ORDIN nr. 1.640 din 3 septembrie 2012

(1) Normativul stabilește principiile care stau la bază și metodele care se folosesc pentru analiza, cuantificarea, evaluarea și controlul riscului asociat barajelor. În cadrul normativului:

a) se definesc etapele de analiză a riscului și se indică modul de selecție a scenariilor de cedare;

b) se stabilesc metodele de calcul sau de estimare a probabilităților de cedare;

c) se indică metodologia de determinare a hidrografelor generate de ruperea barajului;

d) se indică modul de selecție a modelelor matematice utilizate pentru calculul propagării undelor de rupere;

e) se stabilesc abordările ce pot fi utilizate în cuantificarea consecințelor unei ruperi de baraj

f) se definește riscul tolerabil/acceptat pentru principalele consecințe ale unei ruperi de baraj;

g) se prezintă modalitățile de control al riscului asociat barajelor.

(2) Normativul nu are detalierea unui ghid de calcul și servește numai la asigurarea unei abordări (principii, metode și modele) unice a problemelor de risc asociat barajelor. Bibliografia selectivă cuprinsă în normativ permite unui utilizator realizarea cuantificărilor implicate în procesul de analiză și evaluare a riscului asociat barajelor.

(1) Normativul se aplică la analiza și evaluarea riscului asociat barajelor existente care realizează acumulări de apă, indiferent de folosința deservită și de tipul de baraj.

(2) Normativul servește analizei proceselor de decizie inginerească în domeniul barajelor prin furnizarea unei baze obiective și corecte pentru luarea deciziilor.

(3) Normativul se aplică:

a) în faza de proiectare pentru a asigura un echilibru rațional între costurile de investiție și siguranță, ținând seama de particularitățile barajului și de consecințele ruperii;

b) în faza de exploatare pentru a asigura dirijarea rațională a fondurilor către acele măsuri de creștere a siguranței sau de diminuare a consecințelor care sunt cu adevărat eficiente;

(4) Normativul se aplică pentru a asigura o abordare unitară și riguroasă în formă cantitativă a informațiilor suplimentare obținute în exploatare privitoare la condițiile naturale și comportarea barajului, depistarea unor mecanisme de rupere care nu au fost identificate la proiectare și schimbarea condițiilor din zona aval.

(5) Normativul furnizează baza pentru a corela nivelurile de risc asociate barajelor cu nivelurile de risc tolerate de societate pentru alte lucrări sau activități purtătoare de risc.

(6) Normativul se aplică și pentru a permite intervenția autorităților pentru ca deținătorii de baraje să se încadreze în nivelul de risc socialmente acceptat.

(1) Siguranța asociată unui baraj este speranța ca barajul să se comporte conform așteptărilor, respectiv să nu se producă cedarea (ruperea) sa sub acțiunea solicitărilor, într-un interval de timp dat (de regulă durata de viață a acestuia).

(2) Riscul asociat unui baraj este o măsură a probabilității și a severității unor efecte adverse asupra vieților omenești, a sănătății comunităților, a proprietăților și a mediului, provocate de cedarea barajului.

(3) Cedarea unui baraj este definită ca fiind ruperea sau deplasarea unei părți a corpului barajului sau a fundației sale care face ca barajul să nu mai poată reține apa, ceea ce conduce la pierderea necontrolată a unui volum mare de apă din lacul de acumulare.

(4) Modul de cedare este modalitate prezumtivă (ipotetică) prin care un sistem "baraj teren de fundare" își poate pierde funcția pentru care a fost conceput (de retenție a apei).

(5) Măsura riscului este rata anuală și este dată de relația:

(6) Risc = Probabilitatea anuală de cedare a barajului x Mărimea consecințelor dacă se produce cedarea

(7) Probabilitatea de cedare este probabilitatea ca într-un interval de timp dat (prestabilit) să se producă într-un anume mod o cedare a barajului.

(8) Probabilitatea de cedare globală (totală) reprezintă suma probabilistică a probabilităților de cedare pe moduri de cedare particulare.

(9) Scenariul de cedare cuprinde cauzele și mecanismul prin care se poate produce cedarea unui baraj. În funcție de condițiile din amplasament și de tipul de baraj se pot distinge o multitudine de scenarii de cedare.

(10) Riscul total asociat barajului este suma riscurilor calculate pentru toate scenariile posibile.

(11) Analiza riscului constă în identificarea surselor de risc și a posibilității ca acestea să conducă la cedare (scenariile și mecanismele prin care barajul poate ceda).

(12) Cuantificarea riscului constă în estimarea probabilităților de apariție a unui fenomen advers, declanșator al unui mecanism de cedare, analiza vulnerabilității barajului sau a componentelor sale în raport cu acest fenomen, estimarea probabilității de cedare pentru fiecare scenariu identificat în etapa de analiză a riscului și în final aprecierea cantitativă a consecințelor ținând seama de faptul că pierderea necontrolată a apei din lac are potențial trei categorii de consecințe distincte: pierderi de vieți omenești pagube materiale și efecte asupra mediului.

(13) Factori de risc care pot să crească riscul asociat barajului sunt fenomenele naturale extreme, defecțiunile structurale, factorul uman și problemele de exploatare.

(14) Vulnerabilitatea barajului se definește ca susceptibilitatea acestuia de a fi sensibil la un anumit mod de cedare și de a suferi deprecieri grave cu consecințe semnificative în cazul cedării.

(15) Metoda probabilistă de abordare a siguranței exprimă valorile parametrilor de calcul și relațiile dintre aceștia sub formă de funcții de distribuție și corelații, iar Probabilitatea de cedare reprezintă o măsură cantitativă a siguranței.

(16) Riscul normat este riscul pe care îl creează un baraj care este proiectat, executat și exploatat, respectându-se toate prevederile legale referitoare la siguranță, la regimul amenajării teritoriului din aval și la măsurile post-avarie.

(17) Riscul acceptat pentru un baraj existent este riscul exprimat explicit pe care societatea îl tolerează și îl impune prin reglementări speciale.

(1) În cadrul analizei riscului barajul este privit ca un sistem de componente interactive - structură, teren de fundare, lac de acumulare, descărcători, șenal aval etc. și fiecare dintre componente este analizat din punctul de vedere al vulnerabilității față de condițiile adverse care pot apare (viituri, cutremure, creșterea infiltrațiilor sau concentrarea acestora pe căi preferențiale, întreruperea alimentării cu energie etc.) și a măsurii în care defectarea sau cedarea componentei poate conduce la o cedare a barajului.

