deplasează către catod, adică spre filtrele aciculare, mărind eficacitatea acestora. (12) Adâncimea de introducere a filtrelor aciculare este de ordinul a 5-9 m iar denivelările maxime ce se obţin la peretele filtrului sunt de ordinul a 3-5 m. (13) Pentru coborârea nivelului apei subterane se folosesc baterii de filtre aciculare dispuse pe conturul excavaţiei, conform schemei din Fig. 4.10. (14) Distanţa dintre filtrele aciculare se stabileşte în funcţie de permeabilitatea terenului şi ca ordin de mărime, este de 1.0-1.5 m. (15) În cazul în care filtrele aciculare vacuumate sunt însoţite de instalaţia electroosmotică, barele metalice, care constituie anozii, se introduc în teren după un aliniament paralel cu filtrele aciculare (Fig. 4.11.) şi se amplasează către taluzul excavaţiei astfel încât curgerea apei să se facă dinspre taluz către interiorul masivului de pământ contribuind în felul acesta la mărirea stabilităţii taluzului. (16) Dacă este necesară coborârea nivelului apei subterane la adâncimi mai mari de 4-5 m, filtrele aciculare se dispun în trepte astfel (Fig. 4.12):

Fig. 4. 11 Schema de amplasare a filtrelor aciculare (catozi) şi a barelor metalica (anozi) pe conturul unei excavaţii

PROIECT

Page 46: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

a) se sapă în uscat prima bermă, la partea superioară a excavaţiei, până în apropierea nivelului apei subterane;

b) se amplasează primul grup de filtre aciculare pe berma creată; c) se denivelează apa şi se continuă excavarea terenului, creându-se o nouă bermă, pe care se

amplasează al doilea grup de filtre aciculare, care lucrează concomitent cu primul grup; d) dacă este necesar se creează o a treia bermă şi se amplasează un nou grup de filtre aciculare

ş.a.m.d. până ce nivelul apei subterane poate fi coborât sub cota finală de excavare.

Fig. 4. 12 Schema de amplasare a filtrelor aciculare dispuse în trepte

4.2.5. Epuizment prin sifonare (1) În cazul unor gropi de excavare de dimensiuni mari, dacă este necesar ca nivelul coborât al apei subterane să fie menţinut pe o perioadă de timp îndelungată, se poate aplica un sistem de drenaj conform schemei din Fig. 4.13.

Fig. 4. 13 Schema de coborâre a nivelului apei subterane prin sifonare: 1-foraj de depresionare; 2-colector închis etanş; 3-pâlnie de amorsare; 4-vane; 5-puţ cu fundul şi pereţii etanşi; 6-pompă submersibilă

(2) Procedeul constă în executarea pe conturul incintei ce urmează a fi excavată a unor foraje hidrogeologice echipate în mod corespunzător pentru a fi pompate. (3) Forajele astfel executate se racordează la o conductă colector închisă etanş, care coboară cu un capăt într-un puţ de pompare cu fundul şi pereţii etanşi, a cărui adâncime permite coborârea nivelului apei sub cota la care se preconizează denivelarea apei în fiecare foraj. (4) Dacă morfologia terenului permite fixarea capătului liber al conductei colectoare sub cota la care se doreşte coborârea nivelului apei subterane şi evacuarea liberă a apei refulante, executarea puţului colector şi utilizarea pompei submersibile de evacuare a apei colectată nu mai sunt necesare.

(5) Punerea în funcţiune a sistemului de drenaj se face prin etanşarea întregului sistem, umplerea acestuia cu apă, printr-un punct de alimentare situat la cota cea mai ridicată, prevăzut cu o pâlnie şi o vană de închidere, şi pomparea apei din puţul colector.

PROIECT

Page 47: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

(6) Prin deschiderea vanei (4) de pe conducta colector, montată la intrarea acesteia în puţul de pompare, în conducta colector se creează vacuum care provoacă absorbţia apei din foraje şi drenarea acesteia, prin sifonare către puţul de pompare. Curgerea apei din foraje către puţul de pompare încetează când nivelul apei din puţ se situează la cota iniţială a nivelului apei în stratul acvifer. Coborând nivelul apei în puţul de pompare, sistemul de drenaj reintră în funcţiune. Reglarea denivelării apei în foraje se face prin variaţia nivelului de pompare în puţul colector. Denivelarea posibilă a apei subterane prin sifonare este de maximum 6-7 m.

