Echipamentul mecanic al constructiilor hidrotehnice

Echipamentul mecanic al constructiilor hidrotehnice

Echipamentul mecanic al constructiilor hidrotehnice se refera la dispozitivele folosite pentru inchiderea si deschiderea orificiilor descarcatoare ale diferitelor constructii, cu scopul de a regla debitele si nivelurile in biefurile amonte si aval.

Principalele dispozitive din componenta echipamentului mecanic sunt: stavilele, podurile de serviciu (pasarelele) si gratarele.

Orificiile descarcatoare sunt la unele tipuri de constructii hidrotehnice (in special la cele din domeniul imbunatatiri funciare - hidroamelioratii) delimitate de culei si pile, pe care se sprijina de cele mai multe ori podurile de serviciu.

Stavilele, sunt elemente mobile care inchid partial sau complet orificiile constructiilor. Ele au mecanisme fixe incastrate in corpul constructiei sau in culei si pile: sine de reazem, dispozitive pentru asigurarea etanseitatii s.a. Pentru manevrarea stavilelor sau ridicarea, fixarea si curatarea gratarelor, sunt prevazute mecanisme cu cabluri, lanturi, tije etc.

Podurile de serviciu, se construiesc deasupra deschiderilor orificiilor pentru a asigura amplasarea mecanismelor fixe, circulatia mecanismelor mobile (macarale) si deplasarea diferitelor obiecte de echipare. In unele cazuri, podurile de serviciu preiau o parte din impingerea provenita de la stavile.

Gratarele, sunt elemente auxiliare care protejeaza orificiile de golire impotriva patrunderii corpurilor plutitoare.

Stavilele de suprafata inchid orificiile deversoare, avand creasta in pozitia "inchis" deasupra nivelului apei din bieful amonte.

Stavilele (vanele) de adancime inchid golirile de fund (orificiile de adancime), aflandu-se sub nivelul apei din bieful amonte.

Stavilele pot fi clasificate dupa diferite criterii. Dupa modul de miscare, se disting urmatoarele tipuri:

stavile cu miscare de translatie;

stavile cu miscare de rotatie;

stavile cu miscare de rostogolire;

stavile plutitoare;

stavile combinate.

Dupa modul de transmitere a impingerii apei asupra constructiei, stavilele se grupeaza in modul urmator:

Grupa I. Stavile care transmit impingerea apei pilelor si culeelor:

stavilele plane si batardourile, cu miscare de translatie;

stavilele segment, cu miscare de rotatie;

stavilele cilindrice, cu miscare de rostogolire.

Grupa II. Stavile care transmit impingerea apei radierului:

stavilele sector, cu o miscare de rotatie in jurul unui ax in radier;

stavilele ferme hidraulice, alcatuite din doua panouri care se rotesc in jurul unor axe orizontale;

stavilele clapet, alcatuite dintr-un singur panou care se roteste in jurul unui ax orizontal;

stavilele cu ferme rotative;

stavilele cu contrafise demontabile.

Grupa III. Stavile care transmit impingerea apei

atat radierului cat si pilelor si culeelor:

stavilele plane cu panouri;

stavilele clapete rotative;

stavilele plutitoare.

Conditii de functionare si de exploatare a stavilelor.

Stavilele sunt elemente auxiliare ale constructiilor hidrotehnice de importanta majora, deoarece trebuie sa asigure functionarea ireprosabila in orice moment, motiv pentru care este necesar sa fie luate masuri corespunzatoare atat la nivel de proiectare, cat si in exploatare.

La proiectare, trebuie sa se prevada instructiuni corespunzatoare, detaliate pentru fiecare tip de stavila (stavilar), in Regulamentul de exploatare, avandu-se in vedere toate situatiile de functionare posibile.

In exploatare, este necesar sa se faca reviziile periodice, iar in caz de necesitate sa se efectueze reparatiile fara nici o amanare. In timpul reparatiei trebuie sa existe posibilitatea de inchidere a orificiilor cu ajutorul unor stavile de avarii.

In zonele in care exista pericol de inghet in timpul iernii, trebuie luate masuri speciale de spargere a ghetii sau de incalzire a dispozitivelor ce vin in contact cu apa.

In cazul stavilelor care inchid golirile de fund, trebuie prevazute gratare pentru retinerea materialelor antrenate de curentul de apa, evitandu-se pericolul de patrundere sub stavile a acestor materiale si de blocare a functionarii.

Stavilele trebuie sa intre usor in functiune in orice situatie, lucru ce depinde de fiecare constructie si de tipul dispozitivului de actionare.

In anumite situatii, de exemplu cand constructia este de mare importanta si este amplasata de centrele populate, se recomanda stavile cu functionare automata si se exclud stavilele cu manevrare manuala.

Incarcarile care actioneaza asupra stavilelor.

Incarcarile care actioneaza asupra stavilelor se pot grupa in incarcari statice si incarcari dinamice.

Incarcarile statice provin din:

presiunea hidrostatica;

presiunea aluviunilor;

presiunea statica a ghetii;

greutatea stavilei;

variatiile de temperatura.

Incarcarile dinamice provin din:

presiunea valurilor;

presiunea seismica a apei;

presiunea hidrodinamica;

presiunea dinamica a ghetii;

presiunea vantului.

Presiunea hidrostatica a apei asupra stavilei constituie o incarcare fundamentala, care se determina pentru fiecare tip de stavila prin procedee cunoscute din hidraulica.

Presiunea aluviunilor in cazul cand acestea se depun temporar langa stavila, se determina ca la barajele de beton.

Presiunea statica a ghetii, in cazul in care s-ar lua in considerare ar duce la marirea greutatii stavilei. In mod practic, presiunea statica a ghetii nu se ia in considerare, deoarece langa stavila trebuie mentinuta obligatoriu o zona cu apa neinghetata, pentru a se asigura functionarea stavilei si pe timp de iarna (daca este cazul).

Presiunea hidrodinamica se dezvolta in cazul cand stavila inconjurata de apa, este deschisa partial. Fenomenele hidrodinamice sunt foarte puternice cand apa curge pe sub stavila, din cauza vitezelor mari, mai ales la stavilele golirilor de fund (de adancime) supuse la presiuni mari. Aceste fenomene se manifesta prin formarea vidului sub stavila sau pulsatia vitezelor si a presiunilor lamelor de apa (ce provoaca vibrarea puternica a stavilelor).

1. Stavile plane.

Stavilele plane sunt constructii mobile, la care suprafata de contact cu apa este plana si se manevreaza prin ridicare sau coborare intr-un plan vertical.

Un criteriu de clasificare a stavilelor il constituie materialul din care sunt construite, deosebindu-se:

stavile din lemn;

stavile din metal (executate prin sudura);

stavile mixte (cu schelet metalic si captuseala din lemn de pin, stejar, frasin sau salcam).

