@13 Rezolvarea aproximativa a problemei scurgerii apei printr-un mediu poros

mecanica pamanturilor-probleme de geologie inginereasca


13. Rezolvarea aproximativa a problemei scurgerii 
                                  apei printr-un mediu poros


             Sa consideram spre studiu un mediu dispers,omogen,izotrop si ca golurile in acest mediu sunt asezate regulat astfel incat pentru orice sectiune de suprafata  F, sectiunea suprafetei ocupata de faza solida este (1-n).F, iar pentru faza lichida (n.F). Miscarea apei intr-un astfel de mediu este caracterizata, in orice punct, prin vectorul vitezei v=f.(x.y), care este o functie a coordonatelor punctului respectiv, si prin valoarea scalara a presiunii care exercita in acel punct si care este, tot o functie a coordonatelor acelui punct.O particula de lichid care se misca in interiorul mediului poros va descrie, in general,o curba numita "linie de curent". Se vorbeste, in acest caz,de o miscare laminara permanenta a apei. In majoritatea cazurilor se va considera o miscare plana, adica o miscare la care toate liniile de curent sunt paralele cu un anumit plan, fiind astfel suficient sa se studieze miscarea apei subterane intr-un singur plan.Calculul infiltratiilor sub constructiile hidrotehnice se va face dupa anumite standarde si se va considera ca miscarea apei subterane se face intr-un plan (orizontal sau vertical) raportul dintre dimensiunile sectiunii transversale si lungimea constructiei ( a fundatiei) este mai mare decat doi.    Pentru rezolvarea aproximativa a unor probleme de curgere a apei prin medii poroase se presupune ca liniile de curent sunt paralele cu liniile de curent al constructiei sub care curge apa subterana, iar valoarea (i) numita gradient hidraulic, este constanta pe tot parcursul curgerii. Inaltimea de presiune (H)scade liniar dealungul liniei de curent, ( prin gradient hidraulic se intelege scaderea presiunii pe unitate de lungime de parcurs). Astfel se poate determina presiunea apei sub constructiile hidraulice la care exista o diferenta de nivel intre parametrul amonte si cel aval.  Sa consideram un perete vertical(stavilar) care sprijina o sapatura de fundatie. Nivelul apelor subterane in spatele peretelui vertical se afla la o inaltime ( H), iar in incinta sapaturii, nivelul apei tinut permanent la nivelul unui punct (B). Considerand "linia de curent" paralela cu conturul peretelui vertical, lungimea drumului parcurs de curentul apei se calculeaza in functie si de gradientul hidraulic. Presiunea apei scade, liniar, dealungul peretelui vertical, iar linia de presiune nu este inclinata la 45* fata de verticala, ci are o panta astfel ca presiunea apei trebuie sa atinga valoarea zero. Cand presiunea hidraulica este egala cu presiunea hidrostatica are loc pierderea de presiune, pentru un gradient hidraulic (i). Din punct de vedere fizic, pierderea de presiune la curgerea apei printr-un mediu poros se explica prin fortele de frecare care se exercita asupra apei curgatoare in porii terenului.  Sa consideram o incinta de sapatura, ingradita de o parte si de alta de pereti verticali (palplanse). Fundul sapaturii (B-B) se gaseste, de exemplu, la o adancime (h)  sub nivelul apelor subterane (A-A).   Daca prin pompare continua se tine apa din interiorul sapaturii la nivelul (B-B), din cauza diferentei de nivel se produce o scurgere continua dela (A-A) spe (B-B).  Sapatura este sprijinita cu un perete continuu si etans de  catre palplase. Varful palplansei se afla la o adancime (t) , sub nivelul (B-B).Inginerul va face mai multe calcule legate de :
valoarea gradientului hidraulic/  va stabili valoarea fortelor care actioneaza asupra pamantului / valoarea presiunii apei subterane asupra solidului , etc. etc, in scopul stabilirii coeficientului de siguranta  a fundatiei.
Aceasta metoda de rezolvare a problemei scurgerii apei implica,dupa cum am vazut,rezolvarea unor probleme dificile din teoria functiilor, si se constata o metoda de rezolvare complicata. La constructia unui baraj, de exemplu,prin constructia caruia se creaza o diferenta de nivel intre amonte si aval.Barajul consta din corpul barajului(rigid, impermeabil) si din distrugatorul de energie. Portiunea din amonte este considerata impermeabila, dar flexibila, si are rolul de a impiedica infiltratia pe aceasta zona, iar o alta portiune  (risberma) are rolul de a impiedica efectul eroziunii din cauza vitezei curentului apei. Pe lungimea drumului de infiltratie, se va executa palplanse  sau  dinti din beton. Pentru dimensionarea fundatiei barajului  este necesar sa se cunoasca urmatoarele valori :presiunea apei- asupra barajului si asupra constructiilor anexe : palplanse, distrugator, etc, in fiecare punct al curentului de apa; viteza - forta hidrodinamica a curentului de apa in fiecare punct al mediului poros, atat in interior cat si pe suprafetele sale limita ; debitul de infiltratie sub baraj in unitatea de timp.


                                           continuarea in 14

                                                               D.M.