sisteme de etansare si drenaj la baraje
TRANSCRIPT
Sisteme de etansare si drenaj la baraje
A. Lucrari de etansare si drenaj in terenuri stancoase
Sistemul voal de etansare – retea de drenaj
Functiile principale ale voalului de etansare :
Micsorarea debitelor de infiltratie din lac
Reducerea subpresiunilor pe talpa de fundatie a barajului
Diminuarea riscului de antrenare hidrodinamica a fractiunilor fine de roca
Orientarea cat mai favorabila pentru constructive a fortelor hidrostatice si hidrodinamice
din apa infiltrate prin terenul de fundare
Functii ale retelei de drenaj :
Reducerea presiunilor din fisurile sau porii rocilor si pe talpa de fundatie a barajului
Drenarea apei care circula prin masa rocii reducand umiditatea ei si marind coeficientii
de frecare de-a lungul fisurilor sau faliilor
Prevenirea antrenarii particulelor fine de roca atunci cand drenurile sunt prevazute cu
filtre inverse
Controlul functionarii si a stabilitatii fizico-chimice a voalului
Voalurile de etansare se impart in :
Frontale – realizate de obicei in zona piciorului amonte al barajului
De larg (de versanti) – situate in afara constructiei si au rol de etansare a chiuvetei lacului
Voalurile de etansare se realizeaza prin forarea unor gauri adanci si injectarea lor la presiuni
ridicate.
Drenarea terenului de fundare se realizeaza prin unul sau mai multe randuri de foraje sau prin
galerii de drenaj.
Conceptii de proiectare privind voalurile de etansare
1. Voalul de etansare se extinde in adancime si lateral pana in zona unde roca neinjectata
indeplineste criteriul de 1 Lu ( debitul de apa pierdut pe 1 ml de foraj sub o presiune de
apa de 10 atm, timp de 10 minute nu depaseste 1 l/min).
2. Cele mai multe din perdelele de etansare realizate in conditii de roca normal sunt
alcatuite dintr-un rand de foraje situate la 3..6 m distant, functie de rezultatele probelor de
injectare. In zonele cu pierderi mai mari, unde distantele intre foraje descresc la 0.5..1 m
si absorbtiile sunt inca mari se prevad doua sau mai multe randuri de perdele.
3. Directia forajelor este in mod obisnuit vertical, dar in rocile cu sisteme de rosturi, cu
fisuri cu orientari dominante, forajele se recomanda sa intersecteze aceste sisteme cu
unghiuri mai mari de 300 astfel incat sa fie penetrate cat mai multe discontinuitati,
raportate la unitatea de lungime de foraj.
4. In rocile cu permeabilitati aleatorii, asa cum sunt calcarele carstice sau domolitele se
recomanda executarea voalului din galerii distantate la 20..30 m in elevatie.
5. Dupa practica Americana dispunerea forajelor trebuie sa fie astfel incat baza voalului de
etansare sa se situeze in planele vertical prin piciorul amonte al barajului.
6. Adancimea voalului este puternic influentata de caracteristicile racii din terenul de
fundare si de sarcina hidraulica :
i. In terenuri de fundare dense, rezistente, adancimea voalului poate varia
intre 0.3 .. 0.4 din sarcina hidraulica
ii. In terenuri de fundare slabe voalul va fi mai profund, putand ajunge la
dancimi de circa 0.7 din sarcina hidraulica.
B. Lucrari de etansare si drenaj in terenuri pamantoase
Problemele ridicate de terenurile de fundare aluvionare sunt legate de :
Compresibilitate ridicata
Capacitate portanta scazuta
Infiltratii ( pierderi de apa, presiunea apei in pori, eroziunea subterana sau
de suprafata)
Masurile constructive menite sa limiteze infiltratiile prin terenurile de fundare constau in
lucrari de etansare, prelungirea drumului de infiltratie, lucrari de drenaj, lucrari pentru reducerea
presiunilor.
1. Voaluri de etansare prin injectii
Variatia pronuntata a granulometriei si porozitatii terenurilor aluvionare exclude posibilitatea
utilizarii la injectarea lor a unor suspensii obisnuite ( instabile ) cu ciment sau chiar cu argila.
