barbulescu danut - rezumat

UNIVERSITATEA TEHNICǍ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI FACULTATEA DE HIDROTEHNICǍ

TEZǍ DE DOCTORAT (rezumat)

CERCETǍRI PRIVIND PROTEJAREA CU GEOMEMBRANǍ A

BARAJELOR DIN MATERIALE LOCALE ÎMPOTRIVA INFILTRAŢIILOR

Conducător ştiinţific prof.univ.dr.ing. Dan STEMATIU

Doctorand.ing. Dănuţ BǍRBULESCU

BUCUREŞTI 2011

Drd.ing. Dănuţ BĂRBULESCU REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT

2


3

Cuprins

I. İNTRODUCERE .............................................................................................

I.1. ACTUALİTATEA SUBİECTULUİ .............................................................. I.2. STADIUL PE PLAN MONDIAL ................................................................. I.3. PREZENTAREA SUCCİNTĂ A TEZEI PE CAPİTOLE .............................

II. CONCEPTE NOİ PRİVİND ALCĂTUİREA BARAJELOR CU ETANŞARE LA

PARAMENTUL AMONTE .....................................................................

II.1. CONSIDERAŢII GENERALE ................................................................ II.2. EXEMPLIFICǍRI ................................................................................... II.3. ALCǍTUIREA CONSTRUCTIVǍ A BARAJELOR DE ANROCAMENTE CU MASCA DE BETON (CFRD) …………………………………………….. II.4. COMPORTAREA BARAJELOR DIN ANROCAMENTE CU MASCĂ DE BETON ......................................................................................................... II.5. BARAJE DİN ANROCAMENTE CU MASCǍ DIN ASFALT ……........…

II.5.1. Generalităţi …………………………….…………………………….... II.6. BARAJE CU GEOMEMBRANE ………..………...…………………….....

II.6.1. Generalităţi …….……………………………………...……………….

III. ANALIZA UNOR INCINDENTE DE COMPORTARE LA BARAJELE CU

ETANSARE PE PARAMENTUL AMONTE (PECINEAGU, VALEA DE

PESTI, COLIBIŢA) .......................................................................................

III.1. BARAJULU PECINEAGU ……………………………………….………... III.2. BARAJUL VALEA DE PEŞTI ………………….……………………………. III.3. BARAJUL- COLIBIŢA ……….……………………………………………....

IV. CONTRIBUŢII PRIVIND PROMOVAREA TEHNOLOGIILOR EFICIENTE

PENTRU REALIZAREA MǍŞTILOR DE ETANŞARE ...............................

IV.1. GEOMEMBRANE (SCURTĂ PREZENTARE – İSTORİC) ................. IV.2. PROCEDEE TEHNOLOGİCE DE FABRİCAŢİE PENTRU GEOMEMBRANE ........................................................................................ IV.3. CARACTERİSTİCİLE GEOMEMBRANELOR .................................... IV.4. ETANŞEITATEA GEOMEMBRANELOR ............................................. IV.5. ÎMBİNAREA GEOMEMBRANELOR .................................................... IV.6. ELEMENTE DE CALCUL ...................................................................

V. CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE IMPLEMENTARE A

SOLUŢIILOR UTILIZÂND GEOEMEMBRANE – Studiu de caz ................. V.1. SOLUŢIA DE REABILITARE A BARAJULUI PECINEAGU ..................

V.2. SISTEMUL CARPI CU GEOMEMBRANǍ PENTRU BARAJUL PECINEAGU ................................................................................................... V.3 SOLUŢIA DE REABILITARE A BARAJULUI PECINEAGU ŞI VARIANTELE DE REZOLVARE A LEGǍTURII CU VATRA ..........................

V.4. MONITORIZAREA COMPORTAREA MASTII LA GOLIREA LACULUI .


4

VI. CONCLUZII .................................................................................................... VI.1. CONTRIBUŢII PERSONALE ....................................................................... VI.2. DIRECŢII DE CERCETARE PENTRU VIITOR ..........................................

BIBLIOGRAFIE ..............................................................................................


5

Cuvânt înainte

Apa, ca resursă necesară existenţei, a jucat (şi joacă în continuare) un rol important în calitatea vieţii pe pământ, zonele în care se găseşte o mare cantitate de apă (indiferent de sursa din care provine) beneficiind de o bogăţie deseori subestimată. Pentru satisfacerea nevoilor zilnice, fiinţa umană are nevoie de o anumită cantitate de apă, apă care trebuie asigurată din surse variate.

Precipitaţiile constituie singurul aport apreciabil la volumul de apă disponibil pe pământ. În acelaşi timp ele au o natură neregulată, neuniformă şi aleatorie.

Această opoziţie între ritmul aportului şi cel al folosirii a incitat multe civilizaţii şi comunităţi să găsească mijloace de a gestiona apa. Acumularea temporară a apei în rezervoare reprezintă una dintre metodele cele mai fiabile ce permit această gestiune. Pentru realizarea acestor rezervoare sunt construite baraje, acestea permiţând acumularea în timp a unor mari cantităţi de apă. Prin gestionarea apei astfel acumulată se pot depăşi perioadele cu ape mari sau perioadele secetoase.

Realizarea barajelor implică şi acceptarea unui anumit risc, mult diminuat în zilele noastre datorită perfecţionării continue a metodelor de proiectare, concepţie, execuţie, exploatare şi întreţinere. Totuşi, în caz de producere a unor accidente, volumul de apă pus în mişcare la ruperea unui baraj este incomparabil mai mare decât în cazul viiturilor naturale şi efectele produse de propagarea acestui volum sunt catastrofale.

Nivelul de perfecţionare a omului şi nevoia de siguranţă au condus la necesitatea cunoaşterii cât mai exacte a riscurilor la care acesta este supus (direct – prin expunerea directă, sau indirect – prin răspunderea pe care şi-o asumă întreprinzând anumite acţiuni).

În toată lumea, înţelegerea şi nevoia de protecţie a mediului joacă un rol din ce în ce mai important. Sunt necesare sisteme eficiente de etanşare cu perioadă de viaţă ridicată pentru protecţia apelor subterane, aerului, solului şi pentru impermeabilizarea barajelor. Toate sistemele de impermeabilizare prezintă un mod de reducere a performanţelor lui în timp. Dacă acestea scad sub necesarul minim pentru îndeplinirea funcţiunii proiectate trebuie luate măsuri specifice pentru obţinerea din nou a gradului de protecţie necesar. Costurile de întreţinere ulterioare depind semnificativ de durabilitatea sistemului ales.

Pe această cale doresc sa-mi exprim întreaga mea recunoştiinţă şi stimă faţă de domnul prof.univ.dr.ing. Dan Stematiu, conducătorul ştiinţific al lucrării de doctorat, care m-a îndrumat necontenit încă de pe băncile facultăţii, m-a sprijinit în tot ceea ce am realizat şi mi-a oferit un preţios exemplu personal.

Cu deosebită consideraţie doresc să mulţumesc domnului prof.univ.dr.ing. Adrian Popovici atât pentru amabilitatea unor fructuoase schimburi de idei,


6

cât şi pentru observaţiile făcute pe marginea unor probleme de conţinut ale lucrării.

De asemenea, îmi exprim recunoştiinţa tuturor celor care m-au ajutat la elaborarea acestei lucrări, mi-au pus la dispoziţie mijloacele materiale de a duce la bun sfârşit această acţiune şi au contribuit la formarea mea ca inginer : prof.univ.dr.ing. Radu Drobot, prof.univ.dr.ing. Radu Sârghiuţă, prof.univ.dr.ing. Ionescu Ştefan, prof.univ.dr.ing. Ioan Bica, prof.univ.dr.ing. Tudor Bugnariu, domnului coferenţiar dr.ing. Altan Abdulamit, conf.dr.ing. Dan Paunescu, conf.dr.ing. Cornel Ilinca, conf.dr.ing. Nicu Sîrbu şi nu în ultimul rând domnului prof.univ.dr.ing. Mircea Şelărescu.

Calde mulţumiri aduc conducerii S.C. HIDROCONSTRUCŢIA S.A., cât şi întregului colectiv al secţiei de proiectare, unde îmi desfăşor activitatea, pentru sprijinul, încrederea şi înţelegerea acordate pe parcursul elaborării lucrării.

Cu multă dragoste le mulţumesc dragilor mei părinţi şi mai ales soţiei mele care m-a susţinut moral în tot acest timp şi îi dedic această lucrare.

Drd.ing. Dănuţ BĂRBULESCU

Structura prezentei lucrări rezumative, numerotarea capitolelor, figurilor, tabelelor şi a relaţiilor de calcul, corespund celor din formularea integrală a tezei.

I. İNTRODUCERE

I.1. ACTUALİTATEA SUBİECTULUİ

În toată lumea, înţelegerea şi nevoia de protecţie a mediului joacă un rol din ce în ce mai important. Sunt necesare sisteme eficiente de etanşare cu perioadă de viaţă ridicată pentru protecţia apelor subterane, aerului, solului şi pentru impermeabilizarea barajelor. Toate sistemele de impermeabilizare prezintă un mod de reducere a performanţelor lui în timp. Dacă acesta scade sub necesarul minim pentru îndeplinirea funcţiunii proiectate trebuie luate măsuri specifice pentru obţinerea din nou a gradului de protecţie necesar. Costurile de întreţinere ulterioare depind semnificativ de durabilitatea sistemului ales.

Folosirea produselor geosintetice este recunoscută ca fiind o soluţie performantă şi accesibilă, faţă de metodele clasice.

În ultimul timp se acordă o deosebită atenţie utilizării materialelor care au un impact redus asupra mediul înconjurator. Montarea geomembranelor nu prezintă pericol pentru utilizatori, nu sunt toxice, nu poluează, nu prezintă pericol pentru mediu şi sănătatea oamenilor. Având o durată lungă de viaţă, ele nu necesită înlocuiri frecvente.

Geomembranele sunt montate, în prezent, la 280 de baraje (din anrocamente şi beton). În Europa şi SUA se află mai mult de 67% din total (188 de baraje).


7

În 1991, la un numar de 70 de baraje se utilizau geomembrane. La acea vreme, geomembranele erau un material nou disponibil şi încă se studiau caracteristicile tehnice şi posibilităţile de îmbunatăţire ale performanţelor de etanşeizare. Prima dată, o geomembrană a fost montată în urma cu mai mult de 45 de ani.

Geomembranele sunt utilizate astazi cu succes la :

- impermeabilizarea bazinelor de stocare, tratare şi epurare a apelor reziduale; - impermeabilizarea acumulărilor de apă, lacuri artificiale, heleştee; - protecţia elementelor de construcţii din beton subterane sau supraterane contra umidităţii pamântului, a apelor cu şi fără presiune hidrostatică; - impermeabilizarea depozitelor de deşeuri industriale, agricole şi menajere; - impermeabilizarea canalelor, tunelelor, barajelor de pamânt; - protectia constructiilor metalice din industria petrochimică; - construcţii hidrotehnice şi de gospodarire a apelor; - construcţii pentru imbunataţiri funciare; - staţii de benzină, etc.

I.2. STADIUL PE PLAN MONDIAL

Barajele din materiale locale sunt construcţii care înglobează volume uriaşe de materiale (de ordinul milioanelor de m3), implică costuri energetice mari pentru transportul şi punerea în operă a acestor materiale şi necesită durate mari de execuţie. Practica mondială şi experienţa dobândită pe plan naţional în domeniul construcţiilor hidrotehnice evidenţiază importanţa analizării şi valorificării evenimentelor ce survin în toate fazele existenţei construcţiilor (execuţie, punere sub sarcină, exploatare), pentru realizarea şi exploatarea acestora în condiţii de economicitate şi eficienţă optimă, barajele din materiale locale reprezintă tipul cel mai vechi de baraje. Ele au fost realizate la început aplicând soluţii empirice, progresele continue făcute în domeniul cunoaşterii comportării materialelor locale, în hidraulica apelor subterane ca şi dezvoltarea utilajelor de constrcţii, permiţând construirea unor baraje cu înălţimi din ce în ce mai mari şi la un preţ de cost avantajos.

Soluţiile aplicate în realizarea acestor lucrări s-au bazat întodeauna pe modele acceptate la momentul respectiv, modele care uneori au fost invalidate odată cu apariţia primelor incidente.

Nodurile de retenţie realizate prin baraje din materiale locale cuprind o largă diversitate de structuri auxiliare din beton care travesează sau bordează corpul din materiale locale al barajului.

Barajele din materiale locale se dovedesc a fi structuri deosebit de complexe din punct de vedere al modelării matematice. Aceasta mai ales datorită diversităţii materialelor încorporate, cu propietăţi fizico-mecanice foarte variate şi a diversităţii schemelor de încărcare, variabile de la un tip de baraj la altul.

Pe plan mondial, folosirea geoemembranelor se aplică la mai multe tipuri de baraje şi construcţii hidrotehnice:

Reabilitarea barajelor din anrocamente


8

Reabilitarea barajelor din beton Baraje noi din anrocamente Baraje noi din beton compactat (RCC) Rosturi şi fisuri Canale Bazine de acumulare Galerii de aducţiune şi de fugă

I.3. PREZENTAREA SUCCİNTǍ A TEZEI PE CAPİTOLE

Teza este structurată pe 6 capitole şi 133 de pagini, (inclusiv bibliografia consultată de doctorand pe parcursul elaborării acesteia).

În primul capitol sunt prezentate actualitatea subiectului, stadiul pe plan mondial şi se justifică oportunitatea abordării subiectului din perspectiva actualităţii acestuia.

În cadrul celui de-al doilea capitol se face o prezentare în ceea ce priveşte conceptele noi privind alcătuirea barajelor cu etanşare la paramentul amonte: (baraje cu mască de beton, baraje cu mască de beton bituminos şi baraje cu geomembrană).

Capitolul trei, este dedicat analizei unor incidente de comportare la barajele cu etanşare la paramentul amonte, concluziile şi cauza acestora, soluţia adoptată de către specialişti şi consecinţele privind remedierea (Pecineagu, Colibiţa, Valea de Peşti).

