foraje de injectie

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI

FACULTATEA DE HIDROTEHNICĂ

CATEDRA DE GEOTEHNICĂ ŞI FUNDAŢII

Drd. Ing. Fediuc (Dumitru) Liliana Florentina

CONTRIBUŢII LA ÎMBUNĂTĂŢIREA CONSOLIDĂRII ŞI IMPERMEABILIZĂRII PRIN INJECŢII DE CIMENT A

MASIVELOR DE ROCI STÂNCOASE

REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC, PROF. UNIV. DR. ING. EUGENIU MARCHIDANU

BUCUREŞTI 2010

Rezumat teză doctorat

Pag. 1

PREFAŢĂPREFAŢĂPREFAŢĂPREFAŢĂ Odată cu trecerea timpului au avut loc modificări ale evoluţiei populaţiei. Creşterea populaţiei a condus la mărirea continuă a consumului de apă atât pentru scopuri menajere cât şi pentru irigaţii, dar în mod deosebit, pentru scopuri industriale şi furnizare de energie electrică. Ca urmare, construcţia de noi baraje a devenit o necesitate inevitabilă. Amplasamentul pentru realizarea unui baraj se alege astfel încât el să fie favorabil din punctul de vedere al condiţiilor hidrologice şi al condiţiilor geologice ale terenurilor de fundare. Dinamica dezvoltării construcţiilor, dar şi complexitatea varietăţii terenurilor de fundare din amplasamente, au condus, implicit, la elaborarea unor metode şi tehnologii performante de consolidare şi impermeabilizare prin injecţii cu fluid de injectare (diverse soluţii şi suspensii: amestecuri de ciment, bentonită, răşini, etc.), urmărindu-se optimizarea atât din punct de vedere economic cât şi din punct de vedere al eficacităţii ecranelor de etanşare. Având în vedere multitudinea condiţiilor geologice ale terenurilor, procedeele prin care se realizează aceste lucrări sunt diversificate atât în ceea ce priveşte echipamentele tehnice, cât şi substanţele utilizate pentru consolidare şi impermeabilizare. Injectarea terenurilor, în tehnologia curentă a construcţiilor, are o aplicabilitate mare. Această tehnică de injectare a fost aplicată pentru realizarea unor mari proiecte specifice în construcţii, cum sunt: tunelurile rutiere şi feroviare, hidrocentralele, centralele termice, poduri cu deschideri mari, platforme marine, etc., care nu s-ar fi putut realiza fără aplicarea tehnologiei adecvate de consolidare sau etanşare prin injectare. Cel mai important domeniu de aplicare a tehnicii de consolidare şi impermeabilizare prin injecţii de ciment îl reprezintă terenurile de fundare pentru baraje. Pentru asigurarea stabilităţii în exploatare şi funcţionalitatea în siguranţă a construcţiilor, dar în mod deosebit a construcţiilor mari (baraje, tuneluri, poduri, etc.), verificarea realizării consolidării şi a eficacităţii ecranelor de etanşare, este esenţială. În cadrul tezei de doctorat am acordat atenţie deosebită, criteriilor de evaluare a eficacităţii voalului de etanşare, şi interpretării rezultatelor lucrărilor de injectare executate în versantul stâng al barajului Gura Apelor. De asemenea, am propus şi aplicat un nou parametru de analiză: Coeficientul de Eficacitate a Injectării (CEI) care permite punerea în evidenţă a consumului specific de ciment din forajele de injecţii, raportat la presiunea unitară. Prezenta lucrare a fost elaborată cu sprijinul conducătorului de doctorat, domnul Prof. Dr. Ing. Eugeniu Marchidanu. Pentru îndrumarea

atentă, ajutorul, răbdarea, sfaturile şi încurajările oferite cu generozitate în cadrul pregătirii stagiului de doctorat şi pentru elaborarea lucrării, îi aduc respectuoase mulţumiri. Mulţumesc pentru materialul pus la dispoziţie şi pentru ajutorul acordat Institutului de Studii şi Proiectări Hidroenergetice SA

Bucureşti.

Sincere mulţumiri adresez şi membrilor catedrei de Geotehnică şi Fundaţii din cadrul Facultăţii de Hidrotehnică pentru sprijinul oferit pe întregul parcurs al elaborării tezei de doctorat.


Pag. 2

C U P R I N S U L T E Z E I D E D O C T O R A T

Pag.

CAPITOLUL I Date generale …………………………………………………………………………… 7

1.1. Introducere ………………………………………………………………….. 7 1.2. Importanţa lucrărilor de cimentare a rocilor fisurate ……………………. 8 1.3. Scopul şi domeniul de aplicare a injecţiilor de ciment …………………. 11 1.4. Evoluţia cunoaşterii materialelor de injectare, procedeelor de injectare şi a echipamentelor utilizate la injectarea terenurilor ……. 12

1.4.1. Materiale injectabile ……………………………………………… 12 1.4.2. Evoluţia procedeelor de injectare şi a echipamentelor ………. 15

CAPITOLUL II Caracterizarea structurală şi microtectonică a masivelor de roci stâncoase, ca medii permeabile ……………………………………………………. 17

2.1. Stresul şi deformaţia. Relaţia stress-deformaţie. Elipsoidul de deformaţie …………………………………………………... 17 2.2. Deformarea rocilor sub acţiunea stressurilor …………………………… 22 2.3. Forme principale de deformaţii rupturale în masivele de roci: falii, fisuri, clivaj …………………………………………………………….. 24 2.3.1. Faliile ……………………………………………………………… 24 2.3.2. Fisurarea rocilor ………………………………………………….. 28 2.3.3. Clivajul …………………………………………………………….. 32 2.4. Studiul deformaţiilor microtectonice rupturale ………………………….. 33 2.5. Metode uzuale în geologia inginerească de prelucrare statistică a elementelor microtectonice (fisuri, clivaj, stratificaţie) ……………….. 34 2.6. Interpretarea microtectonică a diagramei polare. Studiul de caz: Amplasamentul barajului şi a lacului de acumulare Siriu ……………… 37

CAPITOLUL III Particularităţile hidraulice ale curgerii apei prin medii fisurate ………………. 41

3.1. Studiul mişcării apei într-o fisură plană ………………………………….. 41 3.2. Ecuaţia mişcării unui fluid injectat sub presiune într-o fisură orizontală, cu lărgimea e0 …………………………………………………. 44 3.3. Variaţia elementelor hidraulice ale curgerii în funcţie de frecvenţa fisurilor …………………………………………………………… 50


Pag. 3

CAPITOLUL IV Testarea permeabilităţii masivelor de roci fisurate ……………………………… 53

4.1. Metode de evaluare a permeabilităţii rocilor fisurate prin injecţii experimentale ………………………………………………………………. 53 4.1.1. Injecţii de apă …………………………………………………….. 53 4.1.2. Determinarea coeficientului de permeabilitate prin turnări în gaura de foraj …………………………………………………. 56 4.2. Procedeul e lucru privind determinarea experimentală a permeabilităţii …………………………………………………………….. 59 4.3. Criterii de alegere a presiunii de injectare ……………………………….. 60 4.4. Variaţia debitelor absorbite în funcţie de presiunea de injectare ……… 62 4.5. Efectuarea probelor de permeabilitate …………………………………… 64

CAPITOLUL V Tehnologii şi criterii de performanţă privind execuţia forajelor de injecţii ….. 65

5.1. Instalaţii de foraj şi injecţii …………………………………………………. 65 5.2. Componenţa instalaţiilor de foraj ………………………………............... 68

5.2.1. Mastul, trepiedul sau turla ………………………………………. 68 5.2.2. Utilajul de manevră ……………………………………………… 69 5.2.3. Utilajul de rotire sau utilajul de percuţie ………………………. 70 5.2.4. Utilaje folosite pentru circulaţia fluidului de foraj, injectarea şi prepararea fluidelor de injectare …………………………….. 71 5.2.5. Garnitura de foraj ………………………………………………… 76 5.2.6. Sape utilizate la forajul cu sondeze ……………………………. 79

5.3. Fluidul de foraj ……………………………………………………………… 83 5.3.1. Rolul şi funcţiunile fluidului de foraj …………………………….. 83 5.3.2. Apa şi noroiul de foraj utilizate ca fluid de foraj ………………. 84

5.4. Obturatoarele ……………………………………………………………….. 86 5.5. Carotajul …………………………………………………………………….. 93 5.6. Devierea găurilor de foraj …………………………………………………. 101 5.7. Procedee de injectare ……………………………………………………… 105

CAPITOLUL VI Cercetări privind suspensiile injectabile ………………………………………….. 110

6.1. Date generale ………………………………………………………………. 110 6.2. Suspensii pe bază de ciment şi argile …………………………………… 112 6.3. Suspensii pe bază de răşini sintetice ……………………………………. 116 6.4. Exemplu de folosire a soluţiilor şi suspensiilor …………………………. 119 6.5. Studii privind suspensiile de injectare …………………………………… 120

CAPITOLUL VII Criterii de proiectare a voalurilor de injecţii şi a perdelelor de drenaj ………. 149

7.1. Date generale privind ecranele de etanşare ……………………………. 149 7.2. Voaluri de injecţii …………………………………………………………… 152 7.3. Perdele de drenaj ………………………………………………………….. 163


Pag. 4

CAPITOLUL VIII Monitorizarea comportării voalurilor de injecţii din punct de vedere al infiltraţiilor în timpul exploatării …………………………………………………….. 170

8.1. Monitorizrea comportării voalului de injecţii în perioada de pregătire şi umplere al lacului …………………………………………….. 170 8.2. Urmărirea comportării voalului de injecţii în perioada de punere sub sarcină hidraulică …………………………………………….. 173

CAPITOLUL IX Contribuţii la îmbunătăţirea impermeabilizării şi consolidării masivelor de roci fisurate prin injecţii de ciment. Studiu de caz: impermeabilizarea terenului de fundare în versantul stâng la barajul Gura Apelor-Retezat ……. 174

9.1. Date generale privind barajul Gura Apelor. Localizare, caracteristici constructive, particularităţile terenului de fundare ……………………… 174 9.2. Prevederile proiectului de etanşare a versantului stâng, prin injecţii de ciment, pe tronsonul de voal situat între cotele 960,00 ÷ 1078,50 m.d.M. ………………………………………………….. 181 9.3. Stadiul lucrărilor de injecţii la sfârşitul anului 2009 ……………………... 183 9.4. Criterii de evaluare a calităţii lucrărilor de injecţii ……………………….. 183

9.4.1. Criteriu Lugeon …………………………………………………… 186 9.4.2. Recomandări ICOLD (Londe 1982) …………………………… 190 9.4.3. Indicele de eficacitate a voalului ……………………………….. 190 9.4.4. Sugestii de evaluare a permeabilităţii masivelor de roci stâncoase, fisurate, formulate de cercetătorii spanioli Alberto Foyo, Miguel Sanchez, Carmen Tomillo (F.S.T.) …… 191 9.4.5. Consumul specific de ciment injectat ………………………….. 193 9.4.6. Alţi indicatori de analiză a eficacităţii voalului de injecţii …….. 194

9.5. Analiza eficacităţii injecţiilor de ciment în versantul stâng – baraj Gura Apelor, pe baza absorbţiilor de apă şi consumurilor de ciment … 197

9.5.1. Panoul de voal, cu lungime de 65,00 m, cuprins între puţul de acces în galeria perimetrală şi fundul galeriei de injecţii de la cota 1078,50 m.d.M. ……………………………………… 197 9.5.2. Panoul de voal din galeria de injecţii de sub baraj (sub cota 1078,50 m.d.M) ……………………………………… 203

CAPITOLUL X Concluzii ………………………………………………………………………………… 209 CAPITOLUL XI Contribuţii personale …………………………………………………………………. 214 Bibliografie ……………………………………………………………………………… 216


Pag. 5

Capitolul I

Date generale 1.1. Introducere. Importanţa lucrărilor de cimentare a rocilor fisurate. Pentru asigurarea stabilităţii în exploatare şi funcţionalitatea în siguranţă a construcţiilor, şi în mod deosebit a construcţiilor mari (baraje, tuneluri, poduri, etc.), investigarea terenului de fundare, din punct de vedere geologic ingineresc, hidrogeologic şi geomecanic este esenţială. În multe cazuri masivele de roci pe care se fundează construcţii importante nu dispun în mod natural de condiţii geomecanice şi hidrogeologice satisfăcătoare. În astfel de situaţii se recurge la procedee de îmbunătăţire a calităţii masivelor de roci astfel încât acestea să devină apte pentru preluarea solicitărilor transmise de construcţii în vederea atingerii parametrilor tehnici şi economici la care acestea se proiectează. Procedeele prin care se pot îmbunătăţi caracteristicile geomecanice ale rocilor depind în primul rând de natura terenurilor. Aceste procedee sunt, de asemenea, diversificate din punct de vedere al echipamentelor tehnice specifice şi de natura substanţelor folosite pentru consolidare şi impermeabilizare. În cazul rocilor stâncoase, fisurate, cel mai răspândit procedeu de consolidare şi impermeabilizare îl reprezintă injectarea sub presiune a suspensiilor de ciment în găurile de foraj. Realizarea barajelor înalte în amplasamente dificile din punct de vedere geologic, impune luarea unor măsuri speciale de investigaţii geologice pe baza cărora soluţiile de proiectare să garanteze stabilitatea şi funcţionalitatea acestor lucrări la parametri preconizaţi. Un amplasament, prin particularităţile sale geologice, impune realizarea unui anumit tip de baraj, care să poată fi construit în condiţii economice avantajoase şi să satisfacă condiţiile de siguranţă în exploatare din punct de vedere al rezistenţei şi stabilităţii, dar şi o bună funcţionalitate. Pentru construirea barajelor mari, sunt preferate terenurile stâncoase. Acestea oferă condiţii mai bune din punct de vedere al capacităţii portante. Din punct de vedere al infiltraţiilor de apă, de multe ori terenurile stâncoase prezintă dezavantajul că pot fi străbătute de goluri mari, sub formă de fracturi şi fisuri, uneori chiar carsturi, care permit infiltrarea apei. În cazul rocilor stâncoase,peste permeabilitatea primară datorată spaţiilor intergranulare din masa rocii, se suprapune permeabilitatea secundară datorată faliilor, fisurilor şi a suprafeţelor de clivaj şi stratificaţie. Când avem terenuri stâncoase stratificate, cu alternanţe de straturi cu permeabilităţi diferite, prin suprapunerea mai multor căi de infiltraţie, cum sunt porozitatea excesivă, clivajul, fisurile, etc., rezultă că acest complex de roci are caracterul unui mediu neuniform. Curgerea fluidelor prin roci stâncoase, în mare parte este controlată de fisuri. Un studiu geologic, microtectonic, cu privire specială asupra fisuraţiei, este indispensabil proiectării lucrărilor de consolidare şi impermeabilizare a terenurilor de fundare a barajelor şi a lacurilor de acumulare. Un studiu geologic ingineresc pentru lucrările de impermeabilizare prin cimentare a rocilor fisurate din amplasamentul unui baraj cuprinde:

1. Documentarea geologică tehnică.


Pag. 6

2. Recunoaşterea geologică tehnică pe teren. 3. Lucrările de prospecţiuni geologice tehnice. 4. Determinări experimentale în foraje. 5. Prelucrarea şi interpretarea datelor..

1.2. Scopul şi domeniul de aplicare a injecţiilor de ciment. Evoluţia cunoaşterii materialelor de injectare, procedeelor de injectare şi a echipamentelor utilizate la injectarea terenurilor.

Injecţiile de ciment se folosesc cel mai frecvent în următoarele cazuri:

o îmbunătăţirea caracteristicilor de rezistenţă şi deformabilitate ale terenurilor; o reducerea permeabilităţii terenurilor; o umplerea unor goluri subterane.

În general, terenurile stâncoase fisurate sunt neomogene din punct de vedere al capacităţii filtrante. Din această cauză, pe şantiere pot să apară diverse situaţii în care parametrii de proiectare determinaţi prin calcule, nu corespund realităţii din teren. În tehnica şi reuşita lucrărilor de injectare, experienţa personalului executant şi supraveghetor este foarte importantă. Pentru realizarea unor construcţii care necesită lucrări de injectare, trebuie să ţinem seama de următoarele aspecte ale procesului de injectare:

o capacitatea terenurilor de a fi injectate; o tipurile şi caracteristicile substanţelor care urmează a fi utilizate la injectare; o modul de curgere şi capacitatea de pătrundere a substanţelor injectate în

golurile din teren; o interacţiunea substanţelor injectate cu terenul.

Tehnologiile de injectare şi tipurile de substanţe injectabile se aleg în funcţie de particularităţile mediului ce urmează a fi injectat. Avantajul injectării este acela că zona ce trebuie tratată nu necesită decopertare, dacă este asigurată pătrunderea forajelor în zona respectivă. Injectarea terenurilor poate rezolva unele din următoarele probleme dificile:

1. consolidarea terenului în cazul când decopertarea devine o operaţie dificilă sau periculoasă (excavaţii în terenuri instabile, în apropierea şi sub nivelul unor fundaţii, etc.);

2. consolidarea terenului sub elementele fundaţiilor, în cazul subzidirilor; 3. impermeabilizări pe conturul infrastructurii unor construcţii existente; 4. executarea de lucrări de infrastructură la construcţii existente fără

întreruperea exploatării acestora (consolidarea terenurilor de fundare la clădiri de locuit, culturale, etc.);

5. realizarea voalurilor de etanşare sub baraje, prin injectare, în timpul construirii sau al exploatării (în cazul rocilor fisurate de cele mai multe ori injectarea reprezintă singura soluţie eficientă).

Gama de terenuri care pot reclama operaţiuni de îmbunătăţire a rezistenţelor mecanice şi reducerea permeabilităţii este foarte variată, mergând de la mâluri, pământuri slab consolidate, puternic deformabile şi susceptibile de antrenări hidrodinamice, până la masive de roci tari, fisurate, afectate de falii însoţite de brecii tectonice, roci solubile în care sunt prezente goluri carstice, etc. Nu se poate trasa o limită de separaţie între cercetările efectuate pentru pământuri şi cele aferente rocilor stâncoase. Dacă ne referim numai la domeniul rocilor stâncoase, începuturile aplicării lucrărilor de consolidare şi impermeabilizare au constat din simpla colmatare a golurilor din masivul de rocă prin turnare de suspensii de argilă.


Pag. 7

Capitolul II

Caracterizarea structurală şi microtectonică a masivelor de roci stâncoase, ca medii permeabile.

Cunoaşterea structurală şi microtectonică a masivelor de roci este foarte importantă din punctul de vedere al amplasamentului construcţiei. În acest scop se fac studii geologice-structurale. Necunoaşterea acestora poate duce la urmări nefaste, la probleme în timpul execuţiei şi exploatării construcţiei. Elemente structurale şi microtectonice aparent nesemnificative, pot avea un rol hotărâtor în comportarea geomecanică de ansamblu a masivului.

2.1. Stressul şi deformaţia. Relaţia stress – deformaţie. [34] Stressul reprezintă totalitatea eforturilor care iau naştere în interiorul unei roci supuse unui câmp de forţe exterioare. Roca, supusă unui câmp de forţe exterioare răspunde cu o forţă de reacţiune egală şi de sens contrar. La o creştere continuă a forţelor exterioare, care ajung să depăşească valoarea maximă a forţei de reacţiune a rocii (rezistenţa rocii fiind depăşită), în masiv apar suprafeţe de cedare plastică şi în final se produce ruperea. În funcţie de modul cum acţionează forţele exterioare asupra masei de roci, stressul poate fi: de compresiune, de întindere, de forfecare. Trebuie cunoscută direcţia de dezvoltare a stressului. Pentru acest lucru se consideră că în plan vertical, într-un punct din interiorul masivului de rocă, acţionează stressul principal vertical a cărui mărime este proporţională cu greutatea coloanei litologice aflate deasupra punctului (sarcina geologică), iar în plan orizontal, stressul principal se determină ca bisectoarea unghiului ascuţit al unui sistem de falii care se intersectează, al fisurilor de forfecare, după o direcţie perpendiculară pe axa mare a cutelor sau pe direcţia suprafeţelor de şariaj. Deformaţia reprezintă efectul acţiunii stressului asupra masei de roci. Aceasta constă în schimbare de formă, schimbare de volum sau schimbare de formă însoţită de modificarea volumului. Deformaţia poate fi elastică, elasto-plastică, plastică sau rupturală. Volumul de rocă supus unui stress suferă la început o deformare elastică. La o creştere continuă a stressului, limita de deformaţie elastică este depăşită şi se face trecerea în domeniul elasto-plastic, plastic, până se ajunge în domeniul ruptural.

