nr1ro2012

CUPRINS Ştefan IONICĂ, Cristian MĂRUNŢEANU Cercetări în vederea cuantificării potenţialului de valorificare a lignitului în funcţie de modificarea unghiurilor treptelor şi sistemelor de trepte aferente carierelor din Oltenia

2

Dumitru IACOB Studiul mentenabilităţii maşinii de preluat cărbune din depozitele termocentralei Turceni

5

Monica ANDREI Studiul modificării stării de tensiuni şi deformaţii din jurul golurilor de dizolvare de la salina Ocnele Mari

11

Nicolae Daniel FÎŢĂ, Dragoş PĂSCULESCU, Lucian FÎŢĂ, Lucian DIODIU Organigrama retehnologizării şi optimizării staţiilor electrice de înaltă tensiune, foarte înaltă tensiune şi ultra înaltă tensiune

21

Ioan-Liviu PIPIRIGĂ Activităţi antropice din bazinul minier Motru generatoare de situaţii de urgenţă

27

William Flavy RITZIU Răspunsul seismic prin analiza spectrală al sistemului mediu – construcţie subterană (tunel)

32

Nicolae PĂUNESCU Alunecări de teren şi prăbuşiri de pantă în zona lacului de acumulare Gura Apelor

36

Mihaela PAGNEJER Model geotehnic 3D pentru zona nord – vesticã a municipiului Bucureşti

41

Mihai BOLGAR Caracterizarea geomecanică a traseului autostrăzii A3 Comarnic - Predeal, în vederea alegerii tehnologiei de execuţie a tunelurilor cu ajutorul explozivilor

51

UNIVERSITATEA DIN PETROŞANI Str. Universităţii, nr 20, 332006, Petroşani, jud. Hunedoara Informaţii: tel. 0254 / 542.580 int. 296, fax. 0254 / 543.491 Cont: RO91TREZ368504601X000062 C.U.I. 4374849 Trezoreria Petroşani e-mail: radu@upet.ro, revistaminelor@upet.ro www.upet.ro Lucrările trebuie trimise la una dintre adresele de mai sus, atât în lb. română cât şi în lb. engleză, împreună cu un abstract şi 4 cuvinte cheie. Responsabilitatea conţinutului articolului aparţine exclusiv autorilor. Lucrările nepublicate nu vor fi returnate. © Copyright Revista Minelor 2012 – apare trimestrial Editura UNIVERSITAS Petroşani

ISSN 1220 - 2053 Revista Minelor este acreditată de către Consilul Naţional al Cercetării Ştiinţifice din Învăţământul Superior (CNCSIS) în categoria B+ Revista Minelor este indexată în Baza de Date Internaţională EBSCO Publishing S.U.A. http://www.ebscohost.com/titleList/a9h-journals.pdf Editor: Ec. Radu ION Tiparul: Universitatea din Petroşani – Atelier Multiplicare-Minitipografie

2

CERCETĂRI ÎN VEDEREA CUANTIFICĂRII POTENŢIALULUI DE VALORIFICARE A LIGNITULUI ÎN FUNCŢIE DE MODIFICAREA UNGHIURILOR TREPTELOR ŞI SISTEMELOR DE TREPTE AFERENTE CARIERELOR DIN OLTENIA Ştefan IONICĂ*, Cristian MĂRUNŢEANU** Abstract În activitatea minieră din cariere, recuperarea cantităţilor mari de cărbune se bazează pe exploatarea pantelor versanţilor în trepte sau sisteme de trepte. Un element important în luarea acestei decizii este cunoaşterea cantităţii de cărbune care poate fi recuperat.

1. Introducere O primă condiţie în eficientizarea activităţii de extracţie a lignitului prin reproiectarea unghiului unei trepte, sau a sistemului de trepte o constituie cunoaşterea exactă a cantităţii de lignit (tone) ce poate fi valorificată la un moment dat. Cunoaşterea exactă a cantităţii ce poate fi valorificată reprezintă de altfel principalul pilon în relaţia: „eficienţă economică – factor de stabilitate”, respectiv o cantitate mai mare exploatată de cărbune, implicit o eficienţă economică mai mare prin valorificarea resurselor într-un timp mai scurt, dar şi asigurarea condiţiilor de siguranţă în exploatarea, respectiv îndeplinirea condiţiilor de stabilitate.

2. Potenţialul de valorificare a cărbunelui extras pentru taluzuri de lucru Definirea rezervei pasive. În figura 1 am definit „rezerva activă” – ca fiind cantitatea de cărbune ce se exploatează în prezent, în condiţiile unghiului de proiect existent definit „u1”, pentru o anumită carieră, şi „rezerva pasivă” – ca fiind cantitatea de cărbune ce se poate exploata suplimentar pentru cazul existenţei unui unghi „u2” (unde u2 > u1), dar unde unghiul u2 să satisfacă condiţiile de stabilitate la alunecare. În vederea stabilirii „rezervei pasive” se ţine cont de faptul că în cariere sunt întâlnite trepte de lucru a căror înălţime variază între 5m şi 20m, de faptul că de regulă taluzul de lucru are un unghi de înclinare de 450 şi totodată de faptul că principala condiţie ca rezerva de cărbune să poată fi valorificabilă este ca stratul de cărbune să aibă grosimea minimă de 1m (condiţie impusă de utilajele de lucru, respectiv excavatoarele cu rotor).

Fig. 1 – Taluz de lucru „rezerva activă”/„rezerva pasivă”

Construcţia modelului matematic. Modelul construit cu ajutorul programului AutoCAD, conturat la scara 1:1, s-a definit pentru o treaptă generală cu înălţimea de 20m pentru care s-a ales sistemul de referinţă în partea superioară a treptei, ____________________________________ * Drd.ing.- Universitatea din Bucureşti, Facultatea de Geologie şi Geofizică ** Prof.dr.ing.- Universitatea din Bucureşti, Facultatea de Geologie şi Geofizică Revista Minelor nr. 1 / 2012

în vederea generalizării modelului; modelul cu sistemul de referinţă astfel ales se poate folosi pentru toate înălţimile de trepte mai mici de 20m, respectiv pentru orice treaptă a cărei înălţime este multiplu de 1m şi cuprins în intervalul închis [1;20] metri. În figura 2 este prezentat în mod detaliat modelul ce are pe axa verticală înălţimea treptei şi poziţia stratului de cărbune de grosime de 1m, iar pe axa orizontală variaţia unghiului în grade de la

3

450 la 800. Intervalul de variaţie de 50 pentru unghiul taluzului a fost ales astfel încât să aibă o relevanţă atât economică (cantitate de cărbune), cât şi „practică” (valori ale unghiului ce pot fi materializate în timpul execuţiei).

Totodată, pentru utilizarea practică a acestui model, intervalele de variaţie ale unghiurilor au fost definite cu litere după modelul „tablei de şah”.

Fig. 2 – Taluz de lucru. Determinarea matematică a „rezervei pasive”

3. Rezultate Pentru a efectua determinările cu uşurinţă s-a considerat că stratele de cărbune sunt perfect orizontale (aşa cum s-a reprezentat în figura 2) şi astfel, cu ajutorul programului AutoCAD, au fost determinate ariile paralelogramelor descrise de intersecţiile stratului de cărbune cu liniile ce definesc diferitele valori de unghiuri.

Rezultatele pentru modelul enunţat, unde valorile „rezervei pasive„ sunt exprimate în tone, sunt prezentate grafic în figura 4 şi au fost determinate pentru o greutate volumetrică medie a cărbunelui, respectiv 12,5 KN/mc.

4. Potenţialul de valorificare a cărbunelui extras pentru sisteme de trepte (cazul taluzurilor definitive) Pentru a face o apreciere cât mai corectă asupra cantităţii de cărbune ce se poate valorifica, în cazul modificării unghiului general al sistemelor de trepte de existente, am pornit de la configuraţia sistemelor de trepte proiectate pentru taluzurile definitive şi am construit „sistemul de trepte ideal”, care, din punct de vedere al elementelor geometrice, este compus din 4 trepte. Fiecare treaptă are înălţimea de 20m, unghiul treptelor este de 300, iar unghiul general al sistemului de trepte este de 80. Am determinat ariile rezultate în urma unei modificări a unghiului sistemului de trepte de la 80 la 150, ca în figura 3, unde sunt reprezentate cu haşuri, spre exemplificare, variaţiile între 80 şi 100.

Se remarcă faptul că efectele nu sunt resimţite şi asupra treptei 1 de sus în jos, şi că vom avea modificări ale dimensiunii bermelor.

Fig. 3 – Sistem de trepte: determinarea matematică a „rezervei pasive”

Revista Minelor nr. 1 / 2012

4

5. Concluzii Prin redimensionarea unghiurilor treptelor de lucru, pentru o greutate volumetrică medie a cărbunelui, se pot extrage suplimentar cantităţi semnificative de cărbune, de ordinul zecilor de tone pe metru liniar de taluz, şi în acest sens trebuie acordată o importanţă deosebită potenţialului de valorificare al acestora.

Redimensionarea unghiurilor sistemelor de trepte (cazul taluzurilor definitive), pentru greutatea volumetrică medie a cărbunelui, conduce

la obţinerea de valori semnificative ale cantităţii de cărbune ce poate fi valorificată, de ordinul miilor de tone pe metru liniar de taluz, şi, în acest sens, trebuie acordată o importanţă deosebită potenţialului de valorificare a acesteia. În cazul taluzurile definitive, cantitatea de cărbune recuperată în urma reproiectării unghiurilor treptelor este practic neglijabilă faţă de cantitatea de cărbune ce se poate recupera în urma reproiectării unghiului sistemelor de trepte.

Fig. 4 – Taluz de lucru valorile „rezervei pasive” pentru diferite modificări ale unghiului treptei

Fig. 5 – Sistem de taluzuri: valorile „rezervei pasive” pentru diferite modificări ale unghiului sistemului de trepte

Bibliografie 1. Ionică, Şt.

Cercetări in vederea eficientizării activităţii de extracţie a lignitului prin reproiectarea elementelor geometrice ale taluzelor de lucru si definitive aferente carierelor, Teză de doctorat, 2011 2. SNLO Tg. Jiu, EMC Jilț, ICSITPML Craiova Rapoarte tehnice

Revista Minelor nr. 1 / 2012

5

STUDIUL MENTENABILITĂŢII MAŞINII DE PRELUAT CĂRBUNE DIN DEPOZITELE TERMOCENTRALEI TURCENI Dumitru IACOB* Abstract: Lucrarea are ca scop studierea mentenabilităţii maşinii tip T2052 utilizată pentru preluarea cărbunelui în depozitele termocentralei Turceni. După prezentarea succintă a construcţiei maşinii este analizată funcţionalitatea acesteia, prin punerea în evidenţă a frecvenţei defectărilor, a subansamblurilor care determină, prin defectare, staţionarea accidentală a acesteia.

Analiza efectuată demonstrează că sistemul de rotire a suprastructurii maşinii este expusă cel mai frecvent la avarii. Studiul mentenabilităţii acestui sistem demonstrează că este necesară adoptarea strategiei de mentenanţă preventivplanificată în vederea evitării apariţiei defectelor.

Cuvinte cheie: depozit cărbune, maşină de preluat, defect, sistem de rotire, funcţia de mentenabilitate, intensitatea de reparare, mentenanţă preventivă 1. Introducere După descărcarea din vagoanele de cale ferată, în incinta termocentralei, cărbunele (lignitul) este preluat de şase maşini de preluat cu braţ scurt tip T 2052, şi distribuit, fie spre depozitele de cărbune, fie direct spre utilizare în termocentrală. În figura 1 este prezentată soluţia de ansamblu a maşinii de preluare tip T 2052, de unde rezultă şi

principalele părţi componente ale acesteia.

Semnificaţia reperelor din această reprezentare este următoarea: 1 - mecanismul de deplasare care vehiculează pe cale ferată; 2- mecanismul de rotire a părţii superioare împreună cu rotorul cu cupe, faţă de infrastructură; 3 - braţul de susţinere a rotorului şi transportorului; 4 - rotorul cu cupe pentru încărcarea cărbunelui; 5 - transportorul cu bandă de pe braţ pe care deversează cupele rotorului şi care transportă şi deversează cărbunele pe banda de mare capacitate din frontul de descărcare; 6 - turn metalic de rezistenţă; 7 - mecanismul de ridicare a braţului format din troliu, cabluri şi molete de deviere; 8 - contrabraţ pentru echilibrare cu cutia de balast; 9 - instalaţia electrică de forţă şi comandă.

Maşina de preluat are capacitatea de procesare de 1200 t/h.

2. Comportarea în exploatare a maşinii de preluat Analiza comportării în exploatare a maşinii de preluat s-a efectuat pe baza informaţiilor obţinute prin urmărirea în funcţionare la depozitele termocentralei Turceni a zece maşini de acest tip, pe durata unui an calendaristic.

Aceste informaţii sunt sintetizate în tabelele 1 şi 2 şi figurile 2-9, în care sunt scoase în evidenţă numărul defectelor, natura lor, precum şi timpii de staţioare, care de fapt reprezintă timpii de remediere a defecţiunilor.

Fig. 1 Vedere de ansamblu a maşinii de preluare tip T 2052 la încărcarea cărbunelui din frontul de descărcare de la termocentrală

_____________________________ * Ing. – S.C. Complexul Energetic Turceni S.A. Revista Minelor nr. 1 / 2012

6

Tabel 1. Situaţia defecţiunilor şi a timpilor de staţionare a maşinilor de preluat T 2052

Nr. crt. Maşina de preluat 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Mp 1A Mp 1B Mp 2A Mp 2B Mp 4B Mp 5A Mp 10A Mp 10B Mp 26A Mp 26 B TOTAL

Număr defectări buc % din total 3 7,50 6 15,00 4 10,00 9 22,50 3 7,50 6 15,00 1 2,50 2 5,00 3 7,50 3 7,50 40

Timp de remedire ore % din total 5 2,63 35 18,42 11 5,79 46 24,21 14 7,37 47 24,74 4 2,11 7 3,68 9 4,74 12 6,32 190

Tabel 2. Situaţia defectărilor şi a timpilor de reparare repartizate pe subansambluri Nr. crt.

1 2 3 4 5

Timp de remediere buc % din total ore % din total

Număr defectări

Subansamblul defectat Sistemul de rotire ( grupul de acţionare, îndeosebi reductorul conico cilindric, coroana dinţată, cuplaje mecanice) Transportorul cu bandă pe role ( vulcanizare, agrafare, înlocuire covor, role, cuplaj hidraulic) Sistemul de deplasare pe calea ferată ( motorul electric de acţionare, boghiu) Roata cu cupe (motor electric, reductor, cupaj hidraulic) Iluminat TOTAL

Fig. 2 Repartiţia defectărilor pe maşinile de preluat

Fig. 4 Repartiţia timpului de remediere pe maşinile de preluat Revista Minelor nr. 1 / 2012

17

42,50

83

43,68

8

20,00

58

30,53

9 3 3 40

22,50 7,50 7,50

32 14 3 190

16,84 7,37 1,58

Fig. 3 Repartiţia procentuală a defectărilor pe maşini

Fig. 5 Repartiţia procentuală a timpilor de remediere a defectărilor

7

Fig. 6 Repartiţia defectărilor pe subansambluri

Fig. 8 Repartiţia timpului de remediere a defectărilor pe subansambluri

O primă remarcă este aceea că maşinile de preluat Mp1B, Mp2B şi Mp5A au cele mai multe defectări, ajungând ca număr peste 52% din totalul defectărilor, şi la circa 67% ca timp de remediere a acestora.

Histogramele prezentate arată că sistemul de rotire este subansamblul expus cel mai mult la defectare, atât ca număr de defecte, 42,5% din total defecte, cât şi ca timp de remediere a defectărilor, 44%, motiv pentru care va fi tratat în acest studiu mai în aprofunzime.

Urmează ca număr de defectări sistemul de deplasare, la care principalul defect constă în arderea motorului electric de acţionare, 22,5 %, şi transportoarele cu bandă pe role de pe braţul de preluare, 20%, pentru care timpul de remediere a defectărilor are pondere mai mare, 30,5%, decât pentru sistemul de deplasare, 17%, datorită în special duratei mari de efectuare a unei vulcanizări.

3. Studiul mentenabilităţii sistemului de rotire Studiul mentenabilităţii sistemului de rotire are la bază seria statistică format din n=17 valori care reprezintă timpii, în ore, de reparare corectivă a

Fig. 7 Repartiţia procentuală a defectărilor pe subansambluri

Fig. 9 Repartiţia procentuală a timpilor de remediere a defectărilor

sistemului de rotire, după apariţia accidentală a defectului. Seria statistică este formată din valorile: 2; 2; 3; 3; 3; 4; 4; 4; 4; 4; 4; 4; 4; 6; 8; 8; 16, fiind o serie de tipul (S2) la care o parte din valori se repetă.

Funcţia de repartiţie a acestei serii, care reprezintă funcţia empirică de mentenabilitate ce caracterizează funcţionalitatea sistemului de rotire rezultă din calculele prezentate în tabelul 3.

Literatura de specialitate arată că mentenabilitatea sistemelor electromecanice este cel mai bine caracterizată, în general, prin legile de distribuţie exponenţială negativă, normală, lognormală sau Weibull.

Alegerea legii de distribuţie se face pe baza unui test de concordanţă dintre distribuţia empirică (experimentală) şi cea teoretică, dintre care cele mai utilizate sunt testele Kolmogorov-Smirnov şi χ2 (hi pătrat).

Parametrii statistici specifici mentenabilităţii caracteristici legilor de distribuţie se determină prin metode de estimare punctuală, dintre care uzuale sunt metoda verosimilităţii maxime, metoda celor mai mici pătrate, metoda momentelor şi metoda liniarizării.

Revista Minelor nr. 1 / 2012

8

mentenabilitate, pentru care parametrii s-au calculat prin metoda celor mai mici pătrate, validarea modelului efectuându-se cu testul general Kolmogorov-Smirnov.

Prin aplicarea acestor tehnici specifice fiabilităţii asupra seriei statistice ce caracterizează mentenabilitatea sistemului de rotire s-a ajuns la concluzia că legea de distribuţie Weibull biparametrică estimează cel mai bine funcţia de Nr. crt.

Valorile timpului de reparare, t r , h

1 2 3 4 5 6

2 3 4 6 8 16

Tabel 3. Calculul funcţiei empirice de mentenabilitate Funcţia empirică de mentenabilitate Frecvenţa Frecvenţa ˆ (t ) absolută, ni relativă, f i (repartiţie), M r 2 3 8 1 2 1

0,117647 0,176471 0,470588 0,058824 0,117647 0,058824

0,117647 0,294118 0,764706 0,823529 0,941176 1,000000

Valorile parametrilor distribuţiei Weibull biparametrice se calculează cu relaţiile: - parametrul de formă, β, ⎡ n 1 n ⎢ ∑ ln ln ˆ − 1 M i = 1 ⎣ β =

⎤ ⎡ n ⎤⎛ n ⎞ 1 ln t ri ⎥ − ⎢ ∑ ln ln ⎥ ⎜⎜ ∑ ln t ri ⎟⎟ ˆ (ti ) ( ) − M t 1 i = i = 1 1 ⎝ ⎠ ri ⎦ ⎣ ⎦

⎡ n n ⎢ ∑ (ln t ri ⎣i =1

⎛ n − ⎜⎜ ∑ ln t ri ⎦ ⎝ i =1 ⎤

)2 ⎥

⎞ ⎟⎟ ⎠

,

(1)

2

- parametrul, λ, ⎧⎡ n ⎤⎡ n 1 2⎤ ⎪ ⎢ ∑ ln ln ⎥ ∑ ( ln t ri ) ⎥ − ˆ 1 − M (t ri ) ⎦ ⎢⎣ i = 1 ⎪ ⎣ i =1 ⎦ λ = exp ⎨ ⎡ n ⎤ ⎪ n ⎢ ∑ (ln t ri )2 ⎥ ⎪ ⎣ i =1 ⎦ ⎩

⎤⎫ ⎛ n ⎞⎡ n 1 ⎜⎜ ∑ ln t ri ⎟⎟ ⎢ ∑ ln ln ln t i ⎥ ⎪ ˆ 1 − M (t i ) ⎝ i =1 ⎠ ⎣ i =1 ⎦⎪ ⎬ 2 n ⎛ ⎞ ⎪ − ⎜⎜ ∑ ln t ri ⎟⎟ ⎪ ⎝ i =1 ⎠ ⎭

. (2)

- parametrul de scară reală, η,

η =

1 .