Aceste suspensii prezinta dificultati de aplicare din cauza :
Volumului de goluri care este mult mai mare decat in cazul fundatiilor stancoase
Posibilitatii relative usoare de comunicare intre goluri, fapt ce face ca suspensia sa se
raspandeasca intr-o zona mai mare decat cea dorita.
Existent unui current subteran de apa, current ce poate spala suspensia ce se injecteaza.
In timpul operatiunii de forare trebuie prevazute masuri special pentru mentinerea peretilor
forajului ( tehnica tubajelor forate, utilizarea de noroi de foraj).
Rezultate bune dau :
o Injectiile cu amestecuri din argila – ciment – bentonita la care se adauga diferite
adaosuri si reactive in functie de conditiile locale.
o Gelurile argiloase si silico-gelurile.
Dupa practica Americana, in formatiunile cu apa curgatoare, unde injectiile cu ciment nu dau
rezultate din cauza ca apa spala suspensia inainte de intarirea ei, se practica injectii cu asphalt
fierbinte. Dup ace curgerea apei este stopata, injectarea poate continua cu amestecurile obisnuite
de ciment sau ciment – argila.
In mod usual voalurile de etansare sunt realizate din mai multe randuri, distant intre foraje
variind intre 2 si 4 m. Grosimea voalului (numarul de randuri) descreste reptat in adancime si la
versanti in zonele din vecinatatea coronamentului.
In practica europeana si japoneza voalul de etansare se executa dintr-o golire realizata la baza
elementului de etansare. Desi galeria scumpeste lucrarea, prezenta ei este de dorit deoarece
permite un control direct al comportarii lucrarii si lucrari de injectare in caz de necessitate.
2. Ecrane de etansare
Ecranele de etansare sunt pereti continui realizati prin umplerea cu material impermeabil a unor
transei sapate in material necoezive (pereti mulati).
Sprijinirea peretilor transeii se face cu noroi bentonitic.
Materialul de umplere poate fi constituit din beton obisnuit, beton argilos, argila, etc.
Adancimea obisnuita la care se executa ecranele de etansare este cuprinsa intre 25 si 40 m.
Etapele de lucru pentru executarea unui perete mulat :
Turnarea ghinzilor de ghidaj
Executarea sapaturii sub protectia noroiului bentonitic
Montarea cofrajelor de rosturi intre panouri
Betonarea panoului
Extragerea cofrajului de rost
In tehnologia de executie a peretelui din panouri, ordinea de betonare a panourilor paote fi unul
dupa altul sau alternative, din doua in doua.
Cofrajul de rost este constituit dintr-un tub metallic avand diametrul egal cu grosimea ecranului,
care se extrage dupa intarirea betonului proaspat turnat.
O alta varianta tehnologica presupune turnarea peretilor continuu, fara rosturi. Materialul sapat in
anumite conditii pate fi folosit la prepararea betonului sau gel-betonului pentru peretele continuu.
3. Ecrane de etansare subtiri ( membrane )
Tehnologia de executie consta in infigerea unei grinzi metalice I sau dublu T si apoi extragerea ei
simultan cu injectarea de mortar in spatial ramas liber. La fiecare noua infigere se taie minim 15
cm din marginea sectiunii déjà injectate in vederea eliminarii eventualelor discontinuitati ale
ecranului. Metoda da rezultate deosebite in rocile cu granulatie marunte, sensibile la vibratii
(nisipuri, pietrisuri nisipoase, pietrisuri marunte), cu granule ce nu depasesc 90 .. 120 mm.
Grosimile obisnuite ale acestor ecrane sunt 8 – 10 cm iar adancimile de 8 – 12 m.
Fluidul de injective are scopul atat de umplere a spatiului ramas liber prin extragerea treptata a
grinzii metalice cat si de umplere a porizitatilor din teren si de lubrefiere a peretilor taieturii.
4. Pinteni de etansare
In amplasamentele in care stratul de roca impermeabila se gasesc=te la o adancime relative
redusa fata de nevelul terenului ( max 10 – 15 m ) o solitie frecventa de etansare a stratului de
fundareconsta din prelungirea pana la stratul impermeabil a elementului de etansare al corpului
barajului. In acest scop se sapa transee deschisa pana la cota stratului impermeabil care apoi se
umple cu material de etansare.
5. Avantradiere
In amplasamentele unde stratul impermeabil se gaseste la mare adancime, o solutie posibila
pentru lungirea drumului liniilor de current este prevederea unui covor etans in prelungirea
elementului de etansare ( nuclee, masca ) din corpul barajului.
