stadiul actual - masuri de control infiltratii
TRANSCRIPT
Controlul infiltrațiilor prin
lucrările de barare
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor
Raport de cercetare numărul 1
Doctorand : ing. GAFTOI Daniel Andrei
Profesor îndrumător : Prof. Univ. Dr. Ing. STEMATIU Dan
București
2010
Cuprins
1. Detecția și monitorizarea infiltrațiilor ..................................................................................... 4
1.1 Măsurători de presiuni interstițiale și niveluri piezometrice ............................................................... 4
1.2 Măsurători de debite ........................................................................................................................... 4
1.3 Metode geofizice ................................................................................................................................. 5
1.3.1 Metoda Georadar (Ground Penetrating Radar) ............................................................................ 5
1.3.2 Sonarul ......................................................................................................................................... 7
1.4 Vehicule operate de la distanță ........................................................................................................... 8
1.5 Detecție termică .................................................................................................................................. 9
1.5.1 Sondarea Temperaturii ................................................................................................................. 9
1.5.2 Rețele de fibre optice ................................................................................................................. 11
1.5.3 Termografia cu infraroșu ........................................................................................................... 11
1.6 Măsurători de rezistivitate ................................................................................................................. 13
1.7 Trasori pentru determinarea căilor de infiltrare ................................................................................ 13
1.8 Observații vizuale ............................................................................................................................. 14
2. Controlul Infiltrațiilor ............................................................................................................ 15
2.1 Controlul infiltrațiilor prin barajele de umpluturi ............................................................................. 16
2.1.1 ”Flat slopes without drains” – taluzuri cu pantă lentă fară drenaj ............................................. 16
2.1.2 Zonarea barajelor ....................................................................................................................... 16
2.1.3 Prevederea de drenuri/filtre ........................................................................................................ 18
2.2 Controlul infiltrațiilor prin fundațiile barajelor ................................................................................. 19
2.2.1 Caracteristici ale terenurilor de fundare ..................................................................................... 20
2.2.2 Sisteme de etanșare în profunzime ............................................................................................. 21
2.2.3 Sisteme de drenaj ....................................................................................................................... 32
2.2.4 Avantradiere ............................................................................................................................... 32
2.3 Filtre inverse ..................................................................................................................................... 33
2.3.1 Cerințe funcționale ..................................................................................................................... 33
2.3.2 Condiții de curgere ce acționează asupra filtrelor ...................................................................... 34
2.3.3 Concepul filtrelor ....................................................................................................................... 35
2.3.4 Tipuri de filtre – critice și necritice ............................................................................................ 35
2.3.5 Metode de calcul al filtrelor ....................................................................................................... 37
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 3
2.3.6 Punerea în operă a filtrelor ......................................................................................................... 42
2.4 Materiale Geosintetice ...................................................................................................................... 46
2.4.1 Geotextile ................................................................................................................................... 46
2.4.2 Geomembrane ............................................................................................................................ 49
2.4.3 Geocompozite ............................................................................................................................ 51
1. DETECȚIA ȘI MONITORIZAREA INFILTRAȚIILOR
Există mai mulți factori care, în urma monitorizării, pot conduce la concluzii referitoare la infiltrarea apei
prin baraj sau prin fundație și aceștia sunt :
creșterea debitelor infiltrate
transportul de material fin de către apa infiltrată
creșterea presiunii interstițiale
apariția de zone umede în aval de baraj
anomalii de temperatură
proprietățile fizice și chimice ale apei
Monitorizarea și măsurătorile se pot realiza prin diferite metode – de la cele mai simple (tradiționale) care
implică măsurarea directă a curbei de depresie, a presiunii interstițiale și a debitelor infiltrate până la cele
mai complexe care implică folosirea metodelor geofizice. Totuși, cea mai comună și mai ușoară
monitorizare se bazează pe observațiile vizuale.
1.1 MĂSURĂTORI DE PRESIUNI INTERSTIȚIALE ȘI NIVELURI PIEZOMETRICE
În cazul barajelor din umpluturi este foarte important controlul evoluției presiunilor interstițiale (în
special în nucleu și în terenul de fundare). Aceste presiuni nu trebuie să depășească valorile admisibile
prognozate la proiectare.
Măsurătorile se realizează cu ajutorul celulelor de presiune pneumatice, hidraulice sau electrice și/sau al
piezometrelor cu manometre. Controlul poate fi îmbunătățit prin creșterea numărului profilelor de
măsurători precum și a numărului de celule de presiune din fiecare profil.
Pentru stabilirea poziției curbei de depresie în corpul barajului se folosesc măsurători ale nivelului apei în
foraje piezometrice deschise cu ajutorul unei sonde calibrate sau cu senzori de presiune. Dacă aceste
foraje sunt realizate în terenuri permeabile măsurătorile prezintă siguranță și durabilitate dar, în cazul în
care amplasarea lor se face în terenuri foarte puțin permeabile apar defazaje mari între variațiile de nivel
din lac și variația nivelurilor piezometrice.
1.2 MĂSURĂTORI DE DEBITE
Pentru măsurarea debitelor infiltrate se folosește un sistem de colectare al acestora (canal, dren) prevăzut
cu dispozitive de măsurare a nivelului apei sau cu deversoare. În general un astfel de sistem colectează
apele infiltrate prin întregul baraj dar, printr-o îndesire a secțiunilor de monitorizare se pot măsura debite
parțiale, corespunzătoare unor zone predefinite. Astfel se pot localiza zonele în care infiltrațiile sunt mai
importante. În cazul folosirii deversoarelor pentru determinarea debitelor, apariția de sedimente în amonte
de acestea poate reprezenta apariția fenomenelor de eroziune internă.
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 5
1.3 METODE GEOFIZICE
Metodele geofizice, aplicate frecvent în domeniul geologiei inginerești, pot fi utilizate și pentru
inspectarea internă a structurilor hidrotehnice de retenție sau a digurilor. Astfel se pot detecta eventualele
anomalii sau elemente particulare (eterogenități și discontinuități, goluri și cavități, fisuri și crăpături, căi
preferențiale de infiltrații etc.). Aceste metode, bazate pe propagarea undelor mecanice sau
electromagnetice prin corpul barajelor, au avantajul de a fi nedistructive și permit determinarea facilă a
unora dintre caracteristicile interne ale materialelor (Stematiu, Ionescu și Abdulamit 2010).
Sunt măsurate unele proprietăți fizice ale materialelor (conductivitate, magnetism, modul de elasticitate,
temperatură etc.). Dintre metodele geosizice se pot menționa :
reflexia și refracția seismică
georadarul (GPR)
tomografia cu ultrasunete
relevee în infraroșu
sonarul
1.3.1 METODA GEORADAR (GROUND PENETRATING RADAR)
Metoda Georadar (GPR) este o tehnică nedistructivă bazată pe principiul propagării undelor radar
(electromagnetice) în soluri, roci sau orice alte medii de investigație. Aceasta se aplică pentru definirea
structurilor ce prezintă caracteristici electrice (conductivitate și permeabilitate) constante în raport cu
mediul înconjurător.
Cu ajutorul unei antene plasate la suprafața mediului studiat sunt emise unde radar de foarte scurtă durată
(cuprinse între 1 – 15 ns) în banda de frecvențe 10 – 2500 MHz. Acestea, propagându-se în mediu, sunt
refrectate sau difractate de către interferențele care limitează structurile cu caracteristici electrice
constante și sunt remise spre suprafață unde sunt captate și înregistrate în funcție de timp.
Măsurătorile pot fi realizate de-a lungul profilelor continuu sau punct cu punct utilizând următoarele
metode:
reflexiei
transparenței
sondajului vertical
Fig. 1 – Schemele de măsurare a
trei metode de bază în georadar
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 6
Emiterea semnalelor radar se poate realiza pe diferite frecvențe. Frecvențele înalte permit o rezoluție
ridicată în detrimentul adâncimii de investigație, în timp ce frecvențele joase permit creșterea adâncimii
de investigare dar rezoluția scade. Prin rezoluție se înțelege dimensiunea minimă a unui detaliu
observabil.
f (MHz) 2500 1000 500 200 100 50 25 10
h 0,5 1 5 10 15 20 30 50
Adâncimea de investigare depinde și de natura terenurilor prospectate ale căror caracteristici de absorbție
a undelor radar sunt variabile. În general, formațiunile bune conducătoare de electricitate (argilele) produc
o absorbție ridicată și limitează penetrarea undelor radar. În continuare se prezintă câteva exemple de
terenuri și adâncimea până la care acestea pot fi investigate:
soluri și formațiuni argiloase – câțiva metri
rocă stâncoasă fracturată normal – 15 – 40 m
rocă stâncoasă masivă – 40 – 150 m
sare pură, gheață, calcare și granite masive – până la 300 m.
Domeniile de aplicație ale metodei sunt foarte diverse: geologie inginerească (determinarea structurilor
geologice, a faliilor, a limitelor reper în masivele de rocă etc.), hidrogeologie și hidrologie (cartarea
pânzie de apă freatică), construcții și inginerie civilă, arheologie, protecția mediului etc.
În cadrul inspecției construcțiilor hidrotehnice se pot detecta eroziuni ale nucleelor de argilă, goluri în
corpul barajelor, fisuri, nivelul curbei de depresie.
Ca dezavantaje ale metodei se pot evidenția adâncimea redusă de penetrare a undelor radar pentru
terenurile cu conductivitate electrică ridicată, interpretarea dificilă a rezultatelor de către personal fără
experiență și alegerea unui compromis între adâncimea și calitatea investigațiilor.
Pentru exemplificare, în figura 2 sunt prezentate câteva exemple de zone afânate și goluri detectate cu
ajutorul georadarului în diferite amplasamente.
Fig.2 – Exemple măsurători georadar
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 7
1.3.2 SONARUL
O aplicație importantă a sistemelor tip sonar o contituie monitorizarea pâlniilor de eroziune asociate
infiltrațiilor prin paramentul amonte al barajelor. Astfel, sistemul sonar a fost aplicat pentru a realiza
batimetria peramentului amonte al unui baraj de pământ din Canada care manifesta semne de îmbătrânire
prin apariția unor pâlnii de eroziune cauzate de infiltrațiile prin parament (figura 3). Sonarul a monitorizat
cu succes dezvoltarea unor noi curenți de infiltrație la baza pâlniilor de eroziune existente, ușoara creștere
în dimensiune a acestor pâlnii precum și dezvoltarea unora complet noi.
Fig.3 – Pâlnii de eroziune detectate cu ajutorul sonarului
Sonarul realizează un profil prin emiterea unei serii de unde radar ultra-înguste, cu un unghi de min. 0,3
grade între fascicule. Capul radar este fixat de o tijă rigidă din aluminiu și poate fi coborât până în dreptul
unei zone de interes, poziția fiind înregistrată cu stația totală și cu măsurători topo-geodezice. Sistemul
este prezentat în figura 4. Întreaga instalație poate fi purtată pe o platformă plutitoare sau pe o barcă.
Fig. 4 – Schema sistemului sonar
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 8
Utilizarea senzorului de corecție a abaterilor unghiulare permite incrementarea cu precizie a unghiurilor
de emitere a undei (0,3 grade). Diametrul zonei de scanare depinde de adâncimea apei dar, de regulă, are
cca 80 m. Pentru fiecare set de profile verticale sunt emise cca 14000...20000 pulsuri pe undă. După
finalizarea unui set de profiluri, sistemul se repoziționează și procesul se repetă. După scanare, a cărei
rezoluție este de cca 1 cm, se realizează corectarea datelor.
Acest sistem a fost dezvoltat în Canada, el fiind o soluție mai ieftină, mai simplă și mai accesibilă de tip
sonar decât utilizarea sonarului multi-semnal de calitate ultra-înaltă ce permite producerea de imagini 3D
ale cuvetei lacului.
1.4 VEHICULE OPERATE DE LA DISTANȚĂ
Inspectarea zonelor submersate cu ajutorul vehiculelor operate de la distanță (ROV) are mai multe
avantaje față de utilizarea scafandrilor :
nu există riscuri asupra factorului uman datorate condițiilor specifice din vecinătatea constrcțiilor
aferente barajului și a vizibilității scazute la adâncimi mari;
se înlătură problema calificării tehnice necesare scafandrilor pentru evaluarea situației investigate;
ROV-ul poate ajunge în zone considerate periculoase pentru scafadru și, de asemenea, poate
atinge adâncimi ridicate, greu accesibile omului.
costul investigației se reduce deoarece investigarea cu scafandrii implică costuri ridicate.
Cu ajutorul ROV-urilor se pot detecta defecțiuni în corpul structurii și/sau în fundația acesteia: fisuri,
crăpături, deplasări relative, tasări, degradări, eroziuni, prăbușiri, starea pereelor și a etanșărilor etc.