Fig. 2.5. Curba stress-deformaţie: AB - deformaţie elastică; BC – deformaţie elasto – plastică;

CD - deformaţie plastică; DE – domeniul de rupere.


Pag. 8

2.2. Deformarea rocilor sub acţiunea stressurilor. Sub acţiunea diferitelor forţe rocile se comportă diferit. Ele pot suferi deformări plastice, sub formă de cute, sau deformări rupturale, sub formă de fracturi. După felul în care răspund la solicitările stressului, rocile se împart în două categorii: roci competente şi roci incompetente. Rocile competente se caracterizează prin faptul că, în curba caracteristică stress-deformaţie, deformaţiile se încadrează în domeniul elastic. La acest tip de roci domeniul deformaţiilor plastice este foarte redus. Atunci când valoarea stressului este mai mare decât valoarea limită a rezistenţei rocilor, se produce ruperea, luând naştere suprafeţe de discontinuitate sub formă de fracturi. Rocile incompetente sunt rocile care sub acţiunea stressului suferă deformaţii plastice, sub formă de cute. Cutele pot avea dimensiuni mici, de ordinul milimetrilor, până la dimensiuni mari, de ordinul kilometrilor. Caracteristica acestor tipuri de roci este că, în curba stress-deformaţie, domeniul deformaţiilor plastice este mare.

Fig. 2.9. Curbe caracteristice stress – deformaţie: a – roci incompetente; b – roci

competente.[28]

2.3. Forme principale de deformaţii rupturale în masivele de roci: falii, fisuri, clivaj. Falia este o fractură sub forma unei suprafeţe de discontinuitate fizică care împarte masivul de rocă în două blocuri, care se deplasează paralel cu suprafaţa de rupere. Cutele-falii sunt o combinaţie dintre o cută şi o falie. Cuta evoluează până se ajunge la fracturarea straturilor. Pânza de şariaj, este o structură geologică care ia naştere într-un ansamblu cută-falie, în care deplasarea blocului superior (notat cu p şi numit pânză) peste blocul inferior (notat cu a şi numit autohton), se face pe distanţe foarte mari. Prin fisură se înţelege o suprafaţă de discontinuitate fizică ce împarte masivul în două compartimente (blocuri), care nu suferă deplasări relative paralele cu suprafaţa de rupere. După criteriul genetic fisurile pot fi împărţite în două mari categorii:

- fisuri de tensiune; - fisuri de forfecare.

Fisurile de tensiune apar datorită acţiunii stressurilor tectonice care supun rocile la eforturi de întindere. Fisurile de tensiune se produc pe suprafeţe de minimă rezistenţă, ocolind componenţii minerali şi petrografici cu rezistenţe mai mari. Fisurile de tensiune nu au suprafeţele perfect plane.


Pag. 9

Fisurile de tensiune se împart în următoarele tipuri: - fisuri de contracţie; - fisuri de sprijin; - fisuri de extensiune; - fisuri de destindere; - fisuri de tensiune directă.

Cunoaşterea fiecărui tip de fisuri ne interesează din punctul de vedere al circulaţiei apei, al permeabilităţii şi influenţei pe care o au asupra masivului de rocă. Fisurile de forfecare se întâlnesc în toate structurile cutate, sedimentare şi metamorfice, dezvoltându-se după două direcţii principale care se intersectează sub unghiuri de aproximativ 45°, iar direcţia efortului principal maxim este bisectoarea unghiului. Orientarea fisurilor de forfecare depinde de valoarea stressurilor principale existente în timpul forfecării. Trebuie să ţinem seama şi de clasificarea fisurilor după criteriul geometric, criteriu ce se referă la poziţia fisurilor în raport cu stratificaţia. Astfel avem:

- fisuri direcţionale (orientate paralel cu stratificaţia); - fisuri transversale (orientate perpendicular pe direcţia de stratificaţie); - fisuri oblice (orientate oblic faţă de direcţia de stratificaţie).

După unghiul de înclinare: - fisuri cu înclinare mare (unghiul de înclinare mai mare de 60°); - fisuri cu înclinare medie (unghiul de înclinare între 30° şi 60°); - fisuri cu înclinare mică (unghiul de înclinare mai mic de 30°).

Cunoaşterea poziţiei spaţiale a fracturilor, în special a fisurilor, este foarte importantă pentru proiectarea voalurilor de impermeabilizare prin injecţii a terenurilor de fundare a barajelor. Clivajul reprezintă proprietatea rocilor de a se desface după suprafeţe plan-paralele, de minimă rezistenţă mecanică şi apare în procesul cutării. Din punct de vedere genetic, se cunosc următoarele tipuri de clivaj: concentric, oblic sau de forfecare şi clivaj pe plan axial. Se mai cunosc şi alte tipuri de clivaj cu denumiri descriptive cum ar fi: clivaj ardezic, clivaj de fractură, clivaj de curgere (întâlnit la filite), clivaj de şistozitate (la şisturi şi gnaise). Cunoaşterea poziţiei spaţiale a fracturilor, în special a fisurilor, este foarte importantă pentru proiectarea voalurilor de impermeabilizare prin injecţii a terenurilor de fundare a barajelor. 2.5. Metode uzuale în geologia inginerească de prelucrare statistică a elementelor microtectonice (fisuri, clivaj, stratificaţie). Diagramele circulare se utilizează pe o scară mai largă deoarece posibilităţile de reprezentare a elementelor caracteristice sistemelor de fisuri sunt mai mari. Se poate reprezenta un singur element (orientarea direcţiei sau a înclinării) sau toate elementele care poziţionează planul fisurii în spaţiu (direcţia, înclinarea, unghiul de înclinare). Roza fisurilor este o diagramă circulară în care se reprezintă doar un singur element. Diagrama este un semicerc cu diametrul orientat pe direcţie E-V. Se duc raze din centrul semicercului astfel încât unghiurile dintre ele să fie egale şi să intersecteze semicercul. Măsurătorile unghiurilor azimutale ale direcţiilor sau înclinărilor se grupează pe intervale de valori egale cu valoarea unghiului dintre razele semicercului. Fiecare valoare se reprezintă pe direcţia razei respective printr-un segment de dreaptă la o scară convenabil aleasă şi prin unirea capetelor segmentelor însumate pe fiecare


Pag. 10

direcţie, rezultă o diagramă care arată direcţiile de dezvoltare a fisurilor precum şi frecvenţa lor (fig. 2.19). Câteva exemple de diagrame tip „Roza fisurilor” din ampriza barajului Siriu sunt redate în figura 2.20.

90

N

V

80

70

60

50

40

30

20100

90

80

70

60

50

40

30

2010

0 5 10 15 20

Număr fisuri

Fig. 2.19. Diagramă de tipul „Roza fisurilor” din ampriza barajului Poiana Uzului.

Diagrame de puncte. Tipuri de proiecţie. Reţeaua polară. În cazul diagramelor de puncte este posibil ca pentru o fisură, printr-un singur punct să se reprezinte direcţia, înclinarea şi valoarea unghiului de înclinare. Diagramele de puncte au mai multe posibilităţi de proiecţie a elementelor structurale, acestea fiind: proiecţia sferică, proiecţia gnomonică şi proiecţia stereografică. Foarte des utilizată este o variantă simplificată a proiecţiei stereografice, cunoscută sub numele de reţeaua polară (fig. 2.21). Fiecărui plan de fisurare îi corespunde un singur punct P în reţeaua polară. Efectuarea măsurătorilor şi prelucrarea datelor se face separat pe tipuri de fisuri şi straturi. Un număr mai mare de măsurători va duce la o diagramă de puncte mai sugestivă. Dacă punctele au o dispersie mare, diagrama poate indica mai multe tipuri de fisuri sau incompetenţa rocii. Concentrarea punctelor în anumite zone indică direcţii şi tipuri predominante de fisuri caracteristice unei roci competente. Prelucrarea diagramelor de puncte se face prin trasarea zonelor de egală frecvenţă a fisurilor.

10 20 30 40 50 60 70 80 90 EV

Az imu t u l

δdi rect iei = 32 °

A zi

mu

t

ul

i nc l i na r i i = 122

°

Unghiul de

înclinare β= 78°

P

80

70

60

50

40

30

20100

100

110

120

130

140

150

160170180190

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

310

320

330

340350

Fig. 2.21. Reţeaua polară de proiecţie.


Pag. 11

PROFIL 9

PROFIL 10

PROFIL 11

PROFIL 12

PROFIL 13

PROFIL 14

PROFIL 15

PROFIL 16

PROFIL 17

Diagrama fisurilor

A. Zona amonte galerie injecţii B. Zona aval galerie injecţii

Fig. 2.20. Diagrame de fisuraţie, tip „Roza fisurilor” întocmite pe bază de cartare geologică efectuată în ampriza nucleului de argilă, baraj Siriu.


Pag. 12

2.6. Interpretarea microtectonică a diagramei polare. Studiul de caz: Amplasamentul barajului şi a lacului de acumulare Siriu. Microtectonica în amplasamentul barajului Siriu este foarte bine reprezentată prin fisuraţie, clivaj şi stratificaţie. Măsurătorile s-au efectuat selectiv, pentru fisuraţie şi stratificaţie. Prelucrarea şi interpretarea datelor s-au făcut sub forma diagramei polare (fig. 2.25). Scopul măsurătorilor microtectonice a fost acela de a poziţiona voalul de etanşare în raport cu suprafeţele de stratificaţie şi fisuraţie în vederea interpretării permeabilităţilor şi consumurilor de ciment înregistrate în forajele de injecţii şi a evalua eficacitatea lucrărilor de injecţii.

a)

b) Fig. 2.25. Reprezentarea în proiecţie polară a poziţiei structurale a stratificaţiei şi fisuraţiei

rocilor din versantul stâng: a) diagrama polară; b) poziţia voalului de etanşare faţă de

stratificaţie şi fisuraţie.


Pag. 13

Capitolul III

Particularităţile hidraulice ale curgerii apei prin medii fisurate

3.1. Ecuaţiile mişcării unui fluid prin fisuri. În acest capitol se studiază curgerea apei prin mediile fisurate (fisuri, fracturi, falii,etc.), în diferite cazuri (într-o fisură plană, orizontală sau injectarea fluidului sub presiune). Pentru a studia curgerea în regim laminar a unui fluid vâscos incompresibil, injectat sub presiune într-o fisură se folosesc ecuaţiile Navier-Stokes care, restrânse într-o ecuaţie vectorială, capătă forma:

2m

dvgradp vF

dtρ = ρ − + η∇ (3.2)

în care: ρ - este densitatea fluidului; p - presiunea; v - viteza de curgere; t - timpul; Fm - forţa masică specifică; η - vâscozitatea dinamică a fluidului;

∇ - operatorul nabla definit prin relaţia: x y z∂ ∂ ∂

∇ = + +∂ ∂ ∂

Pentru calculul curgerii unui fluid injectat sub presiune într-o fisură plană se foloseşte ecuaţia diferenţială a lui Poisson.

2 2

2 2

v vj

y ' zγ ∂ ∂

− = +η ∂ ∂

(3.9)

3.2. Variaţia elementelor hidraulice ale curgerii în funcţie de

frecvenţa fisurilor. [28] Debitul Q şi presiunea de injectare P ale unui fluid ce se injectează într-un foraj, depind de fisurile intersectate de gaura forajului. Pentru o singură fisură orizontală care intersectează forajul, elementele hidraulice ale curgerii se calculează cu relaţiile stabilite anterior. Un tronson al forajului intersectează un anumit număr de fisuri. Considerăm că gaura forajului intersectează mai multe fisuri orizontale. Se ia un tronson de injectare şi se consideră că este intersectat de n fisuri orizontale, cu deschideri egale. e01 = e02 = … = e0n = e0 Curgerea se consideră ca fiind în regim staţionar, la distanţa r de axa găurii forajului, căderea de presiune pe intervalul r0-r, va fi ∆p=p0-p, iar debitul total injectat pe tronsonul ales va fi:

( )3

30

0

pQ' ner

6 lnr

π∆=

η

(3.21)

Din relaţiile de mai sus rezultă că debitul absorbit de n fisuri, având deschiderea e0, este egal cu debitul absorbit de o singură fisură cu deschiderea: 3

0 0ne' e= (3.22) Cunoaşterea frecvenţei şi deschiderii fisurilor este importantă şi necesară pentru a putea aprecia debitul injectat într-un tronson de foraj.


Pag. 14

Capitolul IV

Testarea permeabilităţii masivelor de roci fisurate. Spre deosebire de pământuri, caracterizate numai prin permeabilitate de tip granular, rocile stâncoase dispun şi de permeabilităţi de tip fisural, datorată reţelelor de fracturi (falii, fisuri, ş.a.) care de cele mai multe ori asigură o circulaţie relativ uşoară a apei prin masivul de rocă. Hidraulica subterană dispune de posibilităţi multiple de evaluare a permeabilităţii mediilor poroase. Pentru mediile fisurate, însă, metodele de investigare hidrogeologică şi calculul elementelor hidraulice ale curgerii sunt mult mai restrânse. Probele de permeabilitate se realizează pe tronsoane din gaura forajului cu lungimi de ordinul a 3 ÷ 5 m. Această lungime poate fi redusă (atunci când se urmăreşte o înregistrare de detaliu a permeabilităţii) până la 0,5 ÷ 1,0 m. Pentru determinarea permeabilităţii se folosesc două sisteme:

- sistemul descendent; - sistemul ascendent.

4.1. Injecţii de apă. Procedeul constă în injectarea apei sub presiune, pe tronsoane din gaura forajului. Acest procedeu permite crearea unor gradienţi de curgere mari care sunt comparabili cu cei din timpul exploatării construcţiilor. Din punct de vedere al permeabilităţii, procedeul permite zonarea terenului de fundare în funcţie de presiunea la care urmează să lucreze construcţia. Pe şantier condiţiile de impermeabilizare a terenului de fundare se stabilesc în funcţie de absorbţia de apă (fig.4.1).

ptl

Qq = (l/m. min. at.) unde:

Q - cantitatea de apă ce pătrunde pe un tronson de lungime l din gaura forajului; l - lungimea tronsonului din gaura forajului; t - intervalul de timp în care apa pătrunde în teren; p - presiunea de injectare. Pentru evaluarea permeabilităţii prin injecţii de apă se menţionează: - Criteriul Lugeon (1933), recomandă ca limită maximă a absorbţiei de apă sub care nu mai este necesară impermeabilizarea terenului de fundare q = 0,1 l/m min. at. Acest procedeu se utilizează pe scară largă la impermeabilizarea terenurilor fisurate. - Criteriul Jähde (1959) care recomandă că impermeabilizarea nu mai este necesară atunci când limita superioară a absorbţiei de apă este q = 0,033 l/m min. at. - Criteriul Terzaghi (1929) – valoarea maximă a absorbţiei de apă sub care nu mai este necesară impermeabilizarea terenului de fundare q = 0,5 l/m min. at. [28]. Aceste criterii admit ipoteza că între debitul absorbit şi presiunea de injectare există o lege de variaţie liniară. Datorită presiunii de injectare se poate modifica secţiunea vie de curgere, prin deformare elastică sau prin decolmatarea fisurilor, acest lucru observându-se printr-o modificare substanţială a debitului de injectare. Toate probele de permeabilitate trebuie să se facă la aceeaşi presiune pentru a se putea realiza zonarea permeabilităţii terenului în adâncime. Acest lucru nu este


Pag. 15

posibil în practică deoarece către suprafaţa terenului nu se pot utiliza presiuni de injectare mari. Neputându-se păstra aceeaşi presiune, în locul absorbţiei de apă se introduce capacitatea specifică de absorbţie:

s

1 Qq

10 ltp= (l/m min. 0,1at.) (4.2)

unde: qs - reprezintă cantitatea de apă care pătrunde în teren pe un tronson de lungime l = 1 m din gaura forajului, în intervalul de timp; t = 1 minut, la presiunea de injectare p corespunzătoare unei coloane de apă cu înălţimea de 1,00 m.

q = 10 qs (4.3) Există o legătură între absorbţia de apă şi coeficientul de permeabilitate. Pentru o unitate Lugeon (p = 10 atm., Q = 1 litru, t = 1 min., l = 1 m, η = 1 cP), coeficientul de permeabilitate se poate calcula cu relaţia:

6

0

Rk 6,1034 10 lg

r−= ⋅ (cm/s) (4.4)

Pentru o absorbţie de apă de un Lugeon, coeficientul de permeabilitate este: K = 1,2 … 51,8 10−⋅ sau Kmed = 51,5 10−⋅ (cm/s) (4.5) 4.2. Determinarea coeficientului de permeabilitate prin turnări în gaura de foraj. La determinarea coeficientului de permeabilitate prin turnări în gaura de foraj trebuie să ţinem seama de: Metoda Karilenko Pe baza absorbţiei de apă conform lui Karilenko coeficientul de permeabilitate se determină astfel:

0l

0 0 l

lQ Rk 0,527 log

I H l r= (4.6)

l0 0

Qq

I H= este absorbţia specifică pentru curgerea în regim laminar

0t

l0 0

lQk 0,229

l rI H=

⋅ (4.7)

t

0 0

Qq

I H= este absorbţia specifică pentru curgerea în regim turbulent

Metoda Castany Relaţiile de calcul recomandate de Castany sunt:

0

Rlog

rk 0,336Ql p

= când debitul variază liniar cu presiunea de injectare; (4.8)

0

Q lk 0,159

l rp= când debitul nu variază liniar cu presiunea de injectare. (4.9)

Alegerea sistemului de injectare se face în funcţie de stabilitatea pereţilor găurii forajului.


Pag. 16

4.3. Variaţia debitelor absorbite în funcţie de presiunea de injectare. În timpul executării injectării se realizează grafice de variaţie a debitelor absorbite în funcţie de presiunea de injectare (fig.4.7.).

0

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

P [at]

Q

[l/s]

0

1

2

3

P [at]

Q

[l/s]

0

4

5

1

2

3

P [at]

Q

[l/s]

0

4

5

a bP [at]

Q

[l/s]

Fig. 4.7. Grafice de variaţie a debitelor absorbite în funcţie de presiunea de injectare.

Analizând aceste grafice se pot trage următoarele concluzii: a) dacă relaţia debit absorbit Q, presiunea de injectare P, la cel puţin două cicluri de

injectare, este o linie dreaptă (fig. 4.7.a) rezultă că roca nu a suferit deformaţii elastice şi nici decolmatarea fisurilor nu s-a produs, ceea ce înseamnă că deschiderea iniţială a fisurilor a rămas aceeaşi pe tot timpul desfăşurării injectării;

b) atunci când relaţia dintre debit şi presiune este o curbă cu concavitatea în sus (fig. 4.7.b), în aşa fel încât ramurile crescătoare şi descrescătoare ale curbei se suprapun, roca suferă o deformaţie pur elastică;

c) în cazul când curba iniţială corespunzătoare creşterii presiunii are concavitatea în sus iar ramurile următoare tind către o dreaptă (fig. 4.7.c), se produce numai decolmatarea fisurilor.

d) suprapunerea fenomenelor de deformare elastică şi decolmatare se observă în fig. 4.7.d când curba Q-P este o curbă cu concavitatea în sus.


Pag. 17

Capitolul V

Tehnologii şi criterii de performanţă privind execuţia forajelor de injecţii

5.1. Instalaţii de foraj şi injecţii. Fluidul de foraj. Tratarea terenului se realizează prin pomparea fluidului de injectare în gaura de foraj. Găurile de foraj se execută cu ajutorul instalaţiilor de foraj. Instalaţia de foraj este un ansamblu de agregate, dispozitive şi scule necesare săpării unei găuri de foraj.

