Curs 1+2Hidrologie marina

Ingineria costiera s-a dezvoltat ca urmare a necesitatii rezolvarii problemelor de interactiune a valurilor si curentilor cu tarmul marin precum si cu constructiile hidrotehnice care avanseaza in mare.Din totalul de cca.510 milioane km2 ai globului, cca. 71% sunt ocupate de mari si oceane.

Platoul continental unde intalnim adancimi pana la 200 m si unde se produc cele mai intense fenomene de interactiune reprezinta o suprafata de cca. 8,4%.

Marea Neagra are o suprafata de cca. 411 000 km² cu adancimea medie de 2000 m. Apa marii este relativ sarata (se masoara in grade la mie sau grade la litru). In medie, in zona C-ta salinitatea este de 16/mie. Aceasta salinitate este data de prezenta NaCl-cca 12,3 %o, alte cloruri 2%o. De aceea apa prezinta agresivitate chimica asupra elementelor de constructie,fiind astfel necesara luarea unor masuri adecvate, de ex:

-ptr betoane: folosirea unui ciment rezistent la agresivitate sulfatica,adoptarea unei greutati specifice de min 24 KN/m3 s.a ;

- la metal: protectia anticoroziva prin vopsire sau protectia catodica.Temperatura medie este de +12°C, iar cea de inghet ~-2°C, de aceea iernile in care apa

ingheata sunt rare si aceasta se produce in special in apropierea tarmului. Se mai intampla insa ca blocurile de gheata sa fie transportate spre sud de curentii marini blocand astfel porturile.

Culoarea depinde de salinitate,suspensii si microorganisme astfel ca la adancimi de 50 m obiectele nu se mai vad, iar la 500 m lumina nu mai este perceptibila.

Curentii:Acestia se produc din cauza actiunii vantului, a diferentelor de nivel si de salinitate.Intalnim un curent general N-S care face ca aluviunile transportate de anumiti afluenti,

inclusiv Dunarea, sa fie transportate spre Sud formand astfel zone de plaja. Acest curent litoral N-S are viteza de cca 0,5÷1 m/s si este dirijat spre larg de diverse constructii tip diguri.

Mareea este un fenomen de miscare a apelor marilor deschise datorita atractiei corpurilor ceresti. In Marea Neagra, fiind o mare relativ inchisa, efectul de maree este foarte redus astfel ca variatia de nivel este in jur de 15 cm.

Variatia de nivelIntalnim:-variatii seculare - 1-2mm/an datorita scufundarii scoartei terestre si care se compenseaza in

mare parte prin aluvionare;-variatii sezoniere generate in special de volumul de precipitatii care se inregistreaza in acea

perioada. Acestea sunt de ordinul 0,2 ÷ 0,5m;-variatii eoliene: din cauza vitezei vantului apa este dirijata spre mal sau invers,inregistrand

variatii de nivel de cca +1m; -0,6m;In cazul acestor oscilatii se incadreaza si variatia de nivel provocata de seişe. Aceasta

reprezinta oscilatia in masa in jurul unor axe nodale producand diferente de nivel in functie de distanta pana la axa nodala. In cazul Marii Negre aceasta variatie de seise poate atinge cca 0,5 m.

ValurileSunt forme pe care le ia suprafata apei sub actiunea diferitelor forte care imprima

particulelor de apa o miscare predominant verticala,fara a exista un transport de lichid in anumite directii.

Valurile pot fi provocate de impulsuri de presiune datorate in special vantului, dar si miscarii navelor,cutremurelor sau tensiunii superficiale. Principala forta este gravitatia, de aceea, in general valurile se numesc valuri gravitationale.

Daca vantul are o viteza mica de cca 0,5 m/s se produc incretituri. Daca viteza creste la 1 m/s incep sa se produca valuri care se caracterizeaza prin: inaltime (H), lungime (L) si perioada (T).

H= distanta pe verticala intre creasta si talpa;L= distanta intre 2 creste (sau talpi) succesive;T= arata care este viteza de deplasare a undelor in unitatea de timp;

Vantul care genereaza aceste valuri nu este constant ca directie si de aceea se accepta variatii de directie de cca 25°.

Elementele geometrice ale valurilor se pot determina in functie de actiunea vantului care se caracterizeaza prin directie, viteza si fetch.

Fetchul= distanta intre maluri pe directia de actiune a vantului. Acesta este fetchul geografic. In calcule insa se introduce notiunea de fetch efectiv si care este distanta pana la care vantul poate transfera energia, producand astfel valuri a caror viteza c= 0,9*w(w=viteza vantului).

Pe Marea Neagra aproximativ putem lua in calcul urmatoarele:-directia dominanta pe care se produc valuri maxime si de unde se inregistreaza cele mai

mari viteze ale vantului este N-E. Valoarea este in jur de 30m/s (min 2-3ore).Fetchul efectiv este de cca 500 km.Pt a caracteriza mai bine zona se foloseste asa numita ``roza vanturilor ``.

Intensitatea valurilor se masoara in °Beanfort. Este o scara de la 1÷14 care arata ca energia valurilor este mai mica la un °Beanfort redus si invers.

Valurile mai mari de 8°Beanfort se produc pe directia NE,aceasta inseamna ca in aceasta directie e o directie dominanta. Aceste valuri pot fi de cca 7 m inaltime,la adancimi de cca 20 m.

Valurile se mai caracterizeaza prin curbura, care este raportul intre inaltime si lungime si variaza intre 1/10 si 1/20.