Avandu-se in vedere modul de transmitere a reactiunilor la reazeme, stavilele se pot clasifica astfel:

stavile alunecatoare (care necesita forte de ridicare mari, motiv pentru care deschiderea lor este limitata);

stavile rostogolitoare (necesita forte mici de manevrare), de tipul:

stavile pe role;

stavile pe roti;

stavile pe carucioare.

Stavilele plane cu scop de reglare a nivelului apei, au prevazuta la partea superioara o piesa mobila denumita clapeta.

Stavile plane din lemn.

Stavilele plane din lemn sunt cele mai simple, fiind folosite pentru inchiderea orificiilor cu latimea de 1,0 - 6,0 m si inaltimea de 0,6 - 3,0 m.

Se realizeaza sub forma de pereti din dulapi sau grinzi (Fig.1), cu imbinare in nut si feder, ce se leaga prin legaturi metalice si pane de lemn de 3 cm grosime care patrund in fata amonte a stavilei circa 2 cm.

Calculul stavilei din lemn.

Dulapii din alcatuirea stavilelor se considera grinzi simplu rezemate. Pentru dulapul sau grinda de la partea inferioara, care suporta presiunea maxima a apei p = g_a.H , se stabileste grosimea x cu formula urmatoare:

in care:    g_a = greutatea volumetrica a apei (0,001 kg/cm³);

g_ai = rezistenta admisibila la incovoiere (80 kg/cm³);

b = latimea oblonului (cm);

H = presiunea apei in bieful amonte (cm).

Fig. 1. Stavila plana din lemn (a-elevatie; b-sectiune verticala; c- sectiune orizontala

Pentru a se tine seama de slabirea rezistentei lemnului prin putrezire si de unele slabiri ale sectiunii (gauri de buloane, chertari etc.), se majoreaza valoarea obtinuta pentru grosimea x cu 15 - 20 %. Sageata maxima admisa este aproximata la (1/400 1/750).L.

Capetele dulapilor stavilei se captusesc cu platbanda metalica sau profil cornier, pentru a rezista mai bine la uzura si pentru a se realiza frecari mai mici pe partile de ghidaj. Stavilele de lemn se trateaza cu diferite substante, in vederea maririi durabilitatii.

Stavile plane din metal.

Stavilele plane metalice preiau incarcari mai mari si se realizeaza pentru deschideri mai mari.

Sunt alcatuite din urmatoarele elemente componente (Fig.2): tola sau captuseala metalica sau din lemn, grinzile verticale sau montantii, grinzile longitudinale sau lonjeroanele si grinzile principale.

Avandu-se in vedere modul de preluare si transmitere a incarcarilor, se deosebesc urmatoarele tipuri de conlucrare a sistemului de grinzi:

sistemul transversal, folosit in mod curent;

sistemul longitudinal, introdus recent in constructia stavilelor.

Fig.2. Stavila plana din metal (a-elevatie; b-sectiune verticala; c-sectiune orizontala

- Sistemul transversal. Incarcarea este preluata de placa si predata prin intermediul prinderilor lonjeroanelor executate intrerupt in dreptul montantilor. Montantii preiau incarcarea transmisa direct lor de catre placa, precum si incarcarile predate de lonjeroane in punctele de reazem. Grinzile principale preiau incarcarile date de montanti si de placa aferenta lor si le predau reazemelor fie direct, fie prin intermediul unei grinzi de capat. In fig.3 sunt redate posibilitatile de alcatuire a platelajului stavilei.

Fig.3. Posibilitati de alcatuire a platelajului stavilei metalice.

(1 - placa; 2 - lonjeron; 3 - antretoaze; 4 - grinzi principale)

- Sistemul longitudinal. Placa preda incarcarea lonjeroanelor care sunt continue si reazema pe grinzile de capat. Montantii reazema la randul lor pe lonjeroane, fiind intrerupti in dreptul acestora. In acest mod se elimina rolul grinzilor principale care este preluat de lonjeroanele dispuse astfel ca sa fie egal incarcate. Lonjeroanele predau incarcarile grinzilor de capat, care in acest caz rezulta de dimensiuni mai mari (Fig.4).

Fig. Sistemul longitudinal de grinzi al stavilei plane metalice.

(b₁ - b₆ = lonjeroane; a = grinda de capat)

Sistemul longitudinal are unele avantaje in comparatie cu sistemul transversal, in principal constand in faptul ca la incovoierea generala a stavilei sub actiunea sarcinii hidrostatice, captuseala participa ca un element important de constructie, obtinandu-se astfel economii de metal.

Calculul elementelor stavilei plane metalice.

Placa stavilei este impartita intr-un caroiaj dreptunghiular de catre sistemul de montanti si lonjeroane. Fiecare dreptunghi se considera rezemat pe contur si incarcat cu o presiune p uniforma, egala cu presiunea din centrul de greutate al dreptunghiului respectiv (Fig.5).

Fig.5. Schema de incarcare a retelei de grinzi la o stavila metalica.

Grosimea placii δ se poate calcula cu urmatoarea relatie (dupa Bach):

in care:

a_i = lungimea laturii scurte a dreptunghiului, masurata intre axele grinzilor de reazem;

n = raportul dintre laturile dreptunghiului:

φ = coeficient dependent de modul de rezemare a placii pe contur:

(pentru placa simplu rezemata);

(pentru placa incastrata pe doua laturi opuse);

(pentru placa incastrata pe intregul contur).

δ = grosimea placii, la care se adauga 1 mm pentru ruginire si nu se ia mai mica de 6 mm.

La incovoierea captuselii sub actiunea sarcinii apar in punctele de fixare a si pe grinzi, forte care pot fi determinate cu formula urmatoare:

q = 0,07 . σ_max .δ (kg/cm)

in care:

σ_max = efortul unitar maxim de incovoiere a captuselii cu grosimea δ

La forta q se calculeaza fixarea captuselii de grinzi (prin cordoanele de sudura).

Lonjeroanele se calculeaza ca grinzi simplu rezemate, cu incarcari distribuite triunghiular sau trapezoidal. Distribuirea presiunilor se face dupa regula bisectoarei, respectiv proportional cu suprafata aferenta fiecarui element. De exemplu, lonjeronul AB este incarcat trapezoidal cu incarcarea q (Fig.6 a).

Fig.6. Distribuirea presiunilor la grinzi simplu rezemate.

In calcule se poate considera o incarcare uniform distribuita, echivalenta celei trapezoidale.

Lonjeroanele fiind putin incarcate, se realizeaza din profile laminate de tip I, U sau L. Montantii (antretoazele) preiau incarcarea predata de lonjeroane si cea aferenta lor, din placa.

Astfel, montantul CD este considerat grinda simplu rezemata si incarcata triunghiular (Fig.6 b).

