Evaluarea Riscului de Afuiere a Infrastructurii

7/25/2019 Evaluarea Riscului de Afuiere a Infrastructurii

1/16

International Seminar on Managing Operational Risk on RoadsIai, Romnia, Nov 5-7, 2009

2.8.Evaluarea riscului de afuiere a infrastructuriipodurilor de osea

Cristian Blejeru1, Constantin Ionescu21Phd, Gh. Asachi Technical University of Iasi, Iasi, 700050, Romania2Professor,Department of Structural Mechanics, Gh. Asachi Technical University of Iasi, Iasi,

Summary

Lucrarea de fa analizeaz fenomenul de afuiere al infrastructurii podurilor de

osea din punctul de vedere al cauzelor care declaneaz i ntrein acest fenomen,coroborate cu efectele ce se manifesta la nivelul structurii de rezisten a podului.

Lucrarea propune n acelai timp o metod de evaluare a riscului de afuiere ainfrastructurii podurilor de osea, pentru a facilita stabilirea momentului optim allucrrilor intervenie, in vederea prelungirii vieii structurii.

KEYWORDS: afuiere, afuiere local, afuiere general, infrastructur, pil, culee,suprastructur, albie minor, albie major, curs de ap.

1. INTRODUCERE

1.1.

Consideraii asupra modificrii regimului cursului de ap

Apele curgtoare, mai ales cele care au paturile i malurile formate din materialnecoeziv, se comport ca sisteme dinamice traseul lor n plan, profilullongitudinal i cel transversal se pot modifica pe parcursul duratei de via a

podului [1].

Cauza acestor modificri o constituie micarea aluviunilor. Acestea sunt particulesolide care se desprind din patul albiei sub aciunea apei i sunt antrenate decurenii cursului de ap. n albiile rurilor se disting urmtoarele fenomene:

eroziunea datorat dezagregrii solului sub aciunea apei sau a altor ageni; transportul aluviunilor de ap; depunerea sau sedimentarea aluviunilor transportate n zona podului;

Zonelor de munte i de deal le este caracteristic o eroziune mai puternic, cuparticule mai mai mari, iar zonelor de cmpie le este caracteristic sedimentareaaluviunilor, care sunt mai fine datorit uzurii acestora pe parcursul transportului.

Regimul de curgere liber al apelor este influenat pe de o parte de modificarilegeomorfologice ce au loc n timp, dar i de interveniile omului asupra albiei.


2/16

2 C. Blejeru, C. Ionescu

Modificrile naturale ale cursului de ap se pot produce lent i cu o evoluieprevizibil, n cazul schimbrii traseului acestora, sau intr-un interval scurt de timp,ca n cazul inundaiilor.

Pe lng modificrile naturale ale cursului de ap pot s apar i modificridatorate interveniei directe sau indirecte a omului asupra albiei, ca de exemplu:

amplasarea incorect a plantaiilor n zona albiei;

Foto 1. Pod pe DJ207C, km 6+075,peste rul Siret, localitatea Ion Creang, jud. Neam

construcia barajelor i lacurilor de acumulare n zona podului;

Foto 2. Pod pe E85, peste rul Bistria, localitatea erbneti, jud. Bacu.


3/16

International Seminar on Managing Operational Risk on RoadsIai, Romnia, Nov 5-7, 2009 3

exploatarea necorespunztoare a produselor de balastier i amplasareaincorect a acestora n raport cu amplasamentul podurilor;

Foto 3. Exploatarea produselor de balastier

realizarea unor poduri sau amenajri de albii (aprri de maluri, lucrri dedirijare, praguri de fund).