4.2.6. Epuizment prin foraje autodescărcătoare, cu drenare descendentă sau ascendentă (1) Drenajul prin autodescărcare poate fi descendent, când stratul colector se află la cotă inferioară acviferului (Fig. 4.14), sau ascendent, când stratul acvifer se află sub presiune şi poate deversa liber, artezian (Fig. 4.15). (2) Drenajul descendent, prin foraje autodescărcătoare se aplică pentru evacuarea gravitaţională a apei dintr-un strat acvifer superior, sau direct din groapa de fundare, într-un strat acvifer inferior în care nivelul hidrostatic sau piezometric este inferior celui din stratul superior. Drenajul gravitaţional va înceta când nivelurile apei din cele două acvifere se egalează.

Fig. 4. 14 Schema de depresionare a unui acvifer freatic, prin foraje autodescărcătoare,

într-un acvifer captiv, cu nivel liber

Fig. 4. 15 Schema de reducere a subpresiunilor prin foraje autodescărcătoare ascendente: 1-pompă de

epuizment, 2-foraj autodescărcător (3) Drenajul ascendent, prin foraje autodescărcătoare se aplică în cazul gropilor de fundare cu fundul săpăturii situat în straturi de pământ impermeabil sub care se găsesc orizonturi acvifere sub presiune (Fig. 4.15.), acest tip de drenaj se execută cu scopul reducerii subpresiunii pe care o exercită acviferul captiv, sub presiune, situat sub groapa de excavare.

PROIECT

Page 48: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

(4) În astfel de situaţii, pe măsură ce excavaţiile se adâncesc, grosimea orizontului impermeabil de la baza excavaţiei se reduce treptat şi la un moment dat poate apărea pericolul ca subpresiunea care acţionează asupra stratului impermeabil să producă ruperea acestuia. Această situaţie poate să apară când

10

≥h

hw

γγ

4. 10

în care γw este greutatea specifică a apei iar γ este greutatea volumică a pământului de deasupra orizontului acvifer. (5) Pentru a îndepărta acest pericol este necesar ca raportul exprimat prin relaţia 4.10 să fie în permanenţă subunitar. Acest lucru se poate realiza uşor prin coborârea nivelului piezometric al apei din orizontul acvifer subpresiune cu ajutorul unor foraje autodescărcătoare care deversează liber în groapa de fundare (Fig. 4.15.). Apa deversată liber din foraje este captată pe conducte sau rigole deschise într-un bazin de unde este pompată în afara gropii de fundare.

4.2.7. Epuizment prin grupuri de foraje care intră în interferenţă (1) Dacă două sau mai multe foraje hidrogeologice sunt exploatate simultan şi distanţa dintre ele este mai mică decât suma razelor de influenţă ale acestora, forajele respective intră în interferenţă, influenţându-se reciproc (Fig. 4.16).

r1-2

Fig. 4. 16 Foraje hidrogeologice care lucrează în interferenţă

(2) În cazul în care forajele lucrează în interferenţă suprafaţa depresionată a acviferului, corespunzătoare grupului de foraje, va căpăta o formă mai complicată. Cunoaşterea ecuaţiilor care definesc această suprafaţă este foarte importantă pentru proiectarea sistemelor de coborâre a nivelului apei subterane pentru executarea fundaţiilor construcţiilor.

4.2.7.1. Foraje perfecte în strat acvifer cu nivel liber

PROIECT

Page 49: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

(1) Considerând curgerea apei în regim permanent, pentru determinarea cotei nivelului apei subterane într-un punct M din zona de influenţă a grupului de foraje luat în consideraţie (Fig. 4.17) se aplică relaţia:

)]log(1

[log73.0 21022

nrrrn

Rk

QHh K−−=

4. 11

în care termenii au următoarele semnificaţii: h înălţimea apei subterane în punctul M, în timpul pompării în regim staţionar; H înălţimea apei subterane în punctul M, în condiţii naturale; Q0 debitul de epuizment însumat al tuturor forajelor din sistem; R raza de influenţă a grupului de foraje care alcătuiesc sistemul de epuizment; r1..rn distanţa de la fiecare foraj de epuizment la punctul de calcul M; n numărul forajelor de epuizment; k coeficient de permeabilitate

Fig. 4. 17 Schema amplasării punctului M pentru calculul înălţimii h

(2) La limita zonei de influenţă a grupului de foraje r=R şi h=H. (3) În cazul amplasării forajelor pe un contur circular cu raza ρ (Fig. 4.18), astfel încât distanţa de la fiecare foraj la centrul grupului să fie

ρ=== nrrr K21 4.12

în centrul conturului h=hc şi ecuaţia 4.11 devine

ρR

k

QHhc log73.0 022 −=

4.13

(4) Când forajele sunt dispuse pe un contur de formă dreptunghiulară, de lungime L şi lăţime B (Fig. 4.19.), raza echivalentă a grupului de foraje se poate evalua cu relaţia lui N.K. Ghirinschi.

