Pagina 1 din 68

Stimai colegi,

Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti a elaborat ntr-o prim form (Redactarea I-a) proiectul de Normativ privind proiectarea geotehnic a lucrrilor de epuizmente Lotul I, Redactarea I, beneficiar MDRT.

Avnd n vedere complexitatea i importana lucrrilor de epuizment pentru fundarea construciilor este nevoie ca un numr ct mai mare de specialiti s analizeze proiectul elaborat la aceast faz i s formuleze aprecieri critice i sugestii astfel nct, n forma final, normativul s poat satisface ct mai multe din exigenele utilizatorilor.

n acest scop v adresm rugmintea ca pn la data de 30.11.2011 s ne transmitei aprecierile i sugestiile pe care le considerai utile. Prerile dumneavoastr conteaz.

Cu stima, Prof. dr. ing. Eugeniu Marchidanu Tel.: 0745 875 864 e-mail: e.marchidanu@yahoo.com

Pagina 2 din 68

NORMATIV PRIVIND PROIECTAREA GEOTEHNIC A LUCRRILOR DE

EPUIZMENTE LOTUL 1 Redactarea I

Ctr. Nr. 490/04.04.2011 Beneficiar: Ministerul Dezvoltrii

Regionale i Turismului Elaborator: Universitatea Tehnic

de Construcii Bucureti Data: 04.12.2011

GRUPUL DE LUCRU: Prof. univ. dr. ing. Eugeniu MARCHIDANU Prof. univ. dr. ing. Iacint MANOLIU ef lucrri dr. ing. Andrei Constantin OLTEANU Ing. drd. Cristina TOMA Ing. Andrei MARCHIDANU

RECTOR, EF PROIECT; Prof. univ. dr. ing. Johan NEUNER Prof. univ. dr. ing. Eugeniu MARCHIDANU

Pagina 3 din 68

CUPRINS CAPITOLUL 1. DATE INTRODUCTIVE PRIVIND REALIZAREA LUCRRILOR DE EPUIZMENT....................................................................................................................................... 6

1.1. Generaliti................................................................................................................................ 6 1.2. Definiii..................................................................................................................................... 6

1.2.1 Epuizmentul ................................................................................................................................ 7 1.2.2 Asecarea...................................................................................................................................... 7 1.2.3 Desecarea .................................................................................................................................... 7 1.2.4 Drenajul ...................................................................................................................................... 7

1.3. Termeni de referin .................................................................................................................. 8 1.3.1 Modelul hidrogeologic ................................................................................................................ 8 1.3.2 Acviferul ..................................................................................................................................... 8 1.3.3 Permeabilitatea (sinonim conductivitate hidraulic) ..................................................................... 9 1.3.4 Porozitatea n................................................................................................................................ 9 1.3.5 Coeficientul de cedare Kc (sinonim coeficient de nmagazinare) .................................................. 9 1.3.6 Coeficientul de reinere Kr ........................................................................................................... 9 1.3.7 Transmisivitatea T..................................................................................................................... 10 1.3.8 Gradientul critic de antrenare hidrodinamic icr ......................................................................... 10 1.3.9 Absorbia de ap q..................................................................................................................... 10 CAPITOLUL 2. TESTE EFECTUATE IN SITU I N LABORATOR PENTRU DETERMINAREA PERMEABILITII ......................................................................................................................... 11

2.1. Execuia forajelor de investigaii hidrogeologice. Instalaii de foraj ......................................... 11 2.2. Pregtirea i testarea forajelor de epuizment ............................................................................ 12 2.3 Clasificarea forajelor hidrogeologice dup gradul i dup modul de deschidere a stratului acvifer....................................................................................................................................................... 14 2.4. Scheme si formule uzuale pentru calculul coeficientului de permeabilitate .............................. 15

2.4.1 Pompri din foraje ..................................................................................................................... 15 2.4.1.1 Foraj perfect n strat acvifer cu nivel liber ................................................................... 15 2.4.1.2 Foraj imperfect n start acvifer cu nivel liber ............................................................... 16 2.4.1.3 Foraj perfect n strat acvifer sub presiune .................................................................... 17 2.4.1.4 Foraj imperfect in strat acvifer sub presiune ................................................................ 19

2.4.2 Turnri n foraje ........................................................................................................................ 21 2.4.2.1 Foraj perfect n strat acvifer cu nivel liber ................................................................... 21 2.4.2.2 Foraj imperfect n strat acvifer cu nivel liber ............................................................... 21 2.4.2.3 Foraj perfect n strat acvifer sub presiune .................................................................... 21 2.4.2.4Foraj imperfect n strat acvifer sub presiune ................................................................. 22

2.4.3 Raza de influenta a forajelor hidrogeologice .............................................................................. 23 2.4.4 Metode expeditive pentru evaluarea permeabilitii in situ......................................................... 24

2.4.4.1 Scheme de calcul propuse de Hvorslev........................................................................ 24 2.4.4.2 Metoda Lefranc........................................................................................................... 25 2.4.4.3. Metoda Brillant .......................................................................................................... 27 2.4.4.4 Metoda Hooghoudt ..................................................................................................... 28 2.4.4.5 Metoda Biroului de Hidroamelioraii SUA (metoda Nazberg) ..................................... 29 2.4.4.6 Evaluare a coeficientului de permeabilitate n laborator............................................... 30

2.4.5 Calculul coeficientului mediu de permeabilitate n terenuri stratificate ...................................... 31

Pagina 4 din 68

CAPITOLUL 3. PRINCIPII GENERALE DE ALEGERE A METODEI DE EPUIZMENT .............. 33 3.1. Alegerea metodei de epuizment n funcie de granulozitatea i permeabilitatea pmntului din stratul acvifer ................................................................................................................................. 33 3.2. Metode de epuizment .............................................................................................................. 34

3.2.1. Epuizment direct din groapa de excavaie ................................................................................. 34 3.2.1.1. Executarea gropilor de excavare cu taluzuri nesprijinite ............................................. 34 3.2.1.2. Executarea gropilor de excavare cu taluzuri sprijinite................................................. 35

3.2.2. Executarea excavaiilor sub protecia ecranelor de etanare ...................................................... 37 3.2.3. Denivelarea apei subterane prin foraje de epuizment amplasate pe conturul excavaiei ............. 38 3.2.4. Denivelarea apei subterane cu instalaii de filtre aciculare......................................................... 38 3.2.5. Denivelarea apei subterane prin sifonare................................................................................... 42 3.2.6. Denivelarea apei subterane prin foraje autodescrctoare, cu drenare descendent sau ascendent.......................................................................................................................................................... 42 CAPITOLUL 4. PARAMETRII HIDROLOGICI DE EXPLOATARE A FORAJELOR DE EPUIZMENT..................................................................................................................................... 44

4.1. Saltul de nivel n foraje............................................................................................................ 44 4.1.1. Foraj perfect n strat acvifer sub presiune.................................................................................. 44 4.1.2. Foraj imperfect dup gradul de deschidere. Pompare n regim permanent ................................. 44

4.2. Viteza de admisie a apei n gaura de foraj i debitul critic de epuizment .................................. 46 4.2.1 Relaia lui Sichardt .................................................................................................................... 46 4.2.2. Relaia lui Truelsen .................................................................................................................. 47

4.3. Evaluarea denivelrii critice a apei n forajul de epuizment (dup Ch. Jaeger).......................... 47 4.4. Evaluarea riscului de antrenare hidrodinamic a nisipului n funcie de gradientul hidraulic al curgerii i de coeficientul de neuniformitate al nisipului ................................................................. 47 4.5 Formele de manifestare a procesului de antrenare hidrodinamic a nisipurilor .......................... 48

4.5.1 Sufozia ...................................................................................................................................... 48 4.5.2 Eroziunea .................................................................................................................................. 48 4.5.3 Afuierea .................................................................................................................................... 48 4.5.4 Ruperea hidraulic..................................................................................................................... 49 4.5.5 Lichefierea ................................................................................................................................ 49 CAPITULUL 5. CALCULUL SUPRAFEEI DE DEPRESIE PENTRU UN GRUP DE FORAJE DE EPUIZMENT CARE INTR N INTERFEREN .......................................................................... 51

5.1. Foraje perfecte n strat acvifer cu nivel liber ............................................................................ 51 5.2. Foraje perfecte n strat acvifer sub presiune ............................................................................. 53

CAPITOLUL 6. MONITORIZAREA LUCRRILOR DE EPUIZMENT.......................................... 55 6.1. Msurtori topo geodezice....................................................................................................... 55 6.2. Msurtori inclinometrice........................................................................................................ 55 6.3. Msurtori piezometrice .......................................................................................................... 56

CAPITOLUL 7 DEZAFECTAREA SISTEMELOR DE EPUIZMENT.............................................. 57 CAPITOLUL 8. CONINUTUL CADRU AL PROIECTULUI DE EPUIZMENT............................ 58 BIBLIOGRAFIE................................................................................................................................ 59 REGLEMENTRI TEHNICE RECOMANDATE PENTRU ELABORAREA PROIECTELOR DE EPUIZMENT..................................................................................................................................... 60 ANEXA 1. ......................................................................................................................................... 61

Pagina 5 din 68

EXEMPLU DE CALCUL PENTRU UN SISTEM DE EPUIZMENT ALCTUIT DIN FORAJE CARE LUCREAZ N INTERFEREN I SUNT DISPUSE PE CONTURUL UNEI EXCAVAII N FORM DREPTUNGHIULAR ................................................................................................. 61 ANEXA 2. ......................................................................................................................................... 67 CONINUTUL CADRU AL PROIECTULUI DE EPUIZMENT (MODEL)..................................... 67

Pagina 6 din 68

CAPITOLUL 1. DATE INTRODUCTIVE PRIVIND REALIZAREA LUCRRILOR DE EPUIZMENT

1.1. Generaliti

Prezentul Normativ se refer la Structurile hidrogeologice clasice, de form stratificat sau puin nclinate, cu permeabilitate de tip granular, specifice zonelor de lunc, terase, cmpuri nalte .a.

Pentru structurile hidrogeologice de tip montan caracteristice zonelor cu relief muntos i structuri geologice complexe, alctuite din pmnturi i roci stncoase, puternic cutate i fracturate, afectate de falii nsoite de zone de brecii, pnze de ariaj, fenomene carstice .a. sunt necesare abordri speciale.

Construciile care se fundeaz direct, sub nivelul apei subterane, necesit lucrri de epuizment pn la cote impuse de proiectul de fundare n vederea crerii condiiilor de executare n uscat a gropilor de fundare i evitrii riscului de pierdere a stabilitii taluzurilor excavaiilor, de producere a antrenrii hidrodinamice a pmnturilor necoezive sau de rupere a vetrei gropii de excavare datorit subpresiunii din acviferul inferior.

Elaborarea unui proiect de coborre a nivelurilor apelor subterane necesit urmtoarele categorii principale de informaii, cu privire la:

a. Modelul geologic al zonei n care se nscrie amplasamentul construciilor care fac obiectul proiectului, nsoit de parametrii hidrogeologici ai acviferelor incluse n acesta.

b. Date constructive i funcionale privind construciile pentru care se elaboreaz proiectul. c. Date privind construciile din zona adiacent perimetrului destinat construciilor ce urmeaz a

fi executate.

Personalul tehnic ingineresc care elaboreaz astfel de proiecte trebuie s aib cunotine temeinice de geologie inginereasc, geotehnic i hidrogeologie i o experien semnificativ n practica de antier aferent acestui domeniu de proiectare.