(2) A doua componentă în analiza riscului cuprinde o investigare detaliată a condițiilor din aval de baraj, în special a zonelor potențial afectate de o undă de rupere a barajului. Sunt necesare modele digitale ale terenului, care să cuprindă, pe lângă relief, natura și folosința terenurilor, fondul construit, unitățile economice, date privind populația rezidentă în zona potențial afectată și eventual populația flotantă, sistemele ecologice naturale.

(3) Pentru analiza riscului un minim de date necesar trebuie să cuprindă:

a) particularitățile amplasamentului și barajului;

b) istoricul comportării lucrării, incluzând datele furnizate de sistemul de urmărire a comportării, incidentele de comportare și intervențiile constructive suferite în perioada de exploatare;

c) investigații privind magnitudinea și frecvența hazardurilor naturale;

d) date cadastrale și rezultatele recensământului pentru zona potențial afectată de ruperea barajului.

(4) În cazul barajelor de beton imperfecțiunile sistemului de drenaj sau colmatarea în timp al acestuia, care conduc la creșterea subpresiunilor, cu efect direct asupra stabilității.

(5) În cazul barajelor de pământ fisurarea elementului de etanșare, combinată cu filtre inverse greșit proiectate sau executate, care este inițiatoare a eroziunii interne.

(6) În cazul barajelor de umplutură omogene, defecțiunile de compactare, suprafețele de contact dintre straturi prost tratate sau lipsa sistemelor de drenaj eficiente, care conduc la saturarea prismului aval și la instabilitatea acestuia.

(7) Terenurile de fundare lichefiabile, lăsate netratate, sunt inițiatoare a cedării chiar la seisme moderate.

(8) Existența în terenul de fundare a unor căi preferențiale de infiltrație și imperfecțiunile sistemului de etanșare în profunzime a fundației conduc la eroziune internă (sufozii) care compromit ulterior integritatea structurii.

(9) Sistemul de falii și de discontinuități din roca de fundare poate fi inițiatorul unor cedări totale a structurii barajului prin crearea unor blocuri de rocă instabile, care pot fi expulzate din teren.

(10) Existența în fundație a unor materiale solubile, de tipul sării sau gipsului, poate induce în timp formarea de caverne care periclitează integritatea barajului.

(11) Colmatarea excesivă a lacului de acumulare reduce substanțial efectul de atenuare a viiturilor și poate cauza în final deversarea peste coronament a barajului. La coada lacului, colmatarea poate conduce la ridicarea nivelului apelor mari, cu depășirea cotei digurilor (dacă acestea există).

(12) Viiturile naturale create de precipitații excesive constitue fenomenul natural cel mai periculos din punctul de vedere al riscului asociat barajului. Formarea unei viituri în bazinul controlat de acumulare produce creșterea riscului atât prin majorarea probabilității de cedare cât și prin creșterea consecințelor în aval, prin suprapunerea undei de rupere cu viitura propriu zisă.

(13) Cutremurele sunt considerate al doilea factor major de risc. Crăpăturile și fisurile provocate de mișcarea seismică sunt inițiatoare a cedării prin apariția infiltrațiilor excesive, chiar dacă cedarea apare întârziată față de momentul cutremurului. Cedare întârziată apare și în cazul lichefierii materialelor de construcție sau a terenului de fundare induse de cutremur. Deplasările remanente ale corpului barajului sau ale structurii descărcătorului conduc la reducerea gărzii sau la blocarea stavilelor, constituind cauze ale cedării produse ulterior de debite afluente mari în lac.

(14) Instabilitatea versanților lacurilor de acumulare constituie un factor de risc dacă alunecarea are volum și viteză mare și ca urmare unda de impact creată de alunecare poate deversa barajul și compromite integritatea acestuia. Chiar la viteze reduse ale alunecării, masa alunecată poate bloca descărcătorii și reduce siguranța la ape mari. Uneori masa alunecată formează baraje naturale amonte de lac sau de compartimentare a lacului, care la primele viituri sunt rupte prin deversare și creează unde de viitură ce pot depăși capacitatea descărcătorilor.

(15) În cazul personalului de exploatare neglijarea unor semne evidente premergătoare cedării (infiltrații concentrate, crăpături majore, cratere de sufozie etc.) trebuie luată în considerare în analiza riscului. În aceeași categorie intră interpretarea greșită a instrucțiunilor de exploatare sau nerespectarea acestora.

(16) În lipsa unui personal de pază responsabil vandalizarea echipamentelor barajului, evenimente precum furtul blocurilor de piatră din protecția paramentului amonte sau din risbermă, furtul nisipului din filtrele inverse, sau de sub dalele pereului amonte, afectează siguranța barajului și cresc implicit probabilitatea de cedare.

(17) Construcțiile realizate în imediata vecinătate a piciorului aval al barajului, sau în zona potențial inundabilă de unda de rupere, contribuie de asemenea la creșterea riscului, prin creșterea semnificativă a mărimii consecințelor în caz de cedare a barajului.

(18) Scenariile de cedare a barajelor din materiale locale cuprind cedări prin deversarea coronamentului, cedări datorită infiltrațiilor și cedări structurale.

(19) Cedarea prin eroziunea paramentului aval produsă ca urmare a deversării peste coronament este mecanismul cel mai frecvent întâlnit în cazul barajelor omogene, cu înalțimi moderate. Eroziunea se inițiază la piciorul aval și se dezvoltă regresiv până când se formează breșa În umpluturile necoezive (balast, pietriș și nisip) eroziunea este rapidă, în timp ce în umpluturile coezive (argile compactate) procesul este mai lent.

(20) Cedările datorate infiltrațiilor sunt cauzate fie de eroziunea internă, pe căi preferențiale de infiltrație, fie de saturarea prismului aval.

(21) Eroziunea internă prin corpul barajului este declanșată de infiltrații concentrate care apar fie în lungul conductelor sau galeriilor care străbat barajul, fie prin defecțiuni locale ale etanșării amonte din baraj, fie prin rosturile dintre corpul de umplutură și elementele de beton încorporate (descărcători, culei, prize, centrale etc.).