1

(3)

λβ Rezultatele aplicării tehnicilor amintite sunt prezentate sintetic în tabelul 4.

i 1 2 3 4 5 6

Tabel 4. Elementele de calcul specifice distribuţiei Weibull biparametrice normate utilizând metoda celor mai mici pătrate şi verificarea caracterului acesteia 1 ln ln ⋅ 1 2 ˆ ln ln t ri , h ln t ri M (t ri ) M (tri ) − Mˆ (tri ) M (t ri ) − Mˆ (t i −1 ) 1 − M (t ri ) (ln t ri ) ˆ 1 − M (t ri ) ⋅ ln t ri 2 0,693147 0,480453 -1,440455 -2,078137 0,256122 0,138475 0,256122 3 1,098612 1,206949 -1,158675 -1,054672 0,368145 0,074027 0,250498 4 1,386294 1,921812 0,512148 0,369436 0,465810 0,298896 0,171693 6 1,791759 3,210402 0,986861 0,550777 0,622008 0,201521 0,142698 8 2,079442 4,324077 2,165554 1,041412 0,735180 0,205996 0,088349 16 2,772589 7,687248 0,000000 0,000000 0,940137 0,059863 0,001039 6 6 6 6 1 1 ∑ ln t ri = ∑ (ln tri )2 = ∑ ln ln 1 − Mˆ (t ) ⋅ ∑ lnln Dmax= ˆ 0,256122 1 − M (t ri ) ri i =1 i =1 i =1 i =1 0,298896 ⋅ ln t ri = 1,065432 =18,830941 =-1,171184 =9,821844 2 ⎛6 ⎞ ⎜ ∑ln t ⎟ = ri ⎜ ⎟ ⎝i=1 ⎠ =96,468611

Dmax = 0,298896 < D0,05 , 17 = 0,317963 Testul Kolmogorov-Smirnov Parametrul de formă, β = 1,083474 Relaţia (1) Parametrul λ = 0,139622 Relaţia (2) Parametrul de scară reală, η = 6,154187 h Relaţia (3) Revista Minelor nr. 1 / 2012

9

Principalii indicatori de mentenabilitate exprimaţi prin intermediul legii de distribuţie Weibull biparametrică sunt prezentaţi în tabelul 5.

Tabel 5. Relaţiile de calcul ale indicatorilor de mentenabilitate exprimaţi prin distribuţia Weibull biparametrică normată

Nr. crt.

1

Parametrul

Simbol

Funcţia de mentenabilitate

4

⎛t − ⎜⎜ r η M (t r ) = 1 − e ⎝

M (t r )

⎞ ⎟⎟ ⎠

Precizări

, (4)

f (t r )

Funcţia intensităţii sau ratei de reparare

z (t r )

Media timpului de reparare

β −1 − ⎜⎜ r ⎟⎟ β ⎛ tr ⎞ η f (t r ) = ⎜⎜ ⎟⎟ e ⎝ ⎠ η ⎝η ⎠ (5) β −1 β ⎛t ⎞ , (6) z (t r ) = ⎜⎜ r ⎟⎟ η ⎝η ⎠

MTR

UM

tr – variabila aleatoare timp de reparare, în h; β – parametrul de formă; η – parametrul de scară reală, în h

β

⎛t ⎞

Funcţia densităţii de 2 probabilitate a timpului de reparare 3

Relaţia de calcul

%

β

1/h

,

⎞ ⎛1 MTR = η Γ⎜⎜ + 1⎟⎟ , (7) ⎠ ⎝β

1/h

Γ - Funcţia Gamma sau integrala lui Euler de speţa a doua, ∞

Γ( p ) = ∫ x p −1 e − x dx ,

h

0

p >0,

Timpul median de TMMC TMMC = η (− ln 0,5)1 / β , (8) mentenanţă corectivă Timpul maxim de mentenanţă corectivă T 90 Tmax 90 = η (− ln 0,1)1 / β , (9) 6 pentru o probabilitate max de 90% Timpul maxim de 1/ β , mentenanţă corectivă Tmax 95 Tmax 95 = η (− ln 0 ,05) 7 pentru o probabilitate (10) de95%

Mentenabilitate, %

În figurile 10, 11 şi 12 sunt reprezentaţi principalii indicatori care caracterizează mentenabilitatea mecanismului de rotire a maşinii de preluat din depozitele de la termocentrala Turceni.

1 0.9 0.8 0.7 0.6 M ( tr)0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

Densitatea de probabilitate, 1/h

5

h h

h

0.15 0.12 0.09 f ( tr ) 0.06 0.03 0

0

5

10

15

20

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 22.5 25

tr

tr

Timp de reparare, h

Timp de reparare, h Fig. 10 Curba de variaţie a funcţiei de mentenabilitate

25

Fig. 11 Curba de variaţie a densităţii de probabilitate a timpului de reparare Revista Minelor nr. 1 / 2012

Intensitatea de reparare,1/h

10 0.25 0.2 0.15 z ( tr ) 0.1 0.05 0

0

5

10

15

20

25

30

tr

Timp de reparare, h Fig. 12 Curba de variaţie a intensităţii sau ratei de reparare

Media timpului de reparare MTR = 6 ore, iar timpul median de mentenanţă corectivă TMMC= 4,4 ore. Timpul maxim de mentenanţă corectivă, pentru o probabilitate de 90% este Tmax90 = 13 ore, iar pentru probabilitatea de 95%, Tmax95 = 17 ore.

Din figurile prezentate rezultă că, probabilitatea ca sistemul de rotire să fie repus în funcţiune după 4,4 ore este de numai 50%. Pentru o probabilitate de 80%, timpul de reparare creşte la 10 ore, valori care sunt mari, având în vedere construcţia de ansamblu a mecanismului.

De asemenea, se observă o variaţie foarte mică a intensităţii de reparare, (0,15...0,20) reparări/oră, valoarea acestui parametru fiind de asemenea foarte mică, dar a cărui relativă constanţă se explică prin omogenitatea echipelor de deservire, în ceea ce priveşte promtitudinea intervenţiei, dotarea cu scule şi piese de schimb, cu utilaje de intervenţie, şi nu în ultimul rând nivelul de pregătire profesională.

Valorile mari ale timpilor de mentenanţă corectivă se datorează în primul rând managementului necorespunzător al activităţii de mentenanţă. Afirmaţia făcută se bazează pe argumentul că strategia de mentenanţă adoptată în exploatarea sistemului de rotire, dar şi a utilajului în ansamblu, este aceea a mentenanţei corective, bazată pe activităţile de remediere a defecţiunilor neaşteptate, în scopul readucerii produsului în condiţiile calitative anterioare producerii evenimentului, scopul principal fiind de înlăturare a unor funcţionări defectuoase sau a unor defecte bruşte (avarii) care intervin intempestiv. În mod evident, astfel de acţiuni de mentenanţă cu caracter corectiv cuprind:

Revista Minelor nr. 1 / 2012

- asigurarea, în momentul apariţiei defectului, a personalului specializat; - diagnoza defecţiunii, adică depistarea naturii şi cauzei defecţiunii; - localizarea defecţiunii; - asigurarea bazei materiale, respectiv piese de schimb, utilaje şi scule necesare pentru reparare, materiale consumabile; - repararea defecţiunii, prin înlocuirea completă sau parţială a unuia sau mai multor elemente sau subansambluri, care au constituit obiectul defecţiunii; - verificarea corectitudinii operaţiilor de mentenanţă întreprinse.

Fiecare dintre aceste elemente contribuie la cumularea unui fond de timp substanţial, care prelungeşte nejustificat perioada de repunere în funcţiune a utilajului.

O modalitate de reducere a timpului de remediere a defectelor, respectiv de micşorare a timpului de staţionare a utilajelor poate fi realizată prin adoptarea unei strategii de mentenanţă preventiv-planificată, prin care să se efectueze un control riguros, îndeosebi asupra elementelor vulnerabile, şi să se intervină în punctele slabe observate, ceea ce înseamnă reconsiderarea sau adoptarea unei noi strategii de mentenanţă.

4. Concluzii Studiul efectuat asupra maşinii de preluat din depozitele de cărbune demonstrează apariţia unui număr mare de defecte, îndeosebi la sistemul de rotire a suprastructurii maşinii, ceea ce demonstrează nivelul scăzut de fiabilitate a acesteia, care impune reconsiderarea soluţiilor constructiv-funcţionale.

Sistemul de mentenanţă corectiv aplicat este total necorespunzător, fiind necesară adoptarea sistemului preventiv planificat de întreţinere şi reparaţii.

Bibliografie 1. Fodor, D. Exploatarea zăcămintelor de minerale şi roci utile prin lucrări la zi, Vol. 1, Editura Tehnică, Bucureşti, 1995.

2. Jula, D., Dumitrescu, I. Fiabilitatea sistemelor de transport, Editura Focus, Petroşani, 2009.

3. * * * Documentaţia tehnică a maşinii de preluat din depozite tip T 2052

11

STUDIUL MODIFICĂRII STĂRII DE TENSIUNI ŞI DEFORMAŢII DIN JURUL GOLURILOR DE DIZOLVARE DE LA SALINA OCNELE MARI Monica ANDREI* Abstract Datorită condiţiilor geologice complexe, stabilitatea şi managementul cavernelor executate prin disoluţie în zăcămintele de sare reprezintă o problemă foarte dificilă.

Proprietăţile speciale ale sării – conductivitate redusă, comportament vâsco-elasto-plasic au făcut ca, în afara exploatării propriu-zise a sării, să fie executate prin disoluţie caverne pentru stocarea hidrocarburilor sau ale deşeurilor înalt active. În acelaşi timp, pe lângă investigaţia amplasamentului prin diferite metode, este necesară evaluarea prin calcul a stabilităţii cavernei în diferite condiţii de exploatare. Dintre metodele de calcul cunoscute, simularea numerică prezintă avantaje incontestabile deoarece înglobează toate informaţile existente şi permite simularea comportării cavernei în funcţie de solicitările existente.

Modelarea numerică a stării de tensiuni şi deformaţii în jurul cavernelor rezultate în urma dizolvării sării în soluţie are în vedere simulearea evoluţiei prăbuşirii controlate a cavernei principale din Câmpului I – Ocnele Mari.

Cuvinte cheie: cavernă, modelare numerică, monitorizare, factor de stabilitate 1. Introducere Expoatarea zăcământului Ocnele Mari s-a făcut prin disoluţia sării, tehnologie ce implică injectarea printr-un sistem de sonde a unor debite de apă dulce care dizolvă sarea. Saramura astfel formată este extrasă prin acelaşi sistem de sonde şi transmisă la uzinele de prelucrare. În urma exploatării sării în soluţie, se formează în masivul de sare caverne pline cu saramură aflată sub presiune. Esenţială în exploatarea sistemului prin saramurare este păstrarea echilibrului mecanic al cavernei. Aceasta tehnică de exploatare implică dezvoltarea unor caverne cilindrice, centrate în jurul sondei, păstrarea unui zone de sare în acoperişul cavernei suficient de groase astfel încât să asigure echilibrul acesteia. Pe cât posibil exploatare trebuie făcută în afara zonelor locuite pentru a evita consecinţele grave în cazul unei _____________________________ * Drd. ing. Universitatea din Bucureşti

eventuale prăbuşiri. In acelaşi timp comportarea sistemului este continuu monitorizată urmărind evoluţia subsidenţei prin măsuratori de suprafaţă şi evoluţia cavernei prin masurători cavernometrice. În ultima vreme sistemul de monitorizare este completat cu urmărirea seismicităţii induse de cavernă pentru a pune în evidenţă zonele de concentrare a tensiunilor.

Aceste condiţii nu au fost respectate în cazul exploatării de la Ocnele Mari unde sondele au fost săpate la distanţe mici între ele, exploatarea fiind făcută necontrolat. Deoarece în baza zăcământului de sare există lentile de steril care s-au erodat în urma procesului de exploatare, cavernele individuale ale sondelor s-au unit formand goluri apreciabile ca volum. Astfel în Campul II de sonde de la Ocnele Mari, golul comun a avut un volum de aproximativ 4,3 milioane metri cubi. În urma accidentelor produse de-a lungul a patru ani s-au creat o serie de situaţii neplacute, atât pentru comunitatea din zonă (multe gospodării au fost strămutate) cât şi pentru mediu. De asemenea, în Câmpul I de Sonde, exista o cavernă cu un volum de cca. 1 milion metri cubi, cavernă dezamorsată în anul 2009.

Evaluarea stabilității cavernelor implică în fapt calculul stării de tensiuni și deformații în complexul geologic în care a fost deschisă caverna. Datorită geometriei complexe, a variației proprietăților geomecanice precum și a legilor constitutive de comportare a rocilor, analiza stării de tensiune prezintă un grad foarte ridicat de dificultate.

Singura metodă capabilă să țină seama de toate elemente în condițiile unor încărcări variabile este modelarea numerică.

Lucrarea de față are un dublu obiectiv: - Analiza evoluției stării de tensiune și deformații în timpul dezamorsării situației din Câmpul I de Sonde, Ocnele Mari Corelarea rezultatelor sistemului integrat de monitorizare cu distribuția stării de tensiune și deformații obținută prin modelare numerică.

2. Condiții geologice Zăcământul de sare de la Ocnele Mari este localizat în zona dealurilor subcarpatice ale Olteniei, la cca. 10 Km spre vest de municipiul Rm. Vâlcea.

La nivelul arealului întâlnim formațiuni de vârstă paleogenă, negenă și cuaternară.

Revista Minelor nr. 1 / 2012

12

Zăcământul de sare de la Ocnele Mari se gaseste pe flancul nordic al anticlinalului Govora – Ocnele Mari (fig. 1), fiind cuprins între falia Copăcelu în partea estică și falia Teiuș în partea

vestică. De asemenea, zăcământul este delimitat în nord de falia Stoenești, iar în sud de falia Bisericii (fig. 2).

Manast. Frasinet Calimanesti

Legenda Cuaternar Meotian Sarmatian II+III Buglovian + Sarmatian I Muerestile de Jos

Cheia

Orizontul Sisturilor cu Radiolari Complexul Tufurilor cu Globigerine Helvetian Tortonian

Gura Vaii Olanesti

Burdigalian

Barbatesti

Dobriceni

Oligocen

Cacova Zmioratul

Olteni

Fundatura

Senonian

Pausesti-Maglasi

Bodesti

Eocen

Bujoreni Malul Alb

Stoenesti

raul Olt

Bunesti

ax sinclinal limita geologica rau

Vladesti Pietrarii de Jos

falie ax anticlinal

v. Olanesti

Rm. Valcea

Ocnele Mari

Baile Govora Pausesti-Otasui

Govora

Manast. Slatioara v. Salinei

harta geologica preluata dupa G. Popescu [28]

Fig. 1 Harta geologică a zonei Govora - Ocnele Mari

Fig. 2 Secțiune geologică – NS

Forma zăcământului este una lentiliformă, având o lungime de 8 Km, o lățime de 3,5 Km și o suprafață de aproximativ 30 Km2. Formațiunile din acoperișul zăcământului sunt de vârstă badenian superior, iar cele din culcuș de vârstă badenian inferior. Conținutul de NaCl al zăcământului este de 98-99%. Grosimea zăcământului variază de la câțiva metri în zonele de efilare până la 473m.

Grosimea medie a zăcământului este de 250 – 300m.

Exploatarea sării în soluție la Ocnele Mari a început în anii 1960, și s-a desfășurat în timp prin intermediul a patru câmpuri de sonde. În prezent, exploatarea continuă doar în Câmpurile III Lunca și IV, Câmpurile I și II fiind dezafectate. Câmpul I de Sonde a avut în componență 10 sonde (Figura 3).

Revista Minelor nr. 1 / 2012

Exploatarea acestuia a început în anul 1960 și a durat până în anul 1973. La începutul exploatării, sondele funcționau individual, însă datorită circulației fluidelor prin intermediul intercalațiilor din baza zăcământului de sare, în timp, golurilor sondelor s-au unit între ele. În anul 2006, după dezamorsarea situației din Câmpul II de Sonde, având în vedere influența fenomenelor petrecute în acest câmp asupra Câmpului I de Sonde (cele două câmpuri comunicau hidraulic prin intermediul intercalațiilor sterile din baza zăcământului de sare), s-au măsurat cavernometric sondele din Câmpul I. În urma măsurătorilor efectuate s-a stabilit în Câmpul I existența unei caverne de cca. 1 mil m3.

13

în 2007 și local la 9,1 cm/an – la începutul anului 2009.

Aceste două elemente – ridicarea tavanului și creșterea continuă a scufundărilor au condus la concluzia prăbușirii iminente a tavanului cavernei.

Pentru a evita consecințele acestui proces, Departamentul de Cercetare de Geologie și Geofizică Ambientală a propus un proiect de dezamorsare a situației din Câmpul I de Sonde. În anul 2007, când procesul de fragmentare a tavanului era destul de accelerat s-a luat o măsură de stabilizare a sistemului, prin introducerea de saramură concentrată în cavernă și menținerea unei cote ridicate a nivelului saramurii.

În urma identificării acestei caverne s-a trecut la monitorizarea sistematică a acestui câmp.

Monitorizarea a implicat măsurători cavernometrice, măsurători topografice, măsurători de nivel și de asemenea supraveghere microseismică. În decursul celor 3 ani care au trecut pănă la dezamorsarea situației, tavanul de sare de deasupra golului comun al sondelor din Câmpul I sa măcinat treptat. Astfel, dacă în ianuarie 2006, suprafața cu grosimi ale sării sub 10 m era de cca.

3600 m2, în ianuarie 2009 aceasta ajunsese la cca.

8000 m2 (fig. 3).

Ridicarea continuă a tavanului cavernei este reflectată în evoluția scufundărilor, panta acestora crescând de la 1,1 cm/an în anul 1995, la 2,5 cm/an

58 0 474

m p

0 794 4

Suprafete cu intre 5 si 10 grosimi m

Suprafete cu intre 0 si 5 grosimi m

m p

0

m p

185 2 365

0

Suprafete fara de tavan sare

25 0 212

4 553 0

Fig. 3 Evoluția tavanului de sare 2006 – 2009

Departamentul de Cercetare de Geologie și Geofizică Ambientală – din care fac parte, care funcționează în cadrul Facultății de Geologie și Geofizică din Universitatea din București a propus un proiect de dezamorsare a situației din Câmpul I de Sonde. În urma acceptării acestui proiect s-a trecut la executarea lucrărilor propuse.

Principiul proiectului: coborârea treptată a nivelului piezometric în cavernă și preluarea volumelor de saramură de către combinatul chimic. În primul rând s-a realizat un baraj pe Pârâul Sărat, baraj menit să preia volumele de saramură expulzate din cavernă; s-au realizat racorduri între sonde și acest baraj; s-au instalat 3 pompe în sondele 361, 368 (sonde aparținând Câmpului II de sonde, aflate în sudul Câmpului I) și 370 (tot din câmpul II, aflată în nordul câmpului I) – cele trei sonde aflate în comunicare hidraulică cu caverna din Câmpul I de Sonde); s-a instalat un rezervor tampon pe parcursul traseului conductelor de

legătură dintre sondele în care s-au instalat pompele și saleduct. În perioada 15 iulie – 7 august, în teren au apărut o serie de fisuri (foto 1-2) care conturau o viitoare zonă de rupere, iar scufundările au înregistrat un maxim de 42 cm (în zona reperului S1) în această perioadă monitorizată (fig. 4).

Fig. 4 Repartiția scufundărilor 14 iulie – 7 august 2009 Revista Minelor nr. 1 / 2012

14

În luna iulie 2009 s-a decis începerea procesului de prăbușire controlată a cavernei din Câmpul I de Sonde. Pentru început, în data de 14 iulie nivelul a fost lăsat liber (nu s-a mai introdus saramură în cavernă), după care, în data de 28 iulie a început coborârea nivelului prin intermediul celor trei pompe.

