Capitolul 2 - SUBCAPITOLUL 2: 1.2 Parametri monitorizaţi şi aparatură specifică pentru barajele de beton şi din umpluturi (1) Parametrii monitorizaţi se pot grupa în două categorii: acţiuni ale mediului înconjurător şi mărimi fizice care descriu răspunsul sistemului baraj-fundaţie la acţiunile mediului înconjurător. a) parametrii principali din prima categorie sunt următorii: nivelul apei în lac, temperatura aerului, temperatura apei în lac la diverse adâncimi, radiaţia solară, mişcările seismice; b) parametrii fizici monitorizaţi care descriu răspunsul sistemului baraj-fundaţie se diferenţiază în funcţie de tipul de baraj: i)în cazul barajelor de beton se pot menţiona: deplasări absolute ale barajului şi fundaţiei, deplasări relative între ploturi, evoluţia temperaturilor în corpul barajului, starea de deformaţie şi de eforturi în baraj şi fundaţie, starea de fisurare, presiuni interstiţiale şi subpresiuni, debite de infiltraţii; ii)în cazul barajelor de umpluturi parametrii principali de răspuns monitorizaţi sunt următorii: deplasările şi în special tasările sistemului baraj-fundaţie în timpul construcţiei şi exploatării, infiltraţiile şi poziţia curbei de infiltraţie, presiunea apei din pori în elementele pământoase de etanşare, starea de eforturi efective şi totale, infiltraţii prin versanţi, poziţia curbei de infiltraţie în versanţi, deplasări ale versanţilor, starea de deformaţie şi de eforturi în lucrările de beton asociate barajului din umplutură (descărcători de suprafaţă, goliri de fund, etc.). (2) În tabelul 1.1 se prezintă sintetic parametrii principali grupaţi pe baraje de beton, baraje din umpluturi, masive de fundare a barajelor, care trebuie monitorizaţi. Aparatura de monitorizare trebuie să fie suficient de numeroasă şi extinsă astfel încât în cazul unei comportări anormale pe baza datelor înregistrate şi a inspecţiilor în teren să poată fi stabilite cauzele fenomenului. Instalarea unor instrumente suplimentare de monitorizare ar putea deveni necesară în asemenea situaţii. Tabelul 1.1 Baraje de beton Baraje din umpluturi Fundaţii Deformaţii structurale. Deplasări speciale (fisuri, rosturi). Temperatură corp baraj. Subpresiuni (pe contactul baraj fundaţie şi în rocă). Debitele de infiltraţii şi drenaj. Analiza chimică a apei infiltrate. Turbiditatea (posibil). Deformaţiile corpului barajului. Deplasări speciale (legăturile cu o structură de beton). Detectarea infiltraţiilor prin măsurarea temperaturii corpului barajului (posibil). Presiunea în pori în corpul barajului din umpluturi şi nivelul piezometric. Debitele de infiltraţie şi drenaj. Analiza chimică a apei infiltrate Turbiditatea. Deformaţii. Deplasările versanţilor la naşterile barajelor. Deplasări speciale (fisuri, falii). Detectarea infiltraţiilor prin măsurarea temperaturii corpului barajului (posibil). Presiunea în pori (în roci stâncoase presiunea interstiţială). Nivelul piezometric. Nivelul apei freatice. Debitele de infiltraţii şi drenaj precum şi sursele lor. Analiza chimică a apei infiltrate. Turbiditatea. (3) Instrumentele şi sistemele de măsurare a parametrilor menţionaţi mai înainte au evoluat foarte mult în timp. Dacă în perioada interbelică şi în primele decenii după cel de al doilea război mondial erau preferate instrumentele cu funcţionare mecanică sau electrică cu măsurare in situ, în prezent se aplică tot mai frecvent sistemele de monitorizare automată cu transmiterea datelor la distanţă în centre de colectare, procesare şi interpretare. Electronica-informatica s-a impus în special în domeniul transmiterii şi prelucrării datelor. Pentru transmiterea datelor între unităţile din teritoriu şi unitatea centrală, în locul tradiţionalelor linii telefonice, în prezent se folosesc transmisii prin radio, cabluri de fibre optice, reţele de telefonie mobilă, reţeaua Internet (4) Senzorii cu fibră optică posedă numeroase proprietăţi optice date de lumină care traversează fibra optică, acestea putând fi modificate de unele acţiuni cum ar fi: presiunea, efortul sau temperatura care acţionează asupra fibrei. (5) Principalele avantaje ale senzorilor cu fibră optică sunt următoarele: a) sunt imuni la interferenţele electromagnetice, fiind ideali în medii cu microunde; b) prezintă rezistenţă la temperaturi înalte şi medii chimice reactive, fiind ideali pentru medii ostile şi severe; c) sunt de mărime redusă chiar miniaturală, ideali pentru încapsulare sau montare pe o suprafaţă; d) pot măsura un domeniu larg de parametri fizici şi chimici; e) prezintă potenţial pentru măsurători cu caracteristici foarte bune: