MEMORIU JUSTIFICATIV

Prin tema dată s-a cerut proiectarea unei stavile segment

cu dimensiunile 6.00x3.20 m pentru echiparea unui deversor.

Aceste dimensiuni de evacuator sunt tipice pentru râurile

interioare din România.

1. GENERALITĂŢI

1.1 STĂVILARE

Stăvilarele sunt baraje de mică înalţime care se

construiesc pe cursurile de apă in vederea ridicării nivelului

natural şi eventual a realizării unei acumulări. Ele asigură

captarea sau derivarea debitelor pentru uzine hidroelectrice,

pentru alimentări cu apă potabilă sau industrială, pentru

irigaţii, sau menţin în sectorul barat adâncimea necesară

pentru navigaţie. Cum debitele cursurilor de apă au variaţii

mari in timp, în perioadele de ape mari, stăvilarele trebuie să

aibă capacitatea de a le evacua făra ca nivelul maxim admis în

amonte să fie depăşit.

Prin ridicarea nivelului apei in lacul creat se reduce viteza

apei şi prin aceasta se micşorează si capacitatea ei de a

transporta aluviuni. O parte din aceste aluviuni se depun în

amonte de baraj, colmatând fundul lacului. De aceea la

anumite intervale de timp este necesar ca aceste depozite să

fie evacuate în aval, fără să se pierde însă cantităţi însemnate

de apă.

O altă funcţie pe care trebuie să o îndeplinească un

stăvilar este aceea de a evacua cu uşurinţă corpurile

plutitoare, aduse mai ales de apele mari, precum şi gheţurile

care apar in perioada de primăvară.

Ţinănd seama de necesitaţile de reglare a nivelului, de

evacuarea în condiţiile cele mai sigure a apelor mari, a

plutitorilor, a aluviunilor şi a gheţurilor, un stăvilar este

compus, în general din׃

-o parte fixă din beton;

-golirile de fund, sub formă de galerii prevăzute cu vane

pentru evacuarea depozitelor aluvionare;

-elementele mobile (stavile) pentru reglarea nivelurilor.

1.2 STAVILE

Stavilele sunt elemente mobile (în majoritatea cazurilor

metalice) utilizate în cadrul construcţiilor hidrotehnice pentru

închiderea şi deschiderea –parţială sau totală – a orificiilor

descărcătoare, în vederea reglării nivelului apei în bieful

amonte sau a debitului, pentru evacuarea plutitorilor,

gheţurilor şi a aluviunilor.

Stavilele unui baraj trebuie să asigure funcţiile arătate

atât în condiţii normale de exploatare cât şi in condiţii speciale.

Reglarea nivelului apei, ca şi descărcarea apelor mari, se

efectuează prin deschideri de diferite gradeale stavilelor. La

stavilele de tip ridicătorscurgerea apei se face pe sub corpul

lor, iar la cele de tip coborâtor, prin deversare.

Trecerea gheţurilor şi a corpurilor plutitoare se realizează

în condiţii mai uşoare la stavilele de tip coborâtor, la care se

poate crea lama deversoare de grosime corespunzătoare. La

cele de tip ridicător este necesară eliberarea întregii deschideri

prin ridicarea completă a stavilei, fapt care conduce la pierderi

importante de apă.

Evacuarea aluviunilor şi a corpurilor târâte pe fund se

face mai uşor la stavilele ridicătoare, care pot fi deschise

numai parţial. Manevra stavilei coborâtoare poate fi deranjată

de aluviunile care pătrund în nişele din radier sau în spaţiile

situate între ele si pile. Ca urmare, aplicarea stavilelor

coborâtoare este recomandată în cazul barajelor cu praguri

înalte, unde aluviunile numai au posibilitatea să pătrundă.

Clasificarea stavilelor׃

a) Clasificarea stavilelor după poziţia orificiilor

descărcătoare pe care le acoperă׃

-stavile de suprafaţă ce servesc pentru închiderea

orificiilor deversoare, în general nivelul superior al stavilei în

poziţie închisă se află deasupra nivelului apei în bieful amonte

cu circa 50 cm.

-stavile de adâncime (vane) care servesc pentru

închiderea orificviilor de adâncime (goliri de fund, prize), la

vane nivelul superior în poziţie închisă se află sub nivelul apei

din bieful amonte.

b) Clasificarea stavilelor după destinaţia lor׃

-stavile principale folosite în timpul exploatării

construcţiilor hidrotehnice

-stavile de reparaţii şi avarii utilizate pentru închidera

provizorie a orificiilor descărcătoare pentru a se face revizii şi

reparaţii.

