(c4) 2.2. Alcatuirea constructiilor exterioare de aparare cu taluzuri2. 2. 1. Caracteristici, tipuri

La constructiile cu taluzuri(o .45o), energia de miscare a valurilor care lovesc corpul acestora sedisipeaza prin:

- transferul direct al energiei dinspre larg catre port, datorita trecerii unei cantitati de apa pringolurile blocurilor si anrocamentelor care alcatuiesc constructia. Cu cat pemeabilitateaconstructiei este mai mare cu atat procenhrl de energie transferat este mai mare;

- miscarile turbionare care iau nastere in urma spargerii valului, prin &ecarile hidraulice latrecerea apei prin golurile digului, analoge frecarilor prin conducte;

- reflectarea unor particule de apa catre larg;- caldura dezvoltata, care este absorbita in mare masura de constructie;Constructiile cu taluzuri se pot executa dinpiatra bruta nesortata, dinpiatra bruta sortato dupa

categorii de greutate, din piatra bruta ovand taluzele si bermele acoperite cu blocuri mari naturole sauartificiale, din blocuri artificiale asezate ordonat sau aruncate (pel-mel).

Piatra bruta utilizatalaconstructiile de aparare exterioare trebuie sa provina, pe cat posibil, dinroci tectonice(granit, bazalt,porfir, etc). Intrebuintarea gresiei si calcarului nu este indicata; totusi siaceste roci pot fru/rilizate daca satisfac conditiile de inmuiere, de uzura, daca nu sunt gelive si au orezistenta totala de cel putin 300kgfl cm2 . ln aceasta categorie poate fi cuprinsa piatra de calcar extrasadin carierele de la Canara(Constanta), cu care s-au construit toate porturile noastre maritime.

a)Constructiile cu taluzuri din piatra bruta nesortata(fig.1)se unhzeazarar si numai pentru valurimici, cu inaltimi sub 1,50 m. Peste aceasta inaltime de val, inzonamai solicitata dinspre suprafata, chiardacataluzul se executa dinpiatra brutapana la 100 kgf/buc, el devine nestabil si de obicei se reaseazasingur la pante foarte mici.l/5-116 uneori pana la ln}4fi4

d.

Fig.l.Lucrari exterioare din piatra bruta nesortata:a- cu taluz continuu; b- cu berma.

r8,a3

U-LI

/-6*g't?

{Aft6 t2,00

t a00 IAftOw^![_.

r'*

{t!i i:t {B /! 6Fig. 2.Diguri din piatra sortata:

tipul a:portul Marsilia:A- anrocamente intre 5-100 kgf B-intre 10 -

1500 kgf; C-blocuri naturale de betonde 30 tf; S- deseuri de cariera(pana la 5 kg|;tipul b: A-95% blocuri naturale de 10 tf si mai mari, restul blocuri de cel putin 1 tf; B-cel puth4}Yoblocuri de 1 tf sau mai mari, cel mult 25Yo anrocamente sub l0 tf; C-deseuri de cariera sau material dragat

Golurile in constructiile de piatra bruta nesortata ating 25-30yo, in cele de piatra bruta sortatadupa categorii de greutate 35-40yo, iar in taluzurile aparate de blocuri artificiale 45-48 %.

b)Constructiile de piatra bruta sortata dupa cotegorii de greutate(fig 2) se pot utitiza pana lainaltimi de val 4-5 m. Straturile de anrocamente mai mari acopera pe cele cu dimensiuni mai reduse, inasa fel ca fiecare strat sa poata rezista la forta de antrenare a valurilor la adancimea respectiva, atat intimpul exploatarii, cat si in timpul executiei si eventalelor avarii.

