Date post: | 30-Jun-2015 |
Category: |
Documents |
Upload: | remusson419 |
View: | 492 times |
Download: | 7 times |
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.
Rezumat teză 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
Rezumat teză doctorat
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
Rezumat teză doctorat
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
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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
Rezumat teză doctorat
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
I H= este absorbţia specifică pentru curgerea în regim laminar
0t
l0 0
lQk 0,229
l rI H=
⋅ (4.7)
t
0 0
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.
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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)
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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;
Rezumat teză doctorat
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 -
-
Rezumat teză doctorat
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
Rezumat teză doctorat
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
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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]
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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]
Rezumat teză doctorat
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
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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
Rezumat teză doctorat
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);
Rezumat teză doctorat
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:
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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 %
Rezumat teză doctorat
Pag. 46
Rezumat teză doctorat
Pag. 47
Rezumat teză doctorat
Pag. 48
Rezumat teză doctorat
Pag. 49
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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.
Rezumat teză doctorat
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.