Incarcarea predata de lonjeroane este 2R_i . Pentru montanti, solutiile constructive sunt similare cu cele de la lonjeroane. In cazul in care montantii reazema pe grinzile principale si sunt continue, se calculeaza ca grinzi continue, iar cand grinzile de capat orizontale lipsesc, deschiderile marginale ale montantilor se considera in consola. Grinzile principale sunt dispuse orizontal, astfel incat sa fie aproximativ egal incarcate. Pozitia lor se determina prin centrele de greutate ale suprafetelor egale in care se imparte diagrama de presiune (Fig.7 a).

Fig.7. Scheme de calcul pentru grinzile principale ale stavilei plane.

(a - metoda grafica de amplasare a grinzilor principale; b - schema de calcul)

Daca grinzile principale se amplaseaza pe liniile centrelor de greutate ale ariilor echivalente obtinute, atunci fiecare din grinzile principale va fi in mod egal incarcata cu impingerea apei:

(t/m)

Grinzile principale se considera simplu rezemate pe grinzile verticale de capat si sunt incarcate cu forte concentrate, predate de montanti si forte distribuite din placa (Fig.7 b).

Grinzile principale se executa cu inima plina sau cu zabrele. Sageata maxima admisa a grinzii nu trebuie sa depaseasca 1/750 la stavile definitive si 1/500 la stavile provizorii, din deschiderea totala L.

1.3. Stavile cu roti si carucioare.

Acest tip din categoria stavilelor de rostogolire, se caracterizeaza printr-o rezistenta la miscare in timpul functionarii destul de mica, rezultata datorita frecarii in elementele de reazem.

In afara de greutatea proprie, frecarea in elementele de reazem reprezinta rezistenta principala care trebuie invinsa la ridicarea si coborarea stavilei. Grinzile principale transmit incarcarea datorata impingerii apei, catre rotile fixate la capatul lor, cu ajutorul unei articulatii fixate pe un carucior cu doua roti. In fig.8 se prezinta diferite sisteme cu rostogolire pentru manevrarea stavilelor plane, respectiv cu roti simple (a), cu carucior (b) si cu sprijin intermediar (c).

Fig.8. Sisteme de manevrare a stavilelor plane cu rostogolire.

(a - roti simple; b - cu carucior; c- cu sprijin intermediar)

Calculul elementelor stavilei cu roti.

Elementele rotii se determina astfel incat intreaga forta ce-i revine sa poata fi predata la reazem.

Diametrul rotii se determina din conditia ca forta P sa fie preluata prin sectiunea D.b a rotii (Fig.9), respectiv:

P = D.b.σ_ad

in care:    σ_ad este efortul unitar admis (55 - 75 kgf/cm²).

Sectiunea necesara rezulta: D.b = P / σ_ad

Latimea b de contact a rotii de reazem se determina din conditia de rezistenta la strivire: P = b. σ_ad

Unde: σ_ad are valoarea 4 - 6 tf/cm².

In aceste conditii rezulta b intre 8 -15 cm si D de la 0,3 la 1,0 m.

Fig.9. Schema de dimensionare a rotii.

Forta de ridicare a stavilei se poate determina daca se cunosc fortele de frecare in timpul manevrarii si greutatea stavilei.

Fortele de frecare au urmatoarele valori:

- pentru stavilele alunecatoare fara role F = f . Σ P; pentru lemn pe metal, coeficientul de frecare f are valori de la 0,3 pana la 0,6.

- pentru stavile cu roti apar frecari de lunecare intre ax si bucse si frecari de rostogolire la contactul rotii cu reazemul.

Valoarea fortei de frecare se calculeaza cu relatia urmatoare:

unde: f₁ = coeficient de frecare la alunecare, metal pe metal (0,16);

f₂ = coeficient de frecare la rostogolire (0,05 - 0,1);

P = forta totala din presiunea hidrostatica a apei pe intreaga stavila.

Frecarile etansarilor sunt in toate cazurile relativ mici si se evalueaza la 25 - 50 kgf/m.

Greutatea stavilei se apreciaza initial prin formule empirice:

(dupa Berezinski)

in care A este aria orificiului acoperit de stavila, in m².

1. Stavile plane duble si cu clapeta.

Principalele dezavantaje ale stavilelor ridicatoare simple sunt: nu permit deversarea apei deasupra stavilei, ceea ce reduce precizia in regularizarea nivelului biefului amonte; nu permit deversarea ghetii si a altor corpuri plutitoare, decat dupa ridicarea totala a stavilei, de unde rezulta mari pierderi de apa; efortul de ridicare este deosebit de mare la inaltimi si deschideri mari ale stavilei, ceea ce ingreuneaza si complica mecanismele de manevra; pentru ridicarea completa a stavilei, sunt necesare pile de inaltime mare sau stalpi speciali, pe care sa se monteze mecanismele de ridicare.

Stavilele duble si cu clapete inlatura sau atenueaza dezavantajele mentionate.

Stavilele plane duble. Sunt alcatuite din doua panouri metalice care gliseaza unul pe langa altul. In Fig.10 se prezinta principalele tipuri de stavile duble: cu manta amonte la stavila inferioara (a), cu schelet de rezemare in amonte (b) si cu schelet de rezemare pe aceeasi verticala (c).

Fig.10. Tipuri de stavile plane metalice duble.

Panoul superior deversor, se poate cobori sub nivelul apei din bieful amonte. Panoul inferior, se poate ridica independent de panoul superior, ceea ce permite curgerea apei pe sub ansamblul stavilelor.

Stavilele duble sunt mai scumpe cu circa 10 - 20 % in comparatie cu cele simple, ceea ce reprezinta un dezavantaj important.

Stavile cu clapeta. Sunt alcatuite din panouri prinse cu articulatii la partea de sus a stavilei si care regleaza nivelul si debitul apei prin rotirea in jurul unui ax orizontal (Fig.11). Suprafata deversoare a clapetelor are o forma hidrodinamica.

Fig.11. Tipuri de stavile cu clapete.

Clapetele sunt de mai multe feluri:

- la care axul clapetei consta dintr-un tub rigid fixat in lagarele ce sunt asezate pe grinda superioara a stavilei, cu un joc suficient de mare pentru ca tubul sa nu se intepeneasca din cauza incovoierii grinzii (Fig.11 a);

- la care axul este format dintr-o articulatie etansata la partea inferioara printr-o banda de cauciuc (Fig.11 b);

- la care rigiditatea mare a stavilei nu permite formarea vidului sub stavila, ceea ce reprezinta un mare avantaj (Fig.11.c).

1.5. Dispozitive de etansare a stavilelor.

Dispozitivele de etansare au rolul de a reduce infiltratia apei prin locurile de contact dintre stavila si peretii pilelor si culeelor, sau dintre stavila si radierul barajului cand stavila este inchisa. Etansarile speciale pot fi laterale si de fund.

Etansarile laterale. Un tip de etansare foarte raspandit este etansarea cu tole. Este alcatuita dintr-o tabla de otel groasa de 2 - 5 mm fixata pe fata din amonte a stavilei si care are la capat o grinda de lemn care este presata de apa din amonte pe suprafata pilei sau culeei in care este ancorata o platbanda de otel (Fig.12 a).