Lungimea recomandata in mod obisnuit a avantradierelor este de 6 .. 8 ori inaltimea de retentive.
Grosimea avantradierului depinde de presiunea apei si de natura terenului de fundare. O formula
uzuala pentru calculul grosimii in metri a avantradierelor din material pamantoase (d) are forma :
unde l este lungimea in metri a avantradierului in lac.
Lungimea necesara a avantradierului se poate deduce prin calcul, punand conditia ca la iesire
viteza apei de infiltratie sa fie inferioara vitezei critice de antrenare a particulelor, sau ca debitul
specific de infiltratie sa fie limitat.
6. Ecrane din palplanse
La alegerea acestui tip de ecran trebuie cunoscuta foarte bine natura terenului de fundatie. In
terenuri ce contin bolovani mari palplansele nu pot fi batute.
Exista pericolul ca in timpul baterii, unele palplanse sa devieze de la directia de batere vertical si
sa se creeze astfel o deschidere subterana foarte periculoasa pentru stabilitatea fundatiei, din
cauza concentrarii infiltratiilor.
Pentru mai multa siguranta, la unele baraje se recurge la baterea a doua randuri de palplanse,
distantate la 3..4 m. Dupa batere, spatial ramas liber se injecteaza cu suspensie de ciment sau
argila.
Sisteme de drenaj
Pe langa prevederea unui contur subteran adecvat al fundatiei, in majoritatea cazurilor se iau
masuri si pentru drenarea fundatiei. Aceasta are rolul de a reduce subpresiunile, iar in cazul
terenurilor permeabile de a conduce pe drumuri precise debitul de infiltratie, in scopul lumitarii
pericolului de afuiere.
Drenarea se poate realize principial in 3 maduri :
Cu filtre invese si galerie de descarcare
Cu covor de filtre
Cu foraje de drenaj
Sistemul cu filtre inverse si galeria de descarcare prevede in fundatia barajului o galerie
longitudinal care comunica cu terenul de fundatie si se descarca spre aval prin conducte
transversal.
Sistemul cu covor de filtre prevede un strat drenant imediat sub fundatia barajului, prin care apa
infiltrate se scurge in mod direct in aval sau iese prin orificii de drenaj prevazute in stratul de
protectie din aval.
Sistemul cu foraje de drenaj se foloseste in cazul unor terenuri de fundare stancoase si prevede
un ecran de injectii in amonte si o serie de foraje in roca pentru drenarea apei pe care o
evacueaza printr-o galerie longitudinal, cu descarcari transversal.
Drenarea fundatiei are si un efect defavorabil, conducand la cresterea gradientilor de presiune si
deci a vitezelor de infiltratie. Pentru a preveni efectele negative ale maririi vitezelor de infiltratie
(afuierea) se prevad filtre inverse cu rol de a impiedica iesirea din teren a particulelor fine.
Alte tipuri de drenuri folosite in mod special la barajele de zidarie sau de zidarie si anrocamente :
In rambleu
Combinate, in transee si rambleu
Orizontale
Verticale
Cilindrice
Triunghiulare
La barajele de anrocamente si mixte ( de piatra si pamant ) pentru drenare se prevad straturi de
piatra sau filtre inverse din nisi psi pietris, asternute la baza.
Filtrele asezate sub forma de straturi drenante, dispuse pe treimea sau sfertul aval al unui baraj
omogen, coboara linia de infiltratie din corpul barajului.
Uneori filtrul se aseaza si pe taluzul amonte, cu rol de a-l proteja la o coborare brusca a nivelului
apei.
Stratul filtrant poate fi ridicat in corpul barajului, cu rol de a intercepta linia de infiltratie.
Cand stratul filtrant se aseaza de o parte si de alta a samburelui impermeabil, el are rolul de a
proteja nucleul impotriva spalarii prin antrenarea materialului. Daca filtrul se plaseaza intre
umplutura si fundatia argiloasa, el are rolul de a accelera procesul de consolidare al fundatiei.
Filtre inverse
Asigurarea constructiilor hidrotehnice impotriva fenomenului de antrenare hidrodinamica se
poate face prin :
1. Micsorarea gradientului hydraulic, si prin aceasta, micsorarea fortei specific a curentului
– masuri ce au drept scop lungirea drumului parcurs de apa prin pamant ( a liniilor de
curent ).
