Hazarduri hidro-geologice si hidro-geotehnice, naturale si antropice

Lucrarea a fost prezentata in cadrul forumului „70 de ani de invatamant hidrotehnic superior” organizat de Facultatea de Hidrotehnica din Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti, in zilele de 28 si 29 noiembrie 2019. In acest context, in prezentare s-a pus accent pe influenta apei asupra favorizarii si declansarii hazardurilor hidro-geologice si hidro-geotehnice, pentru a scoate in evidenta interdependenta dintre domeniile Hidraulica – Hidrotehnica si Geotehnica – Teren de fundare.

Prezenta lucrare este o sinteza a mai multor cercetari si preocupari ale cadrelor didactice din Departamentul de Geotehnica si Fundatii al UTCB in domeniul evaluarii stabilitatii la alunecare a versantilor si elaborarii hartilor de hazard si risc la alunecari de teren, acestia regasindu-se ca autori ai materialelor bibliografice de la sfarsitul articolului.

Hazarduri geotehnice naturale si antropice

Pot fi identificate o serie de hazarduri geologice si geotehnice, naturale si antropice, in care prezenta apei este factor favorizant sau declansator:

• Pierderi de stabilitate pe versanti – alunecari de teren / caderi de roci;
• Eroziuni produse de apa si de vant pe pante;
• Eroziune costiera;
• Goluri subterane de provenienta naturala sau antropica (exploatari miniere);
• Depuneri vechi de deseuri solide industriale (halde) care pot genera instabilitati.

Evaluarea hazardului si riscului la alunecari de teren

Chiar daca cei doi termeni, hazard si risc, deseori se confunda, ba chiar din punct de vedere lingvistic exprima acelasi lucru, din punct de vedere tehnic, au semnificatii total diferite. Hazardul este probabilitatea de aparitie a unui fenomen, in timp ce riscul este o cuantificare a efectelor acestuia.

Relatia care descrie acesti termeni este: R = H ∙ E ∙ V

R – riscul

H – hazardul

E – elementele expuse

V – vulnerabilitatea elementelor expuse

In contextul prezentei lucrari, hazardul este probabilitatea de aparitie a unui fenomen de instabilitate, respectiv a unei alunecari de teren intr-un versant (declivitate naturala) sau taluz (declivitate artificiala).

Evaluarea hazardului la alunecari de teren este o problematica veche dar mereu de actualitate atat pe plan national cat si pe plan international.

Nu exista o metoda unica de evaluare a hazardului la alunecari de teren. Nu se poate aplica aceeasi metoda indiferent de dimensiunile si conditiile specifice din orice amplasament. Exista dezvoltate diferite metode de evaluare a hazardului la alunecari de teren cu rezultate foarte bune pentru amplasamentele pentru care au fost create.

Elementele expuse pot fi de ordin social (populatie afectata), economic, de mediu sau fizic (constructii, cai de comunicatii). In alte clasificari, printre elementele expuse se regasesc obiecte de patrimoniu cultural, resursele naturale, ecologie etc.

Vulnerabilitatea elementelor expuse se refera la gradul de afectare in cazul aparitiei fenomenului de instabilitate. Daca ne referim la constructii, vulnerabilitatea acestora la alunecari de teren are legatura directa cu sistemul de fundare. O constructie cu o fundatie de suprafata va avea vulnerabilitate maxima, va fi afectata in totalitate in cazul in care in amplasament se produce o alunecare de teren. O constructie cu un sistem de fundare de adancime, cu elemente care sa preia impingerile transmise de masa de pamant care aluneca, va fi afectata de o alunecare de teren intr-o mult mai mica masura.

Din cele enumerate anterior, reiese ca pot exista mai multe scenarii si metode de evaluare a hazardului, impactul poate fi estimat pentru diferite elemente expuse iar vulnerabilitatea poate fi diferita in functie de o serie de factori. In concluzie, o harta de risc, fie ea si la alunecari de teren, este o reprezentare grafica a unei situatii punctuale in timp – AZI, care poate sa sufere modificari semnificative intr-o perioada redusa de timp si care se obtine in urma unor scenarii cu diferite probabilitati de aparitie.