Fig.12. Tipuri de etansari speciale laterale la stavile.

Un alt tip de etansare este sub forma de grinda de lemn, cuprinsa intre profile metalice de tip "U", fixate unul de stavila si celalalt de peretele nisei de ghidare (Fig.12 b).

O etansare similara, dar nu in nisa ci pe fata aparenta a pilei, foloseste cauciucul in locul lemnului (Fig.12 c).

In cazul stavilelor mici, etansarea poate fi realizata cu foi de piele, cu prelata compacta, fixate pe stavila si presate de catre apa pe pile sau culee.

Stavilele alunecatoare nu au nevoie de etansari laterale speciale, deoarece presarea benzilor de ghidare pe elementele de reazem asigura etansarea necesara.

Etansarea de fund. Se realizeaza de regula cu grinzi de lemn de forma hidrodinamica. Sunt mai multe tipuri de etansare de fund (Fig.13).

Fig.13. Tipuri de etansari speciale de fund la stavile.

In cazul tipului de etansare de fund prezentat in Fig.13 a si b, pe radier se aplica o platbanda de otel sau fier cu profil "U", fixat in beton cu ajutorul unor ancore. Prezinta dezavantajul formarii vidului, ce conduce la marirea fortei necesare pentru ridicarea stavilei.

Tipul de etansare din Fig.13 c este sub forma de cutit, alcatuit dintr-o piesa de otel, ceea ce evita formarea vidului sub stavila si vibratiile.

In Fig.13 d se prezinta etansarea din benzi speciale din cauciuc, prinse cu buloane de bronz de marginea inferioara a stavilei.

2. Stavile segment.

Stavilele segment se folosesc in cazul deschiderilor mai mari decat la stavilele plane si la inaltimi de retentie mici. Domeniul de folosire in practica a stavilelor segment, a atins deschideri pana la 36 m, pentru o inaltime de 5 -7 m.

Suprafata amonte a stavilei are forma cilindrica circulara (Fig.14). Rezultanta presiunii apei trece in mod obisnuit prin axul de rotatie al stavilei, care trebuie sa coincida cu axa geometrica a suprafetei stavilei.

Fig.1 Alcatuirea stavilei segment.

Elementele constructive ale stavilei segment sunt (Fig.15):

placa, de forma cilindrica sau plana;

sistemul de grinzi format din lonjeroane si antretoaze;

grinzile principale

grinzile de capat

elementele de reazem

Fig.15. Elementele constructive ale stavilei segment.

In schema din Fig.15 a se prezinta sistemul transversal. Antretoazele fiind curbilinii, sunt fixate de grinzile principale ca grinzi simplu rezemate, iar lonjeroanele sunt fixate in mod similar de antretoaze, cu exceptia grinzilor de capat care acopera intreaga deschidere.

In schema din Fig.15 b se prezinta sistemul longitudinal, la care toate lonjeroanele ocupa deschiderea ca grinzi continue, rezemand pe diafragme.

Grinzile principale pot preda incarcarea fie prin intermediul grinzilor de capat executate masiv, fie direct reazemelor (Fig.15 c) cand sunt executate sub forma de cadre cu picioare verticale sau oblice, realizate ca grinzi cu zabrele sau grinzi cu inima plina (Fig.16).

Fig.16. Schema bratelor de sprijin ale stavilelor segment.

(a - grinzi cu zabrele; b - grinzi cu inima plina)

Exista unele constructii speciale de stavile segment: stavile segment duble si stavile segment automate.

Stavile segment duble. Acestea admit deversarea apei peste stavila inferioara, la ridicarea stavilei superioare care are inaltimea de 1,5 - 2,0 m.

In Fig.17 se prezinta o stavila segment dubla inclusa intr-un stavilar.

Fig.17. Stavilar cu stavila segment dubla.

Stavile segment automate. Stavilele segment pot fi actionate si automat, prin actiunea apei (Fig.18). Forta necesara de ridicare se realizeaza cu ajutorul presiunii apei pe clapete sau plutitori speciali. In acest scop, stavila este prevazuta cu o contragreutate amplasata pe prelungirea bratelor de sprijin dincolo de articulatie, cu ajutorul careia se reduce la minim efortul necesar pentru ridicare.

Fig.18. Stavilar cu stavila segment automata.

Astfel, contragreutatea stavilei este legata cu ajutorul tirantilor ab de clapeta Ob ce se roteste in jurul axului O montat in locasuri speciale create in pile. Cand nivelul apei din bieful amonte se ridica peste nivelul normal de retentie, apa din bieful amonte ajunge prin conducte la clapeta Ob si o forteaza sa coboare, iar stavila se deschide. Cand s-a restabilit nivelul normal, accesul apei se intrerupe iar apa din locas se scurge in bieful aval, fortand astfel stavila sa coboare si sa inchida totodata orificiul.

Incarcarile care actioneaza asupra stavilei segment.

Asupra stavilei segment actioneaza in principal impingerea apei si greutatea proprie a elementelor ce o alcatuiesc (Fig.19).

- Impingerea apei se manifesta din amonte, forta P reprezentand suma geometrica a celor doua componente P_o orizontala si P_v verticala.

Rezultanta are forma urmatoare:

Fig.19. Schema de calcul a incarcarilor asupra stavilei segment.

Rezultanta va trece prin punctul O si prin punctul E de intersectie a componentelor P_o si P_v.

Valoarea lui I₂ se determina din ecuatia: P_o . I₁ - P_v . I₂ = 0

Daca centrul O este situat la nivelul apei dinspre bieful amonte, trebuie schimbat semnul termenilor formulei ce contine termenul a

- Greutatea proprie a stavilei segment se determina - in faza preliminara de proiectare a stavilelor metalice -, cu formule empirice:

in care: A este aria deschiderii acoperite de stavila, in m².

Eforturile necesare pentru manevrarea stavilei.

Pentru ridicarea stavilei segment (Fig.20), respectiv pentru rotirea stavilei in jurul axului de rotatie O, este necesar sa se aplice un moment care sa invinga momentele greutatii si frecarii in articulatiile de reazem cu raza r.

Fig.20. Schema de calcul a eforturilor pentru manevrarea stavilei.

Aceasta conditie poate fi exprimata astfel:

Deoarece r / R este foarte mic, al doilea termen poate fi neglijat. In acest caz rezulta:

Deoarece rezulta intotdeauna: S₁ < G

In aceasta consta unul din avantajele de baza al stavilei segment fata de stavila plana, la care efortul de ridicare este intotdeauna mai mare decat greutatea stavilei. Ambele stavile acopera aproape aceleasi arii de orificii si au aproximativ aceeasi greutate. Daca se compara stavila segment cu stavila plana, rezulta si alte multe avantaje, dar si unele dezavantaje.