Un ROV poate fie echipat cu o serie de camere de luat vederi de mare rezoluție, capabile să creeze
relevee detaliate ale zonelor inspectate, care pot fi studiate ulterior de un personal calificat.
Din punct de vedere constructiv ROV-ul este compus dintr-o incintă etanșă unde se află camerele de luat
vedere, senzorii (de presiune, de temperatură), o busolă magnetică pentru orientarea echipamentului, surse
de iluminare etc. Pe această incintă sunt motate motoarele care îi confera robotului 5 grade de libertate:
avans (X), mișcare laterală (Y), mișcare pe vrticală (Z), rotire după axa Y și rotire după axa Z.
Alimentarea cu energie, transferul de date, comunicarea între vehicul și modulul de operare de la distanță
sunt realizate cu ajutorul unui ”cordon ombilical”. În figura 5 este prezentat un ROV-ul URIS.
Fig. 5 – ROV-ul URIS
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 9
1.5 DETECȚIE TERMICĂ
Principiul metodei se bazează pe faptul că temperatura din corpul uni baraj depinde în mare parte de
temperatura aerului(a mediului) și de temperatura apei din lac. Valoarile acestor temperaturi au o variație
sezonieră astfel încât și valorile temperaturilor din corpul barajului vor avea o variație sezonieră. Totuși,
influența temperaturii aerului(mediului) este mai mică de 1oC pentru adâncimi în corpul barajului ce
depășesc 10 m astfel rezultând că aceasta poate fi neglijată.
Metoda de măsurare a temperaturilor din corpul barajelor pentru detectarea infiltrațiilor este folosită încă
din 1950. Temperatura apei din lac acționează ca un trasor natural în timpul curgerii și crează anomalii ale
temperaturii ce pot fi detectate și localizate.
În interpretarea măsurătorilor se plecă de la faptul că variațiile sezoniere ale temperaturii apei produc, prin
apele infiltrate, variații sezoniere de temperatură în corpul barajului. O valoare constantă a temperaturii
din baraj este un semn al unui curent moderat de infiltrație, în timp ce variațiile sezoniere mai mari
reprezintă un semn al unor infiltrații importante. În plus, creșteri ale variațiilor sezoniere de temperatură și
scurtări ale intervalelor de timp în care temperatura corpului barajului tinde către temperatura apei indică
o amplificare a infiltrațiilor.
Variația sezonieră de temperatură este proporțională cu debitul infiltrat și cu distanța de la suprafața de
contact cu apa din lac la punctul de măsurare.
Pentru detecția temperaturii se pot folosi mai multe metode :
Măsuratea temperaturii în foraje executate în corpul barajului (sondarea temperaturii). Se pot
folosi forajele piezometrice existente dar se por realiza și altele noi pentru îndesirea rețelei.
Totuși, realizarea altor foraje noi trebuie evitată deoarece crează discontinuități în corpul
barajelor.
Măsurarea continua a temperaturii cu ajutorul rețelelor de fibre oprice montate în corpul
barajului (în timpul execuției), în spatele elementelor de etanșare (atât în timpul execuției cât și
după reparații) sau la baza taluzului aval.
Detecția diferențelor de temperatură la suprafața terenului cu ajutorul termografiei cu infrarosu.
1.5.1 SONDAREA TEMPERATURII
Această metodă a fost dezvoltată și patentată de GTC (o echipă de geofizicieni și hidrogeologi din
Germania specializați în detectarea termică a infiltrațiilor) și cu ajutorul ei se pote măsura temperatura
umpluturii până la adâncimi de cca 30 m. Măsurarea temperaturilor se realizează cu ajutorul unor
”lanțuri” de senzori introduși în foraje de diametre mici. După o periadă de stabilizare se efectuează
citirile de temperatură la diferite adâncimi.
În următoarele figuri sunt prezentate câteva exemple unde s-au folosit măsurătorile de temperatură și
câteva concluzii referitoare la situația întâlnită (după GTC):
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 10
1. În primul exemplu este prezentat cazul unui baraj de pământ de 6 m înălțime. Scopul
măsurătorilor a fost de a detecta sursa infiltrațiilor (nucleul sau fundația barajului). În figura 6,
partea stângă, se observă ca ambele contribuie la infiltrarea apei. Pentru a evidenția zonele
periculoase s-a recurs la afișarea diferențelor de temperatură cauzate de infiltrații (figura 6, partea
dreaptă) prin scăderea valorii medii dintr-o zonă neafectată din valorile înregistrate.
Fig. 6 – Rezultate ale măsurătorilor de temperatură pentru un baraj de 6 m
2. Un al doilea exemplu prezintă situația unui baraj de 9 m înălțime, prevăzut la fața amonte cu un
pereu impermeabil. Pereul a fost penetrat de apă în diferite puncte iar măsurătorile au avut ca
scop determinarea adâncimii unde viteza apei infiltrate este maximă. În perioada măsurătorilor
temperatura apei a fost de 2.8oC și, urmărind figura 7, se observă ca cea mai importantă anomalie
se regăsește în zona Km 2,5 la aproximativ 3 m adâncime, aceasta fiind caracterizată de cea mai
mare viteză de infiltrație.
Fig. 7 – Rezultate ale măsurătorilor de temperatură pentru un baraj de 9 m
3. Ultimul exemplu prezintă situația unui baraj de umpluturi unde nu s-au detectat curgeri
importante prin corpul barajului, ci doar prin ecranul de etanșare (zona de culoare mai închisă).
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 11
Fig. 8 – Detecția unei curgeri prin ecranul de etanșare
1.5.2 REȚELE DE FIBRE OPTICE
În activitatea de supraveghere a barajelor fibra optică a utilizări multiple printre care se numără și
utilizarea ca dispozitiv prin care este posibilă măsurarea temperaturii în diverse puncte în lungul unei
fibre optice înglobate în materialul barajului sau al fundației acestuia. Acest lucru este posibil deoarece
frecvența spectrală a luminii difuzate depinde de temperatură (moleculele de siliciu ale fibrei sunt
stimulate de temperatură). O aplicație importantă a aestui sistem este detectarea căilor preferențiale de
infiltrație în digurile și barajele de pământ, prin instalarea unor rețele extinse de cabluri din fibră optică în
corpul acestora.
Avantajele acestei metode sunt că permit o monitorizare continuă pe perioade lungi de timp și dau o
viziune globală a fenomenelor dar și detalii locale ale zonelor inspectate.
Pentru monitorizare infiltrațiilor prin coprul barajelor, rețelele de fibră optică se pot monta:
în sistemul de drenaj al barajului (pentru barajele noi)
la piciorul taluzului aval (pentru barajele existente)
în spatele pereului (atât pentru barajele noi cât și pentru cele existente).
În cazul în care se dorește monitorizarea infiltrațiilor prin terenul de fundare, rețelele de fibre optice se
amplasează, de regulă, în aval de elementul de etanșare sau la interfața dintre terenul de fundare și
umplutură.
1.5.3 TERMOGRAFIA CU INFRAROȘU
În principiu termografia se utilizează pentru a studia variațiile de temperatură pe desfășurata unor
suprafețe continue. Schimbări sau abateri ale structurii interne a construcției generează, de regulă, variații
ale temperaturii la suprafața acesteia. Metoda permite depistarea unor căi preferențiale de pierdere de
căldură prin infiltrațiile de apă aflată la altă temperatură decât corpul construcției. Rezultatul
investigațiilor nu este cantitativ (flux termic, debit infiltrat, etc.) dar deschide drumul unui set de
investigații suplimentare pentru a determina amploarea fenomenelor. (Stematiu, Ionescu, Abdulamit,
2010).
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 12
Ca tehnică, o cameră foto în infraroșu măsoară și înregistrează radiația infraroșu a unui obiect. Faptul că
radiația este dependentă de temperatură face posibilă determinarea temperaturii corpului, afișată pe
cameră în mod direct. Pentru a măsura cu acuratețe temperatura este necesară decelarea efectelor
celorlalte surse de radiație.
Termografia cu infraroșu este utilă pentru depistarea infiltrațiilor emergente la paramentul aval. În prima
etapă se utilizează măsurători de teren care dau distribuția temperaturii pe suprafața paramentului în zone
cunoscute ca având un comportament normal. Se obține astfel măsurătoarea de referință. În măsurătorile
ulterioare, realizate pe toată extinderea paramentului aval, se pot depista eventualele anomalii de la
această stare de referință. Condiția de bază este ca măsurătorile de investigare să fie realizate în aceleași
condiții cu măsurătoarea de referință. Abaterile constatate sunt cuantificate ca suprafață și ca diferență de
temperatură. Cele două mărimi semnalează extinderea anomaliei din structura barajului și gravitatea
acesteia, dată prin diferența de temperatură. Devierile de la imaginea de referință semnalează o defecțiune
de impermeabilizare și/sau drenaj.
Această metodă a fost folosită pentru investigarea stării paramentului aval al barajului de steril minier al
iazului de decantare Herpedia și pentru detectarea înălțimii de izvorâre a apelor infiltrate la barajul
Ostrovul Mic.
Figura 9 prezintă rezultatele termografiei cu infraroșu pentru barajul de steril minier al iazului de
decantare Herperia. Primele seturi de imagini (cele de sus) prezintă versantul stâng care avea o
comportare normală confirmată și de imaginile în infraroșu de culoare omogenă. Setul de imagini de jos
prezintă situația paramentului din zona sufoziei iar pata de culoare mai închisă corespunde zonei afectate.
Deși la inspecția vizuală prezența apei nu era sezizabilă, imaginile în infraroșu evidențiază condiția de
saturare a paramentului prin prezența zonei cu temperatură locală mai scăzută datorate prezenței apei.
Fig. 9 – Barajul iazului de decantare Herpedia
Modificarea culorilor în zona sufoziei
Temperaturi uniforme pe paramentul uscat
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 13
În cazul barajului Ostrovul Mic termografia cu infraroșu a fost folosită pentru determinarea înălțimii de
izvorâre a apei infiltrate. Astfel s-au realizat atât poze digitale cât și poze termice și, cu ajutorul persoanei
martor, s-a determinat înălțimea de izvorâre.
1.6 MĂSURĂTORI DE REZISTIVITATE
Rezistivitatea solurilor depinde de proprietățile acestora: conținutul de argilă, porozitate și saturație dar și
de proprietățile ape din pori: temperatură și concentrația totală de solide dizolvate (TDS) iar investigarea
barajelor de umpluturi prin măsurători de rezistivitate pleacă de la acest fapt.
Având în vedere că atât temperatura apelor infiltrate cât și concentrația totală de solide dizolvate au o
variație sezonieră rezultă că și rezistivitatea umpluturii va avea o variație sezonieră. Această variație poate
fi importantă și nu se poate considera constantă.
Barajele de umpluturi cu performanțe normale prezintă proprietăți ale materialelor constante pe perioade
lungi de timp. În aceste cazuri variația rezistivității este funcție doar de apele infiltrate. Totuși apariția
eroziunii interne afectează și proprietățile umpluturii prin mărirea porozității și spălarea părții fine. Din
păcate, creșterea porozității scade rezistivitatea în timp ce spălarea părții fine o crește, acest lucru făcând
mai dificilă evaluarea infiltrațiilor.
Măsurătorile se realizează cu ajutorul unor electrozi montați la coronamentul barajului iar acestea sunt
influențate de prezența obiectelor conducătoare de curent electric (tubaje metalice, cabluri etc.) în corpul
barajelor. Totuși, având în vedere că scopul măsurătorilor este de a depista o variație a rezistivității,
prezența acestor obiecte nu influențează măsurătorile.
Nu este recomandabil să se realizeze măsurători doar cu o singură ocazie și de la interpretarea rezultatelor
să se tragă concluzii deoarece acestea pot fi greșite. Se recomandă ca măsurătorile de rezistivitate să
reprezinte o formă de urmărire periodică a comportamentului barajelor.
1.7 TRASORI PENTRU DETERMINAREA CĂILOR DE INFILTRARE
Metoda se folosește pentru a determina căile și viteza de infiltrare. Metodologia constă în injectarea unor
substanțe în corpul barajului (amonte de elementul de etanșare) și observarea punctelor din aval de baraj
unde apa împreună cu acestea izvorăsc. Cunoscând punctul de pornire și cel de final se pot determina
posibile căi de infiltrare.
În urma măsurării timpului necesar trasorului să izvorască în aval și a concentrației acestuia se pot aprecia
zonele cu permeabilitate ridicată.
Se pot considera trasori naturali temperatura, rezistivitatea, chimia apei. Astfel se poate determina sursa
izvoarelor din aval de baraj. Daca, în urma analizelor, apa de la aceste izvoare nu corespunde din punct de
vedere chimic sau fizic cu apa din lac rezultă că sursa izvoarelor este alta, nu acumularea.