In afara de conditia stabilitatii, dimensiunile pietrei in diferite straturi trebuie sa indeplineasca siconditiile filtrului invers. Unfiltru invers trebuie sa indeplineasca urmatoarele doua conditii debaza

-conditia de protectie prin care filtruItrebuie sa impiedice antrenarea particulelor din materialul

protejat .-conditia de permeabilitate prin care frltrul trebuie sa fie capabil sa primeasca si sa conduca

intregul debit drenat fara cresterea presiunii apei

ln cazul filtrelor alcatuite din mai multe straturi in succesiunea pe directia de curgere a apei

fiecare strat are rol de protectie pentru materialul din stratul anterior

Nucleul este alcatuit de obicei din deseuri de cariera.

c)Constructiile cu taluzuri protejate cu blocuri naturale sau cu blocuri artificiale de betonparalelipipedice(frg 3;4; 5; 6 si 7) sau de forme speciale(te*apozi, tribari etc.) se pot utiliza pentruinattimi de vai oricat de mari.

Acestea sunt cele mai raspandite tipuri si constituie solutia utilizata in mod exclusiv pana astazi, la

lucrarile de pe litoralul romanesc al Marii Negre.

8/wtsride beton,fPP,{ lrfr6 ,TPR( MTIfI

0@

Fig. 3.Diguri din anrocamente cu taluzuri protejate de blocuri artificiale asezate regulat:a)-vechiul dig de larg din portul Constanta; b-digul de nord din portul Midia; l-anrocamente amestecate 3-100 kgf/buc;2-blocuri naturale 1-3 kgf;3- blocuri naturale 3-5 tf /buc; 4-platforma de beton;S- blocuri

artificiale 40tf(5x1,75x2);6- blocuri naturale 5-10 tflbuc;7- blocuri naturale 3-5 tf;8-blocuri naturale 1-3tf;9-spor pentru tasare.

.

I

ttfi fi$ ?&

lARO

Fig. 4.Dig de anrocamente cu taluzuri protejate cu blocuri naturale(portul la Gunair4 Venezuela)

Fig. 5.Dig din anrocamente cu taluzuri protejate cu blocuri artificiale aruncate pel-mel

0c ?,Mnbtro soortdde egohzore

lp:750

Fig. 6.Dig din blocuri artificiale aruncate pel-mel

Constructiile exterioare de aparare cu taluzuri, datorita bazei lor largi, dau o presiune uniforma sirelativ mica pe teren; sufera foarte putin din cauzatasarilor; pot fi usor refacute in urma unor eventualedistrugeri, prin simpla completare cu anrocamente si blocuri; chiar in cazul avarierii lor continua saasigure calmul necesar in bazinele portului; nu reflecta valurile, vitezele de fund sunt de doua ori maimici decat la lucrarile cu pararnetru vertical; sunt mai bine asigurate impotriva spalarii fundatiei.

Executia lor necesita lucrari de o tehnicitate mai putin ridicata, mana de lucru cu o calificareobisnuita. Volumele de materiale sunt insa considerabile, ceea ce face ca de la anumite adancimi sa numai poata fi utilizate.

LA Rb

- i

fr,tu ?fr 8.00 200 /a6o

Fig' T.Diguri din anrocamente cu taluzurile aparate cu blocuri artificiale asezate regulat si suprastructuramasiva de beton: a) porful Safi(Maroc); b-digul V/athier(portul Alger); 1-blocuri artificiale 120 tf;

2, 3- blocuri artificiale de 50 tf;4- blocuri artificiale de cel putin 4 tf; 5- suprastructura de beton;c-portul CataniaQtalia).

tg*6410

7-

2.2.2. Calculul si dimensiondrea blocurilor pentru protectia taluzurilorO sectiune tip printr-un dig sparge val este aralatain figura 8. Straturile de blocuri (anrocamente saubeton) care se aseazain dig au dimensiunile blocurilor din ce in ce mai mici (de la tipul A spre tipul D)

Larg Port

Fig. 8. Sectiune tip print-un dig sparge val

Vana de apa lovind un bloc de sectiune medie S, exercita o forta de impulso2

4 =c,ys;-.,/o

0 mare parte a energie de miscare a vSnei de apa se consuma insa prin lovirea de al doilea strat deblocuri la care ajunge trecand prin golurile mari ale primului strat. Rezulta o alta forta impuls

