Menu
Categories
Interactiunea teren – ape subterane – lucrari de infrastructura, in zonele urbane (II)
03/04/2014 Arhitectura / Proiectare / Consultanta
Share

(Continuare din numarul anterior)

batali fig 8PROBLEME SPECIFICE ALE ZONEI BUCURESTI. PLATFORMA DE GESTIUNE SIMPA

Probleme specifice zonei Bucuresti

Hidrostructurile de mica si medie adancime din zona orasului Bucuresti sunt cantonate in depozitele cuaternare pleistocen – holocene ale Platformei Moesice. Acestea se prezinta sub forma unui monoclin cu incli­nare, de ordinul a 50 – 70 catre N, directia generala de curgere a apelor subterane fiind catre S – SE.

Pe toata grosimea pachetului de strate cuaternare s-au identificat mai multe orizonturi stratigrafice, in urma­toarea succesiune, pornind de la baza catre suprafata terenului:

• Stratele de Fratesti (SF);

• Complexul marnos lacustru (CM);

• Stratele de Mostistea (SM);

• Orizontul argilelor intermediare (OI);

• Pietrisurile de Colentina (PC);

• Formatiunea loessului (Luturile de Bucuresti) (FL);

• Depozitele antropice (DA).

Acviferele bine delimitate in pa­chetul de roci cuaternare sunt:

• Stratele de Fratesti (1-3 strate) notate cu simbolurile A,B,C;

• Acviferul de Mostistea;

• Acviferul Pietrisurilor de Colentina;

• Acvifere superficiale cantonate in depozitele teraselor raurilor Dambo­vita si Colentina, precum si in aluviunile din luncile celor doua rauri.

Pentru cercetarile in curs de desfasurare in cadrul Proiectului SIMPA, intereseaza in mod deosebit acviferele cunoscute sub numele de Pietrisurile de Colentina si Stratele de Mostistea. Ambele acvifere men­tionate se extind sub suprafata terenului, pana la adancimea maxima de cca 30,00 m.

Spectrul hidrodinamic natural al zonei, cu descarcare generala catre S – SE, este intens modificat si distorsionat de factorul antropic, care capata permanent forme noi de manifestare (extinderea retelei de metrou, amenajarea complexa a raului Dambovita, pereti mulati pentru fundatii adanci, cresterea numa­rului de puturi de exploatare a acviferelor etc.).

 

Platforma SIMPA

Platforma de gestiune a apelor subterane din mediul sedimentar in zone urbane – SIMPA isi propune realizarea unui program de gestiune a resurselor hidrogeologice din zona Bucuresti, care sa contribuie la o mai buna cunoastere geologica, geotehnica si hidrogeologica a sistemului acvifer Moesic, in scopul unei mai bune gestionari a sa.

In zona aleasa pentru studiu, ca de altfel si in alte zone din tara, exista foarte putin control asupra lucrarilor realizate in subteran sau a lucrarilor de investigare si de exploa­tare a resurselor de apa. Acest fapt duce la dificultati de gestiune, dar si la probleme de interpretare a unor noi investigatii, din cauza necunoasterii interactiunilor care pot exista. Dat fiind volumul mare de investigatii realizate in zona Bucuresti, exista o cantitate mare de informatii legate de structura terenului si a acviferelor, fara a fi insa organizata si structurata.

Existenta unei platforme de ges­tiune care sa ofere informatii legate de tot ceea ce inseamna mediu subteran in aceasta zona este de mare utilitate pentru toti actorii din domeniu: autoritati, proiectanti, executanti etc. De asemenea, o astfel de platforma va oferi posibilitatea realizarii unor studii mai detaliate atunci cand se doreste executia unei noi constructii in subteran, pentru a lua in calcul cat mai multe interactiuni posibile.

In acest cadru, una dintre etape o reprezinta corecta caracterizare a straturilor geologice prin parametrii hidrogeologici si geotehnici. In acest scop, s-au utilizat date de arhiva si s-au realizat studii referitoare in special la caracterizarea din punct de vedere al coeficientului de permeabilitate, stiut fiind ca acesta este un parametru foarte sensibil si ca diferitele metode de determinare duc la rezultate foarte diverse. Pe baza acestor studii, se va putea atribui o valoare corecta a coeficientului de permeabilitate pentru fiecare strat.

De asemenea, pornind de la diferitele date punctuale, este necesara o extrapolare si o extindere spatiala a valorilor la intreg volumul de pamant, uneltele necesare, pentru acest lucru, fiind incluse pe platforma.