Curbura =H/L

H=f(w,D,h,To)w = viteza vantului;D= fetch;h =adancimea apei;To= durata furtunii;Unii autori au simplificat relatia de calcul considerand ca durata furtunii poate fi de cca 2

zile adica energia transferata valurilor este maxima si atunci acest ax este in functie doar de w si D; H=f(w,D)

Alti autori considera ca si viteza vantului pe mare e in jur de 30-35 m/s si astfel ca H= f(D)

Val de calculActiunea vantului este aleatoare, precum si agitatia marii pe care o determina de aceea in

functie de importanta constructiei se adopta inaltimi de valuri care se pot forma la diverse frecvente sau probabilitati de aparitie.

De ex: o constructie importanta (platforma petroliera ) trebuie sa fie calculata la valuri mai mari care pot sa apara odata la 100 ani sau mai mult.

Daca avem un epiu (dig langa mal) lucrarea este mai putin importanta si se poate adopta o probabilitate de aparitie de 2 %. Aceasta frecventa produce valuri care nu sunt constante in timp.

Se introduce notiunea de frecventa in camp.Sunt inaltimi care au frecvente diverse in campExista H1/3 semnificativ care se utilizeaza ptr calculul digurilor cu taluzuri.H1/3 (~12%)In general frecventa in camp se alege intre 1% si 10% sau 15%.

Curs 3+4ValuriIn general se considera ca miscarea suprafetei apei este ca urmare a deplasarii orbitate a

particulelor astfel ca nu exista transport de masa de apa ci numai deplasari pe verticala.Daca sunt adancimi mai mari decat semilungimea valului (D=> L/2), se poate considera ca

fundul marin nu afecteaza miscarea particulelor care este circulara, dar la adancimi mai mici decat semilungimea valului (D<L/2) fundul marin afecteaza miscarea circulara a particulelor care devine eliptica.

Daca adancimea scade sub cea critica (D<Dcr~1,5H) avem de-a face cu val spart.

Prin formarea valului spart apare un berbec de spuma din cauza vitezelor indreptate spre mal astfel ca pe langa miscarea orbitala se inregistreaza o viteza de translatie existand astfel o masa de apa care se deplaseaza spre mal. Ca urmare a acestei oscilatii a apei apar o serie de presiuni asupra structurilor pe care le intalnesc.

Un dig este solicitat dinspre larg de valuri progresive. Se constata ca la intalnirea unui parament vertical valul isi dubleaza inaltimea.

Din cauza acestor presiuni pe talpa digului se manifesta o subpresiune respectiv o suctiune. Aceste subpresiuni depind de latimea bazei, de permeabilitatea patului care se executa din anrocamente ,de granulometrie ,etc. Un calcul mai exact arata ca subpresiunea nu are o diagrama triunghiulara ci este curba.

Un calcul practic poate inlocui diagrama curba cu una rectangulara.

Transformarea valurilor la ape mici

Zona de apa cu adancime mai mare decat L/2 se numeste zona adanca. Aceasta constituie punctul de plecare in calculul parametrilor valurilor la ape cu adancime redusa .

A doua zona,mai aproape de mal,mai mica decat L/2 , dar mai mare decat Dcr; fundul marin influenteaza miscarea orbitala a particulelor ceea ce are ca efect schimbari continue ale miscarii valurilor. Astfel valurile tridimensionale se transforma in valuri 2D, miscarea circulara a particulelor devine eliptica,profilul valului devine asimetric,astfel ca la adancimi = Dcr creasta valului se prabuseste. Astfel incepe cea de-a treia zona in care apare si o viteza de translatie spre mal. In aceasta zona se pot produce deferlari(spargerea valurilor) succesive.

In zona a patra valul se rostogoleste pe tarm,isi pierde complet energia,apa se retrage intalnind valul urmator.

Fenomene in apropierea tarmului

1) Reducerea inaltimii valului pe masura ce se apropie de tarm

2) Refractia = transformarea elementelor valului inclusiv a directiei,datorita variatiei lente a adancimilorValul se orienteaza normal pe adancime

3) Reflexia=fenom de modificare a inaltimii valului in momentul in care acesta intalneste un parament(dig sau promontoriu) cu un taluz apropiat de verticala.

In momentul in care ia contact cu un parament vertical,apare o unda reflectata. Cele doua unde fiind in aceeasi faza,ele se suprapun astfel ca inaltimea rezultanta este dubla.

Hval=(1+ξ)H; ξ=0....1

Acest fenomen de clapolis este diminuat daca se da o inclinare mai mare paramentului sau acesta este rugos,astfel ca unda reflectata sa nu mai fie in faza cu cea incidenta. Aceasta reflexie conduce la inaltarea digului sau la afectarea conditiilor de navigatie datorita undei reflectata care este indreptata spre larg. Aceasta poate conduce la fenomenul de gofraj.

4) Difractie = fenom de propagare a energiei valului in afara liniei ortogonalelor care este un caz specific zonei de intrare-iesire a navelor dintr-un port.

Fenom de difractie trebuie studiat si in cazul propagarii valurilor intr-o incinta adapostita de diguri. Valurile care se propaga prin gura de acces produce o agitatie in acvatoriu. Pt calculul inaltimii valurilor in acest acvatoriu trebuie tinut seama de lungimea pe care se manifesta energia valului, distanta fata de punctul de incidenta si unghiul fata de ortogonala.