Toate aceste intervenii modific regimul natural de curgere a rurilor, afectndcapacitatea acestora de a transporta i depune materialul solid. Efectele, cu impactasupra stabilitii i exploatrii normale a podului, se materializeaz n eroziunea

patului albiei i a malurilor, modificarea traseului n plan al albiei, modificareaseciunii de scurgere a apelor n zona podului.

n cadrul activitilor de ntreinere, consolidare, reabilitare a podurilor nexploatare, apare frecvent necesitatea efecturii unor intervenii locale asupra

patului albiei sau a malurilor n vederea proteciei podurilor. Soluiile optime deintervenie i momentul optim al interveniei nu se pot stabili far cunoaterea

tipului albiei, a materialelor care alctuiesc patul albiei i malurile, a sensuluicurentului principal i a altor date care permit evaluarea stabilitii cursului de api a riscului de afuiere a infrastructurilor podurilor.

n funcie de forma geometric a albiei rului n zona podului pot fi ntlniteurmtoarele situaii [2]:

poduri peste cursuri de ap avnd numai albie minor (fig. 1.a), sau numaialbie major, sunt caracteristice cursului superior al rului, vilor adnci nform de chei, sau vilor cu profil transversal n form de V;

poduri peste cursuri de ap care au att albie minor, ct i una sau maimulte albii majore (fig. 1.b), sunt cele mai frecvent ntlnite pe cursul mediual rurilor. Cnd exist mai multe alibi majore (fig. 1.c), acestea sunt


4/16


limitate de terase al cror nivel este atins de ctre ape la debite cu probabilitide depire din ce n ce mai reduse.

poduri peste cursuri de ap cu albie minor multipl (fig. 1.d);

Qmax

Qmed

a)

Qmed

Qmax

b)

Qmed

Qmax

c)

Qmed

Qmax

d)

Fig.1. Forme tipice de seciuni transversale prin albie

a)fr albie major; b) cu albie minor i albie major; c) cu mai multe albii majoredelimitate de terase; d) cu albie minor multipl;

Clasificarea cursului de ap se face dup urmtoarele criterii: dup regimul de curgere al rului ;

dup forma geometric a albiei (traseu n plan); dup materialele pe care le transport ;

Dup regimul de curgere al ruluise disting: ruri de munte cu regim torenial, care au vitezele de curgere v > 3m/sec i

care transport material aluvionar cu diametre mari, d > 50mm; ruri de deal, cu viteze de scurgere de 1,5 3 m/sec, care transport material

aluvionar cu diametrul d = 10 50 mm; ruri de cmpie, cu viteze de scurgere v < 1,5m/sec, care transport material

aluvionar cu diametrul d < 10mm;


5/16


In functie de traseul n plan al albiei acestapoate fi (fig. 2):meandrat; rectiliniu;

mpletit;

a) meandrata b) rectilinie c) impletita

Fig. 2. Tipuri de albie.

1.2.

Afuierea infrastructurilor podurilor

Afuierile sunt aciuni de erodare a albieiprovocate decreterea vitezei de curgerea apelor. Afuierile, (fig.3), se clasific n:

afuieri generale; afuieri locale;

Afuierile generale apar n toate seciunile albiei n care viteza medie a apeidepete viteza de antrenare a depunerilor de pe patul rului. Ele sunt agravate de

strangularea cursului de ap rezultat la executarea podurilor i podeelor. Funciede sistemul de fundare adoptat afuierile generale pot prezenta un grad depericulozitate mai mare sau mai mic asupra stabilitii infrastructurilor podurilor.Astfel, dac cotele de fundare ale infrastructurilor sunt la adncime mare, iarfundaiile sunt ncastrate n straturile rezistente(neafuiabile), splarea uniform aalbiei pe o anumit adncime nu este periculoas i va nceta odat cu formarea ntimp a unei seciuni suficiente de scurgere a apei.

Cnd ns infrastructurile sunt fundate pe piloi sau la adncimi mici, trebuie luatemasuri de prevenire a afuierilor generale, protejndu-se fundul albiei n jurul

infrastructurilor cu anrocamente sau saltele de gabioane.


6/16


Afuierile locale se manifest n apropierea infrastructurilor i pericliteazstabilitatea acestora.