(22) Eroziunea internă prin terenul de fundare este declanșată tot de infiltrații concentrate, produse prin defecțiuni ale etanșării în profunzime sau în lungul unor orizonturi permeabile ce conțin materiale antrenabile. Eroziunea internă produce caverne în corpul barajului sau în terenul de fundare, care induc apoi prăbușiri sau tasări majore, prin care are loc deversarea cu dezvoltarea breșei.

(23) Scenariile de cedare a barajelor de greutate din beton, incluzând stăvilarele, sunt alunecarea pe talpa de fundare, răsturnarea, alunecarea barajului împreună cu o parte din roca de fundare, alunecarea unei părți din baraj în lungul unei fisuri deschise sau a unui rost de lucru prost tratat, eroziunea internă sau dizolvarea unor orizonturi din terenul de fundare, instabilitatea versanților.

(24) Ruperea prin alunecare în lungul conturului de fundare se poate produce dacă subpresiunile cresc mult față de cele prognozate la proiectare sau dacă împingerea hidrostatică crește ca urmare a ridicării semnificative a nivelului în lac. O asemenea situație se poate realiza la deversarea peste baraj.

(25) Ruperea prin răsturnarea unor ploturi se poate produce la deversarea peste coronament.

(26) Pierderea stabilității prin alunecare pe orizonturi mai slabe din terenul de fundare este posibilă în cazul unor terenuri de fundare eterogene, stratificate, la care discontinuitățile din masa de rocă creează planuri slabe din punctul de vedere al rezistenței la forfecare.

(27) Ruperea prin alunecarea unei părți a corpului barajului în lungul unei fisuri cvasiorizontale sau în lungul unui rost de lucru netratat se produce atunci când apa pătrunde pe discontinuitate și creează majorări ale subpresiunilor. Asemenea ruperi s-au produs la baraje din zidărie de piatră și nu sunt excluse în cazul barajelor de beton.

(28) Eroziunea internă sau dizolvarea unor orizonturi geologice prezente în adâncimea amprizei produce într-o primă fază tasări neuniforme și ieșirea din aliniamentul structurii a unor ploturi, cu ruperea etanșării și pierderi necontrolate ale apei din lac. Schimbarea sistemului de încărcări poate declanșa instabilitatea respectivelor ploturi și deci ruperea.

(29) Scenariile de cedare a barajelor arcuite sunt asociate pierderii rezemării asigurate de versanți sau de culei.

a) Deplasările excesive ale versanților de rocă, cauzate de o instabilitate generală sau de deplasări interne, produc ruperea structurală.

b) Ruperea structurală poate fi cauzată și de alunecarea produsă pe orizonturi slabe ale terenului de fundare, care antrenează și o parte din structură.

(30) În cazul viiturilor cedarea barajului se poate produce prin eroziunea provocată de deversarea peste coronament, prin formarea unor gropi erozionale la piciorul descărcătorului sau prin deversarea pereților de gardă ai canalului descărcătorului și spălarea umpluturii.

(31) Deversarea peste coronament conduce cel mai frecvent la rupere. La barajele de pământ mecanismul de rupere este eroziunea externă, iar la cele de anrocamente instabilitatea internă. Barajele de greutate și cu contraforți deversate își pierd stabilitatea la alunecare sau la răsturnare atunci când, prin creșterea nivelului apei, creșterea procentuală a sarcinii hidrostatice, față de sarcina corespunzătoare retenției normale, depășește 20...30%.

(32) Lipsa de funcționalitate a echipamentului hidromecanic al descărcătorului (lipsa de energie electrică, defectarea sistemului de manevră, blocarea în nișe) reprezintă un eveniment declanșator al cedării prin deversare peste coronament. Capacitatea de descărcare poate fi afectată de blocarea cu plutitori a deschiderilor evacuatorului.

(33) Scenariile de cedare cele mai frecvent întâlnite sunt:

a) apariția de fisuri sau fracturi în materialele din structura barajului;

b) lichefierea umpluturilor din barajele de pământ sau a terenului de fundare;

c) reactivarea sau declanșarea unor fenomene de eroziune internă ca urmare a răspunsului dinamic;

d) avarierea sau blocarea stavilelor de la descărcătorii de ape mari;

e) avarierea turnurilor de priză și golire, tip călugăr, conducând la pierderea controlului nivelului apei din lac și la deversare peste coronament;

f) alunecarea în lac a unor mase mari din versant, care formează unde de impuls care deversează coronamentul sau blochează accesul către descărcători.

(1) Procesul de cuantificare se face pe elemente sau părți ale barajului, care pot să cedeze în mod independent și să producă pagube corespunzătoare. De exemplu, la un baraj-stăvilar pot ceda în mod independent stăvilarul (sau unele dintre ploturile sale) sau părți (tronsoane) ale digurilor laterale sau longitudinale de pe ambele maluri, care au adesea condiții de fundare și uneori și alcătuire constructivă diferită.

(2) Procesul de cuantificare cuprinde următoarele etape:

a) pentru fiecare scenariu de cedare credibil pentru barajul analizat se calculează probabilitățile de cedare, prin metode statistice, probabiliste, atunci când cedarea are o exprimare matematică, sau folosind arborii evenimentelor.

b) pentru scenariile de cedare selectate se determină hidrografele debitelor de rupere făcând ipoteze privind breșa creată și timpul de golire al lacului.

c) se calculează propagarea undei de rupere în aval utilizând un model de scurgere și se definesc în regim tranzitoriu, explicitând factorul timp, zonele inundate aval de baraj și adâncimile și viteza apei în zonele inundate.

d) se calculează pierderile de vieți omenești și pagubele ce se pot produce în cazul cedării, ca urmare a fiecărui scenariu analizat.

e) Rata anuală a riscului pentru fiecare scenariu se calculează ca produs între probabilitățile de cedare ale scenariului și mărimea consecințelor în cazul materializării acelui scenariu. Suma, pe elemente (părți) ale barajului și pe categorii de consecințe, a riscurilor aferente scenariilor selectate dă în final rata anuală a riscului barajului.