4][

BLm

+=ηρ 4.14

în care η este un coeficient a cărui mărime depinde de raportul B/L şi se determină din Tabelul 4.3.

PROIECT

Page 50: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

Tabelul 4. 3 Valoarea coeficientului η.

B/L 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6-1,00 η 1,00 1,08 1,12 1,14 1,16 1,17 1,18

Fig. 4. 18: Distribuţia forajelor de pompare pe contur circular

Fig. 4. 19: Distribuţia forajelor de pompare pe contur dreptunghiular

(5) Dacă forajele au o dispoziţie oarecare centrul grupului se admite a fi situat în centrul de greutate al acestuia (Fig. 4.20). Calculul razei echivalente ρ a grupului de foraje dispuse neuniform se poate face şi cu relaţia

AAm 565.0/][ == πρ 4.15

în care A este suprafaţa conturului delimitat de forajele de pompare, sau cu relaţia

nnrrr K21=ρ 4.16

Fig. 4. 20 Echivalarea efectului grupului de foraje cu efectul unui foraj echivalent cu raza ρ şi raza de influenţă R. Pentru cazul general, punctul C este situat în centrul de greutate al grupului

(6) Raza de influenţă R a grupului de foraje se poate evalua pe baza relaţiilor din Tabelul 2.2, în care S [m] este denivelarea calculată în centrul C al grupului; H [m] este înălţimea coloanei de apă în stratul acvifer şi k este coeficientul de permeabilitate al acviferului. (7) Când grupul de foraje se află în apropierea unui râu, la distanţa b de acesta, în locul razei de influenţă R a grupului, se ia în considerare distanţa b.

4.2.7.2. Foraje perfecte în strat acvifer sub presiune

(1) Pornind de la ecuaţia corespunzătoare forajului perfect executat în strat acvifer sub presiune, şi urmând acelaşi raţionament ca şi în cazul acviferului cu nivel liber, se ajunge la ecuaţia suprafeţei de depresiune sub forma:

PROIECT

Page 51: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

)]log(1

[log73.0 210

nrrrn

RMk

QHh K−

⋅−=

4.17

(2) Această ecuaţie corespunde suprafeţei de denivelare creată de foraje perfecte din care se extrag debite egale. (3) Dacă forajele sunt dispuse pe un contur circular de rază ρ înălţimea coloanei de apă în centrul conturului este dată de expresia

ρR

Mk

QHhc log73.0 0

⋅−=

4.18

(4) Pentru straturile acvifere mixte (Fig. 2.17) relaţiile de calcul sunt asemănătoare celor corespunzătoare stratului acvifer sub presiune. (5) Un exemplu privind calculul sistemului de epuizment printr-un grup de foraje care intră în interferenţă este prezentat în ANEXA II. (6) Pentru sisteme de epuizment de dimensiuni mari, aferente unor amplasamente dificile în ceea ce priveşte complexitatea acviferelor şi prezenţa unor elemente de construcţii subterane (fundaţii adânci, tuneluri şi staţii de metrou, reţele de canalizare, sisteme de drenare a apei subterane ş.a.) este recomandabil ca evaluarea parametrilor hidrogeologici pentru dimensionarea şi verificarea eficacităţii lucrărilor de epuizment să se realizeze şi experimental, prin grupuri de pompare. (7) În funcţie de complexitatea sistemului de epuizment proiectantul trebuie să aibă pregătite soluţii de rezervă ce pot fi aplicate în cazul în care sistemul de epuizment nu răspunde satisfăcător condiţiilor reale din teren. Între astfel de soluţii de rezervă se menţionează creşterea debitului de pompare, prin mărirea denivelării în limite admisibile sau prin suplimentarea numărului de foraje de epuizment. (8) În situaţii speciale, ca de exemplu executarea fundaţiilor în sistemul ”top-down” de multe ori suplimentarea forajelor de epuizment în interiorul incintei nu mai este posibilă. În astfel de situaţii poate fi necesară suplimentarea numărului forajelor de epuizment amplasate în afara limitelor incintei, pe proprietăţi care nu aparţin beneficiarului construcţiei. Pentru astfel de situaţii proiectul trebuie să conţină soluţii suplimentare ce pot fi aplicate în caz de nevoie.

PROIECT

Page 52: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

CAPITOLUL 5.

MONITORIZAREA LUCR ĂRILOR DE EPUIZMENT

(1) Proiectul de epuizment reprezintă una dintre componentele proiectului general de execuţie şi monitorizare a excavaţiilor şi în consecinţă trebuie corelat cu prevederilor normativelor privind celelalte componente ale proiectului general.