5) Deferlarea-se produce acolo unde adancimile scad sub cele critice.Dcr=1,5 H

Materialul litoralMaterialul mobil se clasifica, in general, dupa granulozitate.Se poate admite urm clasificare:-bolovanis> 25mm;

-pietris 2÷25 mm;-nisip: f. grosier 1÷2 mm;

Grosier 0,5 ÷1 mm;Mediu 0,25÷0,5 mm;Fin 0,25÷0,125 mm;F. fin 0,125÷0,062 (0,05);

-vaza <0,05 mmNisipul este cuartos (inert chimic) si de aceea este durabil in timp.

Densitatea=cca 26,5 KN/m3

(viteza de decantare) W=545° d2m(γ-1)

0,25 3 m/s 0,35 6,4 m/s

Decantarea depinde de concentratie,de forma, diametru si exista tendinta ca nisipul sa se claseze dupa diametru.

Deplasarea se produce din cauza fortei de antrenare. τ=forta de antrenareτ = ρgRHi ; RHi=raza hidraulica;

τc=A(γs-1)dm~0,8d (N/m²) [d]=mmDefinim frecarea in masa a unor aluviuni sau numai a unor granule in functie de viteza de

antrenare. Pt a porni in masa viteza de antrenare este de cca 3,4 ori mai mare decat viteza la care sunt puse in miscare particulele individuale. Ptr nisipul fin nu se pot extrapola rezultatele mai ales sub diametrele de sub 0,3mm,unde apare un defect de pavaj,respectiv granulele mai mari si cele mai mici se inclesteaza.

Actiunea curentilor

Din cauza vitezei de fund care se produce in dreptul valurilor pot sa apara eroziuni si se numesc afuieri. De asemenea la propagarea spre plaja a valurilor apare un curent invers care are o viteza ce poate produce afuierea. De asemenea, de-asupra acestor alungiri actioneaza curentul produs de miscarea valurilor.

Curs 5+6Amenajare portuara

Amenajarile portuare sub forma cea mai completa sunt reprezentate de porturi. Intr-o amplasare a unui port se iau in vedere a realiza conditii de navigatie cat mai sigure ptr intrarea sau iesirea navelor, un adapost cat mai bun ptr ca valurile formate in bazine sa nu deranjeze stationarea navelor ptr incarcare-descarcare si in acelasi timp sa rezulte un cost cat mai mic.

Ptr a realiza aceasta incinta portuara sunt necesare diguri de regula, la un port modern se tine seama de faptul ca incarcarea-descarcarea navei se face cu o productivitate ridicata astfel ca nava sa stea la dana cat mai putin timp. Principiul este ca portul sa astepte nava, si nu invers. Pt aceasta trebuie sa avem teritoriu suficient de mare pt a depozita marfurile care se descarca si apoi sa fie transportate cu mijloace de mai mica capacitate.

La fel se pune problema cand se incarca o nava. Trebuie sa existe un spatiu suficient ptr ca marfurile sa soseasca in port de la diversi furnizori astfel ca,atunci cand soseste nava, marfa sa fie pregatita.

Uneori poate sa fie necesar ca o parte din marfa sa fie prelucrata. Aceasta se face in port, realizand asa zisa zona industriala. De aceea se prevad suprafete mari de teritoriu, comparativ

cu lungimea de acostare a navelor. Acest teriotoriu este limitat spre apa de un front de acostare numit cheu.

Gura de acces trebuie sa aiba o latime de cca 5 ori latimea navei si sa fie cat mai adapostita.Traseul senalului sa fie cat mai rectiliniu, de cca 5 x lungimi de nava ptr ca aceasta sa se

orienteze cat mai sigur pe drumul de acces. Urmeaza apoi bazinul de manevra cu aproximativ un diametru egal cu 4 x lungimi de nava daca manevra se face cu motoare proprii sau scade pana la 2 x lungimi de nava daca aceasta este asistata de remorchere. De obicei navele cu peste 10 000 t folosesc remorchere de manevra.

tdw= unitate de capacitate si reprezinta greutatea gravei incarcate+echipajul si proviziile;Daca se vorbeste numai de marfa avem tdw net;

Bazinele de operatiuni au latimea necesara pt a asigura stationarea la dane a unei nave iar pe mijloc sa fie asigurat gabaritul ptr circulatia unei nave in cazul bazinelor cu lungime pana la

4 dane sau doua fire de circulatie in cazul bazinelor cu lungimea mai mare de 4 dane.

Latimea astfel calculata poate conduce la dimensiuni de 150m pt navele mici, pana la 450 pt navele mari. Adancimea apei in bazin se determina avand in vedere urm:

-pescajul maxim al navei; (To)-o serie de rezerve sub nava:* z1= rezerva pilotului= 0,2÷0,6m si depinde de natura terenului si de tipul incarcaturii.*z2= rezerva de valuri care apar in zona de navigatie ~0,5 Hval

La nave cu inaltime mare, de peste 40 m trebuie verificata si afundarea produsa de valuri cu lungime mare.

*z3= rezerva de viteza care depinde de viteza de circulatie a navei inmultita cu un coeficient cuprins intre 0,17÷0,33 functie de zona de navigatie.Δ T= variatia de nivel produsa de vanturi, oscilatia apei,etc si care la M. Neagra poate sa fie

cca ±0,5 m. La aceasta adancime se adauga rezerva de dragaj=z4~0,2-0,3m

Exploatare portuara

Daca consideram un sector de marfuri generale,dana respectiva trebuie sa fie echipata cu utilaje de incarcare descarcare,de regula cu capacitate cuprinsa intre 3÷16 t. De asemenea trebuie sa se asigure o latime suficienta ptr caile de acces terestre respectiv cele rutiere si feroviale precum si ptr depozitarea marfurilor in magazii sau in aer liber.

In plan nava ocupa o dana a carei lungime depinde de lungimea navei si spatiile de siguranta fata de navele adiacente.

