-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 1
UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI
Facultatea de Hidrotehnică
TEZĂ DE DOCTORAT
EVALUAREA SIGURANŢEI DIGURILOR DE APĂRARE ÎMPOTRIVA
INUNDAŢIILOR
Doctorand
ing. Roxana STĂNCIULESCU Conducător de doctorat
prof.univ.dr.ing. Dan STEMATIU
BUCUREŞTI 2013
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 2
Titularul prezentei teze de doctorat a beneficiat pe întreaga
perioadă a studiilor universitare de doctorat de bursă atribuită
prin proiectul strategic „Burse oferite doctoranzilor în Ingineria
Mediului Construit”, beneficiar UTCB, cod POSDRU/107/1.5/S/76896,
proiect derulat în cadrul Programului Operaţional Sectorial
Dezvoltarea Resurselor Umane, finanţat din Fondurile Structurale
Europene, din Bugetul Naţional şi cofinanţat de către Universitatea
Tehnică de Construcţii București.
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 3
Cuvant inainte
Prin prezenta lucrare, autoarea își propune să studieze starea
de siguranță a digurilor
de apărare împotriva inundațiilor din România evaluată din punct
de vedere probabilistic
pentru diferite moduri de cedare ale digurilor.
Lucrarea începe prin a ne introduce în tematica privind
siguranța digurilor prezentând
aspecte ale vulnerabilității digurilor supuse viiturilor atât a
digurilor de pe Dunăre (în anii
2006 și 2010) cât și pe râuri interioare (Siret, Ialomița -
2005).
Pentru a putea vorbi de o evaluare a siguranței digurilor
trebuie în primul rând
definite și înțelese fenomenele care determină instabilitatea
acestor lucrări hidrotehnice de
apărare împotriva inundațiilor, astfel sunt prezentate în
lucrare mecanismele de cedare ale
digurilor de apărare.
Pentru ca aceste mecanisme de cedare să nu aibă loc este
necesară cunoașterea
caracteristicilor geotehnice și hidrodinamice ale pământurilor
care alcătuiesc corpul și
fundația digurilor .
Lucrarea abordează problema cedării digurilor într-o manieră
probabilistă cu
aplicație pe digurile de pe Dunăre în zona localității Isaccea,
în scopul evidențierii riscului
care s-ar putea produce datorită neinterceptării zonelor cu
caracteristici geomecanice slabe
aflate în corpul sau fundația digurilor și care nu au fost
depistate în timp util.
În finalul lucrării siguranța digurilor este evaluată pe baza
indicilor de risc cu
aplicație pe digurile de pe râul Dâmbovița, sectorul
Tanganu-Budesti . Comportarea acestor
diguri în situația de “ape mari” este studiată utilizând
modelarea matematică conform căreia
se evidențiază riscul apariției fenomenului de cedare prin
eroziune internă, pentru care se
propun soluții de remediere.
O vedere de ansamblu asupra stadiului actual al digurilor din
România arată că
siguranța digurilor depinde pe de o parte de modul cum au fost
realizate, cum s-au respectat
cerințele de proiectare, iar pe de altă parte de modul cum au
fost întreținute în perioada de
exploatare.
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 4
Rezumat
Prezenta lucrare este structurată pe șase capitole, Capitolul 1
având caracter
introductiv.
Prima parte a Capitolului 2 cuprinde o clasificare a digurilor
de apărare împotriva
inundațiilor precum și situaţia pe plan internaţional a
digurilor . Cea de-a doua parte descrie
vulnerabilitatea digurilor supuse apelor mari de pe Dunăre și în
Lunca Dunării. Capitolul se
încheie cu prezentarea efectelor viiturilor asupra digurilor pe
râuri interioare.
În Capitolul 3 se prezintă caracteristicile geotehnice și
hidrodinamice ale terenului de
fundare și ale corpului digurilor, și se identifică mecanismele
de cedare prin care se poate
produce avarierea lucrărilor hidrotehnice de apărare sau chiar
ruperea totală ceea ce poate
conduce la un eveniment nedorit.
Capitolul 4 prezintă metodele de evaluare a siguranței digurilor
într-o abordare
probabilistă, cu aplicație pe digul de apărare al incintei
Ciulineţ – Isaccea devenind astfel
studiul de caz I.
În prima parte a Capitolului 5 siguranța digurilor de pe râul
Dâmbovița, sectorul
Tanganu – Budești (studiul de caz II) este evaluată în funcție
de indicii de risc. În partea a
doua, utilizând modelarea matematică, se analizează comportarea
digurilor în perioadele de
ape mari .
Capitolul 6 prezintă concluziile, contribuțiile personale,
precum și direcțiile viitoare
de cercetare ale autoarei.
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 5
Mulțțțțumiri
Doresc să transmit sincere mulțumiri și gânduri de recunoștință
domnului Prof. univ.
dr. ing. Dan Stematiu pentru încrederea, înțelegerea și
îndrumarea acordată de-a lungul
celor trei ani de cercetare, precum și în perioada de elaborare
a tezei de doctorat.
Mulțumesc domnului Conf. univ. dr. ing Altan Abdulamit pentru
sprijinul acordat în
obținerea datelor necesare întocmirii tezei de doctorat și a
studiului de caz II.
Doresc să îmi exprim mulțumirile și aprecierea pentru întregul
colectiv al catedrei de
Construcții Hidrotehnice, precum și membrilor Departamentului de
Studii Doctorale.
Nu în ultimul rând, doresc să mulțumesc familiei mele și
prietenilor mei, pentru susținerea și sprijinul acordat.
Roxana Stănciulescu
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 6
~ CUPRINS ~
1. Introducere…………………………………………………………….8
2. Starea actuală a digurilor de apărare împotriva
inundațțțțiilor……8
2.1. Date generale. Situația digurilor de apărare pe plan
internațional …..….8
2.2. Vulnerabilitatea digurilor de pe Dunăre supuse viiturilor
din anii
2006 și 2010…………………………………………………………..……..13
2.3. Vulnerabilitatea digurilor din Lunca
Dunării…………………………....21
2.4. Efectele inundațiilor pe râuri interioare, asupra
digurilor……………….28
3. SiguranSiguranSiguranSiguranțțțța digurilor de apărare
împotriva inundațțțțiilor.
Aspecte geotehnice șșșși hidrodinamice……………………………...….34
3.1. Caracteristici geotehnice ale terenului de fundare și
corpul digurilor......34
3.2. Mecanisme de instabilitate, de cedare a
digurilor.....................................56
3.2.1. Stabilitatea la antrenare hidrodinamică a
digurilor.....................57
3.2.2. Stabilitatea la alunecare a
digurilor.............................................62
4. Procedee de evaluare a ssssiguranțțțței digurilor de apărare
împotriva inundațțțțiilor bazate pe modelarea
probabilistă........................................64
4.1. Date generale………………………………………………………..……64
4.2. Metode probabilistice de evaluare a siguranței
digurilor.
Studiu de caz I……………………………………………………………70
4.2.1. Abordarea probabilistă a digurilor de apărare împotriva
inundațiilor, fundate pe terenuri dificile ……………………………...70
4.2.1.1. Probabilitatea de cedare a
digului.................................74
4.2.1.2. Probabilitatea anuală de rupere
prin eroziune
internă......................................................75
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 7
4.2.1.3. Probabilitatea de neinterceptare a unui accident
geologic.........................................................................85
4.3. Evaluarea siguranței digului utilizând arbori
probabilistici.................91
5. Modelarea matematică a digurilor de apărare supuse apelor
mari. Studiu de caz
II......................................................................................95
5.1. Evaluarea riscului pentru digurile de apărare ale râului
Dâmbovița, pe sectorul Tanganu-Budești, în funcție de indicele de
risc.................................................................95
5.2. Comportarea digurilor de pe râul Dâmbovița în situația
actuală și cu sisteme de
protecție.............................................................................................................................103
6. Concluzii
generale.............................................................................106
Bibliografie
Lista de lucrări șșșși publicațțțții proprii (ale autoarei
tezei)
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 8
1. Introducere
România s-a confruntat în ultimii ani cu inundații tot mai dese
datorate pe de o parte
caracterului extrem al ploii, pe de altă parte lipsei de
monitorizare și de eficientizare a
siguranței în exploatare a digurilor, mai exact depistarea
zonelor vulnerabile și stoparea
infiltrațiilor în corpul digurilor.
În România, se înființează în anul 2011 Comisia Națională pentru
Siguranța Digurilor,
denumită CONSIDIG, organism consultativ care funcționează pe
lângă autoritatea publică
centrală din domeniul apelor și are ca scop coordonarea
realizării reglementărilor și normelor
tehnice referitoare la siguranța digurilor, precum și
coordonarea, îndrumarea și urmărirea
activității de supraveghere a digurilor în vederea exploatării
în siguranță a acestora. (Legea
259/2012 – Legea Siguranței Digurilor).
Acest organism, va adopta conținutul-cadru al Registrului
Național al Digurilor din
România (REDIG), care conține atât inventarierea digurilor cât
și zonele protejate de acestea.
REDIG se actualizează la fiecare 5 ani, sau după fiecare viitură
importantă. (Legea
259/2012 – Legea Siguranței Digurilor)
Proiectul de cercetare are ca obiective evaluarea siguranței
digurilor de apărare
împotriva inundațiilor, analizând stabilitatea acestora la
acțiunea apelor mari din punct de
vedere geotehnic și hidrodinamic, într-o abordare
probabilistă.
2. Starea actuală a digurilor de apărare împotriva
inundațțțțiilor
2.1. Date generale
Lucrările de îndiguire au rol de protecție împotriva
inundațiilor a obiectivelor sociale
și economice.
Avantajele lucrărilor de îndiguire sunt evidente și rezultă din
rolul lor de apărare
împotriva inundațiilor și de dirijare a curentului de apă.