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 14
1.8 OBSERVAȚII VIZUALE
Observațiile directe, realizate prin inspecții vizuale, au rolul de a semnala apariția unor fenomene
necunoscute sau a unor fenomene adverse produse în zone care nu sunt prevăzute cu dispozitive de
măsurare. Instabilitățile de versanți, umectările paramentului, izvoarele la baza versanților și alte
fenomene nu pot fi depistate de sistemul de măsurători. Observațiile repetate au rolul de a constata
evoluția fenomenelor (antrenări de material în zonele cu infiltrații concentrate, instabilități locale cu
extindere spre amonte etc.).
Infiltraţiile cu aspect de apă tulbure indică transportul de particule din terenul de fundare şi poate fi
rezultatul eroziunii interne. Eroziune internă poate fi însoţită de apă tulbure, pâlnii de eroziune sau
grifoane, iar în stadiile avansate de un vârtej în lacul de acumulare la punctul de intrare al infiltraţiei.
Pâlniile de eroziune sunt un tip de depresiune importantă deoarece ele indică îndepărtarea materialului fin
din fundaţie (eroziune internă) cu o direcţie de golire subterană bine conturată. Acestea au pante abrupte,
ca o căldare, datorită acţiunii de forfecare a pământului la prăbuşirea în golul creat sub material.
Scurmăturile animalelor creează cuiburi şi făgaşe în zona barajelor de umpluturi, a versanţilor şi a
prismului aval, putând deveni căi pentru infiltraţii.
Existența vegetației specifice zonelor de baltă sau zone cu vegetație mai verde indica deasemenea
prezența infiltrațiilor.
Tot în timpul observațiilor vizuale se pot determina zonele de băltire sau izvoarele concentrate.
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 15
2. CONTROLUL INFILTRAȚIILOR
Principalul obiectiv în proiectarea unui baraj nou sau în evaluarea barajelor existente este acela de
îndeplinire a condițiilor de siguranță. O parte din aceste condiții de siguranță se referă la controlul
infiltrațiilor :
Presiunile interstițiale în baraj sau în fundație nu afectează stabilitatea acestora.
Eroziunea internă nu apare.
Aceste deziderate se pot atinge printr-o serie de măsuri constructive :
zonarea barajului (dacă acesta este din umpluturi)
prevederea de filtre și drenuri
impermeabilizarea fundației,
evidențiate în figura 10. Nu este necesară aplicarea tuturor metodelor la un baraj ci, ficare baraj trebuie
analizat separat și adoptate acele măsuri care sunt necesare.
Fig.10 – Elemente pentru controlul infiltrațiilor prin și pe sub baraje din umpluturi
A : Nucleu cu permeabilitate redusă pentru a limita infiltrațiile prin baraj.
B: Filtru invers (vertical sau înclinat) ce controleaza eroziunea internă a nucleului și drenează apele
infiltrate prin acesta.
C: Zonă aval ce asigura stabilitatea barajulul
D: Filtru invers/dren orizontal ce controlează gradienții de ieșire, eroziunea fundației, presiunea
interstițială și asigură evacuarea apei infiltrate prin nucleu fară creșterea presiunii interstițiale.
E: ”Saltea amonte impermeabilă” cu scopul de a mări lungimea liniilor de curent rezultând reducerea
debitului infiltrat și a gradienților.
F,G: Ecran/voal de etanșare pentru reducerea sau stoparea infiltrațiilor prin fundație.
H: Puțuri de descărcare – controlează gradienții de ieșire
I: Bermă aval pentru îmbunătățirea stabilității taluzului aval și preîntâmpină posibilitatea lichiefierii sau a
”expoloziei” fundației.
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 16
2.1 CONTROLUL INFILTRAȚIILOR PRIN BARAJELE DE UMPLUTURI
Conform US Army Corps of Engineers (1986) există 3 metode pentru a controla infiltrațiile prin barajele
de umpluturi :
2.1.1 ”FLAT SLOPES WITHOUT DRAINS” – TALUZURI CU PANTĂ LENTĂ FARĂ DRENAJ
Se realizează astfel un drum lung al liniilor de curent rezultând reducerea gradienților de ieșire și a
debitelor infiltrate.
Fig.11 – Secțiune transversală printr-un baraj cu taluzuri cu pantă lentă
2.1.2 ZONAREA BARAJELOR
Scopul zonării barajelor este acela de a folosi cât mai mult material rezultat din excavațiile necesare și
disponibil în vecinătatea amplasamentului, dar nepunând în pericol stabilitatea barajului și controlul
infiltrațiilor. Pentru controlul infiltrațiilor și pentru asigurarea stabilității construcției permeabilitatea
materialelor trebuie să crească progresiv din spre nucleu spre exterior. În figura 3 este prezentată o
secțiune tip printr-un baraj de umpluturi zonat.
Fig.12 – Secțiune tip printr-un baraj de umpluturi zonat
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 17
1. Nucleul
Scopul acestuia este de a minimiza infiltrațiile prin baraj. Ca regulă generală permeabilitatea scăzută a
acestuia asigură reducerea infiltrațiilor, dar o cantitate de apă mult mai mare se infiltrează prin fundație și
prin maluri.
Materialele folosite la realizarea nucleului trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:
Permeabilitate redusă
Rezistență la eroziune
Rezistență la fisurare
În general baza nucleului trebuie să fie mai mare sau egală cu un sfert din Hapa, iar lățimea minimă la
partea superioară este de aproximativ 3 m (din considerente constructive). Partea superioară a nucleului
trebuie să fie deasupra nivelului maxim în lac, dar sub nivelul de îngheț.
2,3. Filtre și drenuri
În barajele de umpluturi filtrele pot fi prevăzute astfel:
amonte/aval de nucleu pentru controlul eroziunii acestuia. Acestea pot fi verticale sau înclinate,
drenuri orizontale pentru evacuarea apei infiltrate fără creșterea presiunii interstițiale,
în jurul conductelor ce traversează barajul pentru drenarea apelor infiltrate în cazul deteriorării
acestora,
sub structurile din beton (deversoare, disipatoare de energie),
în jurul puțurilor de descărcare,
adică, oriune este necesar controlul gradienților de ieșire, protecția umpluturilor împotriva antrenării
hidrodinamice, descărcarea liberă a apei infiltrate. Un alt scop al filtrelor este acela de a astupa fisurile
apărute în nucleu, acestea având proprietatea de autoreparare prin prăbușire.
4. Zone de umplutură (prisme de umplutură)
Scopul acestor zone este acela de a utiliza cât mai mult din materialul excavat. Este de presupus că
materialul de umplutură din aceste zone are caracteristicile cele mai defavorabile. Aceste zone pot fi
localizate atât amonte cât și aval de nucleu.
5. Prisme aval
Scopul acestor prisme este acela de a permite pante ale taluzelor mai abrupte fără a afecta stabilitatea
barajului. Materialul de umplutură din aceste prisme trebuie să aibă caracteristici speciale: curbă
granulometrică uniformă, permeabilitate și durabilitate ridicate.
6. Dren amonte
Acesta asigură drenarea apei din corpul barajului în timpul golirilor rapide, oferind astfel stabilitate
taluzului amonte.
7,8 Protecții ale taluzelor amonte și aval
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 18
2.1.3 PREVEDEREA DE DRENURI/FILTRE
După cum am mai arătat, filtrele verticale și cele înclinate se folosesc pentru controlul infiltrațiilor prin
umplutură, acestea prevenind erodarea materialului pe care îl protejează, iar filtrele orizontale se folosesc
pentru protejarea fundației împotriva antrenării hidrodinamice și pentru evacuarea apei infiltrate prin
umplutură fără mărirea presiunilor interstițiale.
Prevederea unui sistem format din filtre verticale/înclinate și orizontale are drept scop și prevenirea
defectelor apărute în timpul execuției. Aceste defecte pot apărea din următoarele motive :
Caracteristicile materialelor puse în operă diferă funcție de caracteristicile materialelor excavate.
Astfel pot apărea accidental straturi în umplutură cu permeabilitate ridicată ceea ce poate conduce
la o comportare anormală a barajului prin ridicarea curbei de depresie și emergența acesteia pe
taluzul aval. Acest caz este exemplificat în figura 13.
Fig. 13 – Efectul drenului înclinat
Tehnologia de execuție implică asternerea în straturi iar acest lucru determină o anizotropie a
permeabilității umpluturii. Astfel permeabilitatea pe direcție orizontală poate fi 2 până la 10 ori
mai mare decât cea pe direcție verticală. În figura 14 este prezentat efectul anizotropiei
permeabilității pentru un baraj omogen și efectul folosirii unui sistem compus din filtru înclinat și
filtru orizontal.
Nivel amonte
Dren orizontal
Strat cu permeabilitate ridicata
a) Dig prevazut cu dren orizontal
Nivel amonte
Dren orizontal
Strat cu permeabilitate ridicata
a) Dig prevazut cu dren orizontal si inclinat
Dren inclinat
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 19
Fig. 14 – Efectul drenului înclinat în cazul anizotropiei umpluturii
După cum vom vedea în capitolul 2.3, filtrele trebuie să îndeplinească 2 funcții/cerinte: funcția de
stabilitate (de reținere) și funcția de permeabilitate.
La aceste metode se mai poate adăuga etanșarea taluzului amonte cu ajutorul măștilor de beton, măștilor
asfaltice sau a geomembranelor.
2.2 CONTROLUL INFILTRAȚIILOR PRIN FUNDAȚIILE BARAJELOR
Controlul infiltrațiilor prin funație este necesar pentru a preveni subpresiunile excesive și antrenarea
hidrodinamică a părții fine din aceasta.
Metodele principale pentru controlul infiltrațiilor prin fundație sunt:
Sisteme de etansare în profunzime
voaluri de etanșare
ecrane de etanșare
pinteni de etanșare
Sisteme de drenaj
drenuri orizontale
foraje de drenaj
Nivel amonte
a) Kx = 9 Ky , dig fara dren orizontal sau inclinat
Nivel amonte
Dren orizontal
b) Kx = 9 Ky , dig prevazut cu dren orizontal
Nivel amonteDren inclinat
Dren orizontal
c) Kx = 9 Ky , dig prevazut cu dren orizontal si inclinat
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 20
puțuri de descărcare
Avantradiere
Berme aval
Aceste sisteme se pot combina astfel încât să asigure un factor de siguranță ridicat.
2.2.1 CARACTERISTICI ALE TERENURILOR DE FUNDARE
Terenurile de fundare se împart în două categorii : terenuri stâncoase și terenuri aluvionare. În cazul
terenurilor stâncoase permeabilitatea acestora este dată de sistemul de discontinuități prezent în masa de
rocă, iar în cazul terenurilor aluvionare permeabilitatea este dată de granulometria și stratificarea
depozitelor aluvionare.
A. Masivele de rocă
Discontinuitățile din masivele de rocă au orientări diverse și naturi diferite:
în masivele magmatice și metamorfice apar fisuri, fracturi, zone de zdrobire și clivaje cu forme și
origini diferite;
în aglomeratele vulcanice (tufuri, lave) golurile au dimensiuni foarte variate, de la mm la câțiva
cm, porii putând fi sau nu comunicanți;
rocile sedimentare detritogene sunt afectate și ele de sisteme de fisuri și fracturi, în mod obișnuit
transversale pe stratificație;
în rocile strâns cutate pot apărea în bolțile anticlinale sau cutele sinclinale desprinderi între strate.
Rocile organogee sau de precipitație chimică prezintă adesea goluri sub formă de canale,
ajungând până la caverne și grote.
Presiunea apei aduce la rândul ei modificări în permeabilitatea masivelor de rocă, influențând deschiderea
discontinuităților. În plus, aceste discontinuități pot avea material de umplutură care în procesul curgerii
fie le colmatează și reduce permeabilitatea, fie este spălat de apă și mărește permeabilitatea.
Permeabilitatea masei de rocă se determină prin încercări in situși este caracterizată prin absorbția
specifică. Unitatea de măsură pentru absorbția specifică a fost propusă în 1933 de Maurice Lugeon
(Prișcu (1974)):
Iar absorbția se poate calcula direct din relația:
unde:
Q – cantitatea de apă infiltrată prin pereții tronsonului de foraj – exprimată în litri;
l – lungimea tronsonului pe care se realizează încercarea – exprimată în metri;
p – presiunea de apă – exprimată în zeci de atmosfere
t – timpul – exprimat în minute
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 21
B. Terenurile aluvionare
În figura 15 sunt prezentate caracteristicile terenurilor de fundare compuse din material aluvionar:
Fig. 15 – Caracteristici comune ale terenurilor aluvionare (Fell et al.(2005))
A : lentile sau straturi cu permeabilitate scăzută;
B : strat de pietriș grosier sau chiar bolovani cu permeabilitate ridicată;
C : start foarte neregulat aflat deasupra stratului impermeabil (rocii de bază);
D : strat aluvionar ce poate fi stratificat caracterizat de o permeabilitate pe direcție orizontală mai
mare decât cea pe direcție verticală;
E : start de suprafață cu permeabilitate redusă.