În al patrulea capitol se prezintă contribuţia privind promovarea tehnologiilor eficiente pentru realizarea măştilor de etanşare cu geomembrane, caracteristicile şi metodele de determinare a acestora, care sunt prezentate grupate pe caracteristici fizice, caracteristici mecanice, caracteristici chimice, răspunsul la acţiuni agresive biologice, caracaterstici termice şi rezistenţa la radiaţii ultraviolete, de asemenea se prezintă etanşeitatea, tipurile de îmbinări, elementele de calcul.

În capitolul al cincilea sunt prezentate contribuţiile privind promovarea tehnologiilor de implementare a soluţiilor de reparaţii utilizând geoemebrane la barajul Pecineagu (pregătirea suprafeţei, sistemul de drenare, punerea în operă a sistemului cu geocompozit, ancorarea pe paramentul amonte, etanşarea perimetrală de fund, tratarea rosturilor, etanşarea perimetrală superioară, tratarea zonelor de contact cu rosturile impermeabilizate, schimbări de pantă ), monitorizarea comportării măştii la golirea lacului şi la umplerea controlată (în funcţie de evoluţia lucrărilor),

În ultimul capitol sunt prezentate concluziile asupra tezei elaborată de doctorand, contribuţiile personale, direcţiile de viitor în ceea ce priveşte protejarea barajelor împotriva infiltraţiilor cu geomembrană şi, nu în ultimul rând, mulţumirile aduse tuturor care au fost alături de doctorand pe tot parcursul elaborării tezei, pentru ca lucrarea să se încheie cu bibliografia cuprinzând lucrările studiate precum şi pe cele elaborate de autor pe parcursul activităţii de doctorat, didactice şi profesionale.


9

II. CONCEPTE NOİ PRİVİND ALCĂTUİREA BARAJELOR CU ETANŞARE LA PARAMENTUL AMONTE

II.1. CONSIDERAŢII GENERALE

II.1.1. Evoluţie Vechiul tip de baraje din anrocamente cu mască de beton (CFRD) construite

din anrocamente în vrac era caracterizat de tasările mari şi diferenţiate ce produc infiltraţii excesive şi deteriorarea măştii. Totuşi, aceaste infiltraţii nu afectează în niciun caz siguranţa; în unele cazuri reprezintă o pierdere moderată. Deteriorarea măştii a făcut să fie necesară drenarea, pentru a permite repararea măştii. Anrocamentele în vrac, cu rocă segregată în porţiunea inferioară a barajului, au un modul de compresibilitate de cca 1/7 din anrocamentul compactat în regiuni în care presiunea apei era mai mare.

Apariţia anrocamentului compactat cu mască de beton armat cu dale sau fâşii a asigurat un baraj care elimină potenţialul infiltraţiei excesive şi posibila nevoie de golire a lacului. Zonarea anrocamentului limitează infiltraţiile; de asemenea ajută la etanşarea măştii supusă presinii apei, dacă este nevoie. Modulul mare de compresibilitate al anrocamentului compactat duce la mişcări mici, previzibile ale măştii.

Datorită încrederii crescute pe baza numeroaselor baraje de succes, soluţia cu anrocamente compactate şi mască de beton se foloseşte din ce în ce mai mult pentru baraje mari şi pentru rezervoare cu capacitate foarte mare. Principalul motiv pentru schimbările care au îmbunătăţit semnificativ comportamentul barajelor a fost experienţa cu fisurile în masca betonului, infiltraţiile la rosturi şi alte probleme cu rosturile. Aceste îmbunătăţiri au fost: (a) utilizarea exclusivă a anrocamentului compactat cu compresor vibrator, (b) utilizarea unei plăci ancorate (plintă) în locul unei vetre înalte pentru rezemare la bază a măştii. şi (c) utilizarea unei zone late de 3-4 m din anrocamente concasate, dimensiuni 5-30 cm, la partea din amonte.

Principalele trăsături ale practicii barajelor moderne din anrocament cu mască de beton sunt: (a) anrocament compactat; (b) o zonă suport a măştii din rocă cu dimensiuni mici, care este semi-permeabilă, semănând cu zonarea filtrelor; (c) o placă monolitică de mască, cu sau fără trecerea armăturii prin rosturile verticale; (d) multiple benzi de etanşare în rostul perimetral; şi (e) o placă ancorată de rezemare a măştii la piciorul amonte al barajului.

II.1.2. Proiectul vechi al barajului din anrocamente cu mască de beton. Proiectul era empiric şi se baza pe experienţă şi pricepere. Între 1925 şi 1960

au existat îmbunătăţiri în proiect, în scopul economiei şi al reducerii, întreţinerea rosturilor şi scurgere. Totuşi, au fost puţine schimbări importante.

Barajele proiectate tradiţional cu înălţime mai mică de 70 m s-au comportat în general normal. Barajele mai mari au avut fisuri la mască şi probleme de infiltraţii. Problemele au fost asociate cu mişcările măştii şi rosturi. Deşi problemele nu afectau în niciun fel siguranţa şi au avut costuri minime, au necesitat îmbunătăţiri de proiect. Fisurile din placa de beton şi/ sau mişcările rosturilor ce duc la infiltraţii excesive au fost rezultate dezamăgitoare, dar nu au afectat siguranţa barajului.


10

II.1.3.Tendinţe recente în proiectare

Proiectul barajelor din anrocamente cu mască de beton este încă în esenţă empiric (Empiric este definit ca „ghidat pe experienţa practică şi nu pe teorie”). Deoarece experienţa s-a acumulat, au fost adoptate modificări gradate la proiectul precedent şi la practica de construcţie. Modificările au fost făcute cu scopul de a reduce infiltraţiile, reducerea costului şi simplificarea construcţiei. Din 1960, au apărut îmbunătăţiri substanţiale la toate caracteristicile proiectului pentru baraj de anrocamente cu mască de beton. Fig. 2.12 prezintă caracteristicile tipice ale CFRD din rocă dură pe o fundaţie dură.

Elevatie masti

Vatra

(placa)

diblu

linie de injectie

Plinta

axa verticalaLa 60'

rost orizontal de constructie

(stabilit de contractant)

Plinta

2A 2B 3A

2A

3B

3C

3D

2B

3A

1A1B

placa mastii

Sectiune transversala

Unghiul depinde de inaltimea barajului,

calitatea rocii si granulometria anrocamentului

Roca mare asezata la masca

Fig. 2.12. Proiect modern al barajelor din anrocamente cu mască de beton (după Barry

Cooke)

II.2. EXEMPLIFICǍRI

Caracteristicile tipice de construcţie ale barajelor din anrocamente cu mască de beton sunt prezentate mai jos, pe baza câtorva exemple. Selecţia a avut în vedere cele mai mari baraje la momentul construirii lor deoarece principalele îmbunătăţiri ale proiectului au fost legate direct de evidenţele cu înălţimi noi.


11

- Barajul Foz do Areia

7

1

8

III DII B

I B

2

6

4

5

I D

IC

I BEL.685

2EL.749

EL.744 WLEL.748

I D I DI C

I C

I E

I C

I A

III D

EL.625

or

Fig. 2.13. Secţiunea transversală principală a barajului Foz do Areia

- Barajul Itapebi

Debit

Nivel razervor el.110

Placa masca

Axa barajului

el. 1122

3A

1.25

1

1.35

1

3B 3D 3C

Nisip

Tranzitie

1Pamant de

protectie

Nisip

Plinta

el. 34

el. 30

Fig. 2.15. Secţiune transversală a barajului Itapebi


12

- Barajul Tianshengqiao

CFR

D

780

800

740

Canal

de acc

es

820

700

tunele de deviere

cofraj amonte

tunel intermediar de ......

Deversor

Captare Centrala termica

Cofraj oval

Rau

Fig. 2.17. Plan general al proiectului Tianshengqiao

- Barajul Shuibuya (China) va fi cel mai înalt CFRD din lume, cu o înâlţime totală de 233 m şi 584 m lungime la coronament.

10 11

129

7

IIID

el.180

IB

IA

el.176

8

IIA

el.190

el.1921:2

1:2.5 20

5el.290 el.288

4

IIIA

IIIB

el.192

el.218

3 el.288

el.288

12

1:1.4

el.206el.225

1:2

IIIC

IIID

1:1.4

25el.380

2

5

1:1.25 1:1.251:1.25 1:1.25

1:1.251:1.25

1:1.4 1:1.5

6

el.288

45m

1:1.3

1:1

.2

Fig. 2.18. Profil tipic al CFRD Shuibuya, unde:


13

II.4. FUNCŢIONAREA BARAJELOR DIN ANROCAMENTE CU MASCĂ DE BETON

Toate CFRD-urile proiectate empiric au funcţionat în siguranţă. Anrocamentul construit, cu asigurarea generoasă de drenare şi zonat pentru debitul sigur de trecere, este sigur în mod inerent, exceptând supraîncărcarea susţinută.

II.4.1. Stabilitate Nu au existat probleme de stabilitate. Rezistenţa mare şi durabilă de rupere la

forfecare a anrocamentului fără presiune interstiţială este motivul evident. La cutemur puternic nu se aşteaptă o tasare mai mare de cca 0,3-1 m pentru CFRD-uri înalte de 100-150 m. Masca poate fi avariată, dar zonarea şi înălţimea de gardă ar preveni cedarea barajului.

II.4.2. Infiltraţia Scurgerea este o problemă curentă pentru barajele din anrocamente cu mască

de beton.

Anrocamentul compactat asigură un suport uniform al măştii şi, în consecinţă, fisuri la placa măştii au apărut doar ocazional. Infiltraţia era în şi în apropiere de rostul perimetral. Au fost identificate principalele cauze ale infiltraţiei:

- instalarea defectuoasă a benzii de etanşare şi plasarea betonului de mască la rostul perimetral;

- compactare inadecvată în apropierea rostului perimetral, ce duce la terasare excesivă şi daună la banda de etanşare;

- o plintă înaltă fără contraforţi adecvaţi; - material la zona 2 foarte permeabil la rostul perimetral.

II.4.3.Deformarea măştii Barajele din anrocamente cu mască de beton se deformează în timpul construcţiei şi sub sarcina apei ca rezultat al umplerii rezervorului. În timpul construcţiei, anrocamentul se tasează şi se compactează la un stadiu al construcţiei finale. În timpul umplerii lacului, anrocamentul se deformează sub presiunea apei. Membrana de beton urmează deformarea anrocamentului.

II.5. BARAJE DIN ANROCAMENTE CU MASCĂ DIN ASFALT

II.5.1. Generalităţi

Membranele din beton bituminos au fost folosite încă din anii 60 la barajele de dimensiune mică şi medie. Acestea au fost folosite adesea având o comportare bună, nu numai la baraje ci şi la rezervoare. Din experienţa dobândită, dezvoltarea tehnicilor de construcţie şi folosirea amestecurilor cu compoziţie îmbunătăţită au dus la construirea unor lucrări de dimensiune, atingându-se în zonele măsurate o înălţime mai mare de 100 m.

Acoperirile cu beton bituminos prezintă mai multe posibilitaţi, precum şi lucrări de reparaţii mai uşoare şi mai puţin costisitoare. De asemenea acestea au avantajul


14

că, construcţia curentă se realizează cu tehnologie şi maşini de pavare similare cu acelea folosite pentru suprafaţele drumului.

Sistemul de căptuşire constă, în general, dintr-o infrastructură, în cea mai mare parte ne-bituminoasă (strat de drenare), un strat turnat prin pulverizarea de emulsie bituminoasă, stratul de binder, stratul din beton asfaltic impermeabil şi stratul de etanşare pentru protecţie.

Pentru a proteja betonul asfaltic de îmbătrânire ca urmare a radiaţiilor ultraviolete asociate cu oxigenul din aer, taluzul si partea de jos sunt prevazute cu un strat de etanşare din mastic asfaltic, cu grosimea de 2 mm.

II.6. BARAJE CU GEOMEMBRANE II.6.1. Generalităţi

Geomembranele sunt montate, în prezent, la 280 de baraje, dintre care 188 sunt din anrocamente şi 92 din beton. Dintre acestea, 48 se află in SUA, 47 în China, 42 in Franţa, 35 în Italia, 10 in Spania, 10 in Germania, 9 în Austria, 6 în Republica Cehă, 5 în Portugalia, 4 în Bulgaria, 4 în Marea Britanie, 2 în Elvetia, ca şi în Belgia, Cipru, Romania şi Slovacia, şi 5 răspândite în alte ţări europene. Europa şi SUA posedă mai mult de 67% din total (188 de baraje).

În 1991, la un numar de 70 de baraje se utilizau geomembrane. La acea vreme geomembranele erau un material nou disponibil şi încă se studiau caracteristicile tehnice si posibilitatile de îmbunatăţire ale performanţelor de etanşeizare. Prima dată, o geomembrana a fost montată in urma cu mai mult de 45 de ani.

Geomembranele sunt singurul element de etanşeizare pentru unele baraje din anrocamente (exemplu : Bovilla, Albania, 91m, 1996), din beton (exemplu : Miel 1, Columbia, 188m, 2002), (Porce II, Columbia, 118m, 2000) sau se utilizeaza pentru reparaţii sub apă la baraje de greutate (exemplu : Lost Creek, SUA, 36m, 1997) şi baraje din beton (exemplu : Platanovryssi, Grecia, 95m, 2002).


15

III. ANALIZA UNOR INCINDENTE DE COMPORTARE LA BARAJELE CU ETANŞARE PE PARAMENTUL AMONTE (PECINEAGU, VALEA DE PEŞTI, COLIBIŢA)

III.1 BARAJUL PECINEAGU

III.1.2. Comportarea in cursul exploatării Umplerea experimentală a fost începută în 1985 şi s-a desfăşurat după un program de

umpleri şi goliri, în cursul carora s-a facut o atentă supraveghere. Dupa trei ani se atinge cota 1103,89 (în 1988). Urmeaza doi ani in care acumularea se goleşte până la cota 1048,62.

