rezumat modelarea fenomenelor de interactiune

of 17/17
1 UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCȚII BUCUREŞTI Facultatea de Hidrotehnică TEZA DE DOCTORAT Rezumat Modelarea fenomenelor de interacţiune dintre apele subterane şi structurile geotehnice subterane. Aplicare la zona Bucureşti. Doctorand Ing. Georgiana Sorina FRUNZĂ Conducător științific Prof. univ. dr. ing. Loretta BATALI BUCUREŞTI 2013

Post on 21-Jan-2016

80 views

Category:

Documents

1 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • 1

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETI

    Facultatea de Hidrotehnic

    TEZA DE DOCTORAT

    Rezumat

    Modelarea fenomenelor de interaciune dintre apele subterane i structurile geotehnice subterane. Aplicare la

    zona Bucureti.

    Doctorand

    Ing. Georgiana Sorina FRUNZ Conductor tiinific

    Prof. univ. dr. ing. Loretta BATALI

    BUCURETI 2013

  • 2

  • 3

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETI

    Facultatea de Hidrotehnic

    Titularul prezentei teze de doctorat a beneficiat pe ntreaga perioad a studiilor universitare de doctorat de burs atribuit prin proiectul strategic Burse oferite doctoranzilor n Ingineria Mediului Construit, beneficiar UTCB, cod POSDRU/107/1.5/S/76896, proiect derulat n cadrul Programului Operaional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane, finanat din Fondurile Structurale Europene, din Bugetul Naional i cofinanat de ctre Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti.

    TEZA DE DOCTORAT

    Rezumat

    Modelarea fenomenelor de interaciune dintre apele subterane i structurile geotehnice subterane. Aplicare la

    zona Bucureti.

    Doctorand

    Ing. Georgiana Sorina FRUNZ Conductor de doctorat

    Prof. univ. dr. ing. Loretta BATALI

    BUCURETI 2013

  • 4

    Cuprinsul tezei de doctorat

    1 Introducere 2 Prezentarea platformei de gestiune a apei din mediul sedimentar n zone urbane -

    SIMPA 3 Determinarea caracteristicilor hidraulice ale pmntului

    3.1. Metode de determinare n laborator 3.2. Metode de determinare pe teren 3.3. Metode de determinare prin metode empirice

    3.4. Criterii de alegere a metodei de determinare a conductivitii hidraulice 3.5. Program experimental pentru stabilirea caracteristicilor hidraulice ale pmnturilor din zona Bucureti

    4 Dezvoltarea de tehnici de integrare a parametrilor hidraulici pornind de la date punctuale

    4.1. Metode stohastice

    4.2. Metode geostatistice

    5 Interaciunea dintre lucrrile subterane i apa subteran 5.1 Interaciuni posibile ntre lucrrile subterane i apa subteran 5.2 Modelarea interactiunii dintre lucrarile subterane si apa subterana 5.3 Modelarea interaciunii fluid teren - structur n cuplaj 5.4 Concluzii

    6 Studii de caz

    6.1 Prezentarea perimetrului pilot analizat 6.2 Caracterizarea geologic, hidrogeologic i geotehnic a perimetrului pilot 6.3 Model hidrogeologic spaial pe perimetrul pilot 6.4 Concluzii i comentarii asupra modelului hidrogeologic elaborat 6.5 Studiu de caz 1 Modelarea interaciunii ntre caseta Dmboviei i apa subteran 6.6 Studiu de caz 2 Modelarea interaciunii dintre infrastructura Casei Radio i apa subteran12 6.7 Studiu de caz 3 Modelarea deformaiilor mecanice ale terenului n cuplaj cu curgerea apei subterane Casa Radio

    7 Concluzii si contribuii personale 8 Bibliografie 9 Anexe

  • 5

    1 INTRODUCERE

    n zona urban impactul asupra mediului este mai mare deoarece spaiul subteran este din ce n ce mai des utilizat pentru realizarea de construcii subterane (tuneluri, subsoluri adnci, galerii de drenaj, reele de utiliti, lucrri de captare a apei subterane etc).

    n zona municipiului Bucureti, dar nu numai, exist foarte puin control asupra lucrrilor realizate n subteran sau a lucrrilor de investigare i de exploatare a resurselor de ap. Acest fapt genereaz dificulti de gestiune, dar i probleme de interpretare a investigaiilor geotehnice i hidrogeologice datorit necunoaterii interaciunilor care pot exista. n zona Bucureti exist un volum mare de investigaii realizate, deci o cantitate mare de informaii legate de structura terenului i a acviferelor, dar acestea nu sunt organizate i structurate ntr-o form mai accesibil. Din acest motiv a aprut necesitatea de a avea o platforma de gestiune a datelor existente pentru mediul subteran din zona Bucureti, care face obiectul unui contract de cercetare condus de UTCB Centrul de cercetare n Ingineria Apelor Subterane Conf. Radu Gogu (SIMPA Platforma de gestiune a apei subterane n mediul sedimentar din zona urban). Cercetrile realizate n cadrul tezei de doctorat fac parte din acest proiect de cercetare.

    n cadrul tezei de doctorat este abordat problema interaciunii dintre construciile subterane i apele subterane n contextul Platformei SIMPA. Astfel, teza trateaz urmtoarele aspecte: Determinarea caracteristicilor hidraulice ale pmnturilor; Dezvoltarea de tehnici de integrare a parametrilor hidraulici pornind de la date punctuale; Interaciunea dintre apa subterana i construciile subterane

    Cercetrile au fost realizate n cadrul echipei Infrastructur a proiectului SIMPA - Platform de gestiune a apei subterane din mediul sedimentar n zona urban. Adresez mulumiri membrilor acestei echipe.