În general aceste caracteristici se combină rezultând o permeabilitate pe direcție orizontală mult mai mare
decât cea pe direcție verticală.
2.2.2 SISTEME DE ETANȘARE ÎN PROFUNZIME
Sistemele de etanșare în profunzime se împart funcție de natura terenului de fundare astfel:
Terenuri stâncoase de fundare
voaluri de etanșare
Terenuri aluvionare/pământoase de fundare
voaluri de etanșare
ecrane de etanșare
ecrane de etanșare subțiri
pinteni de etanșare
palplanșe
În general nu este suficient doar impermeabilizarea fundației ci și realizarea unui sistem de drenaj.
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 22
Voaluri de etansare în terenuri stâncoase
Impermeabilizarea rocii de fundare prin injecții cu lapte de ciment se impune atunci când permeabilitatea
naturală a masei de rocă conduce la pierderi mari de apă prin infiltrații.
O primă regulă, utilizată mulți ani de constructorii de baraje, prevedea ca roca să fie injectată atunci când
absorbția specifică depășește 1 uL. Respectând această regulă, reprezentarea absorbțiilor specifice în
lungul forajelor de studii furnizează și conturul viitorului voal. Regula avea și un amendament și anume
că limita în adâmcime a voalului să nu depășească (0,8..1,0) Hb, unde Hb este înălțimea barajului. De
asemenea, în zona versanților limita în adâncime a voalului se putea reduce până la 0,25 Hb.
Ulterior, criteriile de adoptare a voalului de etanșare au evoluat și se acceptă absorbții specifice
diferențiate în funcție de tipul de rocă, de poziția în adâncimea fundației și chiar de tipul de baraj. Totuși
este recomandat ca fiecare situație să fie tratată separat, analizând natura discontinuităților care generează
permeabilitatea și consecințele acesteia asupra perametrilor de injectare. Această abordare se regăsește și
în recomandările ICOLD care prevăd:
absorbțiile specifice mai mici de 5 uL corespund unor roci cu discontinuități fine, suficient de
impermeabile și practic neinjectabile; în aceste condiții voalul de etanșare este inutil dar, pentru
controlul forțelor de infiltrație, drenajul este esențial.
absorbțiile specifice mai mari de 20 uL corespund unor roci cu discontinuități conturate și
comunicante, injectabile, pentru care impermeabilizarea este esențială iar drenajul este inutil.
absorbțiile specifice cuprinse înte aceste limite (5uL < q < 20uL) corespund rocilor cu
permeabilități medii, incerte ca injectabilitate, pentru care soluțiile de impermeabilizare și drenaj
trebuie definite de la caz la caz.
În funcție de poziția lor, voalurile se clasifică în frontale (realizate de obicei în zona piciorului amonte al
barajului) și de larg (situate în afara construcției și au rol de etanșare a chiuvetei lacului). În cazurile
curente lucrările de etanșare se limitează numai la voalul frontal, puțin extins pe versanți.
În lungul voalului vorajele de injecții se dispun pe 1..2 șiruri în cazurile curente, dar pot alcătui și 3..4
șiruri în cazul masivelor de rocă cu discontinutăți majore comunicante. În afara forajelor lungi, propriu-
zise, pentru evitarea gradienților mari se mai practică și foraje de injecții scurete, care servesc totodată și
pentru consolidarea rocii de fundare. Grosimea voalului scade în adâncime, proporțional cu lungimea
liniilor de curent.
Fig. 16 – Grosime voal de etanșare (Stematiu (2008))
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 23
Există doi factori foarte importanți care asigura eficacitatea ecranului:
presiunea de injectare – aceasta trebuie să fie suficient de mare pentru a asigura pătrunderea
suspensiilor de injectare și menținerea circulației acestora în sistemul fisural până la cele mai
îndepărtate discontinuități care se doresc închise. În același timp este bine ca presiunea de
injectare să nu depășească valorile de la care integritatea rocii poate fi afectată. Presiunea
suspensiei injectate induce în pereții forajului eforturi de întindere care, dacă depășesc rezistența
la întindere a rocii crează sisteme fisurale noi, fenomen denumit fracturare hidraulică.
distanța între foraje – depinde esențial de tipul de conductivitate hidraulică a rocii. În cazul rocilor
fin fisurate, cu fisuri frecvente, intercomunicante, presiunea suspensiei de injectare se disipează
rapid și penetrarea se face pe distanțe reduse. În astfel de roci voalul se dispune pe rânduri puține
(1..2) cu distanțe reduse între foraje. În cazul rocilor cu discontinuități majore, izolate, dezvoltate
pe lungimi mari, presiunea suspensiei de injectare se menține la valori ridicate pe lungimi
semnificative, penetrarea fiind asigurată pe raze mari. În astfel de cazuri voalul se dispune pe mai
multe șiruri (3..4) cu distanțe mari între foraje.
Din punct de vedere al tehnologiei de execuție, injectarea forajelor de pe același șir se efectuează
alternativ, în mai multe etape succesive, prin reducerea treptată a distanței dintre foraje. Forajele etapei
următoare se amplasează la mijlocul distanței dintre cele corespunzătoare etapei precedente.
Pentru injectare se poate aplica fie metoda tronsoanelor descendente, fie metoda tronsoanelor ascendente,
fie metode mixte. Injectarea pe tronsoane descendente se aplică în roci care nu mențin pereții forajului,
sau sunt afectate de fisuri verticale. În cazul în care pereții forajului se mențin și fisurile nu conduc
suspensia de ciment spre tronsonul superior, se aplică injectarea pe tronsoane ascendente. Metodele mixte
se folosesc atunci când zonele fisurate sau degradate sunt limitate. În figura 17 sunt prezentate schematic
cele 2 metode.
Fig. 17 – Metode de injectare a voalurilor de etanșare (Prișcu (1974))
Operația de injectare a unui tronson se încheie atunci când se obține refuzul relativ – reducerea absorbției
specifice sub o valoare de 2 l/m min, menținându-se presiunea maximă de injectare timp de 30 min.
Eficacitatea voalului se exprimă convențional ca raport între reducerea de debit q – qi realizată de voal și
debitul inițial infiltrat q (qi – debit infiltrat după execuția voalului).
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 24
Voaluri de etanșare în terenuri pământoase
Realizarea voalurilor de etanșare în terenuri pământoase întâmpină unele dificultăți din cauza:
volumului golurilor care este mult mai mare decât în cazul fundașiilor stâncoase
posibilității relativ ușoare de comunicare între goluri astfel încât suspensia se răspândește într-o
zonă mult mai mare decât cea dorită
existenței unui curent de apă subteran care uneori spală suspensia.
Tehnologia de realizare a voalurilor este în general similară cu cea de la fundațiile stâncoase dar, pentru
realizarea unui ecran continuu sunt necesare foraje foarte apropriate – 60 cm distanță între foraje. O altă
diferență o reprezintă faptul că în timpul operațiunii de forare trebuie prevăzute măsuri speciale pentru
menținerea pereților forajului (tehnica forajelor tubate, utilizarea de noroi de foraj).
Din punct de vedere al suspensiei de injectare, rezultate bune dau :
injectiile cu amestecuri din argila – ciment – bentonita la care se adauga diferite adaosuri si
reactive in functie de conditiile locale.
gelurile argiloase si silico-gelurile.
Ecrane de etanșare din gel-beton
Ecranele din gel beton se realizează prin săparea unei tranșee cu ajutorul excavatorului sau draglinei și
apoi umplerea acestei tranșee cu gel-beton. Rocile în care se execută pereții continui sunt roci sedimentare
necoezive sau slab coezive (pietrișuri, grohotișuri, nisipuri prăfoase, loess, nisipuri mărnoase) și care nu
stau în săpătură cu taluz vertical. Pereții tranșeii se mențin la verticală prin umplerea acesteia cu noroi
tixotropic, pe măsura avansării procesului de săpare.
Fig. 18 – Tehnologia de realizare a ecranelor din gel-beton (Fell et al.(2005))
1. terenul de fundare; 2. roca de bază; 3. excavarea tranșeii; 4. direcția de înaintare; 5. tranșee susținută de
noroi bentonitic; 6. umplerea tranșeii cu gel-beton; 7. ecran realizat
Adâncimea de execuție a peretelui continuu este limitată la posibilitățile utilajului de săpat:
excavator : uzual 5.50 – 6.00 m, max 10 m
draglină : maxim 25 m, recomandat 20 m.
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 25
Controlul execuției este dificil întrucât lucrarea nu poate fi examinată vizual – toate operațiile se produc
sub nivelul terenului și sub noroiul tixotropic.
Ecrane de etanșare din beton sau beton plastic (pereți mulați)
În această categorie am inclus ecranele realizate din panouri sau coloane secante.Aceste ecrane au
avantajul de a atinge adâncimi mari (30 – 40 m).
Peretele mulat constă în realizarea unei tranșee adânci, iar spijinirea acesteia se realizează cu ajutorul
noroiului bentonitic (în cazul instalațiilor Kelly și Else) sau cu tubaj metalic (în cazul coloanelor secante).
Rolul de cofraj necesar turnării betonului îl au pereții săpăturii, betonul mulându-se pe forma și
neregularitățile acestora.
Săpătura odată terminată se umple cu beton turnat prin coloana de betonare, obținându-se în final un
panou de perete subteran continuu. Pentru a realiza un ecran continuu panourile/coloanele se secantează
pe o anumită grosime astfel încât să fie asigurată continuitatea ecranului pe toată adâncimea sa.
Toate aceste metode implică realizarea panourilor/coloanelor în sah, nefiind posibilă o realizare continuă
a ecranului. În figura 10 se prezintă schematic acest procedeu.
Fig. 19 – Realizarea panourilor la pereții mulați
Ordinea de realizare : A,B,C,D,E,F,G
A,B,D,F – panouri primare; C,E,G – panouri secundare
Betonarea panourilor/coloanelor se realizeaza cu ajutorul unei pâlnii de betonare pentru a evita segregarea
betonului. Aceasta se introduce în noroiul bentonitic pâna la baza excavatiei si apoi se începe betonarea
concomitent cu ridicarea pâlniei.Cofrajul de rost este constituit dintr-un tub metalic avand diametrul egal
cu grosimea ecranului, care se extrage dupa intarirea betonului proaspat turnat.
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 26
Kelly
Procedeul constă în săparea tranșeii folosind o cupă cu fălci acționată hidraulic. Cupa este legată rigid de
o tijă (Kelly) ce culisează într-un ghidaj fixat pe troliul unei macarale cu șenile.
Fig. 20 – Ecran de etanșare Kelly
Else
Instalația Else este folosită pentru excavarea tranșeii cu o cupă care lucrează pe principiul excavatorului
cu lingură dreaptă. Cupa coboară și urcă în săpătură prin glisare pe un suport (catarg) fix și rigid.
Fig. 21 – Instalația Else
Coloane secante
Procedeul consta în excavarea coloanelor și protejarea săpăturii cu ajutorul unui tubaj metalic ce se
recuperează în momentul betonării.
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 27
Fig. 22 – Etapele pentru realizarea coloanelor secante (Broșură prezentare Bauer )
1. Excavarea coloanelor primare; 2.Betonarea coloanelor primare; 3. Excavarea coloanelor secundare;
4. Betonarea coloanelor secundare
Ecrane de etanșare realizate prin amestecarea pământului din fundație cu suspensie de
ciment fără excavarea acestuia
În această categorie intră ecranele realizate prin metoda jet-grouting și soil mixing. Asemănarea dintre
aceste metode o reprezintă faptul că pământul săpat reprezintă agregatul pentru betonul din compoziția
ecranului iar suspensia de injectare reprezintă liantul.
Jet Grouting
Jet Grouting este o tehnologie folosită pentru îmbunătățirea terenurilor de fundare, tehnologie ce se
bazează pe energia cinetică a unui jet sau a mai multor jeturi de fluid (injectate la presiuni mari) pentru a
dezintegra în particule fine formațiunile de pământ ce se doresc a fi îmbunătățite și pentru a le amesteca
cu un fluid de cimentare (în mod obișnuit ciment+apă sau ciment+apă+bentonită) obținându-se astfel,
după întărire, un teren de fundare cu calități îmbunătățite atât din punct de vedere al capacității portante
cât și din punct de vedere al permeabilității.
Procedura de bază pentru execuția coloanelor de pământ-ciment cuprinde următoarele faze:
execuția unui foraj de diametru mic (100 – 200 mm) în teren până la adâncimea dorită;
injectarea fluidelor de dezagregare și de cimentare simultan cu extracția și rotirea tijei de foraj,
respectând parametrii prestabiliți: viteză de extracție și de rotire a tijei, presiunea de pompare și
debitele diferitelor fluide.