2. Micsorarea pierderilor de sarcina hidraulica in zonele periclitate si prin aceasta
micsorarea presiunilor interstitiale ale apei – realizarea practica a acestei idei se face prin
intermediul filtrelor inverse
Filtre inverse : mai multe straturi granulare suprapuse, cu permeabilitatea crescatoare in
sensul de curgere. Reprezinta cel mai utilizat mijloc de protective fata de antrenarea
hidrodinamica.
In mod obisnuit filtrele inverse se realizeaza din :
Nisipuri, pietrisuri
Zguri granulare, sortate, de furnal si termocentrala
Material organice ( tulpini de in , paie )
Material sintetice ( Geotextile )
Un bun filtru invers trebuie sa indeplineasca simultan doua criterii :
o Criteriul de filtrare – dimensiunile particulelor sa fie astfel incat porii rezultati sa
nu permita antrenarea particulelor materialului protejat si a se evita , astfel,
colmatarea acestuia :
D15F ≤ 4 D85P
o Criteriul de permeabilitate – sa fie de Fs ori mai permeabil decat pamantul pe care
il protejeaza:
D15F ≥ 4 D15P
unde :
D15F – diametrul particulelor materialului filtrant, corespunzator procentajului de 15 %
de pe curba granulometrica. La protejarea pamanturilor coezive, D15F nu trebuie sa fie mai mic
de 0.1 mm
D15P, D85P – diametrul particulelor pamantului protejat corespunzator procentelor de 15
si 85% de pe curba granulometrica.
Ulterior, in urma cercetarilor efectuate, criteriile de permeabilitate si filtrare devin :
La stabilirea granulometriei pentru drenurile sau saltelele drenante de la piciorul aval al
taluzurilor/barajelor s-au utilizat urmatoarele criterii combinate :
Filtre inverse cu granulometrie neuniforma
o Particule de forma rotunjita ( material rulat )
o Particule cu forme colturoase ( piatra sparta )
Filtre cu granulometrie uniforma, realizate prin sortarea materialului
Etape pentru determinarea unui filtru posibil pentru un pamant dat prin curba sa granulometrica :
1. Se traseaza curba granulometrica medie a pamantului de protejat.
2. Se determina diametrele D15P si D85P, corespunzatoare procentelor de 15 % si
respective 85 % din curba granulometrica a pamantului de protejat.
3. Se determina punctele aflate la distantele 5 D15P si respective 5D85P, de punctele
corespunzatoare de pe curba granulometrica a pamantului si punctual aflat la 25D50P.
4. Se prezinta pe diagrama punctual ce reprezinta valoarea minima a lui D85F ≥ 2lf sau
D85F ≥ dg unde lf reprezinta latimea fantelor iar dg reprezinta diametrul golurilor
circulare ale tuburilor de drenaj, astfel incat particulele filtrului sa nu infunde perforatiile
tuburilor de drenaj.
5. Orice material granular care are o curba granulometrica aproximativ cu aceeasi forma ca
pamantul protejat si care se incadreaza in limitele : a<D15F≤b ; D85F ≥ c ; D50F ≤ d
poate constitui un bun material pentru filtru.
Limitarea dimensiunilor particulelor mari din stratul filtrant este impusa de dimensiunea
golurilor in cazul folosirii tuburilor perforate. In acest caz D85 al materialului din filtru trebuie sa
fie mai mare decat dublul dimensiunii golurilor.
Cand filtrul este multistrat, determinarea granulometriei unui strat ulterior ca pozitie se
realizeaza prin acelasi procedeu, considerand stratul filtrant anterior ca material de protejat.
Filtrele inverse se realizeaza de regula din 3 – 4 straturi.
Utilizarea filtrelor din geotextile pentru executia drenurilor sau saltelelor drenante constitue o
solutie moderna, fiind mai putin restrictive in alegerea umplutrii din corpul drenant si necesitand
mai putina manopera decat realizarea filtrului classic.
o Criteriu de filtrare :
o Criteriu de permeabilitate :
unde :
D95 – se refera la dimensiunile porilor geotextilului
d10, d50, d60 – diameter din curba granulometrica a pamantului protejat
corespunzatoare fractiilor de 10%, 50% si 60%.
Capacitatea de drenaj a unui geotextil se verifica prin relatia :