-stavile de construcţie folosite pentru închiderea orificiilor

numai în perioada executării nodului hidrotehnic.

c) Clasificarea stavilelor după materialele din care sunt

alcătuite׃

-stavile metalice

-stavile din lemn

-stavile din beton armat.

d) Clasificarea stavilelor după forma lor׃

-stavile plane

-stavile segment

-stavile cilindrice

-stavile sector

-stavile clapetă

-stavile acoperiş (ferme hidraulice).

Alcătuirea generală a unei stavile segment.

Stavilele segment sunt utilizate atât ca stavile de

suprafaţă cât şi ca vane. Suprafaţa de reţinere a apei (tăblia)

este cilindrică având sectiune în formă de segment de cerc.

Sistemul de rezistenţă este format din grinzi secundare care

reazemă pe cadre metalice alcătuite din rigla cadrului si

braţele de sprijin. Împingerea apei este preluată de braţele de

sprijin şi transmisă la pile prin intermediul articulaţiilor de

sprijin. La manevrare, stavilele segment descriu o mişcare de

rotaţie în jurul axei ce trece prin articulaţiile de rezemare.

Stavilele segment sunt mai simplu de manevrat decat

stavilele plane, necesitând forţe de ridicare mult mai mici. Sunt

folosite numai ca stavile principale, neputând fi utilizate ca

stavile de reparaţii sau în perioada executării construcţiei.

Deschiderile deversoare ce pot fi obturate cu aceste

tipuri de stavile pot ajunger la 35÷40m, iar înălţimile de

retenţie pot ajunge până la maxim 14÷15m.

Stavila segment este alcătuită, în principiu, din trei părţi

principale׃

-partea mobilă compusă dintr-o tăblie curbă rigidizată cu

nervuri şi sprijinită pe longeroni şi antretoaze, care reazămă la

rândul lor, pe cadre principale, prinse articulat pe reazeme. La

manevrare partea mobilă descrie o mişcare de rotaţie în jurul

articulaţiilor de rezemare.

-partea fixă a stavilei este alcătuită din piesele încastrate

în beton pentru fixarea articulaţiilor de rezemare, piesele

încastrate pentru rezemarea etanşărilor, protejarea muchiilor

nişelor etc.

-dispozitivele de manevrare a stavilei segment cuprind

tiranţii de ridicare, mecanismele de ridicare şi dispozitivele de

acţionare a mecanismelor. Mecanismele de ridicare pot fi

staţionare (trolii, prese hidraulice cu ulei) sau mobile (macarale

portal, poduri rulante) atunci cand deservesc mai multe stavile.

Legătura stavilei cu mecanismele de ridicare se realizează prin

intermediul tiranţilor, care pot fi flexibili lucrând numai la

întindere sau rigizi atunci când lucrează la întindere şi la

compresiune.

Partea mobilă a stavilei segment este compusă din׃

-tăblia stavilei executată de regulă din tablă groasă din

oţel (curbată) si mai rar din dulapi din lemn sau din lemn

stratificat presat cu răşini sintetice.

-nervurile de rigidizare a tablei, se fac din corniere sau

alte profile laminate.

-longeronii sunt grinzi alcătuite din profile laminate sau

cu secţiune compusă, aşezate orizontal în lungul stavilei,

longeronii marginali sunt denumiţi׃ grindă de creştet şi grindă

de fund.

-antretoazele (montanţi) se pot alcătui sub formă de

grinzi din profile laminate, grinzi cu secţiune plină (diafragme)

sau grinzi cu zăbrele; sunt aşezate vertical, transversal stavilei.

-cadrele principale de rezemare, formate din rigla

cadrului şi braţele de sprijin –stâlpii cadrului, preiau presiunea

apei transmisă de antretoaze şi o transmit, prin intermediul

articulaţiilor de rezemare la pile si culeei.

-contravântuirile transversale au rolul de a asigura

rigiditatea stavilei şi de a uniformiza încărcarea cadrelor.

Contravîntuirile transversale pot avea si rol de antretoaze în

cazul antretoazelor grinzi cu zăbrele.

-contravântuirea longitudinală realizată de obicei ca

grindă cu zăbrele, rigidizează stavila în lungul ei şi preia

greutatea proprie a stavilei.

-articulaţiile de reazem transmit la pile si culeei

reacţiunile cadrelor principale şi asigură mişcarea de rotaţie a

stavilei.