În anul 1991 se face o nouă umplere până la cota 1111,24. La depaşirea cotei 1080, debitele masurate au fost mult peste valorile înregistrate anterior, la cote similare. Fenomenul s-a accentuat în momentul depăşirii cotei maxime anterioare, din 1988. Din considerente de exploatare, golirea lacului nu a fost posibilă decât în iarna 1992-1993.

Inspecţia efectuată în timpul acestei goliri arată ca, din cauza tasărilor, în corpului barajului s-au produs puternice rotiri ale plăcilor perimetrale de legatură cu vatra, în special la malul stâng. Rotirile au condus la deschideri ale rosturilor peste capacitatea de preluare a benzii de etanşare, ruptă local la cota 1040. În consecintă, reparaţia efectuată a fost strict locală şi s-a făcut exclusiv la rostul dintre plăcile perimetrale şi vatră, a caror deschidere s-a produs la suprafaţă. Rostul dintre placile perimetrale şi cele de cîmp este închis şi zdrobit la suprafaţă şi nu este accesibil uşor.

În anul 1997, la cea de a patra depăşire a cotei 1110 şi la cea de a doua atingere a cotei NNR (1113 mdM), s-a înregistrat o nouă creştere a debitului total exfiltrat faţă de evoluţia anterioară. Analiza efectuată asupra siguranţei lucrării a indicat ca barajul poate fi exploatat fără restricţii. În anul 1999 s-a realizat o nouă golire a lacului pentru inspecţia maştii şi s-au efectuat reparaţii locale ale acesteia.

În anii 2000-2001 debitele infiltrate s-au menţinut în limitele anterioare, pentru ca în 2002 să se producă o nouă creştere a debitului total la 255,70 l/s. S-a luat masura golirii lacului, realizată în primavara 2003, şi efectuarea unor investigaţii mai ample, printre care şi utilizarea georadarului, pentru depistarea unor eventuale caverne sub mască.

Reparaţiile efectuate în mai-iunie 2003 nu au putut să acţioneze asupra rostului dintre placile perimetrale şi cele de câmp, cu atât mai mult cu cât reumplerea acumulării a trebuit reluată din motive hidrologice.

În anul 2000 se observă un nou fenomen: apariţia unor debite în galeria vetrei, prin peretele aval în care, de la execuţie, s-au lăsat nişte ţevi de legătură cu umplutura din anrocamente a corpului barajului, denumite ,,fante".

Toate aceste fenomene au condus la numeroase variaţii ale încărcării hidrostatice. În afara golirilor din timpul primei umpleri, s-au facut trei goliri totale care au permis inspectarea măştii, dar au condus şi la o accentuare a tasărilor.

III.1.3. Rezultatele urmăririi Pentru a nu deranja roca de fundaţie prin excavaţiile cu explozibil, necesare pentru

execuţia galeriei, aceasta a fost realizată parţial, în elevaţie. A rezultat în avalul galeriei un spaţiu, în care se acumula apa tehnologică sau provenită din precipitaţii. Suprafaţa amprizei este foarte denivelată şi din aceasta cauză ar fi fost dificilă evacuarea apei din fiecare adancitură. S-a preferat ca aceasta apă să fie colectată prin ,,fante" în galerie şi să fie


16

evacuată apoi printr-o conductă colectoare, care traversează ampriza şi debuşează în disipatorul golirii de fund.

La punerea în funcţiune a acumulării, atât fantele cât şi conducta colectoare erau colmatate. În consecinţă, prin fante nu curgea apa, iar apa colectată în galerie, din drenaje şi din alte surse, nu putea fi evacuată decat prin pompare. Este motivul pentru care, la constatarea activării fantelor, prima măsură a fost de închidere a lor şi de considerare a debitului de la deversorul triunghiular drept ,,debit total". În aceasta perioadă, la fante s-au montat manometre şi s-au facut masurători care au indicat o coloană de apă de 2÷3 m.

După decolmatarea conductei colectoare, apa din galerie se evacuează gravitaţional şi fantele sunt lăsate deschise. Debitul se masoară atât individual cât şi ca debit total la debuşarea conductei în golirea de fund. În prezent se urmăresc deci independent două debite: deversorul triunghiular si conducta colectoare. Ambele reprezintă atât debite exfiltrate prin sistemul de etanşare al barajului şi prin fundaţia acestuia cât şi debite colectate de pe suprafaţa amprizei, care provin atât din izvoare cât şi din precipitaţiile care cad pe suprafaţa aval a barajului.

Corelaţia dintre debitul măsurat la deversorul triunghiular şi cota în lac a arătat de la început:

- există atât o componentă liniară, de infiltraţie prin material, cât şi o componentă pătratică, de curgere prin orificii;

- aspectul curbei de corelaţie arată că este vorba de orificii distribuite şi nu de un singur orificiu; creşterea debitului se poate datora atât creşterii debitului la orificiile existente cât si apariţiei unor noi surse.


17

Deplasările barajului determinate prin măsurători geodezice au arătat ca evoluţia în timp a acestora continuă, cu tendinţe de atenuare. Variaţiile de nivel au contribuit de fiecare dată la o accentuare a deplasărilor. Deplasările măştii au depaşit 40 cm, cu un maxim la două treimi din înălţime de la bază Valorile înregistrate corespund cu schema de mişcare si cu variaţiile de deschidere a rosturilor constatate la inspecţiile efectuate la golirile acumulării.

III.1.4. Concluzii 1. Exploatarea se va face în continuare menţinând ,,fantele,, deschise, fară nici un fel de manevre pentru măsurarea presiunii sau a debitelor; 2. Se stabilesc criterii de avertizare separate pentru cele doua debite importante care se măsoară la barajul PECINEAGU: deversorul triunghiular şi conducta colectoare (total debite colectate în galeria din vatră). 3. Barajul PECINEAGU poate fi exploatat în continuare în siguranţă, în limitele care rezultă din criteriile de avertizare. Se recomandă ca exploatarea să se facă cu menţinerea unui nivel constant în acumulare. 4. Deţinătorul barajului este avertizat că lucrarea va necesita o intervenţie pentru refacerea etanşării de la taluzul amonte. Se recomandă aplicarea peste masca existentă a unei geomembrane. Se atrage atenţia că întarzierea lucrărilor de reabilitare poate duce la producerea unor goluri în spatele măştii, cu consecinţe asupra pierderilor de debite şi asupra costurilor reparaţiilor ulterioare. Se recomandă să se analizeze posibilitaţile actuate, pe plan mondial, de efectuare a unor investigaţii asupra existentei unor eventuale goluri, fară golirea lacului.

III.2. BARAJUL VALEA DE PEŞTI

III.2.4. Scurt istoric al amenajării şi evenimente deosebite înregistrate Lucrările de execuţie a barajului au început în anul 1967 şi au durat pană în anul 1973,

an în care s-a început umplerea acumulării. În perioada 1969-1972 s-a realizat depunerea anrocamentelor în corpul barajului şi s-

au făcut cercetări împreună cu firma STRABAG care avea licenţa tehnologiei pentru realizarea măştii asfaltice. A fost omologat bitumul B65 special pentru construcţiile hidrotehnice.

Masca asfaltică a fost proiectată şi executată în colaborare cu firma germană STRABAG, cu utilajele firmei şi cu asistentă tehnică a specialistilor germani. Toate materialele folosite au fost de provenienţă românească, avand caracteristici impuse de firma STRABAG. Studiile pentru stabilirea reţetelor şi a caietelor de sarcini pentru materialele folosite au fost efectuate de laboratoare din România, sub coordonarea STRABAG.

După darea în exploatare a barajului, în anul 1975, au fost semnalate primele fisuri la

masca din beton asfaltic, orientate atat pe linia de cea mai mare pantă, cât şi oblic pe taluz, cu

lungimi de 1-5 m şi adâncimi de 20-45 mm. Deoarece masca era încă în perioada de garanţie, reparaţiile s-au făcut de către organul de exploatare (OGA Deva) cu asistenţa tehnică a firmei

STRABAG. Fenomenul de fisuraţie a continuat însă, iar în prezent masca prezintă o fisuraţie foarte

pronunţată, orientată în special pe linia de cea mai mare pantă şi în zona superioară, expusă factorilor atmosferici.

În anul 1996 s-a efectuat un releveu al fisurilor. Rezultatele sunt prezentate în tabelul 1.2 sub forma numărului de fisuri rezultat pe intervale de cotă. Adâncimea fisurilor este relativ


18

mică şi ele nu străbat întreaga grosime a măştii. Trebuie amintit că în alcătuirea acesteia doar ultimul strat, cu grosime de numai 2 mm, a avut rolul de închidere a porilor şi de impermeabilizare.

Cele mai importante fisuri sunt, de fapt, deschideri ale rosturilor de lucru. Straturile de beton asfaltic s-au turnat tot în fâşii de 3,50 m lăţime şi în zona superioară a măştii, distanţa medie între fisuri este de 3,57 m. Lungimile acestora ajung la 35-40 m, iar deschiderile lor variază între 2 si 35 mm, în timp ce adâncimile lor variază între 2 şi 23 cm. Lungimea totală a fisurilor sub cota NNR a fost, la data releveului, de 370 m.

Numarul fisurilor scade cu cota şi este de presupus ca, sub zona de variaţie a nivelului, fisuraţia ar putea fi absentă.

Apariţia fisurilor în masca de etanşare se datorează în principal îmbătrânirii materialelor puse în operă (bitumul) şi, în mai mică masură, tasării corpului barajului, de la darea în exploatare şi până în prezent. Odată pornit un proces de fisurare el va fi accentuat de îngheţ-dezgheţ, de patrunderea materialelor în fisură, de vegetaţie.

III.2.5. Concluzii 1. Barajul Valea de Peşti este un baraj din anrocamente, cu masca din beton asfaltic,

cu înaltimea maximă de 56 m şi realizează o retenţie la NNR (826,50) evaluată iniţial la 4,2 mil. m3 şi ulterior, la 3,8 mil. m3 (conform batimetriei din 1997). Amenajarea a fost pusă sub sarcină în 1973. Lucrarea a fost încadrată în clasa II de importanţă şi în categoria B de importanţă deosebită (indicele de risc asociat RB = 0,46). Ea constituie principala sursă de alimentare cu apă a zonei Lupeni-Petroşani.

2. Barajul a fost proiectat şi realizat în perioada 1965-1974. Sistemul de urmărire proiectat şi pus în operă odată cu execuţia lucrărilor, poate fi încadrat, conform legislaţiei actuale, în categoria ,,urmarire specială". Sistemul de urmarire a comportării în timp este relativ redus şi se compune din observaţii vizuale şi măsurători ale următorilor parametr i:

=> Solicitările exterioare: nivelul în lac, debitul afluent şi defluent, precipitaţii, temperatura aerului, viituri, colmatarea lacului etc;

=> Debitele drenate de cele patru drenuri executate în ampriza barajului, cu determinarea şi înregistrarea valorii totale în punctele de colectare;

=> Debitele infiltrate în puţul vanelor de la golirea de fund; => Deplasările absolute măsurate geodezic (în plan şi pe verticală).

3. După darea în exploatare a barajului, în anul 1975, au fost semnalate primele fisuri la masca din beton asfaltic, orientate, în general, pe linia de cea mai mare pantă, şi în special, la rosturile de turnare. Deoarece masca era încă în perioada de garanţie, reparaţiile s-au facut de catre organul de exploatare (OGA Deva) cu asistenţă tehnică a firmei STRABAG. Fenomenul s-a accentuat cu timpul, în zona de variaţie a nivelului, datorita îmbătrânirii materialelor din mască.

4. În timpul primilor 20 de ani lucrarea a avut o comportare foarte bună şî exploatarea barajului s-a facut fară incidente. În această perioadă s-au adus o serie de modificări în schema amenajării, prin captarea unui alt afluent al Jiului de Vest şi aducerea lui în lacul Valea de Peşti, prin introducerea unei MHC etc. Primele anomalii de comportare s-au înregistrat în primavara anului 1993, cand debitele colectate de drenurile din ampriza barajului au înregistrat o creştere bruscă, atingând valori de zeci de ori mai mari decat cele înregistrate anterior. Fenomenul s-a repetat şi în anii următori, cu valori ale debitelor mai mici, corespunzătoare cu variaţia de nivel şi cu temperatura din momentul creşterii nivelului. Examinarea măştii a aratat că betonul asfaltic a îmbătrânit şi rosturile verticale dintre fâşiile de turnare sunt deschise pe


19

porţiunea de variaţie a nivelului, acolo unde masca a fost supusă agenţilor atmosferici. Creşterile de debite ating valori mai mari la drenurile situate la cotele 782 si 796, care colectează aprox. 90% din debitul total drenat. Acest fenomen se produce mai ales la sfârşitul iernii, în momentul unei ridicări relativ rapide a nivelului în lac. Ulterior, debitele scad în timp, chiar cu menţinerea acumulării la NNR. Fenomenul, observat şi la alte baraje, este efectul a două acţiuni combinate: o creştere rapidă a nivelului apei din acumulare peste o mască fisurată, dupa o perioadă rece, care face ca fisurile sau rosturile rezultate din tehnologia de execuţie, sa fie foarte deschise. Pentru reflectarea acestor situaţii, s-a procedat la o urmărire mai atentă a comportării, prin efectuarea unor măsurători mai exacte ale valorilor debitelor infiltrate, măsuratori ale temperaturii aerului direct în amplasament etc.

5. Îmbătrânirea măştii reprezintă un fenomen normal, care s-a încadrat în prevederile iniţiale. Firma STRABAG, care a executat masca, a estimat o funcţionare normala a măştii de etanşare de cca. 20 de ani şi, problemele majore au apărut, aşa cum am vazut, in anul 1993. Fenomenele de îmbătrânire constatate la mască arată că barajul Valea de Peşti are nevoie de o reabilitare, care să cuprindă, pe lângă reparaţiile necesare la masca de etanşare şi toate lucrările care vor asigura o îmbunataţire a siguranţei în exploatare.