(3) Probabilitatea de rupere, determinată prin metode statistice, se definește ca fiind raportul dintre numărul de cedări înregistrate și produsul dintre numărul de lucrări și numărul de ani de exploatare al barajelor pentru care există observații. Dacă populația statistică conține N baraje de același tip, având durate de exploatare t(i)(i = 1, N) iar în perioada de observație s-a înregistrat n(r) ruperi, atunci probabilitatea anuală de rupere este:

(4) Condițiile minimale care trebuie îndeplinite pentru utilizarea metodei statistice sunt:

a) populația statistică utilizată în evaluarea probabilității de rupere (mulțimea barajelor supuse observațiilor) trebuie să aparțină unui domeniu omogen; această condiție se traduce prin a avea baraje de același tip, cu înălțimi comparabile, cu vârste apropiate, cu condiții de fundare similare, cu același regim de torențialitate al bazinului hidrologic, supus în trecut unor evenimente extreme similare etc.;

b) numărul total de baraje similare analizate statistic să fie suficient de mare; numărul acestora trebuie să fie cu atât mai mare, cu cât omogeneitatea este mai slabă, dar încă acceptabilă.

(5) Statistica ruperilor poate fi utilizată pentru prognoza probabilităților de rupere numai în fazele preliminare, dat fiind faptul că barajele sunt construcții unicat, amplasate în condiții naturale specifice pentru care existența unor populații statistice este practic imposibilă.

(6) Abordarea probabilistă se poate utiliza atunci când condiția de cedare are o exprimare matematică.

(7) Pentru fiecare scenariu ( mod) de cedare se definește un parametru semnificativ care are două valori caracteristice:

a) valoarea efectivă, numită "solicitare" sau solicitare totală, notată cu S- rezultat al acțiunilor exterioare și al condițiilor în care acestea se exercită;

b) valoarea capabilă, numită "capabilitate" sau rezistență totală, notată cu R - rezultat al rezistențelor și capacităților de preluare și redistribuire a solicitărilor.

(8) S și R sunt funcții care se exprimă pe baza unor elemente primare cu variabilitate definibilă. Spre exemplu, dacă cedarea are loc prin deversarea coronamentului, S depinde de debitele afluente(variabile) și de capacitatea disponibilă a lacului de acumulare de preluare a unui volum din volumul total al viiturii (variabilă în funcție variația cotei apei din lac), iar R depinde de capacitatea de evacuare a descărcătorului (variabilă în funcție de posibilitatea de manevră a stavilelor și vanelor (variabilă).

(9) Probabilitatea de cedare corespunzătoare unui anumit scenariu (mod) de cedare este probabilitatea ca într-un interval de timp dat (de regulă un an) să se realizeze condiția de cedare specifică acelui mod de cedare:

(10) Probabilitatea de cedare globală (totală) reprezintă suma probabilistică a probabilităților de cedare pe moduri de cedare particulare și se determină prin procedee specifice.

(11) Mărimile sintetice S și R, fiind funcții de variabile aleatoare sunt la rândul lor variabile aleatoare, descrise de funcțiile de distribuție F(S)(x) și F(R)(x), respectiv de derivatele acestora în raport cu x, funcțiile de densitate de probabilitate f(S)(x) și f(R)(x).

(12) Condiția de cedare se realizează în domeniul în care valorile minime extreme întâmplătoare ale rezistențelor sunt mai mici decât valorile maxime extreme întâmplătoare ale solicitărilor. Mărimea acestui domeniu în câmpul densității de probabilitate reprezintă probabilitatea de cedare, Pc. Valoarea să se determină prin calculul integralei de convoluție a celor două distribuții, care pentru un mod de cedare "i" are expresia:

(13) Dacă siguranța barajului se exprimă utilizând funcția de siguranță, condiția de cedare, respectiv S > R capătă expresia:

(14) În cazul în care determinarea funcțiilor de distribuție ale lui S, R sau E nu este posibilă, sau dacă expresiile funcțiilor FS(x), FR(x), fS(x) și fR(x) conduc la o formă a integralei de convoluție greu de rezolvat, se poate apela la o metodă numerică aproximativă. Se recomandă metoda compunerii probabilităților, în care pentru variabilele care intră în compunerea lui S, R, sau E funcția de densitate de probabilitate se înlocuește cu o repartiție discretă de masă de probabilitate.

(15) Arborele evenimentelor este o transpunere grafică ordonată a unei analize de cauze- efecte și constă într-o reprezentare grafică a combinațiilor logice a evenimentelor care conduc la un eveniment final nedorit (cedarea barajului) și apoi la un set de consecințe declanșate de respectivul eveniment (vezi fig. 5.1).

(16) Partea din arbore care este destinată analizei cauzelor este denumită arborele evenimentelor adverse, iar partea din arborele evenimentelor care este destinată analizei efectelor este denumită arborele consecințelor.

(17) Arborele evenimentelor adverse permite, prin cuantificare, determinarea probabilității de realizare a cedării sau a unei stări critice care afectează stabilitatea și/sau integritatea barajului.

(18) Construcția arborelui evenimentelor adverse se face pornind de la evenimentul final și se dezvoltă pe nivele inferioare succesive, căutând pentru fiecare eveniment advers identificat evenimentele adverse care îl declanșează. Arborele se alcătuiește utilizând un sistem deductiv și se încheie atunci când pe ultimul nivel se identifică evenimentele primare care inițiază mecanismul de cedare sau de rupere anterior definit. Combinarea evenimentelor este asigurată de funcțiile logice "ȘI" și "SAU" care au o reprezentare simbolică standard.

(19) Probabilitatea de apariție a unui eveniment final nedorit (stare critică, cedare etc.) se determină din sumarea probabilistă a probabilităților parțiale aferente evenimentelor din arborele evenimentelor adverse. Se pornește de la baza arborelui către vârf. La fiecare nivel imediat următor, probabilitatea de apariție a evenimentului advers este dată de:

a) suma probabilităților evenimentelor atunci când acestea sunt independente și sunt legate prin operatorul logic SAU;

b) produsul probabilităților evenimentelor atunci când acestea sunt condiționate și sunt legate prin operatorul logic ȘI.

(20) Probabilitățile evenimentelor primare se definesc ca probabilități anuale de realizare.

(21) Atunci când evenimentele primare sunt acțiuni cu revenire ciclică, așa cum sunt precipitațiile, viiturile sau cutremurele, definirea probabilităților anuale se bazează pe studiul statistic al maximelor anuale.

(22) Atunci când evenimentele primare nu sunt legate de factorii naturali și nu au nici repetabilitate ciclică, atribuirea probabilităților anuale se bazează pe cazuistica raportată pentru lucrări similare.

(23) În cazul evenimentelor primare pentru care nu există date statistice se recurge la aprecieri subiective ale probabilităților relative de apariție.