Efectele favorabile, sociale și
economice ale lucrărilor de îndiguire de multe ori sunt foarte
mari ca urmare a reducerii
pagubelor, uneori catastrofale ale inundațiilor și creării
condițiilor pentru valorificarea intensă
a unor teritorii întinse. („Manualul Hidrotehnicianului”)
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 9
Clasificarea digurilor : („Manualul Hidrotehnicianului”)
Lucrările de îndiguire, împiedică nemijlocit revărsarea apelor
peste teritoriile
inundabile.
Clasificarea digurilor se poate face după criterii foarte
diverse: pe baza criteriului
sursei (diguri fluviale, diguri din zona lacurilor naturale sau
artificiale, diguri marine).
În funcție de condițiile de apărare sau a poziției
coronamentului față de nivelurile din
sursa de inundații, digurile se împart în două categorii: diguri
insubmersibile, și diguri
submersibile.
După poziția față de direcția principală de curgere, digurile
pot fi :
diguri longitudinale, diguri transversale,diguri de remuu.
După poziția față de teritoriul apărat, digurile se pot
clasifica în : diguri de contur și
diguri de compartimentare.
După durata de funcționare, lucrările de apărare se împart în:
permanente, provizorii.
După însemnătatea funcțională a unei lucrări în cadrul unui
complex hidrotehnic,
lucrările de apărare se pot împărți în: principale și
secundare.
Situația digurilor de apărare pe plan internațional
Breșe în digurile de apărare împotriva inundațiilor apar foarte
rapid în natură când
acestea sunt supuse “apelor mari”.
De-a lungul timpului digurile de apărare din Statele Unite ale
Americii, au avut de
suferit avarii datorate pe de o parte hazardului, pe de altă
parte slaba întreținere în exploatare.
Breșele produse în digurile de apărare au fost determinate de
viituri mari și
îndelungate, si au scos în evidență vulnerabilitatea digurilor
caracterizată prin tasări ale
coronamentului, lentile de material slab în corpul sau fundația
digurilor, căi preferențiale de
infiltrare a apei, eroziuni externe, etc.
În urma viiturii din anul 2004, în California, digurile din
delta care se formează la
confluența râurilor Sacramento cu San Joaquin, au cedat datorită
nivelului mare al apei care a
depășit în unele locuri cota coronamentului provocând pagube
importante. Una din
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 10
principalele cauze ale cedării digurilor a constat în
infiltrarea apei în corpul și fundația
acestora, conducând la formarea unei breșe.
Figura 1. Dig din delta formată la confluența râurilor
Sacramento cu San Joaquin (“Development
and Demonstration of Rapid Repair of Levee Breaching Technology”
– Articol - Donald Resio,
Stanley Boc, etc)
Digurile din Midwest, de pe râul Missouri, partea de nord a
râului Mississippi, și
afluenții lor, sunt frecvent afectate de viituri, diguri care au
suferit numeroase avarii inundând
obiectivele apărate și conducând la pagube economice, sociale,
și pierderi de vieți omenești.
Inundațiile din anul 2008, au condus la pagube care au constat
în : inundarea a 1300 de
blocuri și 3900 de case, puțuri de captare a apei au fost
contaminate lăsând populația cu
insuficientă apa potabilă. Printre cauzele cedării digurilor se
număra prezența orizonturilor de
material slab în corpul și fundația acestora, care permit
infiltrarea apei și apariția fenomenului
de eroziune internă.
În figurile de mai jos sunt prezentate două cazuri de cedare a
digurilor cu formare de
breșă, a digurilor Pin Oak și Elm Point din Midwest, Statele
Unite.
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 11
Figura 2. Breșă în digul Pin Oak din Midwest, SUA (“Development
and Demonstration of Rapid
Repair of Levee Breaching Technology” – Articol - Donald Resio,
Stanley Boc, etc)
Figura 3. Breșă în digul Elm Point din Midwest, SUA(“Development
and Demonstration of
Rapid Repair of Levee Breaching Technology” – Articol - Donald
Resio, Stanley Boc, etc)
O lipsă de supraveghere consecventă a digurilor sau standarde
tehnice și o lipsă de
înțelegere și comunicare a riscului a lăsat multe comunități din
Statele Unite mai vulnerabile
decât îți dau seama. Pentru o mai bună gestionare a siguranței
digurilor se formează în 2009
Comitetul Național pentru Siguranța Digurilor (NCLS), înființat
de către Corpul Armatei
SUA . Acesta are rolul de a creea un program de evaluare a
siguranței digurilor, Programul
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 12
Național pentru Siguranța Digurilor , program care conține
informații despre digurile din
Statele Unite, unde sunt, în ce stadiu sunt, cum se comportă în
situația de “ape mari”, avariile
suferite de acestea. În 2011 se pune la dispoziție publicului
Baza de Date Națională a
Digurilor, bază de date care permite identificarea zonelor cu
risc de inundare, permite
rezidenților să fie mai bine informați despre siguranța
digurilor in vecinătatea carora se află.
În Franța, viitura din anul 2002, a avut consecințe majore
asupra digurilor de pe râul
Gardon , care au cedat la presiunea apei, inundând localitatea
Aramon. Digurile construite cu
mulți ani în urmă, insuficient întreținute, au cedat în fața
volumului mare de apă prin
următoarele mecanisme:
- deversare peste coronament
- eroziune externă (a determinat instabilitatea taluzelor)
- eroziunea internă (infiltrarea curentului de apă în corpul și
fundația digului și
antrenarea particulelor scheletului mineral conducând la
instabilitatea corpului digului)
Figura 4. Breșă in digul de pe râul Gardon, Aramon
(http://orig.cg-gard.fr/actualites/digues)
Consecințele ruperii digurilor, au constat în pierderi de vieți
omenești, inundarea mai
multor locuințe cu evacuarea locatarilor, inundarea unei fabrici
de țigări fapt ce a condus la
disponibilizarea a 60 de persoane, mai multe unități publice au
fost distruse.
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 13
2.2. Vulnerabilitatea digurilor de pe Dunăre supuse viiturilor
din
anii 2006 șșșși 2010
Viiturile din anii 2006 și 2010, au avut efecte majore asupra
digurilor de apărare care
majoritatea au fost construite in anii ’70 și ’80.
Acțiunea apelor mari și a viiturilor îndelungate asupra
digurilor, au scos în evidență
vulnerabilitatea acestora, caracterizată prin:
- denivelări corp dig, datorită depășirii nivelurilor maxime
admisibile
(deversări),eroziuni externe;
Figura 5. Deversare peste coronament (“Modificări severe în
regimul hidrologic al
Dunării și impactul acestora asupra agriculturii în lunca
îndiguită”- Ioan
Vișinescu, Marcel Bularda)
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 14
Figura 6
Figura 7
Figura 6, 7 - Deversare peste coronamentul digului (“Digurile
Dunării” – Altan Abdulamit
U.T.C.B.)
- lipsa drenajului la piciorul aval (Figura 8);
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 15
Figura 8 (imagine preluată de pe www.water.ca.gov)
- fundații permeabile antrenabile (fenomenul de sufozie în
fundația digurilor, și apariția
grifoanelor, craterelor – Figura 9, 10);
Figura 9 – preluare după “Digurile Dunării” – Altan Abdulamit
U.T.C.B.
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 16
Figura 10 – Sufozie (preluare după “Digurile Dunării” – Altan
Abdulamit U.T.C.B.)
- instabilități corp dig, maluri neconsolidate (Figura 11,12 -
“Digurile Dunării” – Altan
Abdulamit U.T.C.B.)
Figura 11
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 17
Figura 12
- eroziuni interne datorate infiltrațiilor de-a lungul
lucrărilor de traversare prin corpul
digului sau fundație (piping) – Figura 13.
Figura 13. Lucrări de traversare prin corpul digului ( preluare
după www.oregon.gov)
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 18
Fluviul Dunărea a avut un debit mediu la intrarea în tară al
cărui maxim a fost de
12900 mc/s înregistrat în luna aprilie 2005, fapt ce a condus la
inundarea mai multor
gospodării din Delta Dunării, datorită cedării digurilor.
Viitura de pe Dunăre din perioada aprilie – mai 2006 a atins la
intrarea în tară, debitul
maxim în secţiunea Baziaş de 15800 m3/s, ce reprezintă cel mai
mare debit produs în
perioada cu măsurători hidrometrice sistematice anii 1840-2006.
(“Digurile Dunării” – Altan
Abdulamit U.T.C.B.)
Printre factorii care au contribuit la producerea viiturii din
anul 2006, se numără:
încălzirea rapidă în luna martie fapt ce a condus la topirea
stratului gros de zăpadă din bazinul
Dunării, suprapusă peste precipitațiile căzute în luna aprilie
atât în România, cât și Serbia și
Bulgaria.
În aceeași perioadă, s-au suprapus viiturile de pe Dunăre, cu
cele de pe Tisa, Sava și
Morava care, împreună cu factorii enunțați mai sus, au condus la
pagube catastrofale:
inundarea mai multor incinte prin ruperea digurilor.
Presiunea apei un timp îndelungat la piciorul digului (peste 130
zile), precum și
procesele hidrodinamice de subspălare în fundație a digurilor a
determinat crearea unor breșe
în zonele Rast, Bechet, Spanţov, Oltina, Ostrov.
Figura 14. Incintele de la Dunăre afectate de inundațiile din
2006 (Articol “Digurile
Dunării” – Altan Abdulamit U.T.C.B.)
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 19
Breșe create natural
Breșe create intentionat pentru evacuarea apei
Breșe create intentionat pentru menținerea nivelului apei
Figura 15. Breșe în digurile de la Dunăre (Articol “Digurile
Dunării” – Altan Abdulamit
U.T.C.B.)
Alcătuirea fundațiilor din pământuri cu caracteristici
geomecanice slabe, instabile
(chișaiuri), precum și slaba întreținere a digurilor datorită
fondurilor reduse, au contribuit la
cedarea digurilor de compartimentare.
