Calculul barajelor de greutate - presiunea hidrostatica

CALCULUL BARAJELOR DE GREUTATE

. GREUTATEA PROPRIE

Este influentata cu deosebire de greutatea specifica a agregatelor -. a cimentului, de dozajul de ciment, raportul apa/ciment, de faptul daca betonul este uscat sau saturat de apa etc. Greutatea volumetrica a beto­nului in fazele de verificare a proiectului poate fi luata de 2-2,4 t/m³.

Italienii propun pentru calculele preliminare y_b (greutatea volume­trica a betonului) o valoare de 2,35 t/m³; americanii propun 2,4 t/m³; Romania intre 2,35-2,5 t/m³. Riguros stabilirea i, se face pe probe luate in conditiile de santier. Greutatile echipamentelor electro-mecanice ale podurilor si diverselor anexe, se recomanda sa se includa in *_tb, avand ca rezultat economic de beton golurile unde sunt montate.

. PRESIUNEA HIDROSTATICA

Presiunea hidrostatica are cele doua componente - orizontala si verticala (fig. 34).

in care :

H este inaltimea apei in fata barajului;

h - inaltimea apei in aval de baraj;

1/X_X si l/X - inclinarile taluzurilor exterior si interior;

y - greutatea specifica a apei - 1 t/m³

Nivelul de apa se ia cel normal de retentie, pentru calculul in condi­tii de exploatare. Pentru conditii exceptionale de ape mari se ia nivelul maxim extraordinar. Diferenta intre cele doua conditii este de 5 - 10 m. mai ales cand debitele evacuate sunt mari si capacitatea de atenuare a lacului este mica.

. PRESIUNEA HIDRODINAMICA

Aceasta presiune apare la trecerea apei peste profilul deversorului. Pentru calculul presiunii asupra barajului, incluzand si presiunea dinamica data de viteza se considera 3-7-5-2 - , corespunzatoare liniei energe­tice [34] - figura 35.

Daca s-ar tine seama riguros de repartitia presiunii in momentul dever­sarii, diagrama presiunii ar fi 5-4-3-2- (figura 35) dar aceasta di­fera neesential fata de cea reiesita din calcul. Analitic, presiunea P₀ are forma:

Presiunea dinamica calculata astfel, este mai mare decat presiunea statica. Diferenta aceasta este de cele mai multe ori neglijata (1-2%) exceptand barajele putin inalte, cu inaltimi mari ale lamei deversante. Presiunile sau depresiunile care actioneaza in timpul deversarii apei, pot fi stabilite prin incercari si similitudine, pe modele hidraulice.

SUBPRBS1UNEA

Actiunea de jos in sus a apei. care se infiltreaza, prin fisurile din roca de fundatie sau prin interspatiile necimentate dintre baraj si fundatie (roca). in Franta, Elvetia, Italia, aceasta subpresiune se calculeaza in baza unei diagrame triunghiulare (fig. 36). Se admite ca in aval, coloana de apa yh actioneaza neredusa de-a lungul intregii fundatii, peste ea suprapunandu-se o diagrama liniara cu valoarea m y{H ~ h) in amonte si "0' in aval (cazul cu nivel de apa in aval);

Cand in aval^ nu exista apa yH dispare. Relatiile de calcul au forma:

m - coeficient de subpresiune - are valori de la 0 - 1. Elvetienii il evalueaza la 0,7-0,8.

Creager, apreciaza, coeficientul ,,m', functie de
caracteristicile rocii, sistemul constructiv practicat si inaltimea barajului ^:

In Romania, la Portile de Fier, coeficientul de subpresiune s-a studiat pe modele hidraulice, aplicandu-se Legea lui Darcy (V = KJ), stabilita in anul 1856.

Instructiunile tehnice Departamentale din 1965 facute de I.S.P.H. (Institutul de Studii si Proiectari Hidroenergetice) recomanda distributia triunghiulara si coeficientul m - 0,5- 0,75._>

. PRESIUNEA IN PORI

Porozitatea betonului permite infiltrarea apei prin porii liantului. Coeficientul cu care este afectata presiunea hidrostatica din amonte are expresia:

m = aS, in care :

a - reprezinta volumul agregatelor dintr-un metru cub de beton;
P - porozitatea liantului.

,,a' se stabileste prin scaderea dintr-un metru cub de beton a volu­mului ocupat de apa si ciment

a = 1 - (A Ic f 0,32) C, in care :

A/C este raportul apa/ciment :

C - dozajul de ciment (t/m³);

S (porozitatea liantului) se determina cu relatia :

Din aceste calcule numerice a rezultat valori ale lui "m' pentru corpul barajului cuprinse intre 0,3 si 0,5. (mai reduse ca cele de la 18.4)

. PRESIUNEA ALUVIUNILOR

Aceasta presiune depinde de unghiul de frecare interioara a aluviu­nilor ; unghiul de frecare dintre aluviuni si baraj; greutatea volumetrica a aluviunilor; starea de saturatie cu apa; inclinarea paramentului amonte al barajului; panta fundului lacului de acumulare etc.

Presiunea unitara (P_al) pe verticala, la baza unui strat cu h_ah adan­cime, este :

Pai = rai Ki,    in care : f_al = y_al - y(l - n) - greutatea volumetrica a aluviunilor in apa ; Y»i - greutatea volumetrica a aluviunilor uscate; Y - greutatea volumetrica a apei; n - porozitatea aluviunilor.

Obisnuit ,,y_ai' are valori intre (1,3 - 1,8) kN/m³, iar ,,n' are valori cuprinse intre 10-30%

9 este unghiul de frecare, interioara a aluviunilor; h - adancimea la care se calculeaza presiunea pe un metru liniar de baraj.

. PRESIUNEA VALURILOR

Marimea acestei presiuni este functie de lungimea valului, inaltimea lui si inclinarea paramentului, dinspre apa a barajului.

in cazul paramentului amonte vertical sau cu inclinari mai mari de 1/1, presiunea suplimentara exercitata de val (P_mi) se determina cu re­latia :

2h este inaltimea medie a valului;

h₀ - suprainaltarea medie a valului fata de nivelul normal; a - intensitatea presiunii valului la adancimea H a apei in fata barajului, la contactul cu fundatia barajului.

Prof. I. Manoliu [24] recomanda formula lui Andreanov, stabilita pe baza observatiilor din lacurile de acumulare Vig si Onega si anume:

1h V Z)'², in care:

V este viteza vantului (m/s);

D - fetch (calea vantului) - intinderea de apa pe care bate van­tul (Km); 2/i - inaltimea valului (m). Formula este aplicabila pentru: 3 Km < D < 30 Km si V = 5 - 15 m/s.

in timpul perioadei de agitatie, nivelul mediu al undei valurilor este ceva mai ridicat decat nivelul apei linistite. in acest fel, inaltimea crestei valului, deasupra nivelului apei linistite, este ceva mai mare decat i/2 din inaltimea valului si se determina cu relatia:

m - - cu valori intre 0,05 si 0,15;

L

L = 1/2 din lungimea valului.