Modelarea prezentata in acest articol reprezinta un exemplu de utilizare a datelor posibil a fi gasite pe platforma pentru a analiza un caz dat.

 

MODELAREA INTERACTIUNII LUCRARI SUBTERANE – APA SUBTERANA PE PERIMETRUL PILOT

Perimetrul analizat

Perimetrul analizat este amplasat pe partea stanga a raului Dambovita si ocupa o suprafata de forma unui patrulater, cu varfurile in punctele Casa Radio, Catedrala Sf. losif, Hotel Novotel si Opereta (una dintre laturi – Casa Radio – Opereta – fiind chiar Splaiul Independentei) (fig. 7).

Pe baza datelor de arhiva s-au intoc­mit profilele litologice pe care au fost separate complexele litologice:

1. DA – orizontul depozitelor an­tropice;

2. FL – orizontul formatiunii loessului;

3. PC – complexul pietrisurilor de Colentina;

4. AI – orizontul argilelor intermediare;

5. NM – complexul nisipurilor de Mostistea;

6. CM – complexul marnos;

7. SF – complexul stratelor de Fratesti.

In figura 8 sunt prezentate profi­lele litologice create in cadrul modelului.

Pe baza masuratorilor de nivel al apei subterane, disponibile in forajele avute la dispozitie, s-a incercat determinarea hidroizohipselor si a directiei de curgere in zona peri­metrului analizat, pentru freatic. Reprezentarea spatiala a hidroizohipselor are un anumit grad de aproximare, avand in vedere ca forajele si masuratorile de nivel s-au realizat la perioade diferite de timp (fig. 9). Cu toate acestea, compa­rand hidroizohipsele obtinute astfel, cu o harta a hidroizohipselor la nivelul municipiului Bucuresti, s-a observat o destul de buna corespondenta, atat spatiala, cat si valorica.

Analiza spectrului hidrodinamic din zona perimetrului pilot arata o accentuare a drenarii apei freatice catre drenul colector care acompaniaza canalul amenajat al raului Dambovita, pe portiunea cuprinsa intre podul Hasdeu si statia de metrou Izvor.

Pe baza datelor si a modelului s-au mai putut trasa:

• harta cu hidroizofreate;

• harta cu izopachite a intregului complex si a fiecarui acvifer;

• harta cu izoperme;

• harta de distributie a transmisi­vitatii.

 

Modelarea interactiunii cu lucrarile subterane

Pentru exemplificarea modelarii interactiunii cu lucrarile subterane din cadrul perimetrului pilot analizat, s-a considerat zona „Casa Radio“, in suprafata de cca. 4,5 ha, delimitata de: raul Dambovita, str. Constantin Noica (in continuarea Caii Cotroceni), Calea Plevnei si strada Stirbei Voda. In amplasamentul studiat se doreste modelarea efectului fundatiei, al ecranului etans si al sistemului de drenaj al cladirii „Casa Radio“ asupra regimului apelor subterane. Datele de baza utilizate in cadrul modelarii au constat din principalele caracteristici constructive ale incintei (pozitia in plan a ecranului de tip perete mulat, adancimea pe care se va executa ecranul, grosimea ecra­nului, cota de fundare), studiul geoteh­nic si hidrogeologic din amplasamentul analizat si date geologice si hidrogeologice din cadrul platformei SIMPA.

Metoda de studiu aplicata pentru modelarea efectului fundatiei asupra regimului apelor subterane din zona a fost modelarea matematica. In cadrul acestei metode, regimul de miscare al apei subterane se stabileste prin rezolvarea numerica a ecuatiei generale de miscare a apei prin medii permeabile, fiind propusa, ca metoda, metoda elementelor finite.

Ipotezele de calcul adoptate au fost: miscare permanenta plan-orizontala si miscare permanenta plan-verticala. Cele doua acvifere „pietri­surile de Colentina“ si „nisipurile de Mos­tistea“ s-au modelat independent unul de celalalt, construindu-se, pentru fiecare, cate un model plan-orizontal independent.

Programul de calcul utilizat in rezolvarea ecuatiei generale de miscare a apei prin medii permeabile este InfilDIL 3, elaborat in cadrul Departamentului de Hidraulica si Protectia Mediului. Acesta permite analiza curgerii fluidelor eterogene in regim permanent si poate fi utilizat atat pentru modele matematice plan verticale, cat si pentru cele plan orizontale, folosind metoda elementului finit.