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 20
Figura 16. Breșe la digurile de compartimentare (Articol
“Digurile Dunării” – Altan
Abdulamit U.T.C.B.)
Figura 17. Breșe la digurile de la Dunăre (Articol “Digurile
Dunării” – Altan Abdulamit
U.T.C.B.)
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 21
Cauzele producerii catastrofelor și ruperii digurilor, au fost
determinate de nivelurile
excepționale ale Dunării, ce au atins valori extraordinare, cu
mult peste cele luate în calcul la
proiectare. (Articol – “Modificări severe în regimul hidrologic
al Dunării și impactul acestora
asupra agriculturii în lunca îndiguită”- Ioan Vișinescu, Marcel
Bularda – 2008)
La producerea catastrofelor de rupere a digurilor au contribuit
mai cu seamă, datorită
perioadei îndelungate a viiturii, presiunile enorme de împingere
a apei pe dig, infiltraţiile
puternice prin corpul digului afectându-i stabilitatea,
expunerea taluzelor la efectul distructiv
al valurilor în zone neprotejate de perdele de protecţie,
condiţiile geotehnice de fundare
necorespunzătoare si zone in corpul sau fundaţia digului cu
materiale cu caracteristici
geomecanice slabe, favorizând infiltraţii puternice şi antrenări
de pământ. (Articol -
“Modificări severe in regimul hidrologic al Dunării și impactul
acestora asupra agriculturii în
lunca îndiguită”- Ioan Vișinescu, Marcel Bularda – 2008).
2.3. Vulnerabilitatea digurilor din Lunca Dunării
Digurile din Lunca Dunării, au fost construite începând cu anul
1904 ca diguri
submersibile, astfel datorită inundațiilor care au avut loc,
s-au făcut o serie de cercetări pentru
evaluarea stabilității digurilor care au fost realizate de “tip
Dunăre”.
Figura 18. Secţiune tip a unui dig românesc din Lunca Dunării (l
= cca 4.00 m)
(Articol “Digurile Dunării” – Altan Abdulamit U.T.C.B.)
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 22
În urma evaluării, s-a constatat că digurile din Lunca Dunării
prezintă anumite
deficiențe, printre care: diguri subdimensionate (cota
coronamentului este mult sub cea
proiectată) prezentând denivelări majore, degradări ale
taluzelor, goluri în perdele forestiere,
sufozii, grifoane.
Figura 19
Figura 20
Figura 19,20. Perdele forestiere-breșe în zone cu defrișări
(Articol “Digurile Dunării” –
Altan Abdulamit U.T.C.B.)
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 23
Figura 21. Sufozie (Articol “Digurile Dunării” – Altan Abdulamit
U.T.C.B.)
Figura 22. Grifoane (Articol “Digurile Dunării” – Altan
Abdulamit U.T.C.B.)
Vulnerabilitatea acestor diguri se datorează fondurilor reduse
de întreținere și
exploatare, lungimii mari de indigiure (cca. 1100 km) fapt ce a
făcut dificilă supravegerea și
întreținerea acestora, viiturilor îndelungate ce au condus la
înmuierea corpului digurilor
favorizând infiltrațiile, terenul de fundare cu caracteristici
geomecanice slabe, lipsa de
întreținere a lucrărilor de traversare prin corpul digurilor
creând căi preferențiale de infiltrație
a apei, etc.
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 24
Toate aceste probleme au condus la regândirea întregului sistem
de îndiguire, de
protecție împotriva inundațiilor în Lunca Dunării, și anume
(conform Normativ nr.
131/2011):
- reprofilarea şi supraînălţarea digurilor pentru a respecta
cotele de dimensionare
corespunzând Q1% (figura 23). În zonele de dig în care nu există
posibilitatea realizării
terasamentelor de reprofilare şi supraînălţare datorită
construcţiilor existente (staţii de
pompare, stăvilare, prize, canale, etc.) se recomandă prevederea
unor parapeţi din beton armat
pe coronament (figura 24).
Figura 23. Supraînălţarea şi completarea secţiunii digului
existent (după Moraru, N., 2008)
Figura 24. Supraînălţarea secţiunii digului existent cu parapet
din beton armat pe
coronament
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 25
- completarea perdelelor forestiere de protecţie, cu rol de a
reduce înălţimea valurilor
de la 1…1,20 m la cca 0,10…0,15 m, cu efecte benefice asupra
taluzului exterior prin
reducerea eroziunilor (figura 25).
În zonele în care nu se poate crea perdea forestieră de
protecţie, se recomandă
protejarea taluzului exterior cu peree din piatră uscată,
anrocamente sau saltele din gabioane.
Figura 25. Perdea de protecţie la digurile din Lunca Dunării
(după Măgdălina I., 1994)
- în sectoarele de dig cu potenţial de înmuiere prin acţiunea
prelungită a apelor mari,
se prevăd banchete de pămant pe taluzul exterior (spre incintă)
(figura 26), cu rolul coborârii
punctului de ieşire a curbei de infiltraţie pe taluzul exterior
al banchetelor. În sectoarele de dig
omogene, realizate cu argilă compactată, coborârea punctului de
ieşire a curbei de infiltraţie
poate fi realizată prevăzând un sistem de drenaj la piciorul
exterior al digului (figura 27).
Figura 26. Reabilitare dig Dunăre cu potenţial de înmuiere cu
banchetă pe taluzul
interior(după Moraru, N., 2008)
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 26
Figura 27. Reabilitare dig Dunăre cu prism şi saltea drenaj
(după Moraru, N., 2008)
- pentru combaterea sufoziilor din fundaţia digurilor se pot
realiza platforme de
pământ în continuarea taluzului spre incinta al digurilor
(figura 28).
Figura 28. Reabilitare dig Dunăre cu potenţial sufozional cu
platformă spre interior
(după Moraru, N., 2008)
- în sectoarele cu eroziuni puternice dig – mal, care pot afecta
stabilitatea digurilor, se
recomandă consolidări de mal “tip Dunăre”.
- impermeabilizarea corpurilor digurilor și a fundaţiei. Se
poate încerca utilizarea, ca
element de impermeabilizare a taluzului interior (taluzul udat),
a geocompozitului bentonitic,
care a dat rezultate foarte bune în timpul inundaţiilor din 2006
(figura 29) sau a unor soluţii
mai rigide dar mai durabile, de tipul palplanşelor metalice,
aplicate cu success la repararea
digului de la Noianu – Chişcani, jud. Brăila, după inundaţiile
din 2006 (figura 30);
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 27
Figura 29. Utilizarea geocompozitului bentonitic pentru
impermeabilizarea taluzului exterior
al digului (Articol “Digurile Dunării” – Altan Abdulamit
U.T.C.B)
Figura 30. Soluţii de reparare diguri cu geocompozit bentonitic
sau cu palplanşe
metalice (după proiect ISPE, 2006)
Figura 31. Impermeabilizarea corpului digului cu palplanşe
metalice la Noianu – Chişcani
(Articol “Digurile Dunării” – Altan Abdulamit U.T.C.B)
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 28
- refacerea, repararea sau blindarea conductelor care
traversează digurile, pentru a
elimina zonele slabe din corpul lucrărilor, pe unde pot să apară
căi preferenţiale de infiltraţie;
- analiza oportunităţii relocării digurilor din zone supuse
eroziunii albiei minore;
- realizarea unor diguri inelare în zonele afectate de eroziuni
puternice pe Dunăre;
- realizarea de noi diguri de compartimentare pentru limitarea
pagubelor produse de
inundaţii;
- analiza oportunităţii realizării unor diguri “complementare”,
cu rol de protecţie a
localităţilor, în zonele de luncă inundabilă, ca o alternativă
la măsura strămutării populaţiei în
afara zonelor expuse riscului inundaţiilor;
- realizarea unor acumulări laterale nepermanente, chiar în
cascadă, în condiţiile
regimului hidrologic specific Dunării, cu niveluri şi debite
maxime cu durate de ordinul 2…4
luni;
- lucrări de completare pentru eliminarea excesului de umiditate
din interiorul
incintelor apărate de diguri;
- amenajarea corespunzătoare a cantoanelor de exploatare de pe
traseul digurilor şi
dotarea lor cu materiale şi mijloace corespunzătoare de
întreţinere curentă şi intervenţie
operativă în caz de inundaţii;
- asigurarea şi formarea de personal de întreţinere şi
exploatare adecvat.
(conform Normativ nr. 131/2011 şi “Digurile Dunarii” – Altan
Abdulamit)
2.4. Efectele inundațțțțiilor pe râuri interioare, asupra
digurilor
Inundaţiile din anul 2005 au afectat toate judeţele ţării (1734
de localităti).
Principalele cauze ale producerii inundaţiilor, au fost:
- precipitațiile abundente suprapuse peste topirea zăpezii
conducând la viituri mari (pe
râul Timiș volumul viiturii a fost de cca. 770 mil mc.)
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 29
- deversarea peste coronament, precum și timpul îndelungat de
stagnare a apei la
piciorul digului, determinând înmuierea corpului acestuia (peste
20 zile, apar
fenomene de tasare și infiltrații);
- slaba întreținere și exploatare a digurilor;
- defrișarea pădurilor și realizarea de lucrări
necorespunzătoare în corpul și fundația
digurilor, care conduc la eroziuni interne favorizând
infiltrațiile.
Inundațiile din 2005 pe râul Siret. Vulnerabilitatea digurilor
(traducere proprie din -
“Engineer Research and Development Center - International Levee
Breaches to Accelerate
Drainage in Eastern Romania from the cities of Tecuci to Galati
on the Siret river” - Richard
S. Olsen) [1]
Inundațiile severe din 13-14 Iulie 2005 din estul României, au
condus la inundații pe
râul Siret, afectând localitățile de la Tecuci până la
Galați.