6. Lucrările ce se vor executa ca urmare a prevederilor Proiectului Tehnic de reabilitare, în curs de elaborare, trebuie sa asigure îmbunătaţirea siguranţei în exploatare a barajului. Îmbunătăţirea condiţiilor de exploatare a barajului şi creşterea siguranţei în exploatare sunt strict condiţionate de realizarea cu prioritate a următoarelor lucrări:

• Refacerea sistemului de etanşare amonte;

• Impermeabilizarea puţului de acces la casa vanelor, sau cel puţin climatizarea casei

vanelor şi reabilitarea accesului la echipamente;

• Reabilitarea echipamentului hidromecanic. Instalaţiile hidraulice vor cuprinde

aparatele minim necesare pentru o funcţionare sigură;

• Reabilitarea echipamentului electric şi a acţionărilor pentru echipamente precum şi

introducerea unor elemente de control şi semnalizare;

• Consolidarea malului drept în zona de debuşare a conductei MHC;

• Amenajarea caminelor pentru îmbunătăţirea posibilităţior de măsurare a debitelor

drenate;

• Modernizarea sistemului informaţional.

III.3. BARAJUL COLIBITA

III.3.2. Evenimente în exploatare În decursul exploatării s-au semnalat urmatoarele evenimente deosebite: În 31.08.1996 s-a depistat o fisură în masca de etanşare, parament amonte,

cotă peste 798,00 mdM, între profilele 17-20, de lungime 9,0m deschidere 20 mm, adâncime 70-80mm iar la racordul mască-zid de sprijin-fisuri mici pe cca 1/3 lungime. De asemenea, s-au constatat curgeri ale stratului superficial de mastic bituminos, în zona neacoperită de apă.

Pentru verificarea calităţii măştii, SC VIARES SRL Bucureşti, în prezenţa constructorului şi a beneficiarului, a prelevat, în perioada 28-29.05.1997, 8 carote cilindrice pe toată grosimea măştii şi 6 plăci.


20

În data de 02-03.06.1999 s-a constatat producerea unei alunecări a unei porţiuni superficiale a măştii de beton (primele 2 straturi de protecţie de grosime 7cm) pe o suprafaţă de 7,0 x 16,4 mp, între cotele 798,15-789,70 mdM, fără a afecta integritatea structurală a măştii şi, implicit, a etanşeităţii acesteia.

În data de 17.09.1999 reprezentanţii beneficiarului, proiectantului şi constructorului au stabilit ca după punerea sub sarcină a barajului (ridicarea nivelului lacului la NNR proiectat 797,45), prevăzută pentru anul 2000 să se execute lucrările de refacere a măştii cu asistenţa SC VIARES SA, care va furniza reţeta mixturilor bituminoase şi a emulsiilor.

Modificarea lungimilor coloanelor înclinometrice de sub masca amonte, a barajului Colibiţa:

Coloana Nr. Profil Lungimi în m

Iunie 1995 Octombrie 1998

Octombrie 1999

Mai 2000

F1 5 87 87 (79) 87 87

F2 9 95 (129) 129 129 129

F3 15 115 113 (115) 113 113

F4 19 79 (80) 80 80 80

Lungime totală (m)

376 (410) 409 (403) 409 409

Datele furnizate prin acest tabel arată că tubaţiile înclinometrice au fost menţinute în bune condiţii, fiind accesibile pentru măsurători pe lungimi constante în ultimii 3 ani.


21

IV. CONTRIBUŢII PRIVIND PROMOVAREA TEHNOLOGIILOR EFICIENTE PENTRU REALIZAREA MǍŞTILOR DE ETANŞARE

IV.1. GEOMEMBRANE (SCURTĂ PREZENTARE – İSTORİC)

İstoria producerii şi utilizării geomembranelor, sub formă de folii subţiri, se poate considera că începe la finele anilor 1930 când, după informaţiile date de Staff, s-au folosit în SUA pentru etanşarea unor bazine de înot. Era vorba de produse realizate din PVC. În continuare, tot în SUA, U.S. Bureau of Reclamation le utilizează în anul 1957 pentru etanşarea unor canale de irigaţii în Wyoming, iar în anul 1960 au fost aplicate pe masca amonte de argilă a barajului Terzaghi pentru a preveni fisurile ce puteau apare în ea.

Aceste aplicaţii ale geomembranelor din PVC se extind mai apoi în Europa, Canada, şi fosta Uniune Sovietică în special după anii 1970.

În România ele s-au aplicat cu succes începând cu anul 1968 în sistemul de irigaţii Sadova – Corabia pentru etanşarea canalelor (în suprafaţă de 70 000 ha), sistem realizat în colaborare cu societatea engleză “Taylor Woodrow”.

În anul 1938 inginerul american Goodyear tratează cauciucul natural cu sulf, procedeu denumit vulcanizare şi obţine aşa-zisul cauciuc sintetic care a început a fi folosit şi la producţia de geomembrane.

Era de fapt un cauciuc butil care este un copolimer al izobutylenei cu cca 2% isopren. O altă geomembrană produsă şi brevetată sub numele de Hypalon se obţine în aceeaşi perioadă din reacţia clorurei şi sulfatului de clorură cu polietilenă. Cauciucul astfel obţinut este foarte rezistent la ozon, căldură şi intemperii. Sunt posibile şi alte combinaţii ale cauciucului, dar cele mai multe geomembrane se fabrică astăzi din răşini polimerice şi sunt deci produse termoplastice, care devin moi şi flexibile când sunt încălzite, fără a-şi schimba în anumite limite de temperatură în mod fundamental propietăţile.

Geomembranele s-au folosit iniţial la etanşarea unor canale sau rezervoare de apă, de obicei curată, cu presiuni reduse de ordinul a 5 – 10 metri coloană de apă.

La cumpăna dintre deceniile 6 şi 7 se constată o creştere impresionantă în producţia de polimeri, generată de un schimb tehnologic intens între Europa şi SUA. În acelaşi timp, produsele de polietilenă au evoluat spre geomembrane de medie – MDPE – densitate, iar în prezent spre cele de foarte joasă densitate – VLPDE.

Geomembranele din HDPE sunt cu adevărat deosebit de etanşe, dar au o rigiditate ridicată. Prin reducerea densităţii se obţine: flexibilitate sporită, comportare mai bună la temperaturi negative, o mai bună comportare în timpul sudurii.

O sinteză prezentată de Koerner şi preluată după o prelucrare făcută de Wodley încă din anul 1978 privind avantajele şi dezavantajele diferitelor tipuri de geomembrane este prezentată în tabelul următor.


22

Avantaje Dezavantaje

PVC – Policlorură de vinil - Termoplastică

- cost redus; - rezistenţă fără ranforsare; - se produc într-o gamă largă de grosimi; - uşoară, cand se realizează într-un singur strat; - comportare bună la îmbinare;

- comportare proastă la factorii chimici; - pierderea componenţilor plastifianţi in timp; - slabă comportare la temperaturi ridicate;

CPE – Clorură de polietilenă – Termoplastică

- comportare bună la factorii chimici; - imbinare uşoară; - buna rezistenţă la fisurarea la rece; - rezistenţa chimică bună; - cost moderat;

- fiabilitatea redusă a îmbinării; - posibila desfacere a straturilor componente;

CSPE – Sulfat de clorură de polietilenă – Cauciuc termoplastic

- comportare bună la factorii chimici; - buna rezistenţă la fisurarea la rece; - rezistenţă chimică bună; - imbinare rezistentă; - cost moderat;

- comportare modestă la temperaturi ridicate;

EPDM – Monomer etilen diena propilenă

- comportare bună la factorii chimici; - uşoare cand se realizeaza dintr-un singur strat; - buna rezistenţă la fisurarea la rece; - rezistenţă chimică bună;

- performanţe slabe la temperaturi ridicate; - presupune echipament special pentru îmbinare; - repararea pe şantier este dificilă;

EPDM – Cauciuc termoplastic

- comportare buna la factorii chimici; - rezistenţă la fisurare la rece sub 600 ; - imbinare prin încălzire ; - cost moderat ;

- rezistenţe chimice modeste;

HDPE – Polietilenă de inaltă densitate – Semicristalină, termoplastică

- rezistenţă chimica excelenta; - îmbinare uşoară prin încălzire şi extrudare; - gamă largă de grosimi; - cost redus;

- suprafeţe lise cu frecare redusă; - sensibilă la fisuri din solicitări; - contracţie/dilatare termică mare;

MDPE, LDPE, VLDPE – Polietilenă de medie, joasă şi foarte joasă densitate - Semicristalină, termoplastică

- rezistenţă termică bună; - îmbinare uşoară prin încălzire; - gamă largă de grosimi; comportare bună la fisurare.

- contracţie / dilatare termică moderată; - LDPE si VLDPE sunt rar folosite; - MDPE se confundă adeseori cu HDPE.


23

În cadrul tezei sunt prezentate grupat caracteristicile geomembranelor şi metodele de determinare a acestora: caracteristici fizice, caracteristici mecanice, caracteristici chimice, răspunsul la acţiuni agresive biologice, caracaterstici termice şi rezistenţa la radiaţii ultraviolete.

IV.4. ETANŞEITATEA GEOMEMBRANELOR

Geomembranele sunt realizate din polimeri care din punct de vedere structural pot fi cristalini, cu un grad de organizare cuprins între 30% şi 90%, dar dificil de vizualizat, sau pot fi amorfi, aşa cum rezultă din prezentarea schematizată făcută în Fig. IV.16.

1. În structura polimerilor există un ansamblu de goluri care formează volumul liber şi nu se constituie ca o reţea de pori specifice materialelor poroase clasice, ci este o componentă structurală dependentă de masă moleculară, gradul de reticulare, naturală şi lungimea grupelor funcţionale, tipul de polimerizare, modul de răcire şi intervalul de vitrifiere.

2. Datorită structurii lor, în geomembrane are loc un proces de pătrundere şi circulaţie a fluidelor prin volumul liber, proces asimilat cu unul de tip osmotic.

3. Difuzia este un fenomen ce se petrece în sistemele complexe de redistribuire a diferitelor particule ca urmare a diferenţei de temperatură, de presiune sau de concentraţie.

Fig. IV.16. Zonele amorfe şi cristaline ale unui polimer – reprezentare schematică

Relaţiile între fluxul Jw al difuziei substanţei şi gradientul de concentraţie într-un mediu izotropic este descrisă de ecuaţia diferenţiată a lui Fick.


24

, (IV.2.) , în care D este coeficientul de difuzie specific produsului, în cm2/s, c – concentraţia vaporilor de apă în g/cm3 polimer, e – grosimea membranei.

În consecinţă, reprezintă gradientul de concentraţie pe grosimea geoemembranei, după o direcţie perpendiculară pe planul ei. În cazul unui transport

staţionar de masă prin geomembrană, = cons şi = 0, iar prin integrare se obţine:

(IV.3.)

Jw = (IV.4.)

, în care c1 şi c2 sunt concentraţiile vaporilor de apă pe cele două feţe opuse ale geomembranei.

Întrucât presiunea osmotică este direct proporţională cu concentrţia vaporilor de apă, în cazul nostru p = RxTxc (R – constanta universală a gazelor, T – temperatura absolută), relaţia anterioară devine:

(IV.5.)

, în care reprezintă penetrabilitatea, respectiv cantitatea de vapori de fluid ce trece printr-o suprafaţă egală cu unitatea, după o direcţie normală pe ea, printr-o geomembrană de grosime egală cu unitatea, în unitatea de timp, diferenţa de presiune între cele două feţe opuse ale geomembranei fiind şi ea unitară.

(IV.6.) Deci:

Π = D (IV.7.)

în care A reprezintă coeficientul de sorbţie.

Fenomenul de difuzie moleculară nu este numai un proces fizic propriu-zis, ci unul termochimic şi electric.

Penetrabilitatea, Π depinde în bună măsură de caracteristicile polimerului prin structura chimică moleculară, gradul de cristanilitate, densitatea de împachetare,


25

flexibilitatea lanţurilor moleculare, ca şi de temperatură, presiune şi particularităţile moleculelor de apă.

Reţinerea apelor are loc prin legarea moleculelor de apă la grupele funcţionale polare ale polimerului prin punţi de hidrogen, legătura fiind cu atât mai puternică, cu cât polaritate grupei este mai mare. Polaritatea grupelor funcţionale şi unităţilor structurale ale macromoleculelor variază în raport cu diferenţele între elecrtonegativităţile atomilor implicaţi în formarea legăturii şi cu factorul de simetrie al macromoleculei.

İzotermele de sorbţie redate în Fig. IV.17 evidenţiază capacitatea de sorbţie redusă a polietilenei – a cărei unitate structurală este nepolară – comparativ cu capacitatea de sorbţie a polistirenului, policlorurei de vinil şi a poliacetatului de vinil a căror polaritate creşte în ordinea enumerării.

Unii polimeri, ca poliamidele şi poliesterii, deşi conţin grupe puternic polare, manifestă sorbţie de apă redusă datorită cristalinităţii lor ridicate, aşa încât coeficientul de difuzie şi permeabilitate scad. Prezenţa cristalelor reduce aria secţiunii transversale efective a difuzantului şi restrânge fracţia de volum a fazei amorfe.

Creşterea densităţii reticulare a reţelei cristaline, prin creşterea procentului de fază cristalină, diminuează mobilitatea segmentelor macromoleculare şi, ca urmare, determină micşorarea coeficientului de difuzie şi a permeabilităţii (Fig. IV.18).

Fig. IV.17. Fig. IV.18. Izoterme de sorbţie la 250C Variaţia absorbţiei de apă ai cu grad de

cristalinitate Densitatea de împachetare influenţează, de asemenea , coeficientul de difuzie

şi, prin intermediul lui, permeabilitatea. Spre exemplificare, se arată polietilena de joasă densitate (0,922 g/cm3) şi cu grad de cristanilitate de 52% a prezentat permeabilitatea de 7 ori mai mare decât polietilena de înalţă densitate cu grad de cristalinitate 92% şi densitate 0,96% g/cm3.