Foto 1-2 Fisuri teren

Foto 3 Crater – 8 august 2009

În data de 8 august în teren a apărut o pâlnie de surpare în zona sondei 358, aflată în sudul cavernei. Craterul s-a extins până în seara acelei zilei (foto 3). În urma ridicărilor topografice efectuate în ziua de 11 august, s-a determinat o suprafață a lacului din crater de cca. 1800 m2 și o suprafață a craterului de cca. 6900 m2, pentru ca în data de 3 septembrie în urma efectuării altor ridicări topografice, s-a determinat o suprafață a lacului din crater de cca. 9700 m2 și o suprafață a craterului de cca. 25000 m2 (figura 5).

Pe măsura expulzării saramurii, atât gravitațional, cât și prin pompare spre barajul de pe Pârâul Sărat, versanții au început să se stabilizeze, iar cota nivelului lacului din crater să scadă.

In prezent lacul din craterul format exista doar datorita precipitatiilor (foto 4). Taluzarea naturala continua, insa, ritmul de evolutie este nesemnificativ si nu mai poate fi detectat vizual foarte usor.

Practic, caverna din Campul I de Sonde a fost dezafectata si odata cu ea a fost umplut cu steril si golul comun al sondelor 357 si 359 (sonde apartinand tot Campului I de Sonde).

Fig. 5 Evoluția lacului – 3 septembrie 2009

Datorită condiţiilor geologice complexe, stabilitatea şi managementul cavernelor executate prin disoluţie în zăcămintele de sare reprezintă o problemă foarte dificilă. Proprietăţile speciale ale sării – conductivitate redusă, comportament vâscoelasto-plasic au făcut ca, în afara exploatării propriu-zise a sării, să fie executate prin disoluţie caverne pentru stocarea hidrocarburilor sau ale deşeurilor înalt active. În acelaşi timp, pe lângă Revista Minelor nr. 1 / 2012

investigaţia amplasamentului prin diferite metode, este necesară evaluarea prin calcul a stabilităţii cavernei în diferite condiţii de exploatare. Dintre metodele de calcul cunoscute, simularea numerică prezintă avantaje incontestabile deoarece înglobează toate informaţile existente şi permite simularea comportării cavernei în funcţie de solicitările existente.

15

Foto 4 Pâlnie prăbușire – iunie 2010

3. Modelarea numerică a evoluției Câmpului I de Sonde Modelarea numerică a stării de tensiuni şi deformaţii în jurul cavernelor rezultate în urma dizolvării sării în soluţie îşi propune sa simuleze evoluţia prăbuşirii controlate a cavernei din Câmpului I de Sonde – Ocnele Mari. Simularile sau efectuat cu programul PLAXIS 7.2 care calculează distribuţia stării de deformaţii şi tensiuni în masivele de rocă prin metoda elementelor finite în regim de comportare elasto-plastic.

Simulările s-au făcut prin metoda elementului finit, în condiţiile problemei de deformaţie plană.

Această abordare este frecvent întâlnită în practica inginerească, deoarece presupune extinderea la infinit a cavernelor pe direcţia perpendiculară pe planul secţiunii, rezultatele fiind astfel acoperitoare.

Domeniul a fost extins lateral (stanga-dreapta) și în bază cu dimensiunea longitudinală a sistemului de goluri.

Particularitaţile acestui program sunt următoarele: utilizarea unor elemente finite triunghiulare cu 15 noduri și o gamă largă de legi constitutive precum și un sistem facil de introducere a datelor și prelucrare a informațiilor.

Avantajul acestei metode este acela că se poate determinata atât factorul de stabilitate general al unei secțiuni, dar și factorul de stabilitate în fiecare punct al secțiunii (determinat ca inversul efortului relativ de forfecare).

Programul calculeaza factorul de stabilitate prin metoda phi-c reduction. Această metodă presupune creșterea succesivă a factorului de stabilitate, recalcularea parametrilor de rezistență și recalcularea tensiunilor și deformațiilor maxime, până la momentul în care parametrii de rezistență scad ducând la cedarea structurii. Ruperea este indicată de neconvergența soluției după un număr mare de pași.

Pentru simularea procesului de prabuşire controlată s-au selectat patru secţiuni care intersectează caverna comună din Câmpul I. Pentru fiecare secţiune este analizată distribuţia stării de tensiune şi deformaţii pentru trei stadii ale procesului de părbușire:

• 15 iulie 2009 în care nivelul sarmurii avea valoarea maximă, de 285m. Este momentul începerii procesului de prăbuşire controlată, caracterizat prin întreruperea alimentării artificiale; • 28 iulie 2009 în care nivelul sarmurii avea valoarea de 278m. Acest moment corespunde celui mai mic nivel atins de cota saramurii din cavernă prin descărcare liberă; • 7 august 2009 în care nivelul sarmurii avea valoarea de 252 m, moment premergător prăbuşirii din 8 august şi în care s-au efectuat ultimele măsurători ale deplasărilor verticale.

Pentru fiecare din aceste momente sunt calculate aferent celor patru secţiuni: distribuţia deplasărilor, a deformaţiilor principale şi de forfecare, distribuţia eforturilor efective principale, a deviatorului si a efortului relativ de forfecare.

Este deasemenea calculată evoluția factorului de stabilitate.

Parametrii geomecanici introduși în model au fost preluați din determinările puse la dispoziție de către SEM Vâlcea. S-au considerat valorile medii ale acestora pentru probele analizate în zona Ocnița (în zona Câmpului I de Sonde), calibrarea modelului fiind făcută pe corelările dintre deplasările absolute măsurate în teren în perioada 14 iunie – 8 august 2009 și deplasările absolute calculate prin modelare cu elemente finite, pentru același interval de timp.

Parametrii geomecanici rezultați în urma calibrării modelului: pentru sare E = 1,075*107 kN/m2, μ=0,3, c = 2000 kN/m2, φ = 40o, σt = 1000 kN/m2, γu = γs = 22 kN/m3, pentru steril E = 7,5*105 kN/m2, μ=0,25 , c = 250 kN/m2, φ = 25o, σt = 100 kN/m2, γu = 19 kN/m3, γs = 21 kN/m3.

Din analizele efectuate s-a determinat instabilitatea secțiunilor 1 și 4, motiv pentru care voi accentua rezultatele obținute în urma modelării numerice pe aceste două secțiuni (Figurile 6 și 7).

Fig. 6 Secțiunea 1

Revista Minelor nr. 1 / 2012

16

Fig. 7 Secțiunea 4

Fig. 8 Secțiunea 1 – deplasări verticale calculate 7 august 2009

Fig. 10 Secțiunea 4 – deviatorul 14 iunie 2009

•

•

deviatorul se concentrează în zona pilierilor intercamerali şi în bolţile cavernelor, până la contactul sare-steril; forma distribuţiei se pastrează pentru toate valorile de nivel dar valoarea acestuia creşte odată cu coborârea nivelului (Figurile 10 și 11); dacă, aşa cum era de aşteptat tensiunile principlale au valorile maxime în zona pilierilor intercamerali, în steril, deasupra cavernei principale (Figura 12), efortul principal maxim este un efort de întindere sugerând fragmentarea materialului în urma depăşirii rezistenţei la întindere.

Revista Minelor nr. 1 / 2012

Din analiza rezultatelor se desprind urmatoarele concluzii: • dintre secţiunile analizate, scţiunile 1 şi 4, în special secţiunea 4, prezintă deplasările verticale cele mai mari, de cca. 1.27m atunci când nivelul saramurii este de 252m (fig. 8 și 9). Aceaste secţiuni interceptează apexul cavernei, în zona în care aceasta este în contact direct cu sterilul; • distribuţia deplasărilor este concentrată în zona viitorului horn, curbele de egală deplasare având forma bolţilor de echilibru; această distribuţie reprezintă încă o confirmare a modelului conceptual utilizat în cadrul proiectului de prăbuşire controlată (fig. 8 și 9).

Fig. 9 Secțiunea 4 – deplasări calculate 7 august 2009

Fig. 11 Secțiunea 4 – deviatorul 7 august 2009

Fig. 12 Secțiunea 4 - tensiuni principale totale 7 august 2009

17

Pentru secţiunile 1 şi 4, factorul de stabilitate scade până la valori apropiate de unitate F=1.075, pentru secțiunea 1, respectiv F=0.964, pentru secțiunea 4, atunci când saramura atinge nivelul de 252m, indicând colapsul acoperişului cavernei (fig.

13). Este în fapt cota la care s-a declanşat prăbuşirea acoperişului cavernei principale din Câmpul I de Sonde.

determinate în urma ridicărilor topografice efectuate în teren, având valoarea maximă determinată pe secțiunea 4 de 41cm.

Fig. 15 Variația deplasărilor verticale la nivelul suprafeței golului pe cele 4 secțiuni

Fig. 13 Variația factorului de stabilitate pe cele 4 secțiuni analizate

Din punct de vedere al deplasărilor verticale determinate, maximele înregistrate pe cele patru secțiuni se găseau la nivelul tavanului golului, spre suprafață ele scăzând ușor. Astfel, deplasările maxime de la nivelul tavanului golului s-au înregistrat pe secțiunile 1 şi 4, la cota nivelului de 252m, și au valori de 0,47-0,52m, transformate în valori absolute - cu punct de plecare din momentul 14 iulie - la cota nivelului de 285m (fig. 14).

Corelarea rezultatelor monitorizării integrate cu modificarea stării de tensiune şi deformaţii, a avut ca scop realizarea unei imagini coerente a comportării geomecanice a Câmpului I de Sonde, pe baza măsuratorilor şi a simularii numerice. Din ansamblul sistemului de monitorizare, au fost analizate patru tipuri de măsurători: cavernometrie, de nivel, evoluţia deplasărilor verticale şi seismicitatea indusă.

Prin precizia lor, masurătorile cavernometrice sunt esenţiale în caracterizarea evoluţiei geometriei sistemului. Astfel, prin măsurătorile cavernometrice realizate pe baza aparaturii şi tehnologiei firmei germane SOCON a fost conturată nu numai caverna comună dar şi legătura acesteia cu cavernele şi golurile sondelor vecine. În urma efectuării periodice a cavernometriilor a rezultat micşorarea grosimii sării din tavanul golului principal şi, începand din septembrie 2006, a unei zone în care sarea din tavan dispare complet, caverna fiind în contact direct cu sterilul. Au fost de asemenea evaluate volumele totale ale blocurilor desprinse din tavan, de la 10000 m3 la sfârşitul anului 2006, la 90000 m3 în ianuarie 2009 (fig. 16 și 17).

VOLUM

Fig. 14 Variația deplasărilor verticale la nivelul tavanului pe cele 4 secțiuni

Extrăgând tabelele din program cu distribuția deplasărilor verticale calculate în nodurile elementelor și reprezentând aceste deplasări pe secțiunile geologice, s-au identificat deplasările calculate la suprafața terenului pe cele patru secțiuni la cele trei momente de timp analizate (fig.

15). Valorile maxime determinate astfel se corelează cu valorile maxime ale deplasările

LUNI

Fig. 16 Evoluția în timp a volumelor desprinse din tavanul de sare Revista Minelor nr. 1 / 2012

18 SUPRAFATA

LUNI

De exemplu, pentru intervalul iulie – octombrie 2007, s-a constatat apariția unei benzi de evenimente spre sfarșitul lunii august (fig. 18), evenimente localizate în sarea din tavanul golului.

După apariția acestei benzi de evenimente, s-a determinat în urma măsurătorilor cavernometrice că din tavanul de sare s-a desprins un volum de aproximativ 25000 m3 (punctul de inflexiune de pe fig. 16 și 17, corelabil cu intervalul de timp corespunzător apariției evenimentelor microseismice din fig. 18).

Fig. 17 Evoluția în timp a suprafețelor tavanului de sare cu grosimi de: sub 5 m, 10, 15 și 20 m

Fig. 18 Frecvența evenimente microseismice din Câmpul I de Sonde 10.07.2005 – 15.07.2009

Relațiile dintre parametrii măsurați sau determinați prin calcule au fost prezentate prin prisma evoluției cavernei din Câmpul I de Sonde, ținând cont însă și de influența dezamorsării cavernei SOCON, cavernă aferentă Câmpului II de Sonde, dezamorsată în anul 2005. Înfluența dezamorsării cavernei SOCON poate fi remarcată la nivelul deplasărilor verticale înregistrate în Câmpul I, imediat după prăbușirea acesteia.

Corelările relative dintre evenimentele microseismice apărute și ceilalți parametri rezultați în urma monitorizării s-au făcut pe intervale de timp corespunzătoare unor vârfuri de evoluție, cuantificate prin căderi masive de material din tavanul cavernei din Câmpul I de Sonde, sau pe intervalele de măsurători cavernometrice efectuate pentru determinarea geometriei golului din Câmpul I de Sonde.

La intervale de timp comune măsurătorilor, pe cele patru secțiuni geologice s-au proiectat (la o distanță mai mică de 10m) evenimentele microseismice apărute (fig. 19 și 20). Aparițiile Revista Minelor nr. 1 / 2012

evenimentelor microseismice, concentrate cu precădere în pilierii intercamerali și în pilierul din tavanul golului, corespund cu distribuția stării de tensiune și deformații determinate prin modelarea numerică cu elemente finite.

S

NV

scara 1:2500

Fig. 19 Proiecția evenimentelor microseismice

19 369 SSV

350

360

359

358

NNE

381

357

368 300

250

200

150

100

50

0

-50

Activitatea microseismică este pusă în legătură atât cu măsurătorile cavernometrice, cât şi cu redistribuirea tensiunilor în urma evoluţiei geometriei cavernelor. Astfel prin corelarea evoluţiei volumelor desprinse din tavanul cavernei cu frecvenţa apariţiei evenimentelor microseismice, s-a reliefat că desprinderile din tavan sunt întotdeuna precedate de o creştere a frecvenţei evenimentelor (fig. 21). Seismicitatea indusă în acest caz este un precursor al evoluţiei cavernei.

-100

-150 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

scara 1:3000

Fig. 20 Proiecția evenimentelor microseismice pe secțiunea 1 (aprilie-iulie 2008)

Fig. 21 Corelarea volumelor desprinse din tavanul de sare cu frecvența evenimentelor microseismice

Analizând distribuţia evenimentelor microseismice în secţiunile în care s-a calculat distribuţia tensiunilor, s-a prezentat gruparea acestora, în perioada aprilie – iulie 2008, în pilierii intercamerali şi în tavanul de sare al cavernei.

Aceste concentrări se suprapun peste zonele de distribuţie maximă ale deviatorului, ceea ce conduce la concluzia că sursa evenimentelor microseismice este dată de dislocaţii de forfecare (fig. 22). În schimb, în perioada august 2008 - iulie 2009, evenimentele sunt concentrate în special în steril: datorită slăbirii pilierilor intercamerali, încarcările sunt preluate de stratele competente din steril, care au fost astfel fragmentate.

Fig. 22 Secțiunea 4 - Corelarea evenimentelor microseismice (2008) cu distribuția efortului relativ de forfecare

Revista Minelor nr. 1 / 2012

20

4. Concluzii Conform analizei efectuate asupra evoluției geomecanice a cavernei din Câmpul I de Sonde și a golurilor sondelor învecinate rezultă următoarele concluzii: - în urma unirii golurilor a șase sonde din Câmpul I de Sonde a rezultat o cavernă cu un volum de aproximativ 1 milion m3; - în timp, tavanul de sare din acoperișul golului comun s-a măcinat, ajungând ca în anul 2009 acesta să fie practic inexistent pe o suprafață considerabilă, acest fapt conducând spre un echilibru limită pe termen scurt; - corelarea rezultatelor monitorizării integrate din perioada 2006 – 2009 (măsurători topografice, de nivel, cavernometrice, microseismice) sugereaza instabilitatea cavernei din Câmpul I de Sonde și totodată implicațiile generate de o prăbușire bruscă care ar fi avut urmări grave în primul rând pentru populația din zonă și apoi pentru o poluare semnificativă cu saramură a mediului, în special a pârâului Sărat, pârâu ce se descarcă în râul Olt. - rezultatele monitorizării microseismice, pe lângă faptul că au putut fi considerate în cadrul corelării efectuate, s-au dovedit de un real folos în anticiparea modificării stării de tensiune și deformații în jurul cavernei comune și a golurilor învecinate.

- modelarea numerică cu elemente finite a permis determinarea factorilor de stabilitate pe secțiunile analizate, punând în evidență viitoarea zonă de rupere și de asemenea, a reliefat modelul de rupere considerat la alcătuirea proiectului de prăbușire controlată a cavernei.

- pe baza corelărilor efectuate între deplasările măsurate în teren (ridicările topografice) și a celor calculate prin modelare cu elemente finite

Revista Minelor nr. 1 / 2012

s-a ajuns la un model viabil, utilizabil și în alte zone de exploatare a sării prin dizolvare, zone instabile din punct de vedere geomecanic.

Fenomenele înregistrate la Ocnele Mari marchează începutul unei perioade în care ne vom confrunta cu situații similare și în alte perimetre miniere de exploatare a sării. Fenomenele înregistrate la Ocna Mureș, în curs de desfășurare, demonstrează corectitudinea acestei afirmații. De aceea, putem considera această analiză intrinsecă ca un model de urmat pentru situații asemănătoare.

Bibliografie 1. Likar, J., Cadez, J. Three-Dimensional Numerical Analysis of Stress Strain Changes in Mine Structure in Velenje Coal Mine, Numerical Modeling in Geomechanics -- 2006 (4th International Symposium, Madrid, May 2006). Paper No. 02-09, R. Hart and P. Varona, Eds. Minneapolis, Minnesota: Itasca Consulting Group, Inc. 2. Young, R.P, Hazzard, J.F., Pettitt, W.S. Seismic and micromechanical studies of rock fracture, Geophysical Research Letters, Volume: 27 Issue: 12 3. Zamfirescu, F., Mocuţa, M., Dima, R., Constantinescu, T., Danchiv, A., Andrei, M. Procese de instabilitate zonală asociate cavernelor rezultate în urma exploatării sării prin dizolvare. posibilităţi de abordare şi soluţii de dezamorsare, Solution Mining Research Institute Fall 2009 Technical Conference, Leipzig, Germany, 3-6 October 2010 4. Hoek, E., Diederichs, M.S. Empirical estimation of rock mass modulus. Int.J. Rock Mech. and Min Sci 200643,203-215.

5. Hoek, E., Carranza-Torres, C., Corkum, B. Hoek-Brown failure criterion - 2002 edition, Proc. of North American Rock Mechanics Symposium. Toronto 2002.

6. Jeremic, M.L. Rock mechanics in salt mining, Balkema. Roterdam.

1994

21

ORGANIGRAMA RETEHNOLOGIZĂRII ŞI OPTIMIZĂRII STAŢIILOR ELECTRICE DE ÎNALTĂ TENSIUNE, FOARTE ÎNALTĂ TENSIUNE ŞI ULTRA ÎNALTĂ TENSIUNE Nicolae Daniel FÎŢĂ*, Dragoş PĂSCULESCU**, Lucian FÎŢĂ***, Lucian DIODIU**** Abstract Retehnologizarea staţiilor electrice de înaltă tensiune, foarte înaltă tensiune şi ultra înaltă tensiune şi a reţelelor electrice de distribuţie şi transport sunt puncte cheie în optimizarea sistemelor europene de electricitate UCTE, NORDEL, TSOI şi UKTSOA. Prin retehnologizare şi optimizare se îmbunătăţeşte fiabilitatea sistemelor europene, creşterea calităţii energiei electrice, creşterea tranzitului de energie electrică, reducerea consumurilor de energie electrică şi eliminarea accidentelor de muncă şi îmbolnăvirilor profesionale.

Organigrama poate fi exemplu pentru toate staţiile electrice ce trebuie retehnologizate şi optimizate.