Figura 32. Localizarea breșelor create pentru inundarea
controlată [1]
Un raport realizat de către cercetători americani, relevă starea
digurilor de pe Siret în
anumite zone, în urma producerii viiturii din 2005. Aceasta din
urmă a scos în evidență
vulnerabilitatea digurilor supuse apelor mari, și anume:
- de coronament deoarece cota coronamentului este sub cea din
proiect.
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 30
- eroziune internă datorată infiltrațiilor. S-au depistat canale
preferențiale create de
rozătoare, care, în urma viiturii, au permis infiltrarea apei,
conducând la ruperea
digului.
Figura 33. Zone de rupere a digului [1]
Figura 34. Galerii de rozatoare [1]
- eroziune externă și instabilitatea malurilor. Într-una din
zone, a fost creată o breșă,
pentru accelerarea drenării apei, de cca. 7 m lățime, peste
care, pentru a asigura
trecerea de o parte și de cealaltă a digului, s-a amplasat un
podeț.
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 31
Figura 35. Breșă creată pentru drenarea apei [1]
Debitul apei la intrarea în breșă, trecând printr-o secțiune
îngustă și peste o porțiune
de sol argilos care a rămas, mărindu-și viteza și turbiditatea,
erodează pereții laterali ai breșei,
săpând la piciorul peretelui, conducând la dislocarea de bucăți
din dig de cca. 20-50 cm.
Figura 36. Instabilitatea malurilor la trecerea apei prin breșă
[1]
Această breșă, a fost localizată lângă o stație de pompare, care
a fost inundată. Nu au
fost observate conducte care să treacă pe deasupra digului, în
consecință conductele treceau
prin corpul digului, ceea ce ar fi putut conduce în timp la o
eroziune internă.
Pentru prevenirea eroziunii, s-au amplasat blocuri de beton,
însă, datorită pantei foarte
abrupte și instabilității terenului, aceste blocuri au
alunecat.
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 32
Figura 37. Amplasarea de blocuri de beton pentru stabilitatea
malurilor [1]
Figura 38. Instabilitatea malurilor, alunecarea blocurilor de
beton [1]
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 33
- instabilități corp dig, pierderi de stabilitate locală. S-au
găsit fisuri în coronamentul
digurilor, datorită tensiunilor dintre drumul județean și breșă,
însemnând că digul are
nevoie de o ranforsare pentru a fi stabil.
Figura 39. Instabilități corp dig, alunecarea taluzelor [1]
- conducte în corpul digului (piping) - cedarea digului datorită
eroziunilor interne
provocate de infiltrarea apei de jur împrejurul conductelor de
traversare prin corpul
digului. În zona de cedare s-a găsit o conductă cu diametrul mai
mic de 1 m , care
traversa prin corpul digului. Fundația pe care era amplasată
conducta, a constituit o
cale de acces a apei de infiltrație.
Figura 40. Traversarea conductelor prin corpul digului [1]
Refacerea infrastructurii de apărare împotriva inundaţiilor a
constat în:
- refacerea digului în zonele de cedare, conform parametrilor de
proiectare;
- excavarea materialului până la pământul natural apoi umplerea
cu material local în
straturi bine compactate;
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 34
- consolidarea digurilor în zonele care prezintă instabilități
ale taluzelor;
- evitarea amplasării conductelor în corpul și fundația
digurilor.
Efectele inundațiilor din 2005 pe râul Ialomița
În urma viiturilor din anii 2004 – 2006, precum și datorită
blocurilor de gheață din
perioada de iarnă, taluzele digurilor de apărare a incintei
Țăndărei au suferit degradări. Incinta
care adăpostește orașul Țăndărei aflat pe malul stâng al râului
Ialomița.
Inundațiile din anul 2005, au scos în evidență vulnerabilitatea
acestor diguri,
caracterizată prin:
- denivelări corp dig, datorită depășirii nivelurilor maxime
admisibile (deversări);
- eroziuni externe care pun în pericol stabilitatea
digurilor
- tasări ale coronamentului datorită lipsei fondurilor de
întreținere în exploatare
S-a constatat că lucrările cu rol de apărare nu mai corespund
din punct de vedere al
asigurărilor de calcul avute în vedere la proiectele
inițiale.
Conform calculelor hidraulice efectuate pe întreg tronsonul de
albie studiat, este
necesară redimensionarea generală a lucrărilor de apărare a
orașelor și a obiectivelor social -
economice limitrofe precum și a incintelor de apărare a
terenurilor agricole și a localităților.
Pentru aducerea la clasa de importanță adecvată, au fost
necesare lucrări de
supraînălțare a digurilor precum și lucrări de protecție a
albiei minore în zonele unde s-au
produs eroziuni de mal care au pus în pericol stabilitatea
digurilor. (după proiect S.C.
Consitrans ).
3. SiguranSiguranSiguranSiguranțțțța digurilor de apărare
împotriva inundaa digurilor de apărare împotriva inundaa digurilor
de apărare împotriva inundaa digurilor de apărare împotriva
inundațțțțiiloiiloiiloiilor. Aspecte r. Aspecte r. Aspecte r.
Aspecte geotehnice geotehnice geotehnice geotehnice și
hidrodinamiceși hidrodinamiceși hidrodinamiceși hidrodinamice
3.1. Caracteristici geotehnice ale terenului de fundare șșșși
corpul digurilor
Pământurile reprezintă sisteme disperse, trifazice în care
mediul de dispersie îl
reprezintă aerul și apa.
Structura pământurilor este alcătuită din trei factori
(“Fundații” – Anghel Stanciu,
Irina Lungu):
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 35
o mărimea și forma particulelor solide;
o compoziția chimico-mineralogică a particulelor solide;
o interacțiunea dintre faza solidă, lichidă și gazoasă.
În funcție de forțele care se exercită între particule (forțe
gravitaționale, forțe
arhimedice, forțe de atracție Van der Waals, sau forțe
electrostatice de respingere Coulomb)
structura pământurilor este de trei tipuri (“Fundații” – Anghel
Stanciu, Irina Lungu):
o structură grăunțoasă sau granulară (particule cu dimensiuni
între 0.005 și 2.00
mm);
o structură în fagure (dimensiunea particulelor 0.005 – 0.05
mm);
o structură în fulgi sau floculară (particule cu dimensiuni
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 36
Prin aceste metode se obțin cantități de material (mi) exprimate
în procente (%) din
masa totală uscată (m) a probei, ce au particule cu dimensiuni
(di) cuprinse între două limite
date (d1
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 37
Figura 41. Curba granulometrică (“Geologie pentru ingineri
constructori cu elemente de
protecție a mediului geologic și geologie turistică” - Eugeniu
Marchidanu)
Histograma se construiește ca o diagramă în trepte, în funcție
de dimensiunea
particulelor (d1, d2) și masa particulelor (mi , în
ordonată);
Figura 42. Histograma și curba frecvențelor (“Geologie pentru
ingineri constructori cu
elemente de protecție a mediului geologic și geologie turistică”
- Eugeniu Marchidanu)
Curba de frecvență, este o linie frântă, care se construiește
unind mijloacele treptelor
din histogramă, și indică fracțiunea granulometrică
dominantă;
Pământurile pot fi calsificate utilizând de asemenea și diagrama
ternară, în pământuri
coezive și necoezive.
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 38
Figura 43. (dupa Anghel Stanciu și Irina Lungu-“Fundații”)
Pe baza curbei granulometrice se poate determina, în cazul
pământurilor necoezive,
coeficientul de neuniformitate Un:
Unde: d60 este diametrul care corespunde procentului de 60%, iar
d10 este cel care
corespunde procentului de 10% pe curba granulometrică. În
funcție de valoarea coeficientului
de neuniformitate, STAS 1234-88 clasifica pământurile în:
- foarte uniforme, dacă Un≤ 5;
- uniforme, dacă 5 5;
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 39
Cunoașterea compoziției granulometrice a unui pământ este utilă
pentru:
- clasificarea acestuia;
- cunoașterea gradului de sensibilitate la îngheț;
- utilizarea pământurilor ca filtru;
- realizarea de amestecuri între diferite pământuri;
- cunoașterea capacității de lichefiere.
Cu ajutorul acestor diametre, se calculează:
- coeficientul de curbură
- gradul de neuniformitate (Un)
Pe baza indicelui de grupă IG în vederea identificării
capacității portante a
pământurilor, pentru lucrările de terasamente, s-a realizat
următoarea clasificare (cu valori
întregi prin rotunjire ale indicelui de grupă cuprinse între 0
și 20):
- IG = 0-1 → pământuri bune
- IG = 2-4 → pământuri acceptabile
- IG = 5-9 → pământuri rele
- IG = 10-20 → pământuri foarte rele
Calculul indicelui de grupă se realizează conform formulei de
mai jos:
IG = 0,2 x a +0,005 x a x c + 0,01 x b x d
Unde:
a = P74 – 35% , în care P74 este procentul de material care
trece prin sita cu
diametrul ochiului de 0,074 mm, (cu condiția ca P74 sa nu
depășească 75%),
rezultat din curba granulometrică, și să fie sub 35%;
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 40
b = P74 – 15% , (cu condiția ca P74 să nu depășească 55%);
c = wL – 40%, (cu condiția ca wL să nu depășească 60%), în care
wL eset limita
superioară de plasticitate;
d = Ip – 10%, (cu condiția ca Ip să nu depășească 30%), în care
Ip este indicele
de plasticitate.(“Fundatii” – Anghel Stanciu, Irina Lungu)
Compactarea pământurilor:
Compactarea pământului este procedeul prin care se realizează o
consolidare a
terenului în urma reducerii volumului ocupat de golurile de aer
și de apă.
Prin această metodă, se realizează o creștere a capacității
portante a terenului de
fundare, prin reducerea permeabilității pământului, având ca
scop eliminarea eventualelor
tasări viitoare. O bună compactare se realizează atunci când
gradul de compactare este cât mai
aproape de 100%.