Principalele avantaje constau in urmatoarele:

forta de ridicare cu mult mai mica si simplitate in manevrare;

posibilitatea introducerii comenzii automate;

comportare mai buna pe timp rece si in cazul aluviunilor abundente;

este necesara o grosime mai mica a pilelor;

prezinta o rapiditate mai mare a ridicarii.

Principalele dezavantaje constau in urmatoarele:

imposibilitatea mutarii in timpul exploatarii a stavilelor segment de la o deschidere la malta (utilizare ce apare in perioada de constructie si de reparatie);

necesitatea unei lungimi mai mari a pilelor;

impingerea din articulatie este destul de mare, ceea ce influenteaza asupra stabilitatii laterale a pilelor.

Avantajele stavilelor segment sunt insa foarte importante, ceea ce le recomanda pentru utilizarea in numeroase situatii din practica.

3. Stavile sector.

Stavilele sector au sectiunea transversala sub forma de sector de cerc, care se fixeaza de radierul barajului prin intermediul unui ax orizontal.

Stavilele sector se reazema in mai multe puncte pe coronamentul barajului, prin intermediul unor ferme plane, spre deosebire de stavilele segment care au doua puncte de reazem pe pile. Stavila poate fi coborata intr-o nisa amenajata in corpul barajului sub stavila, denumita camera de presiune, ridicarea stavilei facandu-se prin trecerea apei din bieful amonte in aceasta camera.

Alcatuirea stavilei sector.

Elementele de rezistenta ale stavilei sector sunt urmatoarele:

placa, dimensionata la presiunea apei in situatia cea mai nefavorabila fiecarui panou;

lonjeroanele, construite ca grinzi continue ce preiau incarcarile date de placa;

antretoazele, construite ca niste cadre inchise sau grinzi cu zabrele de forma plana (ferme), care preiau incarcarile placii aferente lor si forte concentrate de la lonjeroane si le predau fiecare in parte articulatiei fixate in radier.

In Fig.21 este redata schema conductelor de apa amplasate in pila, prin intermediul carora se manevreaza stavila sector.

Fig.21. Schema conductelor de apa pentru manevrarea stavilei.

(1 - vana amonte; 2 - ventil aval; 3 - derivatie)

Functionarea are loc astfel: daca se inchide vana 1 si se deschide ventilul 2, apa se scurge prin derivatia 3 in bieful aval din camera de presiune de sub stavila si stavila va cobori in nisa. Daca se inchide ventilul 2 si se deschide vana 1, sub presiunea apei stavila se va ridica. In functie de gradul de deschidere a robinetelor 1 si 2 se pot comanda stavilei diferite pozitii intermediare.

Stavila sector poate avea axul de rotatie amplasat in aval sau in amonte si pot fi captusite pe anumite fete, rezultand diferite tipuri constructiv-functionale (Fig.22).

Fig.22. Tipuri constructiv-functionale de stavile sector.

Astfel, stavilele pot fi captusite pe tot conturul, cand poarta denumirea de stavile plutitoare (Fig.22 b, d) sau pot fi captusite numai pe doua fete, cand se denumesc stavile inecate (Fig.22 a, c).

Stavila din Fig.22 c are o captuseala totala pe fata din amonte, iar pe fata din aval numai una partiala, respectiv este permeabila la apa deversata peste ea; aceasta stavila este semihidraulica si necesita mecanisme speciale adecvate pentru manevrare.

De asemenea, stavilele din Fig.22 a, b si c au axul de rotatie situat in aval, iar stavila din Fig.22 d are axul de rotatie situat in amonte. Cel mai des folosite sunt stavilele cu axul situat in aval, de tipul stavilelor inecate si plutitoare.

Stavile cu axul de rotatie in aval. Asupra stavilelor inecate si plutitoare actioneaza diferite categorii de forte, corespunzatoare conditiilor diferite de echilibru, care determina pentru fiecare o anumita functionare.

- Stavile sector inecate. Asupra acestor stavile (Fig.23), in pozitia lor superioara, actioneaza impingerea apei pe fata dinspre bieful amonte P₁, impingerea apei din interiorul stavilei asupra fetei amonte in functie de pozitia nivelului apei din interiorul stavilei P₂, impingerea apei pe fata aval din interiorul stavilei P₃, greutatea proprie a stavilei G si forta de frecare f.(P₁ - P₂) in articulatiile de raza r.

Conditia echilibrului limita dupa care are loc coborarea stavilei, se exprima astfel:

G .a - f .(P₁ - P₂).r = P₃ .b

Fig.23. Fortele care actioneaza stavilele inecate, cu axul in aval.

Cand nivelul apei din camera de presiune coboara, se micsoreaza valoarea lui P₃ si egalitatea de mai sus nu mai este valabila. In acest caz, stavila coboara, iar apa care deverseaza peste stavila, da o impingere P₄ pe fata aval. Incarcarile se schimba si trebuie sa satisfaca relatia:

G .a + P₄ .c - f .(P₁` - P<sub>2</sub>`).r = P₃`.b`

In acest fel, lasand sa intre apa in camera de presiune din bieful amonte si evacuand aceasta apa, se poate regla pozitia stavilei si se permite trecerea unui anumit debit de apa deasupra acesteia. In acest caz reglarea poate fi facuta prin introducerea aerului in interiorul stavilei. Ridicarea stavilei din pozitia inferioara necesita o anumita denivelare pe suprafata deversoare, iar daca acesta nu este suficienta se introduce in camera aerul comprimat sau se pompeaza apa.

- Stavile sector plutitoare. Acest tip de stavila se afla in alte conditii de echilibru decat stavila inecata (Fig.24).

Fig.2 Fortele care actioneaza stavilele plutitoare, cu axul in aval.

In pozitia ei superioara este necesar sa se respecte urmatoarea relatie:

G .a - f .P₁ .r = P₂ .R/2

In cazul deversarii apei peste stavila, o parte a apei din camera de presiune se evacueaza iar corelatia fortelor se schimba intr-o anumita masura. Ridicarea stavilei din pozitia inferioara se realizeaza prin introducerea apei din bieful amonte in camera de presiune.

Stavile cilindrice.

Stavilele cilindrice sunt constructii tubulare orizontale, care se deplaseaza pe cremaliere inclinate montate in nisele pilelor sau culeelor (Fig.25). Ele acopera deschideri pana la 50 m si inaltimi pana la 10 m.

Fig.25. Constructia stavilei cilindrice.

La capetele cilindrului se fixeaza bandajele dintate si doua lanturi, din care unul activ de ridicare la un capat al cilindrului si altul infasurat in sens invers, avand rolul de a transmite reactiunea reazemului corespunzator.

Stavilele cilindrice pot fi cu scut sau cu cioc (Fig.26). De asemenea, exista stavile cilindrice automatizate.

Fig.26. Tipuri de stavile cilindrice (a - cu scut; b - cu cioc).