Creşterea coeficientului de difuzie a polimerilor hidrofili cu concentraţia de apă se explică prin sorbţia relativ ridicată, urmată de umflare, fenomen care facilitează creşterea mobilităţii moleculelor de apă în polimerii puţini hidrofili, datorită capacităţii de sorbţie redusă, fenomenul de umflare nu se manifestă, iar creşterea concentraţiei


26

determină aglomerarea şi asocierea moleculelor de apă (clustere), proces care le reduce mobilitatea şi duce la diminuarea coeficientului de difuzie.

Permeabilitatea geomembranelor creşte, în general, cu temperatura, fenomen datorat în cea mai mare parte creşterii volumui liber al polimerului cu creşterea temperaturii, scăderii densităţii de împachetare şi scăderii gradului de cristalinitate.

Rezultatele experimentale obţinute pentru coeficienţi de difuzie în polietilenă de joasă densitate sunt prezentate în Fig. IV.19.

Fig. IV.19. Variaţia coeficientului de difuzie cu temperatura în polietilenă de joasă densitate

(diagrama Drrhenius)

Determinările de permeabilitate efectuate pe geomembrana din PVC au arătat

că la ridicarea temperaturii de la 250 C la 350 C, permeabilitatea a crescut cu aproximativ 20%.

Factorii de influenţă examinaţi explică diferenţele dintre permeabilităţile geomembranelor realizate din diferiţi polimeri. Dintre cauciucuri, permeabilitatea cea mai redusă (Π = 4200 x 10-9 cm/s) o prezintă cauciucul butilic; valori apropiate, dar mai mici, s-au obţinut pentru polietilenă şi polipropilenă.

Prezenţa unor pori şi micofisuri (defecte de structură sau defecte de fabricaţie) poate mări semnificativ permeabilitatea geomembranelor.

Degradarea polimerilor în timp, ca efect al procesului de îmbătrânire care are loc, sub acţiunea luminii, umidităţii, variaţiilor de temperatură şi factorilor biologici are de asemenea un efect negativ asupra impermeabilităţii lor.

Este evident, dat fiind cele expuse, că permeabilitatea geomembranelor nu se poate determina cu metodele folosite în geotehnică. Utilizarea acelor tehnici de a supune o mostră din material la presiunea exercitată de o coloană de apă nu este aplicabilă datorită nivelului ridicat de etanşare al geomembranelor care ar presupune:

- fie folosirea unor sarcini hidraulice obişnuite, in permeametrul Darcy, dar cu gradienţi unitari, ceea ce ar face ca experimentul să dureze, foarte mult, iar pierderile de apă prin evaporare ar denatura rezultatele;


27

- fie folosirea unor sarcini hidraulice foarte mari ce pot produce ruperea sau fisurarea geomembranei. Adevărata şi cea mai sugestivă măsură a permeabilităţii geomembranelor este

de fapt cea exprimată în grame de apă pierdute pe unitatea de suprafaţă şi în unitatea de timp, în condiţii de umiditate relativă a aerului pe cele două feţe ale ei şi de temperatură a mediului ambiant.

De aceea, pentru lucrări mari, care au condiţii deosebite de temperatură sau de umiditate, a suportului, este necesar ca, pe lângă permeabilitatea garantată de furnizor, să se efectueze şi încercări în condiţiile reale şi/sau extreme în care se va găsi geomembrana.

În concluzie, se pot reţine următoarele despre permeabilitatea geomembranelor:

1) Pierderile de apă prin geomembrane se pot produce datorită altor procese fizice decât cele ale infiltraţiei prin materialele clasice, şi de aceea ele se determină prin metode diferite, mult mai precise. Exprimarea lor cea mai corectă este în grame/unitatea de suprafaţă/unitatea de timp.

2) Pierderile apă sunt practic nesemnificative, mai ales la geomembrane cu grosimi de cca. 1mm, când ele ating permeabilităţi care, exprimate în mod clasic, au ca ordin de mărime k = 10-11 -10-13 cm/s, deci in domeniul betonului, şi depăşind cu mult peste 10 000 de ori pe cele ale argilelor.

3) Marele avantaj pe care il prezintă geoemembranele, din acest punct de vedere, dar nu numai, trebuie însă conservat, folosit din plin în concepţie, proiectare,executie şi exploatare prin măsuri corespunzătoare care să asigure o protectie fiabilă a unui material subţire şi deci sensibil la acţiuni necontrolate sau neluate în considerare.

IV.5. ÎMBİNAREA GEOMEMBRANELOR

Îmbinarea geomembranelor folosite în sistemele de etanşare este necesară din următoarele considerente:

lăţimea redusă de fabricaţie, care în prezent este de 10.5 m, cu lungimi de 30 – 40 m, datorită limitărilor de transport şi punere în operă;

formelor variate pe care le are suprafaţa de etanşat, ce presupune clinuri şi colţuri la schimbările de directie sau de nivel;

considerentelor tehnologice în execuţie care impun realizarea unor rosturi de lucru;

punctelor de trecere obligate prin etanşare pentru sistemele de drenaj al lixiviatului şi/sau al gazelor, racorduri cu diverse construcţii;

datorită deteriorărilor inerente cu ocazia punerii în operă, când folia a fost sfâşiată sau străpunsă şi este nevoie de reparaţii care presupun îmbinări de geomembrane.

Prezentarea făcută după Koerner (1994) în Fig. IV.22. redă foarte sugestiv tipurile de procese şi efectul produs în îmbinare.


28

Fig. IV.22. Diverse metode de realizare a imbinărilor la geomembrană (Kerner,1994)

Îmbinarea la cald cu extrudare. Îmbinarea la cald cu extrudare plată Îmbinarea termică de contact Îmbinarea cu solvent Îmbinarea cu solvent de structură Îmbinarea cu solvent adeziv Îmbinarea cu adeziv de contact

În cazul tuturor tehnologiilor de îmbinare trebuie urmărite următoarele elemente

cu caracter general.

Lăţimea de suprapunere nu trebuie să fie una mai mică de 10 cm, mergând până la 20 cm ;

Curăţenia deosebită a celor două feţe ce se îmbină şi asigurarea planeităţii suprapunerii, imediat înainte de aplicarea procedeului.

Viteza de lucru trebuie să respecte temp., presiunile, cantităţile de material de adaos prescrise ;

Condiţiile meteorologice – pentru a se respecta ritmurile de execuţie impuse, se pot utiliza incinte închise provizoriu în zona de lucru, dar trebuie acordată atenţie în special pentru procedeele la cald şi detensionării sudurii după ce vine în contact brusc cu temperaturi scazute, fapt ce poate produce fisurarea îmbinării.


29

Fig. IV.27. Controlul etanşărilor cu reţele de sezori (captori)

Există în prezent geomembrane care au faţa inferioară conductoare.

Stratul conductor este încărcat prin inducţie, iar faţa neconductoare este testată prin baleaj elcetric (Fig. IV.28). Orice perforaţie declanşează o scânteie şi o alarmă sonoră.

Fig. IV.28.Sisteme de detectare a defectelor prin baleiaj electric

IV.6. ELEMENTE DE CALCUL

Geomembranele sunt produse specializate care au rolul de asigura etanşeitatea, dar pentru a garanta o etanşare corespunzătoare în lucrări, ele se utilizează în asociere cu alte strate, îndeosebi constituite tot din geosintetice, formând astfel ”sistemele de etanşare”. Ca urmare, metodologia de calcul trebuie sa aibă în vedere întregul sistem.

IV.6.1. Grosimea geomembranei

În alegerea grosimii geomembranei trebuie luate în considerare o serie de elemente, cum ar fi:

- componenţa sistemului şi, în special, a stratelor de protecţie; - natura stratului suport pe care se aşează; - modalităţi de întreţinere a suprafeţei; - dacă este sau nu expusă direct acţiunii razelor solare şi pe ce perioadă

de timp;


30

- agresivitatea chimică a lichidelor care se găsesc deasupra ei; - modul de punere în operă, utilajele folosite; - eforturile mecanice, de obicei de întidere, la care va fi supusă în

perioada de instalare şi după aceea; - tehnologiile de îmbinare disponibile; - posibilităţi de cedare sau de alungire în exploatare a sistemului de

etanşare sau a geomebranei propriu-zise; - coloana de lichid pe care o va suporta.

În orice condiţii, orcât ar fi ele de favorabile, grosimea minimă a geomembranelor utilizate pentru etanşări nu va mai fi mai mică de 0,5 mm, urmând să crească în trepte de 0,15 mm pentru condiţii din ce în ce mai dificile.

Folosind valorile prezentate în Koerner (1990), în Fig. IV.29 sunt date grosimile geomembranelor în funcţie de sarcina hidraulică.

Fig. IV.29. Grafic pentru determinarea grosimii necesare a geomembranelor (Koerner 1990) IV.6.2. Permeabilitatea geomembranelor

Această caracteristică nu este deobicei prezentată în prospectele produselor. Valorile ei sunt, în general, de ordinul a k = 10-11 – 10-13 cm/s, dar cea mai concludentă valoare este pierederea de apă exprimată în g/m2/zi, prezentată în paragraful IV.4. Desigur că ea depinde şi de coloana de lichid la care este supusă geomembrana şi de aceea, de exemplu, pentru depozitele de deşeuri, se prevăd sisteme de drenaj care să nu permită formarea unei coloane de lichid mai mare de 30 cm pe etanşare.

IV.6.3. Ancorarea geoemembranelor În sistemul de etanşare, geoemembranele se ancorează la partea superioară a

taluzului în cazul unor rezervoare, depozite de deşeuri, canale, etc., executate în debleu.

Ancorarea se face pentru a asigura stabilitatea foliei în perioada de execuţie şi de exploatare.


31

În Fig. IV.31. sunt prezentate diferite tipuri de ancorare care se pot utiliza funcţie de rezistenţa necesară în ancoraj, de spaţiul disponibil, de acces şi de echipamentul existent.

Fig. IV.31. Ancorarea geomembranelor

Cea mai utilizată este tranşeea rectangulară (cu dimensiuni de 0,5 m – 0,7 m

lăţime şi maxim 1 m adâncime), care oferă o bună rezistenţă la smulgere, nu necesită mult spaţiu şi poate fi realizată cu un excavator mic.

În cazul ancorării prin acoperire, fără tranşee, pentru a obţine o rezistenţă suficientă, este necesară o lungime mare de ancorare.

Tranşeea în “V” se situează undeva între aceste două cazuri. Tranşeea îngustă se utilizează în spaţii restrânse, umplutura trebuind să fie

compactă şi rezistenţă la eroziune putând, de multe ori, conţine ciment sau bentonită.

IV.6.3.1. Ancorarea prin acoperire

Schema de calcul pentru ancorarea în cazul unui strat de acoperire este prezentată în Fig. IV.32. şi din ea rezultă:

F cos α = δ L + 0,5 fg L tan (IV.8.)

în care :

- F este valoarea admisibilă în geomembrană, egală cu valoarea de rupere împărţită la coeficientul de siguranţă. De exemplu, pentru geomembrană de 2 mm, forţa de rupere a fost de 350 kg/cm2, iar coeficientul de siguranţă 2, deci F = 150 kg/cm2;

- α unghiul taluzului făcut cu orizontala, luat pentru cazul propus 200, cu cos α = 0,34.

- - greutatea volumetrică a terasamentului de acoperire, considerată ca fiind 1600 kg/m3.


32

- δ – grosimea acoperirii, egală cu 0,3 m

- - unghiul de frecare geomembrană/pământ 210, tg = 0,38.

- - presiunea dată de geomembrană în punctul de inflexiune şi care este:

(IV.9.)

Fig. IV.32. Schema de calcul a ancorării geomembranelor prin acoperire

În final:

F cos α = δ L + 0,5 L tan

150 x 0,93 = 1600 x x L + F cos α (IV.10.)

L = Rezultă aici o lungime de ancorare necesară de 0,7 m.

IV.6.3.2. Ancorarea cu tranşee rectangulară

În cazul ancorarii cu acoperire şi tranşee recatangulară, schema de calcul este cea din Fig. IV.33.

Fig. IV.33. Schema de calcul pentru ancorarea geomembranelor cu tranşee

F = Fi + 2Fa, (IV.11.)

în care:


33

F este aceeaşi ca şi în exemplul anterior, egală cu 150 kg/cm2;

Fi = δ L =

1600 x 0,3 x 0,36 = 172 (IV.12.)

Pentru Fa se apreciază că va fi egală cu produsul dintre media presiunii orizontale, kaha, în ancoră şi coeficientul de frecare al geomembranei în ancoraj.

Considerând o adâncime de ancoraj necunoscută ha, se poate scrie:

Fa = k0 σv (IV.13.)

în care:

σv = ha mediu = 0,5ha (IV.14.)

k0 = 1 – sinФ, cu Ф – unghiul de frecare internă al pământului, considerat 300, deci k0 = 0,5.

Fa = 0,5 x 1600 x 0,5 x tang x ha = 142ha (IV.15.)

150 x 182L + 2ha x 142

În aceste condiţii, se pot alege perechi de valori pentru L şi ha, de exemplu 0,6 m şi 0,2 m.

În orice caz, din considerente de siguranţă şi asigurare a geomembranelor în perioada de execuţie, este de preferat o ancorare cu tranşee.

IV.6.3.3. Ancorarea cu tranşee in “V” Schema de calcul este dată în Fig. IV.34.

Fig. IV.34. Schema de calcul pentru tranşeea în “V”

Forţa de ancorare, F este egală cu:

F = F0 + Fa2 = L δ 1 + ( 1 + 2), (IV.16.)

unde :


34

- - greutatea volumică a umpluturii, - δ – grosimea stratului de acoperire,

- 1 - unghiul de frecare între pământ şi partea inferioară a geomembranei,

- 2 - unghiul de frecare între pământ şi partea superioară a geomembranei,

- Ha – adâncimea tranşeei.