Dupa normele americane, inaltimea valului se poate calcula functie de lungimea libera (D) de bataie a vantului la oglinda apei (fetch) si de viteza vantului masurata la 10 m deasupra apei (fig. 37).

inaltimea valului (hv) corespunde unei asigurari de 15%. Pentru hv corespunzatoare altor asigurari de calcul, se propune de R. Priscu , multiplicarea acestei hv din grafic cu un coeficient K_p.

Pentru calculul fetch-ului, dupa aceleasi norme americane, se propune sa nu se ia distanta maxima pe oglinda apei de la baza pana la malul opus, ci o medie ponderata a fetch-urilor posibile, in limita unui unghi de 45° de o parte si alta a distantei maxime:

D_{ este distanta pana la malul opus, masurata pe o directie ce face

unghiul 0,. cu distanta maxima; % - unghiul dintre directia (i) si directia distantei maxime;

n min = 10 - 15.

Viteza vantului, deasupra apei, este mai mare decat cea de deasupra valului.

Supraialtarea oglinzii apei (h₀), urmare a bataii vantului si a for­marii valului, se stabileste cu formula:

V_m este viteza medie a vantului (Km/h); D - fetch-ul (Km);

H_m - adancimea medie a apei in lacul de acumulare pe directia fetch-ului (m).

. FORTEI SEISMICE

Barajul se considera legat rigid de fundatie, cutremurul producand in bara] forta de inertie de sens contrar sensului acceleratiei seismice.

Forta datorita inertiei masei proprii se deduce din produsul dintre masa barajului si acceleratia cutremurului:

a este acceleratia cutremurului;

M - masa barajului.

C_g se aplica in centrul de greutate al profilului de baraj solicitat (fig. 38) si poate fi dirijata orizontal sau vertical, functie de directia de acceleratie.

Formulei C_g = aM, i se aplica o corectie functie de natura rocii de fundatie si de rigiditatea structurii.

Deci, formula devine C_g = <xaM, in care:

a = 0,5 pentru terenuri tari, sanatoase ;

a = 2,0 pentru terenuri necoezive, slabe. La barajele zvelte si chiar pentru cele masive dar inalte, se majoreaza C_g calculat cu 30 - 50%.

Datorita inertiei masei de apa, presiunea acesteia variaza functie de z (fig. 38); Westergaard propune, pentru cele doua ipoteze (eliptica si parabolica a incarcarilor] urmatoarele relatii:

Pentru repartitia parabolica

C_a este presiunea suplimentara totala;

Cp si C    - coeficienti care au dimensiunile unei greutati specifice; H - inaltimea totala a barajului (m) ; T - perioada vibratiilor seismice (s).

Pentru barajele de inaltime medie se poate lua C_/)=0,830 si C_e-0,G&). in America, normativele de proiectare, recomanda formula lui Zangar in evaluarea presiunii suplimentare la baza barajului.

p_c - C_h X a X f X H, in care'.

C_b este coeficient adimensional ce depinde de distributia si marimea presiunilor. C_b -    este un coeficient functie de inclinarea paramentului, prezentat in figura 39.

La cote superioare fundatiei, la adancimea ,,Z' sub planul de apa, coeficientul C_b se stabileste cu expresia:

C_m este valoarea maxima a lui C, rezultata din figura 39 pentru panta V a paramentului amonte.

Presiunea suplimentara C_a totala are valoarea:

C. = 0,726 p_cH, si se aplica la 0,243 H de la baza profilului.

Fortele de inertie stabilite ar putea fi de cateva ori mai. mari daca perioada' oscilatiilor'barajului ar fi egala cu aceea a cutremurului (cazul fenomenului de' rezonanta). Pentru T (perioada vibratiilor seismice) = 1 s si lungimi ale lacului L > 1 Km, inaltimea barajului la care ar putea sa apara fenomene de rezonanta este mai mare de 300 m. in cazurile curente nu se face verificarea perioadei proprii de oscilatie a barajului.

. LICHEFIEREA NISIPURILOR LA ACTIUNI SEISMICE

Solicitarile seismice determina cresterea presiunii apei din pori in pamanturile necoezive, saturate si ca urmare, reducerea capacitatii acestor pamanturi de a prelua eforturi de forfecare.

O constructie fundata pe un teren care s-a lichefiat se va cufunda sau se va ridica pana cand eforturile de forfecare din terenul de fundatie vor fi devenit mai corespunzatoare rezistentei la taiere, reduse.

Un taluz lichefiat va curge pana la o panta stabila care poate fi de numai cateva grade.

in depozitele orizontale, nisipul lichefiat se poate ridica la supra­fata terenului prin crapaturile existente sau aparute prin dislocarea in momentul lichefierii Apar vulcani sau furunculi de nisip izolati sau aliniati in lungul fisu­rilor.

Aceste fenomene sunt deseori insotite de inundarea temporara a terenurilor, tasnirea apei cu amestec de nisip pana la 2-3 m deasupra nivelului terenului, alterarea conditiilor de sol prin afanarea sau indesa-rea sa.

Fundatiile de suprafata se taseaza, de obicei, apreciabil in urma lichefierii terenului de fundare si deci a pierderii capacitatii lui portante. Astfel ca degradarea structuriloi poate fi datorata exclusiv tasarilor dife­rentiale, efectul fortelor dinamice nemanifestandu-se asupra constructiei insasi.

Fundatiile pe piloti pot suferi, in urma lichefierii terenului, rotiri si deplasari importante de ordinul metrilor.

Atkinson considera ca permeabilitatea este unul din factorii de baza ce conditioneaza lichefierea. Daca nisipul are o permeabilitate mare, permite drenarea libera, presiunea din pori se poate disipa usor,neproducandu-se fenomenele de lichefiere. in consecinta,un.factor.tot atat de impoitant ca si jiermeabilitatea pentru favo^rizarea lichefierii il
constituie grosimea masei de nisip si conditiile de margine din punct de vedere al drenarii.

31. ALCATUIREA BARAJELOR IN ARC. INJECTAREA ROSTURILOR

Barajele arcuite sint structu­ri de rezistenta care prin forma lor de bolta preiau spatial impingerea hidro­statica, greutatea proprie si alte incarcari pe care le transmit catre versanti si catre baza in roca de fundare.

in figura 1. sunt ilustrate mai multe scheme de alcatuire structurala a barajelor arcuite. Cea mai frecventa este structura monolita realizata din ploturi ale caror rosturi se injecteaza (fig. a). Structura cu rost peri-metral (fig.b), aplicata initial de constructorii italieni, asigura o libertate mai mare de deplasare a structurii, eliminind eforturile de intindere de-a lungul nasterilor amonte caracteristice structurilor monolite. Structura alcatuita din arce orizontale articulate in soclul din versanti (fig. c) asigura comparativ cu solutia precedenta o 'libertate sporita de deplasare a structurii. intr-o astfel de alcatuire structura practic nu simte con­tractiile de intarire a betonului, variatiile termice sau tasarile terenului de fundare.