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 28
Fig 23 – Realizarea coloanelor Jet Grouting
Metoda Jet Grouting se poate folosi în general în terenuri aluvionare dar trebuie acordată o atenție
deosebită următoarelor situații geotehnice:
straturi cu lentile de pământuri coezive sau vârtoase;
conținut ridicat de materii organice;
pământuri cu umflări și contracții mari;
argile sensitive sau cu proprietăți tixotropice;
straturi sau lentile cimentate;
gradienți hidraulici ridicați;
bolovani și/sau blocuri;
pori mari sau permeabilitate ridicată.
Injectarea pământului pentru realizarea de elemente pământ-ciment se poate realiza prin mai multe
metode:
Metoda ”jet simplu” – metodă de execuție prin care dezagregarea și cimentarea pământului se
obțin printr-un jet de înaltă presiune constituit dintr-un singur fluid – fluidul de cimentare.
Metoda ”jet dublu cu aer” – metodă de execuție prin care dezagregarea și cimentarea pământului
se obțin printr-un jet de fluid (fluidul de cimentare), dublat de un jet de aer.
Metoda ”jet dublu cu apă” – metodă de execuție prin care dezagregarea pământului se obține
printr-un jet de apă de înaltă presiune, iar cimentarea se face simultan printr-un jet separat.
Duzele prin care se injectează apa se află deasupra celor prin care se injectează laptele de ciment.
Metoda ”jet triplu” – metodă de execuție prin care dezagregarea pământului se obține printr-un jet
de apă dublat cu un jet de aer (ambele de înaltă presiune), iar cimentarea se face simultan printr-
un jet separat.
Metodele cu jeturi multiple permit mărirea razei de acțiune (peste 2 m), iar pentru pământurile mai tari
permit o dezintegrare a acestora mai ușoară.
Din punct de vedere geometric prin Jet Grouting se pot realiza mai multe forme și dimensiuni ale corpului
de pământ-ciment, astfel:
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 29
coloană de pământ-ciment ce se realizează prin rotirea completă a tijei de foraj la ridicare;
panou de pământ-ciment ce se realizează prin extragerea tijei de forare făro rotire sau cu o rotire
alternantă între unghiuri limitate. Panourile ce rezultă sunt situate într-un plan ce cuprinde axa
forajului sau sunt formate din două sau mai multe planuri ce intersectează axa forajului.
Segment de cilindru ce se realizează prin rotire parțială a tijei de foraj la ridicare.
Prin realizarea acestor elemente simple secantat se obțin structuri de pământ-ciment sub formă de voal
sau ecran de etanșare.
Rezultatul injectării prin tehnologia Jet Grouting (forma elementelor, dimensiune, compoziție, rezistență
și permeabilitate) depind de:
metoda de realizare
compoziția fluidului de injectare
granulometria terenului de fundare și tipul de pământ
viteza de rotație a tijei de foraj
viteza de ridicare a tijei
debitul și presiunea jetului de injectare.
Această tehnologie se poate folosi și în spații restrânse, nefiind necesare utilaje grele. Coloanele sau
panourile secante se realizează continuu, una după alta, neimplicând redundanța găurilor executate în sah.
Soil Mixing
Metoda Soil Mixing de realizare a ecranelor de etansare consta in saparea unui perete continuu format fie
din coloane secante, fie din panouri secante (funcție de utilajul folosit) și amestecarea materialului săpat
cu suspensia de injectare fără scoaterea acestuia din gaură.
Prima etapă în realizarea ecranului o reprezintă săparea terenului de fundare până la roca de bază iar apoi
se trece la injectarea suspensiei și amestecarea acesteia cu materialul săpat, pe măsură ce tija de foraj este
extrasă. Procesul se încheie atunci când tija a ajuns la suprafața terenului, panoul fiind executat. Panourile
se execută unul după altul, nefiind necesară execuția în sah.
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 30
Fig. 24 – Realizarea panorilor prin metoda Soil Mixing
Spre deosebire de Jet Grouting unde diametrul coloanei este determinat de metoda de execuție, în cazul
coloanelor Soil Mixing acesta este determinat de tija de săpare care are prevăzute pe ea, pe lângă duzele
de injectare, cuțite pentru săpare și palete pentru amestecare. Dimensiunea acestora dau diametrul
coloanelor.
Ecrane executate în tranșee (pinteni de etanșare)
În amplasamentele în care stratul de rocă impermeabilă se gasește la o adâncime relativ redusă față de
nivelul terenului ( max 10 – 15 m ) o soluție frecventă de etanșare a stratului de fundare constă în
prelungirea până la stratul impermeabil a elementului de etansare al corpului barajului. In acest scop se
sapă o transee deschisă până la cota stratului impermeabil care apoi se umple cu material de etansare
(figura 25).
Fig. 25 – Ecran etanșare executat în tranșee
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 31
Ecrane de etanșare subțiri (membrane)
Tehnologia de executie consta in infigerea unei grinzi metalice I sau dublu T si apoi extragerea ei
simultan cu injectarea de mortar in spatial ramas liber. La fiecare noua infigere se taie minim 15 cm din
marginea sectiunii deja injectate in vederea eliminarii eventualelor discontinuitati ale ecranului. Metoda
da rezultate deosebite in rocile cu granulatie marunte, sensibile la vibratii (nisipuri, pietrisuri nisipoase,
pietrisuri marunte), cu granule ce nu depasesc 90 .. 120 mm. Grosimile obisnuite ale acestor ecrane sunt 8
– 10 cm iar adancimile de 8 – 12 m.
Fluidul de injective are scopul atat de umplere a spatiului ramas liber prin extragerea treptata a grinzii
metalice cat si de umplere a porizitatilor din teren si de lubrefiere a peretilor taieturii.
Ca minusuri acest tip de etanșare este foarte sensibil la modul de execuție deoarece este foarte subțire și
orice greșeală poate însemna un defect în etanșare (ferestre în ecran).
Ecrane din palplanșe
La alegerea acestui tip de ecran trebuie cunoscuta foarte bine natura terenului de fundatie. In terenuri ce
contin bolovani mari palplansele nu pot fi batute.
Exista pericolul ca in timpul baterii, unele palplanse sa devieze de la directia de batere vertical si sa se
creeze astfel o deschidere subterana foarte periculoasa pentru stabilitatea fundatiei, din cauza concentrarii
infiltratiilor. În figura 26 sunt prezentate și alte defecte ce pot apărea la ecranele din palplanșe (conform
US Army Corps of Engineers (1986)): neîncastrare în roca de bază, deteriorări ale palplanșei în timpul
baterii.
Fig. 26 – Defecte de etanșare în cazul ecranelor din palplanșe
Pentru mai multa siguranta, la unele baraje se recurge la baterea a doua randuri de palplanse, distantate la
3..4 m. Dupa batere, spatial ramas liber se injecteaza cu suspensie de ciment sau argila.
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 32
2.2.3 SISTEME DE DRENAJ
Pe langa prevederea unui contur subteran adecvat al fundatiei, in majoritatea cazurilor se iau masuri si
pentru drenarea fundatiei. Aceasta are rolul de a reduce subpresiunile, iar in cazul terenurilor permeabile
de a conduce pe drumuri precise debitul de infiltratie, in scopul lumitarii pericolului de afuiere.
Drenarea se poate realize principial in 3 moduri :
Cu filtre invese si galerie de descarcare
Cu covor de filtre
Cu foraje de drenaj
Fig. 27 – Sisteme de drenaj
1. ecran de etanșare; 2. galerie de drenaj; 3. conductă transversală pentru evacuare apa infiltrată; 4. filtre inverse;
5. orificii drenaj; 6. voal de etanșare; 7. foraje de drenaj
Sistemul cu filtre inverse si galeria de descarcare prevede in fundatia barajului o galerie longitudinală care
comunica cu terenul de fundatie si se descarca spre aval prin conducte transversale.
Sistemul cu covor de filtre prevede un strat drenant imediat sub fundatia barajului, prin care apa infiltrată
se scurge in mod direct in aval sau iese prin orificii de drenaj prevazute in stratul de protectie din aval.
Sistemul cu foraje de drenaj se foloseste in cazul unor terenuri de fundare stancoase si prevede un ecran
de injectii in amonte si o serie de foraje in roca pentru drenarea apei pe care o evacueaza printr-o galerie
longitudinală, cu descarcari transversale.
Drenarea fundatiei are si un efect defavorabil, conducand la cresterea gradientilor de presiune si deci a
vitezelor de infiltratie. Pentru a preveni efectele negative ale maririi vitezelor de infiltratie (afuierea) se
prevad filtre inverse cu rol de a impiedica iesirea din teren a particulelor fine.
2.2.4 AVANTRADIERE
În amplasamentele unde stratul impermeabil se gaseste la mare adancime, o solutie posibila pentru
lungirea drumului liniilor de curent este prevederea unui covor etanș în prelungirea elementului de
etansare ( nuclee, masca ) din corpul barajului.
Lungimea recomandata in mod obisnuit a avantradierelor este de 6 .. 8 ori inaltimea de retenție. Grosimea
avantradierului depinde de presiunea apei și de natura terenului de fundare. O formula uzuala pentru
calculul grosimii in metri a avantradierelor din material pamantoase (d) are forma :
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 33
(
)
unde l este lungimea in metri a avantradierului in lac.
Lungimea necesara a avantradierului se poate deduce prin calcul, punand conditia ca la iesire viteza apei
de infiltratie sa fie inferioara vitezei critice de antrenare a particulelor, sau ca debitul specific de infiltratie
sa fie limitat.
2.3 FILTRE INVERSE
2.3.1 CERINȚE FUNCȚIONALE
Filtru invers :
Realizarea practică a ideii de micșorare a pierderilor de sarcină hidraulică în zonele supuse
antrenării hidrodinamice și, prin aceasta, micșorarea presiunilor interstițiale ale apei;
Mai multe straturi granulare suprapuse, cu permeabilitatea crescătoare în sensul de curgere și cu
rolul de a impiedica antrenarea parții fine a pământului pe care îl protejează;
Straturi cu o granulometrie special aleasă ce au rolul de a face trecerea de la elementele de
impermeabilizare din argilă la prismele de rezistență;
Filtrele prevăzute în barajele de umpluturi și în fundațiile acestora au ca obiectiv controlul eficient al
curgerii apei prin și pe lângă umplutură. Pentru a-și atinge obiectivul acestea trebuie să îndeplinească 2
funcții/cerinte :
1. Funcția de stabilitate (de reținere)
Presupune ca filtrul să prevină antrenarea particulelor fine ale materialului pe care îl protejează.
2. Funcția de permeabilitate
Presupune ca filtrul să fie suficient de permeabil astfel încât tranzitarea apelor infiltrate să se
realizeze fara o creștere a subpresiunilor.
Caracteristicile filtrului ideal conform ICOLD (1994):
Să nu segregheze în timpul punerii în operă.
Curba granulometrică a filtrului trebuie să fie uniformă astfel încât, cu oarecare atenție la
punerea în operă, fenomenul de segregare să fie evitat;
O parte din repondenții chestionarului înaintat de ICOLD (1994) consideră această
proprietate ca fiind cea mai importantă.
Să nu se degradeze (să îsi schimbe curba granulometrică) atât în timpul execuției cât și odata cu
trecerea timpului.
Filtrul trebuie să conțină particule din roci dure, de bună calitate, care să nu se degradeze.
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 34
Să nu aibă coeziune sau proprietatea de a se cimenta în urma acțiunilor fizice sau chimice.
Filtrul nu trebuie să fie coeziv pentru a nu avea posibilitatea de a fisura chiar dacă în zona
învecinată există fisuri.
Să fie stabil din punct de vedere intern astfel încât să îndeplinească criteriul de reținere al
particulelor.
Să aiba capacitatea de descărcare a apelor infiltrate fără o creștere a subpresiunilor.
Să aibă capacitatea de a controla si a stopa o curgere concemtrată apărută prin nucleu.
2.3.2 CONDIȚII DE CURGERE CE ACȚIONEAZĂ ASUPRA FILTRELOR
În figura 28 sunt ilustrate condițiile de curgere care pot să apară între un filtru și pământul pe care îl
protejează. Acestea sunt :
N1 – Curgere perpendiculară sau aproximativ perpendiculară cu condiții de gradient ridicat
Ex: la contactul dintre fața aval a nucleului și filtru, la contacul dintre drenul orizontal și fundație
N2 – Curgere perpendiculară sau aproximativ perpendiculară cu condiții de gradient redus
Ex: la contactul dintre fața amonte a nucleului și filtru în timpul golirii lacului
P – curgere paralelă cu interfața.
Ex: la baza stratului de protecție împotriva acțiunii valurilor, în fundație
Fig. 28 – Condițiile de curgere ce acționează asupra filtrelor (Fell et al. (2005))
Legendă : 1 – nucleu, 2 – filtru, 3 – umplutură, 4 – protecție taluz
Condiția de curgere cea mai periculoasă din punct de vedere al antrenării hidrodinamice este cea de tip
N1 deoarece curgerea se realizează in condiții de lac plin. Curgerea în condiția N2 se realizează la golirea
lacului, apa drenându-se sub efectul gravitației și astfel rezultând gradienți reduși.