 

Variantele de modelare analizate, pentru punerea in evidenta a influentei fundatiei asupra regimului de curgere a apelor subterane in zona, au fost:

Varianta 1 – ecranarea integrala, fara drenaj, a incintei de executie a fundatiilor, atat in „Pietrisurile de Colentina“, cat si in „Nisipurile de Mostistea“;

Varianta 2 – ecranarea integrala a incintei de executie a fundatiilor atat in „Pietrisurile de Colentina“ cat si in „Nisipurile de Mostistea“, concomitent cu executia unui sistem de drenaj in interiorul incintei si a unui sistem de drenaj – epuisment in exteriorul incintei;

Varianta 3 – este similara variantei 2, cu exceptia luarii in conside­rare a unei „ferestre de alimentare“ naturala in baza gropii de fundare.

Domeniul de calcul pentru mo­delul plan orizontal a fost discretizat intr-o retea de elemente finite, pentru ambele acvifere, retea ce are 915 elemente si 969 de noduri (fig. 10 a). Ecranul de etansare este modelat cu doua randuri de elemente finite. Domeniul de calcul pentru modelul plan-vertical a fost discretizat intr-o retea de elemente finite alcatuita din 576 de elemente si 629 noduri (fig. 10 b).

Drenajul interior si exterior al in­cintei s-a modelat prin conditia de margine „potential impus Hi“, in care Hi reprezinta cota nivelului subteran ce se doreste a fi realizat. Se men­tioneaza ca modelul nu a luat in considerare pierderea suplimentara de sarcina hidraulica, ce se realizeaza la intrarea apei in put.

Calarea modelului plan orizontal a presupus reproducerea, prin mo­delul elaborat, a starii celor doua acvifere (Colentina si Mostistea). Ca metoda de calare s-a utilizat „meto­da de debite“. In cadrul acestei metode s-au impus in toate nodurile retelei de elemente finite potentia­­lele Hn masurate in starea actuala a acviferelor. Cu aceste potentiale nodale au rezultat debitele nodale Qn, care intra sau ies (in functie de semnul lor + sau -) din acvifer, in regimul actual (fig. 11).

Pentru simularea variantei 1 de modelare (ecranarea integrala, fara drenaj a incintei) s-au utilizat urmatoarele date:

• potential impus Hi = nivelul ac­tual in toate nodurile modelului de pe latura care simuleaza traseul Dambovitei;

• transmisivitatea T = 0,01 m2/zi in toate elementele care simuleaza traseul ecranului de tip perete mulat;

• transmisivitatea T = 20 m2/zi, respectiv T = 136 m2/zi in restul elementelor care simuleaza acviferul de Colentina, respectiv pe cel de Mostistea;

• debite impuse Qi = debitele care intra/ies din acvifere in situatia actuala si care s-au determinat prin opera­tiunea de calare.

Modelul a furnizat valorile poten­tialelor hidraulice in toate nodurile domeniului de miscare al apei subte­rane pentru acviferul de Colentina si pentru acviferul de Mostistea (fig. 12).

Analizand rezultatele furnizate de modelele celor doua acvifere, se constata urmatoarele:

• prin ecranarea incintei de fundare, fara masuri de drenaj pe exterior, se produce ridicarea nivelului apei subterane (acvifer Pietrisuri de Colentina) in zona din vecinatatea incintei; intrucat efectul de ecranare nu este un fenomen temporar, ci el va exista pe toata durata de
viata a constructiei respective, este de asteptat ca acest fenomen sa influenteze negativ lucrarile existente din vecinatate; fenomenul de ridicare a nivelelor subterane se manifesta pe trei din laturile incintei si anume, pe latura dinspre Calea Plevnei ridicari in limitele (1,5 m – 4 m), pe latura dinspre str. Constantin Noica ridicari in limitele (0,1 m – 2,3 m) si pe latura dinspre „Casa Radio“ ridicari in limitele (0,1 m – 1,5 m); nu sunt ridicari semnificative ale poten­tialelor hidraulice in interiorul incintei de fundare.

• in cazul acviferului Nisipurilor de Mostistea, ridicarile sunt cuprinse in limitele (0,2 m – 1,2 m) si se manifesta pe laturile dinspre Calea Plevnei si str. Constantin Noica; in acest acvifer se semnaleaza si ridicari posibile ale potentialelor hidraulice in interiorul incintei de fundare; aceste ridicari variaza in limi­tele (3 m – 3,6 m).