Sistemul cu rost partial perimetral sau orizontal limiteaza fenomenul de decomprimare a stincii la piciorul amonte al barajului prin eforturile verticale de intindere care apar in zona inferioara la paramentul amonte al barajului (fig. d). Sistemul cu arce plonjante exemplificat prin solutia aplicata la barajul Kurobe (H = 186 m, Japonia) este tipic amplasamentelor in care roca de fundare la nivelul coronamentului este de calitate mai slaba(fig. e). Arcele plonjante si rosturile deschise de la coronanament asigura transmiterea incarcarilor pe arce catre zona cu roca de calitate buna.

Schema cu inchidere in versanti a barajului la partea superioai prin celulei de greutate este tipica amplasamentelor in care valea se largeste foarte mult in zona coronamentului (fig. f). in vaile cu rigole de eroziune adinci se poate aplica o schema de baraj rezemat pe un soclu de inchidere a rigolei de eroziune (fig. g). in versantii cu pachete de roca de suprafata degradate, traversati de falii active, se pot aplica solutii speciale de transmitere a incarcarilor catre zonele de roca buna prin pereti (fig. 4.h) sau coloane forate.

Rosturi de contractie si injectarea lor. in practica curenta barajele ar­cuite se construiesc din ploturi independente separate prin rosturi radiale de contractie distantate la circa 10 15 m in sectiunea mediana prin plo­turi. Rosturile de contractie in cazul barajelor arcuite au un caracter provi­zoriu, deoarece in final ele se injecteaza pentru realizarea structurii mono­lite a barajului.

Variantele constructive de realizare a rosturilor sint: duble - largite, joantive poligonale si joantive drepte (fig. 4.176). Rosturile duble-largite au efecte favorabile insemnate asupra racirii naturale a betonului din corpul

ploturilor, dar complicatiile tehnologice ulterioare si necesitatea cofrarii de doua ori a aceluiasi rost nu recomanda aceasta solutie. Barajele moderne sint realizate cu rosturi joantive.

Rosturile joantive asigura inca din faza de constructie rezemarea re­ciproca a ploturilor, si deci adoptarea unor structuri economice, cu sur­plombe relativ pronuntate. Racirea betonului se face insa in conditii mai grele, la grosimi ale barajului mai mari de 12 15 m poate apare necesara racirea artificiala.

Rosturile de contractie sint prevazute in amonte si in aval cu dispozi­tive de etansare care au un rol dublu: de a opri infiltratiile de apa si de a asigura etanseitatea rostului pentru lucrarile de etansare. De asemenea sint prevazute etansari orizontale care fragmenteaza rostul in cimpuri de in­jectare avind inaltimi de 12 20 m. Etansarea amonte se poate face cu tola de cupru de 1,5 2,0 mm grosime, cele aval si orizontale cu tola de tabla zincata. La barajele construite in ultimele decenii ben­zile de PVC de etansare au inlocuit celelalte sisteme fiind mai ieftine si mai usor de. pus in opera.

in rosturi se dispun instalatiile de injectare. Ele cuprind rampele de injectare si dispozitivele de evacuare a apei si a aerului din rost in timpul injectarii.

Rampele de injectare sint constituite din conducte cu 0 1,5 2,0' prin care se pompeaza suspensia de ciment in cimpurile de injectare. Injec­tarea propriu-zisa se face cu ajutorul mansoanelor si clapetelor montate cit mai uniform pe rampe, revenind un manson sau o clapeta pentru fiecare 5 15 m² de rost. Dispozitivele de evacuare a apei si a aerului din rost se prevad la partea superioara a cimpurilor de injectare. Practic ele sint niste fante extinse pe toata latimea cimpurilor care pot fi cofrate cu aju­torul unui furtun de cauciuc mentinut plin cu apa in timpul betonarii la­melei aferente. La lucrarile mai noi evacuarea apei si aerului se face prin simple foraje orizontale executate in planul rostului de pe paramentul aval sau din galerii.

Injectarea se executa pe cimpuri (etaje) de jos in sus. Injec­tarea unui cimp cuprinde urmatoarele etape: punerea sub presiune cu apa si verificarea etansarii rosturilor, injectarea propriu-zisa, spalarea instalatiilor pentru a face posibila reinjectarea.

Toate rosturile unui cimp se injecteaza simultan pentru a realiza o incar­care uniforma a barajului. Rosturile care nu pot fi injectate sint tinute sub presiune cu apa, urmarindu-se acelasi regim al presiunilor ca si la rosturile de injectare.

Presiunea maxima de injectare conform practicilor internationale se li­miteaza in general la 7 at. Injectarea efectiva se desfasoara in doua faze: prima consta din umplerea cu suspensie a rostului, operatie executata cu pauze de 20 30 minute, pentru sedimentarea suspensiei, iar a doua din injectarea sub presiune pina la obtinerea refuzului. Refuzul, dupa practica din Romania, se considera obtinut atunci cind la presiunea maxima de in- . jectare pierderile pe un cimp nu depasesc.0,2 1,0 1/5 min. Suspensiile au succesiv urmatoarele trepte de consistenta exprimate prin raportul a/c: 5/1, 3/1, 2/1 si 1/1.

Cimpul superior celui aflat in injectare se recomanda a fi sub presiune de apa pentru a asigura o deschidere corespunzatoare a rosturilor. Experi­mentele au aratat ca deschiderea minima a rosturilor pentru a putea fi injec­tate cu suspensii fine trebuie sa fie de minimum 0,4 mm.

Dupa practica internationala, cimenturile utilizate pentru suspensii trebuie sa fie de rezistente initiale mari si de mare finete astfel incit 100% din granule sa treaca prin sita de 0,15 mm si 95% prin sita de 0,08 mm. in Romania s-au utilizat insa cu bune rezultate cimenturi cu finete normala.

Prin injectare se obtine structura monolita a barajului si se ingheata starea de eforturi existenta in structura nemonolitizata. Intervalul minim de timp intre betonarea ploturilor si injectarea rosturilor dintre ele trebuie sa fie de 6 8 luni pentru consumarea fenomenelor de contractie si degajarea caldurii de hidratare a cimentului. in momentul injectarii rosturile trebuie sa prezinte deschideri maxime, iar betonul din ploturi sa fi atins o tempera­tura cit mai joasa, in mod ideal situata cu (1 2)°C sub temperatura medie anuala.

Instalatii de injectare

Instalatiile de injectare cuprind elementele de fragmentare a rostului in campuri de injectare, rampele de injectare si instalatiile de evacuare a apei si a aerului din rost in timpul injectarii. Pentru a se limita fortele importante care actioneaza pe fetele rosturilor in momentul injectarii si pentru a asigura un control mai bun al executiei, rosturile sint impartite in campuri de injectare etanse. Etansarile orizontale se executa din tola de otel in forma de Z, sau din benzi de PVC; ele limiteaza inaltimea campurilor la 10 20 m.

Pentru presiuni de injectare mari este indicat ca inaltimea campurilor sa fie stabilita prin calcule. Desi campurile sint limitate, fortele care actioneaza pe fetele rosturilor in timpul injectarii sint considerabile, putand atinge valori de mii de tone. Aplicandu-se pe fetele radiale ale ploturilor, presiunile de injectare dau o rezultanta dirijata catre amonte, care pune in pericol in special stabilitatea ploturilor marginale, puternic surplombate.