In mod normal,lungimea unei dane variaza intre 150m ptr navele mici si 250m ptr navele mari.

Capacitatea de descarcare depinde de nr de macarale aferent unei nave (3-4), de durata unui ciclu care poate fi de ordinul a 3-5 minute,de nr de ore in care se lucreaza zilnic, multiplicate cu un coeficient de utilizare a timpului necesar ptr deschiderea hambarelor, anumite formalitati,etc

Aceasta productivitate este de cca 150 000 t pe an si dana ptr marfuri generale si poate atinge pt navele mari de marfuri in vrac 2-4 mil. t/an.

Diguri

Au rolul de a proteja acvatoriul portuar de valuri,curenti,aluviuni si de vanturi.Uneori digurile sunt folosite in amenajari adecvate ptr descarcarea-incarcarea navelor

acostate in zona adapostita. Solutia constructiva a unui dig depinde de natura terenului,regimul curentilor si aluviunilor,interactiunea cu plajele adiacente, adancimile efective si relative ale apei,sursa de materiale si nr de zile marine.

In aceste conditii digurile pot fi realizate cu taluz cu parament vertical de forma mixta sau combinata. Acestea sunt diguri gravitationale:preiau solicitarile prinefectul greutatii proprii transmise prin fundare.

O a 2-a categorie de diguri este aceea cu elem. subtiri incastrate in teren la care solicitarile sunt preluate prin eforturi orizontale transmise terenului de fundare cu care conlucreaza.

A 3-a categorie de diguri o formeaza asa zisele solutii neconventionale unde atenuarea valurilor se face printr-o perdea de aer comprimat sau lichid.

Diguri mici

1=nucleu (miez)-ocupa cca 80% din sectiune. Se executa din piatra bruta nesortata cu greutate de 0÷500 kg/buc

De-o parte si de alta a nucleului se prevad:1` si 1” =berme cu grosime de 1÷1,5m din piatra bruta nesortataRolul acestor berme este at cand terenul de fundare este nisipos si se poate afuirea.

De aceea se recurge in asternerea acestor berme mijloace plutitoare care impiedica afluierea si peste care se executa nucleul.

Acest nucleu se imbraca cu mantale de protectie din blocuri care trebuie sa reziste la actiunea valurilor din timpul executiei si de asemenea se constituie un filtru invers in timpul exploatarii pt a nu fi antrenat spre exterior materialul mai marunt din nucleu sub actiunea valurilor.

De regula aceste mantale sunt alcatuite din blocuri naturale de 0,5 la 3 tone (2`) respectiv la 3÷6 t (2”).

Daca in carapacea 4 avem o greutate de blocuri 6 atunci greutatea din 2 si 2´ =G/10 si G/20. Aceste mantale se executa din 2 straturi de blocuri de grosime totala e.

e = n 3√(P¿¿ γ )¿n= nr de blocuri (=2);P= greutatea medie a unui bloc;

B= berma stabilizatoare care fractioneaza taluzul si contribuie la reducerea nr de elemente din carapacea 4.

Latimea la partea superioara trebuie sa fie de cel putin 3 blocuri ptr a nu fi afluiata. Berma se executa de regula din blocuri naturale de greutate aprox egale cu jumatate din greutatea blocurilor carapacei 4.( =8÷12 t/buc)

4=carapacea. Preia direct solicitarile din valuri si se executa din blocuri naturale mari de peste 10 t iar daca acestea nu se pot obtine din cariera se utilizeaza blocuri prefabricate din beton. Si in acest caz blocurile se monteaza in 2 straturi,dar adoptand anumite tehnologii si forme de blocuri,acestea se pot monta intr-un singur strat.

Panta de asezare o urmareste pe cea a blocurilor si mantalelor intre 1:1,5 (1,33) fiind egala cu a taluzului natural al ancoramentelor (ptr ca altfel e mai costisitor, daca s-ar folosi o panta mai lina).

5= coronament de beton. Are rolul de a consolida partea superioara a digului si de a constitui o cale de acces in lung ptr intretinere. Coronamentul se executa de regula din beton simplu sub forma unei dale cu sau fara zid de garda.

Prin executia zidului de garda se reduce volumul de lucrari de anrocamente si creste cota la care digul este impermeabil si nu permite trecerea valurilor.

Inaltimea zidului de garda de regula nu depaseste 2 m si se executa tot din beton simplu.

Curs 7+8Blocuri de beton eficiente

In carapacea digului sunt necesare blocuri cu greutate de peste 10 t care se obtin cu dificultate din cariera. De aceea in locul acestora se utiliz blocuri de beton a caror eficienta poate fi sporita prevazand urmatoarele:

-o inclestare reciproca cat mai buna;-centrul de greutate cat mai coborat;-macroporozitate cat mai mare (peste 50%);-forme rotunjite ptr a evita eroziunea acestora;Eficienta acestor blocuri se manifesta printr-un coef care intervine in calculul greutatii lor:

K=coef de eficienta;

Ptr realizarea acestor blocuri au fost propuse mai multe solutii, unele cu o larga aplicabilitate.

G

blocH

calcul 3

K

beton

apa

1

3

ctg

bloc

Stabilopod deriva din tetrapod avand la extremitati protuberante secundare care ii asigura o inclestare buna

Dols se executa mai greu. E sensibil la variatia de eforturi in timp.Acropod : se caract prin elememente orizontale si protuberante in centru. Pt asezare ingrijita

el se poate utiliza ptr realizarea carapacei intr-un singur strat.Aceste blocuri pot avea greutati uzuale de pana la 30 t dar trebuie tinuta seama ca ele sunt

supuse la solicitari statice si dinamice astfel ca acestea nu variaza proportional cu dimensiunile.