In varianta 2 (ecranarea integrala a incintei concomitent cu executia unui sistem de epuisment in interiorul incintei si a unui sistem de drenaj in exteriorul incintei) s-au utilizat urmatoarele date de modelare, pe langa datele folosite in varianta 1:

• nivele impuse in nodurile care simuleaza drenurile (Hi = 64,20 – 64,60 mdM in acviferul de Colentina si Hi = 56,4 – 56,5 mdM in acviferul de Mostistea);

• nivele impuse in nodurile care simuleaza drenurile exterioare (Hi = nivelele cu cca. 2,0 m mai mici decat nivelele din regimul actual ale acelo­rasi noduri).

Analizand rezultatele furnizate de modelele celor doua acvifere pentru varianta 2 (fig. 13) se pot trage urma­toarele concluzii:

• pentru acviferul Pietrisurilor de Colentina, in exteriorul incintei, potentialele hidraulice se reduc fata de situatia actuala, cu valori cuprinse intre 1 m si 2 m; in interiorul incintei se realizeaza nivele ale apei subterane in limitele 62,40 – 62,20 mdM; debitul total care trebuie epuizat prin cele 10 puturi de drenaj interior propuse este relativ redus si are valoa­rea de cca. 0,50 l/s; debitul total ce trebuie epuizat prin sistemul de drenaj exterior este de cca. 1,23 l/s din care cca. 0,55 l/s pe linia Calea Plevnei si cca. 0,68 l/s pe linia Casa Radio;

• in cazul acviferului Nisipuri de Mostistea in exteriorul incintei poten­tialele hidraulice se reduc fata de situatia actuala, cu valori de cca. 2,0 m; in interiorul incintei se realizeaza ni­vele in jurul valorii de 56,4 – 56,6 mdM; debitul total ce trebuie epuizat prin cele 10 puturi de drenaj interior prevazute este relativ redus si are valori de cca. 6,2 l/s; debitul total ce trebuie epuizat prin sistemul de drenaj exterior este de cca. 14,5 l/s din care cca. 6,0 l/s pe linia Calea Plevnei si 8,5 l/s pe linia Casa Radio.

Pentru varianta 3 (ecranarea integrala a incintei cu drenaj interior si exterior si cu „fereastra de alimentare“) s-au realizat doua mo­dele: un model plan-vertical (fig. 14), pentru simularea efectului de intrerupere a stratului de argila in care este incastrat ecranul de etansare; pe acesta s-au determinat debitele care, ocolind ecranul de etansare pe la baza lui, ajung sa alimenteze „fe­reastra“ din baza excavatiei, debite ce au servit ca date de intrare in modelul plan orizontal, pentru simularea ferestrei si un model plan-orizontal al acviferului de Mostistea, in care se poate resimti efectul „feres­trei“. Datele de modelare utilizate in aceasta ipoteza de executie au fost identice cu cele folosite in varianta 2, la care s-a adaugat conditia de debit impus, distribuit in nodurile care modeleaza fereastra.

Analizand rezultatele furnizate de modelul plan-orizontal al acviferului de Mostistea (fig. 14), se constata ca in exteriorul incintei potentialele hidraulice se mentin cu cca. 2,0 m mai jos decat cele din regimul actual, iar in interiorul acesteia se realizeaza nivele in limitele 56,4 – 57,2 mdM. Debitul total ce trebuie epuizat prin sistemul de drenaj interior creste si are valoarea de cca. 12,7 l/s, din care cca. 6,5 l/s este debitul de alimentare prin „fereastra“. Debitul total ce trebuie epuizat prin sistemul de drenaj exterior ramane la valoarea de cca. 14,5 l/s, din care cca. 6,1 l/s pe linia Calea Plevnei si cca. 8,5 l/s pe linia Casa Radio.

Din analiza rezultatelor pentru cele trei variante modelate se pot trage urmatoarele concluzii:

• in varianta l are loc o ridicare a nivelului apelor subterane in raport cu nivelele actuale in ambele acvi­fere; in acviferul de Colentina ridicarea este mai mare, ajungand pana la 4,0 m iar in acviferul de Mostistea este mai mica, ajungand pana la 1,2 m; in ambele acvifere cele mai mari ridicari se manifesta, in ordine, pe laturile Calea Plevnei, Casa Radio si str. Constantin Noica;

• in varianta 2, in ambele acvi­fere se realizeaza pe exterior nivele cu cca. (1 – 2 m) mai coborate decat in regimul actual;

• in varianta 3 se obtin rezultate similare cu cele din varianta 2, cu exceptia debitului extras prin dre­na­jul interior care creste la valoarea de cca. 12,7 l/s, prin aportul de cca. 6,5 l/s al ferestrei.

Modelarea, in cele trei variante, pune in evidenta efectul fundatiei „Casa Radio“ asupra regimului de curgere al apelor subterane in zona, cu implicatii directe asupra lucrarilor subterane din vecinatate.