precizie, sensibilitate şi domeniu de măsurare; f) au izolaţie electrică completă împotriva potenţialului electrostatic înalt (descărcări electrice); g) pot fi operaţi de la distanţe foarte mari, de ordinul km, fără pierderi importante ale semnalului măsurat, avantajoşi pentru măsurători pe lungimi foarte mari (diguri, versanţi) sau medii riscante; h) senzorii multiplexaţi şi senzorii distribuiţi sunt unici deoarece ei furnizează măsurători într-un număr mare de puncte în lungul aceluiaşi cablu de fibră optică, ideal pentru minimizarea lungimii sau greutăţii cablului de fibră optică, pentru supravegherea barajelor sau digurilor foarte lungi sau a conductelor îngropate pentru alimentări cu apă. (6) Fibrele optice sunt nişte fire lungi de sticlă foarte pură de diametrul unui fir de păr. Ele sunt adunate în pachete numite cabluri optice şi sunt folosite pentru transmiterea de semnale luminoase pe distanţe mari. (7) Părţile componente ale unui cablu de fire optice sunt următoarele (figura 1.2): a) miez-centrul fibrei prin care circulă lumina, realizat din sticlă; b) înveliş-material optic care înveleşte miezul şi care reflectă total lumina; c) îmbrăcăminte protectoare-înveliş de plastic din material acrilic care protejează fibra de zgârieturi şi umezeală; d) îmbrăcăminte din material poliamidic (opţional) utilizat pentru a ridica protecţia fibrei la temperaturi de până la 300°C; e) un strat tampon realizat dintr-un material plastic uşor; f) fibre de întărire tip Kevlar sunt adăugate pentru a da o rezistenţă mecanică sporită cablului de până la circa 200 kgf; g) ultimul strat este un manşon din poliuretan pentru protecţie contra mediului exterior. Figura 1.2. Alcătuirea unei fibre optice (8) În figura 1.3 se prezintă o schemă tipică a unui sistem automat de monitorizare, sub forma unui lanţ. Parametrii sunt măsuraţi cu senzorii (traductorii). Calitatea principală a senzorilor este fiabilitatea, ţinând cont că în multe cazuri înlocuirea lor este imposibilă, ei fiind înglobaţi în corpul sau fundaţia barajelor. Instrumentele pentru măsurarea deformaţiilor (eforturilor) bazate pe principiul corzii vibrante spre exemplu şi-au demonstrat fiabilitatea, existând lucrări la care ele funcţionează de peste 50 de ani. Senzorii cu transmitere electrică sunt utilizaţi tot mai frecvent fiindcă se adaptează uşor unui sistem automat de monitorizare. Figura 1.3. Schemă tipică a unui sistem automat de monitorizare sub forma unui lanţ. (9) În Tabelul 1.2 se dau date despre echipamentele şi instrumentele de măsurare, metodele de măsurare pentru diverşi parametri de monitorizare a comportării construcţiilor de retenţie inclusiv a mediului înconjurător adiacent lor. (10) Coloana 1 din tabel conţine parametrii de măsurare determinanţi pentru comportarea barajelor de beton şi din umpluturi grupaţi după natura încărcărilor şi reacţiunilor. (11) Coloana 2 cuprinde cele mai potrivite şi utilizate echipamente şi instrumente de monitorizare precum şi metodele de măsurare pentru parametrii menţionaţi în coloana 1. (12) Coloana 3 "Cerinţe" se referă la condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească instrumentele/metodele de măsurare folosite după cum urmează: a) F - Fiabilitate foarte ridicată este cerută pentru instrumentele care furnizează date indispensabile pentru caracterizarea comportării barajului şi care trebuie să fie disponibile la orice moment în timp. b) L - Longevitatea instrumentelor este importantă pentru acelea care măsoară date importante şi trebuie asociată cu suficiente redundante. Înlocuirea unor părţi din echipamente sau corelarea cu măsurători anterioare nu trebuie să conducă la întârzieri mari în timp sau situaţii de impas. c) M - Domeniul de măsurare trebuie să fie suficient de larg pentru a acoperi încărcările excepţionale sau comportări neaşteptate. d) P - Precizia cerută trebuie să înglobeze toate erorile instrumentului şi a procedurii de măsurare (imprecizia instrumentului şi a calibrării lui, influenta temperaturii, materialului de acoperire, frecării, uzurii, devierilor de la punctul 0, nelinearităţilor etc.). e) R - Redundanţa înseamnă atât dublarea (independent) unui instrument de măsură cât şi posibilitatea de a verifica sau reconstitui o măsurătoare cu alt echipament (instrument) de măsurare. (13) Coloana 4 "Remarci" include indicaţii şi detalii importante sau caracteristicile parametrului măsurat ori ale instrumentului utilizat. Tabelul 1.2 - Ghid din 2012 privind echiparea construcţiilor hidrotehnice de retenţie cu aparatură de măsură şi control - AMC, indicativ GT 064-2011