Ca regul general pentru fiecare amplasament se elaboreaz proiectul de coborre a nivelului apei subterane bazat pe studii proprii, n conformitate cu prevederile NP 074-2011.

Utilizarea unor proiecte tip, pentru amplasamentele asemntoare din punct de vedere geotehnic i hidrogeologic, precum i al caracteristicilor construciilor ce urmeaz a fi realizate, poate fi acceptat cu condiia ca acestea s fie adaptate la amplasamentele pentru care se elaboreaz.

1.2. Definiii

n practica de antier lucrrile care se execut n scopul captrii i evacurii apei subterane din masivele de pmnt sunt cunoscute sub diverse denumiri: epuizment, asecare, desecare, drenare.

Pagina 7 din 68

1.2.1 Epuizmentul Termenul de epuizment este utilizat n principal n domeniul construciilor civile i reprezint un ansamblu de lucrri care se execut n amplasamentul construciilor cu fundare direct, sub nivelul pnzei freatice, pentru a face posibil executarea n uscat a excavaiilor i a elementelor fundaiei.

n cazul n care, sub cota de fundare exist un acvifer captiv, sub presiune, care pune n pericol stabilitatea vetrei gropii de excavare, epuizmentul trebuie extins i la acest acvifer pn cnd subpresiunea pe vatr scade sub sarcina geologic creat de pachetul de roci din acoperiul stratului acvifer.

n funcie de condiiile hidrogeologice specifice amplasamentului, lucrrile de epuizment se pot realiza sub diverse forme:

- reele de foraje echipate cu filtre, pompe de aspiraie sau pompe submersibile de diverse tipuri; - filtre aciculare cu sau fr vacuum; - electroosmoz; - instalaii de extragere i evacuare a apei prin sifonare; - foraje autodescrctoare cu descrcare descendent sau ascendent .a.

Durata necesar de funcionare a unui sistem de epuizment ncepe din faza premergtoare deschiderii excavaiilor pentru groapa de fundare i se ncheie dup realizarea integral i etanarea fundaiei.

Dac nu se impun msuri speciale de meninere a nivelurilor apelor subterane la cote coborte n perioada post epuizment, echipamentele de epuizment se deafecteaz i nivelurile apelor subterane revin la cotele iniiale.

1.2.2 Asecarea Este termenul consacrat domeniului lucrrilor miniere i cuprinde ansamblul de lucrri de captare i evacuare a apei subterane din amplasamentul zcmintelor de minereuri, crbuni, roci utile, etc. care se exploateaz n uscat prin excavaii subterane sau n cariere.

Asecarea se realizeaz prin reele de foraje echipate cu filtre i pompe submersibile din care se pompeaz ap pn se realizeaz o suprafa de depresie situat sub cota de exploatare a zcmntului. Echipamentul de asecare intr n funciune nainte de deschiderea excavaiilor pentru exploatarea zcmntului i se dezafecteaz dup ncetarea activitii de exploatare.

1.2.3 Desecarea Cuprinde ansamblul lucrrilor de extragere i evacuare a apei din terenurile agricole cu exces de umiditate, n vederea recuperrii i reintegrrii acestora n circuitul agricol. De regul desecarea se realizeaz prin lucrri de drenaj orizontal pozate la adncimi reduse. 1.2.4 Drenajul Reprezint cea mai utilizat metod de captare i evacuarea gravitaional a apei subterane. O form special de drenaj este cel ntreinut prin sifonare, atunci cnd nlimea maxim de aspiraie nu depete cca. 7.00m.

Pagina 8 din 68

Drenajul descendent sau ascendent, prin foraje autodescrctoare, reprezint de asemenea o soluie frecvent utilizat.

1.3. Termeni de referin Principalii termeni de referin utilizai n proiectarea sistemelor de epuizment sunt:

1.3.1 Modelul hidrogeologic Reprezint forma de exprimare vizual, bi sau tridimensional, i descriptiv, din punct de vedere litologic, structural i parametric, a masivului de pmnt n care se includ structurile hidrogeologice care interfereaz cu lucrrile de epuizment.

1.3.2 Acviferul Reprezint volumul de pmnt, de form stratiform, lenticular sau masiv n care este cantonat apa subteran liber. Acviferul este delimitat cel puin n baz de un strat impermeabil (culcu).

Principalele tipuri de structuri acvifere sunt prezentate n Tabelul 1. 1, Fig.1. 1i Fig.1. 2

Tabelul 1. 1 Tipuri de acvifere separate n funcie de modul de nchidere a structurii i de nivelul apelor subterane Tipul de acvifer Caracteristici

Acvifer freatic

Delimitat de strat impermeabil numai n culcu. n partea superioar acviferul este n legtur direct cu atmosfera

Cu nivel liber Nivelul hidrostatic Nh este situat n interiorul stratului acvifer

Cu nivel ascensional Nivelul piezometric se afl sub cota terenului Acvifer

captiv Delimitat de straturi impermeabile n culcu i n acoperi

Sub presiune Nivelul piezometric al apei subterane este situat n complexul de straturi din acoperiul stratului acvifer

Cu nivel artezian Nivelul piezometric se afl deasupra cotei terenului

Fig.1. 1 Nivelul apei subterane n raport cu suprafaa terenului

Fig.1. 2: Schema clasificrii acviferelor

Pagina 9 din 68

1.3.3 Permeabilitatea (sinonim conductivitate hidraulic) Proprietatea mediului poros de a fi strbtut de un fluid newtonian care este pus n micare ca efect al diferenei de presiune ntre punctele situate pe traiectoria micrii fluidului, poart numele de permeabilitate.

n calculele hidrogeologice evaluarea permeabilitii se face pe baza coeficientului de permeabiltate, notat cu simbolul k.

Coeficientul de permeabilitate reprezint volumul de fluid, V, cu vscozitatea dinamic =1, care strbate n intervalul de timp t, dup o direcie normal, seciunea A, sub un gradient de presiune i.

=

TL

AitVk 1

1. 1

Coeficientul de permeabilitate are dimensiunile unei viteze i n mod curent se exprim n cm/s, m/s sau n m/zi.

1.3.4 Porozitatea n Se noteaz cu simbolul n i reprezint raportul dintre volumul total Vp al golurilor i volumul total al probei de pmnt analizat. Se exprima n procente din volumul total al probei de pmnt.

[ ]%100=VV

np

1. 2

n cazul mediilor granulare, golurile din masivul de roc sunt reprezentate prin spaiile intergranulare i poart denumirea de pori. n mediile stncoase exist dou tipuri de goluri: cele intergranulare (interstiiale) i cele fisurale, reprezentate prin nsumarea spaiilor libere care afecteaz masivul de roc.

Din totalul golurilor care aparin unui volum de pmnt o parte sunt nchise prin cimentare sau colmatare, astfel nct prin acestea nu poate circula apa liber.

Dac din volumul total al golurilor se scade volumul golurilor nchise, porozitatea remanent reprezentat prin suma golurilor care comunic ntre ele i prin care apa liber poate circula, poart numele de porozitate efectiv. 1.3.5 Coeficientul de cedare Kc (sinonim coeficient de nmagazinare) Reprezint raportul dintre cantitatea de ap Vwc cedat gravitaional de ctre un volum unitar V de pmnt saturat, la o scdere unitar a sarcinii hidraulice, i volumul total al probei analizate.

[ ]%100=V

VK wcc 1. 3

1.3.6 Coeficientul de reinere Kr Se definete ca raportul dintre volumul de ap Vwr reinut de scheletul mineral dup drenarea liber a apei, i volumul total V al pmntului analizat.

[ ]%100=V

VK wrr

1. 4

Pagina 10 din 68

Pentru pmnturile saturate (Sr=1) suma volumului de ap cedat gravitaional i a volumului de ap reinut de ctre scheletul mineral este egal cu volumul total al golurilor dintre granulele minerale care comunic ntre ele.

Suma coeficienilor de cedare i de reinere reprezint coeficientul de porozitate efectiv. [ ]%100 n

VV

VVVKK pwrwc

rc ==+

=+ 1. 5

1.3.7 Transmisivitatea T Acest parametru semnific potenialul acviferului de a ceda sau nmagazina ap. Se calculeaz cu relaia:

=

TLMkT

2

1. 6

n care k este coeficientul de permeabilitate iar M este grosimea stratului permeabil care cedeaz sau nmagazineaz ap.

1.3.8 Gradientul critic de antrenare hidrodinamic icr Gradientul hidraulic la care ncepe procesul de dislocare i evacuare a celor mai fine particule solide din pmnturile granulare necoezive, sub form de sufozie, reprezint gradientul critic icr.

Etapele succesive ale procesului de antrenare hidrodinamic sunt: sufozia, eroziunea hidraulic, afuierea, ruperea hidraulic i lichefierea.

1.3.9 Absorbia de ap q Reprezint msura permeabilitii masivelor de roci fisurate i ale rocilor granulare necoezive, i se determin prin injecii de ap efectuate sub presiune, pe tronsoane din gaura forajului. Se determin cu formula

=

atm

litriptl

Qqmin

1. 7

Unitatea de msur a absorbiei de ap este Lugeonul (u.L.).

Un Lugeon reprezint cantitatea de ap Q=1 litru, absorbit pe un tronson de lungime 1=l metru din gaura forajului cu = 50-70mm n timpul t=1 minut la o presiune de injectare p= 10 at (100m coloan de ap).

Unei uniti Lugeon i corespunde un coeficient de permeabilitate: scmk /105.1 5 1. 8

Pagina 11 din 68

CAPITOLUL 2. TESTE EFECTUATE IN SITU I N LABORATOR PENTRU DETERMINAREA PERMEABILITII

2.1. Execuia forajelor de investigaii hidrogeologice. Instalaii de foraj n practica curent de antier se folosete o gama larg de instalaii i echipamente pentru executarea gurilor de foraj, cu condiia ca acestea s ndeplineasc parametrii de performan caracteristici acestor tipuri de lucrri.

n Fig. 2. 1, Fig. 2. 2, Fig. 2. 3 i Fig. 2. 4 se prezint cteva modele de instalaii de foraj.

Pentru investigaii hidrogeologice este de preferat s se foloseasc apa ca fluid de foraj, utiliznd procedeul cu tubare concomitent cu forarea pentru menine stabilitatea nisipului purttor de apa. n practica de antier, ns, de cele mai multe ori forajele de pompare se executa cu noroi de foraj.

Dup echiparea gurilor de foraj cu filtru si extragerea coloanelor oarbe de lucru, gaura de foraj se spal intens cu circuit de ap pentru evacuarea noroiului din gaura forajului si din stratul de nisip contaminat.

Fig. 2. 1 Foraj cu circulaie direct, prin pompare

Fig. 2. 2 Foraj cu circulaie invers, prin aspiraie

Fig. 2. 3 Foraj cu circulaie invers, cu aer lift

Fig. 2. 4 Foraj cu circulaie invers, cu ejector

Pagina 12 din 68

2.2. Pregtirea i testarea forajelor de epuizment Dac programul de investigaii prevede testarea individual a straturilor acvifere este necesar nchiderea fiecrui strat cu coloan, conform Fig. 2. 5:

Fig. 2. 5 schema de tubare a unei guri de foraj. I, II, III straturi acvifere; Np nivel piezometric

Fig. 2. 6 Schema echiprii unei guri de foraj cu coloan filtrant i material filtrant: 1 - coloan filtrant; 2 material filtrant; 3 peretele gurii de foraj; 4 - strat acvifer permeabil; 5 strat impermeabil

Testele de permeabilitate se efectueaz ascendent ncepnd cu stratul din baza gurii de foraj. Se introduce coloana de pompare prevzut cu filtre n dreptul fiecrui strat ce urmeaz a fi testat i cu centrori pentru a fi coaxial cu gaura forajului.

n jurul filtrului se realizeaz o coroan filtrant, conform Fig. 2. 6. Msurarea denivelrii apei n gurile de foraj se realizeaz cu dispozitive speciale. Un model de dispozitiv pentru msurarea adncimii apei de foraj este artat n Fig. 2. 7.