Pentru a îndeplini parametrii optimi de compactare, se
analizează o probă în laborator,
prin metoda Proctor, în urma căreia se trasează curba cu același
nume. Încercarea Proctor are
ca scop determinarea greutății volumice în stare uscată maximă
(exprimată în g/cm3) și
umiditatea optimă de compactare (exprimată în procente %).
Figura 44- Curba Proctor (“Geologie pentru ingineri constructori
cu elemente de
protecție a mediului geologic și geologie turistică” - Eugeniu
Marchidanu)
Starea de compactare obținută pe șantier raportată la starea
optimă Proctor este
exprimată prin gradul de compactare, D:
D =
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 41
Unde ρd este densitatea în stare uscată obținută pe șantier și
ρdmax cea obținută în
laborator pentru umiditatea optimă.
Pentru lucrări importante gradul de compactare cerut este de 98
- 99 %.
Pentru determinarea greutății volumice a pământului pe teren se
utilizează una din
metodele cu nisip, cu apă sau a celei cu folie din
polietilenă.
Metode de determinare în situ a densității pământurilor
Figura 45. Metoda cu conul de nisip
Figura 46. Metoda cu balonul
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 42
Figura 47. Metoda cu apa și folie din polietilenă
Utilajele utilizate pentru compactarea de suprafață sunt:
• cilindri compactori netezi;
• cilindri compactori cu pneuri multiple;
• cilindri cu came (picior de oaie);
• cilindri vibratori (autopropulsați, cu pneuri etc.).
Consolidarea pământurilor
În scopul determinării istoriei de încărcare a pământului este
utilă determinarea
presiunii de preconsolidare, σP, care reprezintă efortul maxim
la care pământul respectiv a
fost supus în timp. Prin compararea acestei valori cu presiunea
care acționează în prezent
asupra pământului, care este presiunea geologică, σg (greutatea
proprie a terenului), rezultă
raportul de supraconsolidare, RSC (OCR - overconsolidation
ratio):
, pe baza căruia pământurile pot fi clasificate în:
→ pământuri subconsolidate, RSC < 1 (acestea au fost supuse
în timpul istoriei lor de
încărcare la eforturi mai mici decât cele actuale; este vorba de
pământuri „noi", în curs de
consolidare);
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 43
→ pământuri normal consolidate, RSC = 1 (pământuri care au fost
supuse în timpul
istoriei lor de încărcare la aceeași presiune la care sunt
supuse și astăzi);
→ pământuri supraconsolidate, RSC > 1 (pământuri care au
suportat încărcări mai
mari decât cele la care sunt supuse în prezent). Se disting
pământuri slab supraconsolidate
(RSC = 1,1 - 2), mediu supraconsolidate (RSC= 2,1 - 4), și
pământuri supraconsolidate
(RSC>4).
Raportul în care se găsește presiunea adusă pe teren de
viitoarea construcție față de
presiunea de preconsolidare, ca și istoria de încărcare
exprimată prin raportul RSC
condiționează tasarea și, în general, comportarea terenului de
fundare.
Figura de mai jos arată diferența de comportare la compresiune
între o argilă normal
consolidată și una supraconsolidată.
Figura 48. Comportarea la compresiune a argilei (“Geotehnica”-
Nicolae Boțu și Vasile
Mușat)
Cu ajutorul edometrului, se poate construi curba de
compresiune-consolidare,
urmărind și măsurând tasările în timp. Se disting patru faze:
faza I (expulzarea aerului),
consolidarea primară, secundară și terțiară.
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 44
Figura 49. Curba de compresiune – consolidare (“Geotehnica”-
Nicolae Boțu și Vasile
Mușat).
Faza I – se produce în momentul aplicării efortului, reprezintă
perioada de expulzare a
aerului. Deformarea este instantanee, elasto – plastică. În
această fază, procesul de eliminare a
apei nu se produce.
Faza II – reprezintă consolidarea primară, adică momentul în
care începe eliminarea
apei, fenomenul de osmoză. Deformarea este de tip
elastico-vascos.
În timpul consolidării primare se produce deformarea continuă a
complexului de
adsorbție. (“Geotehnica”- Nicolae Boțu și Vasile Mușat).
Faza III - reprezintă zona de consolidare secundară, în care
fenomenele începute în
faza anterioară continuă într-o proporție mai mică
În faza IV se produce ruperea probei de pământ, constituind
consolidarea terțiară.
Cu cât pământul este mai puțin permeabil cu atât timpul necesar
pentru amortizarea
deformațiilor sub o încărcare constantă este mai îndelungat. La
descărcarea fundației se
produce o revenire care evoluează de asemenea în timp, dar
deformațiile nu se anulează, ci se
produce o tasare remanentă. (“Geotehnica” - Iacint Manoliu,
Nicoleta Rădulescu).
Ecuația care descrie fenomenul de consolidare este:
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 45
unde: u- este presiunea interstițială, t – timpul, z – adâncimea
și cv – coeficientul de
consolidare.
Coeficientul de consolidare este definit ca:
unde: k – este coeficientul de permeabilitate; γw – greutatea
volumică a apei, și mv –
coeficientul de compresiune volumică.
Compresibilitatea pământurilor
Pentru a putea calcula tasarea terenului de fundare a
construcțiilor sub greutatea
proprie este necesară studierea compresibilității
pământurilor.
Compresibilitatea pământului poate fi studiată în laborator cu
ajutorul edometrului, a
aparatului de compresiune triaxială , sau pe teren folosind
presiometrul, penetrometrul ori
încărcările de probă pe placă.
Eforturile de compresiune care acționează asupra unui pământ
saturat, au ca efect
drenarea apei interstițiale care, o dată ieșită, permite
pământului să se deformeze în timp.
Acest proces se numește proces de consolidare.
Rezultatele obținute din încercările edometrice, se pot
evidenția prin curba de
compresiune – tasare , care dă pentru fiecare tensiune verticală
(notat în scară logaritmică pe
abscisă) valoarea deformării specifice după consolidare
(“Geotehnica”- Nicolae Boțu și
Vasile Mușat).
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 46
Figura 50. Curba de compresiune – tasare (preluare după
“Geotehnica”- Nicolae Boțu și
Vasile Mușat)
Pe curba de compresiune-tasare se poate calcula modulul
edometric, M:
unde: ∆σ este diferența între eforturile normale aplicate, iar
∆ε este deformația
specifică. În general, conform STAS 8942/1-89, modulul edometric
este calculat între 200 și
300 kPa și reprezintă un criteriu de clasificare al pământurilor
în funcție de compresibilitatea
lor.
Pentru a calcula coeficientul de compresibilitate, se trasează
curba de compresiune-
porozitate funcție de indicele porilor (e) și efortul de
compresiune (p), in scara normală sau
logaritmică.
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 47
Figura 51. Curba de compresiune – porozitate (preluare după
“Geotehnica”- Nicolae Boțu și
Vasile Mușat)
Coeficientul de compresibilitate, av se calculează conform
formulei:
,
unde : ∆e este variația indicelui porilor pentru o variație ∆p a
efortului normal.
Curba logaritmică servește, la calculul indicelui de
compresibilitate, CC, care
reprezintă panta ultimei porțiuni a curbei (liniară):
În funcție de valorile parametrilor de compresibilitate,
pământurile sunt clasificate
precum în tabelul de mai jos (dupa “Geotehnica”- Nicolae Boțu și
Vasile Mușat):
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 48
Tabelul 1. Clasificarea pământurilor funcție de parametrii de
compresibilitate
Clasificarea pământului Modulul de
deformație
edometric
M2-3 [kPa]
Tipuri de
pământuri
Indicele de
compresibilitate
av2-3
[1/kPa]
Practic incompresibil > 50000 Nisipuri
îndesate, argile
tari
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 49
Rezistența la compresiune triaxială
Testele triaxiale sunt cele mai frecvent folosite pentru
determinarea parametrilor de
vârf a forței de forfecare.
Încercarea de compresiune triaxială se realizează pe probe
cilindrice care sunt
prevazute pe partea laterală cu o membrană de cauciuc elastică.
Proba de pământ este supusă
la compresiune laterală (σ2 = σ3) constantă prin aplicarea sub
presiune a apei si la
compresiune verticală crescătoare prin intermediul platanului
superior acționat de o forță (P)
până la rupere.
Inițial, proba de pământ este supusă la acțiunea unui tensor
sferic (σ1 = σ2 = σ3) creat
de presiunea hidrostatică, urmată apoi de aplicarea deviatorului
∆σ1 prin intermediul
platanului superior. (“Fundații”- Anghel Stanciu, Irina
Lungu)
Solicitarea axială se mărește până când în probă apare un plan
de forfecare, iar proba
cedează. Rezistenţa probei de pământ la încercarea prin
compresiune triaxială se exprimă prin
starea de efort corespunzătoare ruperii.
Încercarea se realizează într-o celulă triaxială asemenea celei
din figura de mai jos.
Figura 52. Celulã triaxialã: 1- inel
dinamometric; 2 – microcomparator pentru
deformații verticale; 3 – probă; 4,5 – pietre
poroase; 6 – cameră de presiune laterală; 7 –
membrane de cauciuc; 8 – tuburi pentru
eliminarea apei din probă; 9 – platan superior;
10 – tijă de incărcare; 11 – conductă pentru
introducerea apei sub presiune; 12 – tub din
sticlă de presiune (“Fundații”- Anghel Stanciu,
Irina Lungu)
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 50
Rezultatele încercării sunt prezentate sub forma de diagrame
ε−σ. Fiecare încercare
dusă până la rupere este reprezentată sub forma unei curbe,
caracterizată de efortul lateral.
(“Mecanica rocilor pentru construcții” – Dan Stematiu)
Penetrometrie
Încercările penetrometrice au că scop determinarea rezistenței
pământului, a
capacității portante a terenului de fundare.
Penetrarea este de două feluri: penetrare statică și penetrare
dinamică.