(2) Monitorizarea care se referă strict la lucrările de epuizment priveşte doi parametri:

a) variaţia nivelului apei subterane în perioada de epuizment şi reflectarea acesteia în stabilitatea generală a terenului din amplasamentul construit pentru care se efectuează epuizmentul cât şi a zonelor adiacente acestuia în care se resimte influenţa epuizmentului (posibile tasări prin subsidenţă, eventuale apariţii de antrenări hidrodinamice ale pământurilor necoezive, concentrarea subpresiunilor pe anumite elemente ale gropilor de excavaţie care ar putea provoca ruperi hidraulice şi refulări de nisip s.a.);

b) evoluţia fenomenelor de antrenare hidrodinamică a particulelor fine din orizonturile acvifere, sub formă de sufozii sau eroziuni hidrodinamice.

(3) Monitorizarea variaţiei nivelului apei subterane se realizează prin măsurători sistematice ale nivelului apei în foraje piezometrice. Două modele de foraj piezometric sunt redate în figura 5.1.

Fig. 5. 1: Piezometre deschise.

a- piezometru montat într-o gaură de foraj; b-piezometru înfipt prin presare (4) Monitorizarea piezometrică se face în mod obligatoriu pe perioada efectuării epuizmentului şi

dacă există motive obiective, se poate prelungi şi în perioada post epuizment. (5) Rezultatele măsurătorilor piezometrice pot fi valorificate sub formă de hărţi diferite: cu

hidroizofreate, hidroizohipse, hidroizopieze, evaluarea gradienţilor hidraulici, direcţii de distribuţie a curenţilor subterani etc.

PROIECT

Page 53: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

CAPITOLUL 6.

DEZAFECTAREA LUCR ĂRILOR DE EPUIZMENT (1) Dezafectarea unui sistem de epuizment poate începe numai după îndeplinirea unor condiţii

obligatorii: a) Lucrările de excavaţii şi elementele de rezistenţă şi etanşare ale structurii fundaţiei sunt într-un

stadiu suficient de avansat pentru a fi eliminat orice risc privind instabilitatea prin flotare sau de oricare altă natură a construcţiei în condiţiile în care nivelul apei subterane va reveni la cotele iniţiale (SR EN 1997-1 Eurocode 7, NP 120).

b) Sistemul de monitorizare generală privind înregistrarea deformaţiilor terenului şi construcţiilor adiacente din zona de influenţă a lucrărilor de epuziment va fi în stare de funcţionare.

c) Coloanele filtru, neperforate, de deasupra radierului fundaţiei precum şi tuburile piezometrice vor fi prelungite până la cel puţin 1,00 m deasupra cotei naturale a nivelului apei subterane, pentru a preveni posibilitatea deversării apei în subsolurile clădirii în cazul opririi pompării.

(2) Scoaterea din funcţiune a sistemului de epuizment se va face prin oprirea eşalonată a pompelor, după un program prestabilit, astfel încât să se poată asigura o ridicare uniformă a nivelului apei subterane, cu o viteză de ordinul a cel mult 1,00 m / 24 ore.

(3) Pe parcursul revenirii nivelului apei subterane la cotele iniţiale, monitorizarea va fi atent

efectuată şi va consta din observaţii efectuate în spaţiile din subsolurile clădirii cu privire la existenţa unor posibile exfiltraţii din pereţii fundaţiei, hidroizolaţii defecte, neetanşări eficiente la străpungerea pereţilor de rezistenţă de către conducte, elemente de canalizare, cabluri ş.a. În cazul în care se vor constata astfel de fenomene, sistemul de epuziment se va repune în funcţiune până la remedierea viciilor constatate. Concomitent cu dezafectarea sistemului de epuizment se vor efectua măsurători de deformaţii ale redierului din subsolul clădirii şi ale pereţilor verticali, precum şi în zonele din exterior, adiacente construcţiei.

(4) Dacă se vor constata tendinţe de flotare sau împingeri orizontale care pot genera deformaţii peste limitele admisibile se vor face evaluări privind securitatea construcţiei în exploatare şi, dacă va fi cazul, se vor adopta măsuri suplimentare de sprijinire, lestare, ancoraje etc..