    2 PREZENTAREA PLATFORMEI DE GESTIUNE A APEI DIN MEDIUL SEDIMENTAR N ZONE URBANE - SIMPA

    Proiectul intitulat Platform de gestiune a apei din mediul sedimentar n zone urbane SIMPA, coordonat de UTCB Centrul de cercetare in Ingineria Apelor Subterane, Conf. Radu Gogu, finanat din fonduri CNCSIS, are drept obiectiv esenial crearea unei legturi ntre tiin i practic. Acesta va permite studierea anumitor probleme ntr-o manier mult mai realist. n particular, se dorete ca aceste rezultate dezvoltate s fie aplicate pentru mbuntirea cunoaterii geologice i hidrogeologice a sistemului acviferului Moesic (zona Bucureti). De aceea, aplicarea unui management pentru resursele hidrologice este mai mult dect necesara iar necesitate aplicrii este evideniat de anumite aspecte specifice.

    n cadrul proiectului SIMPA s-a constituit o platform integrat de date spaiale i hidrogeologice pe suport GIS n care se vor introduce datele punctuale obinute fie din datele de arhiv, fie din cercetrile proprii.

    Teza de doctorat i-a propus s abordeze aspectele din platform legate strict de caracterizarea diferitelor straturi ntlnite n zona analizat din punct de vedere al conductivitii hidraulice (i ai altor parametri geotehnici) i de utilizarea acesteia pentru modelarea interaciunilor dintre apa subteran i diferitele lucrri subterane (tuneluri, perei ngropai, fundaii, etc.) din zona pilot aleas.

  • 6

    3 DETERMINAREA CARACTERISTICILOR HIDRAULICE ALE PMNTURILOR

    Valoarea conductivitii hidraulice se determin experimental n laborator sau prin msurtori directe pe teren. Atunci cnd nici una dintre aceste metode nu se poate aplcia s erecurge la metode empirice. Conductivitatea hidraulic poate varia mult n cadrul aceluiai strat acvifer i, cu att mai mult, ntre diferite strae acvifere. De aceea nu se pot prelua valori de la strate apreciate ca similare pe baza aspectului (vizual) sau a porozitii sau granulozitii, ci permeabilitatea trebuie determinat pentru fiecare strat n parte. Acest parametru este foarte sensibil la metoda de determinare.

    3.1 Metode de determinare n laborator

    n acest capitol sunt descrise ncercrile curente de laborator pentru determinarea conductivitii hidraulice pe probe saturate.

    Aparatele folosite n acest caz sunt denumite generic permeametre, i anume permeametre cu perei rigizi, permeametre cu perei flexibili, permeametre fr efort normal, permeametre cu efort normal, permeametre cu sarcin (nivel) constant i permeametre cu sarcin (nivel) variabil.

    3.2 Metode de determinare pe teren

    Metodele folosite n teren pentru determinarea conductivitii hidraulice sunt: pompri experimentale n regim permanent, msurarea vitezei de curgere cu ajutorul trasorilor, metoda determinrii in sondaj, metoda piezometrului, metoda piezoconului CPT, metoda turnrii experimentale (Boldrev - Nesterov), metoda liniei de dren, metoda Lefranc i metoda Brillant.

    3.3 Metode de determinare prin metode empirice

    Atunci cnd ncercrile de teren sau laborator nu pot fi realizate se pot utiliza relaii empirice. Aceste ecuaii sunt limitate i au o anumit incertitudine. . Aceste ecuaii empirice ntre parametrul permeabilitate i distribuia particulelor au fost studiate de mai muli cercettori. In tez sunt prezentate principalele corelaii din literatur pentru pmnturi coezive i necoezive

    3.4. Criterii de alegere a metodei de determinare a conductivitii hidraulice

    Atunci cnd este vorba despre determinarea permeabilitii unui pmnt mai multe ntrebri pot fi puse (Chossat, 2005):

    - care este natura parametrului ce trebuie msurat? - cum trebuie msurat n laborator, pe teren? - ce durat va avea determinarea? - unde trebuie realizata msurtoarea? - cte determinri trebuie realizate pentru a obine o valoare reprezentativ? - de ce mijloace se dispune?

    In tez se prezint unele aspecte legate de alegerea corect a metodelor de determinare a conductivitii hidraulice, se face o analiz a principalelor metode i se prezint metodele uzuale din Romnia.