Mecanisme de cedare

Antrenarea de catre valuri a blocurilor din carapaceCauza este subdimensionarea blocurilor sau subevaluarea valului de calcul.

Alunecarea carapaceiDin cauza faptului ca nu s-a apreciat bine densitatea blocurilor precum si panta la care sunt

asezate se poate produce o alunecare, coborand astfel cota superioara a protectiei. Valul poate deversa peste coronament antrenand astfel zona de nucleu sau a mantalei interioare.

Afuierea terenului in fata bernei si cufundarea acesteiaCarapacea ramane astfel fara suport la baza ceea ce conduce la distrugerea digului. Aceasta

se poate intampla atunci cand terenul are caract geotehnice slabe si poate fi afluiat de vitezele de fund produse de valuri. De aceea este necesar in acest caz sa se prevada in fata bernei o saltea care poate prelua adancimile produse de afluiere.

Cufundarea blocurilor din carapace in materialul marunt din corpul diguluiIn acest caz taluzul poate deveni mai aspru facilitand antrenarea blocurilor.

Alunecarea cilindricaDin cauza terenului slab de baza se pot produce lunecari in acesta care antreneaza si digul.

Deversarea valurilorPoate produce erodarea zonei interioare care nu a fost calculata la acest efect. Aceasta este

cauzara de faptul ca inaltimea valului a fost subevaluata.

Antrenarea pietrei mai mici de sub dalaAceasta ramane astfel fara suport,fisurandu-se si chiar rupandu-se.Ca solutie este necesar sa se prevada sub dala un pinten continuu din beton.

Ruperea elementelor din inclestare reciproca a blocurilor-din cauza faptului ca nu au fost calculate corect la aceste solicitari;

Intrarea in rezonanta a carapacei din blocuri-prin inregistrarea unor oscilatii ale acestora apropiate de perioada valurilor;

Diguri cu parament vertical

Coronamentul-preluarea solicitarilor din valuri;-monolitizarea constructiei;-impiedicarea deversarii valurilor;-asigurarea circulatiei in lung.De regula se executa din beton simplu.Cota inferioara e mai mare de 1,5 m.Cota superioara,de regula, se alege +3 sau +4 si trebuie sa fie astfel aleasa ca sa nu fie

inundata de valurile din interiorul portului sau daca este cazul sa permita montarea unor utilaje care incarca sau descarca navele.

Corpul diguluiAsigura stabilitatea necesara preluand solicitarile din valuri si asigura etanseitatea necesara

ptr ca in acvatoriul portuar sa nu se transmita agitatia din exterior.Patul Asigura suprafata necesara (nivelare) ptr asezarea elementelor corpului digului.Asigura repartitia presiunilor diminuata la terenul de fundare.-cu cat e mai gros cu atat are o baza mai mare de repartitieAsigura protectia in fata digului impotriva afluierii terenului prin prevederea unei lungimi de

minim Lval/4 pana unde se manifesta mai puternic vitezele orizontale.Patul poate fi realizat in functie de natura terenului de fundare si adancimea necesara in fata

digului in mai multe variante:-proeminent

-cu dragaj partial

-cu dragaj total

-cu consolidarea terenului de fundare care se poate face printr-o serie de coloane de balast sau cu un amestec de pamant si ciment.

Daca terenul este afluiabil se recomanda ca sub acest pat care este realizat din piatra bruta sa se prevada un strat filtrant ( filtru invers) din piatra sparta.

Grosimea patului se alege astfel ca presiunea pe teren sa fie mai mica decat cea admisibila.

Solutii constructive

*din zidarie de blocuriAcestea se aseaza suprapus si se solidarizeaza la partea superioara cu coronamentul.Blocurile au greutati de 50÷100 t/buc dar au fost executate lucrari si cu greutati de blocuri de

400 t/buc. Ptr a asigura o comportare mai buna pe ansamblu se poate prevedea in corpul blocurilor goluri verticale care se umplu ulterior cu beton armat.

Acest tip de dig necesita volum mare de lucrari in marea deschisa si este conditionat de starea marii (valuri). De aceea in general se aplica o solutie din masive gigante sau chesoane plutitoare.

*din masive gigante sau chesoane plutitoareAcestea sunt elem prefab executate in afara amplasamentului, sunt lansate la apa dupa teoria

navelor, transportate in plutire in amplasament si lasate in pozitia finala. Aceste elemente prefab. pot avea greutatea de cateva mii de tone astfel ca un element constituie intreaga sectiune transversala a lucrarii.

Un astfel de masiv gigant comporta pe 2 pereti exteriori de cca 30÷40 cm grosime, diafragme interioare de cca 20÷25 cm grosime care imparte constructia in celule cu latura de cca 4-6 m. La partea inferioara se prevede un radier de 0,4-0,5 m grosime. Ptr asigurarea stabilitatii acest radier se extinde de-o parte si de alta a corpului digului cu cate o consola de 1-1,5 m lungime.

Greutatea constructiei este asigurata prin umplerea celulelor cu material necoeziv (nisip sau pietris). Pt ca agitatia din exterior sa nu se propage in interior se prevede ca in lung masivele gigante sa fie imbinate in sistem nut si fedeu.

Solutii ptr reducerea inaltimii digului

1) Un dig cu parament vertical duce la formarea efectului de clapotis adica valul incident se dubleaza ca inaltime in fata constructiei. De aceea se urmareste ca efectul de clapotis sa fie diminuat prin decalarea undei reflectate fata de cea incidenta.