(5) Dezafectarea propriu-zisă a sistemului de epuziment va începe după oprirea tuturor pompelor şi validarea eficienţei lucrărilor de etanşare prin concluziile Raportului de monitorizare întocmit pe baza observaţiilor vizuale, înregistrări ale aparatelor de măsură şi control, măsurători de niveluri în piezometre, prelucrarea şi interpretarea datelor şi va consta din:

a) întreruperea curentului şi dezafectarea instalaţiilor electrice de alimentare cu curent a pompelor submersibile;

b) extragerea pompelor submersibile, a ţevilor de extracţie, cabluri etc. din coloanele de filtre; c) demontarea reţelei de conducte de refulare a apei din forajele de epuizment şi evacuare către

emisari; d) obturarea prin cimentare a coloanelor de filtre în zona în care acestea străpung radierul de la

baza fundaţiei; e) tăierea coloanelor cimentate de deasupra radierului şi îndepărtarea acestora.

(6) Pe toată perioada de dezafectare a echipamentelor de epuizment, sistemul de monitorizare se va

afla în funcţiune şi va fi menţinut atât timp cât va fi necesar.

PROIECT

Page 54: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

CAPITOLUL 7.

MODEL PRIVIND CON ŢINUTUL UNUI PROIECT DE EPUIZMENT

(1) Conţinutul unui proiect de epuizment va fi stabilită de către proiectant în funcţie de condiţiile geologice, geotehnice şi hidrogeologice ale amplasamentului, de particularităţile construcţiilor pentru care se elaborează proiectul şi ale celor din zona de influenţă a lucrărilor de epuizment.

(2) Proiectul de epuizment va fi corelat şi cu prevederile SR EN 1997-1:, Eurocode 7 şi NP 120.

(3) Cu titlu informativ, proiectul de epuizment va avea următorul conţinut: 7. 1. Memoriul tehnic care va cuprinde:

a) Date generale despre amplasamentul construcţiei b) Obiectul lucrărilor de epuizment c) Condiţiile geologice din amplasament d) Modelul hidrogeologic al amplasamentului cu extindere până la limita de influenţă a

construcţiei şi a epuizmentului la depresionarea maximă e) Parametrii hidrogeologici ai acviferelor din zonele de influenţă a epuizmentului f) Proiectarea lucrărilor de epuizment

7. 2. Breviar de calcul privind proiectarea lucrărilor de epuizment

a) Date generale b) Schema sistemului de epuizment c) Parametrii hidrogeologici de calcul d) Calcule de dimensionare a sistemului de epuizment (debitul grupului de foraje de epuizment,

debitul necesar pentru un singur foraj, denivelarea în punctele de control stabilite în prealabil, viteza admisă de intrare a apei în foraj, debitul de pompare maxim admis pentru un foraj, debitul maxim pentru întreg grupul de foraje, denivelarea maximă în centrul grupului pentru o denivelare impusă

e) Calculul debitului de apă evacuat prin epuizment corelat cu debitul ce poate fi preluat de emisar. 7. 3. Caiet de sarcini privind executarea lucrărilor de epuizment:

(1) Date generale (2) Executarea lucrărilor

a. amplasarea şi echiparea piezometrelor din sistemul de monitorizare a evoluţiei nivelului apei subterane pe toată perioada de funcţionare a sistemului de epuizment

b. execuţia, echiparea şi pregătirea forajelor pentru pompare c. condiţiile de exigenţă privind programul de pompare d. soluţii de evacuare către emisari a apei extrase prin pompare, eventuale posibilităţi de

valorificare e. urmărirea derulării pompării cu privire specială asupra fenomenelor de antrenare

hidrodinamică a nisipului din straturile acvifere f. durata de funcţionare a sistemului de epuizment g. sistemul de monitorizare înainte, în timpul şi după epuizment

PROIECT

Page 55: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

h. măsuri de asigurare a continuităţii pompării în situaţii de forţă majoră (întreruperea curentului electric, avarierea unor componente ale echipamentelor din sistem ş.a.)

i. măsuri ce se impun în cazul producerii unui seism, pentru protejarea sistemului de epuizment şi securitatea personalului de execuţie, a lucrărilor în curs de execuţie şi a vecinătăţilor

j. oprirea pompării şi dezafectarea forajelor de epuizment k. măsuri de securitate şi protecţie a muncii

7. 4. Estimarea necesarului de utilaje şi materiale 7. 5. Borderou de planşe (urmat de setul complet de planşe de prezentare generală şi detalii de execuţie corespunzătoare fazei de proiectare). 7.6. Lista care cuprinde: actele normative, reglementările tehnice, aplicabile, în vigoare, precum şi standardele utilizate la întocmirea proiectului.

PROIECT

Page 56: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

ANEXA I Referinţe tehnice şi legislative Notă: 1. Referinţele datate au fost luate în considerare la data elaborării reglementării tehnice. 2. La data utilizării reglementării tehnice se va consulta ultima formă în vigoare a referinţelor tehnice şi legislative.