Harti de hazard la alunecari de teren

In Romania, evaluarea hazardului la alunecari de teren, la scara mica (1:25000…1:50000) este reglementata de HG 447 din 2003 in care este prezentata o metodologie de evaluare a coeficientului mediu de hazard (k_m) pe baza mai multor factori de influenta: litologic (k_a), geomorfologic (k_b), structural (k_c), seismic (k_f), hidrologic si climatic (k_d), hidrogeologic (k_e), silvic (k_g) si antropic (k_h).

Evident ca primii doi termeni au cea mai mare influenta asupra rezultatului si, alaturi de factorul seismic, formeaza grupa factorilor de influenta care nu vor suferi modificari semnificative in timp. Daca urmarim cat de mult a fost modificat in legislatia tehnica din Romania coeficientul de intensitate seismica (sau a_g – valoarea de varf a acceleratiei terenului pentru cutremure avand intervalul mediu de recurenta de 100 ani), ne dam seama ca harti de hazard realizate in urma cu doar cativa ani pot avea rezultate semnificativ diferite.

Urmatorii doi factori (hidrologic si climatic – precipitatii, eroziuni si hidrogelogic – pozitia apei subterane) pot inregistra modificari majore atat prin prisma modificarilor climatice cat si ca urmare a influentei antropice. Trebuie subliniat faptul ca o influenta majora asupra stabilitatii unei pante o au precipitatiile de lunga durata, nu cele cu intensitate ridicata dar scurte. Totodata, diferite lucrari de constructii pot modifica regimul apei subterane. Cele enumerate anterior indica faptul ca, pe baza acestor factori, se pot realiza harti de hazard la alunecari de teren in diferite scenarii (nivelul apei subterane coborat sau ridicat).

Ultimii doi factori din relatia factorului mediu de hazard (silvic – gradul de acoperire cu vegetatie si antropic – influenta omului, constructii, cai de comunicatii, retele…) pot inregistra modificari semnificative intr-o perioada relativ scurta de timp, ceea ce inseamna ca de asemenea pot fi introdusi in diferite scenarii.

Harti de hazard de detaliu la alunecari de teren

Pentru scari mai mari, in Departamentul de Geotehnica si Fundatii din UTCB s-au dezvoltat alte metode de evaluare a potentialului la alunecare al versantilor. Pentru amplasamente cu dimensiuni reduse, o harta de hazard se poate obtine chiar prin evaluarea factorului de stabilitate la alunecare pe profile caracteristice de calcul.

Semnificatia factorului de stabilitate indicat in lungul profilului este aceea ca pe verticala unui punct considerat trece o suprafata potentiala de cedare cu factorul de stabilitate minim cuprins in domeniul coloristicii stabilite.

Cu titlu de exemplificare, in figurile urmatoare sunt prezentate harti de hazard la alunecari de teren pentru un amplasament, considerand 4 scenarii, legate de prezenta apei subterane – nivel ridicat sau nivel coborat) si seism (cu sau fara luarea in considerare a actiunii seismice).

Pentru acelasi amplasament s-au realizat aceleasi harti de hazard prin metoda pantei infinite, metoda care nu tine cont de impingerile intre fasiile prismului alunecator ci doar de echilibrul strict dintre efortul tangential si rezistenta la forfecare. Rezultatele si diferentele se pot observa in figurile urmatoare.

Harti ale elementelor expuse la risc

Anterior a fost demonstrat faptul ca intocmirea de harti de hazard la alunecari de teren este un proces complex, care se efectueaza dupa metodologii aplicabile pentru un anumit areal si in baza unor scenarii cu probabilitate de aparitie mai mare sau mai mica.

Pentru intocmirea hartii elementelor expuse de ordin fizic (constructii, cai de comunicatii), s-a propus, in cadrul unui studiu experimental, o metoda de evaluare in caroiaje cu latura 100 m x 100 m, astfel:

• 1 casa parter cu suprafata 10 m x 10 m = 1 unitate de evaluare;
• teren 100 mp x 100 mp = 1.000.000 EUR = 10 unitati de evaluare;
• 1 drum cu o banda pe sens de 100 m = 1 unitate de evaluare.