Fig. 2. 7 Dispozitiv cu senzori pentru msurarea nivelului apei n foraj: cu cablu coaxial (stnga) i banda (dreapta). In mijloc dispozitiv e buzunar.

Pagina 13 din 68

Se extrage coloana de tubaj pe nlimea corespunztoare stratului acvifer care se testeaz. Conform programului de testare, se realizeaz prima treapta de denivelare pn ce curgerea intra n regim staionar i apa pompat este limpede.

Pentru pomparea apei din foraje pot fi utilizate pompe de aspiraie (Fig. 2. 8), pompe submersibile acionate electric precum i pompe cu aer-lift tip Mamuth (Fig. 2. 9).

Fig. 2. 8 Schema pomprii experimentale executat cu pompa de aspiraie amplasat la suprafa: 1 sorb; 2 conducta de admisie; 3 pompa; 4 vas de msurare a debitului

Fig. 2. 9 Pomparea cu aer lift, tip Mamuth: 1 compresor de aer (p=5-6 at); 2 conduct de aer; 3 sorb; 4 - coloan de pompare prin care circula emulsie de aer cu ap; 5 dezaerator; 6- conduct de ap; 7 vas pentru msurarea debitului pompat

Dup testarea primului strat, coloana filtrant se obtureaz prin cimentare la nivelul stratului pompat, se retrage coloana de tubare care etaneaz urmtorul strat i n continuare se procedeaz asemntor ca la primul strat (Fig. 2.10).

Pagina 14 din 68

Fig. 2. 10 Succesiunea de testare a straturilor acvifere: a testarea stratului I; b testarea stratului II; c testarea stratului III 1,2 coloane de tubaj; 3 coloana filtrant; 4 filtru din pietri mrgritar; 5 conducta de refulare a apei pompate; 6 dop din argil sau ciment

2.3 Clasificarea forajelor hidrogeologice dup gradul i dup modul de deschidere a stratului acvifer

Clasificarea privind schemele de execuie i de echipare a forajelor hidrogeologice sunt prezentate n Fig. 2. 11.

Fig. 2. 11 Clasificarea forajelor dup gradul i dup modul de deschidere a stratului acvifer. Scheme de execuie i echipare a forajelor

Pagina 15 din 68

2.4. Scheme si formule uzuale pentru calculul coeficientului de permeabilitate

2.4.1 Pompri din foraje 2.4.1.1 Foraj perfect n strat acvifer cu nivel liber

Fig. 2. 12: Foraj singular

( ) ( )SHSr

R

QhH

r

R

k

=

=

2

lnln0

20

20

pipi

2. 1

Fig. 2. 13: Grup de pompare cu unul sau dou piezometre

Cu un singur piezometru

( )( )100

1

2

ln

SSHSSr

rQk

=

pi

2. 2

( )( )110111

2ln)2(ln)2(ln

SSHSSrSHSrSHS

R

=

2. 3

Cu dou piezometre

( )( )21211

2

2

ln

SSHSSr

rQk

=

pi

2. 4

( )( )2121122211

2ln)2(ln)2(ln

SSHSSrSHSrSHSR

=

2. 5

Pagina 16 din 68

Fig. 2. 14: Foraj singular amplasat in apropierea unui ru

)2(

2log73.0 0

SHSr

h

Qk

=

2. 6

Fig. 2. 15: Grup de foraje in strat acvifer cu patul impermeabil inclinat. Forajele sunt amplasate pe direcia de curgere a apei subterane

)(2

2log73.0

1202

122

1

2

rrihhhr

r

Qk

=

2. 7

n care tgi = este panta natural a curentului subteran

2.4.1.2 Foraj imperfect n start acvifer cu nivel liber

Fig. 2. 16: Definirea zonei active a unui foraj imperfect n strat acvifer cu nivel liber

n cazul forajului imperfect apare noiunea de zon activ care se definete ca adncimea Ha sub nivelul hidrostatic pn la care se resimte influena denivelrii apei n gaura forajului. n funcie de grosimea acviferului, adncimea zonei active poate fi mai mare dect grosimea acestuia sau mai mic. - Pentru Ha>H coeficientul de permeabilitate se calculeaz cu formula lui Forcheimer

Pagina 17 din 68

[ ] 4 00020

)(25.0)(

log73.0

SHhSH

SHrhSHH

r

RQk

a

a

a

a

+

=

2. 8

- Pentru Ha

Pagina 18 din 68

Fig. 2. 18 Grup de pompare cu unul sau doua piezometrie

Cu un singur piezometru

( )11

log366.0

SSMr

R

Qk

=

2. 11

( )1011 logloglog

SSrSrS

R

=

2. 12

Foraj central cu dou piezometre

( )211

2log366.0

SSMr

r

Qk

=

2. 13

( )211221 logloglog

SSrSrSR

=

2. 14

Fig. 2. 19: Foraj singular n strat acvifer mixt

Foraj singular n strat acvifer mixt

( )2202ln

ohMMSr

RQk

=

pi

2. 15

Pagina 19 din 68

Fig. 2. 20: Foraj singular amplasat n apropierea unui ru

MSr

b

Qk 02log

366.0=

2. 16

Fig. 2. 21: Foraj singular amplasat ntre doua ruri

=

LLL

r

LMS

Qk2

)(cos

2log366.0 21

0

pipi

2. 17

Fig. 2. 22: Grup de pompare n curent de ap. Forajele sunt amplasate pe direcia de curgere a apei subterane

[ ])()(log

336.01212

1

2

rrihhMr

r

Qk

=

2. 18

n care i este panta curentului subteran.

2.4.1.4 Foraj imperfect in strat acvifer sub presiune

Fig. 2. 23: Foraj singular cu filtru necat (l

Pagina 20 din 68

Fig. 2. 24:Foraj singular cu filtru necat (pentru l>0,3M)

Pentru l>0,3M

=

RMA

r

MMS

Qk 4log4log221336.0

0

2. 20

Factorul

==

MlfA se determin grafic din Fig. 2. 25

Fig. 2. 25: Grafic pentru determinarea factorului A

Fig. 2. 26: Foraj singular cu filtru necat amplasat n apropierea unui ru

)56.0

log2

32.1(log366.0 222

0 lMl

Ml

r

lMS

Qk

+=

2. 21

Relaia este valabil pentru MlsiMb 3.05.0

Pagina 21 din 68

2.4.2 Turnri n foraje 2.4.2.1 Foraj perfect n strat acvifer cu nivel liber

Fig. 2. 27: Foraj perfect n strat acvifer cu nivel liber

Foraj singular

220

0

log735.0

Hhr

RQk

=

2. 22

Grup de foraje cu dou piezometre

))(2(

log735.0

2121

1

2

SSSSHx

xQk

++=

2. 23

2.4.2.2 Foraj imperfect n strat acvifer cu nivel liber

Fig. 2. 28: Foraj imperfect n strat acvifer cu nivel liber

Foraj singular

)(

log366.0

00

0

Hhhr

RQk

=

2. 24

Grup de foraje cu dou piezometre

)(

log366.0

210

1

2

SShx

xQk

=

2. 25

2.4.2.3 Foraj perfect n strat acvifer sub presiune

Fig. 2. 29: Foraj perfect n strat acvifer sub presiune

Foraj singular

)(

log366.0

0

0

HhMr

RQk

=

2. 26

Grup de foraje cu dou piezometre

)(

log366.0

21

1

2

SSMx

xQk

=

2. 27

Pagina 22 din 68

2.4.2.4Foraj imperfect n strat acvifer sub presiune

Fig. 2. 30: Foraj imperfect n strat acvifer sub presiune(l 0.3 M)

n care

==

MlfA se determina cu ajutorul graficului

din Fig. 2. 25.

Fig. 2. 32: Foraj imperfect n strat acvifer sub presiune. Infiltraii numai prin perete forajului. Zona activ mai mic dect grosimea stratului.

40

12

log366.0

=

a

aa

a MM

lM

SMr

RQk

2. 30

n care mrimea zonei ),( SlfM a = se determin din graficul prezentat n Fig. 2. 33

Pagina 23 din 68

Fig. 2. 33: Grafic pentru determinarea zonei active Ma

2.4.3 Raza de influenta a forajelor hidrogeologice

Raz de influen se determin n timpul turnrilor sau pomprilor experimentale folosind grupuri de foraje n care sunt incluse i forajele piezometrice. De cele mai multe ori ns, pentru turnri sau pompri experimentale se folosete un singur foraj. n acest caz pentru determinarea razei de influen se utilizeaz formule empirice stabilite pe baza unui volum mare de determinri experimentale ceea ce a permis verificarea acestora.

Cteva formule mai des utilizate n calculele hidrogeologice pentru determinarea razei de influen sunt redate n Tabelul 2.2.

Tabelul 2. 2 formule uzuale pentru calculul razei de influen R[m] Formula Unitatea de msur pentru k Domeniul de aplicabilitate

kSR 575= m/s Foraje n straturi acvifere cu nivel liber kHSR 2= m/zi

kHSR 3000= m/s kSR 2.10= m/zi

Foraje executate n straturi acvifere sub presiune

kSR 2+= m/zi Strat acvifer cu nivel liber kSR 2.10+= m/zi Strat acvifer sub presiune

Sisteme de drenare de form circular, cu raza

. Notaii: H nlimea apei n foraj; s denivelare; k coeficientul de permeabilitate; raza cercului pe care sunt amplasate forajele dintr-un grup care lucreaz n interferen.

Pagina 24 din 68

2.4.4 Metode expeditive pentru evaluarea permeabilitii in situ

2.4.4.1 Scheme de calcul propuse de Hvorslev

Turnare cu nivel variabil, sub nivelul hidrostatic al acviferului (Fig. 2.34). Acvifer cu nivel liber sau sub presiune

2

1

12

ln)( HH

ttFAk

=

2. 31

Fig. 2. 34: Turnarea cu nivel variabil, sub nivelul hidrostatic

Fig. 2. 35: Graficul de variaie n timp a vitezei de denivelare

Turnare cu nivel constant, sub nivelul hidrostatic al acviferului (Fig. 2.36)

Fig. 2. 36: Turnare cu nivel constant, sub nivel hidrostatic

eFHqk =

n relaiile 2.31 i2.32, A este aria seciunii coloanei de ap din foraj (pentru foraj nclinat seciunea este o elips); F-factor ce depinde de condiiile din zona ptrunderii apei din gaura forajului n stratul permeabil. Factorul F, pentru diverse scheme de foraje, se calculeaz conform relaiilor redate n Tabelul 2. 3.