    3.5 Program experimental pentru stabilirea caracteristicilor hidraulice ale pmnturilor din zona Bucureti

    n cadrul platformei de gestiune a mediului sedimentar din zona Bucureti SIMPA, una dintre etapele importante o reprezint corecta caracterizare a straturilor geologice prin

  • 7

    parametrii hidrogeologici i geotehnici. n acest scop s-au utilizat date de arhiv i s-au realizat studii referitoare n special la caracterizarea din punct de vedere al coeficientului de

    permeabilitate, tiut fiind c acesta este un parametru foarte sensibil i c diferitele metode de determinare duc la rezultate foarte diverse. Pe baza acestor studii se va putea atribui o valoare

    corect a coeficientului permeabilitate pentru fiecare strat. Din zona municipiului Bucureti au fost alese cteva amplasamente care au fost investigate mai detaliat i anume: zona Complexului de Laboratoare Colentina (str. Rscoalei 5, sector 2), Aviaiei (str. Avionului, sector 1), Catedrala Mntuirii Neamului (Calea 13 Septembrie, sector 5 Bucureti, Dmbovia Center (Calea tirbei Voda nr 174-176), Floreasca Park (Sos. Pipera 41-43, sector 2). Datele din amplasamente au fost prelucrate i comparate cu valorile obinute prin diferite metode empirice sau din literatura de specialitate. Diferenele obinute au fost considerabile n unele cazuri, artnd c simpla utilizare a unor date din literatur sau corelaii empirice pentru orice tip de pmnt nu este suficient.

    Pentru exemplificare se prezint aici una din comparaiile realizate pentru amplasamentul Colentina:

    Figura 3.1. Comparaie ntre valorile obinute prin diferite metode pentru materialele necoezive din amplasamentul Colentina din categoria N4 nisip fin

    n urma analizelor efectuate au rezultat urmtoarele concluzii: Pentru materialele necoezive corelaiile dintre valorile rezultate prin pompri pe teren,

    n permeametru n laborator, prin metode empirice, precum i date din literatur sunt foarte bune, diferenele fiind de maximum 1 2 ordine de mrime. Pentru aceste materiale cele mai apropiate metode empirice sunt Hazen, Kozeny, Chapuis i Navfac.

    Pentru materialele coezive ntre metodele de laborator testate (triaxial, edopermeametru, metoda invers) nu sunt diferene foarte mari (maximum 1 ordin de mrime). Nu s-a beneficiat de rezultate ale unor determinri pe teren. Totui, metoda invers, bazat pe coeficientul de consolidare, tinde a da valori mici ale coeficientului de permeabilitate. Intre laborator si metodele empirice, ns, diferenele sunt mult mai mari, de pn la 4 ordine de mrime. Dintre corelaiile testate cea a lui Pavchich d

  • 8

    valorile cele mai mici, apropiate de cele determinate pe baza cv. Relaiile lui Puckett, USBR sau Rawls & Brakensiek dau valori n general mai mari dect cele din

    laborator, dar mai apropiate de valorile din literatur. Pe fiecare categorie investigat de pmnturi din zona Bucureti valorile rezultate sunt n

    concordan cu cele din literatur. Valorile obinute pot fi utilizate n platforma SIMPA.

    4 DEZVOLTAREA DE TEHNICI DE INTEGRARE A PARAMETRILOR HIDRAULICI PORNIND DE LA DATE PUNCTUALE

    n cea mai mare parte formaiunile acvifere au grade de neomogenitate mai mari sau mai mici n funcie de modul de sedimentare, distribuia granulaiei, fisuraiei, a fracturilor, gradului diferit de cimentare i a condiiilor diagenetice, etc. Distribuia spaial a parametrilor hidraulici este n corelaie direct cu gradul de neomogenitate al mediului geologic.

    Variabilitatea spaial i temporal, determinat de complexitatea geologic poate fi descris pe baza modelelor geostatistice. Caracteristicile geologice i hidrogeologice, caracterizate printr-o variabilitate intrinsec sunt analizate prin metode stohastice.

    5 INTERACIUNEA DINTRE LUCRRILE SUBTERANE I APA SUBTERAN

    5.1 Interaciuni posibile ntre lucrrile subterane i apa subteran

    Mediul natural cu care construciile subterane interacioneaz este reprezentat de teren i de apa subteran.

    Pe msur c resursele de ap scad, cerinele urbane sunt din ce n ce mai mari i, de cele mai multe ori, cresc n timp.

    Dintre aspectele specifice ale hidrogeologiei urbane se pot enumera (Vazquez-Sune et

    al., 2005): fluctuaii ale nivelului de ap subteran datorit activitilor antropice; poluarea apei subterane; modificarea ciclului apei; modele de curgere modificate n mediu urban

    construit.

    n acest context complex, acest capitol al tezei de doctorat prezint o sintez bibliografic asupra unor aspecte mai importante i anume: probleme legate de fluctuaii ale nivelului apei; probleme legate de lucrrile de epuismente; probleme de subsiden; influena lucrrilor subterane (tuneluri, perei ngropai) asupra regimului apelor subterane; probleme legate de cedarea pmnturilor colapsibile datorit creterii nivelului apei subterane; probleme de umflare datorate infiltraiilor de ap.

    Problemele sunt tratate prin mbinarea celor dou puncte de vedere descrise mai sus: hidrogeologic i geotehnic.

    5.2 Modelarea interaciunii dintre lucrrile subterane i apa subteran

    In primul rnd a fost studiat interaciunea din punct de vedere al influenei lucrrilor subterane asupra curgerii apei subterane. Metoda de studiu aleas a fost modelarea matematic. n cadrul acestei metode regimul de micare al apei subterane se stabilete prin rezolvarea numeric a ecuaiei generale de micare a apei prin medii permeabile. Pentru rezolvarea numeric a ecuaiei generale de micare a apei prin medii permeabile s-a utilizat metoda elementelor finite. S-au utilizat modele plan verticale i plan orizontale.