Injectarea se face cu ajutorul mansoanelor si clapetelor, la care suspensia este adusa prin conducte de alimentare. Indiferent de tip sau de dimensiuni, acestea. au functia unor supape care asigura admisia suspensiei de ciment in rost, fara a permite circulatia din rost in afara. In mod normal se prevede un manson sau o clapeta de injectie pentru fiecare 5 15 m2 de rost.

In ceea ce priveste dispozitia conductelor de alimentare cu suspensie (rampele) si a mansoanelor si clapetelor, se utilizeaza mai multe sisteme. Pentru barajele de inaltime rnedie si mica, rampele se dispun orizontal si injectarea se face de la paramentul aval.

Este indicat ca rampele sa aiba asigurata circulatia continua a suspensiei de ciment sisa existe o panta catre aval pentru a fi posibila spalarea dupa injectare, in vederea unor eventuale reinjectari. Distanta dintre rampele dispuse orizontal este de obicei de 2 4 m.

La paramentul aval se prevad scari, pasarele, sau dispozitive mobile, pentru a asigura accesul lucratorilor la fiecare rampa.

32. DETERMINAREA INCARCARILOR CARE ACTIONEAZA ASUPRA BARAJELOR IN ARC

Solicitarile exterioare si interioare care actioneaza asupra unui baraj arcuit sint in general identice cu cele indicate pentru barajele de greutate. in cazul bara­jelor arcuite insa, unele dintre acestea joaca un rol secundar, iar altele, au efecte hotaritoare asupra comportarii statice.

Greutatea proprie

Greutatea proprie joaca un rol important in comportarea barajelor arcuite, in special in cazul barajelor de greutate in arc. Starea de efort generata in structura de greutatea proprie echilibreaza tensiunile provocate de presiunea hidrostatica si de celelalte sarcini.

Cind barajul se construieste din ploturi independente, separate prin rosturi largite care se betoneaza ulterior, exista timp suficient pentru producerea deforma-tiilor sub efectul greutatii proprii numai dupa verticala. Eforturile corespunzatoare se determina considerind ca greutatea proprie se atribuie exclusiv consolelor. La fel se poate proceda si in cazul barajelor cilindrice sau foarte apropiate de o forma cilindrica, unde contractia dupa turnare face ca rosturile verticale dintre ploturi sa fie deschise in marea majoritate a cazurilor.

Daca programul de executie prevede injectarea unora dintre cimpurile inferioare in timpul betonarii, zona injectata capata caracter de monolit. Greutatea proprie a partii de baraj betonata ulterior injectarii este preluata in zona injectata atit de console cit si de arce. Acest fenomen nu trebuie neglijat in calcul .

Multe dintre barajele arcuite moderne au o forma plonjanta spre aval, pe toata inaltimea sau de la un anumit nivel, urmarind sa utilizeze efectul greutatii apei din amonte si sa asigure un atac convenabil al versantilor. Tendinta de deformatie spre aval face ca rosturile verticale sa nu mai fie deschise in timpul executiei, com-pensind contractia. Pe de alta parte, multe baraje nu se mai realizeaza cu rosturi plane radiale, rosturile fiind rotite, cu redane, sau elicoidale, in care caz ploturile nu mai actioneaza independent pina la injectare. Repartitia greutatii proprii este in aceste cazuri mult diferita de cea rezujtata in ipoteza ploturilor independente, aportul elementelor orizontale in preluarea ei avind un rol tot atit de insemnat .

in sfirsit, modul de preluare a greutatii proprii, chiar in cazul barajelor plon-jante spre aval, este diferit in cazul vailor inguste fata de cazul vailor largi. La pri­mele, cea mai mare parte a greutatii proprii este transmisa la versanti, pe cind la celelalte, greutatea se transmite aproape integral in zona albiei.

2 Presiunea hidrostatica

Presiunea apei este forta principala care actioneaza asupra unui baraj arcuit. Ea actioneaza normal pe paramentul amonte, dupa principiile cunoscute din hidro­statica. Cind exista nivel de apa in aval, se considera si efectul acestuia, fiind in

general favorabil. In cazul unei curburi verticale mai accentuate, presiunea hidro­statica are componente orizontale si verti­cale atit in amonte cit si in aval (fig. 3-55). Considerind numai componenta ori­zontala si admitind impartirea barajului in arce si console, diagrama de presiune este alcatuita din doua parti: o parte care revine consolei fictive si o alta parte care revine arcelor componente situate la di­verse cote (fig. 3-56). Din cauza rigidi­tatii lor, arcele superioare se supraincarca, usurind consolele. Ele joaca rolul unui reazem elastic si, din aceasta cauza, con­solele se deformeaza deasupra punctu­lui N ca si cind ar fi impinse dinspre aval spre amonte. Fata de coronament,

punctul N se gaseste in mod obisnuit la o adincime egala cu aproximativ a treia parte din inaltimea barajului.

Daca se ia in consideratie comportarea de ansamblu a structurii, tinind seama
de interactiunea completa dintre arce si console, presiunea hidrostatica este pre­
luata atit de arce si console cit si prin torsiune. In figura 3-57 este prezentata re­
partitia presiunii hidrostatice in diverse sectiuni ale barajului Negovanu, determinata
prin integrarea numerica a ecuatiilor diferentiale ale placilor curbe [18]. Este de
remarcat incarcarea preponderenta a arcelor pe toata suprafata barajului si efectul
torsiunii, foarte accentuat pe conturul barajului.

in cazul barajelor cu curbura verticala pronuntata nu trebuie neglijata nici componenta verticala a presiunii hidrostatice. Ea se repartizeaza la rindul ei arcelor si consolelor, partea principala fiind insa preluata de console.

3. Subpresiunea

Subpresiunea si presiunea in pori, create de apele care se infiltreaza prin su­
prafata de fundatie, respectiv prin corpul barajului, au fost examinate, isi evaluate
in capitolul referitor la barajele de greutate. Pentru barajele arcuite,, aceste soli-
' citari nu au aceeasi importanta, ele fiind preluate de o structura care actioneaza
in spatiu si nu numai in planuri verticale. in mod obisnuit, subpresiunea nu se ia
in considerare la calculul unui baraj arcuit.

4. impingerea ghetii

impingerea ghetii, a carei evaluare este cunoscuta de asemenea, nu se ia in cons;derare decit in cazuri cu totul speciale.

5. Variatiile de temperatura

Variatiile de temperatura ale mediului exterior au efecte importante asupra ba­rajelor arcuite, provocind eforturi suplimentare de compresiune si tensiune. Starea de efort care se produce este o consecinta a faptului ca un baraj arcuit este o struc­tura hiperstatica, cu multiple legaturi, la care nu sint posibile deformatii libere. Dimensiunile transversale fiind reduse, variatiile de temperatura ale mediilor exteri­oare se propaga in baraj, producind variatii de temperatura ale betonului. Barajul este cu atit mai sensibil la solicitari termice cu cit dimensiunile lui sint mai reduse.