2) Dig cu camera de echilibru Paramentul constructiei se executa cu perforatii care permit patrunderea apei in interior iar

scurgerea in afara se produce cu un anumit decalaj. In aceste conditii unda incidenta nu se suprapune integral cu cea reflectata astfel ca fenom de clapotis este diminuat si in consecinta si inaltimea valului in fata constructiei.

3) Dig cu camera de deversare La partea superioara se prevede un spatiu unde valurile pot deversa si apoi volumul de apa

sa se scurga in bazinul portuar eliminand astfel reflexia.4) Dig cu coronament inclinat Valul urca pe acest taluz si nu se reflecta ci isi disipeaza energia.

5) Dig cu parament absorbant In prima camera, spre exterior se prevede o ruptura din anrocamente sau prefabricate gen

fagure astfel ca valurile incidente patrund in interior prin golurile mari dintre blocuri si in consecinta gradul de reflexie este diminuat.

Mecanisme de cedare

Acestea se analizeaza pt a dimensiona digul pt a fi stabil la actiunea valurilor.

Alunecarea

Ka=coef de alunecare

N=suma fortelor verticale;E=suma fortelor orizontale;f= coef de frecare a digului pe pat;f = 0,55

Rasturnarea

Se poate realiza in jurul punctelor A si B dupa cum avem gol de val sau plin de val. Presiunile pe pat si pe teren trebuie sa fie < decat cele admisibile care nu trebuie sa fie mai mari de 500 Kpa. De asemenea se recomanda ca presiunile niv >0 iar σmax/σmin sa nu fie mai mare decat 5.

Puansonarea Din cauza variatiei presiunilor pe pat generate de valuri acestea pot avea valori maxime si

minime intr-un interval de cateva secunde. De aceea, daca patul nu este bine realizat, in zonele extreme pot aparea deformatii si de asemenea se pot naste presiuni care fac particulele

fine din teren sa fie antrenate prin golurile din anrocamentele patului( este necesar filtru invers).

Afuierea Se poate produce in exterior din cauza vitezelor orizontale generate de valuri sau in interior

pentru ca valurile deverseaza. De aceea se recomanda ca in fata si in spatele constructiei sa se realizeze un covor de anrocamente.

Vf = ΠT

*H

sh∗2∗Π∗dL

T=perioada valuluiH=inaltimeash=sinus hiperbolicd=adancimea apeiVf=viteza de fundL=lungimea valului

Cedare structuralaSe produce in 2 moduri:1.depasirea solicitarilor de calcul;2.micsorarea sectiunii sub efectul de coroziune al apei

Curs 9+10Diguri neconventionale

Acestea pot fi realizate sub forma de diguri plutitoare, pneumatice sau tip ecran.Ele se folosesc pentru valuri cu inaltime de cca 2,5m.

Digul plutitor

Hi /Ht = f (Lval

l)

Se remarca la l>Lval.

Dig pneumaticEste alcatuit dintr-o conducta perforata montata pe fundul marii in care se pompeaza, sub

presiune, aer.

Prin ridicarea aerului cp se formeaza un curent vertical de sens invers miscarii orbitale a particulelor de apa. Din aceasta cauza miscarea ondulatorie a apei este micsorata ca amplitudine astfel ca trecand peste aceasta conducta perforata valul isi reduce inaltimea.

Prin ridicarea bulelor de aer se produce si o suprainaltare a nivelului apei ,astfel ca solutia isi gaseste o larga utilizare la izolarea bazinelor de petrol pt ca in eventualele scurgeri acestea sa nu se raspandeasca in restul bazinului portuar.

De asemenea in cazul aparitiei unor incendii acetea sunt limitate prin suprainaltarea de apa creata.

Dig tip ecran

Se constata ca energia maxima a unui val se manifesta in zona superioara a cestuia, adica de la nivelul apei in jos pe o anumita adancime. In aceste conditii, in fata valului se realizeaza un ecran care contribuie la reducerea valului transmis. Aceasta reducere este maxima cand adancimea ecranului (He) este egala cu H.

Fronturi de acostareAcestea sevesc pt acostarea navelor si operarea cestora, precum si , daca este cazul, la

retinerea umpluturii de pamant in spate.Solicitarile la care trebuie sa reziste o constructie de acostare sunt: →impingerea pamantului avand in vedere si efectul suprasarcinilor provenite din

depozitarea marfurilor sau circulatia prin zona.Aceasta suprasarcina (p) pe cca 10-15m fata de linia cheului poate fi de 10-15 KN/m2 , in

cazul porturilor turistice; 20-30 KN/m2 pt porturile fluviale si de 40 KN/m2 la cele maritime.Dincolo de distanta de 10-15 m aceste sarcini pot fi mai mari de 2-3ori.

→actiunea navelor. Aceasta poate fi tractiunea la bolard.Bolarzii se dispun la distanta de 15-20 m, iar forta transmisa acestora este de cca150 KN

pana la 1500 KN, in functie de marimea navei si gradul de expunere al acestuia.Sarcina la bolard este cauzata de presiunea vantului care actioneaza asupra partii velice a

navei.Ln=lungimea naveilc=lungimea de contact ~ 0,6Ln

In cazul porturilor fluviale aceasta sarcina este mai mica,antrenarea pe care o executa curentul de apa aspra navei, asupra constructiei de acostare, din cauza presiunii produsa de vant spre cheu.

→izbirea navei

Prin apropirea navei de cheu, ea are o energie E= M∗vn2

2∗g .