Această ecuaţie este valabilă în cazul în care blocul de pământ rămâne pe loc, deasupra tranşeei, asfel încât se mobilizează frecarea pe ambele părţi ale geomembranei.

Dacă blocul de pământ se mişcă, nu se mai ia în considerare frecarea pe partea superioară, în schimb, se adaugă rezistenţa pământului:

F = Fa1 + Fa2 = L δ 1 +

( 1 + 2), (IV.17.)

Pentru proiectare, se va considera valoarea minimă a forţei pentru cele două cazuri.


35

V. CONTRIBUŢII PRIVIND TEHNOLOGIILE DE IMPLEMENTARE A SOLUŢIILOR UTILIZÂND GEOEMEMBRANE

(Studiu de caz)

V.1. SOLUŢIA DE REABILITARE A BARAJULUI PECINEAGU

V.1.1. Date de proiectare

Barajul Pecineagu este situat in judeţul Argeş, pe râul Dâmboviţa, în depresiunea dintre munţii Iezer-Păpuşa, Făgăraş şi Piatra Craiului. Barajul se află la aproximativ 25 km în amonte Podul Dâmboviţa.

Conform Registrului Român al Marilor Baraje, în care figurează în prezent un total de 247 de baraje, barajul Pecinegu este al 12-lea după înălţime şi al 34-lea după volumul lacului de acumulare.

Barajul Pecineagu – Vedere din amonte

Barajul este un baraj din anrocamente cu mască de beton (Concrete Face Rockfill Dam – CFRD), cu înălţimea maximă de 105 m, cota la coronament 117,00 m, lungimea coronamentului 300 m, lăţimea coronamentului 10 m. Din documentaţia existentă rezultă că impermeabilizarea coronamentului amonte al barajului a fost realizată din 297 plăci de beton armat, cu grosimea cuprinsă intre 1,20 m, (zona inferioară), şi 0,30 (zona superioară) şi dimensiuni în plan de 7x10 mp, 10x10 mp şi 15x10 mp. În zona perimetrală, de contact cu vatra, plăcile de contur au dimensiuni diferite şi forme speciale. Plăcile au o pantă de 1V 1,717 H şi o curbură orizontală cu raza de 200 m. Suprafaţa totală a plăcilor din beton este de 29,550 mp. Calitatea suprafeţelor de pe taluzul amonte a permis renunţarea la un strat de de egalizare din beton sub mască. S-au turnat doar fâşii de beton de egalizare sub rosturi verticale, necesare pentru cofrare şi turnare.


36

V.1.2. REABILITARE MASCĂ DE ETANŞARE

Barajul este realizat din anrocamente, cu mască amonte din beton armat, cu înălţime maximă 105 m, secţiune trapezoidală, în secţiunea centrală cu lăţimea la bază de 360 m şi la coronament de 10 m.

Masca de etanşare executată are o pantă de 1:1,7 şi în plan orizontal are o curbură cu raza de 2000 m la coronament.

Masca se reazemă pe vatră – realizată atât în vale cât şi pe cei doi versanţi, la contactul dintre aceasta şi terenul de fundare. Vatra cu o lungime de 450 m conţine o galerie de vizitare, injecţii şi drenaj.

Taluzul aval are o pantă de 1:1,7 şi este prevăzut cu 4 berme de cca. 2,5 m lăţime, aflate la cotele 1.097, 1.077, 1.057 şi 1.037 mdM. Pe aceste banchete se află cabinele pentru măsurarea deplasărilor orizontale în tubulaturile cu reperi inductivi.

DATE CARACTERISTICE PENTRU

AMENAJARE

Suprafete

Suprafata lacului la NNR=182.0 ha

Suprafata bazinului=103.0 kmp

Suprafata mastii de etansare=3.0 ha

Debite

Golire semiadancime=50.0 mc/s

Golire de fund=116.0 mc/s

Deversor palnie=590.0 mc/s

Priza energetica=35.0 mc/s

V.1.3. Lucrări de etanşare şi drenaj executate:

Sistemul de etanşare prevăzut este următorul:

Voal pentru etanşarea rocii de fundaţie realizat din două şiruri de foraje, cu distanţa între foraje de 2,50 m şi 1,50 m între şiruri şi cu adâncime cuprinsă între 40 m în zona de talveg şi 100 m pe zona de versanţi. Forajele sunt executate din galeria de injecţii şi control existentă în vatra măştii;

Vatra de rezemare a măştii urmăreşte întregul contur al măştii amonte şi are o lungime de 450 m. Ea este încastrată 2-8 m în stâncă, până la roca bună de fundare, cu un grad redus de alterare;


37

Masca de etanşare realizată în prima etapă este realizată din 297 plăci de beton armat, cu grosimea cuprinsă între 1,20 (zona inferioară) şi 0,30 m (zona superioară) şi dimensiuni în plan de 7x10 m2, 10x10 m2 şi 15x10 m2. În zona perimetrală, de contact cu vatra, plăcile de contur au dimensiuni diferite şi forme speciale. Calitatea suprafeţei anrocamentelor de pe taluzul amonte a permis renunţarea la un strat de egalizare din beton sub mască. S-au turnat doar fâşii de beton de egalizare sub rosturile verticale, necesare pentru cofrare şi turnare.

Etanşarea rosturilor dintre plăci diferă pe înălţimea măştii. Pe întreaga înălţime există o etanşare centrală cu bandă PVC. Sub cota 1.093 mdM s-a adăugat o etanşare inferioară cu tolă de cupru (la faţa inferioară a măştii, între mască şi betonul de egalizare). Sub cota cca. 1.038 mdM s-a adaugat o etanşare superioară cu bandă de cauciuc de 600 mm lăţime şi 12 mm grosime, lipită cu chit tiocolic.

Plăcile măştii amonte au fost turnate între ele cu un rost de 25 mm, realizat cu plăci de barapal. La partea superioară, acest rost este realizat cu o evazare care a fost umplută cu chit tiocolic sau cu asrobit.

În scopul obţinerii unei impermeabilizări mai bune, în zona inferioară s-a realizat o banchetă din material argilos, rezemată pe mască, având cota superioară la ~1034 mdM. Între cotele 1034 şi 1093 mdM s-a realizat o tratare de suprafaţă a măştii cu răşină epoxidică (silurex).

În cursul exploatării s-au înregistrat creşteri ale debitelor infiltrate care au făcut necesare lucrări de reparaţii ale măştii. Reparaţiile locale efectuate în 1993, 1999 şi 2003 au fost eficiente pentru o perioadă scurtă de timp, de cca. 2-3 ani. După aceea, debitele infiltrate au ajuns şi au depăşit valorile anterioare.

Creşterea debitelor din perioada analizată, confirmă faptul ca este vorba de un fenomen evolutiv, care face necesară o intervenţie radicală la masca de etanşare a barajului. Proiectul de punere în siguranţă a barajului Pecineagu elaborat la faza SF de către AQUAPROIECT, prevede aşternerea unei măşti suplimentare dintr-o geomembrană specială, utilizată cu succes la lucrări similare.

În urma repetatelor goliri ale lacului şi a inspecţiilor realizate s-a determinat ca principala cale de infiltraţie este prin masca de etanşare, majoritar prin rosturile deteriorate dintre plăcile de beton armat.

V.2. SISTEMUL CARPI CU GEOMEMBRANǍ PENTRU BARAJUL PECINEAGU

Aşa cum cere documentaţia de licitaţie, sistemul de impermeabilizare pentru barajul Pecineagu constă în aşternerea unui geocompozit realizat dintr-o geomembrană din PVC impermeabilă laminată pe un geotexti, fixat mecanic de corpul barajului, tensionat si drenat. Conceptual sisitemul este acelaşi cu cel proiectat şi pus în operă de CARPI la barajul CFRD Midtbotnvatn din Norvegia şi barajul CFRD cu înălţime 101 m Salt Springs din SUA, precum şi alte câteva baraje din anrocamente, cum ar fi barajul Moravska din Republica Ceha şi barajul Wiscar din Marea Britanie. Acelaşi sistem se pune în operă în prezent la barajul CFRD cu înălţime 113 m din


38

Turimiquire din Venezuela, pe uscat în partea superioară şi subacvatică până la o adâncime > 50 m .

Scopul sistemului de impermeabilizare a paramentului amonte propus este de a asigura o etanşeitate eficientă şi de lungă durată.

După cum se solicită, suprafaţa totală acoperită de sistemul de etanşare cu geomembrană va fi aproximativ 20,750 m2.

V.2.1. Geocompozitul de impermeabilizare

Geocompozitul propus este alcătuit dintr-o geomembrană impermeabilă din PVC pe spatele careia este laminat în procesul de fabricaţie un geotextil cu rol de protecţie mecanică împotriva penetrării si de drenaj.

Geocompozitul propus este SIBELON CNT şi este fabricat pe baza unui compozit stabilit prin brevetul Carpi şi în urma analizării exigenţelor de comportament la acţiunea factorilor de climă locali, sub marcă înregistrată excusiv pentru Carpi. Materialul este produs în condiţiile impuse de ISO 9001 şi posedă marca CE. Având în vedere flexibilitatea sa, geocompozitul poate fi sudat şi suprapus la margini pe şantier după necesităţile locale. Geocompozitul este rezistent la penetrare şi sfâşiere, atât în timpul manipulării şi punerii în operă, cât şi în exploatare.

Geocompozitul se livrează în suluri cu lăţime de 2.10 m, lungimea fiecărui sul fiind egală cu lungimea secţiunii corespunzătoare fiecărei faze de execuţie. Pentru reducerea timpului de punere în operă, Carpi ar putea decide prefabricarea de panouri din mai multe fâşii pe o platformă adiacentă şantierului, a cărei realizare va fi în sarcina Antreprenorului General.

Pentru impermeabilizarea paramentului amonte al barajului Pecineagu, având în vedere înălţimea sa considerabilă precum şi faptul că nu a fost inspectată partea inferioară a acestuia, s-ar putea propune, interior inspectării şi după momentul golirii lacului, să fie utilizate două tipuri de geocompozit şi anume: unul cu grosimea elementului impermeabil – geomembrana de 3,0 mm pentru partea de jos a barajului şi altul cu grosimea de 2,5 mm pentru partea superioară a barajului, cum este deja prevăzuta de Proiectantul General.

V.2.2. Avantajele acestei variante constau în:

• Performanţele deja testate ale geomembranei;

• Instalarea uşoară şi rapidă, chiar la apariţia unor viituri în timpul lucrărilor;

• Repararea rapidă a eventualelor deteriorări, acestea putând fi făcute chiar sub apă;

• Înlocuirea geomembranei la sfârşitul duratei de serviciu cu una nouă prin simple operaţii mecanice al căror preţ va fi doar o parte din costul iniţial.


39

V.3. SOLUŢIA DE REABILITARE A BARAJULUI PECINEAGU ŞI VARIANTELE DE REZOLVARE A LEGǍTURII CU VATRA

V.3.1.2. Amenajarea suprafeţei paramentului amonte

În vederea execuţiei impermeabilizării, paramentul amonte se va aduce la o suprafaţă plană prin aplicarea unui mortar pentru a prelua denivelările existente astfel încât banda PVC să se muleze perfect.

Având în vedere că geomembrana trebuie să se monteze până la nivelul superior al galeriei de drenaj, vizitare (cotă superioară 1024), iar zona cuprinsă între cota 1034 (cota superioară a prismului de argilă) şi fundaţie este umplută cu argilă compactată, parţial prismul de argilă trebuie excavat până la cota 1021,70.

Excavaţia se va executa în trepte cu berme de cca. 5,00 m, iar materialul rezultat se va transporta într-o haldă pentru care se vor amenaja rampe de acces.

Membrana propusă are proprietăţi de rezistenţă la tracţiune care permit folosirea şi aşternera ei în condiţii foarte solicitante. Aceasta include şi un substrat relativ aspru, cu condiţia să fie stabil. La barajul Pecineagu, pregătirea suprafeţei cu jet de apă sub presiune pentru îndepărtarea materialului străin şi a părţilor desprinse. Toate elementele metalice, cum ar fi cele folosite pentru fixări temporare în timpul construirii barajului şi neîndepărtate dacă există, se vor tăia, nivelându-se suprafaţa din beton. Se propune planeizarea suprafeţelor şi repararea acestora cu mortar de ciment, operaţiune care va fi în sarcina Antreprenorului General.

În cazul în care, după golirea lacului şi inspectarea suprafeţei de la bază şi de pe paramentul barajului, se constată degradări majore ale suprafeţelor din beton, se propune aşternerea unui geotextil cu 1000 g/m2 ca strat suport şi împotriva penetrării.

V.3.1.3. Detensionarea plăcilor de la piciorul barajului

Detensionarea plăcilor se va executa pe conturul rostului perimetrial amonte de plăcile T pe o lungime de 420m prin execuţia unui rost tăiat de cca. 10cm lăţime. Materialul rezultat se transportă la haldă.

V.3.1.4. Refacerea plăcilor deteriorate

În zonele în care protecţia de beton prezintă striviri, dalele respective se vor demola şi reface.

Identificarea dalelor deteriorate se va face după golirea lacului şi execuţia excavaţiilor prismului de argilă existent la piciorul amonte al barajului, care acoperă masca pe primele 2 rânduri de plăci. Suprafaţa luată în calcul de refacere a dalelor reprezintă 1% din suprafaţa măşti de beton. Betonul folosit va fi de marcă C25/30, tipul cimentului CEMII A – S 32,5, clasa de expunere XF3, P8, S1 şi armate cu PC.

V.3.1.5. Execuţia de foraje de control şi injectarea eventualeor goluri

În zonele unde se constată infiltraţii puternice se vor executa foraje de control şi deficienţele constatate se vor injecta. Zonele se vor identifica după punerea la uscat a


40

măştii şi execuţia excavaţiilor prismului de argilă existent la piciorul amonte al barajului.