Prin betonarea si injectarea cu suspensie de ciment a rosturilor dintre ploturi barajul devine o structura monolita, iar, corespunzator momentului injectarii, betoanele au o anumita temperatura - temperatura de injectare. Cind temperatura mediului exterior variaza in functie de factorii climatici, va varia cu o anumita intirziere si temperatura betonului fata de temperatura de inchidere a rosturilor. , -Corpul barajului, fiind impiedicat sa se deformeze, este pus in stare de efort. Deoa­rece variatiile zilnice de temperatura nu se propaga decit pe o adincime de circa 30 cm de la paramente, in calculele statice nu se iau in considerare decit variatiile lunare, care se propaga pe adincimi de ordinul metrilor.

Problema determinarii solicitarilor termice de calcul comporta doua faze prin­cipale: cunoasterea si definirea cit mai exacta a variatiilor de temperatura ale me­diilor exterioare si calculul distributiei temperaturilor provocate in corpul bara­jului, determinind situatiile cele mai. defavorabile pentru structura.

Temperatura aerului are o variatie cosinusoidala in jurul unei valori medii anuale, pusa in evidenta de inregistrari meteorologice sistematice:

unde: Q_a - temperatura din aer la momentul t; 0" - temperatura medie 'anuala a aerului; A_a - amplitudinea oscilatiilor din aer; T - perioada unei oscilatii anuale (8 760 ore).

La elaborarea unui proiect de baraj mai important aceste date se precizeaza printr-un studiu special asupra regimului termic din amplasament.

Analizind variatiile temperaturilor medii lunare ale apei din lac in functie de adincime pentru o serie de baraje din Romania si din strainatate [17], se constata ca la diverse adincimi sub nivelul apei variatiile anuale ale temperaturilor pot fi inlocuite cu suficienta exactitate cu variatii cosinusoidale. Fata de variatia tempera­turii din aer apar diferente de faza, cu atit mai pronuntate ct cit adincimea este mai mare:

unde: 0; - temperatura din lac, la timpul t; ^

Q_t temperatura medie anuala a apei din lac;

A_t amplitudinea oscilatiilor din lac;

T - perioada unei oscilatii anuale (7/=8 760 ore);

B = 2n - - defazajul (radiani), in care D_t se introduce in aceleasi T unitati ca si T.

Pentru lacuri cu adincimea mai mare de 20 m, elementele caracteristice ale variatiilor de temperatura se pot defini analitic, la o cota z sub nivelul apei, dupa cum urmeaza [17]:

- Temperatura medie G, (fig. 3-58, a):

cu domeniul: 20 m ^ H ^ 60 m;

5 m < z < H.

Coeficientul k poate fi luat egal cu l,60^,cind adincimea lacului este mai mare de 60 m; de la aceasta adincime in jos temperatura apei este constanta si egala cu 4,5°C.

Tinind seama de conditiile la limita (13) si (14) solutia ecuatiei (18), dezvoltata in continuare de R. Priscu [17], este:

Q(x, t) =A(x) cos - + (pi(x) sin -'- + f₂(x) cos -- +

+ (p₂(x) sin    (- K₀x + K_v

T

Cu ajutorul relatiei (19) se poate determina repartitia temperaturilor in orice sectiune de grosime L, la un timp t ales arbitrar. Pentru usurinta calculelor statice, diagrama reala de repartitie a lui 0, de o forma oarecare, poate fi inlocuita cu o diagrama echivalenta liniara (fig. 3-60). Pentru ca efectele celor doua moduri de repartitie asupra deformatiei unui arc, sa fie identice, este necesar ca cele doua diagrame sa aiba aceeasi suprafata si aceeasi pozitie a centrului de greutate fata de axul sectiunii.

Diagrama liniara, admisa in mod curent in calculele statice, este constituita din o temperatura medie 0_m, uniform repartizata pe grosimea L si o diferenta de temperatura A9 intre extremitatile amonte si aval, polar simetrica in raport cu centrul sectiunii.

Temperatura medie corespunzatoare unui timp oarecare t se obtine din conditia de egalitate a suprafetelor celor doua diagrame. Valoarea de calcul a lui Q_m se sta­bileste determinind timpul t_m la care 0_m devine maxim. Expresia corespunzatoare este:

in cazul cind nu se tine seama de defazaj (p = 0) expresia are forma simpli ficata:

in formulele (20) si (21) semnul plus corespunde unei perioade calde, de ridi­care a temperaturilor peste temperatura medie, iar semnul minus corespunde unei perioade reci, de coborire a temperaturilor sub cea medie. Lacul poate fi plir (A_a =£ A,) sau gol (A_a = A,). Amplitudinile se introduc in calcul cu valorile lor abso­lute. Pentru calculele practice, coeficientul de reducere C_m se poate determina pe bazs diagramei din figura 3-61 in functie de valoarea (a) a coeficientului de difuzibilitate

Diferenta de temperatura dintre fetele amonte si aval se determina din conditie de egalitate a momentelor statice ale diagramei reale, respectiv ale celei de calcul.

in formula (22) semnul plus corespunde unei perioade calde, in care paramentul amonte este mai rece decit cel aval, iar semnul minus unei perioade reci, in care paramentul amonte este mai cald decit cel aval. Pentru ca A0 sa existe este necesar ca lacul sa fie plin (A_a =j= A_t). Pentru calcule practice coeficientul de reducere C_A se poate determina pe baza diagramei din figura 3-61.

Temperaturile de calcul se determina in modul urmator:

temperatura medie T este egala cu diferenta dintre valoarea temperaturii
medii a betonului 0_m si temperatura de injectare a rosturilor 9_;:

T=B"-Q_t;   

diferenta de temperatura AT este egala cu diferenta de temperatura A0
intre fata amonte si cea aval:

AT = A0.   

De retinut ca valorile calculate tinind seama de defazaj sint mai reduse decit * cele calculate neglijind acest fenomen. Rezulta ca un calcul termic mai exact conduce la eforturi mai mici, dind posibilitatea incarcarii structurii in mai mare masura cu alte solicitari [17].

6. Pesimizarea temperaturilor de calcul

intr-o lucrare uiai recenta [23] se evidentiaza faptul ca ipotezele clasice de in­carcare termica - rac plin si lac gol - nu conduc catre situatia cea mai dezavan­tajoasa pentru comportarea barajului. Efectuind, cu ajutorul unui calculator elec­tronic, operatii de "pesimizare' a incarcarilor din punctul de vedere al tempera­turilor de calcul, se evidentiaza ca defavorabile o anumita temperatura de inchidere a rosturilor si un anumit nivel in lac, care difera de cel maxim sau minim, admis in calcule in mod conventional.

7. Contractia si umflarea betonului

Contractia si umflarea betonului sint doua fenomene cu efecte contrare: primul, creat de racirea in timp a volumelor turnate, provoaca eforturi de tensiune; al doilea, creat de expansiunea betonului imbibat cu apa, provoaca eforturi de compresiune. in calculele statice cele doua fenomene se asimileaza cu o scadere uniforma de tem­peratura, respectiv cu o crestere uniforma de temperatura.