Afuiere generalaAfuiere locala

Pat initial albie

Fig. 3. Afuierea general i local

1.3.

Efectele afuierilor asupra structurii podurilor

Afuierile locale reduc suprafaa de rezemare a fundaiei infrastructurii, crescpresiunile pe teren n zona de contact i pot determina atat deplasarea pe vertical,provenit din tasarea terenului, cat si deplasarea unghiulara infrastructurii.

La o structur cu o singur deschidere rotirea infrastructurilor, datorit afuieriilocale sau erodrii betonului din fundaie, se poate produce la una din culei sau laambele culei. n amndou cazuri rotirea este limitat de prezena tablierului.

Rotirea culeii din dreptul reazemului mobil, la structura cu o singur deschidere(Fig.4.) are ca efect:

deformarea puternic a aparatelor de reazem mobile din neopren (sau penduli)

i blocarea acestora; nchiderea rostului de dilataie; fisurarea zidului de gard al culeei, banchetei cuzineilor, zonei de reazem a

grinzii;

Rotirea ambelor culee poate avea ca efect modificarea schemei statice a grinzilorprincipale, din grinzi simplu rezemate n grinzi dublu articulate.


7/16


Culee

Tasare inegalaDegradare beton fundatieAfuiere

Reazem fix

TablierRotire impiedicata detablier

Reazem mobil

Culee

Zid de garda

Fisura

Culee

Rost de dilatatie inchis

Fisura

Reazem mobildin neoprenfoarte deformat

Zid de garda

Fisuri

Culee

Rost de dilatatie inchis

Fisura

Pendul rotit

Fig. 4. Deplasarea culeei limitat de tablier.

Zona cea mai predispus la afuieri locale, n cazul culeelor, o constituie zona dindreptul muchiei amonte a acesteia (Fig. 5).

sensdecurgere

Afuierile celemai adanci

Afuierile celemai adanci

Fig. 5. Afuierea local a culeelor


8/16


n cazul pilelor afuierea local a acestora este influenat de urmtorii factori[2]: limea pilei (fig.6); forma avanbecului (fig.6);

unghiul de nclinare al pilei n raport cu directia curentului de ap (fig.6); viteza i adncimea curentului de ap;materialul din patul albiei; acumulrile de flotani n dreptul pilelor (fig.7);

Forma pileiin sectiune transversala

Kf

b

b/2 b

c

c

b b

c

b

1.00

1.00

0.85

1.25

0 15 30 45 60 75 90

1

2

3

4

5

6

7

cb

Fig. 6. Influena formei pilei i a nclinrii acesteia n raport cu direcia curentului apei

sensdecurgerecurentdeapa

afuieri Flotanti

sensdecurgerecurentdeapa

Pila

Pila

afuieri Flotanti

depunerisedimente

depunerisedimente

Fig. 7. Afuieri i depuneri de sedimente la pilele oblice. Afuieri amplificate de acumulareaflotanilor


9/16


Foto.4 Pod pe DC160, km 0+300, peste rul Tazlu, n comuna Brtila; Efectele afuieriipilei P2 i ale culeei C2.

Amplasarea oblic fa de curent a unei pile determin afuierea local a

avanbecului i a feei pilei expuse curentului i depunerea de material aluvionar laarierbec i pe faa neexpus(Fig.7). Acumularea de flotani la avanbec (Fig.7)micoreaz seciunea de scurgere a apelor mari, astfel nct afuierea pilelor estemai pronunat, cu efect sporit la podurile cu deschideri mici.

2. EVALUAREA RISCULUI DE AFUIERE AINFRASTRUCTURII PODURILOR DE OSEA

Prin aceast lucrare se propune elaborarea unei tehnologii de urmrire n timp aafuierilor infrastructurilor de poduri n special a afuierilor locale care pericliteazstabilitatea infrastructurilor podurilor.

