Alegerea profilului constructiv al barajului de pamant

Alegerea profilului constructiv al barajului de pamant

Materialele locale care pot fi folosite la constructia barajelor si anexelor care se gasesc de obicei in vecinatatea amplasamentului barajului, sunt diferite pamanturi si materiale din piatra. Aceste baraje sunt caracterizate prin simplitatea constructiei si prin costul relativ redus, nu necesita tehnologii costisitoare, nu folosesc materiale deficitare si sunt in general solutia optima din punct de vedere tehnico-economic.

Barajele de pamant sunt construite din nisipuri, nisipuri argiloase, argile nisipoase , argile si pietrisuri. Corpul barajului poate fi construit dintr-un singur fel de material sau din amestecuri, astfel zonate incat sa asigure etanseitatea si rezistenta lucrarii. Sectiunea transversala a barajului este de obicei trapezoidala, cu taluzurile amonte si aval line, rezultate din conditiile de stabilitate.

Barajele de pamant se pot executa practic, pe orice teren de fundatie, cu exceptia malurilor foarte curgatoare, a terenurilor cu materiale foarte solubile in apa, a straturilor groase de turba sau a rocilor cu proprietati mecanice extrem de neuniforme.

Daca materialul de umplutura este uniform si asigura prin calitatile proprii rezistenta si etanseitatea profilului, barajul este de tip omogen. Daca profilul barajului este realizat din materiale diferite, care asigura etanseitatea (ecrane sau nuclee de argila, beton, metal, etc.) si respectiv rezistenta (nisipuri, pietrisuri), barajul este de tip neomogen.

Un baraj de pamant trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii principale pentru a fi stabil:

Sa nu existe pericolul de deversare a apelor peste coronament

Curba de depresiune sa fie situata cat mai jos posibil si in interiorul paramentului aval

Paramentul amonte sa fie stabil la scaderea brusca a nivelului in lac

Pantele taluzurilor sa fie stabile, cu un coeficient de siguranta satisfacator in orice ipoteza

Taluzurile amonte si aval sa fie suficient de line, astfel ca eforturile provocate de umplutura in fundatie sa fie mai mici decat cele de care aceasta este capabila, asigurandu-se un coeficient de siguranta satisfacator

Sa nu existe posibilitatea de trecere libera a apei din amonte inspre aval

Sa se asigure pe parcursul curentului de infiltratie viteze suficient de reduse pentru a nu se antrena materialul din care se compune barajul sau fundatia lui

Paramentul amonte sa fie bine protejat impotriva actiunii valurilor, iar cel aval impotriva actiunii ploilor

Presiunea apei din pori in timpul constructiei barajului si la goliri bruste ale lacului sa fie mai mica decat valorile care ar periclita stabilitatea lucrarii.

Materialul din care este construit barajul are o serie de caracteristici cum ar fi:

Porozitatea (n) - raportul dintre volumul golurilor si cel total al unei probe de pamant

Cifra porilor - raportul dintre volumul golurilor si volumul plinului (fazei solide) al probei ;

Umiditatea pamantului (w) - raportul dintre greutatea apei din pori si greutatea partii solide

Greutatea specifica

o     In stare uscata

o     In stare umeda (normala)

o     In stare imersata

Permeabilitatea pamanturilor - proprietatea acestora de a lasa apa sa curga prin porii sai

Sectiunea transversala a unui baraj de pamant este de forma trapezoidala cu paramenti avand una sau mai multe inclinari. Pantele rezulta in functie de inaltimea barajului, de caracteristicile pamantului precum si de rezultatul calculului infiltratiilor si stabilitatii. Pentru baraje cu inaltimi mari se ajunge la pante in amonte de 1:3 . 1:4 iar in aval la 1:2 . . 1:3,5, realizandu-se chiar taluzuri frante. In special pe taluzul aval in punctele de schimbare a pantei sau la distante de 25-40 m pe verticala se prevad berme orizontale prevazute cu rigole pentru colectarea apelor de ploaie. Pentru protejarea taluzului impotriva siroirii apelor de ploaie se prevede si inierbarea acestuia.

Prin tema de proiect s-a considerat ca barajul este omogen din pamant cu coeficientul de permeabilitate     [cm/s] si avand o inaltime constructiva de 57 m.

Barajul de pamant va avea paramentul amonte frant, cu pantele 1:3,5 si 1:4 iar paramentul aval va fi prevazut cu 2 berme de 3 m si pantele 1:2 , 1:2,5 si 1:3,5. Sectiunea transversala este prezentata in planul 8.1. Latimea coronamentului este B = 9 m.

Calculul infiltratiei prin corpul barajului de pamant

Pentru calculul infiltratiei s-a folosit metoda Pavlovski. Aceasta presupune ca miscarea apei de infiltratie este permanenta, plana si laminara.

Pentru rezolvarea problemei se introduc patru necunoscute: q, h, s si a₀. Corpul barajului se imparte in trei zone: zona prismului amonte, zona centrala si zona prismului aval.

Astfel se obtin trei ecuatii din conditiile de curgere in cele trei zone, iar a patra ecuatie este obtinuta din conditii geometrice rezultand un sistem de patru ecuatii cu patru necunoscute.

In efectuarea calculului s-a considerat o panta medie rezultata din media ponderata a pantelor taluzului.

Deoarece pe taluzul aval avem doua berme de cate 3 m fiecare, vom recalcula panta taluzului aval tinand cont de cele doua berme:

Zona 1

Zona 2

Ecuatia suprafetei libere :

Zona 3

Zona 3 se imparte in 2 subzone:

Din conditiile geometrice rezulta ecuatia:

Avem sistemul de ecuatii:

Se egaleaza ecuatia (2) cu (3) si rezulta:

Introducem (4) in (5)

Egalam (1) cu (3):

Rezolvarea ecuatiei (6) se face pe cale grafica reprezentandu-se functiile A(a₀) si B(a₀) pentru diverse valori a₀. La intersectia celor doua curbe se gaseste solutia ecuatiei. Cu valoarea a₀ gasita se determina s, h si in final debitul infiltrat q. Rezultatele obtinute sunt prezentate in tabelul 9.1.:

Tabelul 9.1. Calculul infiltratiei

Cu ajutorul tabelului 9.1. putem reprezenta grafic cele doua variatii conform figurii 9.1.

Figura 9.1. Reprezentarea grafica A(a ) si B(a

Solutia este:

Putem determina suprafata libera a infiltratiei in zona 2 cu ajutorul ecuatiei , prin calculul coordonatei z in functie de x. Calculul este prezentat in tabelul 9.2.

Tabelul 9.2. Calculul suprafetei infiltratiei in zona 2

Infiltratia calculata pentru fiecare din zonele mentionate este:

In Planul P-9.1. este prezentat profilul barajului de pamant si curbele de infiltratie pe fiecare zona.