Cind barajul se construieste fara rosturi care sa atenueze efectele contractiei, scaderea echivalenta de temperatura se ia in mod conventional de (3 5)°C. Efec­tele umflarii fiind favorabile, ele nu se iau in considerare, raminind ca o rezerva de rezistenta a barajului.

8. Cutremurul

Cutremurul are efecte importante asupra barajelor arcuite, cu deosebire in partea lor superioara. incarcarile respective provin din inertia masei proprii si din inertia masei de apa retinute. Calculul se poate face static, evaluind fortele de inertie corespunzatoare masei betonului si presiunea suplimentara a apei (dupa cum se arata mai departe), sau dinamic, tinind seama de:

vibratiile structurii barajului dupa forme proprii de vibrare;

oscilatiile masei lichidului in jurul pozitiei de echilibru;

undele de compresiune tranzitorii provocate in masa lichida de deplasarile barajului;

vibratiile si deplasarile neuniforme ale terenului de fundatie si ale versan-tilor.

33. STABILITATEA CORPULUI SI A TALUZURILOR BARAJELOR DE ANROCAMENTE

Barajele de piatra rezista presiunii hidrostatice prin greutatea corpului lor, la fel ca barajele de greutate din beton. Barajele de piatra trebuie sa fie stabile la alu­necare in ansamblu, ca si fiecare taluz in parte. Stabilitatea taluzurilor trebuie asi­gurata, atit in timpul executiei, cit si in timpul exploatarii. Unghiul de inclinare aJ taluzurilor este determinat de urmatoarele elemente principale:

tipul si inaltimea barajului;

caracteristicile pietrei folosite si gradul de compactare al materialului;

incarcarile care actioneaza asupra taluzului.

Conditia de stabilitate la alunecare este data de relatia:

k_s ΣH=fΣV

in care:

k_s - coeficient de siguranta la alunecare;

ΣH - suma fortelor orizontale care actioneaza asupra barajului;

f - coeficient de frecare statica intre anrocamente si fundatie;

ΣV - suma fortelor verticale care actioneaza asupra barajului.

Pentru un baraj cu ecran, cu notatiile din figura 5-22,a, conditia de stabilitate la alunecare devine:

Considerind k_s = 1,5;/= 0,6; y_t = 1,8 t/m³ (greutatea volumetrica a anro-camentelor puse in opera), b/H -0,06, se obtine o panta a taluzului amonte (1/ctg a) in jur de 1: 0,5. Rezulta ca aceasta panta asigura stabilitatea barajului la alunecare pe un teren de fundatie stincos.

La un baraj cu diafragma (fig. 5-22, b), neluind in considerare impingerea anro-camentelor din amonte, conditia de stabilitate la alunecare devine:

Considerind aceleasi date ca mai sus, se obtine ctg α =1,28, adica taluzul aval nu trebuie sa aiba o panta mai mare de 1: 1,3. Rezulta ca barajele cu diafragma necesita un volum de anrocamente mai mare decit cele cu ecran, pentru ca apa nu contribuie la cresterea stabilitatii barajului printr-o componenta verticala ca in cazul ecranului si pentru ca partea din amonte de diafragma nu participa la stabi­litatea barajului la alunecare.

Mai greu de indeplinit in cazul barajelor de anrocamente este conditia de sta­bilitate a taluzurilor. Este cunoscut ca un material format din granule fara coeziune intre ele si aruncat in corpul unei umpluturi, se asaza dupa taluzul natural. Taluzul natural al unui material depinde de marimea granulelor, de forma lor, de modul de executie a umpluturii, de inaltimea umpluturii etc. Astfel, taluzul natural al blocu­rilor de piatra este mai mare decit al pietrisului (granulele fiind mai mari), cel al unei zidarii de piatra asezata este mai mai mare decit al unei umpluturi de anro­camente (executia fiind mai ingrijita). O umplutura executata cu taluzuri mai abrupte

decit taluzul natural al materialului din care se realizeaza este nestabila. La sarcini exterioare foarte mici, frecarea interioara dintre granulele materialului este depasita si echilibrul existent la un moment dat este deranjat, producindu-se prabusirea sau alunecarea taluzului.

, Taluzul natural al unei umpluturi de piatra neasezata (anrocamente) este de circa 1: 1,2 1: 1,4. Corpul unui baraj de piatra realizat dupa criteriul taluzurilor Rtabile, adica cu taluzuri egale sau mai line decit cele naturale, are o greutate suficient 'de mare incit sa fie stabil la alunecarea generala. Se recomanda ca raportul intre suma fortelor orizontale si suma fortelor verticale care actioneaza asupra barajului sa fie mai mic ca 0,30:

Corpul barajelor de anrocamente cu ecrane

Barajele de anrocamente, cu corpul realizat exclusiv din piatra aruncata, se executa cu taluzuri inclinate la pantele naturale: in aval 1: 1,2 1: 1,4, in medie 1: 1,3, in amonte ceva mai abrupte 1: 1,1 1: 1,3 (fig. 5-4; 5-18; 5-23).

Inclinarile mai mari ale fetei amonte se justifica prin aceea ca de obicei in aceasta zona se executa un strat de zidarie uscata sau cu mortar, ca pat pentru ecranul de etansare al barajului. Aceasta zidarie, impreuna cu ecranul, asigura stabilitatea talu-zului amonte. De cele mai multe ori pantele taluzurilor descresc de la coronament spre baza.

Folosirea pantei naturale la paramentul amonte al corpului de anrocamente constituie un avantaj insemnat pentru executia zidariei de sub ecran si a barajului in ansamblu. in acest caz, corpul se poate executa independent, iar zidaria dupa tasarea corpului. La barajele inalte, constructia acestei zidarii incepe dupa ce corpul a fost inaltat cu circa 25 m. La barajele executate in ultimii ani s-a renuntat la zidaria de sub ecran, ea inlocuindu-se cu anrocamente sortate, de dimensiune maxima in jur de 0,50 m, compactate mai ingrijit.

Paramentul aval ramine de obicei neamenajat. Executia unui strat de zidarie pe acest parament poate avea o justificare de ordin estetic. Uneori se prevad berme in aval, iar cind conditiile de fundare sint mai dificile poate fi necesara reducerea pantei pina la 1: 1,5 sau chiar la 1: 2.

in fiecare caz unghiul taluzului natural al anrocamentelor trebuie determinat experimental pe santier si, in functie de datele obtinute, se stabilesc inclinarile defi­nitive ale taluzurilor barajului.

Corpul barajelor de anrocamente, cu un raport intre baza si inaltime in jur de 2,75, prezinta in mod obisnuit un volum de goluri de 35 45 % din volumul geo­metric al barajului.

Corpul barajelor de anrocamente cu diafragme rigide

Un numar de baraje de piatra s-a executat cu elementul de etansare dispus- la mijlocul profilului si realizat din materiale rigide: metal, beton armat, lemn, sau com­binatii intre acestea.