Găurile de foraj necesare injectării rocilor fisurate, în general, nu depăşesc adâncimea de 80 – 100 m, iar diametrul lor este de 50 – 100 mm. Alegerea tipului de sondeze pentru executarea găurilor de foraj se face în funcţie de locul unde se execută, dacă vor lucra pe versanţi cu pante mari sau în spaţii cu gabarite reduse, sau de sursa de energie din şantier cu care pot fi acţionate utilajele. Sondezele utilizate trebuie să aibă capacitatea de a putea executa găurile de foraj la adâncimile specificate în proiect, să fie uşoare, cu dimensiuni reduse, să poată asigura recircularea fluidului de foraj. Pentru a putea alege sistemul de recirculare al fluidului de foraj astfel încât să se poată evacua integral detritusul în timpul forării, trebuie să se facă o dimensionare corespunzătoare a acestuia. Sondezele trebuie alese astfel încât să permită executarea găurilor de foraj cu diametre mici şi înclinări mari şi foarte mari. Rolul şi funcţiunile fluidului de foraj sunt importante la realizarea forajului hidraulic. În continuare vom face o prezentare a acestora: 1. curăţirea continuă a tălpii găurii de sondă. Introducând fluidul de foraj, la talpa

sondei, cu viteză mare (în cazul când forajul este cu circulaţie directă), acesta pătrunde printre detritusul dislocat de sapa de foraj, îl antrenează şi continuă procesul de evacuare;

2. evacuarea detritusului din gaura de sondă. Depinde de proprietăţile fluidului de foraj şi de viteza sa. Proprietăţile fluidului de foraj sunt: greutatea specifică, vâscozitatea, tixotropia. Viteza este dată în funcţie de caracteristicile pompei de noroi;

3. oprirea depunerii detritusului în gaura de sondă.; 4. colmatează pereţii găurii de sondă cu o crustă compactă, subţire, impermeabilă şi

rezistentă care nu permite ca apa din noroi să se înfiltreze şi să nu se piardă noroiul în formaţiunile poroase;

5. asigură contrapresiunea pe pereţii găurii de sondă astfel încât aceştia să nu se dărâme;

6. răcirea sapei în timpul lucrului; 7. reducerea rezistenţei unor roci prin umectare uşurând sfărâmarea rocii; 8. reducerea frecării materialului tubular de pereţii găurii de sondă; 9. lubrifierea garniturii de foraj, a lagărelor sapelor cu role sau a lagărelor carotierelor.

Fluidul de foraj trebuie să satisfacă următoarele condiţii: 1. să se poată prepara şi întreţine uşor; 2. să reziste uşor la presiunile şi temperaturile din sondă; 3. să nu afecteze rocile pe care le traversează; 4. să nu producă eroziunea şi coroziunea echipamentului din sondă; 5. să nu fie afectat de diferite minerale din roci, sau de gaze; 6. să fie economic din punct de vedere financiar.


Pag. 18

5.2. Obturatoarele. Packerul, sau obturatorul de foraj, se foloseşte la injectarea fluidelor de injectare. Ele se aleg în funcţie de diametrele forajelor, tehnologia de injectare şi au ca scop o mai bună obturare a găurii de foraj în orice punct din lungul forajului. Obturatoarele, deşi funcţionează pe principii diferite şi sunt de tipuri diferite au acelaşi scop. În funcţie de felul în care realizează etanşarea găurii de foraj avem packere cu armare prin acţionare mecanică şi packere cu armare prin acţionare hidraulică sau pneumatică, iar după modul de realizare a circuitului de suspensie pot fi packere cu circuit închis sau cu circuit deschis.

5.3. Carotajul Prin carotaj înţelegem complexul de procedee şi metode în care se înregistrează variaţia parametrilor rocii. Carotajul dă un profil complet şi continuu al formaţiunilor, suplinind recuperajul redus şi caracterul discontinuu al carotelor. Cu ajutorul carotajului se poate vedea separarea formaţiunilor după natura litologică. Există mai multe tipuri de carotaj, iar dintre acestea amintim: 1. Carotajul mecanic cu carburi metalice (vidia). Alegerea capetelor carotierei se face în funcţie de categoria din care fac parte rocile, astfel: a) capete de carotieră cu paleţi pentru roci din categoriile I –IV; b) capete de carotieră tip coroană pentru roci din categoriile IV – VIII. 2. Carotajul hidraulic cu alice. Se aplică în roci cu duritate şi rezistenţă mecanică mare din categoriile VIII – XII, cum sunt: granitul, dolomitul, calcarele silicoase, ş.a. Acest carotaj nu se foloseşte în cazul când rocile sunt puternic fisurate deoarece recuperajul este slab, iar alicele nu pot disloca roca pătrunzând în fisuri. Atunci când devierea este de peste 10° – 15° nu se foloseşte carotajul hidraulic cu alice deoarece pot devia şi mai mult gaura de foraj. 3. Carotajul mecanic cu diamante. Datorită avantajelor tehnice pe care le are în comparaţie cu carotajul cu vidia sau cu alice, acest carotaj este cel mai răspândit. Se foloseşte în cazul rocilor cu duritate VII – XII. Carotajul cu diamante prezintă următoarele avantaje faţă de carotajul cu vidia şi cu alice:

- viteză mare; - executarea unor marşuri foarte lungi deoarece coroana se uzează mai încet; - recuperajul poate ajunge la 100%; - coroana cu diamante lucrează lin pe talpă fără şocuri, ferind garnitura de foraj

de vibraţii; 4. Carotajul mecanic cu aer. Metoda foloseşte ca agent de circulaţie aerul în locul noroiului de foraj. Carotajul cu aer se aplică în situaţiile:

- când forajul se execută în zone lipsite de apă; - atunci când montarea utilajelor necesare pentru folosirea noroiului de foraj

este dificilă; - atunci când folosirea noroiului de foraj duce la un recuperaj scăzut.

5. Carotajul geofizic reprezintă operaţia care se efectuează în gaura de sondă şi permite obţinerea de date bazate pe anumite proprietăţi ale rocilor, fără să scoată probă de rocă. Pentru a avea o investigare bună a terenului, pe lângă alegerea metodei de carotaj este importantă şi alegerea celor mai potrivite tipuri de carotiere, a capetelor de carotieră, a fluidului de circulaţie şi a regimului de foraj.


Pag. 19

Carotiera reprezintă partea inferioară a garniturii de foraj, la care se înşurubează scula tăietoare care taie proba din talpa sondei şi apoi intră în tubul carotier. Cu ajutorul carotierei extragem probe de teren din talpa găurii de sondă. După ce probele au fost prelevate, se extrag din tubul carotier şi se depozitează în lăzi compartimentate. Pe lăzile compartimentate se notează intervalele de adâncime corespunzătoare marşurilor executate pentru extragerea probelor de rocă. Lăzile se vor depozita în spaţii special amenajate (fig. 5.33 a÷d).

a)

b)

c)


Pag. 20

d)

Fig. 5.33. Carote extrase din foraje şi depozitate în lăzi de probe.

(Barajul Gura Apelor – Retezat).

5.4. Devierea găurilor de foraj Forajele sunt proiectate să se execute vertical sau înclinat sub un anumit unghi faţă de verticală, după o direcţie stabilită înainte de a începe forajul (în cazul când avem forajul dirijat). În orice situaţie (foraj vertical sau înclinat), gaura forajului are tendinţa să se abată de la direcţia proiectată. Pentru a se putea păstra direcţia proiectată trebuie să se urmărească în continuu avansarea prăjinii de foraj şi redresarea acesteia când devierea depăşeşte limitele admise. Devierea totală Dt a găurii de foraj este abaterea acesteia de la direcţia proiectată şi constituie rezultanta a două componente: D componenta normală pe direcţia proiectată şi ∆l componentă paralelă cu direcţia proiectată. Componenta normală D este denumită „devierea găurii de foraj”, iar componenta paralelă ∆l denumită „pierdere de adâncime”. La forajul proiectat să se execute pe verticală, devierea este orizontală iar pierderea de adâncime verticală. Cauzele devierii găurilor de foraj pot fi de natură geologică, tehnică sau tehnologică.

5.5. Procedee de injectare. După ce în laborator s-a stabilit tipul de suspensie ce urmează să fie injectată se trece la prepararea şi injectarea suspensiei. Există mai multe procedee de injectare, acestea sunt:

• Injectare ascendentă. • Injectare descendentă. • Procedeul injectării concomitent cu execuţia forajului. • Injectarea prin metoda tuburilor cu manşete. • Injectarea simultană a mai multor tronsoane la presiuni diferenţiate de la un

tronson la altul.


Pag. 21

Capitolul VI

Cercetări privind suspensiile injectabile Pentru îmbunătăţirea calităţii terenurilor se folosesc injecţiile. Injectarea se realizează cu diverse materiale, substanţe, utilizate ca tipuri de fluide de injectare. Există o multitudine de suspensii şi soluţii chimice utilizate la impermeabilizarea terenurilor. Aceste suspensii în general nu se prepară dint-un singur material ci se folosesc în diverse amestecuri pentru îmbunătăţirea calităţilor suspensiei. Pentru a putea stabili cantităţile de substanţe ce intră în componenţa fluidului de injectare se fac studii de laborator astfel încât să se obţină o reţetă cu caracteristicile optime pentru fluidul de injectare.

6.1. Suspensii pe bază de ciment şi argile. Suspensii de ciment. Cimenturile se folosesc în special pentru impermeabilizarea rocilor fisurate. Atunci când alegem tipul de ciment trebuie să ţinem seama de fineţea de măcinare, de acţiunea chimică a apelor subterane ce acţionează asupra pietrei de ciment, de stabilitatea acesteia la acţiunea de eroziune şi antrenare hidrodinamică provocată de curenţii de infiltrare. Particulele de ciment trebuie să pătrundă cât mai adânc în fisurile fine din masivul de rocă punându-se problema fineţii de măcinare, care este exprimată prin procentul în greutate de reziduu pe site. Particulele de ciment în suspensiile de injectare sedimentează. Suspensia trebuie să fie omogenă din punctul de vedere al dispersiei particulelor solide pentru a se putea obţine o bună injectare. Consistenţa suspensiei de ciment se exprimă prin factorul ciment – apă, C:A. Suspensii de ciment - argile coloidale. Suspensiile de ciment sunt instabile. Pentru a fi stabile se adaugă în suspensie coloizi (bentonită, silicat de sodiu). Adăugarea argilei în suspensie asigură formarea în fluidul de injectare a unei structuri afânate şi flexibile şi are proprietatea de a împiedica cimentul să se decanteze. Suspensiile de tip coloidal au proprietăţi tixotropice; supusă la solicitări dinamice structura se fluidizează, suspensia începe să curgă, dar se reface în stare de repaus şi. Bentonita, datorită conţinutului ridicat de montmorillonit, reprezintă un criteriu de calitate în alegerea ei în suspensia de ciment astfel încât să aibă rezultate bune din punctul de vedere al decantării. Ca bentonita să fie de calitate superioară trebuie ca limita de curgere să fie cuprinsă între 350 şi 550%. În cazul când bentonita micşorează decantarea într-un grad insuficient se foloseşte silicatul de sodiu pentru a corecta acest lucru. Suspensii de argile - ciment. Mai sus am vorbit despre suspensiile de ciment cu argilă până la maximum 20% din greutatea cimentului. În continuare vom prezenta suspensiile argilă – ciment în care adaosul de argilă depăşeşte 20% din greutatea cimentului, adaos ce schimbă caracterul suspensiei. Argilele folosite, din punct de vedere calitativ, sunt mai proaste decât bentonita, adăugarea lor în suspensiile de ciment permit ameliorarea:

- proprietăţilor reologice: penetrabilitate, vâscozitate, tixotropie, timp de priză;


Pag. 22

- efectului de impermeabilizare a terenului. Permit obţinerea unei game întinse de rezistenţe mecanice, economie de ciment. Utilizarea acestei suspensii începe de la lucrări de consolidare până la lucrări de etanşare. Datorită preţului scăzut se folosesc la injectarea primară a terenului, după care se injectează soluţii pe bază de silicat de sodiu sau răşini. Suspensii de argilă. Argilele sunt rezultate din procesul de alterare a mineralelor din rocile existente sub anumiţi factori. Argilele nu se întâlnesc în stare pură ci conţin şi alte minerale. Principala caracteristică a argilei este că la umezire devine plastică, iar prin hidratare şi agitare se dispersează în particule foarte fine. La impermeabilizarea rocilor fisurate se utilizează bentonita care are bune proprietăţi coloidale, tixotropice, şi de colmatare. Proprietăţile bentonitei nu depind numai de montmorillonit, care este mineralul principal din compoziţia sa, ci şi de raportul dintre mineralele ce intră în componenţa ei. Bentonita are proprietatea de a avea o capacitate mare de dispersie. Această capacitate mare de dispersie face ca particulele solide să dispună de o energie superficială mare. Suspensii de ciment – silicat de sodiu. Silicatul de sodiu reacţionează cu oxidul de calciu din ciment rezultând un gel care, pe de o parte asigură stabilitatea suspensiei, pe de altă parte contribuie la întărirea treptată a fluidului. Suspensiile ciment – silicat de sodiu este utilizat la impermeabilizarea terenurilor sau la cimentare a terenurilor.

6.2. Suspensii pe bază de răşini sintetice. Din categoria suspensiilor pe bază de răşini sintetice intră fluidele cu vâscozităţi coborând până la 2 – 3 cP, penetrabilitate similară cu cea a apei; fluide miscibile cu apă sau care se întăresc în contact cu apa; fluide cu timp de întărire suficient de mare ca să depăşească timpul de injectare şi fluid de injectare cu timp de întărire scurt astfel încât şarja turnată se întăreşte înaintea turnării următoarei şarje. Răşinile sintetice injectate au rezistenţe mult mai mari decât cele obţinute cu alte fluide de injectare. Îşi pot păstra vâscozitatea constantă până când brusc se întăresc. Această comportare a vâscozităţii este favorabilă propagării suspensiei la distanţe cât mai mari faţă de foraj, dar, trebuie atenţie mare ca atunci când intervine brusc întărirea fluidul să nu se găsească în echipamentul de injectare. Din categoria răşinilor sintetice folosite la injectare amintim: răşinile acrilice, răşinile fenolice, răşinile carbamidice şi răşinile cetonice. La prepararea reţetelor cu răşini sintetice este necesară prezenţa unui specialist în chimie.

6.3. Studii privind suspensiile de injectare. Studiile s-au executat la Barajul Gura Apelor. Lucrările experimentale de injecţii au fost realizate la voalul de etanşare, în galeria din versantul stâng, la cota coronamentului. La executarea lucrărilor de injectare s-au folosit mai multe variante de suspensii şi mortare cu diferite rapoarte de amestecare. Rezultatele analizelor de laborator efectuate pe amestecurile respective sunt prezentate sub formă analitică şi grafică în următoarele tabele şi diagrame:

Rez

umat

teză

doc

tora

t

P

ag. 2

3

S

TU

DIU

SU

SP

EN

SII

INJE

CŢI

I T

abel

ul 6

.1

An

aliz

e ef

ectu

ate

în la

bo

rato

rul H

IDR

OC

ON

ST

RU

CŢ

IA S

.A., şa

nti

er b

araj

Gu

ra A

pel

or,

Ret

ezat

.

Tip

înce

rcar

e

Tip

su

spen

sie

C:A

1:

0,8

C:A

1:

0,8

+ 4

%

Ben

toni

tă

C:A

1:

0,8

+ 4

%

Ben

toni

tă +

2%

Clo

rură

de

cal

ciu

C:A

1:

1

C:A

1:

1 +

4%

B

ento

nită

C:A

1:

1 +

4%

B

ento

nită

+

2% C

loru

ră

de c

alci

u

C:A

1:

2

C:A

1:

2 +

4%

B

ento

nită

C:A

1:

2 +

4%

B

ento

nită

+

2% C

loru

ră

de c

alci

u

C:A

1:

3

C:A

1:

3 +

4%

B

ento

nită

C:A

1:

3 +

4%

B

ento

nită

+

2% C

loru

ră

de c

alci

u

C:A

1:

4

C:A

1:

4 +

4%

B

ento

nită

C:A

1:

4 +

4%

B

ento

nită

+

2% C

loru

ră

de c

alci

u

C:A

1:

5

C:A

1:

5 +

4%

B

ento

nită

C:A

1:

5 +

4%

B

ento

nită

+

2% C

loru

ră

de c

alci

u V

âsco

zita

tea

cu p

âln

ia

Mar

sh (

sec.

) 37

,2

40,1

40

,0

32,5

35

,0

34,5

31

,0

32,0

31

,8

30,8

31

,4

30,8

30

,5

31,0

30

,6

30,0

30

,5

30,3

Mas

a ci

lindr

u go

l (g)

81

0 42

5 42

0 83

0 49

5 66

5 52

5 45

5 51

5 81

0 43

0 82

5 66

5 52

5 49

5 42

0 51

0 45

5 M

asa

cilin

dru

cu s

uspe

nsie

(g)

23

95

2020

20

10

2325

20

10

2165

18

70

1820

18

70

2025

16

60

2050

18

45

1720

16

85

1565

16

75

1615

D

ensi

tate

a su

spen

siei

(g

/cm

3 ) 1,

585

1,59

5 1,

590

1,49

5 1,

515

1,50

0 1,

345

1,36

5 1,

355

1,21

5 1,

230

1,22

5 1,

180

1,19

5 1,

190

1,14

5 1,

165

1,16

0 T

emp

erat

ura

su

spen

siei

la

pre

par

are

(° °°°C

) 20

,0

20,0

20

,0

20,0

20

,0

20,0

20

,0

20,0

20

,0

19,5

19

,5

19,5

19

,5

19,5

19

,5

20,0

20

,0

20,0

Sed

imen

tare

du

pă 5

min

. m

l sed

imen

t 99

0 99

5 99

3 98

9 99

0 99

0 95

0 96

0 95

0 89

0 89

5 91

5 84

5 84

5 84

5 77

0 80

0 80

0 m

l sed

imen

taţi

10

5 7

11

10

10

50

40

50

110

105

85

155

155

155

230

200

200

Sed

imen

tare

du

pă 1

0 m

in.

ml s

edim

ent

985

990

989

978

988

981

910

920

920

790

810

850

700

720

730

570

635

640

ml s

edim

entaţi

15

10

11

22

12

19

90

80

80

210

190

150

300

280

270

430

365

360

Sed

imen

tare

du

pă 1

5 m

in.

ml s

edim

ent

980

985

983

966

979

975

870

890

880

700

730

790

570

620

630

435

525

525

ml s

edim

entaţi

20

15

17

34

21

25

130

110

120

300

270

210

430

380

370

565

475

475

Sed

imen

tare

du

pă 2

0 m

in.

ml s

edim

ent

975

980

978

955

970

965

830

860

850

620

660

730

485

540

550

370

450

450

ml s

edim

entaţi

25

20

22

45

30

35

170

140

150

380

340

270

515

460

450

630

550

550

Tem

per

atu

ra s

usp

ensi

ei d

upă

20 m

inu

te (

° °°°C)

21,5

21

,0

21,5

20

,0

20,0

20

,5

21,0

21

,0

21,0

20

,5

20,5

20

,5

20,5

20

,5

20,5

22

,0

22,0

21

,0

Sed

imen

tare

du

pă 2

5 m

in.

ml s

edim

ent

970

975

972

948

960

956

790

830

820

545

600

660

425

480

490

320

400

400

ml s

edim

entaţi

30

25

28

52

40

44

210

170

180

455

400

340

575

520

510

680

600

600

Sed

imen

tare

du

pă 3

0 m

in.

ml s

edim

ent

961

970

965

939

950

950

755

800

785

495

545

610

385

435

440

290

350

355

ml s

edim

entaţi

39

30

35

61

50

50

245

200

215

505

455

390

615

565

560

710

650

645

Sed

imen

tare

du

pă 3

5 m

in.

ml s

edim

ent

955

965

958

928

938

940

720

765

755

450

495

565

350

400

400

265

310

320

ml s

edim

entaţi

43

35

42

72

62

60

280

235

245

550

505

435

650

600

600

735

690

680

Sed

imen

tare

du

pă 4

0 m

in.

ml s

edim

ent

950

960

950

918

928

932

685

740

725

420

460

520

330

360

370

250

275

285

ml s

edim

entaţi

50

40

50

82

72

68

315

260

275

580

540

480

670

640

630

750

725

715

Tem

per

atu

ra s

usp

ensi

ei d

upă

40 m

inu

te (

° °°°C)

21,5

21

,5

21,5

21

,0

21,0

21

,5

21,0

21

,5

21,0

20

,5

20,5

21

,0

21,0

20

,5

21,0

22

,0

21,0

21

,0

Sed

imen

tare

du

pă 4

5 m

in.