V.3.1.6. Tratarea rosturilor

La rosturile verticale dintre plăci s-a prevăzut creearea unui suport pentru geocompozitul PVC pentru evitarea pătrunderii acestuia în rosturi sub sarcina hidrostatică. Suportul va consta dintr-un strat de SIBELON CNT cu lăţimea de 0,50 m, aşternut centrat faţă de rosturi şi fixat mecanic punctual. Acest tip de suport a fost adoptat de Carpi la mai multe baraje CFRD şi RCC.

Traversarea etanşării perimetrale de fund de catre rosturile transversale ale galeriei din beton trebuie tratată pentru a evita ca apa să ocolească etanşarea în dreptul rosturilor. La barajul Pecineagu cel mai bine ar fi ca toate rosturile să fie tratate local. Pentru a împiedica infiltrarea apei din lac pe lângă etansarea perimetrală de pe galerie se sugerează forarea şi apoi cimentarea unei porţiuni din rost exact în poziţia unde se va monta etanşarea perimetrală. Prin acest sistem, apa este reţinută pe paramentul amonte de către sistemul de etanşare cu geomembrană şi etanşarea perimetrală, neputând-se infiltra prin rosturi, la cote inferioare trecând pe lângă etanşarea perimetrală, pentru că cimentarea va umple rosturile dintre masca amonte şi profilul waterstop înglobat care se presupune că există. Detaliile (localizarea, întinderea, panta forajelor pentru injecţii, tipul şi amestecul cimentului, presiunea de turnare etc.) se vor stabilii cu un subantreprenor de specialitate.

V.3.1.7. Impermeabilizarea suprafeţei măştii

Având în vedere constatările de pe parcursul exploatării s-a proiectat o mască din geomembrană ce se sprijină pe vatra galeriei de injecţie şi vizitare, mască ce se va executa de către o firmă specializată în astfel de lucrări, cu concursul constructorului ce execută lucrările din cadrul investiţiei „Mărirea gradului de siguranţă în exploatare a acumulării Pecineagu, judeţul Argeş “

V.3.1.8. Punerea în operă a sistemului de impermeabilizare cu geocompozit

Punerea în operă se va face de către echipe ce vor lucra de pe platforme mobile suspendate pe pasarele orizontale temporare, platforme suspendate, cărucioare de acces, utilaje pentru ridicare etc. similare cu cele utilizate la barajul CFRD Messochora din Grecia în 2010.

Sistemul de etanşare propus pentru barajul Pecineagu constă dintr-o căptuşeală de geomembrane din PVC, elastică si drenată fixată mecanic pe corpul barajului. Scopul sistemului de etanşare amonte este de a furniza o impermeabilitate eficienta şi de lungă durată pentru dalele si rosturile de parament amonte al barajului.

Sistemul de geocompozit din PVC propus a fost ales pentru:

- durabilitatea in condiţiile de climat cerute; - rezistenţa la impactul cu gheaţa si corpuri plutitoare; - sistemul de fixare ce asigură stabilitatea şi integritatea căptuşelii in toate

condiţiile de funcţionare, inclusiv în caz de uscare;


41

- membranele PVC expuse pot fi uşor şi repede reparate, chiar şi după ani de funcţionare, prin operaţii mecanice, fara demolare sau alte tipuri de lucrări civile şi cu personal având o minima pregătire şi unelte simple. Pot fi de asemenea reparate sub apă, fără a fi nevoie de a micşora cota rezervorului. Sistemul propus evita infiltraţiile de apa şi protejează dalele parament

deteriorate. Proprietăţile elastice ale căptuşelii vor permite depuneri acceptabile şi mişcări distinctive ce pot cauza fisurarea dalelor, menţinând etanşeitatea nealterată.

Căptuşeala propusă este un prefabricat realizat dintr-o membrană compozită (geocompozit), realizată dintr-o geomembrană impermeabilă de PVC de 2,5 mm grosime, si dintr-o căptuşeală de geotextil anti-străpungere/drenant care are o masă de 500 g/m2/suprafaţă. Geocompozitul are suficientă flexibilitate pentru a fi sudat şi îmbinat in teren. Geocompozitul este rezistent la străpungeri şi ruperi in timpul manevrării şi instalării.

Se ia în calcul că punerea în operă se va face în condiţii meteorologice care: - să permită manevrarea în siguranţă a sulurilor, cu o viteză maximă a

vântului în zilele în care se aştern sulurile de geomembrană de max. 25 km/h;

- să permită sudarea sistemului de geocompozit, cu temperaturi atmosferice minime şi maxime în perioada de sudare cuprinse între + 50 and + 300.

Fâşiile de geocompozit vor fi coborâte de pe coronament pe platforme mobile suspendate şi pasarele temporare. Fâşiile adiacente se vor suda vertical cu aer cald. Toate sudurile expuse apei se vor testa pe întreaga lungime a lor pentru impermeabilitate. Înaintea ancorări permanente, fâşiile/panourile se vor fixa mpotriva forţei de sucţiune a vântului cu saci de lestare

V.3.1.9. Pregătirea suprafeţei Căptuşeala propusă are proprietăţi elastice care permit folosirea şi amplasarea

ei în condiţii exigente. Aceasta include mai exact o fundaţie rugoasă cu condiţia că este stabilă. Pregătirea suprafeţei va consta din îndepărtarea materialului străin şi a părţilor desprinse cu ajutorul jetului de apă.

Pentru a regulariza suprafaţa (devieri ale rosturilor verticale şi orizontale dintre dale, cavităţi, îmbinări parament/plintă) se instalează pe toată suprafaţa amonte un geotextil de 1000 g/m2, ca strat de sprijin/anti-străpungere.

Aşezarea geotextilului anti-străpungere (materialul alb)


42

V.3.1.10. Sistemul de drenare

Geocompozitul va fi drenat în spate. Sistemul de drenaj constă din:

Stratul de drenaj al măştii creat de golul dintre geocompozit şi corpul barajului, şi geotextilul ce intră în alcătuirea geocompozitului;

Canalele verticale create de sistemul de tensionare al geocompozitului;

Canalul longitudinal de colecatre a apelor drenate, ce constă într-o fâşie de georeţea drenată cu lăţimea de 50 cm cu valori înalte ale transmitivităţii;

Conductele de evacuare, 6 tevi Ø 80 mm care, în principiu, vor descărca în corpul barajului (sau aşa cum se va conveni în etapa de detalii de execuţie a proiectului). O placă de oţel inox plasată în faţa fiecărei conducte va evita pătrunderea geocompozitului în conductă sub efectul presiunii hidrostatice. În zona plăcilor din oţel, georeţeaua se va dubla.

V.3.1.11. Aşezarea geocompozitului de etanşare Foile vor fi coborâte de pe coronamentul barajului de către muncitori aflaţi pe

platforme suspendate. Foile învecinate vor fi îmbinate vertical prin sudură la cald. Toate sudurile expuse la apă vor fi 100% controlate pentru impermeabilitate la apă. Înainte de ancorajul permanent, foile/panourile vor fi asigurate împotriva vântului cu ajutorul unor saci de balast sau prin fixarea temporară cu profile în eşichier.

La stânga, panouri de 6m lăţime în timpul instalării. La dreapta, foi alăturate în timpul sudării la cald. Foile sunt temporar balastate împotriva vântului cu saci cu nisip.


43

Panourile sunt ţinute pe loc împotriva vântului cu profile în eşicher

V.3.1.12. Ancorajul pe paramentul amonte

Geocompozitul de etanşare din PVC trebuie ţinut întins şi în contact strâns cu paramentul barajului, pentru a se evita formarea de cute care pot prejudicia longevitatea căptuşelii. În acest scop, geocompozitul va fi ancorat prin linii paralele, verticale de ansamble de întindere . Spaţiul dintre aceste linii de fixare va fi de 5,75m.

Ansamblele de întindere constau dintr-un profil intern în forma de “U”, ancorat la paramentul barajului, şi de un profil extern în formă de “Ω” care fixează şi întinde geocompozitul de PVC peste profil. Ansamblul este etanşat cu o tablă de acoperire din PVC, o geomembrană din PVC cu grosime de 2,5mm, folosită la căptuşeala principală dar fără geotextil, sudat impermeabil pe geocompozit.

La barajul Pecineagu, se prevede ancorarea profilelor U cu bolţuri ancoră de oţel inoxidabil în dalele de beton cu fiole chimice la distanţă de 40cm, presupunând că condiţiile betonului sunt suficient de bune pentru a permite acest tip de ancoraj. Geocompozitul PVC este apoi aşezat peste profilul U şi străpuns de bolţurile de ancoraj. Profilul Ω este apoi poziţionat şi fixat de profilul U printr-un şurub conector.

Întregul ansamblu este etanşat cu ajutorul unei table de acoperire din PVC, sudată de el, pentru a se asigura ca nu există infiltraţii de apă la bolţurile de ancorare care perforează membrana.

Tablele de acoperire sunt realizate cu o membrană de PVC ca şi materialul de membrană PVC şi de grosimea folosită pentru căptuşeala geocompozită.


44

Din stânga sus in sensul acelor de ceasornic: Schema asamblării profilelor de întindere, instalarea profilelor interne, căptuşeala PVC străpunsă peste tije şi fixate de profilele externe,

şi sudarea tablei de acoperire din PVC la capătul de fund de profilul extern.

Sistemul de ancoraj este proiectat sa menţină căptuşeala într-o poziţie stabilă pe paramentul amonte, rezistentă la greutatea proprie, vânt, valuri şi acţiunea gheţii, la ridicare. Sistemul de ancoraj este proiectat să întindă căptuşeala, să prevină formarea de zone de încetinire şi cute, şi să menţină căptuşeala independentă de paramentul barajului, permiţând şi facilitând drenajul apei între baraj şi geocompozit prin crearea de spaţii de aer flexibile între suprafaţă structurii şi căptuşeala de geocompozit. Acest spaţiu de aer permite apariţia drenajului.

Întinse Incă nu sunt întinse

Efectul de întindere al ansamblului poate fi văzut în stânga, panouri de 6m lăţime. Panourile din dreapta nu au fost încă întinse.


45

V.3.1.13. Etanşarea perimetrului de fund

Geocompozitul de etanşare va fi ancorat la fund de o etanşare perimetrală pentru a se evita infiltraţia apei sub geocompozit. Perimetrul de etanşare va fi impermeabilizat împotriva apei sub presiune. Geocompozitul se extinde orizontal peste plintă, pentru a se realiza o conexiune perfectă între etanşare paramentului amonte şi etanşarea fundaţiei.

Geocompozitul de etanşare acoperă vatra de beton şi etanşarea de fund este aşezată pe limita verticală a vetrei.

Etanşarea perimetrală este concepută în aşa fel încât să împedice eventualele pătrunderi ale apei sub presiune.

Etanşarea perimetrală se va realiza prin comprimarea geocompozitului prin intermediul unor plăci netede de inox fixate mecanic în beton cu ancore chimice. Plăcile de INOX, conform proiectului, vor avea secţiunea de 80x8 mm şi vor fi plasate la distanţe de 0.15 m. Atât dimensiunile plăcilor de inox, cât si distanţele dintre ele vor fi definitivate ulterior acţiunii de golire a lacului şi analizării stării etanşării perimetrale actuale, în procesul de proiectare, la faza de detalii de execuţie, în condiţiile asigurării unei etanşări perimetrale eficiente. Între geocompozit şi plăcile metalice se vor introduce garnituri compresibile şi plăci de îmbinare pentru distribuirea efortului.

Pe suprafaţa de beton a plintei se aplică un mortar cu adaos de răşini de etanşare pentru compensarea asperităţilor şi obţinerea unei bune etanşeităţi. Configuraţia propusă este în concordanţă cu cea adoptată de CARPI pentru toate barajele mari impermeabilizate cu sistemul propus, inclusiv impermeabilizarea pintenului din beton la barajul CFRD cu înălţimea de 189 m Karahnjukar din Islanda, impermeabilizarea barajului CFRD Turimiquire cu înălţimea de 113 m din Venezuela şi impermeabilizarea paramentului amonte a barajului cu înălţimea de 188 m Miei I din Columbia, Această configuraţie a fost testată sub o sarcină hidrosatică de 240 m şi a fost aprobată de ISMES, cel mai important institut de cercetări hidraulice şi cu cea mai multă experienţă în Italia.

V.3.1.14. Etanşare perimetrala de suprafaţă

Etanşarea perimetrala de suprafaţă va fi plasată la baza parapetului la o cotă aproximativă de 1.117,40m şi va fi izolată împotriva ploilor şi valurilor Etanşarea de suprafaţă este făcută din benzi îngroşate şi plate de inox cu secţiunea de 50 x 3mm, bolţuite în beton cu ancore având o distanţă de 0,25m între ele. Această etanşare de suprafaţă va fi acoperită de apa doar odată la 1000 de ani, în cazul unui eveniment nedorit; configuraţia sa îi permite să reziste la un vârf de apă limitat, estimat pentru eveniment.


46

V.3.1.15. Schimbări de pantă

La modificări ale înclinaţiei (fundul paramentului amonte, fundul părţii verticale a vetrei) geocompozitul hidroizolant va fi păstrat aderent la fundaţie de către benzile îngroşate plane de inox, cu secţiunea 50 x 3mm bolţuite în beton cu ancore dispuse la câte 0,25m, aşa cum s-a descris la etanşarea de suprafaţă şi hidroizolat de o bandă de geomembrană de PVC.

Sistemul propus evită infiltraţiile de apă şi protejează dalele parament de deteriorare. Proprietăţile elastice ale căptuşelii vor permite depuneri acceptabile şi mişcări distinctive ce pot cauza fisurarea dalelor, menţinând etanşeitatea nealterată.

Aval de baraj se execută o platformă betonată de 8,00m x 200,00m pentru a se lipi foile flexibile ale geocompozitului, creându-se astfel panouri mai mari pentru a se scurta timpul de instalare a măştii.