    5.3 Modelarea interaciunii fluid teren - structur n cuplaj

    Problemele de cuplaj fluid structur sunt numeroase, att n ingineria civil, ct i cea a mediului, dar i n alte domenii..

  • 9

    Fenomenele legate de cuplajul mecanic fluid structur apar, cu grade diferite de importan, pentru orice structur n contact cu un fluid. Intr-o astfel de problem mediile solid i fluid schimb energii de tip mecanic, fazele solid i fluid sunt distincte, iar cele dou medii n contact nu schimb mas (Souli, Sigrist, 2009).

    Solidul i fluidul sunt cuplate n urmtorul sens: la nivelul zonei de contact ntre fluid i structur se produc schimburi de energie mecanic n ambele sensuri : fluidul exercit eforturi asupra structurii n micare, ceea ce modific dinamica structurii i structura impune deplasri fluidului i modific astfel caracteristicile curgerii.

    n ingineria geotehnic este de interes studiul numeric al consolidrii pmnturilor i al curgerii apei subterane n interaciune cu terenul i, eventual, cu alte lucrri adiacente. Rezolvrile clasice din mecanica pmnturilor presupun analize n condiii drenate sau nedrenate de solicitare a terenului. Multe probleme din acest domeniu pot fi rezolvate

    considernd una dintre aceste condiii extreme dar comportarea real a pmntului este deseori dependent de timp, rspunsul presiunii apei din pori depinznd de permeabilitatea terenului, viteza de ncrcare, ca i de condiiile hidraulice. Pentru a modela acest comportament, ecuaiile de curgere trebuie combinate cu ecuaiile de echilibru i cele constitutive proprii pmntului, adic cuplarea ecuaiilor care guverneaz curgerea apei din pori prin scheletul pmntului cu ecuatiile care determin deformaia pmntului sub ncrcri. Pentru rezolvarea acestei probleme specifice de cuplaj se poate utiliza metoda elementelor finite.

    6 STUDII DE CAZ

    6.1 Prezentarea perimetrului pilot analizat

    Pentru realizarea modelului hidrogeologic, ca perimetru pilot s-a ales un amplasament

    situat pe malul stng al rului Dmbovia, delimitat de urmtoarele puncte de interes: Casa Radio, Catedrala Sf. Iosif, Hotelul Novotel, Baraj Operet i rul Dmbovia.

    6.2 Model hidrogeologic spaial pe perimetrul pilot

    Pe baza datelor de arhiv avute la dispoziie pentru perimetrul pilot analizat s-a elaborat un model hidrogeologic spaial.

    Modelul geologic de referin cuprinde formaiuni litologice care se identific conform urmtoarelor simboluri:

    1. DA orizontul depozitelor antropice 2. FL orizontul formaiunii loessului ( Holocen superior) 3. PC complexul pietriurilor de Colentina (Pleistocen superior) 4. AI orizontul argilelor intermediare (Pleistocen superior) 5. NM complexul nisipurilor de Mostitea(Pleistocen superior) 6. CM complexul marnos (Pleistocen mediu) 7. SF complexul stratelor de Frteti (Pleistocen inferior) Litologia depozitelor cuaternare din zona municipiului Bucureti este caracterizat de

    prezena a 3 acvifere principale: acviferul freatic al Pietriurilor de Colentina, acviferul sub presiune reprezentat de Nisipurile de Mostitea i complexul acvifer sub presiune, reprezentat de Stratele de Frteti.

    De asemenea, tot n cadrul realizrii modelului hidrogeologic, pe baza msurtorilor de nivel al apei subterane disponibile n forajele avute la dispoziie s-a ncercat determinarea hidroizohipselor i a direciei de curgere n zona perimetrului pilot, pentru freatic. Reprezentarea spaial a hidroizohipselor are un anumit grad de aproximare, avnd n vedere c forajele i msurtorile de nivel s-au realizat la perioade diferite de timp. Reprezentarea spaial a hidroizohipselor a fost corelat cu modelul digital al terenului, obinut pe baza

  • 10

    hrilor cu curbe de nivel (scara 1:5000). Comparnd hidroizohipsele obinute pe baza datelor avute la dispoziie din foraje cu o hart a hidroizohipselor la nivelul municipiului Bucureti, se observ c exist o destul de bun coresponden, att spaial, ct i valoric ntre acestea.

    Figura 6.1. Profile geotehnice in zona perimetrului pilot

    Figura 6.2. Modelul geologic 3D al perimetrului pilot

    6.3 Concluzii i comentarii asupra modelului hidrogeologic elaborat

    Corectitudinea modelelor depinde de corectitudinea datelor avute la dispoziie, iar diferenele de timp la care s-au realizat forajele geotehnice, precum i faptul ca ele au fost executate de ctre firme diferite, pot, de asemenea, afecta corectitudinea unor date;

    Modelul hidrogeologic realizat ofer o imagine clar asupra hidrogeologiei zonei analizate, i ofer premisele realizrii modelului conceptual al curgerii, i apoi al modelrii diferitelor studii de caz analizate pe perimetrul pilot. Acesta poate suferi modificri, pe msura achiziionrii unor date noi ce pot fi integrate n acesta.