(24) Arborele consecințelor permite asocierea probabilității de apariție a ruperii barajului cu natura și mărimea consecințelor și constă într-o reprezentare grafică a secvențelor de evenimente defavorabile care sunt declanșate de evenimentul nedorit (stare critică sau rupere produsă la baraj).

(25) Eveniment inițiator este evenimentul nedorit iar evenimentele finale sunt consecințele care servesc evaluării riscului.

(26) Arborele se ramifică printr-un operator DA/NU la fiecare eveniment indus analizat și se dezvoltă pe niveluri succesive până la identificarea consecințelor finale - pierderi de vieți omenești, pagube materiale produse terților, pagube produse deținătorului etc.

(27) Ramurile arborelui consecințelor corespund tuturor secvențelor care pot decurge din evenimentul inițiator, ținând seama și de măsurile care se pot lua pentru salvarea lucrării sau pentru diminuarea consecințelor.

(28) Probabilitatea anuală de apariție a evenimentului inițiator se determină pe una din următoarele căi:

a) prin calcul probabilist;

b) prin evaluarea probabilității evenimentului final din arborele evenimentelor adverse, construit pentru investigarea cauzelor evenimentului inițiator;

c) prin analiza statistică a evenimentelor inițiatoare identice, înregistrate la un eșantion bogat de lucrări asemănătoare cu lucrarea analizată.

(29) În cazul în care datele disponibile pentru barajul analizat sunt insuficiente și deci nici una din căile de la punctul (e) pentru determinare a probabilității de apariție a evenimentului inițiator identificat nu se poate aplica, se recurge la asimilarea probabilității anuale de apariție pentru anumite stări critice care conduc la rupere utilizând statisticile globale realizate pe plan mondial (vezi tabelul 5.1).

(30) Cuantificarea arborelui constă în atribuirea unei probabilități de realizare a ramurelor NU sau DA, după caz până la atingerea evenimentului final (consecință). Cunoașterea uneia dintre probabilități este suficientă, având în vedere că P(DA) = 1 - P(NU).

(31) Atunci când mai multe secvențe conduc la aceeași consecință, probabilitatea totală aferentă acesteia se obține din sumarea probabilităților evaluate pe fiecare secvență în parte.

(32) Probabilitățile parțiale aferente bifurcațiilor DA/NU se evaluează fie prin analiză statistică, atunci când se dispune de date suficiente privitoare la producerea evenimentului analizat la lucrări similare, fie pe baza judecății inginerești a unui grup de experți.

(33) Atunci când probabilitățile de realizare a evenimentului indus se atribuie pe baza judecății inginerești, se cuantifică păreri subiective, formulate pe baza experienței proprii a experților. Se descrie verbal șansa de producere a unui anumit eveniment și se utilizează echivalări numerice a acestor aprecieri (vezi tabelul 5.2).

(34) Probabilitatea atribuită evenimentului analizat se determină fie ca o medie a probabilităților atribuite individual de către experți, fie prin consens într-o analiză colectivă ulterioară primelor aprecieri. Judecata inginerească și apoi cuantificarea sunt mult mai ușor aplicabile dacă arborele consecințelor este descompus în mai multe secvențe bine detaliate.

(35) Unda de rupere și viitura accidentală care îi urmează este inițiată de formarea unei breșe în frontul barat. Timpul în care se formează breșa și dimensiunile breșei depind de tipul de baraj și de mecanismul prin care se produce breșa. Caracteristicile proprii ale lucrării intervin, de asemenea, cu o pondere semnificativă.

(36) Scenariul sau scenariile de formare a breșei corespund mecanismelor de rupere identificate și cuantificate prin probabilitățile anuale de apariție. Fiecărui scenariu îi corespunde un anumit hidrograf al ruperii, dependent de timpul de formare și de dimensiunile breșei.

(37) În cazul barajelor din materiale locale, scenariile de formare a breșei sunt:

a) la ruperea produsă prin deversare peste coronament apare o ravenare inițială, eroziunea progresează formând întâi o breșă triunghiulară, aceasta ajunge trapezoidală până când eroziunea atinge nivelul terenului natural, după care se lărgește prin eroziune laterală. Timpul de formare este relativ lent, depinzând de înălțimea lamei deversante;

b) la ruperea produsă prin eroziune internă în corpul barajului calea preferențială de infiltrații se mărește prin antrenare de material până devine orificiu, apoi cavernă, umplutura se prăbușește și apare o breșe dreptunghiulară care se lărgește prin eroziune laterală. În primele faze breșa nu poate fi sesizată, după care se produce o rupere rapidă;

c) la ruperea produsă prin eroziune internă în terenul de fundare infiltrația cu antrenare de material prin terenul de fundare formează caverne, care prin prăbușire creează o breșă dreptunghiulară în baraj, dezvoltată ulterior prin eroziune laterală. Breșa se formează rapid.

(38) În cazul barajelor din beton, de greutate sau cu contraforți, scenariile de formare a breșei sunt:

a) la ruperea prin alunecare pe talpă două-trei ploturi sunt antrenate spre aval după care breșa se poate extinde prin antrenarea succesivă a ploturilor vecine. Breșa inițială apare practic instantaneu;

b) la ruperea prin cedarea fundației o parte din terenul de fundație, de obicei spre unul dintre versanți, este dislocată antrenând o serie de ploturi. Breșa apare practic instantaneu;

c) la ruperea prin deversare peste coronament se produc eroziuni în aval, care destabilizează ploturile antrenând fie o alunecare spre aval, fie chiar răsturnarea. Breșa apare practic instantaneu, dar timpul de producere a ruperii este îndelungat.

(39) În cazul barajelor arcuite, indiferent de mecanismul de cedare, ruperea este completă și practic instantanee.

(40) În cazul barajelor din pământ breșa are o formă trapezoidală cu profunzimea egală cu înalțimea barajului. Timpul de formare a breșei este în cele mai multe cazuri mai mic de 3 ore. Dimensiunea finală a breșei are o dezvoltare la coronament de circa 3 ori mai mare ca înălțimea barajului și pante laterale de 45° ... 60°.

(41) În cazul barajelor de beton ruperea afectează 20...30 % dintre ploturi, iar timpul de producere este sub 10 minute.

(42) Timpul de formare a breșei la ruperea prin deversarea coronamentului se determină ținând cont că barajele de pământ cu materiale coezive la coronament pot rezista la o deversare cu o lamă de 0,30 ... 0,50 m timp de câteva ore, iar barajele din anrocamente pot rezista la o deversare cu o lamă de până la 1 m, dar la acestea odată ce breșa s-a format aceasta crește foarte repede.