ml s

edim

ent

943

953

940

910

910

925

650

710

695

390

435

480

310

325

330

240

255

265

ml s

edim

entaţi

67

47

60

90

90

75

350

290

305

610

565

520

690

675

670

760

745

735

Sed

imen

tare

du

pă 5

0 m

in.

ml s

edim

ent

935

945

932

900

895

916

620

670

670

370

410

450

295

310

310

230

250

260

ml s

edim

entaţi

65

55

68

100

105

84

380

330

330

630

590

550

705

690

690

770

750

740

Sed

imen

tare

du

pă 5

5 m

in.

ml s

edim

ent

930

938

925

890

872

904

590

655

640

355

390

430

280

305

305

225

250

260

ml s

edim

entaţi

70

62

75

110

128

96

410

345

360

645

610

570

720

695

695

775

750

740

Rez

umat

teză

doc

tora

t

P

ag. 2

4

Tab

elu

l 6.1

(co

nti

nu

are)

Tip

înce

rcar

e

Tip

su

spen

sie

C:A

1:

0,8

C:A

1:

0,8

+ 4

%

Ben

toni

tă

C:A

1:

0,8

+ 4

%

Ben

toni

tă +

2%

Clo

rură

de

cal

ciu

C:A

1:

1

C:A

1:

1 +

4%

B

ento

nită

C:A

1:

1 +

4%

B

ento

nită

+

2% C

loru

ră

de c

alci

u

C:A

1:

2

C:A

1:

2 +

4%

B

ento

nită

C:A

1:

2 +

4%

B

ento

nită

+

2% C

loru

ră

de c

alci

u

C:A

1:

3

C:A

1:

3 +

4%

B

ento

nită

C:A

1:

3 +

4%

B

ento

nită

+

2% C

loru

ră

de c

alci

u

C:A

1:

4

C:A

1:

4 +

4%

B

ento

nită

C:A

1:

4 +

4%

B

ento

nită

+

2% C

loru

ră

de c

alci

u

C:A

1:

5

C:A

1:

5 +

4%

B

ento

nită

C:A

1:

5 +

4%

B

ento

nită

+

2% C

loru

ră

de c

alci

u S

edim

enta

re

după

60

min

. m

l sed

imen

t 92

6 92

8 91

8 88

1 85

0 89

8 56

0 63

0 61

0 34

0 36

5 39

0 27

5 30

0 30

0 22

0 25

0 26

0 m

l sed

imen

taţi

74

72

82

119

150

102

440

370

390

660

635

610

725

700

700

780

750

740

Tem

per

atu

ra s

usp

ensi

ei d

upă

60 m

inu

te (

° °°°C)

21,5

21

,5

21,5

22

,0

21,5

21

,5

21,5

21

,5

21,0

21

,0

21,0

21

,0

21,0

20

,5

21,0

21

,0

- -

Sed

imen

tare

du

pă 7

0 m

in.

ml s

edim

ent

915

910

904

862

790

878

520

570

560

320

335

350

265

300

300

220

- -

ml s

edim

entaţi

85

90

96

138

210

122

480

430

440

680

665

650

735

700

700

780

- -

Sed

imen

tare

du

pă 8

0 m

in.

ml s

edim

ent

902

890

885

844

755

855

485

505

520

310

335

350

260

300

300

220

- -

ml s

edim

entaţi

98

110

115

156

245

145

515

495

480

690

665

650

740

700

700

780

- -

Tem

per

atu

ra s

usp

ensi

ei d

upă

80 m

inu

te (

° °°°C)

22,0

21

,5

22,0

22

,0

21,5

21

,5

21,5

21

,5

21,5

21

,0

21,0

21

,5

21,0

20

,5

21,0

-

- -

Sed

imen

tare

du

pă 9

0 m

in.

ml s

edim

ent

890

875

870

825

749

828

465

465

480

305

335

350

260

- -

- -

- m

l sed

imen

taţi

110

125

130

175

251

172

535

535

520

695

665

650

740

- -

- -

- S

edim

enta

re

după

100

min

. m

l sed

imen

t 87

8 87

0 85

5 80

5 74

5 79

9 45

0 46

5 45

5 30

5 -

- 26

0 -

- -

- -

ml s

edim

entaţi

122

130

145

195

255

201

550

535

545

695

- -

740

- -

- -

- T

emp

erat

ura

su

spen

siei

du

pă

100

min

ute

(° °°°C

) 22

,0

22,0

22

,0

21,5

21

,5

21,5

21

,5

21,5

21

,5

21,5

-

- -

- -

- -

-

Sed

imen

tare

du

pă 1

10 m

in.

ml s

edim

ent

862

865

840

790

745

765

440

465

450

305

- -

- -

- -

- -

ml s

edim

entaţi

138

135

160

210

255

235

560

535

550

695

- -

- -

- -

- -

Sed

imen

tare

du

pă 1

20 m

in.

ml s

edim

ent

850

860

835

770

745

745

430

- 45

0 -

- -

- -

- -

- -

ml s

edim

entaţi

150

140

165

230

255

255

570

- 55

0 -

- -

- -

- -

- -

Tem

per

atu

ra s

usp

ensi

ei d

upă

120

min

ute

(° °°°C

) 22

,0

22,0

22

,0

21,5

22

,0

22,0

21

,5

- 21

,5

- -

- -

- -

- -

-

Sed

imen

tare

du

pă 1

30 m

in.

ml s

edim

ent

831

860

830

755

- 73

5 43

0 -

450

- -

- -

- -

- -

- m

l sed

imen

taţi

169

140

170

245

- 26

5 57

0 -

550

- -

- -

- -

- -

- S

edim

enta

re

după

140

min

. m

l sed

imen

t 81

5 86

0 82

8 73

5 -

735

430

- -

- -

- -

- -

- -

- m

l sed

imen

taţi

185

140

172

265

- 26

5 57

0 -

- -

- -

- -

- -

- -

Tem

per

atu

ra s

usp

ensi

ei d

upă

140

min

ute

(° °°°C

) 22

,0

22,0

22

,0

22,0

-

22,0

-

- -

- -

- -

- -

- -

-

Sed

imen

tare

du

pă 1

50 m

in.

ml s

edim

ent

798

- 82

8 71

5 -

735

- -

- -

- -

- -

- -

- -

ml s

edim

entaţi

202

- 17

2 28

5 -

265

- -

- -

- -

- -

- -

- -

Sed

imen

tare

du

pă 1

60 m

in.

ml s

edim

ent

788

- 82

8 70

0 -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- m

l sed

imen

taţi

212

- 17

2 30

0 -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- T

emp

erat

ura

su

spen

siei

du

pă

160

min

ute

(° °°°C

) 22

,0

- 22

,0

22,0

-

- -

- -

- -

- -

- -

- -

-

Sed

imen

tare

du

pă 1

70 m

in.

ml s

edim

ent

785

- -

695

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

ml s

edim

entaţi

215

- -

305

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

Rez

umat

teză

doc

tora

t

P

ag. 2

5

Tab

elu

l 6.1

(co

nti

nu

are)

Tip

înce

rcar

e

Tip

su

spen

sie

C:A

1:

0,8

C:A

1:

0,8

+ 4

%

Ben

toni

tă

C:A

1:

0,8

+ 4

%

Ben

toni

tă +

2%

Clo

rură

de

cal

ciu

C:A

1:

1

C:A

1:

1 +

4%

B

ento

nită

C:A

1:

1 +

4%

B

ento

nită

+

2% C

loru

ră

de c

alci

u

C:A

1:

2

C:A

1:

2 +

4%

B

ento

nită

C:A

1:

2 +

4%

B

ento

nită

+

2% C

loru

ră

de c

alci

u

C:A

1:

3

C:A

1:

3 +

4%

B

ento

nită

C:A

1:

3 +

4%

B

ento

nită

+

2% C

loru

ră

de c

alci

u

C:A

1:

4

C:A

1:

4 +

4%

B

ento

nită

C:A

1:

4 +

4%

B

ento

nită

+

2% C

loru

ră

de c

alci

u

C:A

1:

5

C:A

1:

5 +

4%

B

ento

nită

C:A

1:

5 +

4%

B

ento

nită

+

2% C

loru

ră

de c

alci

u S

edim

enta

re

după

180

min

. m

l sed

imen

t 78

3 -

- 69

5 -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- m

l sed

imen

taţi

217

- -

305

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

Tem

per

atu

ra s

usp

ensi

ei d

upă

180

min

ute

(° °°°C

) 22

, -

- 22

,0

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

Sed

imen

tare

du

pă 1

90 m

in.

ml s

edim

ent

783

- -

695

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

ml s

edim

entaţi

217

- -

305

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

Sed

imen

tare

du

pă 2

00 m

in.

ml s

edim

ent

783

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- m

l sed

imen

taţi

217

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- T

emp

erat

ura

su

spen

siei

du

pă

200

min

ute

(° °°°C

) 22

,0

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

N

OTĂ

: V

âsco

zita

tea

apei

cu

pâln

ia M

arsh

est

e de

29

secu

nde.

T

impu

l de

mal

axar

e es

te d

e 5

min

ute.

Rez

umat

teză

doc

tora

t

P

ag. 2

6

S

US

PE

NS

IE 1

: 0

,8

Tab

elu

l 6.2

Tim

p de

R

apor

t Cim

ent /

Apă

(C

:A)

sedi

men

tare

1

: 0,

8 1

: 0,

8 1

: 0,

8 (m

inut

e)

+

4 %

Ben

ton

ită

+ 4

% B

ento

nită

+

2 %

Clo

rură

de

calc

iu

(M

ililit

ri se

dim

ent)

5 99

0 99

5 99

3 10

98

5 99

0 98

9 15

98

0 98

5 98

3 20

97

5 98

0 97

8 25

97

0 97

5 97

2 30

96

1 97

0 96

5 35

95

5 96

5 95

8 40

95

0 96

0 95

0 45

94

3 95

3 94

0 50

93

5 94

5 93

2 55

93

0 93

8 92

5 60

92

6 92

8 91

8 70

91

5 91

0 90

4 80

90

2 89

0 88

5 90

89

0 87

5 87

0 10

0 87

8 87

0 85

5 11

0 86

2 86

5 84

0 12

0 85

0 86

0 83

5 13

0 83

1 86

0 83

0 14

0 81

5 86

0 82

8 15

0 79

8 -

828

160

788

- 82

8 17

0 78

5 -

- 18

0 78

3 -

- 19

0 78

3 -

- 20

0 78

3 -

-

SU

SP

EN

SIE

1 :

1

Tab

elu

l 6.3

Tim

p de

R

apor

t Cim

ent /

Apă

(C

:A)

sedi

men

tare

1

: 1

1 :

1 1

: 1

(min

ute)

+ 4

% B

ento

nită

+ 4

% B

ento

nită

+

2 %

Clo

rură

de

calc

iu

(M

ililit

ri se

dim

ent)

5

989

990

990

10

978

988

981

15

966

979

975

20

955

970

965

25

948

960

956

30

939

950

950

35

928

938

940

40

918

928

932

45

910

910

925

50

900

895

916

55

890

872

904

60

881

850

898

70

862

790

878

80

844

755

855

90

825

749

828

100

805

745

799

110

790

745

765

120

770

745

745

130

755

- 73

5 14

0 73

5 -

735

150

715

- 73

5 16

0 70

0 -

- 17

0 69

5 -

- 18

0 69

5 -

- 19

0 69

5 -

-


Pag. 27

DIAGRAMĂ SUSPENSIERaport Ciment / Apă - 1 : 0,8

770780790800810820830840850860870880890900910920930940950960970980990

1000

5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 115 125 135 145 155 165 175 185 195 205

(minute)

(ml s

edim

ent)

1 : 0,8 1 : 0,8 + 4 % Bentonită 1 : 0,8 + 4 % Bentonită + 2 % Clorură de calciu

DIAGRAMĂ SUSPENSIERaport Ciment / Apă - 1 : 1

680690700710720730740750760770780790800810820830840850860870880890900910920930940950960970980990

1000

5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 115 125 135 145 155 165 175 185 195

(minute)

(ml s

edim

ent)

1 : 1 1 : 1 + 4 % Bentonită 1 : 1 + 4 % Bentonită + 2 % Clorură de calciu


Pag. 28

Capitolul VII

Criterii de proiectare a voalurilor de injecţii şi a perdelelor de drenaj

7.1. Date generale privind ecranele de etanşare. Ecranele de etanşare sunt lucrări ce se execută în terenul de fundare pentru reducerea permeabilităţii terenului de fundare. Cel mai des întâlnite sunt ecranele de palplanşe, din piloţi secanţi, pereţi mulaţi, voaluri de injecţii. În funcţie de gradul de etanşare a terenului permeabil, ecranele de etanşare sunt clasificate după criteriul geometric şi după criteriul hidraulic. Criteriul geometric ia în considerare raportul dintre adâncimea de pătrundere a ecranului şi grosimea stratului permeabil. Ţinând seama de acest criteriu putem clasifica ecranele de etanşare ca fiind ecrane perfecte şi ecrane imperfecte.

Din punctul de vedere al criteriului geometric ecranul de etanşare este perfect, dacă el străbate stratul permeabil pe toată grosimea, până la patul impermeabil al acestuia.

Ecranul de etanşare este considerat ca fiind imperfect, din punct de vedere al criteriului geometric, în cazul când adâncimea de pătrundere este mai mică decât

grosimea stratului permeabil. Gradul de perfecţiune geometrică Sg este dat de relaţia:

= eg T

tS , (7.1)

- T - reprezintă grosimea stratului permeabil; - te - este adâncimea de pătrundere a ecranului de etanşare. Relaţia prin care se exprimă gradul de imperfecţiune geometrică Sgi este:

−

= = −egi g

T1

Tt

S S (7.2)

Gradul de perfecţiune hidraulică şi gradul de imperfecţiune hidraulică se exprimă prin relaţiile de mai jos fiind ţinând seama de permeabilitatea terenului de fundare caracterizată de coeficientul k, şi permeabilitatea ecranului de etanşare dată de coeficientul ke.

- gradul de perfecţiune hidraulică −

= eh

k

kk

S (7.3)

- gradul de imperfecţiune hidraulică = = −ehi h1

kk

S S (7.4)

Din punct de vedere hidraulic voalurile de injecţii sunt ecrane de etanşare imperfecte. Modificarea spectrului hidrodinamic la voalurile de injecţii se face în funcţie de valoarea raportului între coeficienţii de filtraţie k şi ke corespunzători terenului de fundare şi voalului de etanşare. 7.2. Voalurile de injecţii. Voalurile de injecţii sunt ecrane de etanşare injectate. Acestea voaluri se execută la construcţiile hidrotehnice în vederea reducerilor debitelor de infiltraţie, pentru evitarea pericolului de eroziune internă prin sufozie. Pentru mărirea stabilităţii terenului de


Pag. 29

fundare a barajelor şi diminuarea subpresiunilor pe fundaţiile construcţiilor din aval, voalurile de injecţii se execută înclinat către amonte. Voalurile de injecţii sunt utilizate la fundaţiile construcţiilor hidrotehnice de retenţie a apei, care împreună cu sistemul de drenaj trebuie să asigure reducerea subpresiunilor şi să asigure stabilitatea construcţiei. Atât voalul de injecţii cât şi roca înconjurătoare sunt supuse la mai multe solicitări. Aceste solicitări sunt:

1. Solicitarea hidrostatică, dată de diferenţa între bieful amonte şi aval, datorată coloanei de apă, H.

2. Solicitarea hidrodinamică, care se datorează circulaţiei apei prin porii şi fisurile rocilor sub presiunea nivelului acumulării.

3. Solicitarea (presiunea) litostatică, creată de încărcarea dată de masivul de rocă în care este realizat voalul.

4. Solicitarea seismică, ce provine din oscilaţiile crustei terestre atunci când se produc seismele.

5. Solicitarea indusă de structura rocii şi voalul din fundaţie cu efect de compresiune şi tasare.

6. Efectele produse de voal asupra structurii şi rocii înconjurătoare. Aceste efecte sunt modificarea subpresiunii şi reducerea permeabilităţii rocii.

7. Efectele asupra mediului înconjurător, care se manifestă prin creşterea nivelului apei subterane în versanţi sau terase.

Caracteristicile geometrice de care trebuie să se ţină seama la proiectarea voalurilor de injecţii sunt următoarele:

A) Lungimea; B) Adâncimea; C) Grosimea; D) Înclinarea; E) Continuitatea voalului.

7.3. Perdele de drenaj. La proiectarea perdelelor de drenaj trebuie să se ţină seama de: - descărcarea subpresiunii pe radierul de fundare; - reducerea debitului de infiltraţie în aval de drenaj şi a vitezelor curentului de ieşire a apei la piciorul aval al radierului; - descărcarea subpresiunii din versanţii văii apropiate de galerii; - descărcarea subpresiunii din straturile acvifere arteziene situate la mică adâncime, sub fundaţia barajelor, situate pe roci slab permeabile; - descărcarea subpresiunii din fisuri faţă de strat care pot provoca importante deplasări de teren în interiorul cuvetei lacului; - permiterea unui control al comportării voalului dirijând eventualele intervenţii, (conform normativului PE 712/87). Perdelele de drenaj se execută pentru asigurarea stabilităţii sistemului structură-teren de fundare la construcţiile hidrotehnice.

Perdele de drenaj au rolul de a colecta apa care circulă prin masa rocii şi de a reduce umiditatea rocii, îmbunătăţind rezistenţa de frecare pe fisurile masivului de rocă. Alegerea sistemului de perdele de drenaj va ţine seama de tipul barajului, permeabilitatea şi caracteristicile geotectonice ale rocii din amplasament, de caracteristicile şi dispoziţia voalului de etanşare. În cazul în care permeabilitatea rocii din aval este ridicată la peste 20…30 L perdeaua de drenaj va avea forajele rare, la 5…10 m. La o permeabilitate redusă admisibilă nu este nevoie de voal de etanşare, dar pentru urmărirea şi verificarea permeabilităţii se realizează un sistem de drenaj corespunzător cu intervalele între foraje reduse.


Pag. 30

Capitolul VIII

Monitorizarea comportării voalurilor de injecţii din punct de vedere al infiltraţiilor în timpul exploatării.

Din punct de vedere al comportării, voalurile de injecţii sunt monitorizate atât pe durata execuţiei, cât şi în timpul exploatării. Monitorizarea comportării voalului în exploatare începe de la perioada de pregătire şi umplere a lacului şi în continuare pe toată perioada de exploatare a acumulării. Perioada de urmărire începe de la terminarea injectării în voal, a execuţiei forajelor piezometrice şi a forajelor de drenaj, montarea dispozitivelor hidrometrice, continuând cu urmărirea infiltraţiilor prin voal odată cu umplerea lacului. Se vor măsura şi analiza debitul exfiltraţiilor prin forajele de drenaj, a compoziţiei chimice a apei şi a debitelor din aval de baraj. Este important să se măsoare subpresiunile la forajele piezometrice şi dispozitivele hidrometrice. După efectuarea tuturor măsurătorilor se vor analiza rezultatele şi se va observa dacă sistemul a intrat într-un regim stabilizat. Regimul stabilizat se consideră ca fiind instalat dacă:

- mărimea debitelor sunt aproximativ constante având o creştere sub 5% dintre două măsurători consecutive, şi 20% pentru întreaga perioadă menţinută la nivelul normal de retenţie sau la nivelul parţial, prevăzut în programul de umplere a lacului;

- perioada de măsurare să fie extinsă pe circa trei luni sau pe perioada stabilită în proiect.

După terminarea lucrărilor de injectare şi realizarea voalurilor trebuie să se urmărească comportarea acestora în exploatare dar, trebuie ţinut cont şi de faptul că voalurile de injecţii pot lucra sub efectul gradienţilor mari de presiune,ce pot favoriza viteze de eroziune şi antrenare hidrodinamică a suspensiilor injectate în fisuri ce pot pune dificultăţi în exploatare. Atunci când voalurile sunt puse sub sarcină, urmărirea comportării lor se face printr-o serie de observaţii asupra variaţiei nivelurilor în forajele piezometrice şi a debitelor în drenuri colectoare. Urmărirea constă într-o activitate permanentă de măsurători sistematice a nivelurilor în lacul de acumulare şi în forajele piezometrice şi în acelaşi timp a debitelor din drenuri. Toate datele obţinute din măsurători se prelucrează. Acest lucru se face prin grafice de corelaţie între nivelurile şi debitele măsurate, corespunzătoare aceluiaşi interval de timp. Voalurile de injecţii sunt lucrări ascunse şi trebuie ţinut cont şi de acest lucru deoarece ele sunt inaccesibile verificării directe a calităţii lor şi susceptibile de degradare în timp datorită proceselor de sufozie mecanică şi chimică. Pentru a se putea avea accesul uşor la voal în scopul executării unor lucrări de intervenţie (în caz de necesitate) prin foraje suplimentare de injectare, refacerea legăturii dintre voal şi corpul barajului, refacerea drenului şi a piezometrelor colmatate, la proiectarea barajelor trebuie avut în vedere acest lucru.