Stavilele cilindrice folosite pentru inaltimi de retentie mai mari, sunt prevazute pe fata din amonte cu un scut, care preia sarcinile provenite din presiunea apei si le preda cilindrului prin intermediul unor ferme. Astfel, cilindrul joaca rolul unei grinzi solicitate la incovoiere, transmitand incarcarile la cele doua reazeme.

Daca inaltimea de retinere nu poate fi acoperita de cilindru, se prevede un cioc la partea inferioara a stavilei cilindrice, pentru a micsora componenta verticala a impingerii apei si a imbunatati curgerea pe sub stavila. In anumite imprejurari, pentru a mari si mai mult inaltimea de retentie, stavila se prevede cu cioc si la partea superioara.

Alcatuirea si functionarea stavilei cilindrice.

Stavilele cilindrice se confectioneaza din otel. Cilindrul stavilei metalice (Fig.27) este alcatuit dintr-o captuseala groasa de 10 - 16 mm fixata de lonjeroane, care au forma de profile de tip "U". Numarul acestora poate fi de 8 - 12 si mai mare, asezate la distante a = 0,6 - 1,0 m. Rigiditatea si nedeformabilitatea constructiei este asigurata de diafragme transversale sub forma de inele rigide din profile "U" sau "I", asezate la distante egale de 1,5 - 1,8 m unele fata de altele. Cilindrul stavilei se comporta ca o grinda simplu rezemata.

Fig.27. Alcatuirea cilindrului stavilei.

- Fortele principale care actioneaza asupra stavilei cilindrice sunt: impingerea apei si greutatea proprie a constructiei (Fig.2.28).

Impingerea apei poate fi reprezentata prin suma a doua componente, una orizontala Po si una verticala Pv, respectiv:

Fig.28. Principalele forte ce actioneaza stavila cilindrica.

Componenta orizontala este:

Componenta verticala se determina prin construirea diagramei presiunii apei asupra cilindrului, considerata de sus in jos (adebfa) si de jos in sus (debcfd).

Rezultanta va fi: P_v = P_v` - P<sub>v</sub>`` unde: P<sub>v</sub>` se determina prin aria (bfc) si P_v`` prin aria (adf).

Pentru cazul cilindrului fara cioc rezulta:

Impingerea totala P a apei asupra stavilei compusa cu greutatea proprie a stavilei G , da rezultanta R , a carei directie va intretaia calea de rostogolire a stavilei deasupra sau dedesubtul punctului A de tangenta a stavilei cu sina.

Forta de rostogolire a stavilei S se poate determina din ecuatia de momente, neglijandu-se frecarea de rostogolire si presupunand directia fortei S paralela cu calea de rostogolire:

S . 2r = R . e de unde rezulta: S = R . e/2r

Se poate observa ca S < G , ceea ce constituie un avantaj fata de stavila segment si cu atat mai mult fata de stavila plana.

Pentru anumite rapoarte intre P si G , bratul e al fortei R poate sa fie egal cu zero si chiar sa devina negativ daca stavila se va rostogoli singura. Acest aspect a fost folosit pentru realizarea stavilelor cilindrice automatizate.

- Forta de ridicare a stavilei. Se compune din forta S₁ necesara pentru invingerea momentului produs de rezultanta R a impingerii apei si a greutatii stavilei, a momentelor provocate de frecarea in dispozitivele de etansare, de frecarea de rostogolire a cilindrului si de frecarea la dintii cremalierelor de reazem:

S = c.(S₁ + T_e + T_r + T_d)

Unde c = 1,2 - 1,4 este un coeficient de siguranta pentru rezistentele care nu sunt luate in considerare. Forta de ridicare se determina pentru diferite pozitii ale stavilei, iar in calcule se considera valoarea sa maxima.

Avantajul principal al stavilelor cilindrice, este ca prezinta rigiditate mare si forta de ridicare relativ mica, fiind folosite cu succes in conditii de iarna aspra si la rauri care antreneaza cantitati mari de aluviuni.

Dezavantajul principal consta in greutatea stavilelor cilindrice si costul lor, care sunt mult mai mari decat ale stavilelor plane si segment, iar realizarea lor si montajul la baraj sunt legate de unele dificultati tehnice mari. In zonele muntoase si premuntoase, stavilele cilindrice trebuie prevazute cu cioc pentru a evita dificultatile de etansare din cauza aluviunilor mari de fund care pot intra sub cilindru.

5. Stavile ferme hidraulice.

Stavilele ferme hidraulice, denumite si stavile acoperis, sunt stavile compuse din doua panouri care pot sa se roteasca in jurul a doua axe orizontale fixate pe un radier general sau pe coronamentul barajului.

In mod similar ca la stavilele sector, spatiul de sub stavila se umple cu apa provenita din bieful amonte, apa care exercita o presiune din interior asupra clapetelor (Fig.29).

Fig.29. Stavila ferma hidraulica (acoperis).

Nivelul apei in camera de presiune poate fi stabilit pe masura necesitatii mentinerii stavilei in orice pozitie. In acest scop, este necesar sa se manevreze vanele din galeriile sau canalele dispuse in culeele sau in pilele barajului, care leaga camera de presiune cu biefurile amonte si aval.

Operatiile de comanda a vanelor se pot automatiza, prin crearea unor legaturi intre vane si flotorii care urmaresc nivelul apei in bieful amonte.

Alcatuirea stavilei acoperis. Panoul superior este format dintr-o carcasa compusa din profile laminate, acoperite de o captuseala metalica. Panoul aval este solicitat de o sarcina mai mare decat cel din amonte, deoarece presiunea exercitata asupra acestuia este bilaterala si se descarca reciproc. Panoul aval prezinta o forma hidrodinamica, pentru asigurarea unui coeficient mare de debit si conditii mai bune de deversare. Panoul amonte are la capat o rola, care in timpul deplasarii panourilor se misca pe captuseala panoului aval. Ambele panouri sunt unite printr-un lant de limitare.

Avantajul principal este reprezentat de posibilitatea de reglare buna a nivelului in bieful amonte, in mod automat, functionand rapid (prompt, ridicandu-se in decurs de 2 - 10 minute) si evacuand nestanjenit sloiurile de gheata si corpurile plutitoare. De asemenea, podurile peste deschiderile barajului pot sa lipseasca, iar costul este relativ redus.

Dezavantajele constau in faptul ca necesita radiere largi si sunt foarte sensibile la aluviuni.

6. Stavile cu ferme si cadre rotitoare.

Aceste stavile sunt alcatuite dintr-o serie de grinzi cu zabrele metalice, montate pe radierul deschiderilor barajului la distante de 1,0 - 2,2 m, deschiderile dintre grinzi acoperindu-se cu panouri sau ace (Fig.30).

Fig.30. Baraj de tip stavila cu ferme rotitoare.