M.Of. 129 bis

În vigoare
Versiune de la: 23 Martie 2012
SUBCAPITOLUL 2:1.2 Parametri monitorizaţi şi aparatură specifică pentru barajele de beton şi din umpluturi
(1)Parametrii monitorizaţi se pot grupa în două categorii: acţiuni ale mediului înconjurător şi mărimi fizice care descriu răspunsul sistemului baraj-fundaţie la acţiunile mediului înconjurător.
a)parametrii principali din prima categorie sunt următorii: nivelul apei în lac, temperatura aerului, temperatura apei în lac la diverse adâncimi, radiaţia solară, mişcările seismice;
b)parametrii fizici monitorizaţi care descriu răspunsul sistemului baraj-fundaţie se diferenţiază în funcţie de tipul de baraj:
i)în cazul barajelor de beton se pot menţiona: deplasări absolute ale barajului şi fundaţiei, deplasări relative între ploturi, evoluţia temperaturilor în corpul barajului, starea de deformaţie şi de eforturi în baraj şi fundaţie, starea de fisurare, presiuni interstiţiale şi subpresiuni, debite de infiltraţii;
ii)în cazul barajelor de umpluturi parametrii principali de răspuns monitorizaţi sunt următorii: deplasările şi în special tasările sistemului baraj-fundaţie în timpul construcţiei şi exploatării, infiltraţiile şi poziţia curbei de infiltraţie, presiunea apei din pori în elementele pământoase de etanşare, starea de eforturi efective şi totale, infiltraţii prin versanţi, poziţia curbei de infiltraţie în versanţi, deplasări ale versanţilor, starea de deformaţie şi de eforturi în lucrările de beton asociate barajului din umplutură (descărcători de suprafaţă, goliri de fund, etc.).
(2)În tabelul 1.1 se prezintă sintetic parametrii principali grupaţi pe baraje de beton, baraje din umpluturi, masive de fundare a barajelor, care trebuie monitorizaţi. Aparatura de monitorizare trebuie să fie suficient de numeroasă şi extinsă astfel încât în cazul unei comportări anormale pe baza datelor înregistrate şi a inspecţiilor în teren să poată fi stabilite cauzele fenomenului. Instalarea unor instrumente suplimentare de monitorizare ar putea deveni necesară în asemenea situaţii.
Tabelul 1.1

Baraje de beton

Baraje din umpluturi

Fundaţii

Deformaţii structurale.