Investigaiile pe teren se vor desfura n dou direcii: Investigaii la nivelul structurilor podurilor stabilirea sistemului de

fundare, determinarea adncimii de fundare, integritatea betonului din fundaii(fig.8).

Investigaii la nivelul albiei cursului de ap determinarea ct mai exact a

seciunii de curgere a apei n dreptul infrastructurilor, determinarea vitezeiapei n diferite puncte pe sectiunea transversala pentru identificarea curentului


10/16


principal, relevarea fundului albiei n jurul infrastructurilor pentru a stabilizonele efectate de afuieri (fig.8).

N.A.

Elevatie pila

Fundatie

Suprastructura

H

H

H incastrare

f

afuiere

Suprastructura

Zid intors

Elevatie culee

Fundatie

Hf

N.A.

Hafuiere

H incastrare

N.A.

h

h

Fig. 8 Investigaii pe teren

Pe baza acestor investigaii se urmrete crearea unei baze de date care sa permitntocmirea unui raport asupra evoluiei nivelului afuierilor ntr-un anumit intervalde timp i evaluarea impactului acestora asupra stabilitii infarstructurilor.

n vederea analizei i interpretrii ct mai corecte a datelor i informaiiloracumulate sunt necesare studii complementare cum ar fi:

studii geotehnice n amplasamentul podului care s furnizeze informaii cuprivire la alctuitea patului albiei cursului de ap;

studii topografice ale amplasamentului podului punndu-se accentul peridicarea topo a albiei majore;

fotografii aeriene care s permit identificarea obstacolelor din albie, avegetaiei din albia major astfel nct sa se poat aprecia evoluia traseului nplan a cursului de ap;

2.1 Investigaii la nivelul structurii podurilor

Determinarea adncimii de fundare prin metoda Rspunsului Dinamic Tranzitoriu(TDR Transient Dynamic Response)

Metoda TDR de ncercare a elemntelor de fundaie este capabil s analizeze

anomaliile acustice corespunztoare urmtoarelor situaii:La nivelul tlpii fundaiei;


11/16


ntreruperi datorit sprturilor;Fisuri;Reduceri ale seciunilor;

Zone cu beton de slab calitate;Metoda rspunsului dinamic tranzitoriu [3,4] este o metod de testare(nedistructiv) prin solicitri de mic intensitate realizat de la suprafa (nunecesit spturi). O und de presiune plan este indus de-a lungul ntregiilungimi a elementului din beton testat prin lovirea uoar a elementului cu unciocan. Unda indus n partea superioar a elementului trece rapid prin beton,ajunge la partea inferioar a elementului, este reflectat de aceasta i se ntoarce nintegritate sau doar parial ctre partea superioar.

Fig.9 Schema de funcionare a sistemului TDR.


12/16


Fig.10 Schema de funcionare a sistemului TDR.

Cu ajutorul acestui sistem se msoar att fora care se aplic pilotului ct irspunsul rezultat sub form de vitez, ceea ce permite ca examinarea pilonului s

se fac n ambele direcii x i z , adic att n adncime ct i pe seciuneatransversal. O astfel de tehnic presupune c datele experimentale pot fi privite ndomeniul timpului sau n cel al frecvenei iar acest lucru este avantajos pentruinterpretarea rezultatelor.

Rspunsul n domeniul timpuluiRspunsul n domeniul frecvenei

Rspunsul n domeniul timpului este similar cu cel obinut prin metoda ecouluisonic. n cazul al doilea, rezultatul este direct comparabil cu cel obinut prinmetoda clasic a vibraiilor staionare.

Studii topografice care vizeaz structura podurilor

Studiile topografice la nivelul infrastructurii i suprastructurii podurilor au caobictiv urmrirea urmtorilor parametri:

Deplasri absolute:o Tasri;o Deplasri orizontale.

Deplasri relative la rosturile de dilatare-contracie.

Aparatura i dispozitivele necesare urmrii topografice a structurii podurilor sunt:borne i repere topo-geodezice;mrci de tasare;mrci de vizare; staii totale cu ntreaga gam de accesorii.