In cazul in care este necesar sa se treaca un anumit debit de apa prin deschidere, o parte a panourilor sau acelor se demonteaza, iar pentru deschiderea completa a orificiului, se scot toate panourile. Pentru aceasta, fermele se rotesc in jurul articulatiilor de reazem si se culca pe radierul barajului, cu ajutorul unui lant care le leaga si a unui troliu (Fig.31).

Fig.31. Baraj cu ferme rotitoare si ace.

(1 - ace; 2 - pasarela de serviciu; 3 - ferma; 4 - cablul de ridicare a fermelor; 5 - nisa; 6 - radier

Pentru acoperirea deschiderii fermele se ridica cu ajutorul aceluiasi troliu si lant. Partea de sus se leaga cu ajutorul elementelor usoare ale unei pasarele de serviciu, de pe care se procedeaza la inchiderea orificiilor dintre ferme cu panouri sau ace.

Panourile se confectioneaza de obicei din lemn (Fig.32), latimea lor fiind necesar sa corespunda cu deschiderea dintre ferme (inaltimea este de 0,7 - 1,0 m). Pentru inchiderea orificiului, panourile se monteaza prin suprapunere. Ridicarea si montarea panourilor se realizeaza cu o macara usoara, care se deplaseaza pe pasarela de serviciu.

Fig.32. Stavila ferma rotitoare cu panouri din lemn.

Acele din lemn se confectioneaza din grinzi cu sectiune dreptunghiulara sau din tije tubulare din otel, care se monteaza cu capatul inferior pe radierul barajului, iar capatul superior se reazema pe grinda podului de serviciu. Acele se monteaza fara intervale intre ele, iar in cazul cand este necesar sa se treaca un anumit debit, o parte a acelor se demonteaza.

Fermele rotitoare au un sistem obisnuit static determinat triunghiular de zabrele. In Fig.33 se prezinta principalele tipuri de ferme rotitoare.

Fig.33. Tipuri de ferme rotitoare cu zabrele in sistem triunghiular.

Se cunosc: tipul simplu de stavile cu ace (a), tipul cu diagonale intinse si cu montanti comprimati la talpa din aval (b), tipul cu diagonale comprimate si cu ferme rigide si mai grele (c) si tipul usor propus de N.P. Puzinevski (d).

Deasupra fermelor se dispune podetul de serviciu, alcatuit dintr-o pereche de sine pentru deplasarea macaralei si a caruciorului ce transporta panourile, precum si o podina care se monteaza in spatiile dintre ferme.

Ridicarea si coborarea fermelor se face cu ajutorul unor lanturi fixate pe distantierele superioare ale fermelor si care se infasoara pe tamburul troliului. Pe masura asezarii fermelor in pozitie verticala, acestea se fixeaza in aceasta pozitie cu ajutorul tronsoanelor podului de serviciu.

In unele cazuri, la ridicarea fermelor este necesar sa fie invinsa rezistenta provocata de greutatea aluviunilor depuse pe radier.

7. Stavile cu cadre rotitoare.

Stavilele cu cadre rotitoare se realizeaza din metal sau din lemn. Sunt alcatuite din doua picioare oblice (Fig.34), legate la partea de sus cu o grinda scurta peste care se prevede o pasarela ingusta pentru pietoni, iar in partea de jos picioarele sunt fixate pe prag fara distantier. Aceasta permite culcarea fermelor pe radier una in cealalta.

Fig.3 Stavila cu cadre rotitoare (ferme Thomas).

Manevrarea cadrelor rotitoare este asemanatoare cu coborarea fermelor rotitoare. Datorita grosimii mari a fermelor, inchiderea orificiului barajului se realizeaza numai cu ajutorul acestora, fara a folosi panouri.

Pentru reducerea infiltratiei prin intervalele dintre cadre, picioarele din fata ale acestora intra unul in celalalt atunci cand sunt in pozitia ridicata.

Datorita alcatuirii simple si rigide, cadrele rotitoare pot acoperi destul de repede si relativ etans deschideri mari cu inaltimi pana la 6 - 8 m. Consumul de metal este in acest caz mult mai mare ca la fermele rotitoare.

Aceasta stavila nu poate regla nivelul apei din bieful amonte, intrucat ea nu poate fi lasata in pozitie intermediara, deoarece cadrele trebuie sa fie coborate toate sau ridicate toate.

Cadrele rotitoare se utilizeaza indeosebi ca batardouri pentru reparatii la ecluze si la canale.

8. Batardouri.

Batardourile sunt necesare in perioada de exploatare pentru revizia, repararea sau remedierea stavilelor principale din componenta constructiei, ca si la reparatia radierului si a elementelor inglobate in radier sau pile.

Pentru efectuarea acestor categorii de lucrari in conditii optime, este necesara crearea unei incinte uscate, care se realizeaza prin intermediul unor batardouri amplasate in amonte si aval de stavila principala. Alcatuirea batardoului variaza in functie de deschiderile stavilarului, de inaltimea de retentie si de utilajele de montare prevazute. Tipul de batardou ales are influente asupra formei si dimensiunilor pilelor.

Avand in vedere modul de alcatuire, batardourile pot fi realizate: din grinzi, din ace, sau in cazuri speciale din elemente plutitoare.

- Batardourile din grinzi. Sunt alcatuite dintr-o serie de elemente separate, in forma de grinzi, care se monteaza prin suprapunere in nisele prevazute in paramentul pilelor si culeelor, pentru a forma un panou de inaltimea dorita. Pentru etansarea spatiilor dintre elemente se prevad dispozitive simple, conditiile de etansare fiind mai putin severe.

Aceste batardouri se pot realiza din grinzi de lemn, din grinzi metalice etansate prin grinzisoare de lemn, din beton armat.

Batardourile din grinzi de lemn, sunt in principiu asemanatoare cu stavilele de lemn, doar ca nu sunt legate intre ele. Se folosesc la deschideri si inaltimi de retentie de 4 -5 m. Pentru manevrare, grinzile se prevad cu carlige fixe sau rabatabile (Fig.35).

Fig.35. Batardouri din grinzi de lemn.

Batardourile din grinzi metalice, se folosesc pentru deschideri pana la 20 - 30 m si inaltimi de retentie pana la 12 m. Sunt alcatuite din profile laminate de tip "I", grinzi compuse sau grinzi casetate. Etansarea dintre grinzile metalice se realizeaza prin grinzisoare de lemn sau uneori prin prelucrarea atenta (cu precizie) a suprafetelor metalice (Fig.36).

Fig.36. Batardouri din profile laminate si grinzi de lemn.

Batardourile din beton armat, se folosesc in locul celor din metal in cazul deschiderilor mari si foarte mari. Dupa forma sectiunii, batardourile din beton armat pot fi (Fig.37): cu sectiune dreptunghiulara (a), cu sectiune tesita (b) si cu sectiune dublu "T" (c).

Fig.37. Batardouri din beton armat.