,12F, = cryS j,(cz > cr)/.9si o forta de sens contrar de subpresiune, care tinde sa disloce blocul de pe tahn. Asupra bloculuiactioneaza forta rezultanta

F = Fz- Ft =1c, -c,;yS$ > O

zg

dirijata spre exterior(de fapt forta de subpresiune F, apare ceva mai tarziu,dupa izbirea blocului de val,cand de acesta se apropie golul valului, lucru de care trebuie sa se tina seama la stabilirea valoriicoeficentului c, = cz-cr).

Daca T si N sunt componentele greutatii proprii a blocului scufirndat in apa dupa taluz si normalala acesta, conditia de stabilitate la alunecare este: /(N - F) =TDacapresupunem G=ml3(\n-y) si S:n12, incare:

/ -este dimensiunea mijlocie (medie) a blocului;f -coeficient de frecare intre bloc si taluzffi, lt -coeficenti de forma a volumului si sectiunii maesffe;yu,y-greutate specifica a betonului(sau rocii din care este realizat blocul, respectiv a apei de mare

incarcata cu nisip in suspensie;

Yiteza'valului in ape mici este "

= Jii, si admitand ca adancimea critica este h.r:0,5H (Hinaltimeavalului)' Considerand vl,:c si u, = tfifi (H este inaltimea de cadere a particolei de apa) rczulta

Daca admitem tgo :ll2 (a=26,56o-panta frecventa a taluzurilor digurilor) si observam catgB:Z(8d3,44) rcnilta ca viteza rcziltarfia(v) este normala pe taluz (o+p:ggo,Scriind echilibrul petal:uzal unui bloc obtinem

tl*f(r, -r).o, a-corytzry1= mt, (yo-y)sincr,,t -

\z)Cr)fry',------:- 1,25c^rryH

m(l o - y)(,f coscr -sincr)greutatea minima a blocului in aer va fi:

G = my,l3 - (l,25con)3YuY3H3

' D

m' (T o-y)'(/.o.a -sina)i '

Daca Fl; * =(l'25'-")':G-.- = Kn. T'H'm, :vmin-r.fuffiIn aceasta relatie stabilita de R. Iribanen, daca greutatile se exprima in tf si lungimile in metri,

K:0, 015 pentru blocuri naturale si K:0, 019 pentru blocuri artificiale. Greutatea minima a blocurilor afost stabilita in cazul echilibrului limita a acestora. Pentru stabilirea greutatii minime efective trebuieintrodus un coeficent de siguranta de 1,5. In partile mai expuse se recomanda coeficientul 2. Formulapoate fi aplicata si pentru stabilirea pantei taluzului.

Seobservacapentru cr>45o, G,io (0 sipentru a"=45o, G_io =o. Dinpunctdevederepracticambele solutii sunt inadmisibile. pentru cr = 450 si (2h):0, G*n =

* ** la panta limita de 45" , chim la

valuri extem de mici, blocurile se gasesc in echilibru nestabil. Daca numai cr = 0, Gro > 0, ceea cecorespnde cu realitatea, deoarece chiar pe funduri orizontale blocurile fiebuie sa aiba o anumita greutatepentru a putea rezista actiunii valurilor.

ca urmare a celor de mai sus si din considerente economice se r*,n*du.u 1 I3

-Daca admitem pentru blocuri naturale ynu, =2,7tf /m3 si pentru cele artificiale din beton

y* =2,2tf /m3 , introducand valorile coeficentului K indicate mai sus, rezulta:

G.inn"t _0,015.2,7 [!?),

=1G*in* 0,019 2,2\1,7 ) 3de unde rezulta marele avantaj al blocurilor naturale. Totusi, datorita greutatii cu care se pot procurablocurile naturale peste 8-10 tf, utilizarea lor este limitata.Una din cele mai latilizate formule pentru determinarea greutatii minime a blocurilor care alcatuiesccarapacea digurilor sparge val este cea propusa de Hudson