(43) Dimensiunile finale ale breșelor formate prin eroziune internă pot fi stabilite în funcție de adâncimea apei la baraj H(0) și de gradul de compactare al umpluturilor (vezi tabelul 5.3).

(44) Hidrograful ruperii depinde de scenariul de formare a breșei, de timpul de dezvoltare a acesteia și de condițiile de curgere din aval. Aceste elemente depind la rândul lor de alcătuirea constructivă a barajului analizat, de istoricul comportării acestuia și de condițiile naturale din amplasament - regim hidrologic și geologie.

(45) Dacă breșa se formează ca urmare a deversării peste coronament debitul undei de rupere include și din debitul viiturii afluente în lac. Dacă ruperea are loc prin celelalte mecanisme debitul undei de rupere este dat exclusiv de scurgerea prin breșe a apei din lac.

(46) Hidrograful debitelor produse de rupere se determină asimilând scurgerea apei din lac cu o curgere peste un deversor cu prag lat, a cărui sarcină și dimensiuni se reevaluează la timpi succesivi de calcul.

(47) În cazul barajelor de pământ omogene sau cu etanșare la paramentul amonte se admite ruperea progresivă. Se stabilesc viteza de creștere a adâncimii breșei și de extindere a acesteia considerând forma trapezoidală. Până la atingerea debitului maxim din hidrograful de rupere, care se produce relativ repede, se admite de cele mai multe ori că sarcina hidraulică se menține constantă, după care se ține seama și de scăderea nivelului apei din lac pe măsură ce se produce evacuarea apei. După atingerea dimensiunilor maxime prognozate, breșa se menține constantă în timp.

(48) În cazul barajelor de beton se atribuie un timp de rupere pentru un plot și se consideră că într-un interval scurt de timp (cca. 10 minute) breșa se dezvoltă după o lege liniară unică sau biliniară. Ruperea succesivă a celorlalte ploturi se face după o lege propusă, care ține seama de numărul total de ploturi afectate și de timpul total de rupere ales.

(49) Propagarea în aval a viiturii create de unda de rupere are un pronunțat caracter tridimensional. Modificările albiei majore în lungul curgerii (tronsoane mai înguste alternante cu altele largi, afluenții, podurile, structurile de control) produc accelerații cu componente orizontale și verticale pe axa curgerii. Apa poate curge lateral extinzându-se în degajamente sau spre albiile afluenților.

(50) Modelarea bidimensională este metoda de rezolvare recomandată pentru situațiile curente, cu albii meandrate și cu localități în vecinătatea cursului de apă analizat.

(51) Determinarea prin calcule a zonei inundate și a caracteristicilor scurgerii în această zonă trebuie să țină seama de:

a) valorile mari ale vârfului curgerii și a adâncimilor de apă asociate;

b) inundarea rapidă a albiei majore, cu efecte bidimensionale semnificative;

c) forma foarte neregulată a suprafeței libere și prezența șocurilor oblice;

d) curgerea peste terenuri normal uscate, cu efecte disipative specifice;

e) transportul în suspensie a materialului erodat din lac și eventual a fragmentelor din baraj;

f) efectele de graniță la confluența cu afluenții.

(52) Rezultatele studiului de inundabilitate se prezintă atât tabelar, cât și prin reprezentare pe hartă. Tabelele se întocmesc pentru fiecare secțiune transversală (localizată pe hartă) și cuprind cel puțin debitul inițial al curgerii înainte de sosirea undei de rupere, debitul maxim, momentul la care se produce debitul maxim, nivelul inițial al apei, nivelul maxim atins, momentul la care se produce nivelul maxim, viteza maximă de curgere. Harta de inundabilitate trebuie să indice:

a) pozițiile secțiunilor de calcul;

b) conturul zonei inundate, ca o înfășurătoare a nivelelor maxime atinse în secțiunile de calcul;

c) conturile zonelor inundate la intervale succesive de 0,5 h după producerea ruperii;

d) timpul în care se atinge nivelul maxim în secțiunea de calcul, măsurat de la producerea breșei.

(53) Rezultatele studiului de inundabilitate pot fi mai bine utilizate dacă sunt integrate într-un model SIG (Sistem Informatic Geografic). Prin tehnica over lay-urilor, toate datele de interes pot fi stocate, cu reprezentări specifice pentru nivele, viteze, timpi etc.

(54) Evaluarea consecințelor trebuie diferențiată în funcție de scenariul de rupere. Dacă ruperea este produsă ca urmare a viiturilor, consecințele ruperii se exprimă ca diferență între pierderile de vieți omenești și respectiv pagubele materiale provocate de unda de rupere și aceleași categorii de efecte produse de viitura tranzitată în aval în cazul în care barajul rezistă. Dacă ruperea se produce în condiții hidrologice normale, consecințele ruperii sunt egale cu cele produse de unda de rupere.

(55) Dacă barajul analizat face parte dintr-o amenajare în cascadă, la consecințe se adaugă efectele din aval prin ruperea barajelor care nu pot prelua trecerea undei de rupere în condiții normale sau excepționale de exploatare. Dacă timpul o permite, se poate face pregolirea lacurilor din aval, care ușurează condițiile de tranzitare a undei de rupere.

(56) Pentru evaluarea pierderilor de vieți omenești potențial produse (PVO) în urma unei ruperi de baraj sunt necesare:

a) determinarea populației expuse riscului (PER);

b) aprecierea timpului disponibil pentru evacuare, în condițiile în care există sisteme de avertizare-alarmare și planuri de evacuare (T(e)).

(57) Populația expusă riscului (PER) este populația aflată la momentul ruperii în interiorul zonei inundabile. Dacă ruperea se datorează unor viituri excepționale PER este populația aflată în zona delimitată de cota nivelului maxim natural al râului și nivelul catastrofal rezultat în urma ruperii. Populația expusă riscului se estimează în funcție de populația rezidentă (PR). Populația rezidentă în zona inundabilă se determină din datele de evidența populației. Dacă în zona inundabilă sunt stațiuni sau zone turistice cunoscute (eventual campinguri), atunci în populația rezidentă trebuie incluse, în funcție de sezon și persoanele sezoniere. Dacă ruperea se produce în cursul zilei

(58) Relațiile dintre pierderile de vieți omenești (PVO) și populația expusă riscului în funcție de timpul disponibil pentru evacuare T(e) sunt date în tabelul 5.4.