-dispozitivele de etanşare opresc trecerea apei prin

golurile dintre partea mobilă a stavilei şi infrastructură.

-dispozitivele de agăţare a stavilei care asigură legarea

părţii mobile a stavilei de tiranţii de ridicare.

-contragreutatea prevăzută la unele stavile segment

pentru a reduce forţa de ridicare a stavilei.

Forţele care acţionează asupra stavilelor.

Pentru dimensionarea elementelor de rezistenţă a

stavilelor trebuie să se ia în considerare toate forţele care pot

apare în timpul exploatării construcţiilor hidrotehnice. Acestea

sunt următoarele׃

-greutatea proprie a stavilelor

-presiunea hidrostatică şi hidrodinamică a apei

-presiunea valurilor

-presiunea statică şi dinamică a valurilor

-presiunea aluviunilor depuse în faţa stavilelor

-forta din variaţiile de temperatură

-presiunea vântului

-forţe de frecare la reazeme şi etanşeizări (apar la

manevra stavilei)

-forţe ce apar în cazul modificării condiţiilor de sprijinire a

stavilelor

-forţe ce apar în timpul montajului si reparaţiilor

-forţe seismice׃ presiunea seismică a apei, forţa de inerţie

în masa stavilei.

Aceste forţe se clasifică, în funcţie de durata şi frecvenţa

lor, in 3 grupe de încărcări׃

a) Încărcări fundamentale care acţionează permanent sau

se repetă des şi în mod regulat în timpul exploatării

construcţiei.

b) Încărcări accidentale care acţionează temporar, cu

frecvenţă mică

c) Încărcări extraordinare care acţionează foarte rar sau

au, uneori, caracter catastrofal.

Dimensionarea stavilelor se face în cele mai defavorabile

situaţii, analizându-se posibilităţile de simultaneitate a

diverselor încărcari.

Calculul şi alcătuirea constructivă a elementelor de

rezistenţă ale stavilei.

În proiectarea stavilei segment se consideră stavila

descompusă în elementele care o alcătuiesc (tabla, lonjeroane,

antretoaze, cadre de rezemare), fiecare dintre acestea lucrând

independent. Elementele se dimensionează ca sisteme plane

independente. Se face şi verificarea la conlucrarea tablei cu

grinzile şi antretoazele scheletului de rezistenţă.

Tăblia se execută, de regulă, din tablă de oţel curbată, ca

formând o suprafaţă cilindrică circulara. Raza de curbură se

alege între limitele

r=(1,2÷2)Ham

Pentru determinarea grosimii tablei nu se ia in

considerare efectul favorabil al curburii, razele de curbură

având valori mari. Tabla stavilelor segment are, în mod

obişnuit, grosimea cuprinsă între limitele 8÷16mm.

2. DESCRIEREA STAVILEI SEGMENT

Stavila analizată face parte din ansamblul unui stăvilar

utilizat pentru râurile interioare din România, cu dimensiunile

stabilite în funcţie de debitele deversate. Este o stavilă

segment simplă alcătuita dintr-un singur panou, , fiind o stavilă

de suprafaţă ridicătoare.

Dimensiunile principale ale stavilei concepute sunt׃

-înălţimea stavilei 3.20m

-deschiderea 6.00m

-înălţimea de retenţie 3.15m.

Stavila segment este caracterizată de faptul că singura

deplasare posibilă este ridicarea corpului lor, prin rotirea în

jurul articulaţiilor. Ea permite evacuarea debitelor de viitură şi

spălarea luviunilor de fund, nu poate regla cu precizie nivelul

amonte, iar pentru evacuarea corpurilor plutitoare şi gheţii

trebuie să elibereze întreaga deschidere.

Tabla de retenţie are grosimea de 10mm, este curbată cu

o rază de 7,00m şi este rigidizată cu lonjeroni şi diafragme

sudate.

Longeronii sunt alcătuiţi din profile U20, iar diafragmele

din tablă de 10mm grosime. Diafragmele sunt aşezate simetric

faţă de axa de simetrie verticală a stavilei.

Platelajul stavilei reazemă pe doua cadre de rezistenţă cu

braţele de sprijin oblice şi articulate in culeele stăvilarului.

Riglele sunt alcătuite sub formă de grinzi cu inimă plină,

iar braţele de sprijin sunt alcătuite din profile I36.

Stavila s-a verificat la presiunea apei corespunzătoare

nivelului normal de retenţie (înălţimea coloanei de apă 5,25m).