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 35
2.3.3 CONCEPUL FILTRELOR
Figura 29 prezintă interfața dintre un filtru și pământul de protejat. Conceptul de bază al proiectării
filtrelor deste acela de a alege curba granulometrică a acestuia astfel încât golurile dintre particule să fie
suficient de mici pentru a preveni erodarea pământului de
protejat.
Dimensiunea golurilor unui filtru este controlată de partea fină a
acestuia, iar pentru proiectare s-a folosit în general pentru a
defini această dimensiune. Sherard et al. (1984a) au arătat că
pentru materialele granulare dimensiunea golurilor dintre
particule, cunoscută și ca mărimea deschiderilor, este dată de
relația :
⁄ , iar testele realizate de Foster (1999) au
confirmat-o.
Un alt concept de bază este acela că pământul protejat va avea un
grad de filtrare proprie. Prin urmare în figura 2 (a) – cazul unui
pamânt de protejat cu o curbă granulometrică uniformă – partea
grosieră din componența pământului este protejată împotriva
antrenării și aceasta protejează la rândul ei partea mai puțin
grosieră (fină). În cazul prezentat în figura 2 (b) – cazul unui
pământ de protejat cu o curbă granulometrică neuniformă – fenomenul de autofiltrare nu mai apare iar
particulele fine vor fi erodate – proces denumit sufozie sau instabilitate internă. În aceste situații filtrul
trebuie să impiedice erodarea acestor particule fine.
2.3.4 TIPURI DE FILTRE – CRITICE ȘI NECRITICE
În figura 30 și în tabelul 1 sunt prezentate exemplele de folosire a filtrelor pentru protecția umpluturii din
baraje. O parte dintre filtrele prezentate sunt critice pentru controlul eroziunii interne iar dacă acestea nu
își îndeplinesc scopul crește posibilitatea apariției de căi preferențiale de curgere și în cele din urmă a
cedării barajului. Celelalte filtre sunt în mod normal necritice, iar dacă eroziunea apare acestea pot fi
reparate sau provoacă probleme doar în timpul construcției.
Majoritatea filtrelor critice se află în cazul condiției de curgere N1 iar filtrele nectritice se află în
condițiile de curgere N2 și P.
Fig.29 – Iterfața dintre un filtru și
un pământ de protejat
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 36
Fig.30 – Exemple de folosire a filtrelor (Fell et al. (2005))
Localizarea
filtrului Scopul filtrului
Condiția de
curgere
Importanța
filtrului
Acces în vederea
reparației
a. Protecția taluzului
aval
Previne eroziunea
cauzată de ploaie
P – curgere de
suprafață (ocazional) Necritic Usor
b. Dren de suprafață
pe taluzul aval
Îndepărtarea
infiltrațiilor de
suprafață
P – Infiltrații locale
Necritic. Suprafețe
umede pot apărea
local
Ușor, posibil
c. Protecția taluzului
amonte
Controlul eroziunii
valurilor și a
exfiltrațiilor la
golirea lacului
P – curgere ciclică
cauzată de valuri
N2 – Exfiltrații în
timpul golirii lacului
În mod normal
necritic Posibil dar dificil
d. Drenaj temporat
în timpul contrucției
Disiparea presiunii
interstițiale în timpul
execuției
N2 – Curgere
temporară și limitată
cantitativ. Migrarea
părții fine este
permisă cu condiția
ca drenul să nu se
colmateze
Necritic. Eșecul
poate duce la
instabilitate în
timpul execuției sau
la întârzieri
Nu
e. Graniță a
umpluturii amonte
Prevenirea migrării
părții fine spre
amonte
N2 – Curgere
nepermanentă în
timpul golirii lacului
Necritic. Important
doar dacă antrenarea
este mare și continuă
Nu
f.Interfața aval dintre
filtru și umplutură
Prevenirea migrării
părții fine în filtre și
drenuri
N2 – Infiltrații
datorate ploilor, nu
din spre lac sau
fundație
Critic, doar dacă
eroziunea este
importantă și
continuă
Nu
g. Interfața aval
dintre nucleu și filtru
Prevenirea eroziunii
interne a nucleului și
a curgerilor
concentrate
provocate de apariția
căilor preferențiale
N1 – Curgere
continua Critic Nu
h. Interfața dintre
umplutură și
fundație (amonte)
Previne eroziunea
internă a nucleului în
fundație
N1 – Curgere
continuă.
Critic Nu
i. Taluzul amonte al
filtrului
Prevenirea migrării
părții fine din nucleu
către umplutura
amonte
N2 – în mod normal
Devine N1 pentru
acumulările prin
pompaj
Critic, doar dacă
eroziunea este
importantă și
continuă
Nu
Tabel 1 – Exemple de folosire a filtrelor (Fell et al. (2005))
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 37
2.3.5 METODE DE CALCUL AL FILTRELOR
Metodele de calcul al filtrelor prezentate pleacă de la ipoteza lui Terzaghi (1921) care a exprimat
cantitativ, pentru prima oară, îndeplinirea condițiilor de permeabilitate și de filtrare prin următoarele
restricții:
Criteriul de filtrare
Criteriul de permeabilitate
US Army Corps of Engineers
Pentru determinarea limitelor de granulometrie a filtrelor, US Army Corps of Engineers (1993) propune
următorii pași :
Criteriul de stabilitate
1. Se determină curba granulometrică a pământului ce trebuie protejat.
2. Dacă pământul de protejat nu conține pietriș se trece la pasul 4 (pietriș - diamteru particula > 4,75
mm).
3. Se realizează curba granulometrică ajustată a pământului de protejat ce conține particule cu
diametru > 4,75 mm.
a. se determină un factor de corecție împărțind 100 la procentul de material cu d < 4,75 mm;
b. se înmulțește procentajul din pământul de protejat ce trece prin fiecare sită mai mică
decât nr 4 (4,75 mm) cu acest factor de corecție;
c. se obține o nouă curbă granulometrică formată din aceste procente ajustate;
d. se folosește curba granulometrică ajustată pentru a determina procentul de particule cu d
< 0,075 mm.
4. Se încadrează pământul de protejat într-o categorie din tabelul 2, bazându-se pe procentul cu d <
0,075 mm.
Categorie pământ % mai fin de 0.075 mm
1 > 85
2 40 – 85
3 15 – 39
4 < 15 Tabel 2 – Categorii ale pământului de protejat
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 38
5. Se determină max conform tabelului 3
Categorie
pământ Descriere pământ Criterii filtru
1 Prafuri și argile fine
(fine silts and clays)
dc se folosește 0,2 mm
2 Nisip, parf,argila și nisipuri prăfoase și argiloase
(sands, silts, clays and silty and clayey sands)
3 Pietrișuri și nisipuri prăfoase și argiloase
(silty and clayey sands and gravels)
(
) [( ) ]
dc se alege 0,7
4 Nisip și pietriș
(sands and gravels)
unde :
A – procentajul particulelor mai mici de 0.075 mm după orice ajustare.
Tabel 3 – Criterii pentru filtre
6. Pentru a asigura o permeabilitate suficientă se alege :
dar nu mai mic de 0.1 mm.
7. Restricții :
a. marimea maximă a particulelor din filtru nu trebuie să depăsească 75 mm;
b. procentul particulelor mai mici de 0.075 mm nu trebuie să depășească 5%;
c. îndicele de plasticitate al părții fine (d < 0,425 mm) este egal cu zero.
8. Se determină limitele filtrului conform pașilor 5,6,7.
Pentru a minimiza riscul apariției fenomenului de segregare filtrul trebuie să aibă o curbă granulometrică
relativ uniformă. În general, filtrele din nisip cu nu necesită limitări pentru a preveni
segregarea. Pentru filtrele mai grosiere raportul
⁄ ar trebui să scadă rapid prin creșterea diametrului
. În tabelul 4 sunt sugerate limite al diametrelor și pentru a preveni segregarea în timpul
punerii în operă.
Minim D10 (mm) Maxim D90 (mm)
< 0,5 20
0,5 – 1 25
1 – 2 30
2 – 5 40
5 – 10 50
10 - 50 60 Tabel 4 – limite D10 și D90 pentru limitarea segregării
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 39
Criteriul de permeabilitate :
Îndeplinirea condiției prezentate asigură o permeabilitate a filtrului de 9 până la 25 ori mai mare decât a
pămantului de protejat deoarece permeabilitatea unui pământ granular este proporțională cu patratul
Cazuri particulare :
1. Tuburi perforate
Criteriul următor este folosit pentru a preveni accesul materialului din filtru în tuburile perforate:
În general un filtru proiectat conform pașilor prezentați nu îndeplinește acest criteriu. În această
situație se va folosi un filtru multistrat.
Filtrele multistrat pot fi necesare și la tranziția dintre materialele fine și cele grosiere existente
într-un baraj de umpluturi.
Se recomandă ca tuburile perforate să nu fie plasate în corpul barajului (exceptând piciorul aval)
din cauza apariției pericolului de fisurare, deplasare a acestora în timpul construcției sau a
tasărilor diferențiale.
2. Pamant de protejat neuniform
În cazul pământurilor de protejat cu o granulometrie neuniformă filtrul trebuie proiectat astfel încât să
protejeze partea fină a pământului.
Fell et al. (2005)
Metoda recomandată de Fell et al. (2005) se bazează pe metoda Sherard și Dunnigan. O primă diferență
între cele două o reprezintă modificarea grupelor în care trebuie încadrat pământul de protejat astfel : 1,
2A, 3 și 4A. În al doilea rând conține propunerea lui Foster și Fell pentru pământurile dispersive.
Pași:
1. Se determină curba granulometrică a pământului ce trebuie protejat.
Pentru condiția de stabilitate se folosește curba granulometrică a pământului de protejat
ce dă cel mai mic D15F.
Pentru codiția de drenaj se folosește o valoare reprezentativă a lui D15P (o valoare medie).
2. Dacă pământul de protejat nu conține pietriș se trece la pasul 4 (pietriș - diamteru particula > 4,75
mm).
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 40
3. Se realizează curba granulometrică ajustată a pământului de protejat ce conține particule cu
diametru > 4,75 mm.
se determină un factor de corecție împărțind 100 la procentul de material cu d < 4,75 mm;
se înmulțește procentajul din pământul de protejat ce trece prin fiecare sită mai mică
decât nr 4 (4,75 mm) cu acest factor de corecție;
se obține o nouă curbă granulometrică formată din aceste procente ajustate;
se folosește curba granulometrică ajustată pentru a determina procentul de particule cu d
< 0,075 mm.
4. Se încadrează pământul de protejat într-o categorie din tabelul 5, bazându-se pe procentul cu d <
0,075 mm.
Categorie pământ % mai fin de 0.075 mm Descriere
1 > 85 Prafuri și argile fine
(fine silts and clays)
2A 35 – 85
Nisipuri prafoase și argiloase, argile
nisipoase și amestecuri de argile, prafuri,
nisip și pietriș
(silty and clayey sands; sandy clays and
clay, silt, sand, gravel mixes)
4A 15 – 35 Nisipuri si pietrișuri argiloase și prăfoase
(silty and clayey sands and gravel)
3 < 15 Nisip și pietriș
(sand and gravel) Tabel 5 – Categorii ale pământului de protejat(Fell et al. (2005))
5. Pentru a îndeplini criteriul de stabilitate, maxim admis se determină conform tabelului 6.
Categorie pământ Criteriu stabilitate
1 , dar nu mai mic de 0.2 mm
, pentru soluri dispersive
2A
, pentru soluri dispersive
3 , după ajustare
4A (
) [( ) ]
dacă se va folosi 0,7 Tabel 6 – Criteriu stabilitate pentru fiecare categorie de sol (Fell et al. (2005))
Solurile dispersive sunt solurile cu clasificarea ”pinhole” D1 sau D2 sau clasa Emersan 1 sau 2.
6. Pentru a îndeplini condiția de permeabilitate, minim se determină după următoarea regulă:
, dar nu mai mic de 0,1 mm; (D15P se determină înaintea ajustării)
partea fină (d < 0,075 mm) reprezintă mai puțin de 2% din masa filtrului ( maxim 5%) și
nu are coeziune.
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 41
7. Banda filtrului posibil trebuie să fie cât mai îngustă pentru a preveni folosirea granulometriilor
neuniforme dar destul de lată astfel încât să poată fi realizată.
D15Fmax și D15Fmin trebuiesc alese astfel încât:
raportul dintre ele este mai mic sau egal cu 5 pentru orice procentaj ce este mai mic sau
egal cu 60%
limitele trebuiesc alese astfel încât acestea să aibă un coeficient de uniformitate
Pasul 7 este necesar pentru a se evita folosirea filtrelor neuniforme.