Mrcile i prile metalice ale reperelor de referin i ale reperelor de sigurantrebuie confecionate din materiale inoxidabile cum ar fi: oel inoxidabil, bronz,oel emailat.

Msurrile se fac cu o precizie de 5 mm pe coordonate i 2 mm pe cot.Prin urmrirea deplasrilor n plan orizontal i vertical ale construciilor prinmetode topografice se determin deplasrile sau deformaiile construciilor,generate de tasri ale terenului de fundare, ca de exemplu: tasarea medie, tasrilerelative, nclinri ale fundaiilor sau ale construciei n ansamblu, ncovoierirelative ale tlpilor continue de fundare etc.

Urmrirea tasrilor unei construcii prin metode topografice const din msurareamodificrii cotelor unor puncte izolate, materializate prin mrci fixate solidar de

construcie, prin raportare la repere de referin (repere fixe).


13/16


Plantarea mrcilor de tasare trebuie s asigure verticalitatea pe acestea a mirelor denivelment sau montarea dispozitivelor de nivelment hidrostatic.

Plantarea mrcilor de vizare trebuie s permit o vizare precis i de la ct mai

multe repere de observaie.

Mrcile de tasare sunt repere mobile de nivelment, care se alctuiesc i se fixeazn elementele de construcie astfel nct s fie asigurat conservarea lor n timp, pentreaga durat a efecturii observaiilor i s fie posibil efectuarea msurriloratt n timpul execuiei ct i n timpul exploatrii construciilor.

Mrcile de tasare se alctuiesc [3] i se amplaseaz astfel nct s nu fie deterioratesau astupate de lucrrile care se execut ulterior.

Primele msurtori intitulate starea 0 vor intra n comparaie cu celelalte ce vor fi

ntocmite, conform graficului de urmrire a comportrii n timp.2.2.

Investigaii la nivelul albiei cursului de ap

Investigaiile efectuate la nivelul albiei cusului de ap ii propun atingereaurmtoarelor obiective:

determinarea ct mai exact a seciunii de curgere a apei n dreptul podului; determinarea vitezei apei n diferite puncte pe sectiunea transversala pentru

identificarea curentului principal; relevarea fundului albiei n jurul infrastructurilor pentru a stabili zonele

afectate de afuieri;

Studii topografice care vizeaz cursul de ap[2]

Studiile topografice la nivelul cursului de ap se materializeaz n efectuareamasurtorilor topografice n albia rului, ntr-un sistem de proiecie local,executndu-se:

profile transversale, unul n amonte i unul n aval de pod. Primele profile vorfi intitulate starea 0, fa de care se vor face interpretrile celorlalte profilece se vor executa;

Planul de situaie cotat sau cu curbe de nivel care va conine: conturul albieiminore, conturul albiei majore la viiturile cele mai mari, nivelul maxim alapelor rezultat din informaii, zonele de depuneri i eroziuni, zonele acoperitecu vegetaie cu precizarea tipului de vegetaie, construcii hidrotehniceexistente, alte construcii i instalaii, poziia profilelor transversale ilongitudinale, precum i o born sau alt reper de nivel cotat, uor deidentificat pe teren. Primul plan intitulat starea 0 va intra n comparaie cucelelalte ce vor fi ntocmite;

Profilul longitudinal al albiei pe linia talvegului, pe ntreaga lungime raportat

pe planul de situaie i cuprinde pe lng linia talvegului, linia oglinzii apei ladata ridicrii i nivelul maxim al apelor rezultat din informaii.