(59) Timpii disponibili pentru evacuare T(e) se apreciază din datele privind intervalul de timp scurs de la declanșarea alarmei și până la rupere și respectiv din timpii de sosire ai undei de rupere, pe zone.

(60) Utilizând rezultatele calculelor de tranzitare a undei de rupere se delimitează, în interiorul zonei inundate, zonele cu T(e) < 15', 15' < T(e) < 1,5 h și respectiv T(e) > 1,5 h.

(61) Pierderile de vieți omenești se apreciază pe baza relațiilor din tabelul 5.4, defalcând populația expusă riscului pe zonele astfel delimitate.

(62) Evaluarea pagubelor materiale directe se face pe baza datelor furnizate de studiul de inundabilitate și de inventarul bunurilor economice ale zonei potențial inundabile.

(63) Inventarul bunurilor economice se face pe sectoare, cuprinse între secțiunile de calcul utilizate în studiul de inundabilitate. El cuprinde:

a) numărul și valoarea clădirilor (se excud clădirile construite fără autorizație în zone inundabile la viituri naturale);

b) dotările și estimarea valorică a acestora;

c) industriile, cu valoarea de inventar și valoarea producției;

d) animalele;

e) suprafețele de teren, pe tipuri de folosințe cu valoarea apreciată a recoltei pentru cele cultivate;

f) rețelele de utilități (apă, canal, gaze, telefonie etc.) și valorile lor;

g) căile de comunicație și valorile unitare și totale.

(64) Se definesc trei zone de gravitate a avariilor aduse bunurilor din zona inundată în funcție de produsul dintre adâncimea apei h și viteza de curgere (niu):

a) distrugere totală: h * (niu) > 7 mp/s; (niu) > 2 m/s ;

b) distrugere parțială: 3 mp/s < h * (niu) < 7 mp/s ; (niu) > 2 m/s ;

c) pagube din inundație: h * (niu) < 2 mp/s; (niu) < 2 m/s.

(65) În zona de distrugere totală se consideră că pagubele sunt egale cu valoarea de inventar a bunurilor, în zona de distrugere parțială pagubele sunt de 40...60% din valoarea de inventar, în timp ce în zona cu viteze și înălțimi reduse evaluarea pagubelor se face extrapolând datele înregistrate la inundații naturale în același bazin sau în bazine similare.

(66) Pagubele indirecte, produse asupra zonei afectate dar și asupra zonelor limitrofe (dezorganizarea vieții sociale, îngreunarea transportului, afectarea comerțului și producției industriale etc.) sunt diferențiate pe tipuri de activitate:

a) pentru mediul rural: 20% din totalul pagubelor directe;

b) pentru industrie și comerț: 120-150% din totalul pagubelor directe;

c) pentru căile de comunicație: 100% din totalul pagubelor directe.

(67) Evaluarea monetară a efectelor asupra mediului este obligatorie și posibilă în cazul inundării de către unda de rupere a zonelor protejate sau a siturilor cu valoare istorică și, respectiv, dacă unda de rupere provoacă poluarea accidentală a zonei prin inundarea depozitelor de deșeuri sau a stațiilor de tratare a apelor uzate.

(68) Valorile monetare sunt atribuite pe baza valorii de patrimoniu în primul caz, respectiv pe baza costurilor depoluării și tratării efectelor asupra sănătății publice în al doilea caz.

(69) Cuantificarea celorlalte efecte asupra mediului natural se poate face prin înțelegere între autoritățile de mediu și deținătorii de utilități cu baraje ținând seama că:

a) multe efecte nu sunt explicite și imediate;

b) efectele asupra ecosistemelor sunt uneori subtile și greu de cuantificat;

c) atribuirea unor valori monetare este lipsită de temei în lipsa unei piețe;

d) incertitudinile în evaluarea consecințelor de ordinul doi sunt mai mari decît cele asociate pierderilor economice.

(1) Evaluarea riscului este etapa în care se decide dacă riscul estimat este în limite tolerabile și barajul se poate exploata fără restricții, sau, dimpotrivă, nivelul riscului este inacceptabil și se impun în primă urgență restricții de exploatare și ulterior intervenții constructive.

(2) Riscul tolerabil, sau acceptat, este riscul exprimat explicit pe care societatea îl tolerează și îl impune prin reglementări speciale.

(3) Evaluarea riscului pentru barajele aflate în fază de proiectare sau de execuție se face în paralel cu evaluare siguranței pe baze deterministe, utilizând normele și standardele în vigoare. Încadrarea exigențelor de performanță în limitele prescrise de norme conduce la "siguranță normată" și, prin extensie, la "riscul normat".

(4) Riscul acceptat se definește prin limitele trasate în diagram 6.1 care are în abscisă pierderile de vieți omenești (N) în cazul avarierii sau ruperii barajului și în ordonată probabilitatea anuală de producere a evenimentului (F). Limitele sunt mai severe în cazul accidentelor care implică un număr mare de decese.

(5) Zona MSRR din diagramă semnifică faptul că deținătorul trebuie să ia măsuri supimentare de reducere a riscului pentru al aduce, dacă nu în limitele celui tolerabil, cel puțin la nivelul risc atât de mic cât este rațional posibil să se obțină. Se recomandă ca în situația în care riscul barajului se situează în zona MSRR să se detalieze studiul de risc pentru fundamentarea deciziilor.

(6) Riscul acceptat se stabilește prin comparație cu pagubele înregistrate la alte accidente grave din domeniul ingineriei civile.

(7) Se consideră acceptabilă o rată anuală a riscului de 10000 EURO/an, ceea ce revine a impune o probabilitate de cedare egală sau mai mică de 10^(-4) dacă pagubele produse terților sunt de ordinul a 100 milioane de EURO și respectiv de 10^(-6) dacă pagubele produse terților sunt de ordinul a 10 miliarde EURO.

(8) Dacă consecințele ruperii barajului sunt numai pierderi economice, exprimabile în unități monetare, atunci riscul acceptat se determină pe baza unor analize economice. Costurile implicate în reducerea riscului se compară cu rata așteptată a pagubelor, iar riscul acceptabil rezultă dintr-un proces de minimizare a cheltuielilor totale sau de maximizare a beneficiului pentru societate.