Deplasări speciale (fisuri, rosturi).

Temperatură corp baraj.

Subpresiuni (pe contactul baraj fundaţie şi în rocă).

Debitele de infiltraţii şi drenaj.

Analiza chimică a apei infiltrate.

Turbiditatea (posibil).

Deformaţiile corpului barajului.

Deplasări speciale (legăturile cu o structură de beton).

Detectarea infiltraţiilor prin măsurarea temperaturii corpului barajului (posibil).

Presiunea în pori în corpul barajului din umpluturi şi nivelul piezometric.

Debitele de infiltraţie şi drenaj.

Analiza chimică a apei infiltrate

Turbiditatea.

Deformaţii.

Deplasările versanţilor la naşterile barajelor.

Deplasări speciale (fisuri, falii).

Detectarea infiltraţiilor prin măsurarea temperaturii corpului barajului (posibil).

Presiunea în pori (în roci stâncoase presiunea interstiţială).

Nivelul piezometric.

Nivelul apei freatice.

Debitele de infiltraţii şi drenaj precum şi sursele lor.

Analiza chimică a apei infiltrate.

Turbiditatea.

(3)Instrumentele şi sistemele de măsurare a parametrilor menţionaţi mai înainte au evoluat foarte mult în timp. Dacă în perioada interbelică şi în primele decenii după cel de al doilea război mondial erau preferate instrumentele cu funcţionare mecanică sau electrică cu măsurare in situ, în prezent se aplică tot mai frecvent sistemele de monitorizare automată cu transmiterea datelor la distanţă în centre de colectare, procesare şi interpretare. Electronica-informatica s-a impus în special în domeniul transmiterii şi prelucrării datelor. Pentru transmiterea datelor între unităţile din teritoriu şi unitatea centrală, în locul tradiţionalelor linii telefonice, în prezent se folosesc transmisii prin radio, cabluri de fibre optice, reţele de telefonie mobilă, reţeaua Internet
(4)Senzorii cu fibră optică posedă numeroase proprietăţi optice date de lumină care traversează fibra optică, acestea putând fi modificate de unele acţiuni cum ar fi: presiunea, efortul sau temperatura care acţionează asupra fibrei.
(5)Principalele avantaje ale senzorilor cu fibră optică sunt următoarele:
a)sunt imuni la interferenţele electromagnetice, fiind ideali în medii cu microunde;
b)prezintă rezistenţă la temperaturi înalte şi medii chimice reactive, fiind ideali pentru medii ostile şi severe;
c)sunt de mărime redusă chiar miniaturală, ideali pentru încapsulare sau montare pe o suprafaţă;
d)pot măsura un domeniu larg de parametri fizici şi chimici;
e)prezintă potenţial pentru măsurători cu caracteristici foarte bune: precizie, sensibilitate şi domeniu de măsurare;
f)au izolaţie electrică completă împotriva potenţialului electrostatic înalt (descărcări electrice);
g)pot fi operaţi de la distanţe foarte mari, de ordinul km, fără pierderi importante ale semnalului măsurat, avantajoşi pentru măsurători pe lungimi foarte mari (diguri, versanţi) sau medii riscante;
h)senzorii multiplexaţi şi senzorii distribuiţi sunt unici deoarece ei furnizează măsurători într-un număr mare de puncte în lungul aceluiaşi cablu de fibră optică, ideal pentru minimizarea lungimii sau greutăţii cablului de fibră optică, pentru supravegherea barajelor sau digurilor foarte lungi sau a conductelor îngropate pentru alimentări cu apă.
(6)Fibrele optice sunt nişte fire lungi de sticlă foarte pură de diametrul unui fir de păr. Ele sunt adunate în pachete numite cabluri optice şi sunt folosite pentru transmiterea de semnale luminoase pe distanţe mari.
(7)Părţile componente ale unui cablu de fire optice sunt următoarele (figura 1.2):