Y oH'-

=----7------\:-K,lln-rl crgo\Y )

Aceasta relatie este prezentata uneori sub forma

Hr\.. = -------------.--; . ln Carg" [q)"'[u-,']\.v,i \v )1tJ" =lKrctgu)tt3

Semnificatia notatiilor este:G - greutatea minima a blocurilor sau pentru anrocamente G56Gso - greutatea pe care trebuie sa o depaseasca minim 50% dintre pietreKo - coeficient de stabilitate care depinde de natura si fonna blocurilorNs -numar de stabilitateValori recomandate pentru Kp (Shore Protection Manual-USACE)Tipul carapacei nr straturi Asezare Panta taluz [m:ctgo] KpPiatra neteda rotunj ita 2 aleatorie 1,5-3 1,2Piatra rugoasa colturoasa 2 aleatorie 1,5-3 2

Anrocamente (H

r =,t.kn[fi", unde

Pentru anrocamente relatia folosita este

,,,,=**[r[?)*; r,2s[E!q) ; ro"*f

r

n

unde

fmin

-grosimea stratului, tsr este coeficient de forma al elementului (0,94-1,51)- numarul de straturi de blocuri (pietre ) ce vor fi asezate

-grosimea minima masurata perpendicul ar pe taluz

Straturile care alcatuiesc sectiunea transversala a unui dig trebuie sa indeplineasca la contactul intre ele

urmatoarea conditie pentru a preveni amestecarea straturilor

d,, strat superior _ n

d* strat inferiorConditia de filtru invers poate fi scrisadrc fLl a

varianta din figura 9 b, s-a pastrat aceeasi marime de blocuri, insa sub adancimea H s-au adoptat taluzedin ce in ce mai repezi. Presupunand ca blocurile sunt de forma cubica, grosimea minima a mantalei va fi

tF, unde G este greutatea blocului. Daca se utilizeaza numai blocuri artificiale, sunt necesare cel\lvo .putin doua randuri de blocuri.

b.Fig. 9.Variante pentru alcatuirea mantalei principale: a-cu berma; b- contingaExista tendinta ca in insasi mantaua de protectie, sub primul strat de blocuri mari, sa se aseze

blocuri mai mici sub motivul ca in acest fel se umplu mai bine golurile si se realizeaza o asezare maibuna a blocurilor superioare. In realitate, cu cat al doilea strat de blocuri va fi mai compact, cu atatsubpresiunea care se produce in momentul izbirii valului de dig si care tinde sa disloce blocurilesuperioare va fi mai mare.

Blocurile artificiale din mantaua de protectie pot fi asezate inzonasuperioara de spargere avalurilor, in asize regulate sau pot fi simplu aruncate.Asezareaorizontala a blocurilor artificiale pe taluzenu se recomanda deoarece, in unna unor eventuale tasari sau afuieri pot aluneca spre exterior. Este maiindicat ca blocurile sa se aseze cu o mica panta spre interiorul constructiei, asa cum s-a facut, de exemplu,la digul de la Midia(ng. 9b).

Nucleul nu sufera actiunea valurilor. Spre deosebire de manta, nucleul trebuie sa prezinte ocompactitate maxima, asa fel incat agitatia din larg sa nu se comunice in interiorul portului. De obicei,nucleul se alcatuieste din deseuri de cariera si anrocamente mici, singura conditie care se pune fiind aceeaca materialul utilizat sa nu poata fi antrenat de valuri in timpul punerii sale in opera.