2. 32

Pagina 25 din 68

Tabelul 2. 3: Scheme i formule pentru calculul factorului F Schema forajului Condiii Factorul F

A

Foraj cu coloan de tubaj pn la baz. Roc granular sau stncoas cu permeabilitate uniform.

rF 5,5=

B

Foraj cu coloan de tubaj pn la limita dintre permeabil i impermeabil

rF 4=

C

Extinderea forajului pe o lungime L sub captul coloanei de tubaj

++

=

2

2

41

2ln

2

r

Lr

L

LF pi

D

Foraj extins pe lungimea L sub coloana de tubaj n roca granular sau stncoas, stratificat, cu permeabilitate orizontal i vertical

r

mLLF

ln

2pi=

vh kkm /= i rL 8>

E

Foraj care ptrunde pe adncimea L sub coloana de tubaj care este ncastrat n stratul impermeabil superior

++

=

2

2

1ln

2

r

Lr

L

LF pi

F

Foraj cu coloan de tubaj pn la limita dintre permeabil i impermeabil, cu partea inferioar a coloanei umplut cu nisip din stratul permeabil

r

LrF

pi

41

4

+=

G

Foraj cu coloan de tubaj n stratul permeabil umplut la partea inferioar cu nisip din stratul permeabil r

LrF

2111

5.5

pi+

=

H

Foraj executat n strat omogen cu cavitate sferic la baz

rF pi4=

2.4.4.2 Metoda Lefranc Aceast metod se recomand pentru evaluarea permeabilitii nisipurilor i pietriurilor cu permeabilitate scmk /10 2 .

Pagina 26 din 68

Schema echipamentului de ncercare prin procedeul Lefranc este redat n Fig. 2. 37. n interiorul unei coloane metalice de tubaj 1, din material uor, cu diametrul de 50mm, prevzut la baz cu un iu 2, se introduce o prjin 3 care are la capt un trepan 4 prevzut cu orificii 5 pentru circulaia apei. Din haba 6, cu ajutorul pompei 7, se pompeaz ap prin interiorul prjinii 3. Jetul de ap care iese prin orificiile trepanului disloc materialul de pe fundul gurii permind, prin apsare i rotire uoar, nfigerea coloanei de tubaj 1. Adncimea gurii spate sub iul coloanei se recomand s fie de 50cm. Apa care este pompat prin interiorul prjinii 3 iese prin spaiul inelar dintre prjin i coloan i deverseaz liber n haba 6. Cantitatea de ap absorbit n stratul permeabil este egal cu consumul din haba 6, care reprezint diferena dintre volumul de ap injectat i volumul de ap rentors la suprafa.

Cunoscnd cantitatea de ap absorbit n strat, dimensiunile cavitii de sub iul coloanei i presiunea coloanei de ap la nivelul stratului permeabil se poate evalua permeabilitatea stratului pe care l traverseaz gaura forajului. Procedeul permite ntocmirea unui grafic de variaie a pierderilor de ap cu adncimea, putndu-se pune bine n eviden straturile cu permeabiliti diferite.

Coeficientul de permeabilitate la nivelul unui strat se determin cu relaia:

[ ]ChQ

smk =/ 2. 33

n care: [ ]smQ /3 este debitul de ap absorbit n strat; [ ]mh - presiunea apei n coloan calculat la nivelul apei subterane, exprimat n metri coloan de ap; [ ]mC - un coeficient de form care se calculeaz n funcie de forma i dimensiunile d i l ale cavitii de sub iul coloanei de foraj.

Dac cavitatea se asimileaz cu o sfer, valoarea coeficientului C se ia

dC pi2= i relaia 2.33 devine:

dhQkpi2

=

2. 34

Dac cavitatea se apreciaz c are o form cilindric cu lungimea l i diametrul d, cu condiia ca 2/ dl , valoarea coeficientului C se va lua astfel:

1=C pentru 2/ =dl 4=C pentru 5.2/ =dl 5=C pentru 3/ =dl

Fig. 2. 37 Schema de msurare a permeabilitii prin procedeul Lefranc: 1-coloana de tubaj; 2-iu; 3-prjin; 4-trepan; 5-orificiu; 6-hab; 7-pomp

Pagina 27 din 68

Presiunile recomandate pentru msurtori prin procedeul Lefranc sunt funcie de permeabilitatea terenului. Ca ordin de mrime presiunile care se recomand s fie folosite sunt redate n graficul din Fig. 2. 38, fiind cuprinse ntre dreptele 1-1 i 2-2.

n mod obinuit procedeul Lefranc se aplic comod pn la adncimi de 25-30m, ns adncimile investigate pot ajunge la 60-70m i chiar mai mult.

Fig. 2. 38: Domeniul presiunilor, exprimate n metri coloan de ap, recomandate pentru msurtorile efectuate prin procedeul Lefranc

2.4.4.3. Metoda Brillant

Pentru determinarea permeabilitii prin metoda Brillant se folosete un dispozitiv asemntor celui din Fig. 2. 39.

Fig. 2. 39 Schema de principiu a permeametrului Brillant: 1-suport metalic; 2-scripete; 3-cablu; 4-clopot; 5-supap cu bil sau con; 6-greutate; 7-declanator; 8-tara de echilibrare

Dup sparea gurii de foraj i interceptarea stratului acvifer, pe coloana de tubaj de la suprafa se monteaz un suport 1 care are la partea superioar un scripete 2 peste care se trece cablul 3. La unul din capetele cablului se leag un clopot 4 confecionat dintr-un tub metalic care la captul superior, prevzut cu un capac etan, are o supap cu bil 5. Cnd clopotul este suspendat n cablu supapa este nchis. Cellalt capt al cablului trece prin interiorul unei greuti masive 6 suspendat cu ajutorul unui declanator 7 montat pe suportul 1 i are o tar 8 care echilibreaz clopotul 4.

Clopotul se lanseaz n gaura forajului i cnd ia contact cu apa din aceasta el plutete, cablul de care este suspendat se slbete i supapa de la partea superioar se deschide.

Pagina 28 din 68

Din acest moment clopotul ptrunde sub nivelul apei pn se scufund complet, umplndu-se cu ap. Cu ajutorul tarei 8 cablul se ntinde i supapa de la partea superioar a clopotului se nchide. Se trage uor de cablu pn cnd efortul necesar pentru deplasarea clopotului crete brusc datorit vacuumului care ncepe s apar sub clopot cnd acesta tinde s fie tras afar din ap. n aceast poziie sistemul se echilibreaz cu ajutorul tarei 8 i se msoar nivelul apei n foraj cu ajutorul unui flotor. De la declanatorul 7 se elibereaz brusc greutatea 6 care prin smulgere, trage clopotul din ap crend o depresiune aproape instantanee nsoit de o denivelare brusc a apei n foraj. ncepnd din acest moment se msoar riguros viteza de revenire a nivelului apei n gaura forajului, aceasta fiind maxim la nceput i scade treptat pe msur ce nivelul apei se apropie de nivelul iniial.

Cu datele obinute se ntocmete un grafic de revenire ( )tfS = (Fig. 2. 40). Se msoar dou intervale distincte de revenire corespunztoare la dou intervale egale de timp.

Fig. 2. 40 Graficul de revenire S-S n intervalul de timp t

Coeficientul de permeabilitate, dup relaia lui Brillant, este:

=

'log3.2

SS

CtAk

2. 35 n care A este seciunea gurii de foraj i C un coeficient de form asemntor cu cel luat n consideraie n formula folosit la metoda Lefranc.

2.4.4.4 Metoda Hooghoudt Se aplic pentru permeabiliti sub nivelul pnzei freatice, prin denivelare i msurarea vitezei de revenire a nivelului apei la cota iniial.

Schema de aplicare a metodei este redat n Fig. 2. 41 i Fig. 2. 42.

Pagina 29 din 68

Fig. 2. 41 Talpa forajului este situat deasupra stratului impermeabil

[ ]zimyy

rdtdrk /log)2(10046,1 1

02

6

+=

2. 36

Fig. 2. 42 Talpa forajului intersecteaz stratul impermeabil

[ ]zimyy

t

rk /log1023,51

02

5

=

2. 37

2.4.4.5 Metoda Biroului de Hidroamelioraii SUA (metoda Nazberg)

Se utilizeaz pentru determinarea permeabilitii n masivele de pmnt fr ap, pentru

50200 >r

hsihTu .

Metoda const n turnarea apei n foraj, meninnd nivelul constant pn la intrarea curgerii n regim staionar. Se folosete un dispozitiv tip Boille-Mariotte, conform modelului din Fig. 2. 43

Pagina 30 din 68

Fig. 2. 43 Schema dispozitivului de turnare a apei n foraj, cu meninerea constant a nivelului: 1-tub de preaplin; 2-tubul de nivel; 3-tub de alimentare; 4,5,6-robinei

Fig. 2. 44 Schema de aplicare a metodei Nazberg

Cazul 1

Cazul 2

2.4.4.6 Evaluare a coeficientului de permeabilitate n laborator Coeficientul de permeabilitate se determin conform STAS 1913/6-76. O evaluare rapid a permeabilitii poate fi fcut pe baza curbei granulometrice a nisipului (STAS 1913/5-85), folosind relaia Allen-Hazen:

210dACk = 2. 40

hTu 3

[ ]zimh

r

hr

hQk /

2

11log303,2

2

2

pi

+

=

Debitul infiltrat Q se ia n m3/zi iar raza forajului r n metri.

2. 38

hTh u >3

[ ]zimThh

r

hQk

u

/)2(log2,2

+=

2. 39

Pagina 31 din 68

care este valabil pentru mmd 31.0 10

Pagina 32 din 68

Tabelul 2. 4 Valori orientative ale coeficientului de permeabilitate pentru unele pmnturi Tipul de pmnt Coeficientul de permeabilitate k[cm/s] Tipul de pmnt

Coeficientul de permeabilitate k[cm/s]

Argil gras 79 1010 Pietri cu matrice argiloas 35 1010 Argil 57 1010 Pietri cu matrice nisipoas 24 1010 Praf 35 1010 Pietri curat 12 1010

Fin 24 1010 Mijlociu 23 1010

Bolovni cu matrice argiloas nisipoas

24 1010 Nisip Mare 12 1010 Bolovni cu pietri curat 1010 1

Pagina 33 din 68

CAPITOLUL 3. PRINCIPII GENERALE DE ALEGERE A METODEI DE EPUIZMENT

3.1. Alegerea metodei de epuizment n funcie de granulozitatea i permeabilitatea pmntului din stratul acvifer

Metodologiile de lucru adoptate la realizarea excavaiilor n prezena apei subterane depind de o serie de factori ntre care se menioneaz dimensiunile construciilor, adncimea de fundare a acestora, natura terenului de fundare etc.

n prezent echipamentele tehnice i tehnologiile de lucru folosite n mod curent pe antierele de construcii permit realizarea fundaiilor directe la adncimi mari, n condiii geologice i hidrogeologice dintre cele mai dificile.

Cu titlu informativ n figura 3.1 se prezint tehnologiile de coborre a nivelului apei subterane n funcie de granulozitatea i permeabilitatea pmnturilor n care se realizeaz excavaiile.

Fig. 3. 1 Grafic pentru alegerea tehnologiilor de coborre a nivelului apei subterane n funcie de granulozitatea i permeabilitatea pmnturilor

A. Drenaj impracticabil. Posibil evacuarea prin pompare periodic a apei colectat n sptura deschis B. Filtre aciculare cu sau fr vacuum i electroosmoz C. Filtre aciculare D. Pompare din foraje echipate cu filtre E. - Pomparea apei din foraje echipate cu filtre.

- Executarea excavaiilor sub ap, cu dragline, graifere, instalaii de dragare, etc.