Cuvinte cheie: organigramă, optimizare, staţii electrice

retehnologizare,

1. Staţia electrică – element al sistemului electroenergetic A. Definiţie şi rol Prin staţie electrică se înţelege ansamblul de instalaţii şi construcţii anexe în care se realizează cel puţin una din următoarele operaţii: conectarea electrică a două sau a mai multor surse de energie electrică (generatoare sau centrale), conectarea electrică a două sau mai multor căi de curent pentru efectuarea unui tranzit de putere, distribuţia energiei electrice la consumatori la aceeaşi tensiune sau alte tensiuni (prin intermediul transformatoarelor sau autotransformatoarelor).

B. Aspecte constructive ale staţiilor electrice Retehnologizarea staţiilor electrice depinde de tipul staţiei (interior sau exterior). Staţiile electrice de tip exterior depind de influenţe (schema monofilară şi restricţiile de teren) şi configuraţie (tip înalt, înălţime medie, înălţime joasă şi mixt).

Staţiile electrice de tip interior depind de tipul celulei electrice prefabricate (linie, transformare, cuplă, măsură, compensare, descărcător, etc.) şi gazul izolant (SF6, aer comprimat, ulei electroizolant, etc.

Fig. 1 Aspecte constructive ale staţiilor electrice

C. Diferite scheme electrice folosite la staţiile electrice SCHEMA CU 1 SISTEM DE BARE COLECTOARE CU 2 ÎNTRERUPTOARE/CIRCUIT

1234

W1, W2 – bare colectoare; Q1 - Q4,– întreruptoare; S1 - S4 – separatoare.

Tensiune: 1000 kV, 750 kV 400 kV, 220 kV, 110 kV.

* Dr.ing. - Asociaţia Română de Electrosecuritate ** Şef lucr.dr.ing. - Universitatea din Petroşani *** Ing. SC CONTEAM SRL Bucureşti **** Dr.ing. - SC ENEL ENERGIE SA Revista Minelor nr. 1 / 2012

22

SCHEMA CU 1 SISTEM DE BARE COLECTOARE CU 1,5 ÎNTRERUPTOARE/CIRCUIT

SCHEMA DE TIP H SUPERIOR FĂRĂ BARE COLECTOARE

Q1 – Q3,– întreruptoare; S1 – S4 – separatoare; T1, T2 – transformatoare; LEA1, LEA2 – linii electrice.

Tensiune: 1000 kV, 750 kV, 400 kV, 220 kV.

SCHEMA DE TIP H INFERIOR FĂRĂ BARE COLECTOARE W1, W2 – bare colectoare; Q1 – Q6,– întreruptoare; S1 – S16 – separatoare; T – transformator; LEA – linii electrice aeriene

Tensiune: 1000 kV,750 kV 400 kV, 220 kV.

SCHEMA CU SISTEM POLIGONAL FĂRĂ BARE COLECTOARE

Q1 – Q3,– întreruptoare; S1 – S9 – separatoare; T1, T2 – transformatoare; LEA1, LEA2 – linii electrice.

2. Criterii

Q1 – Q4,– întreruptoare; S1 – S12 – separatoare; T1, T2 – transformatoare; LEA1, LEA2 – linii electrice.

Revista Minelor nr. 1 / 2012

Tensiune: 1000 kV, 750 kV, 400 kV, 220 kV.

Tensiune: 1000 kV, 750 kV, 400 kV, 220 kV.

de alegere a aparatelor şi echipamentelor electrice a) caracteristici electrice nominale : - tensiune nominală de utilizare Ue, tensiunea nominală de izolare Ui, tensiunea nominală de ţinere la impuls Uimp; - curent nominal de utilizare (Ie), curent nominal neîntrerupt (Iu); - frecvenţă nominală. b) comportarea în regim de scurtcircuit: - curentul nominal admisibil de scurtă durată Icw; - capacitatea nominală de închidere la scurtcircuit Icm; - capacitatea nominală de rupere la scurtcircuit Icn; - curentul nominal condiţionat de scurtcircuit.

23

Fig. 2 Criterii pentru alegerea aparatelor şi echipamentelor electrice

3. Organigrama retehnologizării şi optimizării staţiilor electrice

Revista Minelor nr. 1 / 2012

24

Revista Minelor nr. 1 / 2012

25

Revista Minelor nr. 1 / 2012

26

4. Concluzii În organigrama retehnologizării şi optimizării StE se prezintă metodologia de retehnologizare a unei StE, pas cu pas, fiecare etapă fiind bine conturată şi structurată. Aplicabilitate pentru staţiile electrice pentru următoarele tensiuni: 1000 kV, 750 kV, 400 kV, 220 kV, 110 kV.

Revista Minelor nr. 1 / 2012

Bibliografie 1. Fîţă, D. Aspecte ale retehnologozării şi optimizării staţiilor electrice – teză de doctorat , Universitatea Tehnică din Cluj Napoca, 2011; 2. Fîţă, D., Moraru, R., Breben, F., Iorga, N., Păsculescu, D., Păsculescu, V., Mihai, N. Electrosecuritate în muncă, Editura Universitas, Petroşani, 2011.

27

ACTIVITĂŢI ANTROPICE DIN BAZINUL MINIER MOTRU GENERATOARE DE SITUAŢII DE URGENŢĂ Ioan-Liviu PIPIRIGĂ* Abstract: Activităţile antropice şi în special cele minere din bazinul minier Motru produc modificări drastice în morfologia regională, în continuitatea şi evoluţia solului vegetal, în desfăşurarea ansamblurilor floristice şi faunistice, în economia şi utilizarea agricolă şi silvică a terenurilor, cu efecte sensibile asupra microclimatului local.

Activitatea minieră generează incertitudini sau chiar reducerea ritmului de urbanizare şi modernizare a localităţilor şi gospodăriilor individuale, datorită necunoaşterii dezvoltării viitoare a activităţilor extractive.

Influenţele legate de valorificarea cărbunelui energetic în teritoriul Municipiul Motru, au avut implicaţii de fond, în ecosistemele privind agricultura şi silvicultura, precum şi în cele legate de hidrologie, căi de comunicaţie, a celor legate de aşezările umane, precum şi cele legate de flora şi fauna perimetrelor exploatabile.

1. Introducere Problemele legate de protecţia mediului au apărut în ultimele decenii, când s-a constatat dereglarea echilibrului natural dintre elementele constitutive ale biosferei, ca urmare a dezvoltării puternice a proceselor industriale şi a absenţei măsurilor de menţinere a acestui echilibru.

Dezvoltarea activităţilor antropice are numeroase implicaţii directe şi indirecte asupra mediului înconjurător şi este o sursă de modificare a stării acestuia prin diferite forme de impact.

Tema situaţiilor de urgenţă a devenit una dintre cele mai actuale la nivel mondial datorită schimbărilor climatice şi a dezastrelor cu consecinţe de natură umanitară, acţiunilor sau inacţiunilor unor membri ai societăţii care au ca rezultat apariţia unor efecte deosebit de dăunătoare mediului social sau natural. În categoria situaţiilor de urgenţă pot fi incluse şi impacturile asupra mediului datorate emisiilor, deversărilor sau evacuărilor în aer, pe sol sau în ape a deşeurilor, lichide sau solide ori a energiilor dăunătoare (radiaţii, vibraţii, zgomote, călduri _____________________________ * Drd. ing. Universitatea din Petroşani

excesive) sau datorate proastei gestionări a acestor deşeuri ori energii emise, în urma unor avarii tehnologice, incendii, explozii etc[4].

Evenimentele generatoare de situaţii de urgenţă, în marea lor majoritate, pot fi prevenite, iar cele care nu pot fi evitate (cum ar fi spre exemplu cutremurele), pot fi gestionate, efectele lor putând fi reduse printr-un proces sistematic ce implică stabilirea de măsuri şi acţiuni menite să contribuie la diminuarea riscului asociat acestor fenomene.

Caracteristic managementului situaţiilor de urgenţă este faptul că predictibilitatea locului sau zonei de manifestare a situaţiilor respective determină posibilitatea avertizării autorităţilor locale, operatorilor economici şi persoanelor ce se pot afla în zonele potenţial a fi afectate.

2. Descrierea bazinului minier Motru Bazinul minier Motru (fig.1) a apărut în toponimie şi în realitatea geografică şi economică în anul 1960 când s-a deschis prima exploatare de cărbune (mina Horăşti). Numele acestui perimetru de exploatare a fost preluat din cadrul natural după artera hidrografică. Valea foarte largă a Motrului care a oferit condiţii foarte favorabile amplasării micii localităţi urbane este şi cea care a împrumutat numele său întregului bazin. Elementul principal de identificare a acestui bazin pe lângă relief, peste care se suprapune, îl reprezintă hidrografia[1].

Bazinul minier Motru este localizat pe cursul mijlociu al râului Motru şi al afluenţilor săi.

Alăturarea dintre hidrografie şi cărbune este una fericită. Mai întâi pentru că apele curgătoare, prin eroziune, au făcut cunoscute stratele bogate de cărbune, care aflorează în malurile acestora, aşa cum se întâmplă la Meriş pe Valea Motrului, la Ploştina pe Valea Cireşului. Mai apoi, fiindcă văile au oferit căi de comunicaţie favorabile care au înlesnit exploatarea bogatelor zăcăminte de cărbune.

Majoritatea exploatărilor, atât la suprafaţă cât şi în subteran sunt localizate de-a lungul unor cursuri de apă: Lupoaia pe Valea Lupoiţei, Ploştina pe Valea Cireşului, Roşiuţa pe Văile Potângul Mare şi Potângul Mic, Horăşti pe Valea Fântâna lui Cuţui, Leurda pe Valea Leurzii, Boca pe Valea Matca Boca[5].

Revista Minelor nr. 1 / 2012

28

Fig.1 Bazinul minier Motru

3. Activităţi antropice în bazinul minier Motru şi impactul lor asupra mediului înconjurător Activităţile antropice au un impact asupra mediului înconjurător ca urmare a transformărilor în utilizarea teritoriului, construcţiei instalaţiilor productive şi infrastructurilor, emisiilor de compuşi chimici în atmosferă, deversărilor de ape reziduale în receptorii naturali, utilizării substanţelor chimice în agricultură sau a altor substanţe periculoase etc.

Industria minieră este principala sursă de poluare a mediului în bazinul minier Motru.

Printre efectele negative ale acesteia asupra mediului şi asupra sănătăţii se evidenţiază poluarea apelor, cu un conţinut mare de reziduri, predominant anorganice, presiunile asupra calităţii solului rezultate din activitatea de minerit, alunecările de teren (cum sunt cele din Valea Bujorăscu şi în Valea Ştiucani) ş.a..

Exploatările miniere la zi din bazinul minier Motru au o influenţă variată şi complexă asupra mediulu înconjurător astfel: • ocuparea temporară sau definitivă a unor suprafeţe de teren cu afectarea în unele cazuri a hidrogeologiei şi a reliefului adiacent; Realizarea obiectivelor industriale miniere din bazinele miniere ale Olteniei a impus să fie scoase din circuitul agricol şi silvic mari suprafeţe de teren. În perioada 1952-2001 s-au scos din circuit peste 17.000ha teren, din care 76% terenuri agricole şi 24% terenuri silvice. Din cele agricole 61% au fost arabile, 23% păşuni naturale, 9% fâneţe, iar restul neproductive. Suprafeţele pomicole au reprezentat 7%, iar cele viticole 1%. În exploatările la zi de lignit, excavaţiile şi lucrările de asecare duc la scăderea nivelului pânzei Revista Minelor nr. 1 / 2012

freatice, nu numai în perimetrele acestora ci şi pe suprafeţe întinse, care afectează sursele de alimentare cu apă ale unităţilor economice şi ale localităţilor învecinate.

Odată cu deplasarea fronturilor de lucru în cariere, dispar câmpiile din lunci şi dealurile împădurite din zonele colinare, iar haldele de steril în faza iniţială constituie o degradare a peisajului.

• degradarea solului, poluarea aerului şi a apelor; Exploatările miniere la zi afectează solul fertil şi odată cu acesta dezvoltarea normală în continuare a florei din zonă[3]. Îndepărtarea solului vegetal de pe suprafeţele viitoarelor cariere, chiar dacă se face cu mare grijă, duce la degradarea lui din punct de vedere fizic şi chimic. De asemenea, prezenţa haldelor de steril de-a lungul unor văi, dar şi pe foste lunci, sub forma unor depozite cu geometrie neregulată, dă acestor zone un aspect de peisaj selenar. În general exploatarea la zi duce la schimbarea profundă a reliefului regiunii respective.

Carierele şi haldele de steril în timpul secetei îndelungate şi a vântului produc poluarea atmosferei. Mediul înconjurător poate fi influenţat şi de haldele şi depozitele care ard.

Apele din cariere pot avea calităţi diferite şi prin deversarea lor pot conduce la deteriorarea calităţii apei precum şi distrugerii florei şi faunei. degradarea parţială sau totală a solurilor şi a peisajului.

• schimbarea condiţiilor hidrografice; Atât exploatările la zi, cât şi construcţiile şi instalaţiile de la suprafaţă impun adesea schimbări hidrografice importante în zonă prin devierile unor

29

cursuri de apă sau executarea unor lucrări hidrotehnice speciale.

Astfel, în bazinele miniere ale Olteniei, a fost necesară devierea cursurilor râurilor Jiu, Tismana, Jilţ şi Motru, pe lungimi între 5 şi 40 km şi executarea unor baraje de retenţie şi de atenuare, cum este cel de la Rovinari.

• schimbarea condiţiilor sociale ale locuitorilor din zonele afectate de exploatările miniere; Aceste schimbări constau în strămutări de localităţi, distrugerea vechilor vetre ale acestor aşezări de care locuitorii sunt legaţi prin multe generaţii, chiar dacă în majoritatea cazurilor condiţiile de locuit nu mai corespund noilor transformări sociale. Desprinderea, însă de locurile de baştină se face cu greu.

Sate precum Rovinari, Bălăceşti, Ceauru, Bohorelu au fost strămutate în întregime, iar altele parţial. Au fost strămutate peste 2000 de gospodării într-o perioadă de peste 50 de ani şi vor mai fi strămutate şi altele în viitor ca: Roşia de Jiu, Timişeni, Găleşoaia şi altele. Au apărut localităţi noi ca: Băleşti-sat nou, Drăguţeşti-sat nou, Ceauru, oraşele Motru, Rovinari şi Berbeşti.

• poluarea sonoră.

Zgomotul produs de funcţionarea utilajelor din exploatările la zi deranjează destul de frecvent mediul înconjurător, în special transportoarele cu bandă amplasate în apropierea aşezărilor umane.

Industria energetică aferentă bazinului minier Motru este responsabilă de emisii de gaze cu impact major asupra mediului. Astfel, din aceste activităţi provin 50% din emisiile de metan şi monoxid de carbon, 97% din emisiile de bioxid de carbon, 88% din emisiile de oxizi de azot.

Un sistem energetic este alcătuit dintr-o serie de activităţi distincte, care se ocupă cu producerea, transportul şi distribuţia energiei electrice, fiecare dintre aceste activităţi generând impacturi negative asupra mediului înconjurător.

Creşterea accelerată a cererii de energie a fost o caracteristică a evoluţiei omenirii începând cu revoluţia industrială, iar vreme de mai multe generaţii această cerere a fost acoperită fără să fie luate în considerare problemele mediului înconjurător. Din această cauză, de-a lungul timpului au fost înregistrate numeroase accidente generate de sectorul energetic, soldate cu pierderi ecologice ireparabile.

Emisiile rezultate din sectorul energetic contribuie la modificările climatice, la accentuarea efectului de seră, la degradarea ecosistemelor şi au implicaţii majore asupra sănătăţii umane.

Este necesară identificarea valorii maxime a cantităţilor de poluanţi ce pot fi asimilaţi de către mediul înconjurător şi definirea dezvoltării durabile: limitele ambientale sunt elemente de bază pentru

alegerea relativă a producţiei şi consumului de energie.

Aşa cum s-a arătat anterior, sectorul energetic, împreună cu industriile furnizoare şi consumatoare, este responsabil de aproape întreaga cantitate de bioxid de carbon emisă în atmosferă. Emisiile de bioxid de carbon intensifică efectul de seră şi consecinţele acestui fapt asupra modificărilor climatice ale planetei. La nivelul anului 2003, emisiile de bioxid de carbon la nivel mondial, provenite din arderea combustibililor fosili şi a deşeurilor, aveau o valoare totală de 24983 milioane tone.

Agricultura contribuie la poluarea mediului natural prin utilizarea unui volum mare de îngraşăminte chimice şi pesticide, care ajung, prin intermediul scurgerii de suprafaţă, în lacuri şi cursuri de apă şi determină degradarea faunei şi florei. Exploatarea neraţională a terenurilor are efecte, precum degradarea solului şi pierderea unor suprafeţe din circuitul agricol.

Transporturile reprezintă o sursă majoră de poluare prin amplasarea căilor de comunicaţie şi degajarea în atmosferă a gazelor de eşapament.

4. Situaţii de urgenţă generate în bazinul minier Motru Fenomene de subsidenţă În bazinul minier Motru o parte din zăcământele de lignit a fost exploatată prin lucrări miniere subterane, aplicând diferite metode şi tehnologii de lucru.

Fenomenele de subsidenţă pot fi cauzate prin închiderea golurilor rămase de la exploatarea subterană a substanţelor minerale utile şi prin alterarea condiţiilor hidrogeologice, datorită aplicării unei asecări forţate şi de mare intensitate a sistemului acvifer din zonă[2].

Când excavaţiile subterane şi în special abatajele depăşesc dimensiunile critice din punct de vedere al stabilităţii rocilor înconjurătoare şi nu sau luat măsuri adecvate de susţinere şi de lichidare a golurilor formate, se produce surparea rocilor acoperitoare, ceea ce dă naştere unui complex de fenomene, cunoscute sub denumirea de efecte de subsidenţă, care se pot extinde pe toată grosimea rocilor acoperitoare, până la suprafaţă.

Mărimea degradării suprafeţei şi caracterul mişcării rocilor sunt influenţate în principal de următorii factori: dimensiunile golului creat prin exploatare; adâncimea de situare a exploatării; grosimea şi înclinarea zăcământului; metoda şi tehnolodia de exploatare aplicate; modul de dirijare a presiunii rocilor; caracteristicile geomecanice ale rocilor; tectonica zăcământului; durata exploatării etc.

Trebuie făcută distincţie între efectele dinamice care se produc pe timpul exploatării şi Revista Minelor nr. 1 / 2012

30

efectele care se manifestă un timp îndelungat după încetarea exploatării, adică atunci când s-au atins noile condiţii de echilibru ale formaţiilor de roci acoperitoare. În primul caz, afectarea structurilor de la suprafaţă (drumuri, căi ferate, poduri, construcţii industriale şi civile etc.) este cauzată de deformaţiile de mare avengură, atât orizontale cât şi verticale ale suprafeţei terenului.

Structurile sunt supuse eforturilor tracţiune sau de compresiune care, după caz, pot să le producă stricăciuni. În bazinul Motru, deformaţiile pe verticală, determinate de exploatarea subterană a zăcămintelor de lignit, variază între 100-3500mm. În unele cazuri s-au înregistrat şi scufundări spectaculoase, a căror valoare se situează între 5000 şi 6000mm.

Activitatea de exploatare a lignitului afectează parţial sau total suprafeţe de teren şi construcţiile existente în perimetrul supus exploatării şi cele din perimetrul necesar pentru amplasarea haldelor sau a lucrărilor de infrastructură.

Aceste lucrări au impus dezafectarea totală sau parţială a satelor pe amplasamentul viitoarelor construcţii miniere sau industriale. Se estimează că până la epuizarea resurselor miniere se vor afecta în totalitate un număr de 57 de localităţi.

Inundaţii Foarte periculoase prin efectele pe care le produc sunt inundaţiile. Astfel, pe râul Motru, inundaţiile devastatoare au o periodicitate de circa 15-20 de ani. Asemenea inundaţii în care apa râului a ocupat întreaga albie majoră s-au produs în 1979 şi 1998.

Pentru combaterea inundaţiilor au fost executate lucrări hidrotehnice. Astfel, au fost executate lucrări de deviere şi regularizare a unor râuri şi pârâuri ce însumează peste 76km lungime, fiind scoase de sub influenţele inundaţiilor peste 7680ha.