a)miez-centrul fibrei prin care circulă lumina, realizat din sticlă;
b)înveliş-material optic care înveleşte miezul şi care reflectă total lumina;
c)îmbrăcăminte protectoare-înveliş de plastic din material acrilic care protejează fibra de zgârieturi şi umezeală;
d)îmbrăcăminte din material poliamidic (opţional) utilizat pentru a ridica protecţia fibrei la temperaturi de până la 300°C;
e)un strat tampon realizat dintr-un material plastic uşor;
f)fibre de întărire tip Kevlar sunt adăugate pentru a da o rezistenţă mecanică sporită cablului de până la circa 200 kgf;
g)ultimul strat este un manşon din poliuretan pentru protecţie contra mediului exterior.
Figura 1.2. Alcătuirea unei fibre optice
(8)În figura 1.3 se prezintă o schemă tipică a unui sistem automat de monitorizare, sub forma unui lanţ. Parametrii sunt măsuraţi cu senzorii (traductorii). Calitatea principală a senzorilor este fiabilitatea, ţinând cont că în multe cazuri înlocuirea lor este imposibilă, ei fiind înglobaţi în corpul sau fundaţia barajelor. Instrumentele pentru măsurarea deformaţiilor (eforturilor) bazate pe principiul corzii vibrante spre exemplu şi-au demonstrat fiabilitatea, existând lucrări la care ele funcţionează de peste 50 de ani. Senzorii cu transmitere electrică sunt utilizaţi tot mai frecvent fiindcă se adaptează uşor unui sistem automat de monitorizare.
Figura 1.3. Schemă tipică a unui sistem automat de monitorizare sub forma unui lanţ.
(9)În Tabelul 1.2 se dau date despre echipamentele şi instrumentele de măsurare, metodele de măsurare pentru diverşi parametri de monitorizare a comportării construcţiilor de retenţie inclusiv a mediului înconjurător adiacent lor.
(10)Coloana 1 din tabel conţine parametrii de măsurare determinanţi pentru comportarea barajelor de beton şi din umpluturi grupaţi după natura încărcărilor şi reacţiunilor.
(11)Coloana 2 cuprinde cele mai potrivite şi utilizate echipamente şi instrumente de monitorizare precum şi metodele de măsurare pentru parametrii menţionaţi în coloana 1.
(12)Coloana 3 "Cerinţe" se referă la condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească instrumentele/metodele de măsurare folosite după cum urmează:
a)F - Fiabilitate foarte ridicată este cerută pentru instrumentele care furnizează date indispensabile pentru caracterizarea comportării barajului şi care trebuie să fie disponibile la orice moment în timp.
b)L - Longevitatea instrumentelor este importantă pentru acelea care măsoară date importante şi trebuie asociată cu suficiente redundante. Înlocuirea unor părţi din echipamente sau corelarea cu măsurători anterioare nu trebuie să conducă la întârzieri mari în timp sau situaţii de impas.
c)M - Domeniul de măsurare trebuie să fie suficient de larg pentru a acoperi încărcările excepţionale sau comportări neaşteptate.
d)P - Precizia cerută trebuie să înglobeze toate erorile instrumentului şi a procedurii de măsurare (imprecizia instrumentului şi a calibrării lui, influenta temperaturii, materialului de acoperire, frecării, uzurii, devierilor de la punctul 0, nelinearităţilor etc.).
e)R - Redundanţa înseamnă atât dublarea (independent) unui instrument de măsură cât şi posibilitatea de a verifica sau reconstitui o măsurătoare cu alt echipament (instrument) de măsurare.
(13)Coloana 4 "Remarci" include indicaţii şi detalii importante sau caracteristicile parametrului măsurat ori ale instrumentului utilizat.
Tabelul 1.2