De regula unghiul de acostare α pt navele mari este in jur de 5o , dar pt navele mici poate fi de 10o-15o.

Viteza acestora vn este de aproximativ 0,1-0,2 m/s.Pentru disiparea acestei energii, intre nava si cheu se interpun dispozitive de protectie

care,de regula, se confectioneaza din cauciuc, iar pt navele mai mici din lemn.→actiunea ghetiiSe manifesta in general la corpurile situate pe cursul de apa dulce si variaza intre 7 si 50 t/m

in functie de grosimea ghetii, latimea campului de gheata din fata constructiei si variatia temperaturii exterioare.

Configuratia in plan a frontului de acostare

I.= Acest front de acostare se amenajeaza pe lungimi de cateva sute de metri ceea ce permite acostarea a catorva nave, deplasarea in lungul acestuia a utilajelor de manevrare a marfii.

II.= ApuntamentSe executa in dreptul navelor acoperind cel putin 2/3 din lungimea acestora.

III.=Duc d’AlbSunt elemente izolate ce pot fi dispunse de o parte si de alta a unui apuntament si servesc pt

legarea si acostarea navelor.Duc d’Abii se pot folosi si independent asigurand stationarea navelor fara a fi incarcata sau

descarcata.In trofil transversal frontul de acostare poate fi cu parament vertical care ofera conditiile cele

mai bune pt operare intrucat aceasta se mentine practic la aceeasi distanta pe orizontala fata de linia cheului indiferent de gradul de incarcare.

2) In forma taluzata – este mai economica dar ridica dificultati in exploatare intrucat nu se mentine constanta distanta intre nava si linia coronamentului cheului, de aceea acest tip de cheu se recomanda a fi utilizat daca traficul este de ordinul 500 t/ml/an.

3) si 4) Profile semiverticale (semitaluzate) se utilizeaza in cazul variatiilor mari de nivel si in functie de durata de mentinere a nivelului maxim sau minim.

Solutii constructive

Acestea depind de natura terenului de fundare, inaltimea cheului si utilaje de executie disponibile.

Fronturile de acostare se clasifica in:a) Lucrari cu impingere care preiau solicitarile transmise de terenb) Lucrari fara impingere la care constructiile de acostare sunt realizate sub forma unor

estacade care imbraca taluzul stabil al malului.

Constructiile de acostare cu impingere pot fi :-gravitationale la care solicitarile din umplutura, din nave, etc. sunt preluate prin efectul de frecare a cheului pe terenul de fundare-din elemente subtiri care conlucreaza cu terenul in preluarea solicitarilor

Cheurile gravitationale...........

Acestea reprezinta niste celule realizate din lemn care se lesteaza pe piatra sparta.

Beton simplu

In cazul in care inundarea bazinului portuar se face ulterior ( lacuri de acumulare) cheul poate fi realizat din beton turnat la uscat.

Blocuri din beton simplu prefabricate

Aceste blocuri prefabricate au greutate de cca 100 t/buc. Ele se aseaza suprapus sub forma unei zidarii. Pot avea rosturile de asezare tesute care asigura o mai buna conlucrare intre blocuri, dar prezinta unele greutati de executie necesitand blocuri speciale la margine si o asezare precisa pt a mentine gabaritul lucrarii.

O alta solutie este de a aseza aceste blocuri in pile, ceea ce permite efectuarea unei supraincarcari inainte de afi dat in exploatare, iar solicitarile din blocuri sunt in general de compresiune ceea ce favorizeaza comportarea lor.

Lungimea unui tronson variaza intre 15 si 30 m.La partea superioara se prevede un bloc de coronament executat pe loc (monolit) care

asigura transmiterea fortelor din nave (in special) la infrastructura din blocuri. In coronament se fixeaza dispozitivele de protectie la acostare si bolardul.

Pt a reduce impingerea asupra cheului, in spate se realizeaza asa numitul prism descarcator din piatra bruta care are un unghi de frecare de 40-45o, spre deosebire de cel al umpluturii portante care este de cca 20o.

E=f(k)K=f(φ)K=tg2(45- φ /2)Pt a antrena umplutura din spate in preluarea solicitarilor de impingere se folosesc solutii de

cheu + bloc + scaun la partea superioara sau +scaun la partea inferioara, sau din blocuri evidate . Acestea au avantajul ca la acelasi volum de material, centrul de greutate se indeparteaza de paramentul cheului fiind astfel mai stabil.

Evidarea se poate obtine prin practicarea unor goluri verticale (cca 2 m diametrul) in corpul blocului.

Pt a nu fi antrenate partile fine din umplutura platformei de curenti si valuri, pe taluzul prismului de piatra bruta se executa un filtru invers care poate fi realizat din piatra sparta sau geosintetice.

-elemente de beton armat:Pt a reduce durata de utilizare a macaralelor de punere in opera se pot inlocui blocurile

prefabricate de beton simplu in elemente de beton armat mai subtiri.Pot fi realizate asa numitele virole.

Astfel de elemente pot fi realizate cheuri de inaltime de peste 20m +asigurarea greutatii necesare , virolele se umplu cu piatra sparta. La baza se prevede un bloc turnat sub apa.

Curs 11+12

CONSTRUCII DE ACOSTARE GRAVITATIONALE DIN BETON ARMAT

Chesoane sau masive gigant din beton armat

Principiul de alcatuire este identic cu cel al digurilor din masive gigante ,respectiv se utilizeaza structuri celulare din beton armat executate in uscat ,lansate la apa ,transportate prin plutire si lestate in amplasament.Pentru asigurarea greutatii necesare in celulele masivului

gigant se introduce un material necoeziv.La partea superioara se executa coronamentul de beton cu care se fixeaza amortizorii de acostare, bolardul pentru legarea navei si eventual canale pentru retele de utilitati.De asemenea pe acest coronament se monteaza fila de la apa a macaralei.