    6.4 Studiu de caz 1 Modelarea interaciunii ntre caseta Dmboviei i apa subteran

    Proiectul de amenajare complex a rului Dmbovia a prevzut, i a fost i executat, un dren pe partea stng, la cota casetelor de ape uzate. Scopul acestui dren este de a menine nivelul apelor freatice de pe stnga Dmboviei la cotele existente nainte de amenajare.

  • 11

    Exist informaii conform cror n anumite zone nivelul apei subterane s-a ridicat cu cca 1 2 m, poate chiar mai mult (subsolul 2 al imobilului n care se afl ANPM din Splaiul Independenei 297, subsolul Casei Radio i poate i alte imobile care nu sunt cunoscute nc).

    Aceste ridicri locale ale nivelului apei subterane pot fi puse pe seama unei funcionri necorespunztoare a drenului sau unui aport de ap prin infiltraii din cuv ctre acviferul freatic, prin rosturile dintre dalele de etanare care s-au deschis n urma unor deformaii locale sau prin punctele de strpungere a taluzurilor cuvei de ctre conducte sau cabluri care trec de pe un mal pe cellalt al Dmboviei, la nivelul radierului cuvei.

    Modelarea curgerii apei subterane n zona perimetrului pilot s-a realizat cu ajutorul

    modulului MODFLOW, n dou ipoteze: (1) n ipoteza funcionrii corespunztoare a drenului din lungul casetei de ape uzate

    pozate sub rul Dmbovia, respectiv, (2) cu funcionarea deficitar a acestuia. Modelarea s-a realizat n regim permanent, drenul fiind introdus n model sub forma

    unei linii de potenial impus, potenialul dictnd modul de funcionare al drenului. Modelarea s-a realizat numai pe malul stng al Dmboviei.

    Figura 6.3. Seciune de principiu prin amenajarea rului Dmbovia (dup Raport SIMPA, 2012) (cote aproximative)

    S-a utilizat programul InfilDIL 3, elaborat n cadrul Departamentului de Hidraulic i Protecia Mediului, Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti.

    In vederea evidenierii regimului de curgere al apelor subterane sub influena lucrrilor executate n albia rului Dmbovia (caseta de ap uzat, dren), n zona studiat au fost analizate, utiliznd modelul descris anterior, urmtoarele variante:

    - Varianta 1 regim normal de exploatare pentru lucrrile proiectate - Varianta 2 regim normal de curgere cu meninerea curbei de depresie la cotele

    msurate n forajele geotehnice - Varianta 3 regim normal de curgere cu funcionarea necorespunztoare a drenului - Varianta 4 regim de micare al apelor subterane n situaia pierderilor importante din

    cuva Dmboviei i caseta de ape uzate Se precizeaz c aceste variante sunt situaii posibile a fi ntalnite n realitate, dar sunt

    situaii teoretice n mare parte. Diferenele ntre curbele de depresie (nivelul apei subterane rezultat) din cele patru

    variante sunt prezentate n graficul urmtor. Pierderile de ap din cuva Dmboviei, cumulate cu nefuncionarea corespunztoare a drenului, conduc la ridicri ale nivelului apei subterane n zon cu 1-2 m.

  • 12

    Figura 6.4. Detaliere n zona cuvei Dmboviei a poziia curbei de depresie n varianta 3

    regim normal de curgere cu funcionarea necorespunztoare a drenului

    Figura 6.5. Curbele de depresie rezultate din cele patru variante analizate

    6.5 Studiu de caz 2 Modelarea interaciunii dintre infrastructura Casei Radio i apa subteran

    n acest capitol este dezvoltat studiul de caz nr. 2 modelarea interaciunilor posibile dintre infrastructura Casei Radio i apa subteran. Un astfel de scenariu poate fi dezvoltat n faza de proiectare a unui obiectiv, atunci cnd se analizeaz diferite variante posibile i se dorete evaluarea impactului acestora asupra curgerii apelor subterane.

    Se menioneaz faptul c acest studiu de caz este unul teoretic, care ia n considerare situaii posibile a fi ntlnite.

    In zona numit Casa Radio, n 2007 s-au nceput lucrrile pentru amenajarea Dmbovia Centre, un proiect ce cuprindea un centru comercial, cldiri rezideniale, parcaje subterane etc. nainte de a fi abandonate lucrrile s-a realizat peretele ngropat pentru viitoarea incint. Aceti perei ngropai, mpreun cu celelalte subsoluri existente sau care urmeaz a fi construite constituie bariere n calea curgerii apei.

  • 13

    Modelul matematic de curgere pentru determinarea influenei lucrri subterane ap subteran are ca scop studierea urmtoarelor aspecte: efectul ecranului de etanare a incintei de fundare asupra regimului apelor subterane; dac este necesar sau nu un sistem de drenaj exterior incintei ecranate pentru a evita

    ridicarea nivelului apei subterane n zonele limitrofe;

    stabilirea caracteristicilor principale ale sistemului de drenaj exterior dac se va dovedi necesar;

    stabilirea parametrilor principali ai sistemului de drenaj interior; stabilirea distribuiei potenialului hidraulic al apei subterane n diferite ipoteze de

    realizare constructiv a sistemului de etanare i drenaj a incintei. Examinnd block-ul diagram cu distribuia forajelor n zona studiat s-a constatat

    existena unui contact direct ntre Nisipurile de Mostitea i Pietriurile de Colentina, respectiv absena stratului intermediar de argile pe poriuni limitate, care nu au fost delimitate strict. Modelul a luat n considerare ca variant de studiu i posibilitatea existenei unei aa zise ferestre (cu dimensiuni care vor fi menionate ulterior) pentru a pune n eviden efectul acestei distribuii stratigrafice caracterizate prin absena local a stratului de argile intermediare.