Ca exemplu se citeaza barajul Conchos (Mexic) de 22 m inaltime, cu diafragma executata din celule de beton armat de forma eliptica. Grosimea celulelor la acest baraj este de 2 m, constanta pe toata inaltimea. in figura 5-24 se arata sectiunea tip prin baraj si detalii de diafragma.

In figura 5-25 se arata sectiunea tip prin barajul Oued Kebir (Tunisia), cu dia­fragma executata din bolti de beton armat de 2,20 m deschidere si cu grosimea cres-cind spre baza.

Barajele de piatra cu diafragma centrala rigida prezinta citeva dezavantaje importante si anume [4]:

materialul din amontele diafragmei se afla sub apa si nu contribuie la sta­bilitatea barajului;

deformatiile si tasarile umpluturii de piatra dau presiuni importante si neu­niforme asupra diafragmei, care sufera solicitari considerabile;

diafragma este inaccesibila, urmarirea comportarii sale si eventualele repa­ratii necesare fiind imposibile.

Numeroase avarii si distrugeri de baraje de acest tip, ivite in special din cauza cedarii diafragmelor, au determinat ca acest tip sa nu se mai aplice.

34. ELEMENTE DE ETANSARE PT CORPUL BARAJELOR DE PAMANT; FILTRE SI DRENURI

Generalitati

in cazul barajelor neomogene elementul de etansare al corpului barajului poate

fi asezat in amonte, numindu-se in acest caz ecran sau masca de etansare, sau poate l fi asezat in centrul profilului, numindu-se in acest caz nucleu, simbure, sau diafragma.

Din punctul de vedere al caracteristicilor elastice, elementele de etansare se gru­peaza in urmatoarele clase:

etansari elastice, formate din argila, covoare bituminoase etc.;

etansari semielastice, formate din tola metalica, beton bituminos, beton de pamint;

etansari rigide, formate din beton, beton armat, diafragme metalice.

Cele mai indicate pentru barajele de pamint sint etansarile elastice, care pot pre­lua deformatiile uneori mari ale corpului barajului. Folosirea ecranelor sau diafragme­lor rigide este conditionata de posibilitatea incastrarii la baza intr-o roca sanatoasa.

Din punctul de vedere al materialului de constructie folosit, elementele de etansare segrupeaza in urmatoarele categorii:

etansari din pamint natural;

etansari din beton de pamint sau hydraton;

etansari din beton sau beton armat;

etansari metalice;

etansari din materiale bituminoase;

etansari din folii de diverse materiale.

Etansari din pamint natural

in acest caz materialul cel mai folosit este argila, reprezentind o solutie buna si economica daca se gaseste in apropierea barajului.

Se considera bune in acest scop paminturile care indeplinesc urmatoarele cali­tati:

granulozitate: 10 50% din material sa aiba d < 0,002 mm, minimum 60% sa aiba d < 0,06 mm; fractiunea de pietris d > 20 mm se recomanda sa fie elimi­nata;

plasticitate > 30; limita de curgere < 80%, limita de plasticitate > 20%;

permeabilitatea sa fie cuprinsa intre 6 . IO'⁸ cm/s si 1.10~⁷cm/s.

sa nu contina humus, saruri solubile, radacini.

Grosimea ecranului sau simburelui de argila depinde de calitatea materialului intrebuintat si de inaltimea barajului.

in cazul unui ecran, grosimea la partea superioara este 0,75 1,00 m, iar la baza 1/4 1/8 din inaltimea barajului. Deoarece un ecran de argila dispus pe fata taluzului amonte poate fi usor spalat de apa, se prevede acoperirea lui cu un strat de protectie.

in figura 6-21 se arata alcatuirea ecranului la barajul Amecker. Se remarca acoperirea ecranului de argila cu un strat de 6 cm de asfalt.

Argila, ca material de etansare al corpului barajului, se asaza mai frecvent in centrul sectiunii, ca nucleu sau simbure.

Grosimea nucleului la partea superioara se alege de (1 3) m, functie de inaltimea barajului. Pentru permeabilitati ale materialului cuprinse intre 1.10 ~⁷si 6.10'⁸cm/s grosimea la baza a simburelui are valori de (1/3 1/4) H, unde H este inaltimea barajului. Sint si cazuri speciale cind grosimea la baza a simburelui atinge 1/1 si chiar 1,5/1 fata de inaltime.

Etansari din beton de pamint

in cazul cind in cariera nu se gaseste materialul argilos necesar pentru etansare, de calitatea si cantitatea corespunzatoare, se recurge la amestecarea paminturi-lor. Paminturile se amesteca in betoniere, realizind astfel un beton de pamint etans.

Compozitia amestecului este formata din pamintul local fara piatra mare, care se indeparteaza in prealabil si din argila in cantitatea necesara.

Prin adaugarea unor substante chimice in amestecul de pamint K. Keil a realizat un material numit hydraton, cu proprietati de etansare si prelucrare deosebite. Materialul are o permeabilitate de ordinul a IO'⁸ cm/s, rezistenta mare la taiere si o lucrabilitate deosebita. Hydratonul a fost folosit cu succes la barajul Kranzahl din R. D. Germana. Prin folosirea acestui produs, volumul elementului de etansare se reduce de aproximativ 10 ori.

33. Etansari din beton si beton armat

Etansarile din beton si beton armat se folosesc sub forma de ecrane la barajele cu tasari ulterioare mici. Ecranele de etansare realizate din beton simplu nu prezinta siguranta la fisurare si de aceea nu se recomanda.

Chiar atunci cind se foloseste betonul armat, se recomanda aplicarea acestei solutii numai la baraje de inaltime mica, la care eventuale scapari de apa prin rosturi sau crapaturi nu provoaca ruperea barajului. Lucrul acesta este valabil pentru bara­jele la care umplutura este alcatuita din nisip si pietris, care lucreaza ca un dren.

Grosimea ecranului la partea superioara se recomanda 15 20 cm, crescind cu 5 cm pentru fiecare 25 m inaltime. Armarea placilor se face cu o retea de otel-beton cu diametre de 15 20 mm la 30 50 cm distanta. Dimensiunea maxima a placilor se ia de 2,5 3,5 m cind se aplica rosturi simple etansate cu bitum, sau dimensiune mai mare, de 5 7 m, daca se executa rosturi etansate cu tola.

Sub placile de beton armat se asaza un strat drenant din nisip si pietris. Pentru a fi pro­tejata, placa de beton armat se dispune uneori in interiorul sec­tiunii, asa cum se arata in figura 6-23, b la barajul Stand-ford din S.U.A.

Betonul si betonul armat se folosesc mult mai des sub forma de simburi sau diafragme de etansare (fig. 6-24). Simburele este constituit dintr-o parte supe-

rioara mai subtire si dintr-un soclu, care se incastreaza in roca de baza.

Simburii de beton armat se armeaza pe cele doua fete cu otel-beton de diametre 12 15 mm, la 40 60 cm distanta. in profil longitudinal se prevad rosturi verti­cale de dilatare la 15 25 m distanta, prevazute cu puturi umplute cu bitum pentru etansare.