Pagina 34 din 68

- Evacuarea apei din incite etane realizate din palplane, piloi secani, perei mulai, ecrane de injecii, etc. - Drenaj descendent prin foraje autodescrctoare, dac exist un strat inferior care s poat prelua debitul de scurgere gravitaional a apei din incint.

3.2. Metode de epuizment

3.2.1. Epuizment direct din groapa de excavaie

3.2.1.1. Executarea gropilor de excavare cu taluzuri nesprijinite

Excavaiile cu taluzuri nesprijinite (Fig. 3.2), de regul, se pot executa pentru gropi de fundare cu adncimea relativ mic sub nivelul apei subterane. Condiiile n care se aplic acest sistem de execuie sunt determinate pe de o parte de limitarea afluxului de ap n groapa de excavare, pentru a nu ngreuna desfurarea spturilor, iar pe de alt parte de asigurarea unor gradieni de curgere la ieirea apei din taluzuri, mai mici dect gradientul critic de antrenare hidrodinamic a particulelor solide care intr n constituia pmntului respectiv.

La stabilirea tehnologiilor de execuie n acest sistem de excavare este necesar verificarea stabilitii taluzurilor, cu luarea n considerare a influenei curbei de infiltraie din exterior ctre sptur.

Fig. 3. 2 Coborrea nivelului apei subterane prin epuizment direct din sptur

Pentru evaluarea ordinului de mrime al afluxului de ap n groapa de excavare prin taluzuri i prin fundul spturii se poate utiliza formula

qAhmQ =]/[ 3 3. 1 n care: q este un debit specific ale crui valori, n funcie de granulozitatea nisipurilor, sunt redate n tabelul 3.1, iar A [m2] este suprafaa gropii de excavare.

Tabelul 3. 1 Valori orientative pentru q n funcie de granulozitatea nisipului Tipul de pmnt Valoarea debitului specific q [m3/or m2] Nisip fin 0,16 Nisip mijlociu 0,24 Nisip mare 2,00

Pagina 35 din 68

La executarea gropilor de excavare n pmnturi coezive, puin permeabile, este obligatorie investigarea straturilor acvifere de sub fundul gropii pentru a lua msurile necesare n cazul unor subpresiuni, care, dac depesc anumite valori, ar putea conduce la ruperea fundului impermeabil al excavaiei.

n cazul n care excavarea gropilor cu taluzuri nesprijinite se face n pmnturi necoezive, de tipul nisipurilor grosiere i pietriurilor, unghiul taluzului provizoriu se poate evalua cu relaia

tgtg 2/1= 3. 2 n care este unghiul taluzului natural al materialului necoeziv n stare uscat. 3.2.1.2. Executarea gropilor de excavare cu taluzuri sprijinite

n cazul pmnturilor necoezive i n mod deosebit al pmnturilor slab coezive, de tipul prafurilor i nisipurilor prfoase, excavaiile sub nivelul apei subterane se execut de regul sub protecia unor sprijiniri.

Cele mai uzuale metode de protecie a excavaiilor care se execut sub nivelul apei subterane sunt reprezentate prin ecrane din perei mulai, piloi secani sau ecrane din palplane de diverse tipuri.

Elementele de sprijinire au dublu rol: ca elemente de rezisten capabile s preia mpingerea pmntului pentru a putea executa spturile cu taluzuri verticale i ca elemente de etanare pentru reducerea infiltraiilor de ap ctre sptur.

Dimensionarea sistemelor de sprijinire depinde de mrimea sarcinilor pe care acestea trebuie s le preia din mpingerea pmntului precum i de necesitatea de a asigura reducerea afluxului de ap n excavaii pn la o limit acceptabil i coborrea gradientului hidraulic sub valoarea gradientului critic la care se poate declana antrenarea hidrodinamic.

Sprijinirile pot strbate n ntregime stratul permeabil i s se ncastreze n stratul impermeabil (Fig. 3.3a) sau pot s strbat stratul permeabil numai pe o anumit adncime dac aceasta are o grosime mare (Fig. 3.3.b).

Fig. 3. 3 Excavaii executate sub protecia ecranelor de etanare i sprijinire: a- ecranul este ncastrat n roc impermeabil; b-ecranul se oprete n stratul permeabil

n primul caz, dac elementele de sprijinire sunt bine ncastrate n stratul impermeabil, epuizmentul din interiorul excavaiei trebuie fcut numai pentru volumul rezidual de ap care satureaz porii pmntului de sub nivelul iniial al apei subterane, i pentru eventualele infiltraii care se mai produc printre palplane sau prin rosturile dintre panourile pereilor mulai sau printre piloii secani.

Pagina 36 din 68

n cel de-al doilea caz epuizmentul trebuie s asigure evacuarea afluxului de ap care se produce pe sub ecran.

Adncimea de ncastrare a elementelor de sprijin se determin astfel nct s fie satisfcute dou condiii: s fie preluat n ntregime mpingerea pmntului i s se elimine riscul de afuiere a nisipului din fundul spturii.

Conform schemei din Figura 3.4. la o denivelare h lungimea minim a liniei de curent este thL 2+= 3. 3

i corespunde gradientului hidraulic maxim

thhi

2max +=

3. 4

Dac icr este gradientul critic la care nisipul ncepe s fie antrenat, pentru a nu se produce fenomenul de afuiere este necesar ca imax < icr. Dac se are n vedere i un coeficient de siguran C, condiia de asigurarea a stabilitii nisipului la fenomenul de afuiere se poate scrie sub forma

Cii cr=max

3. 5

Fig. 3. 4 Adncimea de ncastrare a ecranului sub fundul gropii pentru a evita antrenarea hidrodinamic

innd seama de relaia 3.4. prin care se stabilete gradientul critic de antrenare hidrodinamic corespunztor unui curent ascendent, pentru valorile obinuite ale caracteristicilor fizice ale pmnturilor: n=40%, s=26.5kN/m3, prin egalarea relaiilor 3.4. i 3.5., aproximnd icritic=1, rezult adncimea minim de ncastrare a elementului de sprijin i etanare sub fundul excavaiei.

)1(2

= Cht 3. 6

n mod obinuit se ia n considerare un coeficient de siguran C=2 i relaia 3.6. devine

2/ht = 3. 7

Pentru calculul afluxului de ap n groapa de excavare se poate utiliza formula

qhkLhmQ =]/[ 3 3. 8

Pagina 37 din 68

n care

+

+=

thh

Hthfq ; este un debit specific dat n tabelul 3.2.; h [m] denivelarea; k [m/or]

coeficientul de permeabilitate al terenului i L [m] lungimea peretelui de sprijin.

Tabelul 3. 2: Valorile debitului specific q=f(H,h,t)

Hth +

thh+

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,95

0,00 1,02 0,80 0,67 0,58 0,50 0,42 0,38 0,31 0,24 0,20 0,25 1,08 0,84 0,70 0,60 0,52 0,45 0,39 0,32 0,25 0,21 0,50 1,12 0,89 0,74 0,64 0,56 0,48 0,41 0,34 0,27 0,22 0,75 1,20 0,95 0,81 0,70 0,61 0,53 0,46 0,39 0,3 0,23 1,00 1,39 1,13 0,98 0,88 0,78 0,70 0,61 0,52 0,42 0,36

3.2.2. Executarea excavaiilor sub protecia ecranelor de etanare

n cazul unor fundaii adnci care trebuie s se execute sub nivelul apei subterane, n orizonturi acvifere puternic permeabile, excavaiile se execut sub protecia unor ecrane etane care, de regul, se duc pn la primul strat impermeabil situat sub cota de fundare (Fig. 3.5.).Deoarece n acest caz ecranele au rolul numai de a asigura etanarea terenului permeabil, acestea de obicei se execut din noroi autontritor.

Distana d de la limita spturii pn la ecranul de etanare se stabilete pe baz de calcule de stabilitate a taluzurilor spturii astfel nct n cazul producerii unor alunecri ale taluzurilor s nu fie afectat ecranul.

Fig. 3. 5 Amplasarea ecranului de etanare fa de taluzul excavaiei: a-seciune; b-vedere n plan; 1-ecran de etanare; 2-pomp de epuizment

Dac ecranul este bine executat, volumul de ap Vw ce trebuie evacuat prin pompare direct se poate evalua cu relaia

nVmVw 1001][ 3 = 3. 9

n care n este porozitatea efectiv a pmntului din incint, pn la cota de excavare, iar V [m3] volumul de pmnt din incint.

n cazul n care nu se poate asigura o etanare perfect a incintei, datorit variaiei litologice a orizontului acvifer, in interiorul incintei de ecrane se pot executa i foraje de epuizment sau se pot folosi filtre aciculare (Fig. 3.6).

Pagina 38 din 68

Dup executarea ecranului de etanare, excavarea terenului se face concomitent cu evacuarea apei remanente din volumul de pmnt cuprins n spaiul din interiorul incintei de ecrane.

Fig. 3. 6 Scheme de lucru n cazul n care ecranul de etanare este imperfect: a-cu foraje de epuizment, b-cu filtre aciculare

3.2.3. Denivelarea apei subterane prin foraje de epuizment amplasate pe conturul excavaiei

Acest procedeu de coborre a nivelului apei subterane este foarte des folosit la executarea excavaiilor i const din realizarea unuia sau mai multor iruri de foraje de epuizment amplasate pe conturul excavaiei i pomparea simultan a acestora. Proiectarea unui sistem de denivelare a apei subterane prin foraje de epuizment trebuie s stabileasc numrul de foraje necesar i distana optim dintre acestea astfel ca prin pompare simultan s realizeze coborrea apei subterane pn la cote stabilite n prealabil.

Deoarece acest procedeu se aplic mai des n lucrrile de construcii, modul de dimensionare a unui sistem de depresionare prin foraje de epuizment amplasate pe conturul excavaiei este detaliat printr-un exemplu practic (Anexa 1).

3.2.4. Denivelarea apei subterane cu instalaii de filtre aciculare

Procedeul de depresionare a straturilor acvifere cu ajutorul filtrelor aciculare se aplic la pmnturile slab coezive, de tipul prafurilor i nisipurilor fine prfoase, cu permeabilitate relativ sczut, susceptibile de antrenare hidrodinamic.

Pagina 39 din 68

Fig. 3. 7 Schem de principiu pentru un capt de nfigere a unui filtru accicular: a-n timpul nfigerii, b-n timpul depresionrii stratului acvifer

n principiu, metoda de depresionare cu filtre aciculare const n introducerea n teren, prin apsare, batere, vibrare sau splare cu jet de ap sub presiune, a unor evi de 2-3 (=57.5cm), prevzute la captul inferior cu un tub filtrant de 1-2m lungime, din eav de oel perforat i nfurat cu o sit din srm inoxidabil. Tubul filtrant are la partea inferioar un iu de forma unui pivot care favorizeaz nfigerea filtrului n pmnt.

n cazul folosirii jetului de ap pentru nfigerea filtrului, pivotul de la partea inferioar a tubului filtrant este prevzut cu o supap care permite trecerea apei ntr-un singur sens, conform schemei din Figura 3.7.

nfigerea filtrului prin apsare, batere sau vibrare are dezavantajul c pmntul din jurul filtrului se ndeas

ceea ce are drept consecin reducerea porozitii i implicit reducerea permeabilitii.

Introducerea filtrului prin jet de ap sub presiune prezint o serie de avantaje tehnice care fac ca acest sistem s fie preferat. Modul de introducere a filtrelor prin jet de ap sub presiune este ilustrat n figura 3.8.