    Ipotezele de calcul adoptate au fost:

    micare permanent plan orizontal pentru toate variantele analizate cu excepia variantei n care s-au determinat debitele infiltrate prin fereastra din fundamentul gropii de fundare;

    micare permanent plan-vertical pentru varianta n care s-au determinat debitele infiltrate prin fereastra din fundamentul gropii de fundare. Cele dou acvifere Pietriurile de Colentina i din Nisipurile de Mostitea s-au

    modelat independent unul de cellalt construindu-se pentru fiecare cte un model plan-orizontal independent.

    Operaiunea de calare efectuat pe modelul analizat a presupus reproducerea strii acviferului msurat n natur. S-au calat numai modelele plan-orizontale elaborate pentru cele dou acvifere (Colentina i Mostitea). Ca metod de calare s-a utilizat metoda de debite.

    S-au analizat urmtoarele variante: ecranarea integral fr drenaj a incintei fundaiilor; ecranarea integral a incintei fundaiilor concomitent cu execuia unui sistem de drenaj n interiorul incintei i a unui sistem de drenaj /epuisment n exteriorul incint; larea n considerare a unei ferestre de alimentare natural n fundul gropii de fundare.

    Rezultatele obinute n urma modelrii, n cele trei variante analizate, au fost: n prima variant are loc o ridicare a nivelului apelor subterane n raport cu nivelele n regim nemodificat n ambele acvifere; n acviferul de Colentina ridicarea este mai mare ajungnd

    pn la 4,0 m, iar n acviferul de Mostitea este mai mic ajungnd pn la 1,2 m; n varianta 2 n ambele acvifere se realizeaz pe exterior nivele cu cca. (1 - 2 m) mai coborte dect n regimul actual; de asemenea n ambele acvifere, la interior, se realizeaz nivelele subterane dorite de beneficiar; debitele epuizate/drenate au valori relativ reduse n acviferul de

    Colentina i anume cca. 0,50 l/s pentru drenajul interior i cca 0,55 l/s pentru drenajul exterior; debitele epuizate/drenate din acviferul de Mostitea sunt mai mari i anume cca. 6,2 l/s pentru drenajul interior i cca. 8,5 l/s pentru drenajul exterior iar n ultima variant se obin rezultate similare cu cele din varianta 2 cu excepia debitului extras prin drenajul interior care crete la valoarea de cca. 12,7 l/s prin aportul de cca. 6,5 l/s al ferestrei; de asemenea n zona ferestrei nivelele sunt cu cca. 1,5 m mai ridicate.

  • 14

    Fig 6.6.a Distribuia 3D a potenialelor hidraulice n ipoteza ecranrii incintei fr msuri de drenaj - acviferul de Colentina

    Fig. 6.6.b Distribuia 3D a potenialelor hidraulice n ipoteza ecranrii incintei fr msuri de drenaj - acviferul de Mostitea

    Fig 6.7. Distribuia 3D a potenialelor hidraulice n ipoteza ecranrii incintei i a prevederii sistemului de drenaj interior i exterior cu fereastr de alimentare n argilele intermediare

    6.6 Studiu de caz 3 Modelarea deformaiilor mecanice ale terenului n cuplaj cu curgerea apei subterane Casa Radio

    n acest studiu de caz s-a urmrit punerea n eviden n mod special a influenei pe care coborrea nivelului apei l-ar putea avea asupra cldirii existente n imediata vecintate, n ipoteza modelrii cuplate hidro mecanic.

    Pentru obiectivul Dmbovia Center a fost nevoie de proiectarea i executarea unei infrastructuri pe 3 nivele de subsol, n sistem top-down. O parte din cldirile existente au fost demolate, iar o alt parte urmau a fi pstrate. Printre acestea i o cldire cu regim de nlime 3S+M+P+10E, aflat la o distan foarte mic, de numai 1.70m de conturul noii construcii. Pentru realizarea excavaiei necesare noii cldiri va fi nevoie de un sistem de epuisment n incint care s scad nivelul apei de la cca -6.00 m pn la cca -18.40 m..

    n general pereii de incint se ncastreaz de cte ori este posibil ntr-un strat impermeabil pentru a limita efectele epuismentului strict la incint i a nu influena cldirile nvecinate. n acest mod a fost conceput i proiectul incintei Dmbovia Center de ctre proiectant, cu ncastrarea n complexul marnos. n mod real, cota de apariie a complexului marnos este variabil, iar n cuprinsul acestui strat exist intercalaii de nisipuri fine, permeabile. ntr-o prim faz a fost modelat situaia situaia n care pereii ngropai ar fi n totalitate cu baza n stratul acvifer al Nisipurilor de Mostitea. Apoi s-a fcut comparaia cu situaia ideal a ncastrrii perfecte n stratul argilos puin permeabil aparinnd Complexului marnos. Realitatea se situeaz undeva ntre aceste dou extreme. Modelarea numeric a utilizat Metoda Elementului Finit, programul de calcul Plaxis 2D, fiind formulat o problem plan de deformaii. Din punct de vedere al modelului constitutiv ales, s-a utilizat modelul elasto-plastic Mohr-Coulomb. Etapele de modelare au fost de tip consolidare, pentru a putea observa evoluia dependent de factorul timp a eforturilor i deformaiilor dezvoltate n masiv i elementele structurale existente.