Figura 53. Penetrometru (www.geofortehnic.ro)
Penetrarea statică se realizează cu ajutorul penetrometrului cu
con sau piezocon pentru
determinarea proprietăţilor de rezistenţă și de deformaţie a
pământurilor “in situ”.
Încercarea de penetrare dinamică (DP) reprezintă o determinare
în teren a rezistenței
unui pământ la penetrarea dinamică cu con.
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 51
Încercarea de penetrare dinamică DP poate fi împărțită în patru
categorii:
- încercare de penetrometrie dinamică usoară (P.D.U.)
- încercare de penetrare dinamică medie
- încercare de penetrare dinamică grea
- încercare de penetrare dinamică foarte grea
Rezultatele obţinute din teren prin penetrometrie sunt
prezentate sub formă de
diagrame și furnizează informaţii despre capacitatea portantă a
terenului de fundare, parametri
geotehnici (rezistența și deformabilitatea pământurilor) precum
și despre calitatea și
adâncimea straturilor geologice.
(după www.
studiu-geotehnic.ro/studii-geotehnice/penetrometrie)
Sisteme de drenaj
Apa are capacitatea de a se infiltra atât în corpul digurilor
cât și în fundațiile lor, cu
efecte subtile, care pot avea consecințe grave.
Există două modalități de contracarare a acestei acțiuni:
- prin scăderea cantității de apă care trece prin structura și
fundația digurilor;
- sistem de drenaj, canalizarea apei spre zone de intercepție,
unde efectele sale vor fi
mai puțin dăunătoare. Astfel de sisteme sunt:
- dren la piciorul digului;
Figura 54. Dren la piciorul digului
- saltea drenantă orizontale;
- dren vertical sau înclinat (drenuri cos - Chimney drains) și
orizontal
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 52
Figura 55. Dren vertical și dren înclinat
Aceste drenuri sunt din materiale permeabile, și trebuie să aibă
un coeficient de
permeabilitate de cel puțin între 10 și 100 de ori mai mare
decât media permeabilității
materialului din corpul digului. Distribuția granulometrică a
materialului din care este compus
drenul trebuie să fie astfel conceput încât să se evite
infiltrațiile profunde care subminează
treptat structura.
Scopul drenajului este de a crește stabilitatea digului, prin
reducerea presiunii apei din
pori în aval pentru a impiedica alunecarea taluzului , precum și
de a preveni eroziunea, prin
interceptarea infiltrațiilor și direcționarea acestora spre zone
care nu pun în pericol stabilitatea
digului.
Figura 56. Tipuri de drenaj: filtru drenant în pământ omogen, cu
ecran de etanșare și cu
membrane (figură preluată din
www.planete-tp.com/en/the-importance-of-drainage)
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 53
Permeabilitatea pământurilor
Toate tipurile de pământ prezintă o anumită porozitate. Deci,
ele conțin goluri fapt ce
le conferă o anumită permeabilitate. Totuși remarcăm că la
același indice de porozitate, cu cât
particulele sunt mai fine cu atât permeabilitatea scade.
(“Geotehnică” – Nicolae Boțu și
Vasile Mușat)
Permeabilitatea este proprietatea solului de a transporta apa
prin porii sau golurile sale,
reprezentând una din cele mai de interes proprietăți ale solului
în ingineria geotehnică.
În construcția unui dig, permeabilitatea pământurilor
constituente este foarte
importantă, de ea depinzând stabilitatea digului și a pantelor
acestuia.
H. Darcy, a studiat curgerea apei prin medii poroase, iar
rezultatele obținute au condus
la ecuația care îi poartă numele:
Q = k x i x A = vA, în care v = ki, unde v este viteza de
curgere a apei, k este
coeficientul de permeabilitate, care are dimensiuni de viteză,
iar i este gradientul hidraulic
(pierdere de sarcină pe unitatea de lungime).
Debitul Q, reprezintă fluxul de apă care trece în unitatea de
timp, printr-o secțiune
unitară.
Figura 57. Debitul printr-o secțiune unitară
Cu ajutorul legii lui Darcy, se stabilește:
- gradientul hidraulic (i= );
- coeficientul de permeabilitate k, care descrie cât de
permeabil este stratul .
Coeficientul de permeabilitate se stabilește fie în laborator,
fie în situ, fie prin formule
empirice :
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 54
- formula lui Terzaghi
Unde: d10 – diametru eficace (cm)
C – constanta cuprinsă între 100 și 150
- formula lui Casagrande
Unde: k0.85 – coeficientul de permeabilitate al nisipului,
pentru e=0.85
e – indicele porilor pentru pământul natural
Aceste formule sunt valabile mai ales pentru nisipurile uniforme
puțin compacte.
Pentru celelalte pământuri valorile care vor rezulta vor fi
destul de imprecise. (“Geotehnică” –
Nicolae Boțu și Vasile Mușat)
Tabelul 2. Caracteristicile de permeabilitate ale pământurilor
(dupa “Geotehnică” – Nicolae
Boțu și Vasile Mușat)
Tipuri de
pământuri
Pietrișșșș Nissssip Praf Argilă
Coeficient de
permeabilitate
(m/s)
10-2
10-4
10-6
10-8
Viteza de filtrare
(m/s)
5x10-4 5x10-8 5x10-8 5x10-11
Legea lui Darcy se aplică atunci când apa este la o temperatură
normală, când curgerea
este laminară, iar pământul este omogen și izotrop și are o
valabilitate cuprinsă între două
limite: limita superioară (pentru argile) și limita inferioară
(pentru anrocamente și pietriș).
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 55
Figura 58. Reprezentări grafice ale legii lui Darcy (dupa
“Geotehnică” – Nicolae Boțu și
Vasile Mușat)
Analizând curba de variație v=f(i) pentru nisipuri, se constată
că scurgerea apei se
menține laminară până la o limită a gradientului hidraulic Is,
care limitează domeniul de
valabilitate a legii lui Darcy, după care curgerea începe a fi
turbulentă pentru care legea își
pierde valabilitatea.
În cazul argilelor, se constată că până la o valoare limită a
gradientului hidraulic,
denumit gradient inițial (i0), argilele sunt impermeabile
(viteza de curgere este nulă). În
intervalul i0-ii , corespunde zonei în care se aplică legea lui
Darcy modificată: v=k1 x (i-i0).
Intervalul următor, ii-is, variația curgerii devine liniară,
pentru care se aplică legea lui
Darcy: v=k2 x i. Peste valoarea lui is, care reprezintă
gradientul hidraulic critic graficul devine
curb, pentru care legea nu mai este valabilă.
Gradientul hidraulic critic reprezintă valoarea de frontieră
dintre curgerea în regim
laminar și cea în regim turbulent. Acesta se calculează cu
relația:
Unde: - vâscozitatea cinematică a apei
k – coeficient de permeabilitate
d10 – diametru eficace
n – porozitatea
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 56
Limita superioară a legii lui Darcy, corespunde unui număr
Reynolds care ia valori de
la 1 la 10, apoi își pierde valabilitatea datorită forțelor de
inerție.
Numărul lui Reynolds se calculează cu formula:
Unde: - viteza fictivă a apei
D – diametrul mediu al granulelor solide (D = d10)
- vâscozitatea cinematică a apei
Deoarece =0.01 cm2/s pentru apa la 20˚ s-a constatat că
utilizând formula lui
Terzaghi și legea lui Darcy, rezultă pentru numărul lui
Reynolds, următoarea formulă:
Aceasta implică faptul că scurgerea va rămâne laminară
pentru:
- d10 = 1cm → i
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 57
- eroziune internă în corpul sau fundația digului produsă de
infiltrații (cu efect de
antrenare hidrodinamică);
- eroziune externă a corpului digului produsă de deversarea
peste coronament
- instabilitatea corpului digului, a terenului de fundare
datorită creșterii presiunii
hidrostatice, a subpresiunilor sau a presiunii apei din pori
Figura 59. Mecanismele de cedare a digurilor (conform Normativ
nr. 131/2011)
3.2.1. Stabilitatea la antrenare hidrodinamică a digurilor
Prin antrenare hidrodinamică, sau sufozie mecanică, se înțelege
procesul de
dezagregare a structurii pământului în particule
componente,antrenarea și deplasarea acestora
sub acțiunea unui curent de infiltrație, respectiv a unei forțe
hidrodinamice. (“Fundatii” – A.
Stanciu și I. Lungu)
Mișcarea apei prin particulele scheletului mineral determină o
antrenare a particulelor,
acționând cu o forță numită forță hidrodinamică (Fw), care este
egală și de sens opus cu forța
cu care scheletul mineral acționează asupra apei (-Fw).
Fenomenul de antrenare hidrodinamică se manifestă sub mai multe
forme: eroziune
internă, sufozie, refulare hidrodinamică, rupere hidraulică.
Eroziunea internă, este fenomenul cel mai des întâlnit la
digurile de apărare care apare
atât în corpul cât și în fundația acestora.
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 58
Eroziunea internă se produce datorită apei care se infiltrează
prin căi preferențiale ,
antrenând și transportând particulele, de cele mai multe ori în
afara digului, creând astfel o
breșă și având ca rezultat final cedarea digului.
Figura 60. A-Fenomenul de eroziune internă. B- Fenomenul de
sufozie (conform Normativ nr.
131/2011)
Fenomenul de eroziune internă se deosebește de cel de sufozie
prin vitezele de
curgere, în primul caz antrenarea particulelor este mai rapidă
decât în cazul sufoziei,
eroziunea internă fiind de cele mai multe ori principal cauza în
ruperea digurilor.
Când nivelul apei în amonte de dig crește (H), crește și
gradientul hidraulic (H/L) care
accelerează antrenarea particulelor.
Figura 61. Curba de infiltrație în dig (conform Normativ nr.