Pag. 31

Capitolul IX

Contribuţii la îmbunătăţirea impermeabilizării şi consolidării masivelor de roci fisurate prin injecţii de

ciment.

Studiu de caz: Impermeabilizarea terenului de fundare în

versantul stâng la barajul Gura Apelor - Retezat. 9.1. Date generale privind barajul Gura Apelor. Localizare, caracteristici constructive, particularităţile terenului de fundare Amenajarea hidroenergetică Gura Apelor este situată pe valea Râul Mare – Retezat, la circa 25 km amonte de debuşarea acesteia în Depresiunea Haţegului, în dreptul localităţii Brazi, la circa 50 km de oraşul Haţeg . Barajul este amplasat într-o secţiune geomorfologică asimetrică a văii Râul Mare. Versantul drept are o pantă de ordinul a 2:1, iar versantul stâng o pantă medie de 1:3. Barajul are înălţimea maximă de 168,00 m, lăţimea coronamentului 12,00 m, lungimea coronamentului de 464 m, iar lăţimea maximă la nivelul fundaţiei de 574 m. Din punct de vedere constructiv barajul este executat din materiale locale (anrocamente), cu nucleu de argilă prevăzut amonte şi aval cu filtre din materiale granulare. Detalii privind elementele constructive ale barajului sunt prezentate în figura 9.3. Barajul este fundat pe roci metamorfice, după cum se observă din fig. 9.4. Din punct de vedere geologic, zona este complexă datorită numeroaselor unităţi tectonice şi tipurilor de roci (sedimentare, eruptive, metamorfice) existente aşa cum rezultă din secţiunile geologice I-I (fig. 9.6) şi II-II (fig. 9.7).

1. Galeria de drenaj (cota 996,00 m);

2. Galerie golire semiadâncime;

3. Galerie de fund; 4. Diverse galerii; 5. Protecţia versantului stâng; 6. Protecţia versantului drept; 7. Galerie de injecţii (cota

1078,50 m); 8. Galerie de injecţii; 9. Galerie colectoare; 10. Deversor; 11. Galerie de golire; 12. Galerie de aducţiune; 13. Priză de apă.

a) Plan de situaţie cu elementele constructive ale barajului.


Pag. 32

b) Secţiune prin baraj

Fig.9.3. Schema constructivă a barajului [51]

1 – filtrul I; 2 – filtrul II; 3 – balast sortat; 4 – argilă; 5 – anrocamente; 6 – bermă (rambleu);

7 – galerie de injecţii; 8 – galerie de colectare ape de infiltraţii prin nucleu; 9 – foraje de

drenaj; 10 – injecţii de consolidare; 11 – nivel normal de retenţie; 12 – axa barajului.

Fig.9.4. Secţiune geologică longitudinală prin amplasamentul barajului [51]


Pag. 33

Fig.9.6. Secţiune prin axul Barajului Gura Apelor.

Fig.9.7. Secţiune în lungul văii Râului Mare.

Acumularea apei în lacul de acumulare a început în anul 1986, exploatarea hidroenergetică fiind făcută cu restricţii de cotă a nivelului lacului, deoarece voalul de etanşare în versantul stâng era executat până în jurul cotei 980,00 m (aproximativ la jumătatea adâncimii maxime a lacului NNR 1072,50 m). Infiltraţiile mari de apă care s-au produs la depăşirea acestei cote, în intervalul 980,00 ÷ 1014,00 m, a necesitat o analiză amplă a situaţie, analiză care a durat circa 10 ani (1994 ÷ 2004). Analizând această situaţie s-a hotărât că trebuie efectuat un voal de injecţii. Execuţia voalului de injecţii a început în anul 2004 urmând a fi finalizat în anul 2011. 9.2. Prevederile proiectului de etanşare a versantului stâng, prin

injecţii de ciment, pe tronsonul de voal situat între cotele 960,00 ÷÷÷÷ 1078,50 m.d.M.

Proiectul de etanşare realizat de S.C. I.S.P.H. S.A. Bucureşti prevede următoarele lucrări (fig. 9.8): • Zona de şisturi, între cotele 960,00 ÷ 1021,73 m, cu o lungime de 146,00 m.

1. injecţii pentru bulbul de contact nucleu de argilă – teren de fundare, executate din galerii de injecţii, cu foraje înclinate amonte-aval, până la adâncimea maximă de 15,00 m.

2. foraje de injecţii pentru voalul propriu-zis, cu adâncimi de 35,00 m, dispuse pe 3 şiruri, cu distanţa de 0,50 m între şiruri şi 2,00 m între forajele de pe acelaşi şir.

• Zona de brecie, cuprinsă între cotele 1021,73 ÷ 1028,20 m cu lungimea de 23,30 m. 1. injecţii pentru bulbul de contact. 2. injecţii pentru voal, cu foraje de 35,00 m adâncime, dispuse pe 3 şiruri.

• Zona de granitoide, cuprinsă între cotele 1028,20 ÷ 1078,50 m cu lungimea de circa 150,00 m din care aproximativ 80,00 m în galeria perimetrală, 15,00 m pe platforma de la cota 1078,50 m şi circa 50,00 m în galeria de injecţii de la cota 1078,50 m, extindere voal şi versant. Forajele de injecţii, dispuse pe 3 şiruri, au adâncimi de 55,00 m în zona galeriei perimetrale şi 70,00 m pe platformă şi în galeria de la cota 1078,50 m.

Rez

umat

teză

doc

tora

t

Pag

. 34

B159

B16

0B1

61

B16

4

B168

B169

63

7022

52

55

65

35

15 6

3

10°

0,2 10 9,6 30

16

48Kg

25

,3K

g/ml

71,4

30

96,6

3025,6

30 9,2 300,6 25 1 200,2 150,8 5

5

160

,8

30 7 306,6 30

B

19

7

B 198

B

199

B

200

B

202

B

203

B

20

4

B2

05

B

20

1

3,3 5 3,9 10

5

2,3 15

100

,8 2

5

118

,2

30

115

30 117

,2

30 364

,3

30

125

51,3K

g

190

,2Kg

/ml

3,4 5 2,4 10

5

0,8 15 0,2 20 0,4 25 0,6 30 0,2 30 38 30 1,4 30 11

8,8

30 1 300,8 30 46 30

10

75Kg

15,

3Kg

/ml

0 10

5

1,2 15 6,4 20 26,2

25

8 30 0,2 30

119

1Kg

17

Kg/ml

13,9 5 89,4 10

10

5 15

4,6 15 193

,4

20

20

38,8 25

25

19,8 30

30

17 30

35

11 30

40

7 30

45

98,4 30

550

0,8 30

55

212 30267

,2

30

60

0,4 30

70

65 4

869K

g

69,

5Kg/m

l

6,4 5 1 10

5

5,2 15 0,2 20 0,2 25 0,4 30 0,6 30 0,08

30

0,2 30 0,4 30 54,8

30 0,4 301,8 30 13

8,2

30

10

59,4K

g

15

,1K

g/ml

0,6 5

0,8

10

5

1,8

15

0,8

20

1,2

25

0,8

30

2,4

30

0,6

30

0,2

30

0,2

30

1 30

0,8

30

1 30

366

,6

30

1890

Kg

27K

g/ml

7,8 5 1,8 10

5

9,8 15 0,4 20 0,4 25 0,8 30 0,4 30 1,4 30 0,6 30 0,8 30 1 30 0,8 301,2 30 11,8

30

190

8Kg

27,

2Kg/m

l

0,66

3 1 10

5

6 15 192

20

283

,4

25

5,6 30 11,8

30 11 30 4,6 30 20,6

30 8,8 30 166

3096,8

30 96,4

30

452

3,8Kg

64,

6Kg/m

l

10

15

20

10

15

20

10

15

20

10

15

20

10

15

20

10

15

20

10

15

20

10

15

20

25

30

35

25

30

35

25

30

35

25

30

35

25

30

35

25

30

35

25

30

35

25

30

35

40

40

40

40

40

40

40

40

45

45

45

45

45

45

45

45

50

55

50

55

50

55

50

55

50

55

50

55

50

55

50

55

70

70

70

70

70

70

65

65

65

65

65

65

65

65

14,2

5

155

,2

20

1 30

0,6 30 0,2 30 0,6 30 50,4

30 131

,8

30

0,2 300,2 30

10

78

,76

5,6

37,5

82

6

B

196

60

60

60

60

60

60

60

60

B

195

B

19

4 B

193

B

192

B

19

1 B

190

B

189

B

188

B

187

B

186

B

185

36,8

5 118

,8

10

5

236

,4

15 0,8 20 3,6 25 3,2 30 3,6 30 11 30 2,2 30 26,2

30 1 30 1,4 302,2 30 2,4 30

2248

Kg

32,

1Kg/m

l

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

70

65

60

489

,8

5 242

,7

10

5

54,8

15 0,6 20 0,1 25

0,4 30 126

,4

30 1,6 30 0,2 30 54 30 64,2

30 13,8

307,8 30 7,8 30

5321

Kg

76K

g/ml

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

70

65

60

381

,1

5 217

,2

10

5

18 15 314

,4 2

0

0,4 25 0,8 30 1,4 30 4,4 30 7 30 6 30 13,4

30 15,6

3019,6

30 14,4

30

507

0Kg

72,

4Kg/m

l

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

70

65

60

227

,8

5 2 10

5

714

,4

15 710

,2 2

0

85,6

25

22 30 322

,6 30 20

6

30 92,6

30 128

,4 30 15

,2

30 152

3023 30 225

,2 30

146

27Kg

208

,9Kg

/ml

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

70

65

60

24,8

5 45,8

10

5

123

,2

15 0,4 20 58 25 52,2

30 0 30 6,4 30 12,4 30 6,6 30 23

2,8

30 0,8 3056,4

30 214

30

416

9Kg

59,5

5Kg

/ml

10

15

20 25

30

35

40

45

50

55

70

65

60

134

,2

5 116

,2 10

5

120

15 256

,7 2

0 546

,9

25

210

,2

30 166

,8 30 91

,2

30 68,6 30 15,2 30 8,2 3

0

70 3014,8

30 63,2

30

93

86Kg

134

,1K

g/ml

10

15

20 25

30

35

40

45

50

55

70

65

60

205

,9

5 310

,2 10

5

166

,9 15

288

,1 2

0

0 20

1,6 25 67,2

30 0,4 30

2 30 293

30

212

,4

30

17,4

3021 30 10,2 30

798

4Kg

114

,1Kg

/ml

10

15

20 25

30

35

40

45

50

55

70

65

60

15

3,6

5 26

5,8 10

5

309

15 44

9,4 2

0

60

4,8

25

123

30 90,3

30 65,6

30 74,2

30 28

5,6

30 79,8

30 31

4,8

3037

3,6

30 273

30

171

05Kg

244

,4Kg

/ml

10

15

20 2

5

30

35

40

45

50

55

70

65

60

331

,9

5

92,6

10

5

357

,3 1

5

1 20

70,7

25

102

,7

30

88,8

30

48,8

30

5,2

30

4,6

30

36,8

30

6 30

3,2

30

224

,6

30

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

70

65

60

476

,8 5 3

10,8

10

5

360

,8 15 9

68,8

20

614

,8

25 539

,5

30 302

,2

30 320

,830 6

24,8

30 18,8

30 376

30 4,6 3023 30 23,4

30

273

71Kg

391

Kg/m

l

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

70

65

60

TR

50i

B146

B14

4

B1

45

TR

48i

TR

49

i

B1

48

B14

7

TR

51i

TR

52i

B158

B 157

B 156

B 155

B 154

B 153

B 152

B 151

B 150

B 149

52,2

8

5 109

,17

10

5

36,8

15 291

,9 2

0

235

,4

25 1,8 30 0,8 30

30

179

1,77

30 1

75,6

30

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

1,8 30

212

50Kg

386

,4Kg

/ml

371

,7

5 223

,4

10

5

350

,5

15

35,2

20

53,2

20 11,6

20

10,6

20 275

,6 20

274

20 67 20 185

,6 20

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55 9

292K

g

168

,9Kg

/ml

17,3

9 5 5

4,28

10

5

88,9

9 15 3

79,2

20

594

,02

25 813

,17

30

406

,8

30 319

,6 30

362

,3 30 518

,78

30 201

,8 30

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

17

707K

g

321

,9Kg

/ml

15,4

5 16,3 10

5

85,9

15 85,0

4 2

0

49,6

20 452

,6

20

440

,6 20 2

33,9 20

587

,2

30 2,4 20 186

,6

20

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

14,7

6

5

69,0

6 10

5

28,4

3

15

134

,7

20

101

1,8

25 843

,5

30

192

,8

30

45,9

30

167

,5 3

0

62,1

30

376

,1 3

0

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55 147

06Kg

267

,4Kg

/ml

49,2

5 28 10

5

71,6

15 47,4

20

285

,5 20 78

,1

20 38,4

20 11,6 2

0

24,2

20 9,6 20 15

7,6

30

10

15

20 2

5

30

35

40

45

50

55

387

5Kg

71,

5Kg/m

l

5,6 5 141

,9

10

5

400

15 240

,3 2

0

457

,9

25 974

,7 30 7

50,8

30 446

,8 30

376

,7

30 283

30 91,4

30

10

15

20 25

30

35

40

45

50

55

208

52Kg

399

,1Kg

/ml

19,8

5

74,9 10

5

219

,3 1

5

463

,3

20

347

,2

20

168

,7

20

35,9

20 55

,220

1,4

20

161

,4

20 78

,620

10

15

20 25

30

35

40

45

50

55

8140

Kg

148

Kg

/ml

25,2

5 49,2

10

5

41,8

15 60,5

20

52

4,6

25 11

55,2

30 40

8 30 36

8,4 30

9,8 30 19

8,4

30

33

7,2

30

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

157

76,5K

g

286

,8Kg

/ml

Ga

leria

de

co

lectare

Put

acc

es

1047

4Kg

190

,5K

g/ml

661

8Kg

94,5

4Kg

/ml

8,2 30

65

65

60

5 10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

70

65

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

164

5 280

,9

10

328

,5

15 364

,6

20

785

,9 2

5

440

,7

30 329

,6

30 329

,6

30

327

,7 3

0

254

,9

30

341

,53

0

62

30

36

30

65

215

,8 30 136

,2 30

65

30,4

30 7 30

65

56,4

30 37,8

30

65

12,2

30 3,2 30

57,8

30 7,4

30

65

126

,2 30 2

12,6

30

295

,5

55

03,2

53

56,2

532

6 5

193

517

5 512

4 5

55

55

55

5

195

,9

10

158

,2

10

126

,7

10

957

,5

10

171

10

344

,5

10

222

,6

10

87,3

15

121

,5 15

125

159

45,4

1573

,4 15

326

,4 15

165

,6 15

10

10

10

10

10

10

10

10

15

15

15

15

15

15

15

15

413

,8

20

404

,4

20

128,

2

20

379

,7

20

88 20

788

,7

20

59,

48

20

260

,8

20

20

20

20

20

20

20

20

964

,4 25

551

,4 25

510

2535

1 25

420

,5 25

346

,7 25

398

,5 2

51

87,4

25

25

25

25

25

25

25

25

25

911

,4

30

333

,4

30

397

,2

30

732

,6

30

379

,1

30

148

30

402

,5

30

29,2

30

30

30

30

30

30

30

30

349 30

339

,4

30

211

,6

30

354

30

140

30

248

,5

30

387

,2

30

17,4

30

35

35

35

35

35

35

35

35

392,

6

30

166

30

405

,3

30

330,5

30

161,

8

30

67,8

30

98,5

30

25,2

30

40

40

40

40

40

40

40

40

336 30

207

,4 30

146

,8 30

350

,5 30

328

,7 30

1 30

25,3

30

11

7,2 30

45

45

45

45

45

45

45

45

454

,7

30

111

,5

30

280,

2

30

344

,2

30

318,

9

30

1,8 30

63,6

30

20,2

30

50

50

50

50

50

50

50

50

9,2

30

66,2

3064 30

24 3068

,730

69,2

305

13,6

30

55

55

55

55

55

55

55

55

10,6

30

114

,8

30

10 30

13,8

30

26,4

30

11 30

448

,8

30

65,9

30

60

60

60

60

60

60

60

65

158

70K

g

226

,7K

g/ml

2427

1Kg

346,7

Kg/

ml

1660

8Kg

237

,8kg

/ml

1983

3kg

296K

g/ml

5903

kg

84,3

Kg

/ml

1041

1Kg

140

,8K

g/ml

132

21K

g

188

,8K

g/ml

1406

0Kg

200

,9K

g/ml

2792

5Kg

398

,9K

g/m

l

29

2,8 5

15,8 5

49 1020

,6 10

15

0,815

28,4

15 47,8

20

67,

9 25 4

25,2

30

30

100

,5

30 21,2

30

40

9,2 30

45

35

0,6 30 4,6 30 7 30 11 30

65

65

18 30

4419

kg

63,1

Kg/

ml

5550

205

8,8 30 9,2 30 7,4 30 10,2 30

19,2

30

67

10

15

25

20

30

50

2,8 20

55

50

76,1

20

55

50

8,4 20

55

50

4,2 20

55

50

55

10

10

10

10

10

5

5

5

5

5

15

15

15

15

15

20

20

20

20

20

25

25

25

25

25

30

30

30

30

30

35

35

35

35

35

40

40

40

40

40

45

45

45

45

45

96,2

20576

,120

29,7

20

14,8 20

28 20

115

,4

20142

,1

2013

3

2040

,7

202

32,4

2056

,220

63,7

2035

4

202

90,5

201

08,9

2064

,82012

9

20

99,8

20

45,8

20

140

20

160

2013 2010

4

2028

,2

201

68,2

2087

,9

2090,1

20

162

,520

140

20

71,3

20

34,4

2558 2061

,3

2026

,420

189

,3

20

45 20

17 1516 15

30 153

3 1525

,41567

,8

10

28,6

10

30,2

10

29,1

10

132

,8

10

103,

4 5

53,5

521

,9

51

7,3 53

8,2

5

556

2g

10,14

Kg/

ml

534

2,1Kg

97

.1K

g/ml

645

1Kg

117

,4K

g/ml

3114

Kg

57,6

Kg/

ml

406

2Kg

73,8

Kg

/ml

50

55

50

55

50

55

5

5

5

10

10

10

15

15

15

20

20

20

25

25

25

30

30

30

35

35

35

40

40

40

45

45

45

58,2

515

,4 5

37,2

5

29,8

1058

,5

1037

,5 10

16,3

1538

,3

1555

,515

29,2

201

75,3

2094 20

41,5

201

65,1

201

31,2

20

48,2

2019

,6

2022

7

20

133

,7

2078

,4

2035

,7

20

25,6

201

30,2

2036

,8

20

162

,7

2036

,2 20

245

20

134

,6 20

33,6

2017

,2

20

50,6

2057

,8 2039

,2 20

B143

B1

42

B14

1

385

9Kg

70,

2Kg

/ml67

91K

g

123

,5Kg

/ml

378

9Kg

68,8

Kg

/ml

50

40

45

7 20 8 20 11 20

50

40

45

316

20 6 20 14 20

50

40

45

5 20 6 20 49 20

50

40

45

98

20

141

20

55 20

50

40

45

5 20 6 20 55 20

50

40

45

12

20 29 20 16 20

50

40

45

7 20

4

20

8

20

50

40

45

222

20 11 20 48 20

50

40

45

37 20 4 20 73 20

50

40

45

3 20 12 20 7 20

50

40

45

10 20 5 20 48 20

50

40

45

54 20 40 20 59 20

B137

B133

B1

32

B13

4B13

5B1

36

B13

8B1

39

B140

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15

15

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

25

30

35

25

30

35

25

30

35

25

30

35

25

30

35

25

30

35

25

30

35

25

30

35

25

30

35

25

30

35

25

30

35

25

30

35

20 20 4 20

37 20 6

1

20

3 20 19 20

131

2019

1

20 31 20

39

20

15

20 25 20

105

20 4

0

2011

2

201

20

20

59

20 36 20

72 20 17 20

27

201

36

20

134

20 5

0

20

548

20

15

20 4

1

202

34 2

014

0 20

151

20

19 15 9 15

28

15

254

15

84

15 8

5

15

12 10 7 10

28

203

03

10 2

9

10

16 10

98 57 5

29

203

8

5

17 5 6 5

5 2012

1 20 2

7

20 42 20

29

2013

0 20

8 2014

1 20 63 20

27 20 4

5

20 53 20

85 20 14 20

32 20 28 20

230

2010

9 20

43 20 44 20

23

20 77 20

24

20 56 20

81 15 10 15

12

15

57 15

25

15

69 15

15 10 8 10

7 10

22 10 2

7 1

0 82 1

0

4 5 15 5

4 5 6 5

7 560 5

17

4

20

19 20 10 20

40 20

84 20 12 20

2174

Kg

39,

5Kg/m

l

3166

Kg

57,

6Kg/m

l

1963

Kg

35,

7Kg/m

l67

42Kg

122

,6K

g/ml

2722

Kg

49,

5Kg/m

l22

58K

g

41,

1Kg/m

l

216

5Kg

39,

4Kg/m

l

335

4Kg

70,

8Kg

/ml

150

2Kg

27,0

3Kg

/ml

1465

Kg

26,

6Kg/m

l26

65Kg

48,

5Kg/m

l35

68Kg

64,

9Kg/m

l

190

NU

MA

R F

OR

AJ

CO

NF

. PR

OIE

CT

FO

RA

J E

TA

PA

I-a

FO

RA

J E

TA

PA

II-a

FO

RA

J E

TA

PA

III-a

LE

GE

ND

A

19

20

CO

NS

UM

SP

EC

IFIC

DE

CIM

EN

T (

Kg)