Pe parcursul superior al râului Motru se află barajul de la Valea Mare, de unde apele sale sunt deviate spre acumularea de la Cerna-Sat, cu rol hidroenergetic şi de regularizare a debitelor. În sectorul mediu, cursul râului a fost regularizat între Glogova şi Valea Mânăstirii şi îndiguit în zona amplasamentului haldei de la Valea Mânăstirii.

După inundaţiile din 1979, în scopul înlăturării unor asemenea situaţii, în dreptul oraşului Motru s-a redimensionat digul de protecţie ce delimitează o porţiune din albia majoră a Motrului între Valea Lupoiţei şi Valea Ploştinei. Digul este construit din pământ bătătorit, între anii 1964-1965 este placat spre râu cu dale de beton, şi aşa cum s-a dovedit în 1998 protecţia pe Revista Minelor nr. 1 / 2012

care o conferă este relativă. Scăderea rolului său se datorează erodării şi lipsei de consolidări, apa găsind drum spre spaţiul urban[5].

Alunecări de teren Ele au frecvenţă ridicată în întregul bazin minier Motru datorită predispoziţiei geologice creată de prezenţa argilelor şi marnelor în alternanţă cu nisipurile şi pietrişurile.

Alunecările vechi, în prezent stabilizate au fost identificate după fizionamia specifică a curbelor de nivel şi puse în evidenţă pe teren prin aspectul vălurit al reliefului. Ele sunt întâlnite de-a lungul apelor curgătoare şi s-au format prin subminarea stabilităţii versantului datorită adâncirii văilor. În prezent au aspectul unor valuri de alunecare, pe alocuri, acestea au fost fragmentate de eroziune în mici movile; sunt întâlnite la Roşiuţa, dincolo de Bujorăscu la Vârtopu, pe Valea Gârdoaiei, la Ciovârnăşani, etc.[6].

Alunecările active au o evoluţie tipică, cum sunt cele întâlnite pe Valea Peşteanei Superioare, la Ciovârnăşani şi pe Valea Lupoiţei. În prezent pe fondul predispoziţiei amintite se asistă la o nouă recidivare a alunecărilor de teren datorată exploatărilor miniere. Exploatările în subteran, prin surparea galeriilor ( au apărut linii de prăbuşire) au condus la reactivarea unor vechi alunecări (ex. Roşiuţa, Râpa, Lupoaia) sau la apariţia altora noi, ele au ca specific dispunerea în trepte înguste, cu timpul se creează un relief ondulat aşa cum este întâlnit la nord-vest de satul Ştiucani.

Carierele şi microcarierele au produs foarte multe alunecări, sunt alunecări minore ce se produc pe versantul înclinat al taluzului; ex. alunecarea ce a efectat drumul comunal PloştinaMiculeşti provocată de microcariera Ploştina nord şi alunecări de mare amploare, caracterizate prin deplasarea unor versanţi întregi datorită afectării stabilităţii. Deşi acestea au un pericol potenţial foarte mare, din fericire deplasarea este foarte lentă, fiind în echilibru relativ.

Haldele de steril, au generat cele mai numeroase, mai masive şi mai periculoase alunecări.

Halda Valea Ştiucani a carierei Roşiuţa, pusă în funcţiune în anul 1988 este amplasată în zona superioară a Văii Ştiucani. În general, zona este afectată de alunecări, dar care la data începerii depunerii se află în stadiu de zonă parţial stabilizată. În perioada 1983-1988, halda valea Ştiucani a fost folosită de cariera Jilţ Sud, care a ocupat cca. 70% din partea superioară a Văii Ştiucani. În această perioadă, haldarea s-a realizat fără respectarea tehnolodiei de haldare, cu

31

depunere ascendentă. S-a utilizat, în schimb, tehnologia de depunere descendentă, mult mai facilă, dar cu mari neajunsuri din punct de vedere geotehnic, lucru confirmat de numeroasele fenomene de instabilitate. Se consideră că fenomenele de surpare şi tasare a rocilor din acoperişul abatajelor au reactivat unele alunecări stabilizate, contribuind la declanşarea unor alunecări masive de teren. Aceste fenomene de instabilitate au fost şi rezultatul conlucrării fenomenelor de surpare-tasare cu sistemul de depunere. Depunerea descendentă s-a folosit până în anul 1991, când au avut loc numeroase alunecări, asfel încât halda nu a mai putut fi stăpânită. Din anul 1992 s-a trecut la haldarea ascendentă, prin coborârea instalaţiei de haldare, astfel că s-a reuşit ca din anul 2000, halda să devină o haldă relativ stabilă[8]. În ianuarie - martie 2006, au avut loc alunecări de teren ce au pus în pericol DN 67 în dealul Bujorăscu, precum şi unele aşezări omeneşti din localitatea Roşiuţa. În luna mai 2006 halda din Valea Rogoaze a început să alunece datorită haldării sterilului din cariera Roşiuţa pe unele lacuri nesecate. Aceasta a alunecat până ce a pus în pericol DN 67, iar transportul către şi dinspre municipiul Târgu Jiu s-a desfăşurat pe o rută ocolitoare (MotruApa Neagră - Târgu Jiu).

Materialele din care sunt alcătuite haldele carierei Roşiuţa sunt preponderent argiloase şi afânate. O parte din apa provenită din precipitaţii se infiltrează în corpul haldei, în care, ca urmare a gradului redus de permeabilitate nu este posibilă circulaţia acesteia, ea fiind absorbită de argilele ce au o capacitate mare de înmaganizare. Îmbibarea materialului argilos cu apă conduce pe de o parte, la reducerea drastică a caraceristicilor de rezistenţă mecanică a acestuia, iar pe de altă parte, la crearea unei presiuni în pori, care conferă apei un caracter uşor ascensional.

Curgerile noroioase întâlnite şi în mod natural, dar de dimensiuni reduse se întâlnesc frecvent la periferia haldelor de steril.

Creepul - procesul de curgere lentă Se înregistrează pe versanţii în pantă accentuată alcătuiţi din nisip sau argile nisipoase.

El nu afectează stabilitatea versanţilor ci numai vegetaţia forestieră. Arborii se apleacă în sensul sau sensurile mişcării, datorită deplasării rădăcinilor, odată cu particulele antrenate în mişcare pădurea capătă aspectul de ,,pădure beată”. Este întâlnit pe versantul de sud-vest al dealului Bujorăscu, precum şi izolat la majoritatea versanţilor în pantă accentuată situaţi în lungul văilor.

5. Concluzii În ţara noastră, preocuparea pentru redarea în circuitul agricol a terenurilor degradate prin exploatări miniere la zi datează din 1968, numeroase instituţii din Bucureşti, Craiova, Petroşani şi Cluj, făcând cercetări ample în acest sens[7].

Managementul situaţiilor de urgenţă se realizează prin: - măsuri preventive; - măsuri operative urgente de intervenţie; - măsuri de reabilitare.

Pentru diminuarea disfuncţionalităţilor cauzate de industria extractivă, dar şi a altor activităţi productive sau gospodăreşti se va acţiona cu prioritate pentru: • Reducerea strictă a limitelor admisibile în procesele generatoare de noxe; • Prevenirea degradării fondului funciar şi forestier; • Promovarea de tehnologii nepoluante; • Asigurarea transportului şi depozitării corespunzătoare a resturilor menajere şi gunoaielor la platforme; • Plantarea (acolo unde este posibil) a terenurilor degradate; • Realizarea unei benzi plantate de protecţie dea lungul D.N. 67, între zona de locuire şi platforma unităţilor industriale şi de depozitare.

Bibliografie 1. Ardeiu, M. Oraşul Motru şi împrejurimile, Drobeta Turnu Severin, Editura Radical, 1999 2. Fodor, D., Baican, Gv. Impactul industriei miniere asupra mediului, Deva, Editura Infomin, 2001 3. Huidu, E., Giurgiulescu, A. Monografia mineritului din Oltenia, vol. III şi IV TârguJiu, Editura Măiastra, 2008 4. Lazăr, M., Dumitrescu, I. Impactul antropic asupra mediului, Petroşani, Editura Universitas, 2006 5. Nistor, C., Achim, F. Mici considerente privind dinamica reliefului în bazinul carbonifer Motru, Simpozionul Naţional de Geografie, Bucureşti, 2001 6. Rotunjanu, I. Stabilitatea versanţilor şi taluzurilor, Deva, 2005 7. x x x Documentaţii de proiectare şi studii geotehnice elaborate de ICSITPML-Craiova.

8. x x x Studiu privind extinderea haldelor exterioare Valea Ştiucani, Valea Rogoazelor, Valea Bujorăscu Mic, în vederea creşterii volumelor de depunere faţă de proiectul iniţial- ICSITPML Craiova, Simbol 705-44

Revista Minelor nr. 1 / 2012

32

RASPUNSUL SEISMIC PRIN ANALIZA SPECTRALĂ AL SISTEMULUI MEDIU – CONSTRUCŢIE SUBTERANĂ (TUNEL) Ing. William Flavy RITZIU Abstract: Analiza răspunsului seismic prin analiza spectrala a structurilor îngropate, constituie una din cele mai eficiente metode de verificare a rezistenței la cutremure a acestor construcții, cu impact major pentru populatie.

Tunelul de cale ferată din beton, studiat în cazul de față este situat la o altitudine de 1000 de metri, are 128 m lungine, o acoperire de pamînt de 26.17 m. Secțiunea transversal este în formă de potcoavă, din beton și la intrados are o protective de moloane. Cercetarea de față folosește un model de calcul alcătuit din elemente finite bidimensionale în stare plană de deformație. Pentru analizele spectrale s-a folosit programul de calcul SAP2000-v14.

Cuvinte cheie: construcții subterane, seisme, analiza spectrală, tunel, încarcare statică, raspuns dinamic propriu.

1. Introducere Una din cele mai importante activități legată de siguranța constructiilor subterane, este determinarea comportării construcției la șocul accelerațiilor seismice. Această activitate este în România coordonată și conform Normativului P100-2006 se stabilesc procedura și valorile de bază care trebuie luate in considerare. Nu trebuie precupețit nici un efort pentru realizarea unor construcții subterane rezistente la seisme. Pe lingă trecerea în revistă a considerentelor încărcărilor statice și a raspunsului dinamic propriu, calculul la acțiunea seismică a fost considerat în două moduri, sub forma spectrului de proiectare și sub forma accelerogramelor. De asemenea s-au luat in considerare Zonarea teritoriului României în termeni de valori de vîrf ale accelerației terenului pentru proiectare a cutremurelor avind IMR (Intervalul Mediu de Recurență) de 100 de ani(P100-2006) și Zonarea teritoriului României în termeni de perioadă de control (colț) Tc a spectrului de răspuns(P1002006). Tc=1,0 sec si ag=0,28g. Pentru factorul de

Revista Minelor nr. 1 / 2012

comportare q, s-a ales, in cazul tunelului studiat, valoarea q=3. Lucrarea pune accentual pe rezultatele comportarii sistemului tunel-mediu la accelerațiile seismice, așa că s-au trecut doar în revistă concluziile încărcării statice si a răspunsului dinamic propriu a tunelului . De asemenea au fost reproduse diagramele cele mai semnificative.

2. Modelul de calcul Este alcătuit din elemente finite bidimensionale în stare plană de deformație (Mestat 1997, Fierbinteanu 1989). În calcul s-a luat în considerare o zonă deasupra de 26,17m iar în rest în jurul tunelului de 5 diametre.

Dimensiunile generate de model (63x56m) asigură eliminarea perturbațiilor create de consecințele cinematice de pe contur.

De aceea pe laturile verticale au fost introduse legături rigide pe direcția orizontală și legături elastice pe direcția verticală.

La partea inferioară a modelului au fost introduse legături rigide pe direcția verticală.

Pentru a crește precizia modelului s-a crescut numarul elementelor verticale si orizontale rezultand 1866 de noduri si 3613 grade de libertate (ecuații).

33

Caracteristicile proprii de vibratii sunt determinate de modulul de elasticitate (kN/m2), coeficientul Poisson si greutatea specifica la pamant beton tunel (B150), moloane si beton fundatie (B75).

3. Considerente privind incarcarea statică Valorile oricăror mărimi ce provin din încărcări simetrice sunt și ele simetrice.

Se considera deplasarea maxima pe direcția verticală, în valoare de 5,3 cm ca efect al greutății proprii și de 0.02 cm ca efect a 20% din convoi.

Deplasarea orizontală, în valoare e 0.73 cm (pentru greutatea proprie) reprezinta 14% din deplasarea pe verticală.

Eforturile unitare atît pe direcția S11 cît și S22 au valori maxime în elementele tunelului. Pentru încărcarea cu greutatea proprie valorile maxime sunt în zone diferite ale tunelului, pe cînd pentru încărcarea cu greutatea convoiului valorile maxime sunt la nivelul radierului.

Eforturile pe direcția 1-1 sunt maxime în secțiuni diferite – mijlocul radierului pentru încărcarea cu greutatea proprie și la colțul radierului pentru convoi. Totuși ca zona de ansamblu modelului, eforturile S11 sunt la nivelul radierului pentru ambele tipuri de încărcări. Efortul maxim 1-1 pentru convoi reprezintă circa 11% din efortul maxim 1-1 pentru greutatea proprie.

Eforturile maxime pe direcția 2-2 sunt plasate pe fața interioară a tunelului fie la nivelul în care distanța dintre pereți este maxima, fie la nivelul colțului radierului. Aportul convoiului este diferit la cele două nivele și anume reprezintă apropae 3% la nivelul în care distanța dintre pereți este maxima și circa 12% la colțul radierului.

4. Comentarii asupra raspunsului dinamic propriu Modul fundamental (T1=0,407 s) situează structura între cele cu comportare rigidă. Vectorul de vibrație este de tip translație pe verticală.

Modul doi (T2 = 0,326 s) este o vibrație pe orizontală care antrenează în proporție de 84% masa modală. Valoarea perioadei proprii 2 este cu 20% mai mica decît valoarea perioadei fundamentale, pe cînd proporția în care este antrenată masa modală este mai mare cu 27%.

Modul trei (T3=0.282 s) este modul de torsiune și valoarea perioadei proprii este cu 31% mai mica decît modul fundamental.

Se consideră că mișcarile sistemului roca ambiantă – tunel sunt destul de ordonate și cu o antrenare de ansamblu.

5. Răspunsul spectral Studiul realizat urmărește obținerea raspunsului seismic prin analiza spectrală. Spectrul folosit este spectrul de proiectare din Normativul P100-2006, corespunzător zonei seismice în care este amplasat tunelul.

Avînd in vedere sensibilitatea dinamică a structurii, spectrul a fost considerat succesiv în trei situatii de solicitare si anume: 1) pe directia verticală, (2) pe direcția orizontală, și (3) la 450 În figurile de mai jos sunt prezentate eforturile unitare maxime și minime pentru cazul acțiunii spectrale pe direcția verticală atît în ansamblul teren-structură cât și în structură.

Valorile mărimilor mecanice ce caracterizează răspunsul spectral sunt prezentate sintetic și în același mod în tabelele următoare.

Tabel 2. Valorile mărimilor mecanice pe ansamblu – răspuns spectral / Spectrul pe verticală

Fig.1 Graficul răspunsului spectral în cazul în care spectrul este introdus pe directia verticală

Mărimea Valoarea Poziția mecanică Deplasarea Direcția 0,042 Suprafața terenului în mijlocul maximă orizontală modelului (m) Direcția 0,01 Suprafața terenului verticală S11 Max 773,5 În tunel – mijlocul radierului Min 2,7 În mai multe zone – tunel+teren Efortul S22 Max 1452,3 În tunel - pe pereții laterali unitar Min 2,4 În teren la limitele laterale sub KN/m2 tunel S12 Max 727,2 În tunel – pe pereții laterali Min 0,0 În tunel la partea inferioară în ax

Revista Minelor nr. 1 / 2012

34

Tabel 3. Mărimi mecanice în puncte caracteristice – răspuns spectral / Spectrul pe verticală

Fig. 3 Graficul răspunsului spectral în cazul în care spectrul este introdus la un unghi de 450 Tabel 6. Valorile mărimilor mecanice pe ansamblu – răspuns spectral / Spectrul la 450

Tabel 7. Valorile mărimilor mecanice în puncte caracteristice – răspuns spectral / Spectrul la 450 Fig. 2 Graficul răspunsului spectral în cazul în care spectrul este introdus pe direcția orizontală Tabel 4. Valorile mărimilor mecanice pe ansamblu – răspuns spectral / Spectrul pe orizontală

Tabel 5. Mărimi mecanice în puncte caracteristice – răspuns spectral / Spectrul pe orizontală

Revista Minelor nr. 1 / 2012

35

Tabel 8. Valorile maxime și minime ale unor mărimi mecanice ale răspunsului spectral pentru cele trei situații de încarcare

6. Concluzii privind răspunsul structurii la încarcarea cu spectru de proiectare Cum era de așteptat încarcarea cu spectrul de proiectare pe direcția verticală conduce la cele mai mari valori ale răspunsului spectral.

Valorile maxime ale deplasărilor sunt în teren în partea superioară a acestuia. Valorile maxime ale eforturilor unitare sunt în structura de beton a tunelului pe pereții laterali. Și zona radierului este solicitată la valori care se apropie de valorile maxime.

Pentru deplasări, răspunsul spectral maxim la încărcarea spectrală pe verticală este de circa 14 ori mai mare decît răspunsul spectral maxim la încărcarea spectrală pe orizontală.

Deplasări nodale: de la 0,003 la 0,042 (m).

Pentru eforturi unitare, răspunsul spectral maxim la încărcarea spectrală pe verticală este de circa 7,5 ori mai mare decît răspunsul spectral maxim la încărcarea spectrală pe orizontală.

Eforturi unitare pe direcțiile spectrale: de la 2 192,3 la 1452,3 (kN/m ) Se poate spune că răspunsul spectral de tip deplasare este de 2 ori mai sensibil decît răspunsul de tip efort unitar.

Deplasarea maxima spectrală pe verticală – de 4,2 cm - este sub deplasarea statică sub greutatea proprie – de 5,3 cm – reprezentînd circa 80% din

aceasta. Deplasarea maxima spectrală pe orizontală – de 1,0 cm – este cu circa 37% mai mare decît deplasarea orizontală maxima static – 0,73 cm.

Bibliografie 1. Andersen, L., Hausgaard Lyngs, J. Shortcomings of the Winkler Model in the Assessment of Sectioned Tunnels under Seismic Loading, DCE Technical Memorandum No. 10, Aalborg University, 2009 2. Anderson, D.G., Richart, F.E. Jr. Effects of Straining on Shear Modulus of Clays, Journal of Geotechnical Engineering, Division ASCE, pp.127(1976).

3. Bilotta, E., Lanzano, G., Gianpiero, R., ş.a.

Pseudostatic and Dynamic Analyses of Tunnels in Transversal and Longitudinal Directions, 4th International Conference on Earthquake Geotechnical Engineering, Thessaloniki, Greece (2007).

4. Hardin, B.O., Drnevich, V.P. Shear Modulus and Damping in Soils: Design Equations and Curves, Proceedings of ASCE: Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, Vol.98 (SM7), pp.667–692, 1972 5. Ritziu, W.F. Calculul incarcarilor statice si raspunsul dinamic propriu al unei constructii subterane, Annals of the University of Petroșani, Mining Engineering, 2011.

Revista Minelor nr. 1 / 2012

36

ALUNECĂRI DE TEREN ŞI PRĂBUŞIRI DE PANTĂ ÎN ZONA LACULUI DE ACUMULARE GURA APELOR Nicolae PĂUNESCU* Abstract Impresia unei linişti interioare totale pe care ne-o dă scoarţa rigidă a pământului este înşelătoare.

Cercetarea zonei are ca scop identificarea şi efectuarea lucrărilor de consolidare a deplasării unor porţiuni formate din roci pe o suprafaţă înclinată care sau produs în zonele în care solul este format din diferite tipuri de argile, având proprietatea de a se umfla atunci când sunt îmbibate cu apă sau rezultatul în urma operaţiilor de îngheţ dezgheţ şi soluţionarea rezultatelor obţinute în teren din punct de vedere geologic.