Intre nucleu si mantaua principala este indicat sa se interpuna una pana la trei mantale secundare10

TAfrO

alcatuite din blocuri mai mici; itcazcontrar, exista pericolul ca elementele mai mici din care este alcatuit

nucleul , sa fie antrenate de valuri, prin golurile mari ale blocurilor mantalei principale. Pentru ca

mantalele secundare sarealizeze conditia de filtru invers, trebuie ca diametrul mediu al blocurilor unei

mantale sa nu fie mai mic decat l/3 din diamekul blocurilor mantalei superioare, ceea ce echivaleaza cuconditia ca greutatile sa fie in raportul de 7127 sau pentru oricare siguranta , in raportul1120. Plecand deci

de la greutatea blocurilor mantalei principale si tinand seama de conditia de mai sus, se poate determina

numarul mantalelor secundare necesare asigurarii nucleului. Fiecare din aceste mantale trebuie sa fie

alcatuitadin2-3 randuri de blocuri naturale. Protectia nucleului spre interiorul portului se poate face

prelungind mantalele secundare pe taluzul respectiv.(fig.9 a).

2.2.4. Elemente utilizate pentru protectia taluzurilor

Blocurile de beton de forma paralelipipedica sunt elementele cele mai utilizate pentru protejareataluzurilor lucrarilor exterioare de aparare. Raportul dimensiunilor este 1 :1 :1, 5 , greutatile uzuale

variazaintre 30 si 100 tf. Daca seutilizeaza doua tipuri de blocuri, se recomanda ca raportul volumelor

sa fie 1 : I , 5.Betonul utilizat este un beton hidrotehnic maritim.Tetrapozii (fig l0.a)sunt blocuri de beton de forma stelata, cu patru brate tronconice simetrice.

Se utilizeaza cu succes, in ultimul timp, pe taluzurile lucrarilor exterioare de aparare, in locul blocrnilornaturale sau al celor paralelipipedice de beton. Datorita formei lor, tetrapozii se impaneaza bine intre ei si

in stratul de anrocamente pe care reazema, formand o manta de protectie foarte stabila, rugoasa, cu goluri

mari si neregulate, in care disiparea energiei valurilor se face in conditii optime.Utilizarca tetrapoziloraduce economii de 30-40% fata de solutiile clasice de blocuri.Taluzele pot avea pante mult mai

Imari: I :1; pana pana la 1:l

J

Betonul hidrote.hnic maritim din care se confectianeazablocul tetrapod se toarna in cofrajemetalice alcatuite din doua sau patru parti. Daca cofrajul este din patru parti si temperatura medie aaerului este de +20o, cele trei elemente superioare ale cofrajului se pot indeparta dupa o zi. Dupa altedoua zile se poate decofra si restul si blocul tetrapod poate fi transportat in depozit. Pentru a nu fi solicitatla tensiune, manipularea blocului se face cu ajutorul unui dispozitiv de suspendare, prevazut cu lanturi sicu trei capace care se aplica pe trei din cele patru picioare ale acestuia; pastrarea in depozit cel putin 28

de zile, pana cand rezistenta totala a betonului atinge 450 kgf/cm2. Pentru transport si punerea in opera,

blocul tetrapod este suspendat cu lanturi, Aruncarea blocului de la o inaltime de 1,25 m poate produce

spargerea acestuia. Daca acea cadere se produce in apa(cel putin 0, 50-0, 60 m), nu se produce nici ostricaciune.

Blocurile tekapod se asaza pe taluz in 1...4 shaturi.Un singur strat nu este suficient;doua straturi

reprezinta solutia optima, cea cu 3-4 straturi nu aduce o imbunatatire substantiala.

11

In cazul a doua straturi, tetrapozri inferiori reazemape trei picioare;stratul superior este asezat cuun picior in jos, astfel incat impanarea se face in conditii optime.Este indicat ca ambele straturi sa seaseze in acelasi timp, pentru a evita deplasarile in timpul unei eventuale furtuni.Blocurile tetrapod se potaseza in opera si neregulat (pel-mel). Pentru 100 m2 si doua straturi sunt necesare:l9O bucati de tetrapodde 1 tf, T4bucatt de 4 tf; 47 bucati de 8 tf;30 bucati de 15 tf;21 bucati de 20 tf si 16 bucati de 40 tf.