Manevrarea grinzilor de batardou metalice sau din beton armat se face cu trolii, monoraiuri, macarale cu brat, care se deplaseaza pe pasarele deasupra locului de montaj (Fig.38).

Fig.38. Montarea elementelor de batardou cu macaraua portal.

9. Stavile pentru situatii speciale.

Situatiile speciale se refera in principal la reparatii si la perioada de constructii la deschiderile deversoare.

Stavilele pentru reparatii ale deschiderilor barajelor sunt necesare in perioada de exploatare pentru revizia, reparatia si inlocuirea (remedierea) stavilelor principale, pentru revizia si reparatia radierului barajului si a elementelor inglobate in radier, in pile si culee, precum si in cazul avarierii stavilei principale.

Stavilele pentru reparatii se monteaza atat in partea biefului amonte cat si a biefului aval, dar in majoritatea cazurilor se monteaza numai in partea biefului amonte, respectiv: cand nivelul apei in bieful aval este mai coborat fata de radierul barajului, sau cand radierul este inecat dinspre aval numai pentru scurt timp. In cazul in care stavila se ridica complet din apa iar elementele inglobate au o alcatuire simpla, se poate renunta la stavila de reparatii, lucrarile fiind efectuate fie de scafandri fie cu ajutorul unor batardouri locale.

Stavilele pentru reparatii trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

sa fie impermeabile pentru a asigura etanseitatea;

sa aiba o alcatuire simpla;

sa nu perturbe conditiile hidraulice ale functionarii deschiderii;

sa fie economice.

Conditia de economicitate depinde de tipul si de complexitatea constructiei, de posibilitatea deservirii de catre stavila a uneia sau mai multor deschideri, precum si de posibilitatea amplasarii batardourilor in fata stavilei principale fara largirea suplimentara a radierului, fara lungirea pilelor si culeelor etc.

In scopul efectuarii reparatiilor se pot utiliza urmatoarele stavile:

batardourile, care sunt cele mai raspandite categorii de stavile pentru reparatii, ocupa putin loc pe radier si sunt relativ economice in situatia cand pe baraj exista numeroase deschideri;

stavilele plane, simple sau compuse din mai multe tronsoane, sunt avantajoase in cazul unui numar mare de deschideri si sunt foarte comode, indeosebi cand stavila principala de pe baraj este de acelasi tip, deoarece seria de rezerva de 1 - 2 buc. de stavile principale poate servi si ca stavila pentru reparatii, fiind deservita de aceeasi macara ca si stavilele principale;

fermele rotitoare, acoperite cu panouri sau cu ace, sunt foarte economice si simple, servind ca stavile pentru reparatii cand barajul are un radier suficient de larg iar numarul de deschideri este mic;

cadrele rotitoare, pot fi folosite in aceleasi cazuri ca si fermele rotitoare, dar ele prezinta avantajul unei asamblari mai rapide, din care cauza pot fi utilizate la fel ca si stavilele plane, indeosebi ca ingradiri pentru avarii.

10. Pile si culee.

Pilele si culeele sunt componente importante ale constructiilor de tipul barajelor, stavilarelor, podurilor etc.

10.1. Pilele deschiderilor descarcatoare.

Au rolul de a prelua presiunea apei ce se transmite prin intermediul stavilelor, de a sustine stavilele cand sunt inchise, de a sustine nisele de ghidare a stavilelor si de a servi ca reazem pentru podurile sau pasarelele de serviciu si carosabile cat si pentru mecanismele de manevrare a stavilelor.

Forma pilelor in plan trebuie sa asigure o intrare si o iesire lina a apei in deschiderea creata intre ele, iar contractia curentului sa fie minima.

Nisele (golurile) de ghidare din corpul pilelor sunt de doua feluri:

nise permanente, pentru stavilele principale;

nise provizorii, pentru stavilele de reparatii.

Forma fiecarui tip de nise, dimensiunile lor si alte elemente constructive, se determina in functie de tipul si dimensiunile stavilei folosite pentru acoperirea deschiderii.

Calculul static al pilelor.

Se face diferentiat, avand in vedere urmatoarele situatii:

Cazul 1 - pentru perioada de executie, cand asupra pilelor actioneaza numai sarcini verticale date de greutatea proprie, greutatea podetului de serviciu, greutatea mecanismelor; in final se obtine o compresiune excentrica.

Cazul 2 - pentru perioada de exploatare, cand stavila este coborata si pila este supusa la presiune maxima.

Cazul 3 - pentru perioada reparatiilor, cand intr-o deschidere se mentine nivelul de retentie iar deschiderea alaturata este inchisa de batardourile de reparatii, apa fiind evacuata din incinta creata.

10.2. Culeele constructiilor hidrotehnice.

Sunt elemente de constructii care limiteaza lateral sectiunea de curgere a albiei la poduri si podete deschise, la stavilare si baraje deversoare, facand in acelasi timp legatura intre constructie si terasamentele in care aceasta este incastrata.

Culeea trebuie sa indeplineasca urmatoarele roluri:

protectia malurilor impotriva eroziunii provocate de apa;

preluarea fortelor provenite din impingerea pamantului si apei;

preluarea fortelor provenite din reactiunile transmise de mecanismele de ridicare;

sustinerea mecanismelor de manevrare, a cadrelor de ghidaj a vanelor si a grinzilor de batardou, a placilor si grinzilor podurilor;

reducerea presiunii curentului de infiltratie lateral, prin lungimea culeei sau prin ecrane suplimentare in legatura cu culeea.

Avand in vedere daca lucrarea este provizorie sau permanenta, culeele se pot construi din urmatoarele materiale: lemn, zidarie din piatra, beton simplu, sau in cazuri speciale beton armat.

Dupa inaltime, culeele pot fi: joase (h < 5 m), medii (5 m < h < 20 m) si mari (h > 20 m).

Dupa modul de constructie pot fi: masive realizate sub forma de profil din beton armat, realizate cu contraforti, realizate din anrocamente.

Dupa modul de executie pot fi realizate: monolit si din elemente prefabricate (blocuri din beton armat, precomprimat).

Proiectarea culeei.

Fortele care solicita culeea se considera in situatia cea mai defavorabila, cand nu exista apa in canalul protejat.

Proiectarea cuprinde urmatoarele calcule:

Verificarea stabilitatii la alunecare pe talpa fundatiei (determinarea marimii coeficientului de stabilitate la alunecare):

Ks _ef     = f . S F_active    si Ks K_adm

2. Verificarea culeei la rasturnare:

unde: M_s = momentul de stabilitate a fortelor;

M_r = momentul fortelor ce contribuie la rasturnare.

3. Calculul presiunilor efective pe talpa fundatiei: s si s

Calculul presiunilor efective in unele sectiuni, de exemplu obligatoriu in rostul fundatiei, in alte elemente (daca materialele prevazute nu pot prelua aceste forte, se introduc armaturi etc.).