PR

ES

IUN

E M

AX

IMA

DE

IN

JEC

TA

RE

(A

tm)

884

Kg

22K

g/m

lC

ON

SU

M S

PEC

IFIC

DE

CIM

EN

T P

E F

OR

AJ

(K

g/m

l)

CO

NS

UM

TO

TA

L D

E C

IMEN

T P

E F

OR

AJ

(K

g)

10

0 - 2

5 K

g

26 -

50

Kg

51 -

10

0 K

g

101

- 2

00 K

g

201

Kg

FO

RA

JE P

RO

IEC

TA

TE

IN C

UR

S D

E E

XE

CU

TIE

S

EC

TIU

NE

TIP

GA

LE

RIE

DE

INJE

CT

II P

ER

IME

TRA

LA

55m

55m

55m1,5

0

3,03

505

0

10m

15m

I 2(30°)

I1(30°)

10m

I 2(10°)

I1(10°)

6m

5m

I2(6

0°)

5m

2,2

02,6

6

1

10

55

I1(6

0°)

AC

B

65

60

70

65

65

60

70

65

10

10

15

15

20

20

25

25

30

30

35

35

40

40

45

45

50

50

55

55

55

15

5

27

10

314

15

354

20

394

25

423

30

432

30

222

30

54

30

65

30

28

30

5 30

13

30

63

30

198

33k

g

296

Kg/

ml

238

99kg

32

7,1K

g/m

l

1204

5kg

17,

1Kg/m

l

125

5 429

10

425

15

194

20

107

3 2

5

325

30

340

30

321

30

439

30

294

30

425

30

70 30

77

30

13

30

38 5 372

10 65 15 91

20 89 25 70 30 95 30 92 30 59 30 21

2

30

248

30

69 30 14

30 46 30

TR

42

i

TR

41i

TR

43i

5

TR

24

i

TR

38i

TR

37i

TR

36i

TR

35

i

TR

34i

TR

33i

TR

32i

TR

31i

TR

30i

TR

29i

TR

28

i

TR

27i

TR

26

i

TR

25

i

TR

23i

TR

40

i

TR

39i

TR

22

i

5

10,4

5

10

20

20

15

25

30

20

5

10

15

5 5

5

15

20 20

6,6 5

5

15

38,2

20 36

,4

205 15

10,3

5

5

45,9

15

10

11,1

10

20

15

20

25

30

69,9

20

20

35

20

20,1

5

5

40,4

15

10

25,1

10

20

15

16,5

20

25

30

58 2018,1 20

35

20

16,9

5

5

9,4 15

10

19,6

10

20

15

20

25

30

7,4 2028 20

35

43,9

5

5

31,3

15

10

29,4

10

20

15

82,9

20

25

30

30 2083 20

35

56,4

20

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5

10

20

15 2

5

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 2

5

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 2

5

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 2

5

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15

25

30

35

5

10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15

25

30

35

5

10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5

10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5

10

20

15 2

5

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5 10

20

15

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5 10

20

15

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5 10

20

25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

5

10

20

15 25

30

35

26,2

5 12,4

10

5

18,3

15

15

10

20

63,1

20

25

65 20 15,8

20

30

20

35

4,9 5 11,9

10 47,4

15 25,2

20

4,8

20

5,3

5 17,9

15

8,2

10

15,1

20

31,8

2023

20

6,2

20

27,6

5 1521,5

10 19,9

20 14,7

2071,8

20 12,2

20

13 5 11,2

158,4 10 13,5 20 9,6 2014,5 20 5,2 20

19,2 5 13 1511 10 20 7,4 2025 20 7,4 20

25,6

5 10,1

157,5 10 25,1

20 18,8

2029 20 13,8

20

13,8

5 13,3 156,4 10 15,5

20 98 2015,7

20 52,2

20

18,7

5 14,2

15 9 10

14,6 20 8,8 2010

,5

20 7,6 20

7,1 5 8,8 156,4 10 11,1 20 6,8 209,6 20 8,6 20

7,6 5 20,1

20

24,3

5

15

20,7

10

32,2

20

11,6

20

12,1

20

4,2

20

24,4

5 16,7

1512 10 15,8

20 8,2 2013,2 20 10,2

20

15,1

5 11,4

157,6 10 17,3

20 8,2 2017,2

20 11 20

12 5 31,4

1527 10 26,5

20 39,3

2054,4

20 13,4

20

22,8

5 52,5

1528,8

10 30,1

20 67,5 20 20 12,6

20

14,3

5 22,8

1522,3

10 24,5

20 8 2022,3

20 64,6

20

6,6 5 12

,2

157,8 10 12,5

20

16,9

20

16,7 20 10

,5

20

27,2

5 15,1

155,9 10 41 20 11 2020,3

20 69,2

20

8,9 5 13,3

1511,1 10 12,6 20 12 2012,5 20 13 20

7,8

5

18,7

15

12,5

10

20

8,2

20

17,6

20

1,2

20

9,5

5 16,6

15 9,7

10 25,4

20 12 2019,2

20 9,4

20

21,4

5 37,1 1526,4

10 39,8

20 14,2

2048,9

20 13,4

20

12,7

5 21,9

1511,3

10 46 20 13,4

2048,3

20 10,8

20

14,9 5 27

,2

1513,7

10 30,6

20 9,6

20 9,2

20 20

31,4

5 36,4

15

13,1

10

27,3

20

12,4

2013,4

20

40 20

3,9

5 24 1514,3

10 23,1

20 10,2

2012,8

20 11,6

20

11,3

5 18,5

1512 10 26,2

20 14,8 2023,6

20 14 20

17,2

5 14,4 1517 10 15,9 20 37 20 43 20 80,4

20

20,6

5 16,2

1510,7

10 21 20 11,6

2016,1

20 11,2

20

11,4 5 19,9

1511,8 10 14,6 20 11,7 2013,1 20 10,8 20

14,9

5

23,2

15

25,3

10

16,4

20

10,2

20

13,2

20

8

20

11,2

5 21,2

1515,9

10 21,7

20 7,4

2015,6

20 12 20

18,6

5 34,1

1522,3

10 9,4

20 12,2

20 25 20 14,8

20

14,5

5 17,3

1512,3

10 32,3

20 10,6

2031,6

20 11,2

20

13,9

5 27,5

15

10 35,5

20 23,4

20 23 20 9 20

18,2

5 15,8

1511,8

10 17,7

20 9,2

2014,8

20 10,6

20

20,3 5 15 36 10 60,2

20 11 2011,9 20 94,8 20

25,5

5

15

16,6

10

11

20

7,8

20

13,4

20

89,2

20

7,8

5 12,2

1510,3

10 16,4

20 55,2

2025,6

20 10,8

20

20,8

5 25,4

15 15 10 20 11,4

2020,1

20 12 20

17,6

5 28,8

1516,5 10 30,5 20 10,2 2014,1

20 11,2 20

14,9

5 46,5

1515,9

10 19 20 23,7

2020,8

20 62,4

20

11,9 5 27 15 9,9

10 15,9

20 8,8

2011,1 20 12 20

5 13,7

15 15,6

20 7,8

2015,4

20 20

5 10 20 20 20 20 15

5 10 15 20 20 20 20

5

10

15

20

20

20

20

5 10 15 20 20 20 20

5 10 15

5 10 15 20 20 20 20

5 10 15 20 20 20 20

5 10 15 20 20 20 20

5 10 15 20 20 20 20

5 10 15 20 20 20 20

5 10 15 20 20 20 20

5 10 15 20 20 20 20

5 10 15 20 20 20 20

5 10 15 20 20 20 20

5

10 15

20

20

20

20

5 10 15 20 20 20 20

5 10 15 20 20 20 20

12,4

10 3,2 15 20 20

20

25

30

35

38,8 15

10

19,9 10

20 25

30

20 20

35

49,8

15

10

48,6

10

20 25

30

7,8 20 20

35

10

20

25

30

35

20 20

15,1

159,5 10 9,1 2032,2

20 11,6

20

355 10

15

20

25

30

40

45

50

54

35

5 10

15

20

25

30

40

45

50

53

35

5 10

15

20

25

30

40

45

50

52

35

5 10

15

20

25

30

40

45

50

51

33

5

10

15

20

25

30

5

10

15

20

35

5

10

15 20

25

30

40

45

50

55

60

35

5

10

15

20

25

30

40

45

50

55

60

35

5 10

15

20

25

30

40

45

50

55

60

5°

SE

CTI

UN

E T

IP G

ALE

RIE

DE

INJE

CTI

I

CO

TA

10

78.5

0

Ax

gale

rie

70m

70m

70m75

75

1,4

3

AC

B

Ax

gale

riein

ject

ii

4

5

8

9

Gn

ais

e g

ran

itic

e dis

pu

se

in p

laci

si p

ach

ete

fisu

rate

Sis

turi

se

ric

ito

as

e,

fili

toas

e, d

ure

, fis

urate

4 5

Alt

ern

an

ta s

ist

fili

tos-s

eri

cit

os s

i s

ist g

rafit

os,

fria

bil al

tera

t8

Sis

t g

rafi

tos

cu

breci

e de

falie

9

Pe

lic

ule

de a

rgil

a s

i o

xiz

i d

e fie

r pe fis

uri

si fa

lie

Fal

ie

Lim

ita g

ran

ito

ide

lor c

u s

istu

rile

Pla

ne d

e f

isu

ratie

Lim

ita v

oal

pro

iectat

aP

lan

in

tocm

it d

up

a pl

anul

G -1

54-0

8

B

206

27,

16

27,

16

30,

00

30,

00

10,

00

10,

00

25,

16

11,

25

PU

T A

CC

ES

7,5

2

8,0

0

TR

48i

7,3

7

8,0

0

TR

49i

7,6

77

,53

8,0

08

,00

TR

50i

TR

51i

5,7

31

,97

6,2

02

,0

TR

52i

TR

42i

TR

41i

TR

40i

8,0

07

,30

7,0

97

,80

7,9

2

TR

43i

8,0

0

7,4

2

TR

38i

TR

37i

TR

36i

TR

35i

TR

34i

TR

33i

TR

32i

TR

31i

TR

30i

TR

29i

TR

28i

TR

27i

TR

26i

TR

25i

TR

24i

TR

23i

10,

208

,30

8,4

08

,10

9,1

08

,20

8,0

07

,80

7,8

08

,10

8,0

08

,00

4,0

08

,10

4,4

0

7,9

94

,06

7,3

93

,24

7,2

57

,34

7,5

87

,20

7,4

17

,81

7,8

37

,10

6,2

86

,46

6,9

18

,10

TR

22i

3,9

5

4,9

0

4,2

7

5,3

0

TR

39i

8,0

0

7,6

9

F

ig.9

.8. S

ecţi

un

e geo

logică c

u l

ucrări

le d

e vo

al

pro

iect

ate

pen

tru

eta

nşa

rea v

oalu

lui

stân

g.


Pag. 35

9.3. Criterii de evaluare a calităţii lucrărilor de injecţii. Proiectul şi caietul de sarcini care stau la baza execuţiei voalului de injecţii s-au întocmit în conformitate cu Normativul PE 712 / 1987, singurul act normativ cu putere juridică din România care reglementează condiţiile de proiectare, execuţie şi calitate a voalurilor de injecţii. Criteriile de dimensionare şi de calitate a voalurilor de injecţii,la barajele din materiale locale, cu elemente de etanşare din argilă, categorie în care se înscrie şi barajul Gura Apelor, conform prevederilor Normativului PE 712 / 1987 sunt prezentate schematic în figura 9.9 şi în tabele 9.1 şi 9.2. Pentru condiţii geologice speciale, aşa cum sunt acceptate cele din versantul stâng al barajului Gura Apelor, normativul permite derogări de la prevederile pe care le conţine, cu avizul C.T.E. şi a experţilor consultanţi. Principalele prevederi ale proiectului de injecţii şi ale caietului de sarcini sunt următoarele:

- probele de permeabilitate şi injecţiile de ciment să se execute în sistem ascendent, dacă este posibil şi numai când situaţia impune să se execute în sistem descendent;

- lungimea tronsoanelor, de regulă să fie de 5,00 m, cu excepţia primului, eventual celui de-al doilea tronson de la suprafaţă, pentru care lungimea poate fi de 1,00 ÷ 3,00 m;

- presiunile de injecţie pornesc de la 3 ÷ 5 bari pentru primii 5,00 m adâncime, cresc din 5 în 5 bari până la atingerea presiunii maxime de 20, 25 sau 30 bari în funcţie de calitatea rocii, după care rămâne constantă;

- de regulă, consistenţa suspensiilor injectabile, exprimată prin raportul ciment:apă (C:A) în funcţie de permeabilitatea rocilor, nu sunt mai mici de 1:5, majoritatea fiind 1:2, 1:1 sau 1:0,8.

0

25

50

75

100

10

25

50

75

100

10

52535

30

5055

60

7580

85

10

5 25

50

75

Nivel apă în lac

Fig.9.9. Schema de aplicare a valorilor absorbţiilor admisibile de apă, exprimate în u.L.

(conform PE 712/87), în funcţie de înălţimea coloanei de apă din lac şi de adâncimea voalului

de injecţii. [50]


Pag. 36

Tabelul 9.1 Criterii de control al eficacităţii unui voal de injecţii, executat în roci semitari, conform Normativului Departamental PE 712/1987. Valori limită admisibile pentru absorbţiile de apă înregistrate la testele efectuate în forajele de control.

Adâ

ncim

ea t

eren

ului

de

fund

are

(m)

0 25 50 75 100

510

20

30

40

50

60

70

80

90

10

60

100

35

Înălţimea coloanei de apă din lac (m)

2,5 u.L + 20% 3,5 u.L

3,5 u.L + 25% 4,5 u.L

4,5 u.L + 25% 5,5 u.L

2 u.L + 20% 3 u.L 1,5 u.L + 20% 2,5 u.L 1 u.L + 20% 2 u.L

3 u.L + 25% 4 u.L

4 u.L + 20% 5 u.L

4,5 u.L + 25% 5,5 u.L

2,5 u.L + 25% 3,5 u.L

3,5 u.L + 25% 4,5 u.L

4,5 u.L + 25% 5,5 u.L

2 u.L + 25% 3 u.L

3 u.L + 25% 4 u.L

4 u.L + 25% 5 u.L

Tabelul 9.2 Criterii de control al eficacităţii unui voal de injecţii, executat

în roci foarte tari, conform Normativului Departamental PE 712/1987. Valori limită admisibile pentru absorbţiile de apă înregistrate la testele efectuate în forajele de control.

Adâ

ncim

ea t

eren

ului

de

fund

are

(m)

0 25 50 75 100

510

20

30

40

50

60

70

80

90

10

60

100

35

Înălţimea coloanei de apă din lac (m)

3 u.L + 20% 4 u.L

4 u.L + 25% 5 u.L

2,5 u.L + 20% 3,5 u.L

3,5 u.L + 25% 4,5 u.L

5 u.L + 25% 6,5 u.L

2 u.L + 20% 3 u.L 1,5 u.L + 20% 2,5 u.L

3 u.L + 25% 4 u.L

4 u.L + 25% 5 u.L

2,5 u.L + 25% 3,5 u.L

3,5 u.L + 25% 4,5 u.L4,5 u.L + 25% 5,5 u.L

5 u.L + 25% 6 u.L 5 u.L + 25% 6 u.L 4,5 u.L + 25% 5,5 u.L


Pag. 37

Execuţia lucrărilor de injectare s-a realizat sub monitorizarea permanentă asigurată de specialişti din partea beneficiarului, asistenţă geologică-tehnică din partea I.S.C.E., prelucrare şi interpretare a rezultatelor, au fost elaborate de proiectantul lucrării, I.S.P.H. S.A. Bucureşti şi consultanţă de specialitate din partea U.T.C.B. Pentru evaluarea preliminară a calităţii lucrărilor de injecţii efectuate până în prezent, în vederea recepţiei provizorii a voalului executat, se au în vedere următoarele criterii: 9.3.1. Criteriu Lugeon. Acest criteriu a fost formulat de către M. Lugeon în anul 1933, ca o soluţie de evaluare calitativă rapidă, a permeabilităţii terenului, printr-un test simplu care constă din delimitarea unui tronson de lungime L (m) din gaura forajului, în care se injectează cantitatea de apă Q (l) la presiunea P (at), în intervalul de timp t (min.).

Raportul Q

qL P t

= (l/m. min. at.) (9.1)

poartă numele de absorbţie de apă. Condiţia ca testul de permeabilitate să se facă la presiunea de 10 atm. → este necesară pentru că presiunea de injectare poate modifica substanţial absorbţia de apă q datorată deschiderii suplimentare ∆e a fisurilor masivului de rocă. Relaţia dintre cantitatea de apă Q care poate curge printr-o fisură cu deschiderea e, este de forma: Q = f (e3) (9.2) Orice creştere suplimentară ∆e a deschiderii fisurilor determină o creştere foarte rapidă a parametrului Q. Pentru versantul stâng al barajului Gura Apelor, caietul de sarcini prevede următoarele valori maxime admise pentru permeabilitatea determinată după injectarea terenului (tabelul 9.3). Tabelul 9.3 Valori admise ale permeabilităţii voalului de injecţii din

versantul stâng al barajului Gura Apelor (conform PE 712/1987).

Zona injectată Intervalul de adâncime

0 ÷ 10 m 10 ÷ 35 m 35 ÷ 70 m Granitoide, cota1078,50 m

80 % ≤ 2,5 u.L. 20 % 2,5 ÷ 3,5 u.L.

80 % ≤ 3,5 u.L. 20 % 3,5 ÷ 4,5 u.L.

75 % ≤ 4,5 u.L. 25 % 4,5 ÷ 5,5 u.L.

Galerie injecţii sub baraj (peste cota 1028,20 m.d.M.). Şisturi şi brecie de falie

80 % ≤ 2,0 u.L. 20 % 2,0 ÷ 3,0 u.L.

75 % ≤ 3,0 u.L. 25 % 3,0 ÷ 4,0 u.L.

75 % ≤ 4,0 u.L. 25 % 4,0 ÷ 5,0 u.L.

Observaţii critice asupra criteriului Lugeon.

• Criteriul Lugeon nu ia în consideraţie diametrul ∅ = 2 r al găurii forajului de injecţie, presiunea hidrostatică (fig. 9.10) pd + pD din conducta de injectare de sub manometre, pierderea de sarcină hidrostatică hr pe conducta de injecţie, între manometrul de înregistrare a presiunii de suprafaţă şi tronsonul în care se injectează apa precum şi nivelul apei subterane hw din masivul de rocă. Neluarea în considerare a acestor date modifică valorile absorbţiilor de apă care se înregistrează conform criteriului Lugeon.