La noul dig constnrit pentnr extinderea portului Constanta, s-a utilizat o varianta perfectionata detetrapozi-stabilopozii. Pentru 2h:6,00, H=12-14 m,taluz l:1,33 , s-au prevaafidoua straturi destabilopozi cu G:20 tflbuc(fig l l).

,tfft.A'4

b. 8/oc lnbar

Conotonte ganetrbed= tog,Jo,fr- /i?" lo''to ?ro +trd-* +5'tg i = t+r+

Fig. l0.Elemente de utilizate pentru

c 8/oc octapodewVot.

protectia taluzelor

..-'-z i \='"! I

s-s

/

o. 8locari tetrapod {tftf I

t2

?o flto fr t)/t

4-"*tAftO! qoa tzao :,0.00

.

t- --..

-o,sH -,-

&A?/N _L.---_-_lrl.

2

=fiA0

ffi%l+->i tc!. c'c.*,t F_.1

Fig. 1l.Dig cu taluzuri aparate cu stabilopozi (portul Constanta extindere)l-piatra naturala sub 2 tflbuc; 2-blocuri naturale 2-10 tflbuc; 3- blocuri naturale 10-12 tflbuc;4- stabilopozi de 20 tf/buc, in doua straturi; 5- placa de beton

Recomandare pSACE] pentru realizarea sectiunii transversale a unui dig sparge val

Nivel maxim al mariiNivel minim almarffira VaTun-f

-t-.-l.ai.' ''LgA!0

t'l

jGllo-gl_1s

Fig. 12. Sectine recomandata pentru diguri la care valul are deversari moderate peste coronamentb: latime coronamentG : greutatea determinata pentru elementele carapacei de protectie

A

13

Fig. 13. Sectiune din trei straturi

t4 l,,l

Surrn inarConstructie de aparare masiva cu taluz (parament inclinat)L3.Determinarea greutatii minime pentru elementele carapacei si alcatuirea seetiuniitransversale

Sa se determine greutatea minima pentru elementele mantalei de protectie si sa se alcatuiascasectiunea transversala a digului de protectie a acvatoriului portului. Inclinarile taluzului vor fi 2/3 si3la {vh). Adancimea apei va fi h:3HSe vor folosi relatia data de Lribaren pentru blocuri naturale

G*o = KT,yt H'

(y, -y)t(cosa -sino)3

r(:0, 015 pentru blocuri naturale si K:0, 019 pentru blocuri anificialeH:(5+0,1n; m, este inaltimea valuluia este unghiul pe care il face taluzul digului cu orizontalaya1,7 t/m3 pentru blocuri naturaleya:2,41lm3 si 1:l Vm3 sunt greutatea volumetrica a betonului respectiv a apeiprecum si relatia data de Hudson pentru blocuri naturale si artificiale

G-in = YuHt

..(?-r)'osoValori recomandate pentru Kp (Shore Protection Manual-USACE)Tipul carapacei nr straturi Asezare Panta taluz [m:ctgu] KoPiatra neteda rotunj ita 2 aleatorie 1,5-3 1,2Piatra rugoasa colturoasa 2 aleatorie 1,5-3 2

Anrocamente (H18

Alcatuirea sectiunii hansversale pentru tahn3l4 (sectiunea ideala USACE)

rt

Alcatuirea sectiunii tansversale pentru tahz2l3 (sectiune recomandata USACE)LARG PORT

r-t-----

G \Nivet minimat

-t

\w

---lG/r0-G/15\-1,5H

--- --- ----'

-\' r.- >... -'-zn

--/'

..

/ -'-' c/2oo_G/6ooo \

\"- \-.:Y

s'zvr

)\)\\2\ \Yx\YSYSYx\Yx\YNY\Y\YxSY:\Yx\Y\Y15