 

CONCLUZII

Apele subterane din mediul urban reprezinta un mediu de risc, avand in vedere atat sensibilitatea lor, cat si multiplii factori perturbatori care apar intr-un astfel de mediu. Corecta lor gestionare este un deziderat relativ dificil de indeplinit, mai ales intr-o zona de dezvoltare urbana accentuata si, in ceea ce priveste unele aspecte, chiar haotica, cum este Bucurestiul.

Proiectul SIMPA „Platforma de gestiune a apei subterane din mediul sedimentar in zone urbane“, initiat de UTCB, reprezinta un pas important in aceasta directie, scopul sau fiind realizarea unei platforme GIS de gestionare a datelor existente.

In cadrul acestui proiect, componenta geotehnica intervine in modul de caracterizare a terenului de fundare din punct de vedere geotehnic si al parametrilor hidraulici (conductivitate hidraulica), precum si prin mode­larea si cuantificarea interactiunilor care apar intre lucrarile subte­rane impermeabile si apa subterana.

Articolul de fata prezinta proble­mele de interactiune din mediul subteran urban dintre lucrarile ingineresti si apa subterana, ilustrate prin exemple, pentru a atrage atentia asupra necesitatii luarii lor in consi­derare atunci cand se proiecteaza lucrari noi. Studiul de caz prezentat (zona Casa Radio) atrage atentia asupra importantei modelarii influentei lucra­rilor proiectate asupra regimului apelor subterane, precum si asupra modului in care o astfel de modelare ar trebui efectuata.

Cercetarea a fost realizata in cadrul proiectului „Platforma de ges­tiune a apei subterane din mediul sedimentar in zone urbane – SIMPA“ finantat de ANCS, autorii fiind membri ai echipei proiectului condus de dl sef lucr. dr. ing. Radu Gogu.

Autorii tin de asemenea sa mul­tumeasca SC Popp si Asociatii, dlui ing. Tudor Saidel si SC ISPIF, dlui ing. Traian Ghibus pentru datele furnizate.

 

BIBLIOGRAFIE

1. VÁzquez-SuÑÉ, E., SÁnchez-Villa, X., Carrera, J., „Introductory review of specific factors influencing urban groundwater, an emerging branch of hydrogeology, with reference to Barcelona, Spain“ – Hydrogeology Journal (2005) 13: pp. 522-533 (2005);

2. Powers, J. P., Convin, A. B., Schmall, P. C., Kaeck, W. E., „Con­struction dewatering and ground­water control. New methods and applications“ John Wiley and Sons, 637 p. (2007);

3. Breysse, D., Kastner, R. (coord.), „Sols urbains“, Ed. Lavoisier, Paris, 462 p. (2003);

4. Hayashi, T., Tokunaga, T., Aichi, M., Shimada, J., Taniguchi, M., „Effects of human activities and urbanization on groundwater environments: An example from the aquifer system of Tokyo and the surrounding area“, Science of the total environment 407 72009, pp. 3165 – 3172 (2009);

5. Zanfir, M., Sinteza si interpretarea datelor geotehnice si hidrogeologice pentru Combinatul Arcelor Mittal Galati“, Lucrare de disertatie sub indrumarea prof. Loretta Batali, UTCB, (2010);

6. Dimache, A. et al., Proiect parcaj NORD“ (2010);

7. Popa, H., Manea, S., Ciortan, R., Permeable embedded wall enclosure for a multistoreyed parking in Bucharest, Romania“, Proceedings of the XlIIth Danube – European Conference on Geotechnical Engineering, Ljubljana, Slovenia 2006, pp. 671 – 676 (2006);

8. Dimache, A. et al, , Proiect drenaj pentru parking Unirea“, (2004);

9. Dimache, Ghe. et. al., „Studiul lucrarilor de drenaj pentru realizarea fundatiilor complexului hotelier din  zona Plevnei – Casa Radio si efectul lor asupra regimului apelor subterane“, (2007).

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 102 – aprilie 2014, pag. 42

Autori:
prof. univ. dr. ing. Loretta Batali,
prof. univ. dr. ing. E. Marchidanu,
drd. ing. Georgiana Frunza – Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti, Facultatea de Hidrotehnica, Departamentul de Geotehnica si Fundatii
conf. univ. dr. ing. Alexandru Dimache,
s. l. dr. ing. Iulian Iancu – Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti, Facultatea de Hidrotehnica, Departamentul de Hidraulica si Protectia Mediului

 



Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Share
Lasă un răspuns
**** *