131/2011)
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 59
Gradient critic de eroziune și antrenare hidrodinamică:
Acțiunea hidrodinamică a apei asupra unui volum unitar de pământ
se exprimă din
punct de vedere cantitativ printr-o forță hidrodinamică
specifică care poate fi
descompusă într-o forță de antrenare hidrodinamică pe direcția
gradientului hidraulic (tangent
la linia curentului), de intensitate și respectiv într-o forță
arhimedică
dirijată vertical pe direcția vectorului de axa OZ, de
intensitate . Forța totală de
antrenare hidrodinamică va fi (“Geotehnică” – Nicolae Boțu și
Vasile Mușat):
Unde: - greutatea volumică a apei
igr – gradientul hidraulic
Figura 62. Forțele ce se exercită asupra unui voulum unitar de
pământ acționat de un curent
plan de infiltrație (“Geotehnică” – Nicolae Boțu și Vasile
Mușat)
Când forța de antrenare hidrodinamică care acționează asupra
unui volum de pământ
este mai mare decât greutatea unui corp așezat pe suprafața
pământului, atunci acesta își
pierde stabilitatea, gradientul hidraulic variază (∆H 0).
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 60
Figura 63. Forța de greutate și forța hidrodinamică care
acționează asupra unui masiv de
pământ
Când forța hidrodinamică este în același sens cu forța de
greutate, stabilitatea
masivului de pământ crește. Condiția de stabilitate este
îndeplinită atunci când gradientul
hidraulic este nul.
În momentul când forța hidrodinamică ajunge la aceași valoare cu
forța de greutate, se
realizează condiția de echilibru limită, pentru care gradientul
hidraulic vertical primește
valoarea de gradient hidraulic vertical critic:
Unde, - greutatea volumică a fazei solide
Gradientul hidraulic critic depinde de doi factori:de gradul de
neuniformitate al
pământurilor și de forma particulelor. Așadar, dacă pământul
este mai uniform, atunci
gradientul hidraulic este mai mic.
În cazul în care valorile gradientului hidraulic cresc continuu,
atunci se produce
fenomenul de antrenare hidrodinamică evolutivă. În funcție de
intensitatea gradientului
hidraulic, se produc trei fenomene: sufozie,eroziune internă și
refulare.
Sufozia, reprezintă începutul fenomenului de antrenare
hidrodinamică, și se
caracterizează prin dislocarea particulelor din scheletul
mineral, antrenând și transportând
particulele cu cele mai mici dimensiuni în afara masivului de
pământ, fără a avea efect asupra
stabilității structurii. În acest proces, permeabilitatea
masivului de pământ crește, ceea ce
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 61
determină o creștere a vitezei curentului de apă. Acest lucru,
duce și la antrenarea particulelor
mai mari, fenomen care se extinde până în interiorul corpului
digului, și care poartă numele
de eroziune internă. Datorită acestui fenomen, precum și a
excavațiilor care se realizează în
apropierea lucrărilor de îndiguire, stratul impermeabil se
subțiază, iar apa care circulă prin
scheletul mineral când întâlnește un strat impermeabil mai
subțire sau spații intergranulare
mai mici, creează în spatele acestora o presiune, care în timp
crește, având ca rezultat
spargerea acestor straturi/spații și expulzarea apei împreună cu
materialul antrenat, în afara
masivului de pământ. Acest fenomen poartă numele de rupere
hidraulică.
Figura 64. Fenomenul de sufozie (“Internal erosion of dams and
their foundation” –
R. Fell și Jean Jacque Fry)
Figura 65. Ruperea hidraulică
Dacă viteza curentului de apă continuă să crească (în cazul
nisipurilor), particulele trec
în stare de suspensie, terenul își pierde capacitatea portantă,
iar nisipul intră în stare de
lichefiere, fenomen numit refulare hidrodinamică.
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 62
3.2.2. Stabilitatea la alunecare a digurilor
Înclinările prea abrupte, periclitează stabilitatea digului și,
dimpotrivă, pante prea line
conduc la o soluție neeconomică. Lipsa sistemelor de drenaj
eficiente în corpul digurilor
poate conduce la saturarea prismului aval, dezvoltându-se
alunecări succesive care în final
conduc la ruperea digului. Datorită infiltrațiilor, atunci când
permeabilitatea umpluturilor este
mai redusă decât a terenului de fundare, pot apare mecanisme de
cedare prin dezvoltarea unor
subpresiuni mari în zona piciorului aval. (Stematiu D., Ionescu
S., Abdulamit A. – “Siguranța
Barajelor și Managementul Riscului”)
Instabilitatea digurilor se poate manifesta pe ambele paramente
(aval și amonte) din
diferite cauze: caracteristici geomecanice slabe, rosturi
inter-strate prost tratate, zone cu
compactare slabă. Toate aceste puncte sensibile atât ale
corpului digurilor cât și fundațiile lor,
reprezintă zone cu potențial ridicat de infiltrație a apei care
conduce în timp la eroziune
internă și în final la cedarea digului de apărare.
Din inspecția vizuală, crăpăturile, tasările locale sau
alunecările incipiente, furnizează
informații despre vulnerabilitatea construcției, fiind indici
ale unei viitoare cedări.
Unul din fenomenele cel mai des întâlnite la digurile cu
înălțimi moderate, îl
reprezintă deversarea peste coronament (eroziunea externă), care
apare la piciorul aval și se
dezvoltă până la formarea breșei. Eroziunea externă depinde de
caracteristicile materialului
din care este alcătuit corpul digului: procesul de eroziune este
rapid când digul este alcătuit
din materiale necoezive, și mai lent când este alcătuit din
materiale coezive
.
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 63
Figura 66. Instabilitatea taluzelor
(www.riverpartners.org/levee-failure)
Stabilitatea la alunecare a taluzurilor digurilor se verifică
de-a lungul unor suprafețe
cilindrice circulare cu ajutorul relației:
Unde: k- reprezintă coeficientul de stabilitate la
alunecare;
Mst - este momentul forțelor de stabilitate în raport cu centrul
cercului de stabilitate;
Mal – este momentul forțelor care tind să producă alunecarea, în
raport cu centrul
cercului de alunecare;
Împărțind volumul de pământ într-un număr de „n” fâșii egale,
iar forțele de împingere
laterală care acționează pe o fâșie, sunt egale și se anulează
reciproc, atunci coeficinetul de
stabilitate la alunecare are următoarea formulă:
Unde: Ni – reprezintă componenta normală a greutății proprii a
fașiei „i”
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 64
Ti – reprezintă componenta tangențială a greutății proprii a
fașiei „i”
φi - unghiul de frecare al fâșiei „i” la nivelul cercului de
alunecare
Li - lungimea arcului de cerc al fașiei „i”
ci - coeziunea corespunzătoare fâșiei „i” la nivelul cercului de
alunecare.
Stabilitatea taluzului sub acțiunea hidrodinamică a apei de
infiltrație, se poate calcula
mărind greutatea fâșiei cu greutatea apei din pori și apoi
micșorând componenta normală Ni
cu valoarea forței de subpresiune hidrodinamică care acționează
ca forță de alunecare.
Dacă se consideră subpresiunea (Pai) egală cu γ x hai , unde hai
reprezintă înălțimea
cuprinsă între curba de alunecare și curba de infiltrație în
dreptul fâșiei considerate, se poate
scrie coeficientul de siguranță astfel:
Pentru a se asigura stabilitatea taluzului, coeficientul de
siguranță are valoarea minimă
corespunzătoare cercului critic de alunecare.
Pentru calculul stabilității pantelor taluzelor se poate utiliza
și metoda lui Maslov,
pentru care este necesară cunoașterea valorilor de calcul ale
parametrilor rezistenței la
forfecare ϕ și c, corespunzători pământului din corpul
digului.
4. Procedee de evaluare a siguranțțțței digurilor de apărare
împotriva
inundațțțțiilor bazate pe modelarea comportării digurilor supuse
apelor
mari. Studiiu de caz I.
4.1. Date generale
Noțiunea de siguranță a digului este speranța ca acesta să
reziste din punct de vedere
tehnic, să nu cedeze la acțiunea apei.
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 65
Pe durata exploatării unui dig de apărare definim siguranța
asociată a acestuia ca fiind
speranța ca digul să reziste acțiunii apei conform
previziunilor, adică să nu se producă
cedarea acestuia, îndeplinind reglementările în vigoare.
Evaluarea stării de siguranță a digului constă în verificări
tehnice periodice privind:
înălțimea și lungimea digului, alcătuirea corpului acestuia,
sistemele de protecție a
paramentului amonte, sistemele de drenaj, natura terenlui de
fundare, sistemele de etanșare,
distanța dig – mal și evoluția în timp a albiei, informațiile
privind tasările la coronament,
vegetația pe paramente, ravenările și alunecările locale,
existența craterelor de sufozie la
piciorul aval, existența galeriilor de rozătoare, circulația pe
dig.
Evaluarea siguranţei digurilor de apărare împotriva inundaţiilor
cuprinde două etape:
etapa I (preliminară) și etapa II (finală). În etapa
preliminară, sunt centralizate informațiile
privind starea tehnică a digului precum și condițiile de
exploatare, implementându-se un
program de investigații și studii suplimentare.
În etapa finală, pe baza informațiilor obținute din prima etapă,
se propun măsuri și
lucrări constructive, care sunt necesare pentru a aduce digul la
parametrii corespunzători
reglementărilor în vigoare, pentru a îndeplini gradul de
siguranță în exploatare.
În funcţie de valoarea indicelui de siguranţă, riscul asociat
digului poate fi inacceptabil
(necesitând refacerea sau consolidarea digului, intervenind
asupra acelor aspecte care crează
potenţial de cedare), mare (necesitând măsuri de remediere),
semnificativ, dar tolerabil şi
acceptabil. (Normativ nr. 131/2011 - “Evaluarea stării de
siguranță a digurilor de apărare
împotriva inundațiilor”)
Riscul asociat unui dig este o măsură a probabilităţii şi a
severităţii unor efecte adverse
asupra vieţilor omeneşti, a sănătăţii comunităţilor, a
proprietăţilor şi a mediului, provocate de
cedarea digului.