8. Pentru a reduce riscul apariției fenomenului de segregare în timpul construcției trebuie îndeplinită
condiția:
dmax = 75 mm, pentru filtrele ce au mai mult de 2 m lățime și 0,5 m grosime.
pentru filtrele mai înguste (zona 2A) dmax = 37 mm sau 50 mm
Trebuie luată în considerare relația dintre D90max și D10min :
se calculeză preliminar
⁄
din tabelul 7 se determină maximul :
Minim D10 (mm) Maxim D90 (mm)
< 0,5 20
0,5 – 1 25
1 – 2 30
2 – 5 40
5 – 10 50
10 - 50 60 Tabel 7 – limite D10 și D90 pentru limitarea segregării
filtrele de nisip ce au nu necesită, în general, ajustării ale benzii
pentru filtre mai grosiere sau zonele de pietriș ce servesc atât ca filtru cât și ca dren
raportul
⁄ ar trebui să descrească rapid odată cu marirea lui
9. Se unesc punctele de control pentru a forma o curbă preliminară atât pentru partea fină cât și
pentru partea grosieră.
10. Proiectarea se termină prin extrapolarea curbelor (fină și grosieră) la 100% din valoarea finului.
În scopul descrierii specificațiilor filtrului, trebuiesc selectate mărimi corespunzătoare de site astfel încât
să se reconstruiască banda filtrului.
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 42
2.3.6 PUNEREA ÎN OPERĂ A FILTRELOR
Având în vedere faptul ca grosimea necesară a unui filtru pentru a proteja un sol împotriva antrenării
hidrodinamice este mică, grosimea filtrelor este determinata din considerente constructive.
A. Grosimea filtrelor
Referitor grosimea filtrelor în Buletinul ICOLD nr.95 sunt precizate următoarele :
Filtrele subțiri (aprox. 1 m grosime) se folosesc doar dacă materialul din care sunt compuse este
disponibil în urma procesării. Folosirea filtrelor subțiri implică un control ridicat al
granulometriei, al procesului de amestecare și o execuție realizată cu grijă astfel încât să se evite
segregarea.
Grosimi de 1 m sunt folosite frecvent în Australia iar în Statele Unite ale Americii s-au folosit
grosimi de 0.8 m (Rocky Mountain Pumped Storage Project).
În general grosimea minimă recomandată este de 2 – 3 m, iar în zonele cu activitate seismică
intensă chiar mai mult.
Filtrele înguste sunt greu de realizat, excepție făcând situațiile în care se folosesc ”cutii
distribuitoare” sau șanțuri verticale.
Filtrele realizate din materiale mai puțin controlate (neprocesate – depozite naturale) trebuie să
aibă grosimi mai mari de 3 m deoarece aceste materiale pot suferi segregări în timpul punerii în
operă și pot avea variații importante ale granulometriei ți ale calității.
Fell et al. (2005) precizează și ei aproximativ aceleași grosimi de filtru astfel:
Dacă filtrele sunt construite prin bascularea materialului din basculanta direct în filtru, grosime
minimă este de 2.5 m dar se recomanda 3m.
Dacă la execuție sunt folosite ”cutii distribuitoare” ca cele prezentate în figurile 31 și 32 se pot
practica grosimi de 1.5 m. Materialul pentru filtru este basculat în ”cutie” iar aceasta este trasă de
un buldozer.
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 43
Fig.31 – Cutie distribuitoare (Fell et al. (2005))
Fig.32 – Folosirea cutiei distribuitoare la barajul Raul Leoni Venezuela (preluată din ICOLD(1994))
La barajele zonate sau la cele omogene prevăzute cu filtru vertical se poate prevede o grosime de
0,75 – 1 m. Filtrul se va realiza prin excavația unui șanț în materialul de umplutură, curățarea
acestuia și apoi umplerea cu materialul granular prevăzut pentru filtru (figura 33). Adâncemea
șanțului este limitată la aproximativ 1.50 m pentru a preveni prăbușirea pereților și pentru a
facilita accesul oamenilor.
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 44
Fig.33 – Realizarea filtrelor prin excavarea umpluturii (Fell et al. (2005))
Pentru barajele mai mici prevăzute cu filtru înclinat, acesta se poate realiza prin bascularea
materialului pe taluzul aval a umpluturii ce trebuie protejată (figura 34) iar apoi, în paralel cu
realizarea filtrului se va realiza și umplutura aval. Prin acest procedeu se pot realiza filtre cu
grosimea perpendiculară pe taluz de 0.3 m și orizontală de 0.5 m.
Fig. 34 – Realizarea filtrelor înclinate (Fell et al. (2005))
Grosimea unui strat variază intre 150 și 500 mm după compactare. Totuși pentru straturile groase
este de preferat ca acestea să fie împărțite în 2 straturi mai subțiri pentru că în cazul segregării
este puțin probabil ca zonele grosiere să coincidă în cele 2 straturi.
B. Materiale folosite
În buletinul ICOLD nr. 95, referitor la tipurile de agregate folosite la execuția filtrelor, sunt precizate
următoarele:
Folosirea materialelor concasate pentru realizarea filtrelor nu este uzuală deoarece:
Autorepararea prin prabușire se realizează mai greu decât în cazul agregatelor cu fețe
rotunjite.
Un filtru din materiale concasate necesită o grosime mai mare decât unul din agregate de
balastieră pentru a îndeplini cerința de autoreparare.
Din Tehnologia cadru – Execuția filtrelor și a nucleului de argilă la baraje din materiale locale – se mai
pot completa următoarele:
Materialele pentru execuția filtrelor sunt alcătuite din roci dure, sănătoase, care să nu conțină
elemente în formă de pachete sau foi în cantități mai mari de 1%.
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 45
Cantitatea de granule cu diametrul mai mic de 0,08 mm nu trebuie să depășească 3% din
greutatea totală.
Sorturile de materiale, în ceea ce privește compoziția granulometrică, trebuie să se încadreze în
limitele : 0 – 5, 5 – 15, 15 – 40 mm.
Filtrele inverse nu trebuie să conțină :
materii organice
bulgări de pământ
materii solubile
C. Compactarea filtrelor
În buletinul ICOLD nr 95 (1994) USBR recomandă compactarea filtrelor astfel încât :
Să se realizeze rezistența necesară.
Să se realizeze o densitate suficientă astfel încât lichefierea să fie exclusă.
Să limiteze consolidările.
Să aibă o densitate relativă de minim 70%.
O consolidare excesivă poate conduce la :
Distrugerea particulelor (spargerea acestora)
Reducerea permeabilității
În unele cazuri, mărirea procentului de fin peste valoarea limită
Din punct de vedere al numărului de treceri, în general, pentru compactarea filtrelor se specifică 2 treceri
ale unui compactor lis de 10 tone pentru un strat de 30 cm.
Compactarea se va face întotdeauna în lungul axului barajului și în nici un caz în lungul văii, deoarece pot
rămâne falii, fisuri prin care se produc infiltrații după umplerea lacului.
D. Prevenirea contaminării filtrelor
Filtrele se pot contamina în perioada execuției cu parte fină provenită din nucleu si de pe versanți mai ales
în perioadele ploioase când apa spală nucleul și versanții și se scurge pe filtru. Alte surse pentru
contaminare pot fi: zonele cu drumuri unde este mai mult praf, trecerea utilajelor peste filtre, descarcarea
materialelor de umplutură fără ca aceste să fie umede etc. Pentru a preveni aceste contaminări se
recomandă :
În cazul depunerilor în nucleu și în filtre se recomandă ca filtrele să fie în permanență cu 1 – 2
straturi în avans față de argilă pentru a împiedica colmatarea filtrelor (figura 35).
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 46
Fig.35 – Modul de depunere al filtrelor (Fell et al.. (2005))
Trecerea peste filtre se va face numai prin zone marcate. Aceste zone se pot proteja fie printr-un
geotextil fie printr-un strat granular ce se va îndepărta înainte de închiderea stratului de filtru.
Poziția acestor treceri (breșe) se va schimba periodic astfel încât să nu fie posibilă suprapunerea
lor la intervale dese.
Depunerile de filtre nu se admit iarna, pe timp de îngheț.
Nu se recomandă să se înainteze foarte mult cu depunerile de anrocamente față de filtru și argilă
tot din cauza ploilor pentru că aceasta spală anrocamentele și colmatează filtrele și impurifică
suprafața argilei.
În cazul unei întreruperi a execuției, la reluarea acesteia se va curăța materialul impropriu din
filtru.
2.4 MATERIALE GEOSINTETICE
2.4.1 GEOTEXTILE
Geotextilele sunt produse textile cu folosință tehnică, permeabile, destinate a fi utilizate în construcții. Ele
sunt realizate după tehnicile specifice industriei textilelor și se prezintă sub formă de pături sau straturi
textile suple și rezistente.
Prin structura și caracteristicile lor, geotextilele pot constitui elemente filtrante, drenante, de separare și de
ranforsare în lucrări de protecție, sisteme de drenaj sau pentru îmbunătățirea caracteristicilor terenurilor
de fundare și masivelor de pământ.
Cele mai folosite tipuri de geotextile sunt geotextilele nețesute și cele țesute.
Geotextile nețesute
Geotextilele nețesute sunt pături fibroase, cu structură tridimensională, formate dintr-un aglomerat de
fibre consolidat prin diferite procedee(interțesere, termic, chimic etc.). Fibrele constituente pot fi continue
sau discontinue, cu aceeași finețe sau fineți diferite.
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 47
Realizarea geotextilelor nețesute constă în formarea unui strat fibros care apoi se consolidează, obținându-
se pături fibroase de diferite grosimi, mai mult sau mai puțin compacte, în funcție de cantitatea de fibră
conținută și de intensitatea și caracterul procesului de consolidare.
Principalele elemente care determină caracteristicile dimensionale, de rezistență și de permeabilitate ale
geotextilelor nețesute sunt:
natura și caracteristicile fibrelor constituente;
procedeul tehnologic textil de realizare;
masa produsului și intensitatea procesului de consolidare.
Caracteristic pentru acest tip de geotextile este structura lor tridimensională care le conferă proprietăți
filtrant-drenante foarte bune, similare cu cele ale mediilor poroase (Kellner,Găzdaru,Feodorov (1994)).
Geotextile țesute
Geotexțilele țesute sunt materiale cu structură bidimensională constituite din fibre dispuse într-o rețea
regulată, ce rezultă din încrucișarea și întrepătrunderea a două sisteme de fire: urzeala si bătătura. În
general cele 2 sisteme de fire sunt perpendiculare. Aspectul materialelor este identic cu al țesăturilor
obișnuite.
Tehnologia de realizare a geotextilelor țesute este cea clasică, textilă, în care există trei scheme principale
de țesere: pânză, diagonal și atlas. În ceea ce privește influența schemei de țesere folosite la realizarea
geotextilelor țesute, schemele diagonal și atlas conferă țesăturilor o flexibilitate și o permebilitate sporită
în raport cu schema tip pânză.
Prin comparație cu geotextilele nețesute, geotextilele țesute sunt materiale cu rezistențe mecanice mari la
solicitări uniform distribuite și cu comportare mai puțin favorabilă la solicitări concentrate (poansonare,
strivire) și la sfâșiere.
Funcțiile geotextilelor
Rolul pe care geotextilul îl îndeplinește într-un ansamblu constructiv este definit ca funcție a sa.
Decurgând din structura construcției și caracteristicile produselor, rolul geotextilelor în lucrări este
exprimat prin următoarele 5 funcții principale: filtrantă, drenantă, de separare, de protecție și de
ranforsare.
În controlul infiltrațiilor primele 2 funcții (filtrantă și drenantă) sunt cele care ne interesează.
Funcția filtrantă
Un geotextil îndeplinește funcția de filtru atunci când asigură protecția filtrantă a unui mediu granular sau
formează o barieră filtrantă în curgerea unui lichid care conține particule în suspensie. Ca filtre se
utilizează cu precădere geotextilele clasice nețesute.
Conform Kellner, Găzdaru și Feodorov (1994), filtrele din geotextil prezintă următoarele avantaje față de
filtrele clasice, din material granular :
porozitate și permeabilitate ridicată a materialelor
continuitatea stratului filtrant și rezistența lui la solicitări mecanice
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 48
calitatea constantă și controlată a materialului
simplitate și ușurință la punerea în operă,
dar și unele dezavantaje ale utilizării acestor materiale :
incertitudine în privința durabilității și fiabilității materialelor
susceptibilitate la degradare sub acțiunea unor factori externi
posibilitate de deteriorare în timpul punerii în operă
Filtrele de protecție au rol de a asigura stabilitatea hidrodinamică a mediului granular pe care îl
protejează, dar el nu trebuie considerat o barieră inertă în calea particulelor antrenate de curgerea apei.