Barajul Gura Apelor, având o zonă de interes turistic, ar putea duce la pierderi materiale majore şi pierderi omeneşti din cauza produceri alunecărilor fregvente fără a se lua măsuri.

kilometri depărtare de oraşul Haţeg din judeţul Hunedoara, se află uriaşul baraj Gura Apelor şi la 400 km pe calea ferată, faţă de capitala ţării.

Valea Râului Mare, respectiv a Lăpuşnicului Mare, adâncite cu circa 1.000 m, în podurile suprafeţei de eroziune Borăscu, desparte Retezatul de munţii Ţarcu şi Godeanu. Spre E, Râu Bărbat şi Pilugu constituie adevărata limită a masivului, separându-l de Munţii Tulişa.

Fig.1 Desprinderi de rocii pe drumul de acces spre barajul Gura Apelor.

1. Introducere Lucrarea de faţă este elaborată pe baza cercetărilor făcute în teren, pentru a determina riscurile alunecării de teren din zona lacului de acumulare Gura Apelor de pe Râul Mare Retezat şi a câmpurilor adiacente.

2. Localizarea geografică Perimetrul studiat se află în Carpaţii Meridionali, în judeţul Hunedoara, mai precis în perimetrul localităţii Haţeg. La capătul unui drum anevoios se găseşte un relief muntos cu pante abrupte printre pereţi înalţi de stâncă, la aproape 47 ____________________________________ * Drd.ing.- Universitatea din Petroşani Revista Minelor nr. 1 / 2012

Fig.2 Localizarea geografică a perimetrului studiat si vedere de ansamblu al barajului Gura Apelor in timpul golirii

3. Clima În Munţii Retezat nu există staţii meteorologice, clima fiind determinată prin interpolarea datelor obţinute la staţiile meteo, Parâng, Petroşani şi Hunedoara.

Masivul este situat în calea maselor de aer vestic şi sud-vestic. La peste 2000 m altitudine temperatura medie anuală a aerului este de -2o, -4o C. Înspre altitudinile de 1400-1500 m valorile medii ale temperaturii aerului ajung la 2o, -4o C. În

37

luna cea mai caldă, iulie, temperatura medie a aerului este în jur de 6o C pe culmile cele mai înalte şi de 8o-10o C începând de la limita superioară a pădurii, înspre poalele masivului. În luna cea mai rece, ianuarie, la peste 2000 m temperatura medie a aerului este în jur de -10o C, iar începând de la limita superioară a pădurii creşte la -8o, -6o C. 4. Condiţii geologice Din punct de vedere geologic zona este complexă datorită atât numeroaselor unităţi tectonice, cât şi multitudinii tipurilor de roci (sedimentare, eruptive, metamorfice), existente.

Aşa cum rezultă din harta geologică (fig.3), în cadrul zonei se individualizează “Unităţile danubiene inferioare”, sunt alcătuite din formaţiuni polimetamorfice străbătute de masive granitice şi formaţiuni slab metamorfozate atribuite Paleozoicului precarbonifer.

În cadrul acestor unităţi se diferenţiază: - Unitatea de Retezat - Parâng cu şisturi cristaline de tip Drăgşan şi granitoide de Retezat.

- Unitatea de Nucşoara, este alcătuită din şisturile cristaline ale formaţiunii de Râuşor (milonite, biotite) şi de Nucşoara.

- Unitatea de Petreanu, cu formaţiunea polimetamorfică de Bodu, străbătută de gnaisele de Petreanu şi de granitoidul de Vârful Pietrei, acoperite de formaţiunea devoniană slab metamorfozată de Vidra.

- Cuvertura sedimentară permo-mezozoică, danubian inferioară, cu calcare, arcoze, gresii, argilite permiene, gresii şi arcoze jurasice.

- Unităţile danubiene superioare sunt constituite din roci sedimentare, uneori slab metamorfozate şi roci cristaline (gnaise, amfibolite). În cadrul unităţilor se diferenţiază unitatea de Poiana Mărului, cu formaţiunea de Zeicani - şisturi verzi şi formaţiunea Lăpuşnic - argilite cuarţoase şi grafitoase, gresii, microconglomerate, calcare.

Roca din fundaţia amplasamentului barajului este constituită din: roci granitice dure, compacte şi puţin permeabile, în zona centrală (patul stâncos al albiei râului) şi pe versantul stâng.

5. Tectonica zonei studiate Unităţile Danubianului inferior stau sub semnul a două elemente majore: a) înclinarea dinspre SE spre NV a formaţiuni de Râuşor, de către rocile unităţii de Retezat-Parâng, în lungul unei linii ce se situează în versantul drept al Râului Mare, trecând apoi spre NE în văile Râuşorului, Cetăţii şi Nucşoarei, cu direcţia E-V. Planul de încălecare este considerat de vârstă prealpină; b) sistemul de falii Râul Mare, care separă între ele unităţile danubiene inferioare de Nucşoara şi Petreanu, cu direcţii predominate NE-SV şi căderi spre SE. Faliile nu afectează depozitele mezozoice, dar sunt acoperite atât la capătul nordic, cât şi la cel sudic de planul tectonic alpin din baza Danubianului superior. Acest sistem de falii poate fi prealpin, sinalpin, dar sigur anterior şariajului danubian superior.

Fig.3 Harta geologică a regiunii barajul Gura Apelor si legenda

6. Date hidrologice şi hidrogeologice.

Munţii Retezat sunt caracterizaţi printr-o reţea deasă de ape curgătoare, cu un debit bogat şi permanent.

Cel mai important curs de apă îl reprezintă Râu Mare, cu un bazin de 894 km2 şi o lungime de 65,8km. În zonă se regăsesc înfiltraţii de apă sub formă de picurări şi şiroiri în rocile fisurate, iar pe diferite tronsoane în care traversează falile, sunt curgeri de apă sub formă de şiroiri şi izvoare cu debite Revista Minelor nr. 1 / 2012

38

alimentate din versanţii sau din lac, apreciate cu debite de aproximativ 3 - 5 l/s. În şisturile cristaline, înfiltraţiile de apă sunt reduse ca debit, ele apărând de obicei pe feţele de fisuraţie sub formă de picurări slabe, şiroiri şi foarte rar sub formă de izvoare.

Prezenţa apelor de înfiltraţie în masa şisturilor cristaline a provocat în timp o alterare şi degradare a rocilor mai intens tectonizate.

Din punct de vedere hidrogeologic, pe baza unor cartări în deschideri naturale (pâraie, şiroiri, umeziri), şi în adâncime (foraje, puţuri, galerii), pentru realizarea unui model hidrogeologic al amprizei barajului, au fost determinate următoarele caracteristici: nivelul apelor subterane, permeabilitatea, absorbţia de apă, mineralizarea apei şi consumul de materiale solide necesare impermeabilizării rocilor.

Piezometria, remarcă două tipuri de acvifere şi anume: un acvifer cantonat pe versanţi, de tip fisural, neregulat ca formă, cu adâncimi cuprinse între 5 şi 35 m şi un acvifer cantonat în albie, în stratul aluvionar, la adâncimea medie de 2 m.

7. Deplasările de roci şi procesele de eroziune Alunecările afectează unităţile de relief montan, fiind răspândite în zona lacului de acumulare Gura Apelor.

materiale şi de vieţi omeneşti sub Barajul Gura Apelor, din cauza formării uni baraj natural pe un pârâu. De aceea, prima grijă în cazul formării unor asemenea baraje este drenarea barajului şi înlăturarea obstacolului din calea cursului de apă.

Fig. 5 Alunecare de teren în zona de captare Tomeasa spre Râul Şes

În aceşti munţii din zona barajului, versanţii alcătuiţi din şisturi cristaline şi roci vulcanice sunt afectaţi de prăbuşiri şi rostogoliri ale rocilor însoţite de formarea unor trene de grohotişuri cu dimensiuni diferite.

Fig. 6 Alunecări şi dizlocări de gnaise granitice alterate şi argile, de pe Râul Şes

Fig. 4 Privire de ansamblu pe Râul Şes după golirea barajului Gura Apelor

În condiţii favorabile de umiditate, cu ploi de lungă durată şi cu topirea bruscă a straturilor de zăpadă, se înregistrează numeroase reactivări ale alunecărilor vechi care pun în pericol drumurile de acces în zonă şi apar unele noi.

Alunecările afectează versanţii barajului Gura Apelor în ansamblu, fiind separate în mai multe compartimente cu o dinamică diferită. Uneori sunt barate văile, formându-se baraje naturale ce reprezintă un pericol pentru localităţile şi terenurile din aval, aşa cum a fost catastrofa din 1999 în colonie, unde s-au produs importante pierderi Revista Minelor nr. 1 / 2012

Modificarea, în timp, a precipitaţiilor şi a regimului hidrologic al versanţiilor, va avea un impact direct asupra modelării reliefului, iar tendinţa de creştere a temperaturii determină unele modificări ale cuverturi vegetale.

Fig. 7 Dărâmaturi şi grohotişuri de pantă, provenite din şisturi alterate

39

Căderile de roci sunt mai numeroase în perioadele cu alternanţe frecvente ale îngheţului şi dezgheţului, cum este primăvara. Aceste procese sunt un pericol pentru drumul care străbate regiunea muntoasă, fiind necesare măsuri speciale de protecţie.

Datorită precipitaţiilor abundente şi a agenţilor de transport, versanţii de pe Râul Mare Retezat sunt afectaţi de alunecări, ceea ce duce la deplasarea unor mase coerente de sol şi roci pe versanţii, în lungul unor planuri, ce sunt separate de partea stabilă a versanţiilor, fiind denumite suprafeţe de alunecare.

Râu Mare, în aval de Barajul Gura Apelor, din Munţii Retezat. Viitura a fost asociată cu o intensificare a proceselor hidro-geologice şi morfologice. S-a format un baraj temporar alcătuit din trunchiuri de copaci şi fragmente de rocă pe un pârâu foarte mic, ce a produs o curgere de sfărâmături care a generat 13 victime, 21 de răniţi şi distrugeri ale căilor de comunicaţie pe zeci de kilometri. Viitura a fost produsă de cantităţile mari de precipitaţii (235,1 mm, Cal, H2O la staţia hidrometrică Râu Mare), precipitaţi căzute în intervalul 8 - 11 iulie 1999.

Fig. 8 Recunoaşterea pe teren a unei alunecări de teren

Cauzele alunecărilor întâlnite în zona de studiu constau în excesul de apă de pe versanţi datorat precipitaţiilor abundente topirii zăpezilor, izvoarelor existente, morfologiei terenurilor, naturi şi structura rocilor.

Categoriile de elemente afectate de aceste alunecări de teren şi dărâmături de pantă de pe Râul Mare Retezat sunt: mediul natural, mediul construit, populaţia, bunurile materiale, etc.

Indicii asupra prezenţei unor alunecări de teren sunt: treptele de denivelare pe versanţi, zonele vălurite pe versanţi, existenţa pe versanţi a unor suprafeţe în formă de limbă, zonele cu exces de umiditate pe pante, izvoarele sau emergenţele difuze de apă, în special, în jumătatea inferioară şi la baza zonelor considerate ca fiind alunecate. Mai sunt copaci cu trunchiuri aplecate în direcţii diferite pe versanţi.

8. Viituri şi inundaţi Sunt hazarde naturale cu impact asupra reţelei de aşezări, căi de comunicaţie şi terenuri. Viiturile sunt datorate ploilor abundente, topiri zăpezilor sau combinările celor două fenomene.

Propagarea undelor de viitură este puternic modificată de activităţile antropice.

Cele mai însemnate consecinţe le au viiturile din bazinele hidrografice mici, ce sunt însoţite de o creştere semnificativă în timp scurt a transportului de aluviuni grosiere cu impact direct asupra aşezărilor şi căilor de comunicaţie. O astfel de viitură a fost produsă în 11 iulie 1999, în bazinul

9. Concluzii şi recomandări Alunecările au o răspândire largă în unităţile de relief ale zonei de cercetare, fiind favorizate de prezenţa rocilor argiloase şi marnoase, de regimul ploilor (care generează o umiditate accentuată a versanţilor în anumite perioade din an).

Caracteristicile formaţiunilor din această zonă sunt foarte diferite atât din punct de vedere mineralogic şi petrografic, cât şi din punct de vedere al sistemului de fisurare influenţat, probabil, de tensiunile foarte mari datorate metamorfismului regional.

Abordarea sistemică a problemelor alunecărilor de teren din zona lacului de acumulare Gura Apelor poate conduce la: - cauzele pierderii stabilităţii şi a fenomenelor ce au loc în versanţi; - posibilitatea stabilirii treptate a unor legături cauză - efect, ce vor face materialul detaşabil a alunecărilor să poată fi parţial controlabil.

Cercetările efectuate pot conduce treptat la precizarea şi detalierea alunecărilor şi prevenirea unor catastrofe în zona de interes atât din punct de Revista Minelor nr. 1 / 2012

40

vedere turistic cât şi din punct de vedere al producerii de energie electrică.

Se recomandă o mai bună corelare a lucrărilor de consolidare cu fenomenele din natură şi conceperea unor genuri noi de lucrări pentru siguranţa trecătorilor.

Trebuie stabilită şi asigurată funcţionarea permanentă a sistemului informaţional, pe plan local pentru alarmarea în caz de dezastre.

Se impune informarea opiniei publice prin mass-media asupra zonelor de risc potenţial, iminenţei producerii alunecărilor de teren, a efectelor acestora, precum şi asupra măsurilor luate.

Revista Minelor nr. 1 / 2012

Bibliografie 1. Arad V., Todorescu A. Ingineria rocilor şi structurilor de suprafaţă, Editura Risoprint Cluj-Napoca 2006.

2. Centrul de Informare şi Documentare Tehnică Procedee actuale pentru îmbunătăţirea stabilităţii pământurilor. Studii de sinteză 1975.

3. Păunescu, N. Contribuţii privind proprietăţile corpului de anrocamente al Barajului Gura Apelor, influenţa unor solicitări seismice în vederea prevederii unor posibile avarii. Raport de cercetare, Petroşani, 2009.

4. Surdeanu, V. Geografia terenurilor degradate Presa Universitară Clujeană, 1998.

41

MODEL GEOTEHNIC 3D PENTRU ZONA NORD – VESTICÃ A MUNICIPIULUI BUCUREŞTI Mihaela PAGNEJER* Abstract: Obiectivul lucrãrii îl constituie realizarea unui model geotehnic 3D cu trei componente: stratigraficã, litologicã şi parametricã necesar proiectãrii lucrarilor subterane.

Modelul realizat este util pentru proiectarea în condiţii geotehnice corespunzãtoare a lucrarilor subterane, pentru transportul subteran (pasaje subterane, metrou, amenajãri hidrotehnice).

Modelul are o extindere în suprafaţã de aproximativ 95 km2 cuprinzând zonele de luncã ale râurilor Dâmboviţa şi Colentina, interfluviul Dâmboviţa - Colentina, Câmpul înalt şi terasele Colentinei.

Modelul se dezvoltã de la suprafaţa terenului pânã la o adâncime de aproximativ 30 metri şi traverseazã depozitele de umpluturã precum şi formaţiunile Loessului, de Colentina şi ale “depozitelor intermediare”.

Datele utilizate pentru realizarea modelului sunt obţinute din 71 de foraje amplasate în zona nord-vesticã a Bucureştiului în interiorul inelului de cale feratã.

Pentru realizarea modelului s-au folosit modele topo-probabiliste (kriging).

Cuvinte cheie: model geotehnic 3D, model stratigrafic, litologic, parametric, kriging 1. Introducere Proiectarea lucrarilor subterane în condiţii de siguranţã impune cunoaşterea detaliatã a geologiei formaţiunilor afectate de viitoarea lucrare. Pe lângã datele de naturã stratigraficã, litologicã şi structuralã ale formaţiunilor, este necesarã cunoaşterea în detaliu şi a caracteristicilor fizicomecanice ale acestor formaţiuni.

Modelul geotehnic 3D realizat are o componentã stratigraficã, una litologicã şi una parametricã pentru formaţiunile depuse pe primii 30 de metri în zona de nord-vest a oraşului (fig. 1).

Construirea modelelor 3D s-a bazat pe informaţiile obţinute din 71 de foraje geotehnice amplasate în arealul cercetat. Realizarea modelului 3D s-a bazat pe modelele topo-probabiliste (kriging) care permit evaluarea incertitudinii distribuţiei parametrilor geotehnici. Gradul de incertitudine este dat de distribuţia punctelor de observaţie şi de variabilitatea parametricã a formaţiunilor. _____________________________ * Drd. ing. Universitatea din Bucureşti

2. Cadrul geomorfologic general al zonei nord – vestice a municipiului Bucureşti În condiţiile actuale, când subasmentul Municipiului Bucureşti şi al zonei situate în interiorul inelului de cale feratã constituie obiectul a numeroase studii geotehnice, hidrogeologice, de geologie ambientalã şi de urbanism, realizarea unei sinteze privind litostratigrafia şi structura formaţiunilor ce fac obiectul acestor studii este oportunã şi necesarã.

Municipiul Bucureşti ocupã partea centralã a câmpiei Vlãsiei, aşezatã la rândul ei în partea centralã a câmpiei Române. Relieful din Municipiul Bucureşti este monoton, cu altitudini cuprinse între cotele 95 – 55 m (Fig. 1.1). Râurile Colentina şi Dâmboviţa, cu cote ale luncilor de 85 m în amonte şi de 55 m în aval şi sensuri de curgere NV-SE, au separat în Câmpia Bucureştiului trei porţiuni relativ egale ca extindere dar distincte ca vârstã şi constituţie litologicã (Enciu et al., 2008).

Câmpul Otopeni este prezent pe stânga râului Colentina, în spaţiul pãdurii Bãneasa şi în prelungirea ei vesticã spre localitatea Strãuleşti.

Cãtre est, acesta continuã la nivelul pãdurilor Tunari, Boldu-Creţuleasca şi Ştefãneşti. Câmpul Colentinei ocupã spaţiul dintre râurile Colentina şi Dâmboviţa. Câmpul Cotroceni se dezvoltã la sud de lunca Dâmboviţei şi, în limitele arealului Municipiului Bucureşti, are în alcãtuire un Câmp înalt şi trei terase modelate de râul Argeş.

Fig. 1 Zona de dezvoltare a modelului geotehnic 3D

Revista Minelor nr. 1 / 2012

42

Din punct de vedere geologic, teritoriul circumscris Municipiului Bucureşti şi sectorului din interiorul inelului de cale feratã se suprapune pe o porţiune din marginea nordicã a platformei Moesice. În cel din urmã ciclu evolutiv, platforma Moesicã (constituitã dintr-un fundament cutat şi metamorfozat şi dintr-o cuverturã sedimentarã) a fost ocupatã de apele Paratethysului central, cunoscut în literatura românã de specialitate sub numele de Bazinul Dacic. În acest ultim ciclu de sedimentare s-au acumulat formaţiuni aparţinând grupurilor Olt – Vedea (Badenian – Sarmaţian), Optaşi – Cartojani (Meoţian – Ponţian) şi de Bucureşti (Pliocen – Cuaternar) (Pauliuc et al., 1979; Marinescu et al., 1998).

Grupul de Bucureşti conţine nouã formaţiuni: Formaţiunea de Merişani (Dacian inferior), Formaţiunea de Cãlineşti (Dacian superior), Formaţiunea de Izvoarele (Romanian inferiormediu), Formaţiunea de Frãteşti (Romanian superior - Pleistocen inferior), Formaţiunea de Coconi (Pleistocen mediu), Formaţiunea de Mostiştea (Pleistocen mediu), Formaţiunea „depozitelor intermediare”, Formaţiunea de Colentina şi Formaţiunea Loessului. Primele trei au fost definite de Papaianopol şi Marinescu (1994) şi ultimele şase de Liteanu (1952, 1953), Liteanu şi Ghenea (1966), Alexeeva et al. (1983).

Formaţiunile geologice interceptate în cele 71 de foraje geotehnice din baza de date sunt: • Formaţiunea Loessului; • Formaţiunea de Colentina; • Formaţiunea „depozitelor intermediare”.