Pentru fiecare patrat cu suprafata de 100×100 mp rezulta urmatoarele „principii”:

• Teren = 10 unitati;
• Suprafata integral acoperita de o constructie tip parter (hala) = 100 unitati;
• Zona cu punctaj maxim poate fi zona cu blocuri P+10 cu un grad de acoperire a terenului de 50% (550 unitati), cu drumuri ~500 m = 5 unitati, TOTAL = 565 unitati;
• La constructiile „atipice” (biserici, mall-uri, palat) se va aproxima inaltimea si se va echivala cu un regim de inaltime (ex: Palatul Culturii = P+5).

Exemple:

Cu titlu de exemplificare, s-au evaluat elementele expuse la risc in zone cu hazard mediu si ridicat din municipiul Iasi, in aceste zone fiind evident ca se pot identifica si zone cu risc mediu sau ridicat.

S-au identificat celule cu valori ale elementelor expuse la risc intre 10 si 360 unitati.

Aceasta harta a fost normalizata la nivelul valorii de 200 unitati de evaluare care a primit punctajul 1, valori mai mici de 200 primind punctaj direct proportional (valoare minima 0,05).

Harti de risc la alunecari de teren

Harta de risc s-a obtinut prin suprapunerea hartii de hazard si a celei de vulnerabilitate. In timp ce harta de hazard are valori teoretic cuprinse intre 0 si 1, in ceea ce priveste vulnerabilitatea constructiilor, aceasta s-a considerat 1, care semnifica vulnerabilitate maxima la alunecari de teren, necunoscandu-se si fiind imposibil de identificat sistemele de fundare ale tuturor cladirilor. Conform metodologiei de evaluare a riscurilor si de integrare a evaluarilor de risc sectoriale, un risc foarte ridicat corespunde unor valori mai mari de 0,4.

Hartile prezentate anterior au facut obiectul unui studiu de caz, alte scenarii si alte abordari putand genera rezultate semnificativ diferite.

Fenomene de instabilitate in halde de steril

In zonele cu exploatari miniere, suprafete importante sunt acoperite cu halde de steril. Cele mai multe abandonate, fara nicio mentenanta asigurata sistemelor de drenare si colectare a apelor din precipitatii, mare parte dintre ele se afla intr-un echilibru limita in ceea ce priveste stabilitatea la alunecare.

Haldele de steril din jud. Valcea de la Mateesti (2008) si Alunu (2017) sunt doar doua exemple in care s-au produs fenomene de instabilitate soldate cu pagube materiale importante si in care a fost evitat pericolul blocarii unui curs de apa, situatie in care efectele ar fi fost dezastruoase.

In ambele situatii factori favorizanti au fost: tehnologia de executie, topografia si morfologia terenului, lipsa unui sistem de drenare si colectare a apei din precipitatii, blocarea drenajului natural al apei, iar factorul declansator: precipitatiile abundente.

Hazardurile hidro-geologice si hidro-geotehnice, naturale si antropice sunt generate de fenomene complexe care trebuie tratate dupa metode si tehnici adaptate conditiilor de amplasament, in care este esentiala intelegerea fenomenului, pe baza unei investigatii corecte a terenului.

Bibliografie

Marchidanu E., (1995), Considerations regarding the methodology of elaboration of the map with division into zones of Romanian territory from the point of view of landslide potential, Proc. of the Xth Danube European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, September, 12-15, 1995, Mamaia, Romania;
Manea, S., (1998), Evaluarea riscului de alunecare a versantilor, Editura CONSPRESS, 192 p., ISBN 973-98749-1-6;
Olinic, E., (2004), On the elaboration of landslide hazard maps in Romania, XVIth European Young Geotechnical Engineer’s Conference, 291 – 297, Vienna, 2004, ISBN 3-902450-51-7;
Manea, S., Batali, L., Olinic E., (2008), Detailed hazard maps for landsildes in Romania, Proc. 13th Danube-European Conference on Geotechnical Engineering. 979 – 985, June 2006, Ljubljana, Slovenia. Vol. II, ISBN 961-90043-9-6;
Olinic, E., Manea, S., Boti, I., Coman, C., Burlacu, C., Pantel, G., (2018), On the elaboration of landslide hazard and risk maps in Romania, Proc. 16th Danube-European Conference on Geotechnical Engineering, Skopje, Macedonia.

Autor:
conf. univ. dr. ing. Ernest OLINIC – Director Departament de Geotehnica si Fundatii, Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti, Secretar al Societatii Romane de Geotehnica si Fundatii 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 167 – martie 2020, pag. 44