Pag. 38

• Fenomenul de clacaj, datorat deschiderii suplimentare, bruşte a fisurilor, în funcţie de presiunea de injectare, nu poate fi sesizat decât pe diagrama de variaţie debit-presiune Q = f (p) = f (e), (fig. 9.11).

• De regulă, în practica de şantier, absorbţiile de apă se calculează fără a efectua corecţiile de presiune. În cazul barajului Gura Apelor, pentru adâncimi maxime ale forajelor de injecţii, cuprinse între 35,00 şi 70,00 m, absorbţiile calculate sunt mai mari decât cele reale cu până la 20-25 %. Neluarea în calcul a corecţiei de presiune, reprezintă în fapt, un coeficient de siguranţă privitor la evaluarea permeabilităţii masivelor de roci şi la eficacitatea injecţiilor de ciment.

NH

D

pm

pd

Manometru

pm pd PD pw pr

h m

dh w

+ -

P = γw (hm + d + D - hw - hr) = pm + pd + PD - pw - pr Fig.9.10. Componentele presiunii de injectare la nivelul tronsonului: pm – presiunea citită la

manometru; pd + PD – presiunea hidrostatică din conducta de injectare situată între

manometru şi jumătatea tronsonului care se injectează; pw – presiunea hidrostatică din

exteriorul tronsonului care se injectează dată de coloana apei subterane din masivul de rocă; pr – pierderea de sarcină hidraulică pe conducta de injectare, între manometru şi jumătatea

lungimii tronsonului.

Conform normativului PE 712 / 1987, injecţiile de ciment se consideră eficiente dacă absorbţiile la probele de apă nu depăşesc limitele stabilite în tabelul 9.3. În cazul în care acest criteriu nu este îndeplinit, cu unele aproximaţii se poate accepta că voalul este eficient din punct de vedere calitativ dacă permeabilitatea finală, determinată prin foraje de control, nu depăşeşte 10 % din valoarea permeabilităţii iniţiale. 9.3.2. Recomandări ICOLD (Londe 1982). Recomandări privind criteriile de aplicare a măsurilor de impermeabilizare a terenurilor de fundare fisurate, ale barajelor. q ≤ 5 u.L. - roci suficient de impermeabile. 5 u.L. < q ≤ 20 u.L. - roci cu permeabilitate medie.

h r


Pag. 39

q > 20 u.L. - roci cu fisuri largi, microcarsturi, permeabilitate foarte neomogenă. Necesită injecţii de mortar şi suspensii de ciment după caz. Lucrările de drenaj nu sunt relevante.

P (at)

Q (l)

0

l

(mm)

e0 = constant

∆e0= 0

e0 + ∆e0 = constante0+∆e0 ≠ constant

∆e 0

e 0

Q = f [p, (e 0

+ ∆e 0)3 ]

Fig.9.11. Graficul de variaţie a parametrilor Q, p, e0, în timpul injectării.

9.3.3. Indicele de eficacitate a voalului. Este un indice calitativ, complementar, definit ca raportul dintre consumul de suspensie de ciment şi volumul fisurilor injectate. Deficienţe: evaluarea corectă a volumului de fisuri injectate este

incertă. În lipsa unor posibilităţi de evaluare a volumului golurilor fisurale, indicele de eficacitate se calculează admiţând că volumul fisurilor reprezintă 2 – 3 % din volumul total a masivului de rocă aferent voalului de injecţii.

9.3.4. Sugestii de evaluare a permeabilităţii masivelor de roci stâncoase, fisurate, formulate de cercetătorii spanioli Alberto Foyo, Miguel Sanchez, Carmen Tomillo (F.S.T.). Câteva articole pe tema injecţiilor de suspensii pe bază de ciment, în vederea consolidării şi impermeabilizării masivelor de roci stâncoase, cu permeabilitate fisurală, au fost publicate în ultimii 5 ani de către specialişti recunoscuţi în domeniu: Alberto Foyo, Miguel Sanchez şi Carmen Tomillo din Spania, F. K Ewert din Germania, ş.a. a. Indicele de Permeabilitate Secundară (SPI) [22] Alberto Foyo şi colaboratorii, au introdus Indicele de Permeabilitate Secundară (Secondary Permeability Index – SPI) care se determină cu relaţia:

c

c

2 lln 1Qr

SPI C2 H tl

⋅ +

= ⋅ ⋅⋅ π ⋅ ⋅

(9.3)

în care: SPI - Indicele de Permeabilitate Secundară a suprafeţei laterale a tronsonului de foraj supus testului de permeabilitate (l / s ⋅ m2); C - constanta care depinde de vâscozitatea apei la T = 10°C, C = 1,49 ⋅ 10-10 (Snow, 1962); lc - lungimea secţiunii de verificare (m); r - raza găurii de foraj (m); Q - cantitatea de apă absorbită de masivul de rocă (l);


Pag. 40

t - durata testului la o treaptă de presiune (s); H - presiunea de injecţie exprimată în metri coloană de apă (m). Indicele de Permeabilitate Secundară are semnificaţia coeficientului de permeabilitate k (m/s) corespunzător mediilor poroase, şi permite conversia absorbţiei de apă care se obţine prin testul Lugeon în permeabilitate corespunzătoare mediilor poroase care se determină în concordanţă cu metodologiile de calcul bazate pe legea Darcy. Conform autorilor menţionaţi, unei unităţi Lugeon îi corespunde 2,16 ⋅ 10-14 SPI. În funcţie de Indicele de Permeabilitate Secundară, autorii au propus separarea masivelor de roci, fisurate, permeabile, în 4 clase, astfel: Tabelul 9.4 Clase de permeabilitate în funcţie de Indicele de Permeabilitate

Secundară (S.P.I.).

Indicele de Permeabilitate Secundară SPI (l / s ⋅ m2)

≤ 2,16 ⋅ 10-14 2,16⋅10-14 ÷ 1,72⋅10-13 1,72⋅10-13 ÷ 1,72⋅10-12 ≥ 1,72⋅10-12 ≤ 1 u.L. 1 ÷ 8 u.L. 8 ÷ 80 u.L. ≥ 80 u.L.

Clasa de încadrare a masivului de rocă

A B C D

Caracterizare din punct de vedere calitativ

Excelentă Bună Slabă Foarte slabă

Tratamentul prin injecţii de ciment

Nu este necesar Numai punctual Tratament normal Tratament

extensiv

b. Unitatea Echivalentă Lugeon (Equivalent Lugeon Unit - ELU) Corecţia unităţii Lugeon, introdusă de Alberto Foyo şi Miguel Sanchez, sub forma Unităţii Echivalente Lugeon (ELU) ţine seama de modificările permeabilităţii masivului de rocă în funcţie de presiunea de injectare. Unitatea Echivalentă Lugeon (ELU) se determină cu relaţia:

m

t

PELU QP

= ⋅ (9.4)

în care: ELU - Unitatea Echivalentă Lugeon (l / min. ⋅ m); Q -debitul de apă absorbit în fisurile masivului de rocă (l/min.⋅m); Pm - presiunea măsurată la manometre (at.); Pt - presiunea totală (at.). Unitatea Echivalentă Lugeon scoate în evidenţă eroarea de măsurare a permeabilităţii determinată prin testul Lugeon. În practică, se ia în calcul numai presiunea măsurată la manometre şi nu presiunea totală care poate să difere semnificativ de presiunea citită la manometre. Într-un articol publicat în Dam Engineering, volumul XIII, Issue 3, autorii prezintă un exemplu concret, bazat pe măsurători la barajul Lareo din Guipuzcoa, Spania, prin care pun în evidenţă importanţa acestui indice. Datele rezultate din măsurători:

- lungimea tronsonului injectat lc = 5 m; - presiunea măsurată la manometre Pm = 4,00 at.; - presiunea totală Pt = 5,00 at.; - timpul testului t = 2 minute; - cantitatea de apă absorbită Q = 122 l;

Absorbţia de apă q, conform testului Lugeon, este:


Pag. 41

c m

122 lQ lq (u.L.) 3,05 0,305 u.L.

t 5 m 2 min. 4 at. m min. at.l P= = = =

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

m

c m t

Q 4Pq (ELU) 0,305 u.L. 0,241 ELUt 5,05l P P

= ⋅ = ⋅ =⋅ ⋅

Rezultă că permeabilitatea determinată corect, la presiunea totală de injectare, este cu circa 20 % mai mică decât permeabilitatea Lugeon, determinată numai pe baza presiunii citite la manometre, aşa cum se întâmplă în practica cunoscută. 9.3.5. Consumul specific de ciment injectat. Cantitatea de suspensie de ciment absorbită în masivul de rocă fisurată, exprimată în kg de ciment / metru de gaură de foraj la presiunea de injectare P, poate constitui un important indicator al permeabilităţii masivului de rocă. De regulă, consistenţa suspensiei se modifică pe parcurs, în funcţie de evoluţia debitelor de suspensie absorbită, iar presiunea de injectare creşte de la partea superioară a voalului, până la o anumită adâncime, de la care poate rămâne constantă. În aceste circumstanţe, exprimarea consumurilor de ciment / metru liniar de foraj, poate conduce la concluzii eronate în ceea ce priveşte variaţia permeabilităţii terenului în adâncimea terenului de fundare şi în ultimă instanţă a eficacităţii voalului. Analizând consumul specific de ciment realizat la parametrii reali de injectare (consistenţă suspensie, presiune de injectare), pentru două panouri de voal reprezentative (fig. 9.8; 9.9) nu se constată o îmbunătăţire evidentă, clară, a cimentării masivului de rocă în adâncime. Pentru a putea vizualiza eficacitatea injectării, se propune utilizarea unui aşa numit Coeficient de Eficacitate a Injectării (CEI), calculat cu relaţia:

c

c

cantitatea de ciment din suspensia injectată kgCCEIP presiunea de injectare m at.l

= =⋅ ⋅

(9.5)

Acest coeficient are o structură asemănătoare cu absorbţia de apă corespunzătoare testului Lugeon. Prin compararea consumurilor de ciment din figurile 9.12 şi 9.13 se poate uşor observa diminuarea consumurilor de ciment în adâncime, în condiţiile menţinerii presiunii la valoare constantă. Concluzia care rezultă este aceea că în adâncime, consumul specific de ciment scade treptat, în directă corelare cu permeabilitatea masivului de rocă. 9.3.6. Alţi indicatori de analiză a eficacităţii voalului de injecţii. În cazul în care lucrările de injecţii nu îndeplinesc criteriile de exigenţă Lugeon, analiza eficacităţii voalului va lua în considerare şi alte criterii. Un voal se poate caracteriza ca fiind corespunzător dacă îndeplineşte următoarele niveluri de calitate:

a) Gradienţii hidraulici corespunzători solicitării maxime a acumulării se situează sub valorile critice de antrenare hidro-dinamică a materialului din corpul barajului nucleul de argilă sau din terenul de fundare.

b) Infiltraţiile pe sub baraj, prin penetrarea voalului de injecţii, nu afectează parametrii economici ai exploatării acumulării.

c) Forţele de filtraţie care se manifestă prin modificarea spectrului hidrodinamic natural nu influenţează stabilitatea versantului din zonele de încastrare a barajului.

Rez

umat

teză

doc

tora

t

Pag

. 42

A 190

A 189

5 -

10

kg/

atm

10

- 1

5 k

g/at

m

15

-20

kg/

atm

< 5

kg

/atm

> 2

0 k

g/at

m

A

190

A 189

0 -

25

Kg

26

- 5

0 K

g

51

- 10

0 K

g

10

1 -

200

Kg

> 2

01

Kg

A 190

A 189

192

FO

RA

J E

TA

PA I-

a

FO

RA

J E

TA

PA II

-a

FO

RA

J E

TA

PA II

I-a

10

atm

15

atm

20

atm

25

atm

30

atm

5

atm

192

FO

RA

J E

TA

PA I-

a

FO

RA

J E

TA

PA II

-a

FO

RA

J E

TA

PA II

I-a

192

FO

RA

J E

TA

PA I-

a

FO

RA

J E

TA

PA II

-a

FO

RA

J E

TA

PA II

I-a

LE

GE

ND

A

CO

EF

ICIE

NT

DE

EF

ICA

CIT

AT

E A

INJE

CTĂ

RII

LE

GE

ND

A

CO

NS

UM

SP

EC

IFIC

DE

CIM

EN

T (

Kg)

LE

GE

ND

A

PR

ES

IUN

EA

DE

IN

JEC

TA

RE

NU

MA

R F

OR

AJ

CO

NF

. PR

OIE

CT

NU

MA

R F

OR

AJ

CO

NF

. P

RO

IEC

T

NU

MA

R F

OR

AJ

CO

NF

. PR

OIE

CT

a

)

b)

c

) F

ig.9

.12. R

epre

zen

tare

a g

rafi

că a

pre

siu

nil

or

de

inje

ctare

(a),

con

sum

uri

lor

spec

ific

e d

e ci

men

t (b

) şi

a c

oef

icie

nţi

lor

de

efic

aci

tate

a i

nje

ctări

i (c

)

pen

tru

un

pan

ou

de

voal

de

la c

ota

1078,5

0 m

.d.M

.

Rez

umat

teză

doc

tora

t

Pag

. 43

A 149

< 5

kg/

atm

5 -

10 k

g/a

tm

10 -

15

kg/

atm

15

-20

kg/a

tm

> 2

0 kg

/atm

CO

EF

ICIE

NT

DE

EF

ICA

CIT

AT

E A

INJE

CTĂ

RII

A 149

0 -

25 K

g

26 -

50

Kg

51 -

10

0 K

g

101

- 2

00 K

g

> 2

01

Kg

CO

NS

UM

SP

EC

IFIC

DE

CIM

EN

T (

Kg

)

A

149

PR

ES

IUN

EA

DE

IN

JEC

TA

RE

10

atm

15

atm

20

atm

25

atm

30 a

tm

5

atm

192

FO

RA

J E

TA

PA I-

a

FO

RA

J E

TA

PA II

-a

FO

RA

J E

TA

PA II

I-a

LE

GE

ND

A

NU

MA

R F

OR

AJ

CO

NF

. P

RO

IEC

T

192

FO

RA

J E

TA

PA I-

a

FO

RA

J E

TA

PA II

-a

FO

RA

J E

TA

PA II

I-a

LE

GE

ND

A

NU

MA

R F

OR

AJ

CO

NF

. P

RO

IEC

T

192

FO

RA

J E

TA

PA I-

a

FO

RA

J E

TA

PA II

-a

FO

RA

J E

TA

PA II

I-a

LE

GE

ND

A

NU

MA

R F

OR

AJ

CO

NF

. P

RO

IEC

T

a

)

b)

c

) F

ig.9

.13. R

epre

zen

tare

a g

rafi

că a

pre

siu

nil

or

de

inje

ctare

(a),

con

sum

uri

lor

spec

ific

e d

e ci

men

t (b

) şi

a c

oef

icie

nţi

lor

de

efic

aci

tate

a i

nje

ctări

i (c

)

pen

tru

un

pan

ou

de

voal

din

gale

ria d

e in

jecţ

ii d

e su

b b

ara

j.


Pag. 44

9.4. Analiza eficacităţii injecţiilor de ciment în versantul stâng – baraj Gura Apelor, pe baza absorbţiilor de apă şi consumurilor de ciment. La sfârşitul anului 2009, I.S.P.H. S.A., în calitate de proiectant a finalizat raportul anual: Analiza şi interpretarea rezultatelor lucrărilor de impermeabilizare la versantul stâng pentru zona de închidere a voalului în versant, zona puţului de acces la galeria perimetrală cod documentaţie: 425.31002.B.3972 / 2009. Analiza a fost efectuată după execuţia unui volum de 33435 m.l. de foraj injectat,din volumul total de 41072 m.l. prevăzut în proiect. Conform prevederilor Caietului de sarcini, injectarea suspensiilor de ciment în fiecare tronson cu lungimea de 5 m, s-a efectuat până la atingerea refuzului. În cazul în care refuzul nu a fost atins, injectarea a fost oprită la atingerea consumului maxim de ciment admis, tronsonul a fost lăsat în priză minimum 24 ore după care s-a procedat la reinjectarea tronsonului respectiv până la atingerea refuzului. Practic în toate tronsoanele injectarea suspensiilor de ciment a continuat până la atingerea refuzului. Presiunile de injectare s-au aplicat în sistem crescător, de sus în jos, din 5 în 5 atm., pentru fiecare tronson cu lungimea de 5 m. În panoul de voal de la cota 1078,50 presiunea maximă de injectare a fost limitată la 30 atm. iar în galeria de sub baraj (sub cota 1078,50), presiunea maximă de injectare a fost limitată la 20 atm. În funcţie de permeabilitatea masivului de rocă, consistenţa suspensiilor injectate, exprimată prin factorul apă:ciment (A:C) a fost de 5:1 până la 0,8:1, în marea majoritate a cazurilor fiind folosite suspensii de consistenţă 1:1 ÷ 0,8:1. Eficacitatea injecţiilor de ciment a fost analizată pe baza consumurilor specifice de ciment (kg/m.l.) şi a absorbţiilor de apă determinate prin forajele de control executate după efectuarea injecţiilor de ciment. Din analiza materialelor de injectare prezentate de I.S.P.H. S.A. au rezultat următoarele: 9.4.1. Panoul de voal, cu lungime de 65,00 m, cuprins între puţul de acces în galeria perimetrală şi fundul galeriei de injecţii de la cota 1078,50 m.d.M. Consumul specific de ciment, injectat sub formă de suspensii, corespunzător unui volum de foraj de 7410,50 m este redat în graficele din fig. 9.14. Din analiza consumurilor de ciment, exprimate grafic, rezultă următoarele consumuri specifice de ciment în forajele de la cota 1078,50 m.d.M. (Tabel 9.5) Tabelul 9.5 Consumuri specifice de ciment în forajele de la cota 1078,50 m.d.M. Valori de referinţă pentru consumul specific de ciment (kg/m.l.)

< 10 kg/m

< 50 kg/m

< 100 kg/m

< 200 kg/m

< 500 kg/m

< 1000 kg/m

Consum specific efectiv, exprimat procentual din consumul de referinţă (%)

15–20 % 42–53 % 58–65 % 70–78 % 92–98 % 98–100 %

Consum specific înregistrat la forajele de control (%) 25 % 62 % 75 % 95 % 100 % -

Se constată că, deşi injectarea s-a efectuat până la atingerea refuzului, la forajele de control încă s-au mai înregistrat consumuri cu până la 10 – 20% mai mari faţă de consumurile maxime înregistrate la injecţiile propriu–zise.


Pag. 45

În ceea ce priveşte consumurile specifice de ciment înregistrate, acestea se înscriu într-un domeniu de valori de până la 400 kg/ml. Absorbţia de apă determinată prin testul Lugeon s-a efectuat pe zona corespunzătoare următoarelor intervale de adâncime: 0–10 m, 10–35 m, 35–70 m. Evaluarea eficacităţii injecţiilor de ciment s-a efectuat pe baza criteriului Lugeon, recomandărilor I.C.O.L.D. şi sugestiilor grupului de specialişti spanioli Foyo, Sanchez, Tomillo (FST) luând ca referinţă absorbţiile de apă determinate prin forajele de control. În graficele din figurile 9.15, 9.16 şi 9.17 şi cu tabelul 9.6, sunt redate valorile datelor de analiză luate în consideraţie. Tabelul 9.6 Eficacitatea injecţiilor din panoul de voal de la cota 1078,50 m.d.M.

apreciată pe baza forajelor de control, după diverse criterii de evaluare.

Interval de adâncime (m) Criteriul Lugeon Recomandările

I.C.O.L.D. Sugestiile grupului

FST 0–10 m 55 % 68 % 80 % 10–35 m 40 % 65 % 82 % 35–70 m 88 % 88 % 100 %

9.4.2. Panoul de voal din galeria de injecţii de sub baraj (sub cota 1078,50 m).

1) Consumul specific de ciment. În graficele din figura 9.18 sunt redate consumurile specifice de ciment maxime

şi minime, precum şi consumurile înregistrate în forajele de control. Din analiza valorilor înscrise în tabelul 9.7 se observă un consum specific de ciment mult mai mic decât cel corespunzător tronsonului de voal de la cota 1078,50 m, astfel:

• Numai 2 % din forajul injectat a înregistrat consumuri specifice mai mari de 100 kg ciment/ml.