Înglobat în teren, el reprezintă un element catalizator care, într-un proces evolutiv, ajută la formarea
filtrului natural – autofiltrul – la interfața pământ – geotextil. În acest sens se acceptă că filtrul de
protecție nu trebuie să oprească toate particulele antrenate de apă, ci să asigure selectiv trecerea acestora
prin el. Ca urmare, din zona de contact pot fi eliminate o parte din fracțiunile fine iar acest lucru are ca
efect reducerea discontinuităților dintre pământ și filtru și dezvoltarea unei zone de tranziție stabile care
contitue un filtru natural. (Kellner, Găzdaru și Feodorov (1994))
Grosimea unui filtru influențează favorabil eficiența sa, deoarece un filtru gros, având un volum mare de
pori, permite înmagazinarea unei anumite cantități de material solid fără a-i anula permeabilitatea. În
acest context, se stie că pentru toate tipurile de filtre, inclusiv din geotextil, colmatările parțiale care reduc
permeabilitatea acestora de 10 ori sunt considerate ca inerente și acceptate la dimensionarea lucrărilor. În
cazul geotextilelor, grosimea materialului asigură produselor nețesute un avantaj față de cele țesute. În
plus, geotextilele nețesute, prin structura lor spațială, își exercită efectul restrictiv asupra unui domeniu
granulometric mai larg.
Cerințele funcționale pe care trebuie să le îndeplinească filtrele din geotextil, aceleași ca și pentru filtrele
din material granular, sunt exprimate prin cele 2 condiții :
condiția de reținere
condiția de permeabilitate.
Funcția drenantă
Geotextilele au funcția de dren atunci când, sub acțiunea gravitației, asigură circulația apei prin masa lor
pe o direcție paralelă cu planul materialelor. Funcția de dren o pot îndeplini numai geotextilele nețesute
cu structură tridimensională și geotextilele compuse rezultate prin asocierea unui geotextil filtrant cu
material drenant (benzi drenante prefabricate, etc.).
Pentru funcția de dren, geotextilul trebuie să asigure transportul unui debit de apă prin curgerea ce se
produce în cuprinsul materialului. Permeabilitatea longitudinală – kp și grosimea geotextilului – t sub
încărcarea la care este supus în lucrare sunt esențiale în acest caz. La fel de importantă este și condiția de
necolmatare a produselor. Dacă în cazul funcției filtrante se acceptă o reducere cu un ordin de mărime a
permeabilității transversale prin colmatare parțială, în cazul funcției drenante exigenșele sunt mai mari.
Aceasta recurge din faptul că reducerea permeabilității prin colmatare, diminuând capacitatea de transport
a geotextilului, afectează funcția lui drenantă.
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 49
Funcția drenantă a geotextilelor este asociată cu funcția filtrantă a acestora deoarece un element drenant
trebuie să asigure colectarea sub protecție filtrantă a debitului pe care trebuie să îl transporte. Dacă
elementele drenate constau din strate sau fâșii de geotextil clasic, partea filtrantă a elementului o
constituie fețele laterale ale materialului. În această situație cele 2 funcțiii, filtrantă și drenantă, sunt intim
asociate. În cazul geotextilelor compuse, cele 2 funcții sunt separate, funcția filtrantă fiind îndeplinită de
geotextilul ce mărginește sau învelește elementul drenant – material profilat, rețea.
Un dezavantaj în folosirea geotextilelor ca drenuri îl reprezintă faptul că funcția drenantă depinde de
presiunea aplicată de construcție. Astfel, în cazul drenurilor realizate din straturi de geotextile, funcția
drenantă poate fi diminuată substanțial prin creșterea sarcinii aplicate de umplutură. În cazul geotextilelor
compuse, capacitatea de drenaj a elementelor este, în principiu, independentă de presiunea aplicată
deoarece profilul miezului se consideră nedeformabil sub încărcările la acre sunt supuse geotextilele în
lucrări.
Cerințele funcționale pe care trebuie să le îndeplinească geotextilele cu funcție drenantă sunt:
capacitate de drenaj în condițiile de solicitare la care sunt supuse în lucrare, determinate de
încărcare și curgerea subterană;
eficiență filtrantă, pentru rolul de filtru pe care îl îndeplinește asociat cu cel de drenaj.
2.4.2 GEOMEMBRANE
Geomembranele sunt produse ce se pot folosi ca element de etanșare în toată industria construcțiilor. Ele
se produc sub formă de folii cu o grosime cuprinsă între 0,5 – 5 mm.
Geomembranele sunt utilizate pe scară largă datorită câtorva proprietăți specifice: etanșeitate practic
absolută, posibilitatea de a fi aplicate pe suprafețe de orice formă, rezistență chimică ridicată la acizi și
baze, rezistențe mecanice mari, greutăți reduse de la 0,75 – 5 Kg/m2, ușurință în montaj, etc.
Caracteristici :
Grosimea – geomembranele au grosimi ce încep de la 0,5 mm și ajung până la 5 mm. Grosimea
uzuală pentru geomembranele ce intră în structura sistemelor de etanșare variază între 1 – 3 mm,
o grosime mare asigurând o robustețe sporită, dar folia este în acest caz puțin flexibilă.
Densitatea – caracteristică ce depinde în general de polimerul din care este realizată
geomembrana și este esențială pentru lucrări care se execută sub apă pentru a cunoaște dacă
produsul se autolestează. La geomembranele de 0,5 mm greutatea este de cca 400-500 g/m2, iar la
cele de 2mm atinge 2000-2500 g/m2.
Permeabilitatea geomembranelor, în sensul legii lui Darcy (caracterizată de coeficientul de
permeabilitate k), este extrem de scăzută (de ordinul a 10-15
m/s).
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 50
Aplicații ale geomembranelor pentru controlul infiltrațiilor
Geomembranele se folosesc în situațiile în care sunt necesare materiale cu permeabilitate scăzută pentru
realizarea etanșărilor și acestea oferă o alternativă la folosirea materialelor clasice – argile, beton, măști
astfaltice etc.
Acestea se pot folosi ca element de
etanșare al corpului barajului și se pot
așterne pe taluz, în interiorul umpluturii,
pe corpul barajelor de beton etc. Pentru
protejarea foliei este necesară așternerea
unui strat de geotextil pe fața de protejat.
Dacă se prevăde asternerea
geomembranei la exterior este necesară
alegerea unui tip de geomembrană care
să fie rezistentă la razele ultraviolete. Un
avantaj al așternerii geomembranelor la
exterior este faptul că se poate interveni
foarte ușor pentru reparații. În figura 36
se prezinta un exemplu de folosire a
geomembranelor pentru etanșarea unui
baraj.
Geomembranele pot fi folosite și la realizarea ecranelor de etanșare în profunzime. Execuția implică
realizarea unei tranșee și susținerea acesteia cu noroi bentonitic, introducerea geomembranei sudate și
apoi umplerea tranșeii cu material de umplutură. Acest procedeu este dificil astfel că s-au pus la punct și
alte sisteme ce implică folosirea unor fâșii groase prevăzute cu sistem de îmbinare – figura 37.
Fig. 37 – Sistem de îmbinare a panourilor de geomembran
folosite la ecranele de etanșare
Geomembranele se pot folosi atât la lucrări noi cât și la lucrări de reparații.
Fig. 36 – Exemplu de folosire a geomembranelor pt etanșarea
barajelor de umpluturi (Karagjol, Bulgaria) imagine preluată de
pe www.carpitech.com
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 51
Imbinarea geomembranelor
Zonele de îmbinare reprezintă cele mai sensibile zone ale etanșării deoarece implică execuția pe șantier
unde pot apărea disfuncții tehnologice sau de altă natură și imposibilitatea de a caracteriza imediat
etanșeitatea îmbinării.
Procedeele de îmbinare depind de natura produsului, de disponibilitatea unei tehnologii și a aparaturii
aferente, de nivelul de etanșare prescris și de condițiile de șantier. În esență, procesul tehnologic
presupune un aport extern de energie de natură termică sau chimică ce reorganizează temporar structura
polimerică a geomembranelor ce vin în contact și care în urma aplicării unei presiuni determinate se leagă
intim.
În figura 38 sunt prezentate diverse metode de realizare a îmbinărilor.
Fig. 38 – Metode de îmbinare a geomembranelor
2.4.3 GEOCOMPOZITE
Geocompozitele sunt combinații de materiale care au în componența lor cel puțin un produs geosintetic.
Principiul de funcționare al acestor geocompozite este îmbinarea proprietăților și funcțiilor materialelor
componente astfel încât să se obțină materiale care să răspundă unor cerințe precise.
Geocompozite folosite pentru etanșare
Geocompozitele bentonitice
Geocompozitele bentonitice (Geosynthetic Clay Liner) se pot defini ca produse prefabricate ce asociază
materialele geosintetice și bentonita, fiind utilizate în domeniul constrcțiilor și al geotehnicii pentru a
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 52
realiza o barieră etanșă. Bentonita prezintă o permeabilitate foarte scăzută datorată capacității ei de
umflare iar materialele geosintetice au rol de protecție și, eventual, de etanșare.
În prezent există următoarele tipuri de geocompozite bentonitice:
geotextil – bentonită – geotextil
geomembrană – bentonită – geotextil
Geotextilele folosite pot fi țesute sau nețesute, cu diferite grosimi și valori ale masei pe unitatea de
suprafață. Geomembranele pot fi, de asemenea, de diferite grosimi și texturi diferite (netedă sau rugoasă).
Bentonita se poate prezenta sub formă de granule sau de pudră și este de cele mai multe ori un
montmorillonit sodic. Cantitatea de bentonită variază între 3,20 și 6,00 Kg/m2.
Geocompozitele bentonitice sunt utilizate pentru a îndeplini funcții de etanșare la diferite tipuri de
construcții: depozite de deșeuri, diguri și baraje, bazine, canele, rigole, rezervoare îngropate etc.
Astfel, cea mai importantă caracteristică a produsului finit o reprezintă permeabilitatea acestuia.
Încercările realizate pe plan internațional de către fabricanți, utilizatori, laboratoare independente sau
universități au pus în evidență valori foarte scăzute ale permeabilității, de ordinul a 10-11
– 10-12
m/s,
funcție de lichid și de mărimea efortului aplicat.
Punerea în operă este relativ simplă: geocompozitul se derulează pe suprafața suport iar îmbinările se
realizează prin suprapunere. Lățimea minimă a suprapunerilor este, în general, 15 cm iar pentru unele
produse poate fi necesară presărarea unei cantități de pudră de bentonită în zona suprapunerii. Datorită
prezenței bentonitei geocompozitele bentonitice pot fi poansonate accidental (spre exemplu în timpul
punerii în operă), deoarece defectele de mici dimensiuni pot fi reparate prin umflarea acesteia.
Compozite geotextile – geomembrane
Geotextilul are rolul de a majora frecarea dintre geomembrană și stratul suport, de a proteja geomembrana
la degradări mecanice, de a drena apa astfel încât să nu apară presiuni etc., iar geomembrana are rol de
etanșare.
Compozite geomembrane – geogrile
Geomembrana asigură etanșeitatea sistemului iar geogrila are rol de a mări frecarea dintre geomembrană
și stratul suport.
Geocompozite folosite pentru filtrare și drenaj
Geocompozitele utilizate pentru drenaj sunt formate dintr-un filtru – geotextil și un nucleu cu rol drenant.
Nucleul poate fi constituit din rețele de ochiuri,aglomerate de fibre sau coloane și poate fi fabricat din
polipropilenă, polietilenă sau poliamidă. Astfel de drenuri sunt denumite drenuri fitil.
O altă categorie de geocompozite folosite pentru drenaj sunt drenurile plane care se folosesc în cazurile în
care există o curgere plană (în spatele zidurilor de sprijin, sub etanșările cu geomembrane, pentru drenaj
vertical sau orizontal).
Stadiul actual privind măsurile de control al infiltrațiilor 53
Bibliografie
Fell, R. et al.., 2005 – Geotechnical Engineering of Dams – CRC Press Taylor & Francis Group, London
Gazdaru, A. et al.., 1999 – Geosinteticele în construcții – Editura Academiei Române, București
ICOLD, 1986 – Geotextiles as filters and transitions in fill dams – ICOLD Bulletin 55, Paris
ICOLD, 1994 – Embankment dams. Granular filters and drains – ICOLD Bulletin 95, Paris
Johansson, S., 1997 – Seepage monitoring in embankment dams – Doctorat Thesis, Division of Hydraulic
Engineering, Stockholm
Kellner, L.; Gazdaru, A.; Feodorov, V., 1994 – Geosinteticele in constructii vol 1 – Editura Inedit,
București
Stematiu, D., 2008 – Mecanica rocilor pentru constructori – Editura Conspress, București
Stematiu, D.; Ionescu, S.; Abdulamit, A., 2010 – Siguranța barajelor și managementul riscului – Editura
Conspress, București
U.S. Army Corps of Engineers, 1993 – Seepage analysis and control for dams – Engineer Manual 1110-
2-1901, Washington DC