1. Stanadarde Nr. crt.

Indicativ denumire

1. STAS 1629/1-81 Alimentări cu apă. Captarea izvoarelor. Prescripţii de proiectare

2. STAS 1629/2-87 Alimentări cu apă. Captarea apelor subterane prin puţuri. Prescripţii de proiectare

3. STAS 1629/3-91

Alimentări cu apă. Captări de ape subterane prin drenuri. Prescripţii generale de proiectare

4. STAS 1712/1-91 Alimentări cu apă. Nisip şi pietriş cuarţos pentru filtrarea apei şi prevenirea înnisipării.

5. STAS 1913/5-85 Teren de fundare. Determinarea granulozităţii 6. STAS 1913/6-76 Teren de fundare. Determinarea permeabilităţii în laborator 7. STAS 1913/16-75 Teren de fundare. Determinarea gradientului hidraulic critic

8. STAS 2745-90 Teren de fundare. Urmărirea tasărilor construcţiilor prin metode topografice

9. STAS 3414-94 Geologie, geologie tehnică şi geotehnică. Hărţi, secţiuni şi coloane. Indici, culori, seme convenţionale

10. STAS 4621-91 Hidrogeologie. Terminologie 11. STAS 8016-84 Hidrogeologie. Semne şi culori convenţionale 12. SR EN 1536: 2004 Execuţia lucrărilor speciale. Piloţi foraţi 13. SR EN 1538: 2002 Execuţia lucrărilor speciale. Pereţi mulaţi

14. SR 1628-1:1995 Alimentări cu apă. Surse de apă subterane. Investigaţii studii de teren şi cercetări de laborator

15. SR EN 1991 - 1- 1:2004. NA 2006

Eurocode 1: Acţiuni asupra structurilor. Partea 1 – 1: Acţiuni generale.Greutăţi specifice, greutăţi proprii, încărcări utile pentru clădiri. Anexa Naţională

16. SR EN 1991 – 1 - 6:2005. NA 2005

Eurocode 1: Acţiuni asupra structurilor. Partea 1 – 6: Acţiuni generale. Acţiuni pe durata execuţiei

17. SR EN 1997 - 1:2004 Eurocode 7: Proiectarea geotehnică. Partea 1: Reguli generale

18. SR EN 1997 - 1:2004/NB – 2007. Eurocode 7: Proiectarea geotehnică. Partea 1: Reguli generale. Anexa naţională

19. SR EN 1997 - 2:2007. Eurocode 7:

Proiectarea geotehnică. Partea 2: Investigarea şi încercarea terenului.

20 SR EN 12063:2003. Execuţia lucrărilor geotehnice speciale. Pereţi din palplanşe

21 SR EN ISO 14688-1: 2004. Cercetări şi încercări geotehnice. Identificarea şi clasificarea pământurilor. Partea 1: Identificare şi descriere

22 SR EN ISO 14688-2: 2005. Cercetări şi încercări geotehnice. Identificarea şi clasificarea pământurilor. Partea 2: Principii pentru o clasificare

PROIECT

Page 57: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

2. Acte normative

Nr. crt.

Indicativ Actul normativ si publicatia

1. Normativ privind documentaţiile geotehnice pentru construcţii, indicativ NP 074-2013

Proiect de reglementare tehnică notificat

2. Normativ privind proiectarea fundaţiilor de suprafaţă , indicativ NP 112-2013

Proiect de reglementare tehnică notificat

3. Normativ privind proiectarea geotehnică a ancorajelor în teren, indicativ NP 114-2013

Proiect de reglementare tehnică notificat

4. Normativ privind cerinţele de proiectare, execuţie şi monitorizare a excavaţiilor adânci în zone urbane, indicativ NP 120-2013

Proiect de reglementare tehnica notificat

5. Normativ privind proiectarea geotehnică a fundaţiilor pe piloţi, indicativ NP 123-2010

aprobat prin Ordinul ministrului dezvoltării , regionale şi turismului nr.2691/2010 publicat în Monitorul Oficial al României Partea I nr. 158 şi 158 bis din 04 martie 2011

6. Normativ privind proiectarea geotehnică a lucrărilor de susţinere, indicativ NP 124-2010

aprobat prin Ordinul ministrului dezvoltării, regionale şi turismului nr.2689/2010 publicat în Monitorul Oficial al României Partea I nr. 158 şi 158 bis din 04 martie 2011

PROIECT

Page 58: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

ANEXA II (Informativă)