Chesoane deschise din beton armat In cazul in care pe traseul viitorului cheu exista un teritoriu se poate aplica solutia de cheson

deschis prin constructia acestuia pe terasament si lansarea in adancime prin sapare in interior si eventual pe contur.

Cheu tip cornier

Acesta este alcatuit dintr-o talpa cu perete frontal si diafragme.La acest element greutatea necesara este asigurata de umplutura care se afla deasupra talpii.

In cazul in care posibilitatile de manipulare a unui astfel de prefabricat nu sunt suficient de mari se poate fractiona prefabricatul folosind 2 elemente care se imbina sub apa .

In acest caz trebuie dimensionata zona inferioara a peretelui frontal astfel ca acesta sa reziste la umplutura din spate pe durata executiei.

Cheuri din elemente subtiri –palplanse

Solutia prevede formarea unor celule din palplanse metalice ,iar greutatea necesara este asigurata de catre umplutura din interior .Unele celule pot fi alungite existand pereti intermediari si rectilinii si pereti transversali dispusi dupa o linie curba pentru preluarea solicitarilor interioare de impingere a umpluturii.

Trebuie acordata atentie zonelor de imbinare unde se prevad piese speciale.Pentru aceste tipuri de cheuri palplansele utilizate sunt plane (preiau eforturi in planul

lor).Aceste celule pot fi sub forma unor cilindri caz in care rostul dintre acestia este acoperit printr-un perete suplimentar.Si in acest caz se utilizeaza palplanse plane.

Cheu de palplanse ancorate

Cheul este alcatuit dintr-un perete de palplansa care este supus unor momente incovoietoare.De aceea palplansele care se utilizeaza sunt profilate si pot fi executate din elemente sudate pentru a-i creste randamentul si rezistenta.Aceasta palplansa poate fi realizata si din beton armat de forma paralelipipedica sau cilindrica pentru a avea un moment de rezistenta cat mai mare.

Acest perete e ancorat in spate printr-un tirant metalic si poate fi alcatuit dintr-o bara de diametru mare (60-100mm) sau din toroane (sarme de beton precomprimat ) caz in care trebuiesc tensionate.

Pentru fixare la uscat se folosesc asa numitele corp mort realizat din beton simplu sau armat.

Acest corp mort trebuie dispus suficient de departe de cheu pentru a nu se incadra in planul de alunecare care se poate forma si sa mobilizeze in fata presiunea pasiva.

Daca spatiul nu permite ca acest element sa fie amplasat la distantele necesare atunci se poate folosi fundarea acestuia pe piloti apropiind astfel punctul de fixare al ancorei.

Cheu din pereti mulati(sau ingropati)

In cazul in care teritoriul viitorului port permite executia acestor pereti in transee excavate sub protectia noroiului bentonitic.

Se executa acesti pereti de la uscat si se ancoreaza in spate prin tiranti care merg la un corp mort sau prin tiranti forati.

Cheu cu palplanse in spateIn acest caz infrastructura cheului se realizeaza din piloti ,dar pentru retinerea

umpluturii se prevede in spate un perete de palplansa.

Pentru a asigura stabilitate cheului care trebuie sa preia sarcini orizontale importante provenite din impingerea pamantului si actiunea navelor.

Pilotii se prevad sub forma de capra(cu inclinare).Pentru retinerea umpluturii in spate se prevede un perete de palplansa care nu permite

curgerea materialului de umplutura din spate sub actiunea valurilor si curentilor.

Pilotii pot fi prefabricati ,introdusi prin batere,avand forma rectangulara executati din metal sau beton armat. Cheu cu palplansa in fata

Alcatuirea e asemanatoare cheului cu palplansa in spate cu deosebirea ca pilotii sunt inglobati complet in umplutura.Cheul devine masiv si poate prelua mai eficient sarcinile orizontale dinspre apa, cum ar fi cele din gheturi.

EstacadeAcestea sunt constructii de acostare care practic nu sunt supuse impingerii terenului

care trebuie sa fie stabil.

Este formata dintr-o infrastructura din piloti in general introdusi (batuti) vertical si un tablier pentru monolitizarea acestora (solidarizarea acestora).

Malul de sub cheu este amenajat cu teren pt a rezista actiunii valurilor si curentilor.Aceasta protectie se prelungeste si spre bazin pentru a impiedica propagarea in adancime a afluerii.

Pentru racordare cu malul la partea superioara a estacadei se prevede un zid din beton simplu ,cornier etc. Care trebuie racordat cu tablierul.

Malul astfel amenajat trebuie sa fie stabil.In cazul in care in bazinul portuar se produc valuri acest zid de sprijin trebuie facut

astfel sa asigure o reflexie minima a undelor incidente.

Amortizorii (dispozitive de protectie)

Pentru acostarea navelor trebuie interpuse intre acestea si cheu un element care prin deformatie sa inmagazineze cat mai multa energie astfel ca la cheu sa fie transmisa o forta cat mai redusa.

Aceste dispozitive de protectie se aleg in functie de marimea navei atat ca dimensiuni cat si ca elasticitate.

De aceea pentru navele de tonaj mare se pot utiliza amortizori mai rigizi care nu sunt insa eficienti pentru nave cu tonaj redus.

De regula deformatia unui astfel de element reprezinta cam ½ din grosimea acestuia.