Fig. 3. 8 Succesiunea fazelor de nfigere a filtrelor acciculare cu jet de ap sub presiune: 1-filtru accicular; 2-furtun; 3-filtru invers; 4-dop de argil

Jetul de ap introdus sub presiunea de 5-6atm., pn la maxim 8-10atm., disloc materialul i provoac antrenarea acestuia ctre suprafaa terenului prin exteriorul evii. n funcie de viteza curentului

Pagina 40 din 68

ascendent sunt transportate cu prioritate particulele fine crendu-se n jurul evii, pe o raz de 15-25cm, un filtru invers. Pe msura dislocrii i antrenrii materialului de ctre jetul de ap, filtrul ptrunde n teren sub greutatea proprie, fiind dirijat i manevrat de ctre un muncitor.

Fig. 3. 9 Dispunerea electrozilor n cazul drenrii electroosmotice

Denivelarea apei n filtrul acicular se poate face prin aspiraie de la suprafa cu ajutorul pompelor.

Dac permeabilitatea terenului este mic, cum este n cazul prafurilor i nisipurilor fine prfoase, la suprafaa terenului, n jurul evii filtrului, pe o adncime de 1.0-1.5m se realizeaz prin batere un dop de argil. Filtrul se conecteaz la o pomp de vacuum care creeaz o diferen de presiune ntre stratul acvifer i interiorul filtrului acicular de pn la 0.7-0.8atm., favoriznd trecerea forat a apei din strat n instalaia de filtre.

n cazul pmnturilor fine nisipoase, prfoase, cu un procent mi ridicat de particule fine, argiloase, pmnturi care cedeaz mai greu apa, aplicarea vacuumului poate fi nsoit de drenarea electroosmotic.

Drenarea electroosmotic se bazeaz pe crearea unei diferene de potenial ntre doi electrozi metalici introdui n teren, dintre care unul, catodul, l constituie eava filtrului acicular, conectat la polul negativ al unei surse de curent continuu de 30-60 voli, aceasta putnd fi un convertizor de sudur electric sau un grup electrogen iar cellalt o born sau eava metalic conectat la polul pozitiv al unei surse de curent, constituind anodul (Fig. 3.9.).

Fig. 3. 10 Schema de amplasare a filtrelor acciculare pe conturul excavaiei

Prin crearea unei diferene de potenial ntre cei doi electrozi, apa din porii rocii, mpreun cu cationii metalici, se deplaseaz ctre catod, adic ctre filtrele aciculare, mrind eficacitatea acestora.

Pagina 41 din 68

Adncimea de introducere a filtrelor aciculare este de ordinul a 5-9m iar denivelrile maxime ce se obin la peretele filtrului sunt de ordinul a 3-5m.

Pentru coborrea nivelului apei subterane se folosesc baterii de filtre aciculare dispuse pe conturul excavaiei, conform schemei din Figura 3.10.

Distana dintre filtrele aciculare se stabilete n funcie de permeabilitatea terenului i ca ordin de mrime este de 1.0-1.5m.

n cazul n care filtrele aciculare vacuumate sunt nsoite de instalaia electroosmotic, barele metalice care constituie anozii se introduc n teren dup un aliniament paralel cu filtrele aciculare (Fig. 3.10.) i se amplaseaz ctre taluzul excavaiei astfel nct curgerea apei s se fac dinspre taluzuri ctre interiorul masivului de pmnt pentru a contribui la mrirea stabilitii acestora.

Dac este necesar coborrea nivelului apei subterane la adncimi mai mari de 4-5m, filtrele aciculare se dispun n trepte astfel (Fig. 3.12): - se sap n uscat pn n apropierea nivelului apei subterane; - se amplaseaz primul grup de filtre aciculare pe berma creat; - se deniveleaz apa i se continu excavarea terenului, crendu-se o nou berm, pe care se amplaseaz al doilea grup de filtre

Fig. 3. 11 Schema de amplasare a filtrelor aciculare (catozi) i a barelor metalica (anozi) pe conturul unei excavaii

aciculare care lucreaz concomitent cu primul grup; - dac este necesar se creeaz o a treia berm i se amplaseaz un nou grup de filtre aciculare .a.m.d. pn ce nivelul apei subterane coboar sub cota final de excavare.

Fig. 3. 12 Schema de amplasare a filtrelor aciculare dispuse n trepte

Pagina 42 din 68

3.2.5. Denivelarea apei subterane prin sifonare

n cazul unor gropi de excavare de dimensiuni mari, dac este necesar ca nivelul cobort al apei subterane s fie meninut pe o perioad de timp ndelungat, se poate aplica un sistem de drenaj conform schemei din Figura 3.13.

Fig. 3. 13 Schema de coborre a nivelului apei subterane prin sifonare: 1-foraj de depresionare; 2-colector nchis etan; 3-plnie de amorsare; 4-vane; 5-pu cu fundul i pereii etani; 6-pomp submersibil

Procedeul const n executarea pe conturul incintei ce urmeaz a fi excavat a unor foraje hidrogeologice echipate n mod corespunztor pentru a fi pompate.

Forajele astfel executate se racordeaz la o conduct colector nchis etan, care coboar cu un capt ntr-un pu de pompare cu fundul i pereii etani, a crui adncime permite coborrea nivelului apei sub cota la care se preconizeaz denivelarea apei n fiecare foraj.

Punerea n funciune a sistemului de drenaj se face prin etanarea ntregului sistem, umplerea acestuia cu ap, printr-un punct de alimentare situat la cota cea mai ridicat, prevzut cu o plnie i o van de nchidere i pomparea apei din puul colector.

Prin deschiderea vanei 4 de pe conducta colector, montat la intrarea n puul de pompare, n conducta colector se creeaz vacuum care provoac absorbia apei din foraje i drenarea acesteia, prin sifonare ctre puul de pompare. Curgerea apei din foraje ctre puul de pompare nceteaz cnd nivelul apei din pu se situeaz la cota iniial a nivelului apei n stratul acvifer. Cobornd nivelul apei n puul de pompare, sistemul de drenaj reintr n funciune. Reglarea denivelrii apei n foraje se face prin variaia nivelului de pompare n puul colector. Denivelarea posibil a apei subterane prin sifonare este de maximum 6-7m.

3.2.6. Denivelarea apei subterane prin foraje autodescrctoare, cu drenare descendent sau ascendent

Forajele autodescrctoare cu drenaj descendent se execut atunci cnd exist posibilitatea s dreneze liber ntr-un emisar situat la o cot inferioar nivelului apei subterane.

Drenajul prin autodescrcare poate fi descendent cnd stratul colector se afl la cot inferioar acviferului sau ascendent cnd stratul acvifer se afl sub presiune i poate deversa liber, artezian.

Pagina 43 din 68

Fig. 3. 14 Schema de reducere a subpresiunilor prin foraje autodescrctoare ascendente: 1-pomp de epuizment, 2-foraj autodescrctor

Unul din multiplele cazuri n care se aplic drenajul ascendent prin foraje autodescrctoare l constituie gropile de fundare, cu fundul spturii situat n straturi de pmnt impermeabil sub care se gsesc orizonturi acvifere sub presiune (Fig. 3.14.).

n astfel de situaii, pe msur ce excavaiile se adncesc, grosimea orizontului impermeabil de la baza excavaiei se reduce treptat i la un moment dat poate aprea pericolul ca subpresiunea care acioneaz asupra stratului impermeabil s produc ruperea acestuia. Aceast situaie poate s apar cnd

10

hhw

3. 10

n care w este greutatea specific a apei iar este greutatea volumic a pmntului de deasupra orizontului acvifer.

Pentru a ndeprta acest pericol este necesar ca raportul exprimat prin relaia 3.10 s fie n permanen subunitar. Acest lucru se poate realiza uor prin coborrea nivelului piezometric al apei din orizontul acvifer cu ajutorul unor foraje autodescrctoare care deverseaz liber n groapa de fundare (Fig. 3.14.). Apa deversat liber din foraje este captat pe conducte sau rigole deschise ntr-un bazin de unde este pompat n afara gropii de fundare.

Drenajul descendent prin foraje autodescrctoare se aplic pentru evacuarea gravitaional a apei dintr-un strat acvifer superior, sau direct din groapa de fundare, ntr-un strat acvifer inferior n care nivelul hidrostatic sau piezometric este inferior celui din stratul superior. Drenajul gravitaional va nceta cnd nivelurile apei din cele dou acvifere se egaleaz.

Pagina 44 din 68

CAPITOLUL 4. PARAMETRII HIDROLOGICI DE EXPLOATARE A FORAJELOR DE EPUIZMENT

4.1. Saltul de nivel n foraje 4.1.1. Foraj perfect n strat acvifer sub presiune

Fig. 4. 1 Saltul de nivel n cazul forajului perfect executat n strat acvifer sub presiune

Rezistena hidraulic a forajului

=+

+ 0

1

1

00 loglog3,2

r

r

r

r

SSSS n

n

n

nn

n 4. 1

Saltul de nivel

n

n

nn

r

r

SSS1

10

log3,2 ++

= 4. 2

Pentru straturile acvifere cu nivel liber, saltul de nivel, cunoscut i sub numele de zon de izvorre sau de prelingere, se poate calcula cu formula lui Ciarni estacov, notaiile corespunznd Fig. 4. 1.

+= 51.0/log73.0

2/

00 r

kQSh

kQS 4. 3

4.1.2. Foraj imperfect dup gradul de deschidere. Pompare n regim permanent

n cazul forajelor imperfecte dup gradul de deschidere rezistena hidraulic total se determin n funcie de poziia filtrului n raport cu patul i acoperiul stratului acvifer, conform Tabelului 4.1, de raportul 0/ rM dintre grosimea stratului acvifer i raza forajului, i de raportul Ml / dintre lungimea filtrului i grosimea stratului.

Fig. 4. 2 Foraj imperfect dup gradul de deschidere

Pagina 45 din 68

Tabelul 4. 1: Mrimea zonei oarbe C a filtrului n funcie de poziia acestuia n stratul acvifer Caracteristicile stratului acvifer Poziia filtrului

n interiorul stratului lHC < Cu nivel liber Adiacent patului impermeabil lHC = Adiacent coperiului impermeabil 0=C

n interiorul stratului lMC

Pagina 46 din 68

Tabelul 4. 2 Valorile rezistenei hidraulice totale n cazul unui strat acvifer sub presiune n care filtrul este adiacent patului sau coperiului stratului acvifer

0/ rM Ml /

0,5 1 3 10 30 100 500 1000 2000

0,05 0,00212 0,0675 1,150 6,300 17,750 39,95 63,00 74,50 84,50 0,1 0,00195 0,0610 1,020 5,200 12,250 21,75 35,10 40,90 46,75 0,3 0,0148 0,0454 0,645 2,395 4,600 7,25 10,90 12,45 14,10 0,5 0,00085 0,0247 0,328 1,130 2,105 3,25 4,82 5,50 6,20 0,7 0,00027 0,0084 0,119 0,440 0,845 1,34 2,01 2,29 2,59 0,9 0,0002 0,0008 0,026 0,064 0,151 0,27 0,43 0,51 0,58 1,0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Tabelul 4. 3 Formule pentru calculul coeficientului de permeabilitate Stratul acvifer Formula Observaii

( )SHSr

RQk

+

=

2

ln0

0

pi

Foraj singular

Cu nivel liber

( )( )212121

1

2

2

ln

SSHSSr

rQk

+

=

pi

Foraj cu dou piezometre

MSr

RQk

pi

2

ln0

0

+

=

Foraj singular

Sub presiune

( )212

1

2

2

ln1

SSMr

rQk

+

=

pi

Foraj cu dou piezometre

Not: r1 i r2 reprezint distanele de la forajul central la piezometre

4.2. Viteza de admisie a apei n gaura de foraj i debitul critic de epuizment 4.2.1 Relaia lui Sichardt Pentru evaluarea ordinului de mrime a vitezei admisibile cu care apa intr n gaura forajului, fr a influena negativ starea fizic a stratului acvifer i a filtrului invers din jurul gurii, se poate aplica relaia lui Sichardt.