Depozitele intermediare se dezvoltã între Formaţiunea de Mostiştea şi Formaţiunea de Colentina şi sunt reprezentate printr-o formaţiune argiloasã – prãfoasã cu una sau douã intercalaţii de nisipuri fine.

Sedimentele argiloase sunt constituite din argile şi marne vinete sau cenuşii şi depozite loessoide având canalicule de calcit, pungi cu calcare pulverulente şi concreţiuni. Unele dintre acestea sunt mai mult sau mai puţin nisipoase sau prezintã ochiuri de nisip. În unele zone din Capitalã depozitele au între anumite limite structurã lenticularã.

Fauna depozitelor este reprezentatã prin specii aparţinând genurilor: Viviparus, Melanopsis, Succinea şi prin fragmente de alte gasteropode.

Formaţiunea de Colentina este constituitã la partea superioarã dintr-un nisip fin ruginiu ce trece treptat spre adâncime intr-un nisip roşu-portocaliu (George Vâlsan, 1971) cu numeroase resturi organice. În adâncime, granulozitatea creşte, trecându-se la pietrişuri. Întregul banc prezintã o sedimentare în lentile ale cãror dimensiuni cresc Revista Minelor nr. 1 / 2012

cãtre patul stratului, indiferent dacã materialul este constituit din nisip fin cu micã sau pietriş. Toate acestea aratã o acţiune variatã a apelor curgãtoare care au depus pietrişurile de bazã într-un regim torenţial şi apoi, într-o epocã de maturitate, au adus nisipuri sedimentate în lentile mici. Pietrişurile sunt constituite din fragmente de cuarţite, micaşisturi, gnaise, gresii, jaspuri ş.a.

Fauna de mamifere fosile cuprinde: Elephas primigenius sibiricus, Elephas antiquus, Cervus euryceros, Cervus megaceros, Bos priscus, Bos primigenius, Rhinoceros tichorhinus, Canis lupus, Hyaena crocuta.

Grosimea depozitelor ce constituie Formaţiunea de Colentina variazã funcţie de capabilitatea cursurilor, fiind tot mai mare de la Colentina (3-5 m), la Dâmboviţa (3-7 m) şi la Argeş (5-7 m).

Formaţiunea Loessului este constituitã dintr-o succesiune de 1-5 strate extinse şi continue de loess separate de soluri îngropate (Enciu et al., 2008) şi prezintã grosimi extrem de diferite, de la 1-2 m la aproape 30 m. Depozitele argiloase loessoide se caracterizeazã din punct de vedere litologic prin variaţia granulometricã a elementelor componente: argile, prafuri şi nisipuri fine.

Aceste depozite se prezintã sub formã de aglomerate lenticulare mai mult sau mai puţin argiloase, cu separaţii calcaroase şi mangano – feruginoase sub formã de canalicule, concreţiuni sau pungi de calcar pulverulent şi cu dese cuiburi sau fâşii de nisip.

Culoarea acestor depozite variazã de la galbenroşcat la vânãt şi cenuşiu; succesiunea culorilor este extrem de dezordonatã. Aceasta are semnificaţia cã şi condiţiile de sedimentare sunt variate: în regim eolian şi probabil, local, în mici acvatorii (bãlţi, braţe de curs abandonate etc.).

Potrivit datelor din literatura de specialitate, loessul este o depunere eolianã specificã intervalelor reci şi cu o circulaţie atmosfericã mai activã iar solurile fosile s-au format în intervalele cu climã temperat-caldã, mai bogate în precipitaţii. În ceea ce priveşte structura formaţiunilor, în 1989 (Visarion et al.) realizeazã sinteza elementelor structurale de pe toatã Platforma Moesicã pe baza investigaţiilor geofizice, ilustrând existenţa în zona Capitalei a douã sisteme de falii, NV - SE şi ENE – VSV (fig. 2).

Din analiza hãrţii reiese cã alãturi de faliile V E, majoritare, existã şi o generaţie mai nouã, cea a faliilor NNE - SSV. Între acestea, reţine atenţia falia ce traverseazã oraşul Bucureşti de la sud la nord, prin estul acestuia, ca şi prezenţa unor epicentre de cutremure intracrustale în nordul oraşului, în preajma flexurii Chitila (denumitã astfel de Sãndulescu, 1984).

43

Explicaţia falierii şi a generãrii seismelor o reprezintã antrenarea platformei în procesul de subducţie cãtre nord, sub Orogenul Carpatic.

Afundarea şi subducţia se fac în trepte, în lungul unor falii paralele cu Orogenul Carpatic.

3. Baza de date a modelului geotehnic 3D pentru zona nord – vesticã a municipiului Bucureşti Realizarea modelului geotehnic 3D pentru zona nord–vesticã a Municipiului Bucureşti s-a bazat pe informaţiile din 71 de foraje geotehnice (fig. 1) din care au fost prelevate 723 de probe pentru care s-au efectuat 5400 de determinãri ale parametrilor fizico-mecanici.

Informaţiile de naturã stratigraficã, litologicã şi parametricã au fost structurate intr-o bazã de date interactivã de tip ROCKWORKS. Aplicaţia de tip ROCKWORKS are la bazã o aplicaţie de tip ACCESS la care se adaugã un puternic instrument de zonare 3D. Datele stocate în baza de date de tip ACCESS creatã cu managerul de fişiere pentru foraje pot fi exportate în fişiere de tip ASCII, DBF şi EXCEL. Pentru selectarea datelor necesare prelucrãrilor în vederea realizãrii modelului geotehnic 3D pentru zona nord–vesticã a Municipiului Bucureştiului s-a

Fig. 2 Schiţa structuralã a Platformei Moesice (Visarion et al., 1989)

realizat o aplicaţie în Visual Basic (fig. 3), aplicaţie care: • preia datele din fişierele de tip EXCEL exportate din baza ACCESS a pachetului ROCKWORKS; • filtreazã datele dupã criteriile de selecţie: spaţial, stratigrafic, litologic şi parametric; • salveazã datele selectate în fişiere de tip ASCII compatibile cu programele utilizate pentru realizarea zonãrii parametrilor fizico-mecanici.

1 2 3 4 5

6

7

Fig. 3 Aplicaţie pentru selectarea datelor necesare realizãrii modelului geotehnic 3D

4. Metoda de calcul utilizatã pentru realizarea modelului geotehnic Realizarea modelului geotehnic 3D se bazeazã pe metode topo-probabiliste de interpolare între valorile alfanumerice (litologie, stratigrafie) şi numerice (parametri fizico-mecanici ai rocilor) obţinute dintr-o reţea de puncte de observaţie cu distribuţie neregulatã (cele 71 foraje amplasate în zona de studiu). S-au utilizat doua metode specifice:

•

kriging indicator pentru variabilele alfanumerice; • kringing punctual (ordinar/universal) pentru variabilele numerice.

Aplicarea kriging-ului în cele douã variante a fost precedatã de o analizã a datelor primare privind: • normalitatea distribuţiei valorilor numerice; • staţionaritatea distribuţiei spatiale a valorilor numerice; Revista Minelor nr. 1 / 2012

44

•

analiza anizotropiei valorilor alfanumerice şi numerice.

A fost necesarã normalizarea şi eliminarea tendinţelor regionale de tip polinomial (gradul doi) pentru modulul de deformaţie edometric.

Analiza anizotropiei s-a realizat utilizându-se ca instrument principal semivariograma:

()

1 γ (d ) = ∑ (v − v ) 2 ⋅ N (d ) ( ) N d

2

i

j

i , j d ij = d

în care:

()

Eroarea de estimare a modelului geotehnic 3D s-a realizat pentru un risc asumat α = 5% utilizându-se relaţia: ε ( x0 , y0 , α ) = ±2 ⋅ σ~R Kriging-ul permite optimizarea reţelei de investigare prin metoda punctului fictiv care utilizeazã ca instrument modelul de variogramã al structurii (model care înglobeazã parametrii de anizotropie).

Calculul parametrilor de anizotropie (orientarea elipsoidului de anizotropie θ şi raportul

R ) se realizeazã cu ajutorul r

N d – numãrul de perechi de valori situate la

de anizotropie η =

distanţa d ;

variogramei de suprafaţã pentru fiecare componentã a modelului 3D (cota suprafeţelor stratigrafice, tipul litologic, indicele de plasticitate etc.).

Pe baza erorilor maxime admisibile, reţeaua de investigare este amelioratã prin completarea acesteia cu puncte suplimentare de investigare care asigurã precizia solicitatã de studiile pentru proiectarea lucrarilor subterane.

d – distanţa orientatã dintre punctele i şi j în care sunt determinate valorile vi , v j ;

vi , v j – valorile mãsurate în punctele i şi j .

Estimarea valorilor şi a erorilor modelului geotehnic se bazeazã pe minimizarea varianţei erorilor de estimare sintetizatã în sistemele de kriging: a) pentru kriging ordinar: ⎧ n ∑ w i ⋅ γ~ij + μ = γ~i 0 , ∀ i = 1, 2 , … , n ⎪⎪ j = 1 ⎨ n ⎪ wi = 1 ∑ ⎪⎩ i =1

b) pentru kriging universal k ⎧ n ~ ⎪⎪ ∑ w j ⋅ γ ij + ∑ μ l ⋅ f l ( p i ) = γ i 0 , i = 1, 2 , … , n j =1 l =1 ⎨ n ⎪ w i ⋅ f l ( p i ) = f l ( p 0 ), l = 1, 2 , … , k ∑ ⎪⎩ i =1

în care: γ~ij - valoarea variogramei pentru perechea de valori vi , v j situate la distanţa d ij ;

wi - ponderea valorilor vi ;

5. Modelul geotehnic 3D al formaţiunilor din zona de nord–vest a municipiului Bucureşti Modelul geotehnic realizat se extinde pe o suprafaţã de 95 km2 în zona de nord-vest a Municipiului Bucureşti şi a fost construit pe baza celor 5400 de valori ale parametrilor fizicomecanici determinaţi pe probele prelevate din cele 71 de foraje (fig. 1). Cele trei componente ale modelului geotehnic 3D sunt: modelul stratigrafic, modelul litologic şi modelul parametric.

Caracteristicile geometrice ale reţelei de interpolare a modelului stratigrafic, litologic şi parametric (fig. 4) sunt: Δx = 50m , Δy = 50m şi Δz = 1m unde Δx, Δy, Δz reprezintã distanţele dintre nodurile reţelei de interpolare pe direcţiile Ox (vest-est), Oy (nord-sud) şi Oz (cota).

μ - parametrul lui Lagrange;

z

f l - funcţia tendinţei regionale în punctele de observaţie pi ; ( i = 1,2,..., n ); n - numãrul de puncte de observaţie.

Valoarea estimatã se calculeazã cu: n

v *p0 = ∑ wi ⋅ vi

N

Δx W

Δz

Δy

i =1

iar varianţa minimã a erorii de estimare: a) pentru kriging ordinar cu: σ~ R2 =

n

∑

i =1

E

O

x

S y

w i ⋅ γ~i 0 + μ

b) pentru kriging universal cu: n

k

i =1

j =1

σ~R2 = ∑ wi ⋅ γ~i 0 + ∑ μ j ⋅ f j ( p0 ) Revista Minelor nr. 1 / 2012

Fig. 4 Caracteristicile geometrice ale reţelei de interpolare

45

5.1 Modelul stratigrafic Unitãţile stratigrafice ale modelului sunt (de la suprafaţa terenului spre adâncime): Formaţiunea Loessului, Formaţiunea de Colentina şi Formaţiunea “depozitelor intermediare”: • Formaţiunea Loessului are grosimi maxime pe Câmpul înalt, lipsind în luncile celor douã râuri; • Formaţiunea de Colentina apare aproape în întreg arealul cercetat, grosimea orizontului fiind variabilã; ea lipseşte în unele foraje din S-V şi din N-V extrem al arealului cercetat; • Formaţiunea “depozitelor intermediare” are o dispoziţie relativ uniformã; existã şi foraje care nu au interceptat aceastã formaţiune.

Acestor trei unitãţi stratigrafice li se adaugã un orizont de umpluturã reprezentat prin materiale de construcţie rezultate din demolãri.

Grosimile medii ale celor patru unitãţi ale modelului stratigrafic (tabel 1) indicã prezenţa umpluturilor şi depozitelor loessoide, mai puţin recomandate pentru execuţia lucrãrilor subterane, pânã la adâncimi de 6 m. La adâncimi mai mari de 6 m predominã Formaţiunea de Colentina cu proprietãţi de capacitate portantã mai bune, care asigurã stabilitate lucrãrilor de fundare sau subterane dacã sunt rezolvate problemele legate de afluxul apei subterane.

Tabel 1 Grosimile medii şi volumul unitãţilor stratigrafice interceptate în cele 71 foraje

Formaţiunea Umpluturã Formaţiunea Loessului Formaţiunea de Colentina Formaţiunea “depozitelor intermediare”

Grosimea medie [m] 0,95 5,00 7,16 17,90

Variaţii semnificative ale limitelor acestor unitãţi care apar la scarã localã sunt puse în evidenţã de modelele 3D de detaliu realizate pentru acest scop.

Modelul stratigrafic 3D realizat (fig. 1.5) permite detalierea morfologiei suprafeţelor de separaţie dintre unitãţile stratigrafice identificate.

Modelul stratigrafic 3D poate fi secţionat pe traseul oricãrei lucrãri cu plane orizontale la diverse cote

Volum *107 [m3] 9 48 68 170

(ex. harta la cota +78m - fig. 1.6) sau plane verticale (ex. secţiunea SV – NE - fig. 1.7) care permit stabilirea cu precizie a formaţiunilor prezente la adâncimea excavaţiilor executate şi în pereţii laterali ai acesteia.

Modelul stratigrafic poate fi actualizat cu uşurinţã în zonele lucrarilor subterane proiectate prin simpla introducere în baza de date a informaţiilor din forajele suplimentare executate.

NE

SV

Fig. 5 Model stratigrafic 3D

SV

Dambovita

Fig. 6 Hartã stratigraficã la cota +78m

NE

Fig. 7 Secţiune SV – NE prin modelul stratigrafic 3D

Revista Minelor nr. 1 / 2012

46

argilos nisipos (PAN), pãmânt vegetal (PVEG), umpluturã (U).

Pentru fiecare unitate geomorfologicã au fost evaluate ponderile tipurilor litologice pe baza histogramelor nominale şi a diagramelor ternare (ex. Câmpul înalt; fig. 1.8 şi fig. 1.9) precum şi analiza comparativã între unitãţile geomorfologice studiate (ex. luncile Dâmboviţei şi Colentinei - fig.

1.10).

5.2. Modelul litologic Modelul litologic 3D a fost realizat pe baza analizei litologiei a tuturor unitãţilor geomorfologice cuprinse în arealul cercetat: luncile Dâmboviţei şi Colentinei, Câmpul înalt, Interfluviul Dâmboviţa – Colentina, terasele Colentinei.

Varietatea litologicã din arealul studiat este reprezentatã de toate tipurile litologice prezente în diagrama ternarã la care se adaugã patru categorii suplimentare: nisip prãfos-argilos (NPA), praf

Lunca Dâmboviţei 45 350

40

300

35

250

200

30

150

25 100

20

50

15

Lunca Colentinei

5 0

100 0

U

PNA

Pi

luncã

PRAF

Fig. 9 Diagrama ternarã a depozitelor din Câmpul înalt cu izolinii de frecvenţã absolutã

Caracteristicile litologice principale are arealului studiat rezultate din analiza statisticã a datelor (723 de probe prelevate din cele 71 de foraje pentru care s-au efectuat 5400 de determinãri) sunt: • distribuţia tipurilor litologice din luncile Dâmboviţei şi Colentinei este similarã (fig. 10) şi este caracterizatã prin predominanţa nisipurilor (cel mai proeminent), argilelor prãfoase şi pietrişurilor precum şi printr-un minim al fracţiunii prãfoase; • distribuţia tipurilor litologice din Câmpul înalt, Interfluviul Dâmboviţa – Colentina şi terasele Colentinei este similarã şi este caracterizatã prin predominanţa argilei prãfoase şi a prafurilor argiloase.

Cuantificarea similaritãţii distribuţiei litologice în luncile Dâmboviţei şi Colentinei, pe de o parte şi în Câmpul înalt, Interfluviul Dâmboviţa – Colentina şi terasele Colentinei, pe de alta parte, sa realizat pe baza unor coeficienţi de corelaţie litologicã mai mari de 0,85 în ambele cazuri. Toate aceste rezultate indicã existenţa a douã domenii de omogeneitate litologicã: luncã şi terasã.

Variabilitatea litologicã semnificativã a arealului studiat (13 tipuri litologice distincte) are o configuraţie spaţialã complexã marcatã în mod semnificativ de caracteristicile modelului stratigrafic: Revista Minelor nr. 1 / 2012

S1

0 100

50

Nume gr upa

Fig. 8 Histograma nominalã a litologiei formaţiunilor din Câmpul înalt

PVEG

P

NP

N

AP

A

0

10

Fig. 10 Diagrama distribuţiei frecvenţelor tipurilor litologice în luncile Dâmboviţei şi Colentinei

•

variaţia litologicã tranşantã la limita dintre Formaţiunea Loessului şi Formaţiunea de Colentina; • variaţia litologicã continuã la limita dintre Formaţiunea de Colentina şi Formaţiunea “depozitelor intermediare”.

Aceste caracteristici generale sunt mascate în modelul realizat de variaţii locale şi de distribuţia neuniformã a forajelor de investigare.

NE

SV

Fig. 11 Model litologic 3D

Modelul litologic 3D realizat (fig. 11) permite identificare unor caracteristici litologice generale ale zonei studiate: • pe Câmpul înalt, Interfluviu şi terasele Colentinei, fracţiunile argiloasã şi prãfoasã sunt

47

•

•

•

predominante la partea superioarã a formaţiunilor Cuaternare, intrând în componenţa Formaţiunii Loessului iar fracţiunea argiloasã, regãsitã şi la adâncimi mai mari, intrã şi în constituţia Formaţiunii “depozitelor intermediare”; în zonele de luncã, fracţiunea nisipoasã este plasatã preponderent la suprafaţã dar este prezentã şi în adâncime, nisipul intrând în constituţia Formaţiunii de Colentina dar şi a Formaţiunii “depozitelor intermediare”; pe un fond general cu conţinut în argilã mai mic de 20 %, la cota +67 m distribuţia în plan orizontal pune în evidenţã extinderea orizontului “argilelor intermediare”; distribuţia maximelor fracţiunii prãfoase la cota + 80 m pe Câmpul înalt, Interfluviu şi terasele Colentinei pune în evidenţã extinderea spaţialã

SV

a depozitelor loessoide din aceste unitãţi geomorfologice; • la cota +73 m, în terasele Colentinei se regãsesc depozitele necoezive de terasã iar în unitatea Câmpul înalt depozitele necoezive au o distribuţie lentiliformã.

Pe acest fond general, în arealul studiat apar discontinuitãţi litologice pe orizontalã şi verticalã vizibile la scarã localã. Aceastã variabilitate poate fi detaliatã în secţiuni verticale (fig. 12 şi fig. 13) şi hãrţi orizontale în zonele în care sunt proiectate lucrari subterane. Procedura de actualizare a modelului litologic este similarã cu cea aplicabilã modelului stratigrafic, modelul realizat având o mare flexibilitate, datoratã modelelor topoprobabiliste utilizate.

Dâmboviţa

NE

Fig. 1.12 Secţiune SV-NE prin modelul litologic 3D

NE 90

80

70

60

Fig. 1.13 Variaţia fracţiunii nisipoase în secţiune verticalã SV-NE

5.3. Modelul parametric Modelul parametric 3D, fundamentat pe modelul stratigrafic şi cel litologic are ca obiectiv furnizarea parametrilor necesari proiectãrii pasajelor subterane, a lucrãrilor pentru metrou, poduri şi amenajãri hidrotehnice din zona nordvesticã a Municipiului Bucureşti.

Principalii parametri fizico-mecanici utilizaţi pentru realizarea modelului parametric sunt: indicele de plasticitate ( I P ), densitatea aparentã

( ρ ), porozitatea ( n ), modulul de deformaţie edometric ( Eed ), unghiul de frecare internã ( φ ), coeziunea ( c ) şi penetrarea dinamicã standard ( SPT ).