Analiza riscului asociat unui dig constă în identificarea
surselor de risc şi a posibilităţii
ca acestea să conducă la cedare (scenariile şi mecanisnele prin
care digul poate ceda).
Stabilirea indicelui de siguranţă se face pentru linii de
apărare, atunci când structura şi
starea digului este asemănătoare pe întreaga linie, sau pentru
tronsoane ale unei linii de
apărare atunci când acestea sunt omogene din punctul de vedere
al structurii şi stării digului.
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 66
Pentru stabilirea indicelui de siguranţă şi evaluarea riscului
sunt necesare cunoașterea
datelor privind caracteristicile digului, date din inspecția
tehnică a digului, precum și date
privin incidentele anterioare și intervențiile constructive.
Sunt necesare de asemenea
efectuarea de calcule hidraulice pentru zonele susceptibile de
inundație în cazul ruperii
digurilor.
Pentru o bună evaluare a digurilor din punct de vedere al
siguranței, este necesar a încadra
digurile în categorii de importanță, este important să cunoaștem
incidentele anterioare,
intervențiile constructive care au avut loc pe perioada
exploatării, precum și evaluarea
pagubelor în eventualitatea cedării digului și inundării
incintei apărate. Acestor categorii, li se
atribuie punctaje, care însumate, conduc la o valoare numerică
ce reprezintă indicele de
siguranță, conform tabelului de mai jos :
Tabel 3. Evaluarea riscului funcție de indicele de risc (conform
Normativ nr. 131/2011)
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 67
Starea digului se referă la acele caracteristici care pot
potenţa un anumit mecanism de
cedare (conform Normativului nr. 131/2011 privind “Evaluarea
stării de siguranță a digurilor
de apărare împotriva inundațiilor”):
- tasările coronamentului pot conduce la deversarea locală a
digului, declanşând o
cedare prin eroziune externă;
- vegetaţia excesivă pe taluze, cu rădăcini adânci şi galeriile
de rozătoare pot forma căi
preferenţiale de infiltraţie când digul este pus sub sarcină
declanşând o cedare prin eroziune
internă;
- craterele de sufozie din aval de dig sunt consecinţa unor
antrenări de material din
fundaţie pe căi preferenţiale putând declanşa o cedare prin
eroziune internă în terenul de
fundare;
- ravenările şi alunecările locale sunt consecinţa unor taluze
local instabile şi pot
conduce la o cedare prin alunecare a corpului digului atunci
când este pus sub sarcină
maximă;
- circulaţia pe dig poate crea tasări locale, iniţiatoare ale
unor deversări locale şi poate
forma, de asemenrea, prin compactare, bariere mai puţin
permeabile în corpul digului,
ridicând curba de depresie şi periclitând stabilitatea taluzului
exterior al digului.
Incidentele anterioare şi intervenţii constructive impuse de
acestea sunt un indicator al
vulnerabilităţii digului.
Pagubele şi efectele sociale şi de mediu produse în cazul
ruperii digului constitue,
împreună cu probabilitatea de cedare, o măsură a mărimii
riscului. (conform Normativului nr.
131/2011 privind “Evaluarea stării de siguranță a digurilor de
apărare împotriva inundațiilor”)
Prin inspecția tehnică, se urmărește comportamentul digurilor în
perioada de
exploatare, înainte de creșterea nivelului apei , în timpul și
după trecerea apelor mari.
Principalele aspecte ale digurilor care se urmăresc prin
inspecția tehnică sunt:
degradările taluzelor, tasările (denivelările) la coronamente,
umectări ale taluzelor, galerii de
infiltrații produse de rozătoare, alunecări locale ale
taluzelor,crăpături, ravenări create de
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 68
precipitații care constituie căi preferențiale pentru
infiltrații, prezența grifoanelor, eroziuni ale
zonei dig-mal, zone de exfiltrație vizibile pe taluz, etc
Tabel 4. Obiectivele inspectate și relația cu mecanismele de
cedare potențiale
(conform Normativului nr. 131/2011 privind “Evaluarea stării de
siguranță a digurilor de
apărare împotriva inundațiilor”):
Mecanismul de cedare potenţială
Obiective de inspectat
Inspecţia vizuală post - viitură
Taluzul exterior
Coronament Taluzul interior
Eroziune externă prin deversare
Profilul longitudinal al digului
Cota superioară a apei în perioada viiturii
Deferlări
Garda
-
Urme pe taluz lăsate de apă, plutitori etc.
Distrugeri ale protecţiei anti – val
Tasări ale coronamentului
Locaţii şi semne ale deversării, date de plutitorii rămaşi,
iarbă culcată etc.
Zone afectate, starea coronamentului, spălarea protecţiei
Urme ale apei ce a depăşit local coronamentul
-
Eroziuni superficiale, vegetaţie culcată etc.
-
-
Eroziunea taluzului exterior,
Efectul curgerii în lungul
Starea taluzului, benzi de
Crăpături, urme de eroziune la
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 69
afuieri, instabilităţi
digului
Protecţia taluzului exterior
eroziune, deformaţii, instabilităţi locale
Crăpături, subspălări, dislocări
limita amonte
-
-
-
Eroziune internă
Urme de sufozie
Urme/galerii de rozătoare
Cratere, depreșiuni marcante
-
-
Muşuroaie
Vulcani de nisip, izvorâri, „fierbere a apei”
Intrări în galerii protejate de vegetaţie, prelingeri de apă din
orificii locale etc.
Principalele cauze de producere a riscului de cedare a unui dig,
sunt:
- deversarea peste coronament;
- eroziunea externă;
- eroziunea internă;
- alunecarea terenului.
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 70
4.2. Metode probabilistice de evaluare a siguranțțțței
digurilor.
Studiu de caz I
4.2.1. Abordarea probabilistă a digurilor de apărare
împotriva
inundațțțțiilor, fundate pe terenuri dificile
Abordarea probabilistă a siguranței digurilor constiuie o
modalitate de analiză a
evaluării riscului care, atunci când un eveniment nefericit se
produce, riscul se poate calcula
ca produsul dintre probabilitatea de apariție a evenimentlui și
mărimea consecințelor.
In metoda probabilistă de abordare a siguranţei se definesc
parametrii : solicitare (S) și
rezistență (R) ca funcții de distribuție FS(x) și FR(x) și
derivatele acestora fS(x) și fR(x).
Figura 67. Evaluarea probabilității de cedare utilizând modelul
Steletki (după “ Siguranța
barajelor și managementul riscului” – Stematiu D., Ionescu S.,
Abdulamit A.)
Probabilitatea de cedare este dată de probabilitatea ca valorile
minime extreme
întâmplătoare ale rezistențelor să fie mai mici decât valorile
minime extreme întâmplătoare
ale solicitărilor. Probabilitatea de cedare reprezintă o măsură
cantitativă a siguranței și
permite în principiu realizarea unui echilibru între siguranță
și economicitate, pe baza unui
criteriu adecvat, care conduce la cheltuieli sociale minime
pentru orice grupare autonomă
financiar, pe o durată mare de timp. (“Siguranța barajelor și
managementul riscului” –
Stematiu D., Ionescu S., Abdulamit A.)
Probabilitatea de cedare este probabilitatea ca într-un interval
de timp dat să se
producă într-un anume mod o cedare a digului.
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 71
Probabilitatea de cedare globală (totală) reprezintă suma
probabilistică a
probabilităţilor de cedare pe moduri de cedare particulare.
Probabilitatea de apariție a unor evenimente rare („r”) cedări,
într-un interval de timp
dat, este:
,
cu indicatorii de localizare (media) și dispersia, .
S-a folosit ca studiu de caz digul de apărare împotriva
inundațiilor al incintei de la
Ciulineţ- Isaccea. Digul a suferit două prăbușiri în fundație,
în două locații pe lungimi de cca.
180 m, respectiv 90 m.
Figura 68
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 72
Figura 69
Figura 68, 69. Prabușirea în fundație a digului (Expertiză
tehnică - “Consolidarea digului și închiderea breșei în localitatea
Isaccea, Județul Tulcea”)
În zonele afectate, digul nu mai poate asigura protecția
incintei împotriva inundațiilor.
Digul de apărare face parte din fosta “Amenajarea piscicolă
Piatra Călcată”. Digul
începe de la drumul asfaltat ce leagă oraşul Isaccea de portul
fluvial Isaccea şi se întinde pe
malul Dunării, la cca. 200 m de linia malului, spre amonte, până
la digul de compartimentare
ce desparte incinta piscicolă “Piatra Călcată” de incinta „23
August – Ciulineţ”. Traseul
digului este limitat între milele 59 şi 55 – mal drept Dunăre .
(Expertiza tehnică -
“Consolidarea digului și închiderea breșei în localitatea
Isaccea, Județul Tulcea” )
-
Evaluarea siguranței digurilor de apărare împotriva inundațiilor
Pagina 73
Figura 70. Aspecte din zona incidentului. Groapa de împrumut
(Expertiză tehnică - “Consolidarea
digului și închiderea breșei în localitatea Isaccea, Județul
Tulcea”)
Digul a fost construit cu rolul de apărare împotriva
inundațiilor a localităților Isaccea,
Revărsarea şi Rachelu, a amenajării piscicole şi a terenurilor
agricole fiind proiectat pentru
asigurarea de calcul de 5% și de verificare de 1%. Conform STAS
4273/83, digul se
încadrează în clasa IV de siguranță.
Principalele caracteristici tehnice ale digului sunt:
- lungimea: 7500 m;
- lăţimea coronamentului: 4,0 – 5,0 m;
- înclinarea taluzelor: aval – 1:3/1:4, amonte – 1:2/1:4;
- înălţimea medie: 3,75 m;
- cota minimă a coronamentului: 5,23 mdM (Marea Neagră);
- cota maximă: 7,64 mdM;
- cota mi