Fixarea rigida a simburelui propriu-zis de soclu se admite numai pentru inaltimi mici, de 15 30 m. Pentru inaltimi mai mari se prevad rosturi orizontale articulate, sau de alunecare.

in timpul tasarii, partile laterale ale barajului transmit prin frecare eforturi verticale mari, care trebuie preluate de catre soclu si transmise fundatiei. in timpul punerii sub sarcina, simburele este impins spre aval, solicitind astfel excentric so­clul. De aceea, soclul se construieste mai gros si de inaltime redusa. in interiorul soclului se prevede o galerie de drenaj si vizitare. Din interiorul galeriei se pot executa injectiile de consolidare si de etansare, concomitent cu ridicarea barajului.

La partea amonte a simburelui, care se vopseste cu bitum, se prevede un strat de argila pe toata inaltimea, pentru a opri infiltratiile prin eventualele defectiuni ale sale. La partea aval, un strat drenant asigura suplimentar stabilitatea, mentinind in orice conditii la uscat prisma aval a barajului.

Etansari metalice

Etansarile cu tola pe taluzul amonte, care se foloseau la barajele de anrocamente, sint mai putin aplicate la barajele de pamint, din cauza suprafetei mult mai mari a acestora. Tola de etansare trebuie prevazuta cu rosturi de dilatatie si protejata impotriva ruginirii. Pentru a putea vopsi tola dupa sudare si la partea interioara, la barajul Catamound tola s-a asezat la 1 m distanta de taluzul amonte, pe niste reazeme speciale. Dupa terminarea lucrarilor spatiul ramas a fost umplut cu grija. in partea inferioara ecranul este realizat din beton armat, care se racordeaza cu tola.Cind etansarea se realizeaza dintr-o diafragma metalica, aceasta se racordeaza la un soclu de beton, la fel ca diafragmele de beton sau beton armat. Un astfel de caz se arata in figura 6-26 la barajul Bever. De obicei, la partea amonte a diafragmei se prevede un strat de argila, iar in aval un strat drenant.

Etansari din materiale bituminoase

Asemenea etansari se aplica pe taluzul amonte sub forma de ecrane sau covoare bituminoase. in figura 6-27 se arata modul de alcatuire al unei asemenea etansari la barajul Genkeltal. Betonul bituminos este turnat in doua straturi: unul la suprafata, de 9 cm si celalalt la interior, de 6 cm. intre ele se gaseste un strat de 20 cm din piatra bitumata, de 4 7 cm [9].

La barajele de mica inaltime se pot folosi simple covoare asfaltice flexibile, care sint foarte etanse. Principalul dezavantaj consta in imbatrinirea lor in timp, acest fenomen fiind mai intens in zona de nivel variabil a apei din lac.

Etansari din folii

in practica etansarea cu folii din materiale plastice s-a aplicat in ultimii 15 ani. Cele mai utilizate sint foliile de polietilena sau de vinilin. Ele trebuie sa fie imper­meabile, rezistente, negelive, chimic inerte, stabile la actiunea caldurii si luminii si capabile de lipituri rezistente intre ele. Se folosesc atit ca izolari provizorii (de exem­plu la umpluturi de baraje care trebuie ferite de precipitatii atmosferice) cit si ca izolari definitive.

Pentru izolari cu caracter definitiv grosimea foliilor trebuie sa fie de minimum 0,10 mm. Ele se imbina prin lipire si sudare. Foliile de vinilin se lipesc mai usor, dar cele de polietilena sint mai rezistente la inghet-dezghet.

Foliile de materiale plastice se folosesc numai protejate intre straturi de nisip, pietris, dale de beton sau carton bitumat. in domeniul barajelor ele sint inca putin utilizate, datorita tendintei lor de imbatrinire mult mai rapida decit durata de functionare a constructiei si datorita dificultatilor de realizare a lipiturilor etanse.

Filtre si drenuri

in corpul barajului filtrele se asaza in mod diferit, dupa functiunea pe care trebuie sa o indeplineasca.

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 asaza si pe taluzul amonte (fig. 6-31, a), cu rolul de a-1 proteja la o coborire brusca a nivelului apei. Stratul filtrant poate fi ridicat in corpul barajului, cu rolul de a intercepta linia de infiltratie (fig. 6-31, b).

Cind stratul filtrant se asaza de o parte si de alta a simburelui 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 a fundatiei.

Pentru a indeplini functiunile aratate, stratul filtrant trebuie sa aiba o permea­bilitate mare si in acelasi timp sa nu permita antrenarea particulelor fine din materialul de baza protejat.

in privinta granulozitatii filtrului, recomandarile sint diferite. Filtrele se pot realiza cu o granulozitate uniforma, in acest caz recomandindu-se urmatoarea rela­tie de dimensionare:

unde F₅₀ si B_5a sint diametrele de ordonata 50% din curbele granulometrice ale materialului pentru filtru si ale materialului de baza. Aceste filtre sint mai scumpe,

necesitind o sortare deosebita a materialului.

Daca granulozitatea este neuniforma rapoartele sint diferite, pentru particule

rotunjite (material rulat) recomandindu-se relatiile:

recomandindu-se totodata ca materialele prea fine si cele mai mari de 65 mm sa fie eliminate.

Terzaghi recomanda relatiile:

Cind stratul filtrant inconjoara un dren perforat se recomanda ca diametrul maxim al gaurilor drenului sa fie mai mic decit F₈₆/2.

Din conditii constructive un strat filtrant trebuie sa aiba grosimea de cel pu­tin 25 cm.

Filtrul se realizeaza obisnuit din straturi succesive, fiecare strat fiind determinat dupa recomandarile de mai sus fata de stratul anterior, care devine strat de baza. Astfel se reduce foarte mult grosimea necesara stratului filtrant. in figura 6-32 se arata un filtru de tip Terzaghi, realizat la barajul Bou-Hanifia din patru straturi succesive.

La baza taluzului aval al barajului filtrul se opreste si reazema in general pe o prisma de drenaj din piatra. Aceasta prisma asigura in conditii bune evacuarea apelor infiltrate prin corpul barajului, fara ca stabilitatea taluzului aval sa fie peri­clitata, inaltimea optima a prismei este de 15 25% din inaltimea barajului, asi-gurind astfel interceptarea liniei de infiltratie (fig. 6-33, a). Daca in apropierea barajului nu exista piatra, volumul prismei se poate micsora, prevazind straturi filtrante fie pe taluz, fie in corpul barajului, pentru a indeparta linia de infiltratie de taluz (fig. 6-33, b).

Cind cantitatea de apa care trebuie evacuata este mare, se impune colectarea si evacuarea ei cu ajutorul unor tuburi metalice. O asemenea solutie s-a adoptat la barajul Serdis, drenat cu tuburi la baza taluzului aval (fig. 6-34).

Daca evacuarea libera a apei in aval, prin gravitatie, nu este posibila, se pom­peaza apa din puturi amenajate in acest scop sau din galerii colectoare.