(1) Controlul riscului constă în adoptarea măsurilor ce asigură menținerea riscului în limite tolerabile.

(2) Reducerea riscului la un minim rațional este o obligație legală și morală a deținătorilor de baraje și amenajări hidrotehnice precum și a administrației publice locale și centrale.

(3) Reducerea riscului se poate realiza prin măsuri care să acționeze asupra celor două componente majore ale riscului:

a) Reducerea probabilității de producere a cedării, prin măsuri structurale sau activități legate de managementul siguranței, cum ar fi urmărirea comportării în exploatare (monitoringul), inspecțiile periodice, etc.

b) Reducerea consecințelor în cazul ruperii barajului, prin măsuri de avertizare- alarmare-evacuare, sau prin relocarea permanentă a populației expuse riscului.

(4) Direcțiile majore de acțiune în controlul riscului sunt creșterea siguranței structurale, urmărirea comportării (supravegherea) construcțiilor și avertizarea, alarmarea și evacuarea populației în caz de rupere iminentă.

(5) Pentru lucrările noi creșterea siguranței structurale se realizează prin proiectare competentă, bazată pe studii adecvate și prin calitatea execuției lucrărilor.

(6) Pentru lucrările existente, pe lângă premizele asigurate de proiectare și execuție trebuie asigurate întreținerea și reparațiile curente, precum și lucrările de creștere a gradului de siguranță, prin intervenții constructive, atunci când acestea sunt necesare.

(7) Creșterea siguranței structurale se poate realiza numai printr-un sistem integrat de măsuri structurale și non-structurale.

(8) Pentru barajele noi dimensionarea și detaliile constructive trebuie să respecte normele tehnice atât în conținut cât și în spirit. În funcție de condițiile hidrologice, seismice și de fundare, precum și în funcție de caracteristicile proprii ale barajului se identifică mecanismele de rupere și se prevăd detalii constructive adecvate, care aduc creșteri semnificative ale siguranței. Pe lângă exigențele generale de calitate impuse pentru execuție și modul de verificare și evidență a acestora, specificațiile tehnice trebuie să evidențieze și categoriile de lucrări a căror calitate condiționează nemijlocit siguranța lucrării.

(9) La barajele existente, siguranța structurală se menține prin lucrări de întreținere și de reparații curente și/sau prin intervenții constructive, atunci când performanțele funcționale ale lucrărilor sunt afectate de o comportare nesatisfăcătoare a barajului sau de producerea unor deteriorări sau distrugeri ale lucrărilor datorită unor factori care nu au putut fi anticipați corect la proiectare.

(10) Măsurile non-structurale se referă la intervenții în bazinul hidrografic pentru diminuarea viiturilor sau pentru reducerea transportului aluvionar, la exploatarea corectă, în acord cu caracteristicile lucrării și eventual cu prognoza, incluzând și restricțiile în exploatare impuse de anumite mecanisme de rupere depistate ulterior, la organizarea unui sistem de prognoză fiabil referitor la hidrologia de exploatare etc.

(11) Reducerea riscului prin urmărirea continuă a comportării barajului și a mediului lui eficient este operantă numai dacă respectiva activitate este realizată de un personal competent și este integrată într-un sistem organizatoric care prevede competențe și responsabilități clare.

(12) Detalierea activității de urmărire a comportării barajelor se face conform prevederilor STAS 7883-90 Construcții hidrotehnice. Supravegherea comportării în timp. Prescripții generale, precum și în actele normative și reglementările tehnice privind urmărirea comportării construcțiilor hidrotehnice, aplicabile, în vigoare.

(13) O evaluare completă a stării și comportării barajului poate fi realizată prin controale vizuale, măsurători cu ajutorul aparaturii de măsură și control (AMC), precum și prin manevre profilactice ale echipamentelor electro-hidro-mecanice și verificări ale sistemelor de alimentare cu energie electrică, inclusiv ale generatoarelor de avarie.

(14) Urmărirea comportării barajului în timpul construcției și exploatării curente, printr- un sistem adecvat de instrumente și aparatură de supraveghere, reprezintă o condiție esențială de îmbunătățire a condițiilor de siguranță ale lucrării. Fiind o componentă integrantă a proiectului, sistemul de supraveghere trebuie proiectat odată cu barajul, de preferat de aceeași echipă de ingineri. Sistemul AMC trebuie privit ca un sistem dinamic, care poate cere montarea unei aparaturi suplimentare în funcție de simptomele lucrării sau chiar renunțarea la măsurarea anumitor parametrii atunci când valorile lor se dovedesc a fi evident eronate sau lipsite de semnificație.

(15) Deținătorul cu orice titlu al unui baraj are obligația de a elabora:

a) un plan intern pentru răspuns de urgență specific barajului, care include intervențiile deținătorului barajului ca răspuns la condiții neobișnuite sau de urgență;

b) un plan de pregătire pentru situații de urgență pentru acțiuni în exteriorul sistemului propriu al barajului;

(16) Alarmarea și evacuarea reprezintă o parte integrantă a ansamblului de măsuri de urgență declanșat de depistarea unor fenomene periculoase sau situații critice.

(17) Obiectivul urmărit de sistemul de alarmare și evacuare este de a evacua populația expusă înainte de producerea evenimentului catastrofal, pentru salvarea populației din zona afectată de avarierea barajului.

(18) Pentru întocmirea planurilor de alarmare-evacuare sunt necesare:

a) sistemul de prognoză și avertizare în cazul situațiilor critice;

b) hărțile de inundabilitate în cazul formării undei de rupere, în care sunt specificate nivelurile maxime și timpul în care acestea se realizează;

c) hărți de detaliu ale zonei potențial afectate, în care sunt figurate cotele și căile de comunicație;

d) recensământul recent al populației din zona potențial afectată.

(19) Planurile de alarmare-evacuare trebuie să conțină două variante, care să diferențieze cazul unor ruperi produse de viituri excepționale de cazul ruperii neașteptate (provocată de cutremur sau de fenomene adverse nedetectate).

(20) Funcționarea sistemului de avertizare-alarmare și a planului de avertizare - alarmare - evacuare se verifică împreună cu comitetul pentru situații de urgență.

(21) Existența planurilor de alarmare-evacuare precum și probabilitatea funcționării lor conform prevederilor va fi luată în considerare la calculul efectelor și pagubelor produse de ruperea barajelor.