• 98 % din consumurile specifice sunt mai mici de 100 kg ciment/ml, iar 83% se situează sub 50 kg ciment/ml.

Tabelul 9.7 Consumuri specifice de ciment în galeria de sub baraj. Valori de referinţă pentru consumul specific de ciment (kg/m.l.)

< 10 kg/m

< 50 kg/m

< 100 kg/m

< 200 kg/m

< 500 kg/m

< 1000 kg/m

Consum specific efectiv, exprimat procentual din consumul de referinţă (%)

22–37 %

52–72 %

69–92 %

85–98 %

98 %

100 %

Consum specific înregistrat la forajele de control (%) 42 % 83 % 98 % 100 % - -

Consumurile specifice de ciment înregistrate la forajele de control se situează sub 100 kg/ml. în proporţie de 98 % iar 42 % sub 10 kg/ml.

2) Absorbţia de apă determinată în forajele de control. Analiza s-a efectuat pentru intervalele de adâncime 0–10 m, 10–35 m, 35–55 m, folosind aceleaşi criterii ca şi în cazul panoului de voal de la cota 1078,50 m (Lugeon, I.C.O.L.D. şi sugestiile FST). În graficele din figurile 9.19, 9.20 şi 9.21 şi în tabelul 9.8, sunt redate valorile datelor de analiză luate în consideraţie. Tabelul 9.8 Eficacitatea injecţiilor de ciment apreciată pe baza forajelor de

control executate în galeria de sub baraj, după diverse criterii de evaluare.

Interval de adâncime (m) Criteriul Lugeon Recomandările

I.C.O.L.D. Sugestiile grupului

FST 0–10 m 22 - 30 % 38 -55 % 60 – 68 % 10–35 m 25 - 35 % 35 – 45 % 60 – 70 % 35–55 m 25 – 60 % 28 – 66 % 50 – 90 %


Pag. 46


Pag. 47


Pag. 48


Pag. 49


Pag. 50

Capitolul X

Concluzii. A) Un proiect de injectare a unui masiv de roci fisurate se fundamentează pe cunoaşterea a cel puţin două elemente principale: • particularităţile geologice şi geomecanice ale masivului de rocă, cu privire specială

asupra fisuraţiei; • interpretarea corectă a curgerii fluidelor prin medii permeabile fisurate, fundamentată

pe legea Darcy. B) Calculele hidraulice cu privire la curgerea fluidelor prin medii fisurate, chiar în ipotezele cele mai simpliste, arată o mare sensibilitate a parametrilor hidraulici ai curgerii la variaţia deschiderii fisurilor, relaţia dintre debitele Q, absorbite în timpul injectării, şi lărgirea e0 a fisurilor, fiind de forma: Q= f( 3

0e ) Modificarea deschiderii fisurilor este dependentă de presiunea de injectare a fluidelor şi se manifestă sub două forme principale: • clacajul, care înseamnă lărgirea fisurilor ca urmare a deformaţiilor elastice ale

mediului adiacent fisurilor respective; • deburarea fisurilor, prin dislocarea şi evacuarea hidraulică a argilei care le

colmatează. C) Un rol esenţial în variaţia parametrilor hidraulici de injectare revine densităţii reţelelor de fisuri precum şi orientării spaţiale a fisurilor. În practica lucrărilor de injecţii, de foarte multe ori se înregistrează fenomene atipice, aparent inexplicabile, care creează multe dificultăţi de interpretare. Iată câteva exemple: • absorbţii mari de apă la testul Lugeon dar masivul de rocă primeşte foarte greu sau

refuză să primească suspensie de ciment. Această situaţie este caracteristică masivelor de rocă afectată de o reţea densă de fisuri cu deschideri mici

• absorbţii mari de apă la testul Lugeon şi consumuri corespunzătoare de suspensii. Acest comportament este specific masivelor de roci fisurate,cu deschideri care nu se modifică sensibil în timpul procesului de injectare.

• absorbţii mici la testul Lugeon şi consumuri mari de suspensii, la aceeaşi presiune de injectare. Fenomenul se datorează de regulă deburării fisurilor ca urmare a spălării argilei de colmatare.

În cazul în care presiunea de injectare creşte este posibil să se manifeste şi fenomenul de clacare prin deschiderea elastică a fisurilor. D) În ceea ce priveşte deschiderea elastică a fisurilor se fac următoarele precizări: • deformarea pur elastică a volumului de rocă dintre două fisuri adiacente, paralele, la

presiuni curente de injectare, de regulă este nesemnificativă. • clacajul se poate produce mai curând prin comprimarea masivului de rocă şi

închiderea unui număr de fisuri din zona exterioară bulbului de manifestare a presiunii de injectare, în interiorul căruia fisurile se vor deschide ca urmare a comprimării zonei exterioare acesteia.

E) În practica de şantier este dificil de diagnosticat cu precizie adevăratele cauze care stau la baza evoluţiei parametrilor de injectare înregistraţi, deoarece cauze diferite pot conduce la efecte asemănătoare. În acest context, observaţiile microtectonice asupra fisuraţiei, interpretate pe fondul geologic general al amplasamentului pot juca un rol important în ceea ce priveşte interpretarea corectă a datelor înregistrate. F) Experienţa dobândită în tehnica de impermeabilizare prin injecţii a terenurilor de fundare a barajelor arată că nu se pot realiza voaluri de injecţii perfecte care să fie total impermeabile.


Pag. 51

G) Voalul de injecţii trebuie să îndeplinească următoarele criterii de calitate: • să reducă vitezele de curgere a apei pe sub baraj la valori sub cele critice care ar

putea crea procese de antrenare hidrodinamică şi să pună în pericol stabilitatea corpului barajului, în special a nucleului de argilă;

• să reducă debitul de infiltraţie; • să nu permită crearea unor gradienţi hidraulici peste limitele admise.

H) Studiul de caz analizat în cadrul tezei de doctorat reprezintă un exemplu autentic de abordare a problematicii generale de realizare a unui voal de injecţii într-un teren foarte dificil din punct de vedere geologic, de interpretare a datelor şi de evaluare a eficacităţii injecţiilor în contextul condiţiilor speciale din amplasament. Versantul stâng al acumulării Gura Apelor, din punct de vedere geologic se încadrează în categoria masivelor de roci dificile, heterogene, cu permeabilitate fisurală anizotropă. Între cotele 960,00 şi 1078,50 m.d.M, injecţiile s-au executat în trei categorii de roci: • în partea superioară, granitoide puternic fisurate; • în partea inferioară şisturi metamorfice; • la contactul granutoidelor cu şisturile metamorfice zone de zdrobire sub formă de

brecii de falie. M) În ceea ce priveşte reducerea vitezelor de curgere la contactul nucleu de argilă teren de fundare, proiectantul a prevăzut şi a fost realizat, până la cota 1040,00 m.d.M, un bulb de îngroşare a voalului, cu adâncime de 10 – 15 m. Un al doilea element de etanşare a contactului nucleu de argilă teren de fundare, îl constituie chiar galeria de injecţii care joacă rolul unui ecran etanş, cu înălţimea de cca 5,00 m, încastrat atât în nucleul de argilă cât şi în terenul de fundare. Se apreciază că injecţiile de ciment executate în cadrul bulbului de îngroşare a voalului la contactul nucleu de argilă teren de fundare, galeria de injecţii, care joacă şi rolul de ecran de beton, precum şi injecţiile de voal propriu-zis, executate la contactul galeriei cu terenul de fundare, vor juca rolul unui ecran suficient de impermeabil pentru a contracara efectul distructiv al unor eventuale infiltraţii la contactul nucleu de argilă cu terenul de fundare. N) Referitor la gradul de impermeabilizare a terenului de fundare sub bulbul de îngroşare a voalului, concluzia care se poate formula după analiza şi interpretarea datelor de injectare este aceea că nu se pune problema unor debite de infiltraţie pe sub baraj care să afecteze bilanţul hidrologic al acumulării. Un studiu efectuat de către U.T.C.B. cu privire la infiltraţiile de apă pe sub baraj a condus la concluzia că nu există condiţii de producere a unor debite de infiltraţii semnificative dar nu poate fi exclusă producerea unor debite concentrate care, dacă va fi cazul, vor putea fi reduse prin injecţii punctuale. P) În ceea ce priveşte aprecierea calităţii voalului pe baza criteriului absorbţiilor de apă, se menţionează faptul că este de dorit ca aceste criterii de performanţă, pe cât posibil, să fie respectate dar practica a dovedit că în marea majoritate a cazurilor acest lucru nu este posibil. Teoria curgerii fluidelor prin medii permeabile fisurate încă este deficitară iar practica de şantier, în multe cazuri,arată că eficacitatea lucrările de injectare este asigurată chiar dacă criteriile impuse nu pot fi respectate. Analiza eficacităţii injecţiilor de voal executate până în prezent, ţinând seama şi de experienţa dobândită în ceea ce priveşte lucrările de injecţii executate la alte baraje, în condiţii geologice similare, conduce la concluzia că injecţiile efectuate pot fi considerate că fiind acceptabile din punct de vedere calitativ. Verificarea finală va fi realizată atunci când voalul va fi pus sub sarcină în urma ridicării nivelului apei în lac la cota N.N.R.


Pag. 52

Capitolul XI

Contribuţii personale. A) Tema care face obiectul prezentei teze de doctorat este importantă nu numai din punct de vedere teoretic dar şi practic, atât în ceea ce priveşte siguranţa în exploatare a barajului cât şi a parametrilor economici ai acumulării. B) Beneficiind de datele pe care le-am primit de la S.C. I.S.P.H. S.A., în calitate de proiectant al barajului, am făcut o analiză critică amănunţită şi o interpretare a rezultatelor lucrărilor de injectare, în urma cărora am ajuns la următoarele concluzii: • Utilizarea criteriului Lugeon ca unic argument de evaluare a eficacităţii voalului de

injecţii nu trebuie să fie exclusivistă dacă alte condiţii sunt îndeplinite, între care se menţionează:

- infiltraţiile de apă nu afectează stabilitatea materialului din corpul barajului (nucleu de argilă sau prismuri de rezistenţă) sau din terenul de fundare; - forţele de filtraţie din corpul barajului şi terenul de fundare nu pun în pericol stabilitatea la alunecare a terenului; - bilanţul hidrologic al acumulării nu afectează cerinţele de apă pe care trebuie să le asigure lacul de acumulare, chiar dacă criteriul absorbţiilor de apă nu poate fi respectat. Voalul de etanşare, asociat cu perdeaua de drenaj, poate fi considerat corespunzător. • Condiţiile impuse de normativul PE 712 / 87 sunt mobilizatoare dar, atunci când din

motive obiective, nu pot fi respectate, ele pot conduce la neînţelegeri între părţile contractante. Deşi în normativul PE 712 / 87 există o clauză conform căreia se pot face derogări de la prevederile acestuia în cazul unor situaţii geologice speciale, apreciez că normativul trebuie reactualizat în ideea de a introduce şi alte criterii de calitate care au fost formulate în intervalul de timp de peste 20 de ani de când acest normativ a fost elaborat.

• Pe baza analizei care a luat în consideraţie normativul PE 712/87, recomandările ICOLD şi sugestiile grupului spaniol Foyo, Sanchez şi Tomillo (FST), am ajuns la concluzia că voalul de injecţii executat în versantul stâng al barajului Gura Apelor, îndeplineşte condiţiile de calitate pentru a fi recepţionat provizoriu.

• În plus, faţă de criteriile menţionate pentru evaluarea calităţii voalului, am propus şi aplicat un nou parametru de analiză: Coeficientul de Eficacitate a Injectării (CEI) care permite punerea în evidenţă a consumului specific de ciment din forajele de injecţii raportat la presiunea unitară. Acesta este un coeficient a cărui semnificaţie fizică este similară absorbţiei de apă corespunzătoare criteriului Lugeon, cu menţiunea că locul apei este luat de suspensia de ciment.

Exprimarea grafică a consumurilor specifice de ciment pe baza Coeficientului de eficacitate pune mult mai clar în evidenţă variaţia permeabilităţii în adâncime.

� � � În cadrul tezei de doctorat, contribuţiile personale, pot fi considerate următoarele: • Sintetizarea principalelor caracteristici microtectonice şi geomecanice ale masivelor

de roci stâncoase, cu privire specială asupra fisuraţiei, care controlează procesul de injectare a suspensiilor de ciment şi eficacitatea injectării.

• Evidenţierea influenţei pe care o are înregistrarea corectă şi introducerea în calcul a presiunii de injectare în evaluarea permeabilităţii masivului de rocă şi a consumurilor de ciment.

• Introducerea noţiunii de Coeficient de Eficacitate a Injectării (CEI) care exprimă consumul specific de ciment (kg/m.l.) corespunzător presiunii unitare. Prin analiza acestui coeficient se poate obţine o imagine corectă a consumurilor specifice de ciment în funcţie de adâncimea voalului şi de presiunea de injectare.


Pag. 53

Bibliografie selectivă 1. Ambrason Lee W. – Ground control. U.S.A., 1994. 2. Andrei S., Antonescu I. – Geotehnică şi fundaţii. Vol. 1 şi 2. U.T.C.B., 1980. 3. Bally R. J., Klein R. – Injectarea pământurilor. Editura Tehnică, Bucureşti, 1985. 4. Barac M., Ghibuş T. – Consideraţii privind forajul rotativ cu circulaţie (hidraulic).

Semicentenar I.S.P.I.F. Sesiunea Ştiinţifică Internaţională Aniversară Bucureşti, 2002.

5. Băncilă I. – Geologia amenajărilor hidrotehnice. Editura Tehnică, Bucureşti, 1980 – 1981.

6. Băncilă I. – Geologie inginerească. Vol. 1 şi 2. Editura Tehnică, Bucureşti, 1981. 7. Bell F. G. – Engineering treatment of soil. Taylor & Francis, 2006. 8. Billings M. P. – Structural geology. New York., 1964. 9. Blyth F. G. N. & de Freitas M. H. – A Geology for Engineers. Edward Arnold. A

division of Hodder & Stoughton, London, 1984. 10. Chiriac V., Filotti A. & Teodorescu I. – Lacurile de acumulare. Editura Ceres,

1976. 11. Clarke W. J. – Performance Characteristics of Acrylate Polymer Grout. Proc. ASCE

Conf., Grouting in Geotehnical Engineering, New Orleans, 10 – 12 feb., 1992. 12. Clarke W. J., Boyd M. D., Helal M. – Ultrafine Cement Tests and Dam Test

Grouting. Proc. ASCE Conf.,Grouting, Soil Improvement and Geosynthetics, New Orleans, 10 – 12 feb., 1982.

13. Costache Gh., Mureşanu V. – Cartea sondorului de la forajul cu sondeze. Editura Tehnică, Bucureşti, 1967.

14. Crăciun Fl., Moisescu S., Constantinescu S., Manolescu M. – Barajul Poiana Uzului. Influenţa condiţiilor geologice şi microtectonice asupra Permeabilităţii şi capacităţii de injectare a rocilor. Hidrotehnica Nr. 6, 1971.

15. Deere D. U. – Cement Bentonite Grouting for Dams. Proc. ASCE Conf., Grouting in Geotehnical Engineering, New Orleans, 10 – 12 feb., 1992.

16. de Sitter L. U. – Geologie structurală (traducere din limba engleză). Editura Tehnică, Bucureşti, 1988.

17. Dumitrescu I. – Curs de geologie structurală cu principii de geotehnică şi cartare geologică. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1962.

18. Ewart F. – Rock Grouting. Springer. Verlag. New York, 1985. 19. Ewert F. K. – Geological factors allowing reduction of time and costs required for

curtain grouting. Vingt Deuxième Congrés des Grands Barrages, Barcelone, juin 2006.

20. Ewert F. K. – Permeability groutability and grouting of rocks related to dam sites. Dam Engineering, Vol. VIII, Issue 1, Wilmington Publishing, Kent, UK, 1997.

21. Foyo A., Sanchez M. A. – Permeability tests for rock masses.A proposal for a new expression for the equivalent Lugeon (ELU). Dam Engineering, Vol. XIII Issue 3, 2002.

22. Foyo A., Sanchez M. A., Tomillo C. – A proposal for a Secondary Permeability Index obtained from water pressure tests in dam foundations. Engineering Geology, 2005.

23. Gurău A. – Microtectonica. Editura Tehnică, Bucureşti, 1996. 24. Iordache Ghe., Avram L. – Foraje speciale şi foraj marin. Editura Tehnică,

Bucureşti, 1996. 25. Legget R., & Hatheway A. – Geology and engineering. Third Edition McGraw – Hill

Book Company, 1988.


Pag. 54

26. Manea S., Batali L., Popa, H. – Mecanica Pământurilor. Elemente de teorie. Încercări de laborator. Exerciţii. Editura Conspress, Bucureşti, 2003.

27. Manoliu I. – Fundaţii şi procedee de fundare. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1977.

28. Marchidanu E. – Impermeabilizarea prin cimentare a rocilor fisurate. Editura Tehnică, Bucureşti, 1983.

29. Marchidanu E. – Practică geologică inginerească în construcţii. Editura Tehnică, Bucureşti, 1987.

30. Marchidanu E. – Curs de geologie aplicată în ingineria construcţiilor. U.T.C.B., 1995.

31. Marchidanu E. – Hidrogeologia în ingineria construcţiilor. Editura Tehnică, Bucureşti, 1996.

32. Marchidanu E. – Lucrări practice de geologie inginerească. Prospecţiune, cartografie, calculul rezervelor de roci utile. Editura Tehnică, Bucureşti, 1997.

33. Marchidanu E. – Raţionalizarea măsurătorilor de deviere a forajelor de injecţii pentru voalurile de etanşare. Revista Hidrotehnica, Nr. 11–12, 1999.

34. Marchidanu E. – Geologie pentru ingineri constructori cu elemente de protecţie a mediului geologic şi geologie turistică. Editura Tehnică, Bucureşti, 2005.

35. Morariu T., Pişotă I., Buta I. – Hidrologie generală. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1970.

36. Neagu F. – Îngheţarea rocilor la construcţiile subterane. Editura Tehnică, Bucureşti, 1982.

37. Popa A. – Manualul inginerului de mine. Vol.2. Editura Tehnică, Bucureşti, 1985. 38. Popa A. – 200 ani de evoluţie a tehnicii injectării terenurilor. Conferinţa Naţională de

Geotehnică şi Fundaţii, Bucureşti, 2004. 39. Sanchez M. A., Foyo A., Tomillo C. – Permeability – grountability ratio in fractured

rock masses obtained from the secondary permeability index, SPI. Vingt Deuxième Congrés des Grands Barrages, Barcelone, juin 2006.

40. Schwab C. – Tunnels & Rock cavernes. Spanbergs, Trykerier, AB, Stockholm, 1980.

41. Stematiu D. – Mecanica rocilor. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1997. 42. Stematiu D. – Mecanica rocilor pentru construcţii subterane. Editura Matrix Rom,

Bucureşti, 2003. 43. Tudor C. – Îndrumător pentru executarea forajelor de apă. Editura Ceres, Bucureşti,

1986. 44. Todorescu A. – Proprietăţile rocilor. Editura Tehnică, Bucureşti, 1984. 45. Xanthakos Petros P. – Ground anchors and anchored structures. U.S.A., 1991. 46. Xanthakos Petros P., Ambramson Lee W., Bruce D. A. – Ground control and

improvement. John Willey & Son Inc., U.S.A., 1994. 47. *** - Centrul de Informare şi Documentare tehnică. – Procedee actuale pentru

Îmbunătăţirea stabilităţii pământurilor. Studii de sinteză. 1975. 48. *** - HIDROCONSTRUCŢIA 2005. Tradiţie şi modernitate. 49. *** - Institute of Civil Engineers (ICE). – Grouting in the Ground. Londra 25 – 26 nov.

1992. 50. *** - Normativ departamental pentru tratarea rocii de fundaţie a construcţiilor

hidrotehnice prin injecţii şi foraje de drenaj - PE 712/87. ICEMENERG, Bucureşti, 1987;

51. *** - Romanian National Committee on large dams. Bucharest, 2000. 52. *** - Soil Instrument Limited. Instrumentation for soi land Rocks. England, 1989.

foraje de injectie

Documents