Construirea modelelor parametrice 3D pentru cei şapte parametri fizico-mecanici (ex. model parametric 3D pentru indicele de plasticitate Fig. 1.14) s-a bazat pe valorile determinate în cele 71 de foraje geotehnice din arealul analizat.

Revista Minelor nr. 1 / 2012

48

NE

SV

Fig. 14 Model parametric 3D pentru indicele de plasticitate

Cele şapte modele parametrice 3D realizate pe zona studiatã permit identificarea urmãtoarelor caracteristici ale distribuţiei valorilor parametrilor fizico-mecanici: • indicele de plasticitate, parametru specific stratelor argiloase, coezive: variaţia acestuia şi mai ales ariile de maxim se suprapun peste ariile de dezvoltare a "argilelor intermediare".

Aceastã informaţie este extrem de utilã în proiectarea lucrãrilor se susţinere şi epuisment ale obiectivelor civile cu unul sau mai multe niveluri subterane deoarece extinderea spaţialã a acestor depozite influenţeazã în mod determinant alegerea metodelor şi procedeelor tehnice de lucru; • densitatea aparentã: extremele acestui parametru evidenţiazã zonele în care depozitele necoezive se gãsesc în stare de îndesare medie sau afânatã, iar depozitele coezive au un grad de consolidare redus, influenţând în mod fundamental atât alegerea metodelor de fundare ale diverselor construcţii, cât şi regimul de pompaj al lucrãrilor de epuisment; • porozitatea: valorile maxime ale acestui parametru determinate în depozite coezive sau slab coezive sunt un indicator al gradului redus de consolidare şi implicit al unei arii cu parametri de rezistenţã reduşi;

•

modulul de deformaţie edometric: variaţia acestui parametru este în perfectã corelaţie inversã cu variaţia porozitãţii, astfel cã distribuţia zonelor cu compresibilitate foarte mare aproape se suprapune peste cea a zonelor cu porozitate extremã; • unghiul de frecare internã: variaţia acestui parametru scoate în evidenţã zonele de extrem, maxim ( φ >25º), respectiv minim ( φ <20º); • coeziunea: distribuţia coeziunii este corelabilã cu cea a unghiului de frecare internã, astfel zonele de extrem ale lui φ , corespund cu zonele de minim ale coeziunii; • penetrarea dinamicã standard: distribuţia valorilor SPT este foarte utilã din punct de vedere aplicativ, deoarece ea pune în evidenţã cu claritate zonele "vulnerabile", a cãror interpretare exactã trebuie corelatã cu analiza granulometricã.

Variabilitatea localã a parametrilor poate fi detaliatã prin secţionarea celor şapte modele parametrice cu plane verticale (ex. secţiunile SVNE cu variaţia indicelui de plasticitate şi a porozitãţii - fig. 1.15 şi fig. 1.16) şi plane orizontale la cotele fundaţiilor realizate sau la nivelul lucrãrilor miniere subterane pentru metrou.

Ip = 10 % Ip = 20 %

Ip = 35 %

90

80

70

60

Fig. 15 Variaţia indicelui de plasticitate în secţiune verticalã SV-NE

Revista Minelor nr. 1 / 2012

NE

49

n = 40 %

NE

90

80

70

60

Fig. 16 Variaţia porozitãţii în secţiunea verticalã SV-NE

6. Concluzii Modelul geotehnic 3D realizat pentru zona de nord-vest a Municipiului Bucureşti este un instrument complex şi de o mare versatilitate care furnizeazã în mod interactiv date parametrice necesare proiectãrii lucrãrilor subterane pentru metrou şi amenajãrilor hidrotehnice din zonã.

Cele trei componente ale modelului creat – modelul stratigrafic, litologic şi parametric – sunt fundamentate pe cele mai flexibile metode de interpolare spaţialã (kriging indicator, kriging punctual ordinar şi universal) şi pe o bazã de date reprezentativã (5400 de valori) pentru formaţiunile de vârstã cuaternarã investigate.

Caracteristica dominantã a structurilor spaţiale din cele trei modele este anizotropia, anizotropie care pentru formaţiunile acoperitoare cercetate a fost sintetizatã într-un model unic (fig. 17), model care a fost utilizat cu erori acceptabile pentru evaluarea distribuţiei spaţiale a unitãţilor stratigrafice, litologice şi a parametrilor fizicomecanici.

12o

Z N N

Z rz

R

E E Dâmboviţa

V V

r

V

S Z’

Z’ S

12o

Fig. 17 Elipsoidul de anizotropie al depozitelor cuaternare din zona de NV a municipiului Bucureşti

Caracteristicile modelului unic de anizotropie stabilite pentru zona de nord-vest a Municipiului Bucureşti sunt: • direcţia de continuitate minimã în „plan orizontal” N12oE; • direcţia de continuitate maximã în „plan orizontal” N78oV; • „planul orizontal” al elipsoidului de anizotropie are direcţia pantei maxime N12oE şi o pantã spre sud de 12o; • direcţia de continuitate maximã în plan vertical este, ca în toate structurile stratificate sedimentare, cea „orizontalã”, care în cazul specific studiat are o pantã spre sud de 12o; • raportul de anizotropie în plan orizontal şi vertical este 2.

Caracteristica specificã a elipsoidului de anizotropie parametricã pentru formaţiunile acoperitoare din zona nord-vesticã a Municipiului Bucureşti este raportul redus de anizotropie.

Aceastã caracteristicã este pusã în conexiune cu neomogenitatea mediului de sedimentare la scarã localã.

Dacã pentru distanţe mici se remarcã modificãri ale legitãţilor de distribuţie spaţialã, pe mãsurã ce distanţele cresc, datoritã amplitudinii reduse a acestor modificãri, aceste legitãţi de distribuţie tind sã se asemene. Aceastã caracteristicã spaţialã a structurilor a recomandat alegerea kriging-ului ca metodã de estimare a distribuţiei spaţiale optimã pentru modelele spaţiale parametrice din zona de nord-vest a Municipiului Bucureşti.

Caracteristicile generale ale variabilitãţii spaţiale pentru structurile parametrice din zona Municipiului Bucureşti sunt: • variabilitate staţionarã la nivelul extinderii modelului realizat; • variabilitate localã, specificã distanţelor de sub 300 m, pentru toţi parametrii fizico-mecanici, caracteristicã ce implicã densitate mare de puncte de observaţie pentru analize spaţiale de detaliu specifice studiilor geotehnice.

Revista Minelor nr. 1 / 2012

50

Erorile de estimare ale distribuţiei parametrice spaţiale sunt influenţate în principal de distanţele dintre forajele de investigare. Neomogenitãţile locale permit extrapolãri doar cu riscul unor erori necontrolate, iar interpolãrile introduc erori mai mari de 10% din valoarea estimatã în punctele plasate la distanţe mai mari de 300 – 400 m de punctele de investigare directã.

Modelul geotehnic 3D realizat dispune de un suport informatic care îi permite: • realizarea unui numãr nelimitat de secţiuni şi planuri orizontale în zonele în care sunt proiectate diverse lucrari subterane, în scopul detalierii condiţiilor geotehnice; • actualizarea rapidã pe baza informaţiilor suplimentare care pot fi integrate cu eficienţã în structura bazei de date în scopul reducerii erorilor de estimare a distribuţiei spaţiale a parametrilor.

Bibliografie 1. Alexeeva, L., Andreescu, I. ş.a.

Correlation of the Pliocene and Lower Pleistocene Deposits în the Dacic and Euxinic Basins, Anuar IGR, 59, p. 143-151, Bucureşti, 1983

Revista Minelor nr. 1 / 2012

2. Bomboe, P., Mãrunţeanu, C. Geologie inginereascã, Vol. I, Bucureşti, 1986 3. Florea, M. Mecanica rocilor, Ed. Tehnicã, Bucureşti, 1980 4. Marinescu, Fl., Mãrunţeanu, C., Papaianopol, I., Popescu, Gh. Correlation of the Neogene Deposits în Romania, Inst.

Geol., Rom. Journ. Stratigr., 78, p 181-186, Bucureşti, 1998 5. Liteanu, E. Geologia zonei oraşului Bucureşti, Com. Geol., Inst.

Geol., E/1, p. 3-80, Bucureşti, 1952 6. Lãcãtuşu, R., Anastasiu, N., Popescu, M., Enciu, P. Geo-atlasul municipiului Bucureşti, p. 7-37, Ed. Estfalia, 2008 7. Pauliuc, S., Negoiţã, Fl., Darwische, M., Andreescu, I. Stratigrafia depozitelor miocene din sectorul central al Platformei moesice ( Olt – Dâmboviţa), An. Univ. Buc., Geol., p 65-78, Bucureşti, 1979 8. Scrãdeanu, D., Popa, R. Geostatisticã aplicatã, Ed. Universitãţii din Bucureşti, 2001 9. Stãnciucu, M. Investigaţii geotehnice în situ, Ed. Universitãţii din Bucureşti , 2010

51

CARACTERIZAREA GEOMECANICĂ A TRASEULUI AUTOSTRĂZII A3 COMARNIC - PREDEAL, ÎN VEDEREA ALEGERII TEHNOLOGIEI DE EXECUŢIE A TUNELURILOR CU AJUTORUL EXPLOZIVILOR Ing. Mihai BOLGAR Abstract: O infrastructură de transport eficientă, conectată la reţeaua europeană de transport contribuie la creşterea competitivităţii economice, facilitează integrarea în economia europeană şi permite dezvoltarea de noi activităţi pe piaţa internă.

Situaţia actuală a sistemului naţional de transport este caracterizată prin existenţa unui număr redus de autostrăzi.

1. Introducere România are stabilite liniile directoare ale căilor de comunicaţie de interes european şi naţional prin Planul de Amenajarea Teritoriului Naţional, Secţiunea I „Căi de comunicaţie” iar dintre proiectele la care România participă la dezvoltarea rețelelor trans – europene de transport face parte și autostrada București – Brașov.

Autostrada este proiectată pe 4 tronsoane, București – Moara Vlăsiei, Moara Vlăsiei – Ploiești, Ploiești – Comarnic și Comarnic – Predeal.

Sectorul de drum nr. 3 al autostrăzii este planificat să se execute pe itinerariul localităţilor Comarnic – Sinaia – Buşteni – Azuga – Predeal, pe albia râului Prahova precum şi în imediata vecinătate a acestui râu, parcurgând deci Valea Prahovei pe o distanță de 36,2 km.

O analiză a rocilor străbătute de tunele, din punct de vedere al caracteristicilor utilizate în construcția tunelelor, pe baza clasificării Comitetului Geologic Român, a condus la următoarele concluzii care evidențiază și posibilele grupe de roci: - marne calcaroase dure, compacte și gresii calcaroase aparținând stratelor de Sinaia sau Azuga din necomian, pot fi încadrate în categoria rocilor foarte tari sau tari, cu un coeficient de tărie a rocii de 6 – 9 și o răspândire de cca. 50%; - marnele din necomian, pot fi încadrate în categoria rocilor tari sau semitari, cu un coeficient de tărie a rocilor de 3 – 7 și o răspândire de cca.

30%; - șisturile argiloase grezoase aparținând stratelor de Sinaia din necomian pot fi încadrate în categoria rocilor semitari, cu un coeficient de tărie a rocii de 2 – 7 și o răspândire de cca. 20%. În ceea ce priveşte utilizarea explozivilor, factorii restrictivi sunt daţi de obiectivele sociale şi turistice (Comarnic, Posada, Sinaia, Poiana

Ţapului, Buşteni şi Azuga), obiectivele industriale situate în apropierea localităţilor riverane autostrăzii şi nu în ultimul rând multiplele arii protejate cuprinse in reţeaua NATURA 2000. În vederea realizării autostrăzii este necesară executarea de lucrări atât la suprafaţa terenului (debleiere, nivelare şi rectificare versanţi) cât şi subteran prin execuţia a două tunele în apropierea localităţii Azuga.

Lucrările ce se vor realiza la suprafaţa terenului se vor executa atât prin roci de tărie mică cât şi în roci tari sau semitari. În cazul rocilor moi, coezive sau slab coezive lucrările se vor executa cu mecanizat, iar în cazul rocilor tari sau semitari, derocarea se va executa cu ajutorul explozivilor. Șisturile argiloase marnoase aparținând stratelor de Comarnic din bariam aptian, conform clasificării Comitetului Geologic Român, pot fi încadrate în categoria rocilor semitari, cu un coeficient de tărie de 3 – 5. În vederea derocării cu ajutorul explozivilor se vor utiliza următoarele tehnici: - găuri de mină, în cazul în care înălţimea frontului de derocat este de până în 10 m; - găuri de sondă înclinate, când înălţimea lucrării este mai mare de 10 m.

Găurile de sondă forate înclinat faţă de verticală au avantajul unei repartizări mai uniforme a explozivului în masiv, o rupere şi o granulare mai avansată a rocilor şi un taluz mai uniform. În vederea obţinerii unor taluzuri stabile, găurile din ultimul rând vor avea un diametru mai mic decât celelalte din dispozitiv, distanţa între ele va fi mai mică, iar încărcăturile mai reduse.

Pe traseul studiat, în zonele defileului râului Prahova, pantele transversale ale versantului implică lucrări de consolidare costisitoare şi un volum de excavaţii foarte mare.

Luând în considerare şi faptul că fâşia de teren dintre râu şi DN 1 este mobilată intens cu diverse construcţii, sau împădurită, rezultă că este necesară studierea unor variante de soluţii care să minimizeze impactul nefavorabil asupra mediului pe care îl pot avea aceste excavaţii. În această situaţie, am luat în considerare varianta de realizare a unor tuneluri cu secţiune separată pentru fiecare cale, fapt ce a permis înscrierea mai bună în relieful existent, în sensul proiectării, a două tuneluri de la km 142+000, respectiv km 144 + 307, care micşorează atât Revista Minelor nr. 1 / 2012

52

costurile cât şi implicaţiile negative asupra mediului.

Adoptarea soluţiei tunel separat s-a dovedit a fi cea mai buna soluție din punct de vedere economic si al reliefului. În vederea realizării tunelelor, se vor respecta aceleaşi gabarite precizate în STAT 2924 referitoare la poduri, luând însă un spaţiu de siguranţă mai mare având în vedere deplasarea liberă a autovehiculelor rutiere şi necesitatea unei ventilaţii mai intense. Astfel, dimensiunile tunelului aferent unui sens de circulaţie, autostradă, cu cale dublă, bandă de urgenţă şi trotuar este de 12 metri iar ca înălţime este de 8 metri.

Roca de bază pe porţiunea sectorului autostrăzii studiat şi unde am considerat că este de preferat să se execute tunelurile, este reprezentată de „stratele de Sinaia” care predominant sunt in facies de „fliş

şistos – grezos” cu sau fără marnocalcare, cu intercalaţii de brecii şi şisturi epizonale.

Primul tunel propus a se executa îl întâlnim în dreptul localităţii Azuga şi este în lungime de 2,30 km, în continuarea acestuia, pe versantul următor, urmează următorul tunel în lungime de 4,60 km.

Pentru a alege varianta de perforare împușcare optimă, am realizat un studiu comparativ al avansării prin perforare împușcare în două trepte de avansare sau în avansarea cu o singură suprafață liberă. Modelarea s-a realizat cu programul Phase2, astfel ca realizând această modelare putem vizualiza impactul pe care îl are utilizarea explozivilor asupra masivului de rocă. Ținând cont de rocile din jurul excavației și dimensiunile excavației, am realizat acest studiu pentru a se observa distribuția tensiunilor în jurul lucrării pentru fiecare tip de avansare în parte.

2. Înaintarea prin două trepte de excavare Tensiunile evidenţiate pentru cazul în care se utilizează două trepte de excavare sunt arătate, grafic, astfel: - primul stadiu, excavarea nu a început:

-

pentru stadiul 2, începe prima treaptă, excavarea bolţii:

Revista Minelor nr. 1 / 2012

53

-

pentru stadiul 3, se finalizează excavarea bolţii tunelului:

-

pentru stadiul 4, începe excavarea treptei 2:

-

pentru stadiul 5, excavarea este completă:

-

Interpretarea rezultatelor, pentru deplasările orizontale și verticale, este următoarea: deplasările verticale şi orizontale pentru stadiul 1:

Revista Minelor nr. 1 / 2012

54

-

deplasarile verticale şi orizontale pentru stadiul 2:

-

deplasările verticale şi orizontale pentru stadiul 3:

-

deplasările verticale şi orizontale pentru stadiul 4:

-

deplasările verticale şi orizontale pentru stadiul 5:

Revista Minelor nr. 1 / 2012

55

Deplasările în toate cele cinci stadii, sunt redate în graficul următor:

3. Înaintarea cu o singura suprafață liberă Același lucru ca pentru cazul când excavarea se realizează în doua trepte de execuție, a fost realizat și pentru cazul când săparea se face cu ajutorul perforării împușcării cu o suprafață liberă. Și în cazul unei singure suprafețe libere, am realizat o modelare cu programul Phase 2 (modelare cu element finit), pentru a vedea cum se comportă masivul și ce deplasări apar în acest caz, pentru a

putea în final să facem o comparație între care din cele doua metode de înaintare creează deplasări mai mari și tensiuni în masiv mai mari. Astfel, ca metoda de înaintare cu deplasări mai mici și tensiuni mai mici, va fi cea mai potrivită din acest punct de vedere, deoarece crearea deplasărilor pe conturul lucrării mai mari decât cele admise (culoarea roșie), va afecta stabilitatea din punct de vedere constructiv al tunelului.

Astfel, în continuare, sunt prezentate rezultatele deplasărilor orizontale şi verticale, obținute în urma modelării pentru tunelele ce se presupun a se executa cu o singură suprafață liberă: - faza 1 de execuţie, masivul este neafectat:

-

faza 2 de execuţie, începe excavarea:

Revista Minelor nr. 1 / 2012

56

-

faza 3 de execuţie, se finalizează excavarea:

Deplasările verticale şi orizontale sunt redate în graficul următor:

4. Concluzii În urma realizării modelarii cu element finit prin programul Phase 2 se poate observa o diferență considerabilă dintre cele doua metode de înaintare cu perforare împușcare. Diferența constă în faptul că deplasările sunt bruște și mari pentru săparea pe o singură treaptă iar la înaintarea în două trepte deplasările sunt mult mai mici, astfel că riscul de apariție a fisurilor în masiv este mult diminuat în cazul acesta.

O importanță deosebită o are și tipul de rocă precum și secțiunea lucrării dar rezultatele arată că pentru a nu fi influențată stabilitatea lucrării, cel mai indicat ca perforarea prin împușcare a tunelului să se realizeze în două trepte.

Bibliografie 1. Legea 203 / 2003 privind realizarea, dezvoltarea şi modernizarea reţelei de transport de interes naţional şi european; 2. P.O.S. "Transport" 2007 - 2013 3. Universitatea Tehnică a Moldovei Exploatări miniere de suprafaţă, Chişinău, 2007;

Revista Minelor nr. 1 / 2012

4. Fodor D. Folosirea explozivilor în industrie, Editura Infomin, Deva, 1998; 5. Fodor D. Ingineria împuşcărilor. Materiale şi tehnici de lucru.

Volumul 2, Editura Namaste, Timişoara şi Editura Corvin, Deva, 2007; 6. Chirilă D. Tuneluri, Editura Universitas, Petroşani 2005; 7. Revista ECOTURISTICA - Revista electronică de turism Nr. 5, martie, 2007, Editura Asociaţiei Ecologie - Sport Turism 8. Ministerul Transportului – CNADNR Dosarul achiziţiei publice - servicii de consultanţă în scopul elaborării documentaţiei de atribuire şi asistarea autorităţii contractante în procesul de atribuire a viitoarei contracte de concesiune pentru obiectivul Autostrada Bucureşti - Braşov, tronson Comarnic - Predeal; 9. SEARCH CORPORATION, S.C. IPTANA S.A. Studii de fezabilitate şi geotehnice 10. http://www.roscience.com - PHASE 2