14/16


Identificarea zonelor afectate de afuieri locale

Pentru evalualea nivelului afuierilor locale din jurul infrastructurilor podului se vorparcuge umtoarele etape:

se pune n poziie de lucru sonarul fie ataat unei brci n marime natural(notorizat sau nu), fie atat unei brci confectionate artizanat cu aciune printelecomand trebuie acordat atenie sporit la poziionarea traductorului;

se face o inspecie, relevare sumar a patului albiei pe o raz de 2-4m n jurulinfrastructurilor podului, pentru a identifica zonele susceptibile la afuiere;

funcie de inspecia fcut n etapa anterioar se procedeaz la fixarea unuicaroiaj n jurul infrastructurii pe o raz stabilit de operator;

Foto. 5 Aparatur utilizat - sonar de tipul GPSMAP

Traductorul sonarului poate fi echipat cu un sensor de vitez, care este deosebit deutil n identificarea curentului principal al apei, existnd posibilitatea de a ntocmiun grafic de variaie a vitezei apei pe seciunea transversal a albiei.

Adncimeaapei

Patul albiei

Ecouri

parazite desuprafa

Scara

adncimii


15/16


Fig. 11 Date afiate pe display-ul sonarului

Sonarul afieaz adncimea apei n partea dreapt a ecranului, adncime care

corespunde semnalului interceptat din axul conului de propagare aundelor(semnalul cel mai puternic). n (fig. 11) patul albiei este redat prin culoarearoie (culoare setat implicit de sonar) care corespunde corpurilor solide. Funciede gosimea (intensitatea culorii) acestui strat se poate interpreta consistenamaterialului din patul albiei.

Primele msurtori efectuate vor constitui starea 0 fa de care se vor comparacelelalte msurtori.

3. CONCLUZII

Folosind metoda rspunsului dinamic tranzitoriu (TDR) pentru testarea integritiifundaiilor se obin informaiiasupra urmtoarelor elemente:

Adncimea de fundare; Informaii asupra continuitii betonului i formei elementelor supuse testrii;Localizarea eventualelor defecte i degradri: fisuri, incluziuni de pmnt din

timpul turnrii (micorarea seciunii de beton);

Folosind metoda ecoului sonic de investigare a parametrilor ce influeneazregimul de curgere al apei se obin informaii asupra urmtorilor parametri:

Profile transversale a albiei n aval de pod, n axul podului i n amonte;Variaia vitezei apei pe seciunea transversala identificarea curentului

principal al cursului de ap; Identificarea zonelor afectate de afuieri locale i generale i cuantificarea

acestora;Localizarea corpurilor solide din albie care reduc seciunea de curgere a apei;

Urmrirea evoluiei n timp a afuierii infrastructurilor podurilor presupune

repetarea investigaiilor la anumite intervale de timp, urmrind evoluia tuturorparametrilor implicai. Intervalele de timp la care se vor repeta aceste investigaiise vor stabili n funcie de urmtoarele:

regimul de curgere actual al cursului de ap; istoricul cursului de ap n ceea ce privete depirea cotelor de atenie a

apelor i frecvena acestor situaii; nivelul afuierilor stabilit la nceputul programului de urmrire n timp; gradul de importan al podului;

Aplicarea acestei metode reuete acumularea unui volum important de date i

informaii, care interpretate corect de specialiti pot conduce la evitarea sau chiar


16/16


inlturarea efectelor modificrii regimului de curgere a cursului de ap asuprastructurilor de poduri.

Se pot stabili soluii de consolidare a infrastructurilor, soluii de consolidare i

amenajare a albiei care sa fie eficiente i sa reduc efectele distructive ale apeiasupra elementelor menionate.

Biliografie

1. Gabrila V., Suciu M., Poduri de beton. ntreinere i raparaii.Editura UT PRES.2. PD95/2002 Normativ privind calculul hydraulic al podurilor i podeelor.3. STAS SR ASTM D 5882/2005, Metod standardizat pentru determinarea integritii

piloilor prin incercri cu deformaii mici.

4. ASTM D 5882-00, Standard Test Method for Low Strain Integrity Testing of Piles, AnnualBook of ASTM Standards, 2000.

Documents

Evaluarea Riscului de Afuiere a Infrastructurii