EXEMPLU DE CALCUL PENTRU UN SISTEM DE EPUIZMENT ALC ĂTUIT DIN FORAJE CARE LUCREAZ Ă ÎN INTERFEREN ŢĂ ŞI SUNT DISPUSE PE CONTURUL UNEI EXCAVA ŢII DE FORM Ă DREPTUNGHIULAR Ă Tema proiectului Pentru execuţia excavaţiilor de fundare a unui nod hidrotehnic, conform schemei din Fig.II-1, este necesară coborârea nivelului apei subterane la minimum un metru sub cota da fundare. Să se dimensioneze sistemul de epuizment cu foraje de pompare amplasate pe conturul excavaţiei care să asigure coborârea nivelului apei la cotele impuse. Elementele hidrogeologice ale acviferului sunt: stratul acvifer cu nivel liber, coeficientul de permeabilitate k=35m/zi, granulozitatea nisipului din stratul acvifer, este prezentată în din Fig. II-3. Forajele de depresionare sunt perfecte după gradul de deschidere, au diametrul coloanei perforate a filtrului Df=250mm şi adâncimea de 42m, iar raza de influenţă a unui foraj, determinată experimental pentru o denivelare S=12 m, este R=840m. În Fig. II-2 se prezintă schema de echipare şi exploatare a unui foraj din sistemul de epuizment.

Fig.II-1: Schemă pentru dimensionarea unui sistem de foraje de epuizment amplasate pe conturul excavaţiei: a - vedere în plan; b - secţiune PROIECT

Page 59: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

Fig. II-2 Schema de echipare şi exploatare a unui foraj din sistemul de epuizment PROIECT

Page 60: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

Rezolvare Se stabileşte în primul rând schema de echipare şi de exploatare a unui foraj Diametrul coloanei filtrante impus de dimensiunile pompei submersibile care va fi folosită la pompare, este Gf=250mm. Dimensionarea filtrului invers din jurul coloanei filtrante. Se vor folosi normele germane DIN (Tabelul II-1) Tabelul II-1: Criterii de dimensionare a filtrelor inverse pentru pământuri necoezive Criteriul Condiţii impuse Observaţii

Terzaghi 15

15

85

15 54d

d

d

d ff ≤≤ K

U.S. Bureau of Reclamation

1010

60 <=d

dU f

f

Pentru particulele de formă rotunjită

4012581215

15

50

50 ≤≤≤≤d

dsi

d

d ff

Pentru particulele de formă colţuroasă

18630915

15

50

50 ≤≤≤≤d

dsi

d

d ff

Dacă Uf >10 se elimină particulele mari din materialul folosit ca filtru până când este îndeplinită condiţia impusă. Particulele din materialul filtrant cu d<0,074mm să nu depăşească 5%

Swek – Davidenkoff

252050

50

15

15 ≤≤d

dsi

d

d ff -

Sichardt 5450

50K=

d

d f -

Bertram 685

15 =d

d f -

Karpoff 10550

50K=

d

d f -

Normele germane DIN 9590

10

60 ;5; dddd

dUf

d

dc

c

fK=≤=≤

- dc este diametrul de calcul al particulelor care constituie stratul care se protejează; - dacă U>5 se corectează curba granulometrică prin eliminarea fracţiunilor mari până când U≤5; - f reprezintă factorul filtrului, care este egal cu 4 pentru foraje şi 8…10 pentru alte tipuri de filtre

Din curba granulometrică prezentată în Fig. II-3 rezultă coeficientul de neuniformitate al nisipului din

stratul acvifer 55,710

60 >==d

dUn

Deoarece 5>nU , se corectează curba granulometrică eliminând fracţiunile mari până se îndeplineşte

condiţia ca 5≤nU . Se elimină, de exemplu, fracţiunile mai mari de 2mm şi se recalculează curba granulometrică. Ceea ce în curba reală, pentru dimensiunea de 2mm corespunde la 72%, în curba recalculată corespunde la 100%. Pentru trasarea curbei recalculate procentele corespunzătoare fiecărei fracţiuni din curba reală se înmulţesc cu raportul 100/72=1,39. Pentru prima curbă recalculată a rezultat un 56,5 >=nU .

PROIECT

Page 61: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

Fig.II-3: curbele granulometrice recalculate după eliminarea fracţiunilor mai mari de 2mm şi respectiv 1mm.

Se trasează o nouă curbă eliminând fracţiunile mai mari de 1mm. În curba reală la dimensiunea de 1mm corespunde 45%. Pentru trasarea celei de a doua curbe granulometrice, procentele corespunzătoare fiecărei fracţiuni din curba reală se înmulţesc cu 100/45=2,22. Pentru cea de a doua curbă recalculată a rezultat 576,4 <=nU . Folosind cea de a doua curbă recalculată pentru care este îndeplinită condiţia 5≤nU , se determină diametrul de calcul dc, rezultând d90=0,85mm şi d95=0,95. Se ia în consideraţie valoarea dc=0,95mm.