  • 15

    Pentru atingerea obiectivelor propuse, respectiv punerea n eviden a efectului coborrii nivelului apei subterane, modelarea a fost realizat n urmtoarele etape: consolidarea iniial, execuia pereilor i a structurii interne i nceperea pompajului (care s-a realizat ntr-o singur etap), apoi etapele succesive de excavaie i realizare a planeelor subsolurilor i a radierului.

    Figura 6.8. Situaia general dup realizarea pompajului

    Modelul realizat a permis evidenierea efectului epuismentului asupra tasrii cldirii existente, care a fost estimat din acest mecanism la o valoare maxim de cca 8 cm i s-a constatat o relaxare (umflare) a bazei excavaiei la fiecare etap de excavare datorit scderii efortului geologic. Se precizeaz c, dat fiind c obiectivul acestei modelri a fost simularea cuplajului mecanic hidraulic prin consolidare datorit scderii nivelului apei subterane, nu s-a elaborat un model al terenului foarte fiabil. Ar fi necesar utilizarea unui model constitutiv mai complex care s permit obinerea de valori mai sczute i mai realiste.

    Fig. 6.9. Variaia tasrii radierului structurii existente pentru fiecare etap de modelare

    Considernd o litologie modificat, n care pereii de incint ar fi ncastrai n ultimul strat de argil, a fost recalculat tasarea cldirii existente n cazul realizrii incintei i pornirii pompajului din epuismente. n acest caz a fost obinut o tasare maxim total (etapa de consolidare + etapa de pompaj) a fundaiei existente de 6.25cm, care se traduce ntr-o tasare suplimentar diferenial de 1.45cm.

    Figura 6.10. Nivelul apei subterane i eforturile hidrostatice cazul ncastrrii n argil

    7 CONCLUZII SI CONTRIBUII PERSONALE

    7.1. Concluzii

    Teza de doctorat abordeaz problematica interaciunii posibile dintre mediul construit n subteran (n special structuri de sprijin de tip perei ngropai, tuneluri, galerii de metrou,

  • 16

    fundaii) i apele subterane. Aceast problem se pune acut n mediul urban unde, pe lng faptul c resursele apei subterane sunt limitate, iar cererea este cu adevrat important, ciclul apei subterane este puternic perturbat de elementele specifice legate de urbanizare.

    Teza de doctorat a fost elaborat n cadrul proiectului de cercetare condus de UTCB Centrul de cercetare n Ingineria Apelor Subterane Conf. Radu Gogu, intitulat Platform de gestiune a apei subterane n mediul sedimentar din zona urban, acronim SIMPA, finanat de ANCS. Acest proiect are drept obiectiv principal mbuntirea cunoaterii geologice i hidrogeologice a sistemului acviferului Moesic (zona Bucureti), prin realizarea unei platforme de gestiune a datelor existente, a resurselor hidrogeologice din zona Bucureti. Lucrrile de cercetare, din care face parte i prezenta tez de doctorat, au fost elaborate n cadrul echipei Infrastructur a proiectului SIMPA.

    Pentru atingerea obiectivelor fixate au fost realizate urmtoarele activiti i au fost trase urmtoarele concluzii: 1. Realizarea unei sinteze bibliografice asupra modului de determinare a conductivitii hidraulice. n capitolul 3 a fost prezentat o sintez a metodelor curente de determinare i a fost realizat, de asemenea, o analiz a principalilor parametri de influen a valorilor determinate (ca de exemplu precizia msurtorilor, variabilitatea sau efectul de scar). 2. Atribuirea unor valori corecte pentru conductivitatea hidraulic pentru straturile litologice din zona Bucureti. Pentru a atinge acest obiectiv s-au utilizat numeroase date de arhiv din diferite amplasamente din zona Bucureti i s-au realizat i studii specifice, n cadrul tezei de doctorat, numai pentru caracterizarea din punct de vedere al coeficientului de

    permeabilitate.