V.3.1.16. Execuţia de foraje de drenaj din galeria de drenaj

Pentru drenarea eventualelor infiltraţii de sub masca de beton şi geomembrană se vor executa două tipuri de foraje de descărcare în galeria perimetrală de 3,00m şi 6,50m, amplasate din 1,00 în 1,00m alternativ. De asemeni în zonele unde masca de beton prezintă deformaţii mari se vor executa găuri de drenaj.

V.3.1.17. Ancorarea pe paramentul amonte Geocompozitul de impermeabilizare din PVC se va aşterne tensionat şi în

contact intim cu masca barajului, prin intermediul unor ansambluri de tensionare aşezate paralel între ele, pe direcţia verticală. Distanţa dintre aceste linii de fixare va fi de 5.7 – 5.75 m.

Ansamblurile de tensionare brevetate, propuse de Carpi pentru barajul Pecineagu presupun ancorarea profilelor U, cu profile de ancorare din oţel inox chimic de plăcile din beton plasate, conform prevederilor din proiect, la o distanţă una de alta de altele. Distanţa de 40 cm prevăzută, urmează a fi verticală în raport cu starea betonului din care este alcătuită masca actuală. Pentru asigurarea etanşeităţii în zona în care bolţurile de ancorare penetrează geocompozitul, ansamblul este impermeabilizat cu o fâşie de acoperire din PVC, din acelaşi material cu cel utilizat pentru materialul de bază, dar fără geotextil, sudată în mod etanş pentru geocompozit.

Având în considerare înăţimea considerabilă a barajului, Carpi a prevăzut posibilitatea folosirii unor profile mai groase, de 2,0mm acolo unde sarcina hidrostatică este mai mare.

Sistemul Carpi presupune ancorarea geosinsteticului de impermeabilizare pe intreg paramentul, astfel încât schema de poziţionare a prinderilor să asigure stabilitatea acestuia la solicitări de deplasare datorate factorilor de climă (vânt, valuri şi gheaţă). Sistemul Carpi presupune întodeauna asigurarea drenajului prin spatele geocompozitului şi asigură, prin întinderea fâşiilor de geocompozit, evitarea formării zonelor cu surplus a faldurilor, menţinându-l independent de suprafaţa rigidă a barajului.


47

V.3.1.18. Tratarea zonelor de contact cu rosturile impermeabilizate: legătura dintre profilul waterstop exsistent şi noul profil waterstop Carpi.

Zonele unde etanşarea perimetrală superioară intersectează rosturile se vor trata pentru conectarea noului sistem de impermeabilizare la profilul waterstop existent (presupunând că există), pentru a evita pătrunderea apei pe lângă etanşare. Tipul de tratament se va defini într-o etapă ulterioară. În cazuri similare, s-a executat un foraj în beton, centrat pe rost şi de adâncimea maximă posibilă, pentru a nu intercepta profilul waterstop existent. Forajul se umple apoi cu o răşină pe bază de poliuretan. Etanşarea de fund se montează deasupra forajului umplut, astfel încât se obţine o conexiune impermeabilă între noul waterstop extern şi profilul waterstop înglobat existent. Această configuraţie s-a folosit cu succes la multe proiecte, de ex. Barajul CFRD Midtbotnvatn, Norvegia.

V.4. MONITORIZAREA COMPORTĂRII MĂŞTII LA GOLIREA LACULUI

V.4.1. Deplasări relative Deplasările în rosturile măştii de etanşare au fost măsurate cu ajutorul

discedimetrelor. Marea lor majoritate au ieşit din funcţiune pe parcursul execuţiei şi

al exploatării şi se poate aprecia că şi-au îndeplinit rolul.

În figura de mai jos se prezintă evoluţia tasărilor intr-un profil central prin baraj.

Se observă tasarea maximă de pe mască de la cota 1082, de cca. 400 mm. În

continuare, până la coronament, deplasările sunt cuprinse între 250-300 mm. De la

coronament la piciorul aval tasările se diminuează rapid după o curbă asimptotică la

axa 0.

Tasări măsurate geodezic în profil transversal pe baraj

în perioada 1986 (seria 15) – 2009 (seria 39)

Măsurătorile de tasări au condus la afirmaţia că tasările barajului sunt produse

în principal de sarcina hidrostatică. Din această cauză maximul se găseste la


48

paramentul amonte, puţin peste jumătatea măştii, şi este de cca. 400mm, în timp ce la

coronament are valoarea maximă de 300mm.

Evoluţia în timp a tasărilor măsurate la reperii centrali de pe mască (271, 272,

273 si 275) este prezentată în diagrama evoluţiei în timp măsurate geodezic pe

mască. Seria efectuată in 2009, cu lacul pană la cota 1090 a permis determinarea

reperilor de pe primele două rănduri de la partea superioară a măştii.

Din prezentarea evoluţiei în timp a tasărilor se observă că tasarea maximă s-a

produs la reperul 273 (de la cota 1082), situat în axul barajului. Ea a fost măsurată la

lac gol (2003), fiind de 396mm şi reprezintă tasare maximă măsurată dintre toţi reperii

de pe baraj. La reperul 272 (de la cota 1097), diferenţa dintre tasarea măsurată la lac

gol şi anul 2009, este de 40 mm, în timp ce la reperul 271 (de la cota 1112), este de

numai 25mm.


49

Baraj PECINEAGU V.4.3. Diagrame de deplasări verticale (tasări) măsurate geodezic

în secţiune longitudinală pe mască

Mască - profil mal stâng Reper topo

Mască profil central Reper topo

Mască - profil mal drept Reper topo

Mască - profil mal drept Profil central Reper topo


50

Baraj PECINEAGU V.4.4. Diagrame de deplasări verticale (tasări) măsurate geodezic în secţiune

transversală pe mască


51

Analizând comparativ situaţia de pe cei doi versanţi din diagramele de deplasări verticale (tasări) măsurate geodezic în secţiunea transversală şi longitudinală pe mască, se constată că tasările înregistrate la reperii dinspre cei doi versanţi sunt similare cu excepţia celor de la cota 1082. Astfel, la ultima serie (iunie 2003) s-au măsurat 188mm la versantul stâng si 317mm la versantul drept. A rezultat o diferenţă a tasărilor de 129mm sau o creştere a tasărilor de la versantul drept faţă de versantul stâng cu 68%. Prin urmare s-a considerat că zona supusă la tasări maxime este situată la cota 1082, pe rândul de plăci E, aflat la cca. 67% din înălţimea maximă a barajului şi în mod special pe malul drept.

VI. CONCLUZII Lucrarea de cercetare prezentată care se doreşte a fi un punct de plecare

pentru abordările viitoare în domeniul reabilitării sistemelor de etanşare a barajelor în exploatare, este structurată pe 6 capitole şi cuprinde 134 de pagini, 64 figuri, 18 tabele şi o listă de 27 semnalări bibliografice cu titluri.

Abordarea acestui subiect în lucrare decurge din necesitatea obiectivă de realizare a dezideratului de siguranţă a unui baraj ca şi nivelul de risc acceptabil în toate etapele din viaţa lucrării: concepţie, proiectare, construcţie, punere în funcţiune, exploatare. Creşterea siguranţei structurale a unui baraj este condiţionată de urmatoarele elemente principale : proiectare adecvată, calitatea execuţiei, exploatare raţională, mentenanţă.

Sunt prezentate în lucrare o serie de consideraţii referitoare la proiectarea, executarea şi exploatare în trecut a unor tipuri de baraje din anrocamente etanşate cu mască din beton armat şi beton bituminos, însoţite de problemele deosebite apărute în timp: tasări mari şi diferenţiate ale prismelor de rezistenţă a barajelor, cu deteriorarea maştii şi de aici infiltraţii excesive. În acest context se precizează modalităţi diferite de comportare în exploatare a barajelor de acest gen şi anume:

La barajele de mică anvergură cu H<70 m s-a constatat o comportare în general normală potrivit aşteptărilor.

La barajele mari în schimb s-au costatat diferenţele semnalate mai sus. Se remarcă faptul ca în practica proiectării şi a execuţiei acestui tip de baraje

au intervenit modificări esenţiale legate de concepţia (proiectarea) maştii de beton şi a zonei de plecare a acesteia (grinda de vatra în loc de galeria de injecţie) şi implicit tehnologia aferentă de execuţie

De asemenea se remarcă preocupările de dată recentă şi aplecarea către barajele care au în spate o cantitate însemnată de apă, unde s-au constatat defecţiuni ale măştii, ale rosturilor etc, preocupări şi cercetări legate de punerea în siguranţă a acestora utilizând geomembrane, vizând reabilitarea paramentului amonte a acestora.

La finalul lucrării este prezentat un studiu de caz pe barajul Pecinegu pentru punerea în siguranţă a acumulării, s-a ajuns la concluzia că cea mai eficientă soluţie este aceea de impermeabilizare a măştii de pe paramentul amonte cu aşternerea unui geocompozit realizat dintr-o membrana din PVC impermeabilă laminată pe un geotextil, fixat mecanic de corpul barajului, tensionat şi drenat.


52

CONTRIBUŢII PERSONALE Contribuţiile personale ale doctorandului la domeniul de cercetare sunt următoarele:

Abordarea şi detalierea cauzelor şi efectelor accidentelor produse la baraje din ţară şi din străinătate.

Evidenţierea unor aspecte privind soluţiile tehnice şi tehnologice privind punerea în siguranţă a acumulării Pecineagu.

Analiză a unor incidente de comportare la barajele cu etanşare la paramentul amonte.

Promovarea unor tehnologii eficiente pentru realizarea măştilor de etansare.

Evidenţierea avantajelor utilizării de geomembrane pentru baraje. DIRECŢII DE CERECETARE PENTRU VIITOR

Pornind de la limitele acestei lucrări, atenţia trebuie îndreptată în continuare în urmatoarele direcţii :

Urmărirea comportării lucrărilor la barajele care au suferit lucrări de punere in siguranţă.

Stabilirea unor concluzii pertinente şi de actualitate în domeniul barajelor şi a apelor în general, cu evidenţierea necesităţii realizării unor liste cu barajele care au nevoie imediat de lucrări de reabilitare.

Bibliografie:


53

1. D. STEMATIU, Şt. IONESCU, „Siguranţă şi risc în construcţii

hidrotehnice”,Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti, 1999.

2. R. PRIŞCU, „Construcţii Hidrotehnice, vol. 1”, Editura Didactică şi Pedagogică,

Bucureşti.

3. R. PRIŞCU, „Construcţii Hidrotehnice, vol. 2”, Editura Didactică şi Pedagogică,

Bucureşti.

4. A. POPOVICI, „Baraje pentru acumulări de apă, vol. 1”, Editura Tehnică,

Bucureşti, 2000.

5. A. POPOVICI, „Baraje pentru acumulări de apă, vol. 2”, Editura Tehnică,

Bucureşti, 2002.

6. D. STEMATIU, Embankment dams. Editura Conspress Bucureşti 2006.

7. D. STEMATIU, Mecanica rocilor pentru constructori. Editura Conspress

Bucureşti 2008.

8. Institutul de Studii şi Proiectări Hidroenergetice (I.S.P.H.), „Accidente la

construcţii hidrotehnice”, Bucureşti, 1984.

9. D. Bărbulescu, „Raport de cercetare nr. 1: Analiza unor incidente de

comportare la barajele cu etanşare la paramentul amonte. Pecineagu, Valea de

Peşti, Colibiţa”, 2007.

10. D. Bărbulescu, „Raport de cercetare nr. 2: Concepte noi privind alcătuirea

barajelor cu etanşare la paramentul amonte”, 2008.

11. D. Bărbulescu „Raport de cercetare nr. 3: Contribuţii privind promovarea

tehnologiilor eficiente pentru realizarea măştilor de etanşare”,2010.

12. D. CIOC, „Hidraulică”, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1975.

13. CICB ICOLD 2010, Geomebrane sealing systems for dams.

14. Adr. Găzdaru, V. Feodorov, S. Manea, Loretta Batali, Geosinteticele în

construcţii ( Propietăţi, utilizări, elemente de calcul)”.

15. Belloni, L, Tanzini, M. Behaviour of the Chiew Larn dam during construction.

Water Power and Dam Construction, March,1992.

16. Brazilian Committe on Large Dams. Main Brazilian Dams – Foz do Areia

hydroelectric plant. BCOLD, 1982.


54

17. Cooke, B., J. “Empirical design of the CFRD. Hydropower and Dams, Issue four”

1997.

18. Cooke, B., J. Empirical design of the CFRD. Hydropower and Dams, Issue six”,

1998.

19. Cooke, B., J. ; Stassburger, A.,G. Rockfill dams. Development of Dam

Enegineering in the United States. Kolgard, E., B., Chadwick, W., L. editors,

Pergamon Press, 1988.

20. Dasvis, C., V., Sorensen, K., E. Handbook of applied hydraulics. Mc. Graw Hill,

1969.

21. Cooke, B., J. The plinth of the CFRD. Hydropower and Dams, Issue six, 2000.

22. Geiseler, C., V., Sorensen, K., Handbook of applied. Mc. Graw Hill, 1969.

23. Geiseler, W.D. Recent developements in asphaltic concrete sealings for hydraulic

structures. Hydropower and Dams, Issue two, 1997.

24. Gonzales, J.V., Rodrigues, F.S. Bituminous concrete faced rockfill dam – a

Portuguese case. 16 the International Congress on Large Dams. Q 61, 41, San

Francisco, 1988.

25. ICOLD. Bituminous cores for fill dams. State of the art. Bulletin 84,1992.

26. Japan Commission on Large Dams. Current activitiens on Japan. Tokyo, 2003.

27. Karlsen, L.E. ; Krogh, R.M. ; Johansen, P.M. Dam construction for Norway’s

largest hydrpower reservoir. Hydropower and Dams, Issue three, 1995.

barbulescu danut - rezumat

Documents