[ ]smkva /15= 4. 4

Din practica hidrogeologic s-a constat c relaia 4.4 conduce la valori prea mari ale vitezei admisibile astfel c s-au fcut corecii la aceast formul, recomandndu-se ca viteza admisibil s se determine cu relaia:

Pagina 47 din 68

[ ]smkkva /6030 K= 4. 5

Debitul maxim ce poate fi extras dintr-un foraj este: [ ]smvhrQ af /2 30max pi= 4. 6 n care fh reprezint lungimea coloanei filtrante prin care apa ptrunde n gaura forajului.

4.2.2. Relaia lui Truelsen Aceast relaie ine seama de granulozitatea nisipului din stratul acvifer. Conform recomandrii lui Truelsen, innd seama de diametrul eficace 10d al nisipului din stratul acvifer, viteza admisibil se determin cu relaia:

[ ]smdva /28010

= 4. 7

n care 10d se ia n mm. Debitul maxim ce poate fi extras din foraj, se determin cu relaia:

[ ]smdhrQ f /2802 3100max pi= 4. 8

fh fiind lungimea coloanei filtrante prin care apa ptrunde n gaura forajului.

4.3. Evaluarea denivelrii critice a apei n forajul de epuizment (dup Ch. Jaeger)

kQ

rrS cr 22

002pi

++= 4. 9

Din motive de pruden, pentru a nu exista riscul iniierii proceselor de antrenare hidrodinamic a nisipului din stratul acvifer, n practica de antier se recomand ca denivelarea maxim n timpul pomprii s nu depeasc jumtate din nlimea coloanei de ap din foraj, 2/HS cr .

4.4. Evaluarea riscului de antrenare hidrodinamic a nisipului n funcie de gradientul hidraulic al curgerii i de coeficientul de neuniformitate al nisipului

n acest scop se poate utiliza diagrama Istomina (Fig. 4.4)

Fig. 4. 4 Diagrama Istomina pentru determinarea gradientului critic n funcie de coeficientul de neuniformitate al nisipurilor

Pagina 48 din 68

Gradientul critic de antrenare hidrodinamic se determin n laborator conform STAS 1913/16-75. Att pentru gradientul critic determinat din diagrama Istomina ct i pentru viteza critic de antrenare hidrodinamic se ia un coeficient de siguran C=1,5-2.

4.5 Formele de manifestare a procesului de antrenare hidrodinamic a nisipurilor n funcie de viteza de curgere a apei prin mediul poros, care este condiionat de mrimea coeficientului de permeabilitate i de gradientul hidraulic, antrenarea hidrodinamic a particulelor solide se poate manifesta sub form de sufozie, eroziune, afuiere, rupere hidraulic i lichefiere.

4.5.1 Sufozia Acest fenomen se manifest prin dislocarea i transportul particulelor fine prin spaiile intergranulare fr ca structura de rezisten a pmntului s fie deranjat. n domeniul de desfurare a fenomenului de sufozie permeabilitatea pmntului crete. Peste o anumit limit de producere a sufoziei structura pmntului cedeaz prin prbuire. Pmnturile cele mai susceptibile la sufozie sunt nisipurile necozive, afnate, cu un grad mare de neuniformitate.

4.5.2 Eroziunea n unele situaii, i n deosebi la contactul construciilor cu terenul nisipos, prin aciune eroziv, curenii subterani pot produce goluri cu dimensiuni variabile. Aceste goluri create prin eroziune sunt foarte periculoase pentru stabilitatea construciilor, necesitnd msuri imediate de colmatare prin injecii cu suspensii solide sau produse chimice.

Eroziunea se produce progresiv, ncepnd de la suprafeele libere ctre interiorul masivului de pmnt, curentul de ap antrennd n micare toate fraciunile granulometrice. n jurul golurilor create prin eroziune se realizeaz un filtru invers care poate contribui, ntr-o oarecare msur, la refacerea stabilitii pmntului.

Fiecrui tip de pmnt i corespunde o vitez critic de eroziune i antrenare hidrodinamic. Aceast vitez depinde, pe de o parte, de dimensiunile granulelor din care este alctuit pmntul respectiv, iar pe de alt parte de forele de coeziune care in legate ntre ele particulele minerale. Viteza critic de eroziunea scade odat cu reducerea dimensiunii granulelor minerale, dar la un moment dat, scznd n continuare dimensiunile granulelor, ncep s acioneze din ce n ce mai mult forele de coeziune, ceea ce necesit o vitez de curgere mai mare pentru a se produce eroziunea.

4.5.3 Afuierea Fenomenul de afuiere (sau refulare) se declaneaz n momentul n care viteza de curgere a curentului subteran provoac trecerea n stare de fluidizare a nisipului.

Afuierea este un fenomen care se produce foarte rapid. Dac nu se anticipeaz i nu se iau msurile necesare, refularea nisipului poate surprinde utilajele i personalul muncitor care lureaz n gropi de excavare, galerii, canale .a. Atenie deosebit trebuie acordat i forajelor care traverseaz straturi de nisip afnat, deoarece denivelarea apei n gaura de foraj sub o anumit cot poate crea gradieni hidraulici capabili s declaneze afuierea nisipului i colmatarea parial a forajului respectiv.

Pagina 49 din 68

4.5.4 Ruperea hidraulic Fenomenul se produce n cazul unor terenuri stratificate sau a unor terenuri neomogene din punct de vedere al permeabilitii, n care permeabilitatea descrete n sensul curgerii. Cnd subpresiunea care acioneaz asupra stratului mai puin permeabil depete fora de greutate a stratului respectiv, acesta ncepe s se ridice, apar fisuri i crpturi i n final cedeaz prin rupere. Concomitent cu ruperea stratului puin permeabil apa rbufnete ctre suprafaa terenului antrennd cantiti mari de nisip.

4.5.5 Lichefierea Lichefierea reprezint fenomenul de pierdere a capacitii portante a nisipurilor submersate cnd acestea sunt supuse la aciuni dinamice ciclice provocate de cutremure, explozii puternice, utilaje care produc vibraii, trafic feroviar i auto intens .a. i se datoreaz creterii presiunii apei din pori i reducerii frecrii dintre granulele minerale.

Se consider susceptibile la lichefiere urmtoarele tipuri de nisipuri (NP125-84): - nisipuri cu granulozitate uniform, ndeosebi cele cu dimensiunile particulelor cuprinse ntre 0,075 i 0,20mm. Aprecierea posibilitii de lichefiere a nisipurilor n funcie de granulozitate se poate face conform Tabelului 4.4; - nisipurile cu gradul de ndesare ID=0,5-0,7. n funcie de starea de ndesare i de gradul de intensitate seismic (SR 11100/93), sensibilitatea la lichefiere a nisipurilor se poate evalua pe baza datelor nscrise n Tabelul 4.5.

Tabelul 4. 4: Aprecierea posibilitii de lichefiere a nisipurilor n funcie de granulozitate Diametrul caracteristic sau fraciunea granulometric Pmnturi lichefiabile Pmnturi uor lichefiabile

Diametrul mijlociu, d50 [mm] 0,025-2 0,075-0,5 Diametrul eficace, d10 [mm] >0,005 >0,025

Fraciunea argil cu d

Pagina 50 din 68

n Romnia condiiile tehnice privind studiul proprietii pmnturilor necoezive lichefiabile sunt reglementate prin Normativul P125-84.

Pagina 51 din 68

CAPITULUL 5. CALCULUL SUPRAFEEI DE DEPRESIE PENTRU UN GRUP DE FORAJE DE EPUIZMENT CARE INTR N INTERFEREN

Dac dou sau mai multe foraje hidrogeologice sunt exploatate simultan i distana dintre ele este mai mic dect suma razelor de influen ale acestora, forajele respective intr n interferen influenndu-se reciproc (Fig. 5.1.).

Fig 5. 1 Foraje hidrogeologice care lucreaz n interferen

n cazul n care forajele lucreaz n interferen suprafaa depresionat a acviferului, corespunztoare grupului de foraje, va cpta o form mai complicat. Cunoaterea ecuaiilor care definesc aceast suprafa este foarte important pentru proiectarea sistemelor de coborre a nivelului apei subterane pentru executarea fundaiilor construciilor.

5.1. Foraje perfecte n strat acvifer cu nivel liber

Considernd curgerea apei n regim permanent, pentru determinarea cotei nivelului apei subterane ntr-un punct M din zona de influen a grupului de foraje luat n consideraie (Fig. 5.2.) se aplic relaia:

)]log(1[log73.0 21022 nrrrn

RKQHh K= 5. 1

n care termenii au urmtoarele semnificaii: h nlimea apei subterane n punctul M, n timpul pomprii n regim staionar; H nlimea apei subterane n punctul M, n condiii naturale; Q0 debitul de epuizment nsumat al tuturor forajelor din sistem; R raza de influen a grupului de foraje care alctuiesc sistemul de epuizment; r1..rn distana de la fiecare foraj de epuizment la punctul de calcul M; n numrul forajelor de epuizment;

Pagina 52 din 68

Fig 5. 2 Schema amplasrii punctului M pentru calculul nlimii h La limita zonei de influen a grupului de foraje r=R i h=H.

n cazul amplasrii forajelor pe un contur circular cu raza (Fig. 5.3), astfel nct distana de la fiecare foraj la centrul grupului s fie

)21 === nrrr K 5. 2

n centrul conturului h=hc i ecuaia 5.1 devine

R

KQHhc log73.0 022 = 5. 3

Cnd forajele sunt dispuse pe un contur de form dreptunghiular, de lungime L i lime B (Fig. 5.4.), raza echivalent a grupului de foraje se poate evalua cu relaia lui N.K. Ghirinschi.

4][ BLm += 5. 4

n care este un coeficient a crui mrime depinde de raportul B/L i se determin din Tabelul 5.1.

Tabelul 5. 1 Valoarea coeficientului . B/L 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6-1,00 1,00 1,08 1,12 1,14 1,16 1,17 1,18

Pagina 53 din 68

Fig 5. 3 Distribuia forajelor de pompare pe contur circular

Fig 5. 4 Distribuia forajelor de pompare pe contur dreptunghiular

Dac forajele au o dispoziie oarecare centrul grupului se admite a fi situat n centrul de greutate al acestuia (Fig. 5.5). Calculul razei echivalente a grupului de foraje dispuse neuniform se poate face i cu relaia

AAm 565.0/][ == pi 5. 5

n care A este suprafaa conturului delimitat de forajele de pompare, sau cu relaia

nnrrr K21= 5. 6

Fig 5. 5 Echivalarea efectului grupului de foraje cu efectul unui foraj echivalent cu raza i raza de influen R. Pentru cazul general, punctul C este situat n centrul de greutate al grupului

Raza de influen R a grupului de foraje se poate evalua pe baza relaiilor din Tabelul 2.2, n care S [m] este denivelarea calculat n centrul C al grupului; H [m] este nlimea coloanei de ap n stratul acvifer i k este coeficientul de permeabilitate al stratului acvifer.