Tabelul II-2: grosimea stratului filtrant în funcţie de granulozitatea filtrului

Fracţiunile granulometrice ale filtrului df[mm]

Grosimea stratului filtrant Gf[mm]

0,75 … 4 60 4 … 12 70 12 … 35 80

Conform relaţiei fd

d

c

f ≤ (Tabelul II-2), pentru materialul care se foloseşte la filtrul din jurul coloanei

perforate diametrul granulelor este:

mmdd cf 8,395,044 =⋅==

iar grosimea filtrului invers, conform Tabelului II-2, este Gf=60mm. Rezultă că diametrul minim al găurii de foraj trebuie să fie egal cu diametrul coloanei perforate la care se adaugă grosimea filtrului invers.

mmGDD ff 3706022502 =⋅+=+=

Determinarea vitezei de admisie a apei în foraj şi a debitului maxim admisibil. După formula lui Sichardt reconsiderată (3.5), viteza de admisie a apei în foraj este:

smk

va /1071,630

8640035

304−⋅===

PROIECT

Page 62: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

Debitul maxim al unui foraj se determină pentru o denivelare HS ⋅≤ 5,0max . Pentru exemplul de faţă se admite S=12m, ceea ce corespunde la o înălţime a apei în foraj h=23m (Fig. II-1) şi se obţine:

zimslsmvDhvAQ afa /56,1546/9,17/101791071,623370,014,3 3344

max ==⋅=⋅⋅⋅⋅=== −−π

Debitul Q de exploatare al unui foraj trebuie să fie mai mic sau cel mult egal cu debitul maxim admisibil. Calculul debitului grupului de foraje. Pentru a satisface condiţiile impuse: mhsiQQ c 24max ≤≤ în centrul conturului, debitul total al grupului de foraje se determină prin încercări succesive. Pentru determinarea înălţimii apei în centrul grupului de foraje se foloseşte relaţia 4.13 pusă sub forma:

e

totalc r

R

k

QHh 022 log73,0−=

în care, conform relaţiei 4.14 şi Fig. II-1, raza echivalentă a grupului de foraje este

ηηη 754

1201804

=+=+= BLre

Conform Tabelului 4.3 pentru B/L=0,67, rezultă η=1,18 şi 5,8818,175 =⋅=er

iar raza de influenţă a grupului (Tabelul 2.2.) este: mrRR e 5,9285,888400 =+=+=

Debitul total al grupului va fi zimnnQQtotal /56,1546 3

max == Determinare numărului n de foraje. Admiţând că maxQQ = , se poate scrie

( )zim

r

RhHk

QnQ

e

ctotal /209,30481

5,88

5,928log73,0

243535

log73,0

)( 322

0

22

max =−=−==

din care rezultă

forajeQ

Qn total 207,19

56,1546209,30481

max

≅===

Determinarea distanţei dintre foraje. Perimetrul conturului pe care sunt amplasate forajele, conform Fig. II-1, este:

mP 60012021802 =⋅+⋅= Distanţa dintre foraje va fi:

mn

Pd 30

20600 === PROIECT

Page 63: Normativ NP143-Proiectare Geotehnica

Verificarea înălţimii apei în forajele de pe contur. Se verifică, de exemplu, nivelul apei în forajul F19 (Fig. II-3) cu relaţia 4.13

,022

19 log73,0e

total

r

R

k

QHh −=

Fig.II-4: Schemă pentru calculul nivelului apei subterane într-un foraj de pe conturul excavaţiei în care re

’ se determină din relaţia n

e rrrr 2019219119'

−−−= K

care, prin logaritmare, capătă forma

( ) ( )20192191192019219119' logloglog

1log

1log −−−−−− ++== rrr

nrrr

nre KK

Înlocuind valoarea lui n şi distanţele de la forajul 19 la celelalte foraje de pe contur, conform Fig. II-4 rezultă mre 70' = , iar înălţimea apei în foraj este:

mh 61,22255,51170

5,928log

35209,30481

73,035 2219 ==−=

faţă de 23m cât corespunde la denivelarea S=12m luată în considerare. Determinarea înălţimii de izvorâre într-un foraj. Folosind relaţia Ciornâi-Şestacov (3.3)

020

0

51,0/

log73,0 hhk

Q

r

kQh −+

−=∆

şi înlocuind valorile cunoscute, se obţine:

mh 152,023152093,23232335

56,154651,0

185,035

56,1546

log73,0 2 =−=−+

−=∆ PROIECT