    3. Dezvoltarea de tehnici de integrare a parametrilor hidraulici pornind de la date punctuale. In capitolul 4 sunt prezentate unele aspecte generale referitoare la metodele

    stohastice i geostatistice. 4. Sintez bibliografic asupra interaciunilor posibile ntre apa subteran i mediul subteran construit. n capitolul 5 al lucrrii de doctorat au fost trecute n revist diferitele interaciuni care pot aprea ntre apa subteran i mediul subteran construit. 5. Analiza interaciunii ap subteran mediu subteran construit cu ajutorul a 3 studii de caz. Pentru exemplificarea modului de analiz a interaciunii dintre apa subteran i diferitele construcii subterane, utiliznd date de tipul celor stocate pe platforma SIMPA, a fost analizat o zon din Bucureti de extindere mai redus (perimetru pilot), pentru care s-a dispus de date suficiente i care era interesant din punctul de vedere al interaciunilor posibile. Acest perimetru pilot este situat pe malul stng al rului Dmbovia, delimitat de obiectivele: Casa Radio, Catedrala Sf. Iosif, Hotelul Novotel, Baraj Operet i rul Dmbovia. In aceast zon exist influene din i nspre elementele din amenajarea rului Dmbovia, tunelul de metrou (existent i viitor) i pereii ngropai de susinere a excavaiilor. n capitolul 6 al tezei de doctorat sunt prezentate cele 3 studii de caz.

    7.2. Contribuii personale Principalele contribuii personale sunt:

    1. Realizarea unei sinteze bibliografice extinse asupra metodelor de determinare a conductivitii hidraulice, mpreun cu o analiz a diferitelor metode

    2. n cadrul proiectului Platforma de gestiune a apelor subterane din mediul sedimentar n zone urbane SIMPA al UTCB am participat la realizarea cmpului experimental din zona Complexului de Laboratoare Colentina unde am efectuat teste de pompare i ncercri de laborator.

    3. Analiza datelor de arhiv i a celor rezultate din ncercrile proprii pentru definirea celor mai bune metode de determinare a conductivitii hidraulice i pentru atribuirea unor

  • 17

    valori corecte ale acesteia n cadrul modelului hidrogeologic realizat n cadrul platformei

    SIMPA.

    4. Realizarea unei sinteze bibliografice amnunite i actuale asupra fenomenelor de interaciune dintre apa subteran i mediul subteran urban, n care au fost puse n eviden multiplele aspecte ale interaciunilor i modul n care acestea pot fi evaluate.

    5. Elaborarea unui model geologic i hidrogeologic pentru perimetrul pilot analizat 6. Analiza, interpretarea i utilizarea rezultatelor msurtorilor din teren n vederea calibrrii

    i validrii modelului matematic. 7. Modelarea matematic a interaciunii posibile dintre caseta Dmboviei i apa subteran, n

    4 variante de calul i analiza rezultatelor obinute. 8. Modelarea matematic a efectului existenei unei infrastructuri impermeabile (perei

    ngropai) asupra nivelelor apei subterane n zona Casa Radio pentru 3 variante posibile de lucrri de epuisment i de modelare i analiza rezultatelor obinute.

    9. Modelarea matematic n cuplaj hidro-mecanic a efectelor posibile ale lucrrilor de epuisment dintr-o incint i ale execuiei infrastructurii asupra cldirilor nvecinate i analiza rezultatelor obinute.

    8 BIBLIOGRAFIE SELECTIV

    1. Albu M. (1981) - Mecanica apelor subterane, Ed. Tehnic, Bucureti 2. Alyamani, M.S., Sen., Z.,(1993). Determination of hydraulic conductivity from complete

    grain-size distribution curves, .Ground Water, Vol.31, no. 4, pp. 551-555.

    3. Batali L., Marchidanu, E., Dimache, A., Iancu, I., Frunz, G. (2012) Probleme puse de interaciunea teren ape subterane lucrri de infrastructur n zone urbane, A XII-a Conferin Naional de Geotehnic i Fundaii, 20-22 sept. 2012, Iai

    4. Batali, L., Marchidanu, E., Dimache, A., Iancu, I., Frunz, G. (2012) Raport de cercetare Evaluarea interaciunii dintre apele subterane i lucrrile de infrastructur, n cadrul proiectului SIMPA, UTCB

    5. Chossat, J-C (2005) La mesure de la conductivite hydraulique dans les sols, Editions TEC&DOC, rue Lavoisier

    6. Dimache, A. et al (2010) Proiect parcaj NORD 7. Frunz G., Batali L. (2012) Evaluation of hydraulic properties of soils. Correlations

    between different methods. Application for Bucharest area, First International Conference

    for PhD students in Civil Engineering 4 7nov. 2012, Cluj-Napoca 8. Frunz, G., Iancu I. (2012) Modeling the influence of underground structures on

    groundwater flow, 3rd Young researchers Conference, 15-16 nov. 2012, published also in

    Scientific Journal of UTCB,special no. of Mathematical Modeling in Civil Engineering,

    vol. 8, dec. 2012

    9. Manea, S., Batali L. (2001) Mecanica pmnturilor. Elemente de teorie, ncercri de laborator, exerciii, Ed. Conspress, 201 p.

    10. Marchidanu, E. (1996) - Hidrologia n ingineria construciilor, Ed. Tehnic Bucureti

    11. Scrdeanu D., A. Gh. (2007) -. Hidrogeologie General. Ed. Universitii din Bucureti, 296 pag.

    12. UTCB (2007) - Studiu geotehnic Dambovia Center, calea Stirbei Vod 174-176 Bucureti

    13. UTCB (2010) Studiu geotehnic Catedrala Mntuirii Neamului 14. Vzquez-Su, E., Snchez-Villa, X., Carrera, J. (2005) Introductory review of

    specific factors influencing urban groundwater, an emerging branch of hydrogeology,

    with reference to Barcelona, Spain, Hydrogeology Journal (2005) 13: pp. 522-533