Cnd grupul de foraje se afl n apropierea unui ru, la distana B de acesta, n locul razei de influen R a grupului, se ia n considerare distana B.

5.2. Foraje perfecte n strat acvifer sub presiune

Pornind de la ecuaia corespunztoare forajului perfect executat n strat acvifer sub presiune, i urmnd acelai raionament ca i n cazul acviferului cu nivel liber, se ajunge la ecuaia suprafeei de depresie sub forma

)]log(1[log73.0 210 nrrrn

RkMQHh K= 5. 7

Pagina 54 din 68

Aceast ecuaie corespunde suprafeei de depresie creat de foraje perfecte din care se extrag debite egale.

Dac forajele sunt dispuse pe un contur circular de raz nlimea coloanei de ap n centrul conturului este dat de expresia

R

kMQHhc log73.0 0=

5. 8

Pentru straturile acvifere mixte (Fig. 2.19) relaiile de calcul sunt asemntoare celor corespunztoare stratului acvifer sub presiune.

Un model de calcul privind dimensionarea sistemului de epuizment pentru o construcie este prezentat n ANEXA 1.

Pagina 55 din 68

CAPITOLUL 6. MONITORIZAREA LUCRRILOR DE EPUIZMENT

Procesul de coborre a nivelului apei subterane prin epuizment necesit o monitorizare pe toat durata de funcionare a sistemului, iar n unele cazuri i pe perioade post epuizment. Monitorizarea se va efectua n conformitate cu prevederile unor componente distincte ale proiectului i caietelor de sarcini aferente lucrrilor de epuizment.

Monitorizarea curent const n utilizarea a trei tipuri de msurtori.

6.1. Msurtori topo geodezice

Se efectueaz pe reperi topografici care se nscriu ntr-o reea de microtriangulaie n sistem local. Aceast metod se aplica pentru msurtori ale deformaiilor de suprafa ale elementelor de construcii sau a construciilor care intr sub influena lucrrilor de epuisment.

6.2. Msurtori inclinometrice

Constau n executarea unor guri de foraj n terenul din vecintatea gropii de excavare sau n elementele verticale ale fundaiei i echiparea acestora cu tuburi flexibile prevzute cu caneluri verticale.

Un foraj inclinometric n mod obligatoriu trebuie s fie ncastrat ntr-un teren sau element construit care nu va fi afectat de eventuale deformaii.

n aceste tuburi flexibile se introduce o sond inclinometric cu ajutorul creia se msoar la intervale de lungime ml 5.0= , unghiul de inclinare al axei tubului flexibil fa de vertical.

Msurtorile se fac dup dou direcii perpendiculare, la intervale de timp stabilite n prealabil. Dup fiecare direcie se msoar unghiul de nclinare i se calculeaz devierea d corespunztoare fiecrui interval de adncime l=0.5m, cu relaia d= l sin .

Pentru fiecare punct de msurare se determin devierea total ca rezultant vectorial a devierilor dup cele dou direcii de msurare.

n lungul forajului inclinometric se ntocmete graficul devierii n plan vertical pentru fiecare din cele dou direcii.

Proiecia n plan orizontal a devierilor calculate ofer o imagine sugestiv a direcilor de deplasare, a mrimii deplasrilor i a vitezei de deplasare a elementelor monitorizate.

Pagina 56 din 68

6.3. Msurtori piezometrice

Se efectueaz n guri de foraj echipate cu tuburi PVC perforate n dreptul stratului acvifer monitorizat. n jurul tubului piezometric se realizeaz un filtru de pietri mrgritar pe intervalul de adncime al acviferului al crui nivel de ap se msoar.

Dac n zona de influen a epuizmentului se afl mai multe straturi acvifere, msurtorile piezometrice se msoar separat, pentru fiecare strat.

Msurtorile piezometrice permit nregistrarea efectului lucrrilor de epuizment la nivelul fiecrui strat acvifer.

Msurtorile de niveluri se vor face cu sonda de nivel cu semnal acustic, optic sau aparate cu senzori i afiaj digital.

Dac condiiile din amplasament impun, monitorizarea va continua i dup dezafectarea sistemului de epuizment. n aceast situaie trebuie conservate i protejate elementele componente ale sistemului de monitorizare: reperii i bornele topografice din reeaua de microtriangulaie, forajele inclinometrice i piezometrele.

Forajele inclinometrice i piezometrice se vor definitiva cu dale de beton cu dimensiuni 0.70x0.70x0.25m n care vor fi ncastrate tuburile protectoare cu ~ 150mm prevzute cu capace i sisteme de siguran.

Prelucrarea i interpretarea datelor rezultate din msurtori vor fi efectuate periodic de ctre specialiti n domeniu i vor fi aduse la cunotin beneficiarului sub form de Raport Tehnic de Monitorizare.

Pagina 57 din 68

CAPITOLUL 7 DEZAFECTAREA SISTEMELOR DE EPUIZMENT

a. Cnd sistemul de epuizment funcioneaz n regim staionar iar nivelul apei subterane se afl sub cotele proiectate pe toat aria fundului gropii de fundare, se poate trece la execuia excavaiilor.

b. Excavaiile se vor executa pn la cota final prevzut n proiect. n acest timp sistemul de epuizment va fi n funciune.

c. Dup executarea excavaiilor cu sistemul de epuizment n funciune, se vor turna radierul din beton armat i pereii subsolului pn deasupra cotei nivelului natural al apei subterane i se vor executa hidroizolaiile.

d. Dup intervalul de timp necesar ntririi betonului (minimum 30 de zile), coloanele forajelor de pompare, dac nu au captul superior deasupra nivelului natural al apei subterane, acestea se vor prelungi pn ndeplinesc aceast condiie.

e. n aceast etap pompajul poate fi oprit. Se scot pompele submersibile din gurile forajelor de epuizment i coloanele filtrelor se obtureaz cu beton vibrat pn la o cot situat cu cel puin 1.0m deasupra radierului.

f. Dup consumarea timpului de priz a betonului coloanele de filtre se taie de la nivelul radierului, se demonteaz reeaua de conducte de refulare a apei pompate i toate echipamentele care compun sistemul.

g. Pe toat perioada de dezafectare a echipamentelor de epuizment sistemul de monitorizare se va afla n funciune i va fi meninut att timp ct va fi necesar.

Pagina 58 din 68

CAPITOLUL 8. CONINUTUL CADRU AL PROIECTULUI DE EPUIZMENT

n ANEXA 2 se prezint un model privind coninutul unui proiect de epuizment.

Structura unui proiect de epuizment va fi stabilit de ctre proiectant n funcie de condiiile geologice, geotehnice i hidrogeologice ale amplasamentului, de particularitile construciilor pentru care se elaboreaz proiectul i ale construciilor din zona de influen a lucrrilor de epuizment.

Pagina 59 din 68

BIBLIOGRAFIE

1. Brillant, Jacoues (1996), La mesure in situ des prmeabilit locales. The institution of civil enginners Great George Street London, s.w.1 2. Castany, G. (1972), Prospeciunea i exploatarea apelor subterane (Trad. Din limba francez), Ed. Tehnic

3. Costache, Gh.; Gvan, Gh. (1986), Carnet tehnic. Forajul geologic i hidrogeologic, Ed. Tehnic 4. Hvroslev, M.J. (1949), Subsurface Exploration and sapling of Soils for Cvili Engineering Purposes American Society of Civil Engineers New York 5. Kutzner, Christian (1996), Grouting of Rock and Soil, A.A. BALKEMA, Rotterdam Brook Field 6. Lefranc, E. (1937), La thorie des paches absorbante et son aplication la dtermination du coefficient de prmeabilits des terrains en place et on calcul du dbris des nappes d'eau, Gnie civil CXI 20 Paris 7. Manoliu, J. (1983), Fundaii i procedee de fundare, Ediia a II-a, Ed. Didactic i Pedagogic 8. Mateescu, C. (1963), Hidraulic, Ed. Didactic i Pedagogic 9. Marchidanu, E. (1996), Hidrogeologia n ingineria construciilor, Ed. Tehnic 10. Petros, P., Xanthakos, Lee W. Abramson, Donald A. Brucce (1994), Ground control and improvement, John Wiley & Sons Inc.

11. Pietraru, V. (1970), Calclul infiltraiilor, Ed. CERES 12. Schneebeli, G. (1966), Hydraulique souterraine. Eyrolles 13. Somerville, S.H. (1986), Control of groundwater for temporary works. CIRIA Repost 113 14. Tomlinson, M.J. (1969), Proiectarea i executarea fundaiilor (Trad. Din limba exnglez), Ed. Tehnic

15. Tudor, C. (1986), ndrumtor pentru executarea forajelor de ap, ed. CERES 16. U.S. Department of the Interior Bureau of Reclamation. Ground water manual (1977), U.S. Government Printing Office, Washington

17. Wilhelm, F. Struckmeier, Jean Margot (1995), Hydrogeological Maps. A guide and a standard Legend. International Association of Hydrogeologists vol. 17.

Pagina 60 din 68

REGLEMENTRI TEHNICE RECOMANDATE PENTRU ELABORAREA PROIECTELOR DE EPUIZMENT

STAS 1629/1-81 Alimentri cu ap. Capturarea izvoarelor. Prescripii de proiectare STAS 1629/2-87 Alimentri cu ap. Capturarea apelor subterane prin puuri. Prescripii de proiectare STAS 1629/3-91 Alimentri cu ap. Captri de ape subterane prin drenuri. Prescripii generale de proiectare

STAS 1712/1-91 Alimentri cu ap. Nisip i pietri cuaros pentru filtrarea apei i prevenirea nnisiprii. STAS 1913/5-85 Teren de fundare. Determinarea granulozitii STAS 1913/6-76 Teren de fundare. Determinarea permeabilitii n laborator STAS 1913/16-75 Teren de fundare. Determinarea gradientului hidraulic critic STAS 2745-90 Teren de fundare. Urmrirea tasrilor construciilor prin metode topografice STAS 3414-94 Geologie, geologie tehnic i geotehnic. Hri, seciuni i coloane. Indici, culori, seme convenionale

STAS 4621-91 Hidrologie. Terminologie STAS 8016-84 Hidrologie. Semne i culori convenionale SR EN 1536: 2004 Execuia lucrrilor speciale. Piloi forai SR EN 1538: 2002 Execuia lucrrilor speciale. Perei mulai SR EN 12063:2003 Execuia lucrrilor geotehnice speciale. Perei din palplane SR 1628-1:1995 Alimentri cu ap. Surse de ap subterane. Investigaii studii de teren i cercetri de laborator SR 11100/1-93 Zonarea seismic. Macrozonarea teritoriului Romniei P125-84 ndrumtor tehnic pentru studiul proprietilor pmnturilor necoezive, lichefiabile NP 074-2011 Normativ privind documentaiile geotehnice pentru construcii NP 120-2006 Normativ privind cerinele de proiectare i execuie a excavaiilor adnci n zone urbane

Pagina 61 din 68

ANEXA 1.

EXEMPLU DE CALCUL PENTRU UN SISTEM DE EPUIZMENT ALCTUIT DIN FORAJE CARE LUCREAZ N INTERFEREN I SUNT DISPUSE PE CONTURUL UNEI EXCAVAII DE FORM DREPTUNGHIULAR